围绕“情境”“拆解”“论证”“跃迁”论证环节进行《电路暗箱》教学设计

张牧文

〔摘    要〕  2022年版《义务教育科学课程标准》明确指出，科学思维主要包括模型建构、推理论证、创新思维。其中，论证是一种高水平的认知活动，需要学生具备提出主张、寻找证据、展开解释、提出支持或反驳等能力。为促进小学科学论证教学的开展，可以围绕“情境”“拆解”“论证”“跃迁”四大论证环节进行教学设计。其内涵分别是：创设情境，提出统领全课的大问题；拆解问题，明确哪些信息可以作为证据，以及如何获得这些信息；科学论证，使用有思维结构的学习单和论证框架，批判性地支持或质疑观点；情境跃迁，利用所学知识或技能，解决实际问题。

〔关键词〕  小学科学；科学论证；科学思维

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章編号〕  1674-6317    （2024）  01    052-054

一、“情境”“拆解”“论证”“跃迁”论证环节概述

随着世界信息化、全球化的快速发展，百年未有之大变局的加速演进，义务教育科学课程正在经历新一轮的深化改革。尤其是新版义务教育课程标准发布以后，科学思维在学科中的核心地位日益凸显。科学思维主要包括模型建构、推理论证和创新思维，其中论证活动需要学生基于证据和逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。在小学科学课堂上，表现为学生在明确核心问题的基础上，通过探究活动收集证据，运用各种思维方法对证据进行处理，并将观点和解释有序地表达出来，在全班进行交流评价，最终达成共识。然而，将论证活动落实到小学科学课堂上存在现实困难。虽然科学教师已经在有意识地分年级培养学生的实证意识、发展学生的科学论证能力，使得科学课堂显示出论证式教学的特征，但由于教师本身对科学论证的理解不深入，缺乏更顶层、更系统的论证式教学模式或框架，没有适宜的论证式教学策略予以运用，对学生的思维方法和语言表达缺少细致的指导和训练，导致论证式教学效益并不高。

基于此，笔者将论证式教学过程分为“情境”“拆解”“论证”“跃迁”四个环节。其中，“情境”是起始环节，来源于情境认知理论，不只把知识看作个体内部的心理表征，而是把知识与具体情境相联系。学生在情境中调动感官、情感和认知，使个体融入课堂当中。以往的教学情境，作用大多定位在激发学生学习兴趣、引出课题等，但是在论证式教学活动中，情境承担了渗透科学本质、强化论证意识、引导学生有理有据地提出观点等作用。学生从这一环节开始，融入论证活动中，明确整节课将围绕“观点”“证据”“解释”等展开。“拆解”是关键环节，教师在这一环节中引导学生思考哪些信息可以作为证据，质疑证据的有效性，明确如何搜集、整理、分析证据，为搜证和论证的环节定下基调，同时训练学生如何使用论证的框架表达观点。“论证”是主体环节，学生通过探究活动收集证据，运用各种思维方法对数据进行分析，使用证据支持观点，在全班范围内形成共识。“跃迁”是拓展环节，尤其是在学生形成原理或概念等抽象图示后，将其具象到生活中，解决实际问题，经历完整的抽象思维培养过程，同时在解决实际问题的过程中，寻找新的证据，进一步验证观点。

二、基于四大论证环节的教学过程

结合“情境”“拆解”“论证”“跃迁”四大论证环节，笔者将苏教版科学四上《电路暗箱》一课分为四个活动，对应关系如下：

《电路暗箱》教学设计

[教学活动 论证环节 检测大暗盒 情境、拆解 检测两点暗盒 拆解、论证 检测四点暗盒 论证、跃迁 设计暗盒 跃迁、论证 ]

（一）检测大暗盒

1.渗透科学本质，强化论证意识

本课首先设计一个大暗盒，暗盒两侧各有一截导线露出。在传统教学中，教师询问学生：“这根导线是连接还是断开的，怎么才能知道？”这一教学情境的作用在于激发学生兴趣、引出检测器这一检测工具、出示课题。但是学生的思维有实质性提升吗？学生知道自己正在经历一个科学论证的过程吗？笔者在本环节中，首先重新设计了提问的语言，将“怎么才能知道？”改为“你如何搜集证据证明你的观点？”当学生提出用检测器试一试后，教师引导学生说出：用小灯泡的状态作为证据，判断导线的连结情况。改变提问语言后，强化了“观点”“证据”等关键词，帮助学生明确自己正在经历科学论证的过程。接着，笔者将检测器上的灯泡拧松，学生检测后发现灯泡没有亮，认为导线是断开的。教师向全班提问：“他的解释说服你们了吗？谁来质疑？”此时，学生提出：可能检测器的电池没有电了、灯泡坏了等。这时，教师出示谜底：灯泡拧松了。将灯泡重新拧紧后，再次检测，小灯泡亮了，证明导线是连接的。这时，教师引导学生反思证据的有效性：“看来有些时候，证据是不可靠的，我们要学会质疑。”

2.提出挑战性的大问题

在科学论证的过程中，教师需要提出统领全课的大问题，让学生知道自己在研究什么，为什么要研究。笔者在检测大暗盒的情境中提出的大问题是：暗盒里面是什么样的？怎么收集证据来证明？这个大问题贯穿整节课，在后续的检测两点暗盒、检测四点暗盒、设计暗盒三个活动中始终占据核心位置。这样一来，学生在检测大暗盒的环节中，获得的所有观点和技能在整节课中都将持续发挥作用。

本教学环节中，笔者创设检测大暗盒的情境，一是强化论证意识。教师使用“观点”“证据”“质疑”等词汇，向学生渗透科学论证的观念。二是引导学生学会质疑，反思搜证过程。当他人的观点与自己不同时，要通过质疑证据的准确性来反思观点的科学性。本环节对应“拆解”的论证环节则表现在：学生明确可以将检测器上小灯泡的状态作为支持或反驳观点的证据，同时巩固了提高证据有效性的方法——检测器自检。

（二）检测两点暗盒

1.使用论证框架

经过检测大暗盒的环节后，学生对论证的过程有了初步认识，但对怎么有条理地表达自己的观点并不熟悉，不会自主使用“观点”“解释”“我来反驳”这样的对话方式。针对此，笔者在本环节设计了四个两点暗盒，暗盒中分别是导线、电池、灯泡和空的。笔者将这四个暗盒贴在黑板上，向学生提问；“这四个暗盒中分别是什么样的？你怎么搜集证据来证明？”学生提出使用检测器来试一试，将小灯泡的状态作为证据。教师顺势请一位学生到讲台上试一试。学生检测完第一个暗盒，发现检测器小灯泡是不亮的，说道：“里面是空的。”这时，教师出示论证框架，请学生用“我的观点是……我收集到的证据是……我的解释是……我最后的结论是……”这样的语言来表达。学生的汇报瞬间立体了起来：“我的观点是，盒子里面是空的；我收集到的证据是，检测器的小灯泡没有亮；我的解释是，如果里面有导线，会形成闭合回路，灯泡就会亮，现在灯泡没有亮，说明里面没有导线；我最后的结论是，盒子里面是空的。”很明显，使用论证框架能够帮助学生将观点表述得更加清晰。

2.提高证据的有效性

学生依次检测完前三个暗盒，表述观点、理由和解释。在检测第四个暗盒时，发现检测器的灯泡也没有亮，但四个盒子各不相同，不可能有两个盒子都是空的，学生产生了强烈的兴趣。此时，教师说道：“第四个盒子真的什么都没有吗？我来试试。”教师将检测器两根导线反过来，再测一次，学生发现灯泡亮了。学生认为里面可能是电池。这时，教师适时引导：“我们刚刚检测了1，2，3号盒子，获得的证据是可靠的吗？”学生提出，都得反向再测一次。在以往的教学中，教师设计类似的环节，主要目的在于教会学生怎么使用检测器双向检测暗盒，但笔者本环节的设计落脚在提高证据的有效性。什么样的证据才是科学的、可靠的？笔者利用电池这样需要双向检测的元件，制造了一个有趣的认知冲突，学生在充分调动积极性的基础上，学会对证据的有效性进行质疑。

最后，教師引导学生使用论证框架，将四个盒子里分别是什么样子的，完整地再描述一遍，巩固论证框架的运用。本环节对应论证环节中的“拆解”和“论证”。学生在检测四个暗盒的过程中，获得完整的证据库，明确每一个证据分别可以证明哪一条观点、怎样获得这些可靠的证据。其次，学生使用论证框架，基于获得的证据进行推理，将自己的证据以及对证据的分析、解释、推理过程描述清楚，进一步促使学生由被动论证向主动、自主论证。

（三）检测四点暗盒

1.制定方案，收集有效证据

教师出示四点暗盒，介绍暗盒的结构，引导学生设计实验方案。在新课程标准的引领下，学生不仅需要知道完整的实验方案能够有效促进探究活动的开展，更要知道考虑全面的方案能够收集有效的证据。因而教师的关注点也要转向方案是否有利于证据的收集。

2.使用有思维结构的学习单，促使思维显性化

在以科学思维为核心的科学课堂上，学习单承载着学生的思维历程，因而既要有利于学生记录收集到的证据，还要能够帮助学生围绕证据进行比较、归纳、综合，继而得出最终结论。在本课中，笔者制作了电池、导线、灯泡等电路元件的贴纸。学生将实验现象记录在学习单右侧，将结论用贴图的方式记录在左侧，一一对应。学习单完成以后，教师给每个小组两分钟的时间讨论交流，要求学生使用论证框架完整地描述本组的观点、证据，解释证据如何支持观点，最后总结本组结论。

3.科学论证：支持与反驳

在以往的汇报环节，教师使用实物投影，会因为放映不清晰、字号太小看不清等原因影响汇报效果。笔者在本节课设计的记录单较大，背后贴有磁贴，可直接贴在黑板上，班级里的每一个学生都能看清楚。接着，为了使辩驳过程更加清晰，笔者使用了本校“生生互动”的教改成果，使用“我同意……我来反驳……我来补充……”这样的句式，使学生之间的观点互动更加清晰。整节课给了学生最大限度的自由，教师可以将课堂交给学生自由辩驳，只在必要的时候做引导和评价。

本环节对应论证环节中的“论证”和“跃迁”。学生从设计方案开始，到交流论证，其实都使用了在前两个教学环节中习得的知识和技能，例如，方案设计的注意点、论证框架、检测器的使用等。很明显，在前两个教学环节稳扎稳打的基础上，学生在检测四点暗盒的环节非常顺畅，能自觉主动地使用论证的程序推动观点之间的交流和碰撞。

（四）设计暗盒

在前三个教学环节结束后，笔者设计拓展环节：设计一个包含两个电路元件的暗箱，给出正确的电路图和参考方案。本活动对应论证环节中的“跃迁”和“论证”。首先，学生需要将本节课所有的证据和结论变成设计暗箱的依据，挑战了学生的逆向思维。接着，学生在验证参考方案的过程中，必将通过实践进一步验证证据与结论的正确性，其他学生在解暗箱的过程中也将进一步应用所学，并验证所学的科学性。与本课前三个教学环节一起，最终促成活动—思维螺旋发展、问题—证据阶梯上升的教学框架。

三、结语

综上，本文所提出的“情境”“拆解”“论证”“跃迁”四大论证环节，在国际教育教学改革及国内课程改革背景下，有其必然性和合理性。通过教学实践的验证，能够帮助小学科学教师进行教学环节的进阶设计，有效培养学生科学论证能力，促进学生科学思维能力发展，帮助学生经历进阶式的思维历程，真正促进学生深度学习。

【本文系江苏省教育科学“十四五”规划2021年度重点课题“小学科学‘双螺旋结构’课堂构建与实施的研究”（编号：B/2021/02/174）的阶段性成果】

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]喻伯军.《义务教育科学课程标准》课例式解读[M].北京：教育科学出版社，2022.

[3]中华人民共和国教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见[S].北京：教基〔2019〕16号，2019.11.