探究教學(xué)中證據(jù)意識的培養(yǎng)*①

張世成

(無錫鳳翔實驗學(xué)校 江蘇 無錫 214045)

物理教學(xué)的核心是科學(xué)探究，科學(xué)探究的核心是科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng).科學(xué)探究包括提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、評價交流等環(huán)節(jié)，而在每一步中都包含了一個重要的因素，即證據(jù)意識.也就是說，對于合作中的學(xué)生，教師除了要知道他在每一個環(huán)節(jié)中的具體主張外，還應(yīng)當(dāng)要求他說出提出這些主張的“證據(jù)”.這里所謂的“證據(jù)”，與法律上的“證據(jù)”(法律事實)有所區(qū)別，不僅指科學(xué)事實，也包括理論根據(jù).這就要求探究教學(xué)是一種“基于論證的科學(xué)探究”.

英國哲學(xué)家斯蒂芬·圖爾敏(Stephen Edelston Toulmin)，于《The uses of argument》一書中提出了著名的論證六要素[1],如圖1所示.

圖1 Toulmin的論證框架簡圖

Osborne等人以Toulmin對論證的框架為基礎(chǔ)，提出進行論證需有主張(claim)；在主張的背后需有資料作為根基；而主張通常依證據(jù)(evidence)提出；證據(jù)至少由資料(data)和理由(warrant)兩者組成；理由是可讓與主張相關(guān)的資料、提供批判的信念或支持資料連結(jié)到主張間的關(guān)聯(lián)[2].

如此看來，“基于論證的科學(xué)探究”的證據(jù)是科學(xué)探究中用來表達主張的“資料和理由”的總稱.學(xué)生在為自己的觀點和主張尋求他人的認可時，應(yīng)當(dāng)提出相關(guān)的證據(jù)作為支持，而讓人能接受的證據(jù)必須能正確地描述因果關(guān)系，若不具備這樣的特征，則主張無穩(wěn)固的基礎(chǔ)，無法讓人信服.從斯蒂芬·圖爾敏的論證模式看，證據(jù)在表達主張的過程中是至關(guān)重要的.科學(xué)家在進行論證之際需具備這種融入內(nèi)心的證據(jù)意識，探究教學(xué)作為“通過經(jīng)歷與科學(xué)工作者進行科學(xué)探究時的相似過程，學(xué)習(xí)物理知識與技能，體驗科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神”[3]的一種學(xué)習(xí)方式，將證據(jù)意識培養(yǎng)成為探究教學(xué)的一種“課堂生活方式”就顯得格外重要.

1 全面依靠證據(jù)

案例1：關(guān)于“摩擦力”的猜想

師生一起研究“摩擦力”，進入了猜想階段.學(xué)生提出以下猜想.

生甲：滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關(guān).

生乙：滑動摩擦力與壓力大小有關(guān).

生丙：滑動摩擦力與接觸面積的大小有關(guān).

生?。夯瑒幽Σ亮εc施力方向有關(guān).

一個學(xué)生在旁邊小聲議論道：丁同學(xué)的猜想肯定要被刪除.

在師生交流時，教師認為前面三個猜想都很好，至于第四個猜想，他說，這個猜想是沒有探究價值的.結(jié)果如那位學(xué)生所料，教師刪除了這個沒有探究價值的猜想，迅速進入到探究的下一個環(huán)節(jié).

下課后，筆者問那位“料事如神”的學(xué)生：老師對猜想的處理你為什么猜得這么準？

生：老師經(jīng)常這樣，凡是書上沒有的猜想都會被認為是沒有探究價值的，都會被擦掉.

這位教師對猜想的處理不是根據(jù)學(xué)生已經(jīng)具備的經(jīng)驗或者知識進行論證，而是圍繞課本或者自己的預(yù)設(shè)展開.書上有的，已做了充分的準備，對于這樣的猜想能夠應(yīng)對,甚至，教師期盼學(xué)生提出這些猜想.因為課堂需要這個環(huán)節(jié)來展示“學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性”；而一旦超出了預(yù)設(shè)，可能因知識儲備不足以應(yīng)對，或者沒有準備相關(guān)的器材和擔(dān)心沒有足夠的時間進行探究，于是，教師就會想辦法盡早地“刪除”它，從而保證課堂及時進入“正軌”.從操作層面來看，教師這樣處理猜想是一種“師本意識”的體現(xiàn)；從科學(xué)的道德規(guī)范層面來看，不采用論證方式而使用教師或書本權(quán)威的判定是最不可取的，這既違背科學(xué)精神，又挫傷學(xué)生的探究積極性.教師知道了問題的答案，于是“從終點去判定起點”[4]，這是野蠻的侵入，是科學(xué)探究中的“殖民主義”.

法國思想家、教育家盧梭說過，“誤用光陰比虛擲光陰損失更大，教育錯了的兒童比未受教育的兒童離智慧更遠.”要使學(xué)生參與到離智慧更近的探究教學(xué)中來，“證據(jù)意識”的培養(yǎng)就顯得格外重要.究竟有沒有價值？判斷的依據(jù)是什么？教師作為課堂上的科學(xué)代言人，必須亮出你的依據(jù)！事實上，教師應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生一種習(xí)慣，即猜想要講證據(jù).每提出一個主張，就必須有支持該主張的“資料和理由”.你認為“滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關(guān)”，依據(jù)是什么？(學(xué)生可能會想起抓鱔魚的情形，從而作為一種證據(jù)來支持自己的觀點)你認為“滑動摩擦力與施力方向有關(guān)”，有什么依據(jù)？當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己缺少依據(jù)的時候，就會重新審視“未經(jīng)考慮”的猜想. 相反，學(xué)生進行猜想時沒有陳述依據(jù)的習(xí)慣，教師刪除猜想時不講依據(jù)，看起來是進行了猜想，其實是一種“走過場”.探究的程序到位了，但其本質(zhì)上想要傳遞和培養(yǎng)的價值卻被忽略和扭曲了.

著名學(xué)者曾說：“猜測和想象是應(yīng)用現(xiàn)有知識解決新問題的過程，是發(fā)揮創(chuàng)造性的過程，也是一個充滿智慧挑戰(zhàn)和精神歷險的過程.”之所以強調(diào)要追問“依據(jù)”，就是要呈現(xiàn)這個“挑戰(zhàn)和歷險的過程”.學(xué)生有效地猜想是利用已有的知識與經(jīng)驗，經(jīng)過思維的沖突與再加工后形成的一種假設(shè)結(jié)論，此過程的本質(zhì)也是一種“有意義的學(xué)習(xí)”[5].奧蘇伯爾認為，“意義”不是外在于學(xué)習(xí)者的東西，“當(dāng)學(xué)習(xí)者運用某種內(nèi)在的認知操作主動解釋其經(jīng)驗時，意義就出現(xiàn)了”.因此，要想促成“有意義的學(xué)習(xí)”，教師在提出問題與猜想假設(shè)的環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)追問依據(jù)，這是引導(dǎo)學(xué)生 “在已知和未知內(nèi)容之間建立真正的聯(lián)系”，認識到自己的主張不能是毫無根據(jù)的胡猜瞎蒙，而需要在一定的理性、邏輯和事實的基礎(chǔ)上進行論證.在全面依靠證據(jù)的過程中，既培養(yǎng)了一種證據(jù)意識，又培養(yǎng)了一種課堂責(zé)任.

2 高度尊重證據(jù)

案例2：凸透鏡成像的數(shù)據(jù)處理

在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，學(xué)生記錄了他們的實驗數(shù)據(jù)，然后，開始數(shù)據(jù)處理.

表1 凸透鏡成像實驗數(shù)據(jù)

師生共同分析某一實驗小組的數(shù)據(jù)(表1)，學(xué)生看到該組記錄的實驗數(shù)據(jù)比較凌亂，因而無法分析.其中一位學(xué)生說：“要是沒有第2次的實驗數(shù)據(jù)就好辦了”.教師敏銳地抓住了這個契機：“你說得對！這一組數(shù)據(jù)有問題，把它剔除吧.”經(jīng)過這樣的處理后，順利得出“物距減小時，像距就會增大”的結(jié)論.

有學(xué)生質(zhì)疑：為什么要單單剔除第2次的實驗數(shù)據(jù)呢？同樣也可以剔除第1次的數(shù)據(jù).教師的一句話，就能成為剔除的理由嗎？

從案例可以看出，教師把注意力過多地集中在結(jié)論上.為了得出所謂的“正確結(jié)論”，即與教科書吻合的結(jié)論,只根據(jù)個人喜好剔除數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)或者對問題數(shù)據(jù)視而不見.

英國教育家洛克說過，“熱愛真理的確實特征，是對任何一個命題的接受絕不超過其證據(jù)所顯示的程度.”由此可見，實驗數(shù)據(jù)是嚴謹?shù)?，不得隨意更改.要培養(yǎng)收集數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)的能力，就必須在可信的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行.忽略問題數(shù)據(jù)，對一些問題數(shù)據(jù)采取不討論就簡單地剔除是不具有說服力的.考試時，題目只要求“設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格”，可交上來的試卷竟然有1/3的學(xué)生憑空想象杜撰出實驗數(shù)據(jù).這不就是在作假嗎？一些學(xué)生為了得到正確的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有出入時竟然修改數(shù)據(jù)以迎合正確結(jié)論，這樣的探究比那些灌輸教育豈不是更糟糕？灌輸教育是機械地記住結(jié)論，是無用的教育；而這樣隨意修改數(shù)據(jù)的處理方法非但是無用的更是有害的，因為它不僅不能培養(yǎng)出科學(xué)的精神和方法，反而敗壞學(xué)生的品格.

其實，教師在數(shù)據(jù)處理的過程中，應(yīng)當(dāng)把重心放在“運用證據(jù)發(fā)展和修改主張”上來.2010年9月，筆者在英國考察學(xué)習(xí)期間，就學(xué)生是否可能修改數(shù)據(jù)的問題詢問過幾位來自不同學(xué)校的英國物理教師.他們的回答都是“不會”.原因是，教師在評判學(xué)生的實驗表現(xiàn)時，并不是太在乎結(jié)論，而是關(guān)注實驗過程.曼徹斯特Marple 高中的一位物理教師說，“只要學(xué)生做實驗的過程是有價值的，即便最后的結(jié)論錯誤，我也會給予很高的評價.”由此可以看出，當(dāng)教師評判學(xué)生的實驗探究時，不僅要關(guān)注他的結(jié)論，更要關(guān)注他得到結(jié)論的途徑，有了這樣的價值引領(lǐng)，學(xué)生才會逐漸形成尊重證據(jù)的意識.

有了這樣的思想就可以這樣進行數(shù)據(jù)處理.首先，面對問題數(shù)據(jù)，可以重新做實驗.在案例2中，物距或者像距有問題，教師提出來，然后請學(xué)生一起做實驗驗證這個數(shù)據(jù)的可靠性，看看這個數(shù)據(jù)是否有問題.這個驗證的過程，就是傳遞教師的科學(xué)態(tài)度的過程.其次，數(shù)據(jù)有問題，是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力和批判意識的好時機.“一切阻礙都是線索，所有困境都是路徑”.對于想證偽的學(xué)生來說，面對問題數(shù)據(jù)他會找到質(zhì)疑的“反例”；對于想證實的學(xué)生來說，當(dāng)面對他人提出異議時，他會反思自身的主張是否有疏漏，并決定是否修改自己的解釋.在辯論的過程中，會出現(xiàn)反復(fù)的意見交流，需在你來我往的唇槍舌戰(zhàn)中站穩(wěn)立場，而唇槍舌戰(zhàn)的共同規(guī)則就是證據(jù)意識.在多元化的溝通以及開放的情境論證中，每個人都能闡述自己的主張和想法，這樣的活動可以幫助學(xué)生練習(xí)對理論和數(shù)據(jù)的判斷，刺激學(xué)生提出解釋現(xiàn)象的理論或者提出反駁、質(zhì)疑，有助于學(xué)生進行批判式的思考.在這樣的探究氛圍中，數(shù)據(jù)不僅為得到正確結(jié)論服務(wù)，還為培養(yǎng)學(xué)生“高度尊重證據(jù)”的意識提供機會.

3 善于表達證據(jù)

在探究中，教師經(jīng)常要對探究的結(jié)果進行交流和評價，引導(dǎo)學(xué)生在質(zhì)疑、改進等過程中善于表達證據(jù)，過一種基于證據(jù)意識的“課堂生活”.

案例3：探究電流與電壓的關(guān)系

“歐姆定律”的探究中，實驗方案的設(shè)計對培養(yǎng)學(xué)生的能力和提升學(xué)生的智慧，是一個難得的“成長通道”.在研究“電壓對電流的影響”課題時，筆者是這樣處理的.

圖2

開始設(shè)計時，筆者特別關(guān)注潛力生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，特意請學(xué)生甲把設(shè)計的方案畫在黑板上，如圖2，然后開始了下面的對話.

師：你為什么這樣設(shè)計？

生甲:要研究電壓對電流的影響，當(dāng)然要測量這兩個物理量.燈泡的明暗還可以和電流表的示數(shù)遙相呼應(yīng)，現(xiàn)象更直觀，所以選用燈泡.

設(shè)計電路時，首先想到用燈泡是合理的，因為在這之前的幾次實驗中他們用得最多的用電器就是燈泡.這是學(xué)生的經(jīng)驗，也是教學(xué)的起點.

生乙：我不同意使用燈泡.在研究電流與電壓的關(guān)系時，必須保持電阻不變.燈泡的亮度變化會引起溫度變化，從而使其電阻發(fā)生變化.故需要選擇定值電阻進行實驗.

師：你們認為乙同學(xué)的依據(jù)充分嗎？

學(xué)生一致稱贊.

圖3

師：好，請你上臺修改.

生乙(上臺)將圖2改成圖3，在改進的過程中，將加深學(xué)生對控制變量法的理解.

生丙:你怎樣改變電阻兩端的電壓呢？電壓不變怎么看出它對電流的影響呢？

生乙:通過改變電池個數(shù)改變電壓.

生?。菏褂脤W(xué)生電源，可以通過改變電源的輸出電壓.

生戊(看了看實驗室的桌面開始“發(fā)難”)：你們說的方法好是好，可實驗室里沒條件.依我看，還是使用滑動變阻器吧.

圖4

因地制宜.就這樣選擇了圖4電路圖作為最終方案.

圖2是“毛坯”，圖4是“精品”.由毛坯到精品的過程，是學(xué)生合作學(xué)習(xí)的過程.學(xué)生群體在教師的組織和參與下交流、討論、自主設(shè)計的實驗方案，批判性地考察他人的觀點，通過協(xié)商的方式使群體的智慧在和諧的氛圍中為每一個個體所共享.這個協(xié)商的過程為什么如此和諧？因為在交流的時候突出了“說明觀點的證據(jù)”.由于證據(jù)意識被確認為一種說話方式、一種課堂文化，從而保證學(xué)生參與方案設(shè)計的過程，不是簡單的在教師指導(dǎo)下的推演，而是學(xué)生在不斷地質(zhì)疑、不斷地修正、多元化的理解下共同生長的過程.在證據(jù)意識的牽引下，具有了“客觀的依據(jù)，理性的懷疑，多元的思考，平權(quán)的爭論，實踐的檢驗，寬容的激勵”[6]的科學(xué)理性；也正是在證據(jù)意識的牽引下，課堂從最貼近學(xué)生原來發(fā)展水平的起點出發(fā)，走向了無窮遠.

要讓證據(jù)意識成為一種“課堂生活”，就要選擇或者設(shè)計一種“評價通道”.通道那頭的亮光會吸引我們前行，而證據(jù)意識就是在黑夜中支撐我們探索的信仰，在靠近亮光的過程中，能力在提升；科學(xué)態(tài)度在形成；智慧在生長.相反，如果省略了這個通道，教師上課伊始就拿出精品方案來，那只是在傳授知識，一張需要反復(fù)默寫記憶，過一段時間什么也不會留下的電路圖.學(xué)生最終獲得最多也只是知識，而不是素養(yǎng).用某教授的話來說，“這樣的教育實質(zhì)是知識教育，是‘塑造知識人’的教育” ；“課堂給的是知識，教師講的是知識，作業(yè)練的是知識，考試考的是知識，評價學(xué)生的主要標準當(dāng)然還是知識.素養(yǎng)到哪里去了?不是素養(yǎng)逃遁了，而是素養(yǎng)被淹沒在知識的大海里，素養(yǎng)被知識擠壓了、吞噬了、趕走了.”[7]

為了不讓素養(yǎng)被擠壓，需要拉長評價的通道，因為它是“證據(jù)意識形成的通道”，也就是“素養(yǎng)形成的通道”，在通道中行走的過程就是在過一種“基于證據(jù)意識的課堂生活”.

探究教學(xué)好比一個磨盤,上磨盤是科學(xué)方法，底磨盤是科學(xué)態(tài)度，磨心是證據(jù)意識.在探究教學(xué)中，通過證據(jù)意識的培養(yǎng)，既可以提升科學(xué)方法又可以增強科學(xué)態(tài)度.當(dāng)然，證據(jù)意識的培養(yǎng)是一種緩慢的過程，“最重要的東西是智力活動的習(xí)慣和融入身心的原理”[8]，要有一種堅韌和執(zhí)著.正如佐藤學(xué)所言：“這場教育革命要求根本性的、結(jié)構(gòu)性的變化.僅此而言，它決非是一場一蹴而就的革命.因為教育實踐是一種文化，而文化變革越是緩慢，才越能得到確實的成果.”[9]

參考文獻

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2 J.Osborne S.Erduran , S.Simon & M.Monk . Enhancing the quality of argument in school science. School Science Review, 2001,82 , 63 ～70

3 中華人民共和國教育部.全日制義務(wù)教育物理課程標準.北京：北京師范大學(xué)出版社，2001

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6 蔡德誠. 要深化理解科學(xué)精神. 科學(xué)時報， 2002

7 王嘯，等.靜水流深見氣象：魯潔先生的教育思想與教育情懷.北京：教育科學(xué)出版社，2010

8 (英)懷特海. 教育的目的·教師人文讀本.上海:上海辭書出版社

9 (日)佐藤學(xué)著.李季湄譯.靜悄悄的革命.長春:長春出版社,2003