高中物理中實(shí)施科學(xué)論證教學(xué)的有效途徑①

(青海省海東市平安區(qū)第一高級中學(xué)，青海 海東 810600)

1 科學(xué)論證簡介

科學(xué)論證是運(yùn)用證據(jù)對所研究的科學(xué)問題進(jìn)行描述、判斷、預(yù)測和解釋，建立證據(jù)與觀點(diǎn)之間的關(guān)系或反駁他人觀點(diǎn)的實(shí)踐活動(dòng)，包括5個(gè)要素：觀點(diǎn)、事實(shí)證據(jù)、理論依據(jù)、推理過程和反駁。

其中，觀點(diǎn)是指基于對物理問題情境的描述與分析而做出的判斷，事實(shí)證據(jù)是指支持觀點(diǎn)的事實(shí)陳述，理論依據(jù)是指聯(lián)結(jié)觀點(diǎn)和證據(jù)的學(xué)科知識，推理過程是指聯(lián)系觀點(diǎn)和證據(jù)的因果關(guān)系鏈，包括演繹推理和歸納推理等，反駁是指運(yùn)用物理知識對相異觀點(diǎn)以及支持該觀點(diǎn)的證據(jù)或推理過程的質(zhì)疑和批判。[1]

2 高中生物理科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀

科學(xué)論證能力是指順利進(jìn)行科學(xué)論證活動(dòng)時(shí)所需的穩(wěn)定的心理調(diào)節(jié)機(jī)制。鄭穎、張軍朋、張玉發(fā)根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對高中生科學(xué)推理能力的5級水平層次劃分，結(jié)合SOLO分類結(jié)構(gòu)理論，從觀點(diǎn)、證據(jù)、推理過程、反駁四個(gè)方面對課程標(biāo)準(zhǔn)中的5級水平進(jìn)行了細(xì)化，并采用書面測試題開發(fā)測量工具，評估了高中生科學(xué)論證能力水平，具體表現(xiàn)出以下特征：(1) 學(xué)生傾向于調(diào)用生活經(jīng)驗(yàn)或已有的認(rèn)識，并非基于事實(shí)證據(jù)進(jìn)行科學(xué)論證；(2) 學(xué)生沒有深刻理解物理概念和規(guī)律的內(nèi)涵和外延，往往羅列相關(guān)的概念規(guī)律，但不能和問題情境相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)論證；(3) 學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)論證時(shí)，容易根據(jù)部分的事實(shí)證據(jù)進(jìn)行推理，缺乏清晰連貫地闡述推理過程的意識，在應(yīng)用所學(xué)知識說明所得結(jié)論時(shí)不能清晰表達(dá)，邏輯推理不夠嚴(yán)密。整體來說，學(xué)生科學(xué)論證能力處在中低水平。[2]

3 教師對科學(xué)論證教學(xué)的認(rèn)知

科學(xué)論證教學(xué)就是將科學(xué)活動(dòng)中的論證引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣開展基于證據(jù)的論證活動(dòng)，以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

張春麗、陳穎編制了關(guān)于科學(xué)論證要素的教師問卷，調(diào)研結(jié)果為：老師們認(rèn)為教學(xué)應(yīng)包含觀點(diǎn)、論點(diǎn)或者結(jié)論的有33.6%，認(rèn)為應(yīng)包含論據(jù)的有35.5%，認(rèn)為應(yīng)包含邏輯或推理的有61.8%，認(rèn)為應(yīng)包含知識、理論、原理或者概念的有35.5%，認(rèn)為應(yīng)包含事實(shí)的僅有6.63%。令人驚訝的是，沒有一位教師回答含有反駁、辯論或者質(zhì)疑這一非常重要的要素。[3]教師對論證教學(xué)缺乏清晰的理論基礎(chǔ)，對科學(xué)論證教學(xué)還不夠重視，這些是導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)論證能力處在中低水平的主要原因。

4 實(shí)施科學(xué)論證教學(xué)的有效途徑

4.1 在知識的建構(gòu)中顯化科學(xué)論證方法，讓學(xué)生在模仿中發(fā)展科學(xué)論證能力

在物理教學(xué)中可顯化科學(xué)論證的要素和過程，讓學(xué)生知道科學(xué)論證由觀點(diǎn)、與觀點(diǎn)相關(guān)的證據(jù)(包括事實(shí)證據(jù)和理論依據(jù))、聯(lián)系觀點(diǎn)和證據(jù)的推理以及反駁等基本要素構(gòu)成，向?qū)W生展示科學(xué)論證的過程和方法，讓學(xué)生在模仿中發(fā)展科學(xué)論證的能力。

案例1：庫侖定律

圖1

(1) 現(xiàn)象

如圖1所示，輕導(dǎo)體球A豎直懸掛，導(dǎo)體球B與A帶同種電荷。當(dāng)B靠近(或遠(yuǎn)離)A時(shí)，偏角θ增大(或減小)；B、C大小、形狀和材料完全相同，用不帶電的導(dǎo)體球C接觸B，B再靠近A時(shí)，偏角變小。

(2) 啟發(fā)

教師啟發(fā)學(xué)生，把庫侖力與萬有引力進(jìn)行比較，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出自己的觀點(diǎn)。

(3) 觀點(diǎn)

電荷間的作用力可能與它們所帶的電荷量的乘積成正比，與距離的平方成反比。

(4) 推理

(5) 事實(shí)證據(jù)1(檢驗(yàn))

用自制的庫侖定律演示儀，[4]通過控制變量，進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)，擬合圖像，得出的結(jié)果支持學(xué)生的觀點(diǎn)。

(6) 事實(shí)證據(jù)2(歷史)

模擬庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)庫侖所得數(shù)據(jù)，進(jìn)一步支持學(xué)生的觀點(diǎn)。

(7) 反駁

這一結(jié)論在任何條件下都成立嗎？

實(shí)驗(yàn)表明：在距離r大于10cm時(shí)，圖像呈線性關(guān)系，r小于10cm時(shí)，線性關(guān)系被破壞。據(jù)此引入點(diǎn)電荷理想模型，得到庫侖定律。

在上述教學(xué)中，體現(xiàn)了科學(xué)論證的完整過程，通過顯化科學(xué)推理的要素和方法，給學(xué)生的科學(xué)論證指明了方向，有利于提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

4.2 利用論證互動(dòng)，發(fā)展反駁能力

論證互動(dòng)是學(xué)生相互分享、評價(jià)、修改他們觀點(diǎn)的過程。學(xué)生通過相互質(zhì)疑,相互批判，回答同伴的問題，修正自己的觀點(diǎn)。同時(shí)，學(xué)生也學(xué)會(huì)用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)去評定與區(qū)分論證的優(yōu)劣。[5]

案例2：牛頓第三定律

師：馬拉車加速前進(jìn)時(shí)，馬拉車的力與車?yán)R的力兩者的大小關(guān)系如何?請陳述理由。

生1：馬拉車的力大于車?yán)R的力。理由是：馬能把車向前拉，而車卻不能把馬向后拉。正如大人能把小孩拉動(dòng)，不就是大人的力大于小孩的力嗎？

生2：兩者應(yīng)該相等。理由是：馬拉車的力與車?yán)R的力是作用力和反作用力，依據(jù)牛頓第三定律，兩者一定大小相等。

師：兩個(gè)同學(xué)的理由似乎都有道理，第一個(gè)同學(xué)符合經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，第二個(gè)同學(xué)利用了理論依據(jù)，誰還有其他證據(jù)支持或反駁上述觀點(diǎn)呢？

生3：我支持同學(xué)2的觀點(diǎn)。理由是：牛頓第三定律是科學(xué)知識，我們以科學(xué)知識為依據(jù)進(jìn)行推理，其結(jié)果應(yīng)該是正確的。

師：還有其他可靠的證據(jù)嗎？

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用DIS力傳感器進(jìn)行驗(yàn)證，認(rèn)同學(xué)生2的觀點(diǎn)。

教師激疑：既然馬拉車的力和車?yán)R的力總是大小相等，如何解決“馬能把車?yán)蚯?，而車卻不能把馬拉向后”這一問題呢?

學(xué)生論證：首先進(jìn)行受力分析，以車為研究對象，車在水平方向受到馬對其向前的拉力和地面對它向后的阻力，車之所以向前做加速運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)轳R向前的拉力大于地面向后的阻力；同理以馬為研究對象，馬在水平方向受到地面給予它向前的靜摩擦力和車對其向后的拉力，馬之所以向前做加速運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)榈孛鎸︸R向前的靜摩擦力(動(dòng)力)大于車對馬向后的拉力(阻力)，這也是車不能向后的原因。

教師總結(jié)：一個(gè)物體做怎樣的運(yùn)動(dòng)，是由作用在這個(gè)物體上合力決定的，與該物體反作用于其他物體上的力無關(guān)。

證據(jù)可以是事實(shí)證據(jù)(如實(shí)驗(yàn))，也可以是理論依據(jù)，基于事實(shí)證據(jù)和理論的論證，有利于學(xué)生避免誤用“生活經(jīng)驗(yàn)”。利用互動(dòng)論證，有利于培養(yǎng)學(xué)生論證過程中邏輯推理的嚴(yán)密性，提升學(xué)生的質(zhì)疑、反駁能力。

5 結(jié)語

在科學(xué)論證教學(xué)中，首先要顯化論證的要素、過程和方法，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成根據(jù)事實(shí)證據(jù)和現(xiàn)有知識進(jìn)行科學(xué)解釋的思維習(xí)慣；其次，利用論證中的學(xué)生互動(dòng)，幫助他們轉(zhuǎn)變科學(xué)概念，建構(gòu)科學(xué)知識，發(fā)展學(xué)生的反駁能力和探究能力。