在科學(xué)論證中促進(jìn)科學(xué)思維能力的發(fā)展

張駿

【摘 要】科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的重要方面，也是科學(xué)學(xué)科最本質(zhì)的特征，其重要性毋庸置疑。如何發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力？其路徑和策略眾說(shuō)紛紜，然而，真正發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。本文試著從科學(xué)思維要素中的科學(xué)論證這一角度，以具體課例來(lái)闡述如何促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)論證 主張 證據(jù) 推理 科學(xué)思維

一、科學(xué)課上學(xué)生的思考

科學(xué)核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念與應(yīng)用、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等四個(gè)方面。新課標(biāo)的設(shè)計(jì)思想和研制基礎(chǔ)之一便是思維的科學(xué)教學(xué)，認(rèn)為科學(xué)思維是科學(xué)學(xué)科最本質(zhì)的特征，科學(xué)教學(xué)要實(shí)施基于思維的科學(xué)探究。由此可見，學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展在科學(xué)核心素養(yǎng)及科學(xué)課堂教學(xué)中的重要性。

大多數(shù)科學(xué)教師已經(jīng)意識(shí)到在科學(xué)課堂上要讓學(xué)生動(dòng)手操作，通過(guò)做中學(xué)，經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，而隨之帶來(lái)的便是熱熱鬧鬧的動(dòng)手做的課堂?？杉?xì)細(xì)想來(lái)，學(xué)生做是做了，學(xué)到什么了呢？下面舉例說(shuō)明：

“磁鐵的兩極”是蘇教版科學(xué)二年級(jí)下冊(cè)《玩磁鐵》單元的第二課。第一課是“磁鐵的吸力”，學(xué)生已經(jīng)在第一課中知道了磁鐵可以吸引鐵、鎳一類的物質(zhì)，磁鐵具有隔空吸鐵、隔物吸鐵、傳遞磁性等特點(diǎn)。而這一課是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究磁鐵，讓學(xué)生能發(fā)現(xiàn)磁鐵更多的特點(diǎn)：第一，磁鐵有的地方磁力大，有的地方磁力小，磁力最大的部分叫磁極;第二，磁鐵指南的一端叫南極，用“S”表示，指北的一端叫北極，用“N”表示;第三，磁鐵的磁極相互靠近，同極相斥，異極相吸。

教師在教學(xué)時(shí)，通過(guò)復(fù)習(xí)引出問(wèn)題：上節(jié)課，我們研究了磁鐵的一些特性，磁鐵還有哪些特別的地方呢？我們繼續(xù)來(lái)研究。接下來(lái)，教師帶著學(xué)生用磁鐵去吸大頭針，發(fā)現(xiàn)磁鐵的兩端吸得最多，從而引出磁極的概念;再把磁鐵懸掛起來(lái)，讓其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，靜止時(shí)發(fā)現(xiàn)一端指南，一端指北，進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)磁鐵的南極和北極;最后用兩塊磁鐵相互靠近，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)相同磁極排斥，不同磁極吸引。

上述案例看似是教師帶著學(xué)生充分地動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并且得出了應(yīng)有的科學(xué)結(jié)論，可如果細(xì)細(xì)調(diào)查和深究，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在幼兒園或者在家里都做過(guò)這些活動(dòng)，課堂上只不過(guò)是再重復(fù)一次罷了，而且不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。在整個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生只是機(jī)械地動(dòng)手操作，腦袋中并沒(méi)有探究，缺少了動(dòng)腦思考的機(jī)會(huì)。學(xué)生更多的是對(duì)實(shí)驗(yàn)器材情有獨(dú)鐘，對(duì)純粹的“玩”感興趣，他們只是樂(lè)于擺弄材料，在教師的“引誘”下急于得出答案，完成教師布置的任務(wù)，而不是對(duì)一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的思考或揭示現(xiàn)象中存在的一些因果關(guān)系。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的“探究”，學(xué)生的認(rèn)識(shí)還是停留在原先的水平，其學(xué)習(xí)或者思考并沒(méi)有真正發(fā)生。這只是我們科學(xué)課堂上的一個(gè)縮影。一位英國(guó)科學(xué)教師的研究或許可以給學(xué)生是否在思考提供一些考量的標(biāo)準(zhǔn)：（1）動(dòng)手實(shí)驗(yàn)是否與先前的經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái);（2）是否基于原有知識(shí)作出預(yù)測(cè);（3）是否觀察并尋找所觀察到的結(jié)果的原因;（4）是否提問(wèn)，尤其是以能夠引發(fā)進(jìn)一步探究的形式進(jìn)行提問(wèn)。

二、有思考才有思維

科學(xué)探究學(xué)習(xí)非常注重思維的參與，在探究活動(dòng)中，“為何做”“怎么做”“做出了什么”“說(shuō)明了什么”等思維活動(dòng)，包括對(duì)探究問(wèn)題的目標(biāo)指向的認(rèn)識(shí)、探究過(guò)程的設(shè)計(jì)、探究方法的選擇、探究證據(jù)的收集、探究結(jié)果的分析等理性思維的參與。這種以“思中做，做中思”為特征的思維參與的過(guò)程，是“探究”的屬性中較易被人忽略而又最值得重視的一個(gè)屬性，甚而言之，是“探究”的本質(zhì)屬性?？茖W(xué)思維的形成和科學(xué)方法的習(xí)得，是學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的更高境界。

沒(méi)有足夠的練習(xí)，認(rèn)知或者任何類型的技能就沒(méi)有足夠的機(jī)會(huì)發(fā)生和發(fā)展。一個(gè)總是練習(xí)打字的人，不會(huì)自動(dòng)擁有寫出一部最偉大文學(xué)作品的寫作技能。同樣，頭腦中沒(méi)有足夠的思考，根本談不上思維的訓(xùn)練。和學(xué)習(xí)其他的技能一樣，思維技能也需要在頻繁的實(shí)踐中發(fā)展。當(dāng)教師只是提供了許多在低水平上進(jìn)行心理操作的練習(xí)時(shí)，學(xué)生便只能精通這些更為初級(jí)的任務(wù)。可對(duì)我們而言不幸的是，很多教師確實(shí)只是在讓學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的低級(jí)的動(dòng)作技能練習(xí)，表現(xiàn)這些低水平技能的能力并沒(méi)有轉(zhuǎn)換成思維的高水平任務(wù)。有思考才有思維，而如今科學(xué)課堂中學(xué)生缺乏思考的現(xiàn)象比比皆是，那學(xué)生的思維狀況就可想而知了。

三、在科學(xué)論證中促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展

如何促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，讓學(xué)生的思維真正發(fā)生呢？課標(biāo)明確指出，科學(xué)思維與創(chuàng)新主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。科學(xué)論證已經(jīng)成為我國(guó)科學(xué)課程改革的熱點(diǎn)，但科學(xué)課堂對(duì)在科學(xué)論證中促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展的實(shí)證研究還比較欠缺。

（一）科學(xué)論證的定義

論證是科學(xué)共同體圍繞同一論題，收集證據(jù)并運(yùn)用一定的論證方法解釋、評(píng)價(jià)自己及他人的觀點(diǎn)，促進(jìn)思維的交鋒，最終達(dá)成雙方可接受結(jié)論的活動(dòng)?？茖W(xué)論證就是圍繞自然相關(guān)問(wèn)題展開的論證，是科學(xué)家建構(gòu)和確認(rèn)知識(shí)過(guò)程的典型的實(shí)踐活動(dòng)，也是學(xué)生形成科學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。學(xué)生在面對(duì)科學(xué)問(wèn)題情境時(shí)，能基于所獲得的資料對(duì)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解釋說(shuō)明，產(chǎn)生個(gè)人主張并進(jìn)行合理辯護(hù)，能考慮到相競(jìng)爭(zhēng)觀點(diǎn)的不足并提出反駁，進(jìn)而重新評(píng)估自己最初的主張。

（二）在科學(xué)論證中促進(jìn)科學(xué)思維能力的發(fā)展的策略

基于對(duì)科學(xué)論證的解讀，筆者將從科學(xué)論證的角度來(lái)重新架構(gòu)“磁鐵的兩極”一課的教學(xué)，通過(guò)不斷地建立主張、尋找證據(jù)、推理解釋等科學(xué)論證過(guò)程，來(lái)真正促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。

1.第一次論證——置身具體的情境，建立因果聯(lián)系，引出初步的主張沖突

教師通過(guò)播放“條形磁鐵吸引鋼珠”的視頻，讓學(xué)生觀察小鋼珠在條形磁鐵的不同位置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引發(fā)真實(shí)的問(wèn)題：怎么會(huì)有這樣的現(xiàn)象呢？從而聚焦到磁鐵各個(gè)部分的磁力可能大小不一樣的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)觀察到的現(xiàn)象，提煉出不同的主張，而不同的主張是基于相同事實(shí)現(xiàn)象的不同思考，這就培養(yǎng)了學(xué)生基于事實(shí)證據(jù)提出主張的習(xí)慣。正是由于主張不同，學(xué)生才會(huì)覺(jué)得有論證的必要性和迫切性。論證的對(duì)話意義就在于此，強(qiáng)調(diào)論證的說(shuō)服和不同主張之間的互動(dòng)。在初步建立主張的時(shí)候，學(xué)生的思維就開始發(fā)生了，他們通過(guò)現(xiàn)象，與可能的原因建立起因果聯(lián)系。

有了初步的主張后，筆者沒(méi)有直接讓學(xué)生動(dòng)手操作，而是組織學(xué)生討論可以怎么做才能證明自己的想法，也就是想辦法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，尋找證據(jù)來(lái)支持自己的主張。在這里，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過(guò)引導(dǎo)，生發(fā)了很多方案，雖然方法不同，但都指向用比較磁力大小的方法來(lái)支持自己的主張。在匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)候，大多數(shù)學(xué)生都能發(fā)現(xiàn)中間的磁力小，其理由是根本吸不起來(lái)鋼珠，這也就否定了“中間磁力大”這樣的主張。但在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生又生成了一個(gè)新的主張沖突，即一方認(rèn)為紅色部分磁力大，另一方認(rèn)為藍(lán)色部分磁力大。不能說(shuō)哪個(gè)是錯(cuò)的，因?yàn)樗麄兌加凶C據(jù)來(lái)支持，他們發(fā)現(xiàn)有的鋼珠更容易滾向紅色的一頭，而有的鋼珠更容易滾向藍(lán)色的一頭。這恰恰是學(xué)生在不知結(jié)果的情況下，基于自己的證據(jù)所建立起來(lái)的新主張，這樣的主張更真實(shí)，更接近科學(xué)探究。在相持不下的情況下，筆者用磁性傳遞的結(jié)果來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)現(xiàn)，兩端磁力有大小（這更多是因?yàn)榇盆F本身的原因），但和中間位置相比較，就顯得很大了，從而幫助學(xué)生建立磁極磁力大的概念。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生始終是根據(jù)實(shí)驗(yàn)收集的證據(jù)來(lái)說(shuō)話，支持自己或反對(duì)他人的主張，其科學(xué)思維一直是存在著的。

2.第二次論證——利用建構(gòu)的概念，尋找證明依據(jù)，誘發(fā)新生的主張沖突

在建立磁極概念之后，筆者讓學(xué)生判斷蹄形、橢球形、球形三種不同形狀的磁鐵是否有磁極。這個(gè)環(huán)節(jié)，又會(huì)誘發(fā)新生的主張沖突，如有的學(xué)生認(rèn)為橢球形磁鐵的磁極在兩頭（這是跟條形磁鐵進(jìn)行的類比推斷），有的學(xué)生認(rèn)為在中間（生活中的經(jīng)歷），有的學(xué)生認(rèn)為球形磁鐵的磁極不好找，可能到處都是……正因?yàn)椴淮_定，才有了更多的可能，學(xué)生才會(huì)主動(dòng)想辦法找證據(jù)尋求答案。在尋找是否有磁極之前，學(xué)生頭腦中已經(jīng)有了自己的主張，即有沒(méi)有磁極、在哪里、可以怎么去找等。學(xué)生帶著問(wèn)題和想法去操作，這樣的活動(dòng)才是具有思維含量的。在這里，學(xué)生就會(huì)調(diào)動(dòng)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)通過(guò)不同的方法搜集到的證據(jù)，都能得到一個(gè)相同的結(jié)果。學(xué)生會(huì)將結(jié)果與原先的想法進(jìn)行比照，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)自己或者他人的想法是否正確，最終建立更高層次的概念，即不同形狀的磁鐵都有磁極，并且是兩個(gè)。這也是對(duì)磁極概念認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步提升。學(xué)生經(jīng)歷的是類比推斷的論證方法，進(jìn)一步實(shí)踐了科學(xué)論證的過(guò)程。

在確定磁鐵都有兩個(gè)磁極后，筆者再次引發(fā)學(xué)生思考：磁鐵的兩個(gè)磁極會(huì)不會(huì)一樣呢？也就是兩極的特性是否相同，探究發(fā)現(xiàn)磁極之間的相互作用。在這個(gè)環(huán)節(jié)，筆者重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生找到磁極與磁極之間不同的靠近方法，對(duì)不同的方法進(jìn)行分類整理，從而歸納總結(jié)出規(guī)律，盡可能讓學(xué)生尋找到所有可能的方法來(lái)作為證據(jù)，支撐自己的主張，最后，通過(guò)歸類總結(jié)出相互作用的規(guī)律。這也是磁極概念的第三個(gè)層次——磁鐵的兩個(gè)磁極是不同的，以此深化學(xué)生對(duì)科學(xué)論證的認(rèn)識(shí)。

3.第三次論證——借助結(jié)構(gòu)的材料，對(duì)比相似之處，達(dá)成最終的主張一致

最后，筆者通過(guò)一個(gè)拓展延伸環(huán)節(jié)，利用斷成兩截的磁鐵，引發(fā)學(xué)生新的思考：殘缺的磁鐵還有兩個(gè)磁極嗎？使學(xué)生再次建立新的主張。這里基本上會(huì)形成兩種觀點(diǎn)：一種是只有原先的一端是磁極，斷開的一端不是;另一種是還有兩個(gè)磁極。同樣，筆者讓學(xué)生想辦法來(lái)證明自己的主張。如何去尋找證據(jù)來(lái)支持自己的想法呢？學(xué)生自然會(huì)調(diào)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，用磁極的磁力最大的知識(shí)，或者用磁極相互作用的規(guī)律的知識(shí)，這既是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固，又是對(duì)知識(shí)的反思和遷移。通過(guò)與先前實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的相似之處，即無(wú)論什么樣的磁鐵，無(wú)論完整還是殘缺的磁鐵，都有兩個(gè)磁極，并且它們是成對(duì)存在的。至此，最終達(dá)成主張的一致，即成功建構(gòu)“磁鐵總是同時(shí)存在著兩個(gè)不同的磁極，相同的磁極相斥，不同的磁極相吸”這一科學(xué)概念。

綜上，筆者通過(guò)創(chuàng)設(shè)具體的問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)磁鐵磁力大小的認(rèn)知沖突，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生不斷對(duì)自己或他人的主張進(jìn)行支持或反駁。整個(gè)科學(xué)論證過(guò)程層層遞進(jìn)，從示范體驗(yàn)到實(shí)踐運(yùn)用，環(huán)環(huán)相扣。學(xué)生的科學(xué)思維活動(dòng)伴隨其中，其科學(xué)思維也不斷深刻。因此，學(xué)生形成了對(duì)磁極的科學(xué)全面的認(rèn)識(shí)，建構(gòu)了科學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)了“活動(dòng)”與“知識(shí)”“思維”的統(tǒng)一與平衡。學(xué)生不僅收獲了科學(xué)概念，還有科學(xué)概念的學(xué)習(xí)歷程和思維方式。這樣的科學(xué)論證，幫助學(xué)生發(fā)展了科學(xué)探究能力，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變與理解，提升了學(xué)生的比較、類比、分析、綜合、推理、批判等科學(xué)思維能力，為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

王星喬，米廣春.論證式教學(xué)：科學(xué)探究教學(xué)的新圖景[J].中國(guó)教育學(xué)刊， 2010（10）.