基于實驗探究和科學(xué)論證的化學(xué)辯論式教學(xué)

魏崇啟 凌一洲

摘要： 實驗探究和科學(xué)論證是化學(xué)教育中彼此溝通與轉(zhuǎn)化的重要目標(biāo)，但是在現(xiàn)階段，論證在國內(nèi)化學(xué)教學(xué)中嚴(yán)重缺失，且論證與探究相割裂?；谔骄亢驼撟C的辯論式教學(xué)是以學(xué)生為主體，由學(xué)生小組從探究實驗中獲得證據(jù)，使用論證的方法，圍繞特定辯題展開辯駁、問難、磋商，主動獲取知識的教學(xué)模式。這樣的辯論式教學(xué)能夠同步發(fā)展學(xué)生的探究和論證能力，促進(jìn)知識的遷移應(yīng)用，激發(fā)批判性思維。設(shè)計公平開放且有目的性的辯題、應(yīng)用圖爾敏論證模型、提供辯論結(jié)構(gòu)圖等策略可以支持學(xué)生辯論的有效實施。

關(guān)鍵詞： 辯論式教學(xué)； 化學(xué)辯論； 實驗探究； 科學(xué)論證

文章編號： 1005-6629（2023）03-0055-06

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 化學(xué)辯論式教學(xué)的目的

實驗探究和科學(xué)論證都是化學(xué)教育的重要育人目標(biāo)。實驗探究是高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定的核心素養(yǎng)，其重要性已經(jīng)被廣泛討論。科學(xué)論證是指個體或團(tuán)體圍繞自然科學(xué)內(nèi)容，基于證據(jù)和理由建構(gòu)主張，利用反駁、勸說等形式向他人辯護(hù)自己的主張的合理性實踐［1］?？茖W(xué)論證是科學(xué)家工作的重要形式，因此被認(rèn)為是學(xué)生重要的科學(xué)素養(yǎng)，有必要融入科學(xué)教育中，受到了國際科學(xué)教育研究者的密切關(guān)注［2］。

看似自由的探究能否與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C相融合？宋歌和王祖浩結(jié)合國際科學(xué)教育實踐轉(zhuǎn)向的背景，強調(diào)了論證與探究的相互關(guān)系［3］。張留華梳理了羅素、杜威和圖爾敏的教育思想，認(rèn)為“教人論證”與“教人探究”是可以彼此溝通與轉(zhuǎn)化的教育目標(biāo)，論證者要從生動的經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)問題并在開放的經(jīng)驗中探索問題解決之道［4］。Grooms等提出了適用于實驗探究教學(xué)的論證驅(qū)動探究（ArgumentDriven Inquiry， ADI）模式［5］。本研究的目的正是促進(jìn)學(xué)生實驗探究與科學(xué)論證能力的相輔相成、協(xié)調(diào)發(fā)展。

2? 化學(xué)辯論式教學(xué)的提出背景

目前，國內(nèi)化學(xué)教育界已經(jīng)對實驗探究展開深入研究和實踐，但對科學(xué)論證的研究主要集中于理論探討和國外成果引薦層面，鮮有本土化實踐。論證在化學(xué)課堂上嚴(yán)重缺失，已有的一些論證教學(xué)實踐也缺少與實驗探究的融合。具體如下：

（1） 強調(diào)探究但忽視論證，將探究結(jié)果的簡單歸納視為真理。探究教學(xué)彌補了直接把知識作為真理講授給學(xué)生的弊端，通過實驗探究出結(jié)果，從而讓學(xué)生獲得知識。但是，論證的缺失使學(xué)生直接把探究結(jié)果（如實驗現(xiàn)象）歸納出的結(jié)論（如某個定律）奉為真理，這是一種誤解。從論證模型看，探究結(jié)果只能作為事實證據(jù)，還需要與理由、支援、限定等其他要素組合后才能有力地支持主張。從科學(xué)史看，科學(xué)家個體的探究結(jié)論并不一定被科學(xué)共同體接受，相反，科學(xué)家之間存在許多分歧和爭論，需要在探究結(jié)果的基礎(chǔ)上有理有據(jù)地說服他人。最后，從科學(xué)本質(zhì)看，科學(xué)知識具有暫定性，探究結(jié)論只能趨向于真理，而不能到達(dá)真理。

（2） 強調(diào)論證但忽視探究，證據(jù)源于給定資料而不是探究所得。國內(nèi)的化學(xué)論證教學(xué)實踐尚且不多，已有的論證教學(xué)課例非常關(guān)注論證與表達(dá)，但其證據(jù)來源鮮有探究所得。例如，圍繞“是否建設(shè)一座硫酸廠”展開的課堂論證，其證據(jù)主要來源于生活經(jīng)驗和教師給出的資料［6］。又如，圍繞“重霧霾天氣‘汽車限行’是否合理”展開的課堂論證，其證據(jù)主要來源于教師演示實驗和給定資料［7］。但是，化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)家在論證時，證據(jù)通常來源于實驗探究。同時，張留華強調(diào)了探究在論證中的重要性——防止或糾正教師和學(xué)生把論證狹隘地理解為文本游戲或語言詭辯［8］。因此，盡管用教師給定的資料也可以推動課堂論證的發(fā)生，但基于探究的論證仍然有獨特的價值。

（3） 論證時缺少批判性思維，鮮有反駁的聲音和說服的過程。科學(xué)史中曾經(jīng)出現(xiàn)過大量針鋒相對的觀點和主張（如光波說與粒子說等），科學(xué)家在爭論的過程中，有理有據(jù)地批駁不同觀點的理由或證據(jù)，逐漸化解錯誤，說服對方，達(dá)成共識。但是，目前化學(xué)課堂的論證常常只有一種聲音，學(xué)生傾向于直接接受教師或?qū)W生發(fā)言者的論證，鮮有批判性反駁，更沒有像科學(xué)史中磋商、說服的過程。

基于上述現(xiàn)狀，本文從實踐的角度介紹化學(xué)辯論式教學(xué)，期望對我國化學(xué)課堂實施實驗探究與論證整合的教學(xué)提供借鑒。

3? 化學(xué)辯論式教學(xué)的內(nèi)涵

“論證”和“辯論”在英文中來源于同一個詞——argumentation，這一英文概念既可以指“包含觀點、論據(jù)和論證的推理產(chǎn)物”，也可指“建構(gòu)和運用這種推理產(chǎn)物解決爭端的社會互動過程”［9］，唐小為等建議前者譯為“論證”，后者譯為“辯論”［10］。

“辯論式教學(xué)”是以學(xué)生為主體，由學(xué)生小組使用論證的方法，圍繞特定辯題展開辯駁、問難、磋商，主動獲取知識的教學(xué)模式。與國內(nèi)更常見的一般的論證教學(xué)相比［11］，辯論式教學(xué)同樣需要學(xué)生展開論證，但在此基礎(chǔ)上還需要學(xué)生小組（正反方）之間的磋商、互動和說服——模擬了科學(xué)史中科學(xué)家的爭論過程，為反駁和回應(yīng)提供了機會。因此，辯論式教學(xué)更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀和批判性思維，也更容易推動論證走向深入和嚴(yán)密。

“化學(xué)辯論式教學(xué)”指出了辯論式教學(xué)與化學(xué)的關(guān)系，或以化學(xué)場景為情境，或以化學(xué)問題為辯題，或需要用化學(xué)方法解決問題等。這樣，在化學(xué)辯論式教學(xué)的過程中，學(xué)生不僅能發(fā)展探究能力和論證能力，還能夠促進(jìn)對化學(xué)知識的理解、遷移和應(yīng)用。

“基于探究和論證的辯論式教學(xué)”不僅強調(diào)了學(xué)生的辯論需要以論證的方式（而不是毫無根據(jù)或缺乏邏輯的，更不能演化為人身攻擊），還要求學(xué)生通過實驗探究得到事實，為自己的辯論陳述提供有力證據(jù)。

4? 化學(xué)辯論式教學(xué)的活動流程

圖1展示了化學(xué)辯論的基本流程，其中，單輪辯論的反駁和回應(yīng)可循環(huán)多次，第3輪辯論之后也可以有更多輪辯論。

（1） 辯論前準(zhǔn)備。辯論前，教師發(fā)布辯題，學(xué)生根據(jù)自己對辯題的判斷，自行選擇正反方，然后組成正方小組和反方小組。每組人數(shù)可多可少，且兩組人數(shù)不要求均衡——就像科學(xué)爭論的兩方不一定勢均力敵，且真理未必掌握在多數(shù)人手中。

（2） 學(xué)生實驗探究。2個小組分別開展實驗探究，為即將開始的口頭爭辯收集盡可能多的實驗證據(jù)，以支持自己的主張。

（3） A方陳述。A方陳述自己的主張，交代正當(dāng)理由，并擺出探究實驗結(jié)果作為證據(jù)。

（4） B方反駁。B方聽完A方的陳述后，針對A方的理由和證據(jù)展開反駁。

（5） A方回應(yīng)。A方聽完B方的反駁后，需要完善自己的陳述，如添加限定，補充支援，修改理由、證據(jù)，以此來回應(yīng)B方的反駁。

（6） 單輪辯論的循環(huán)。第（3）～（5）步可循環(huán)若干次，直到B方再無反駁或A方無法回應(yīng)。

（7） 教師點評。如果一方的陳述有明顯科學(xué)錯誤，但另一方始終沒有發(fā)現(xiàn)和反駁，則由教師點評，提出反駁。

（8） 更多輪辯論的循環(huán)。單輪辯論結(jié)束后，學(xué)生可再次進(jìn)行實驗探究，并進(jìn)入下一輪辯論，即重復(fù)第（2）～（7）步。

5? 化學(xué)辯論式教學(xué)的實施策略

5.1? 設(shè)計公平開放且有目的性的辯題

辯題的設(shè)計是確保辯論教學(xué)順利進(jìn)行和教育目標(biāo)落實的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。良好的辯題應(yīng)具有公平性、開放性和有目的性特征，具體如下：

（1） 公平性，即辯題應(yīng)讓學(xué)生感到“兩難”，這樣正方和反方才能公平地展開爭論。一些議題已經(jīng)達(dá)成了社會共識（例如“吸煙是否有害健康”）則不適合作為辯題，否則辯論將明顯偏向一方。

（2） 開放性，即辯題應(yīng)該能夠引發(fā)爭議。盡管常規(guī)的探究問題也具有一定的開放性，但這種開放性往往是探究方法的開放，得到的結(jié)論可能還是固定的，這樣的探究問題不適合作為辯題。例如“溫度能否影響化學(xué)平衡？”和“鈉能否從鹽溶液中置換出不活潑金屬？”，這些問題可以用不同的實驗方法展開探究，但結(jié)論是封閉的，不適合展開辯論。為了使辯題具有開放性，可以避免純科學(xué)性問題，而是選用具有一定社會性的更加復(fù)雜的議題，如“染發(fā)燙發(fā)安全嗎？”和“在某地建一座化工廠合適嗎？”等。

（3） 有目的性，即辯題是為了引發(fā)學(xué)生的化學(xué)思維和實踐?；瘜W(xué)課堂辯論的任務(wù)是落實化學(xué)的育人目標(biāo)，因此教師在設(shè)計辯題時應(yīng)有目的地、有指向性地關(guān)聯(lián)化學(xué)知識、技能和方法，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的視角分析辯題，應(yīng)用已學(xué)化學(xué)知識展開探究和論證。

5.2? 應(yīng)用圖爾敏論證模型改善論證質(zhì)量

圖爾敏論證模型（見圖2）是國內(nèi)外廣受歡迎的論證模式，本研究將其應(yīng)用于指導(dǎo)學(xué)生考慮齊全的論證要素［12］。其最基本的三要素包括主張、證據(jù)和理由：主張是需要論證的觀點或結(jié)論，辯論者需要首先提出明確的主張；證據(jù)是事實或資料，盡管辯論者可以采用生活經(jīng)驗、媒體報道或文獻(xiàn)等作為證據(jù)，但本研究更提倡辯論者通過自己的實驗探究獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)，作為更有力的證據(jù)；理由是一般性的正當(dāng)理由，通常是共識性的大前提。

圖爾敏論證模型的擴展模式還可以包括反駁、支援和限定：反駁是阻止從證據(jù)或理由得出主張的因素，它可以由對方辯手提出，作為對論證的質(zhì)疑和批評；也可以自己主動提出（例如“有人可能會反駁……，但是……”），用于增加論證的嚴(yán)密性；支援是對理由的支援性陳述；限定是對在多大程度上能得出主張，例如結(jié)論是一定成立還是可能成立，或是在某些條件下成立。

5.3? 提供辯論結(jié)構(gòu)圖作為學(xué)習(xí)支架

對中學(xué)生而言，論證是具有挑戰(zhàn)性的高階思維活動，在辯論時他們可能面臨不知從何處下手的困境。因此，本研究設(shè)計了辯論結(jié)構(gòu)圖（見圖3），作為提示性的學(xué)習(xí)支架，幫助和引導(dǎo)學(xué)生順利完成論證。在每一輪辯論中，首先發(fā)言的一方（記為A方）需要陳述主張、交代理由和提供實驗證據(jù)，隨后另一方（記為B方）可以針對理由和證據(jù)進(jìn)行反駁，接著A方需要通過添加支援、完善理由、添加限定的方式回應(yīng)針對理由的反駁，或通過添加限定、補充證據(jù)的方式回應(yīng)針對證據(jù)的反駁。這個過程還可能會循環(huán)往復(fù)多次。辯論結(jié)構(gòu)圖為學(xué)生提供了思考的方向和角度，提示學(xué)生“可以說些什么”以及“如何表達(dá)自己的想法”，避免了學(xué)生拿到辯題后不知所措、啞口無言的情況。

6? 化學(xué)辯論式教學(xué)的案例

本文以面向江蘇省某中學(xué)高二學(xué)生開展的“生活中是否需要使用濾水器”作為案例，介紹化學(xué)辯論式教學(xué)的過程。這場辯論基于真實生活情境：市售濾水器的廣告聲稱可以有效濾除余氯、農(nóng)藥殘留、重金屬等有害物質(zhì)，使用方法是把自來水倒入濾水器的一個腔室，水經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后到達(dá)另一個腔室，然后仍需倒入電水壺煮沸，方可飲用。在這樣的背景下，教師發(fā)布辯題：“生活中是否需要使用濾水器？”，為學(xué)生提供濾水器實物，允許學(xué)生使用實驗室儀器和試劑進(jìn)行實驗探究，必要時可尋求教師協(xié)助。在辯論時，為學(xué)生提供圖爾敏論證模型和論證結(jié)構(gòu)圖作為支架?？傮w而言，辯論過程可概括為表1所示。

值得注意的是，辯論過程使用了許多證據(jù)，而且這些證據(jù)并非源于學(xué)生的生活經(jīng)驗，而是探究所得。表2是雙方辯手為獲得證據(jù)B1和證據(jù)B2而進(jìn)行的探究實驗，其結(jié)果作為證據(jù)被用于第1輪辯論中。針對濾水器能否降低自來水中的余氯含量的問題，反方辯手沒有直接相信濾水器廣告所言，而是通過實驗事實證明了除余氯的有效性，增強了說服力。同樣，正方辯手也沒有停留于理論層面提出無論是否過濾的自來水在煮沸后都不含余氯，而是在提出假設(shè)后，設(shè)計實驗方案，分析實驗結(jié)果，得到實驗證據(jù)。

表3展示了正方辯手為證據(jù)C而進(jìn)行的探究實驗（用于第2輪辯論），還有反方辯手為證據(jù)D而進(jìn)行的探究實驗（用于第3輪辯論）。反方辯手旨在研究濾水器能否除去自來水中的重金屬離子，使用微型溶液導(dǎo)電實驗器獲得過濾前后的導(dǎo)電性數(shù)據(jù)，但這一證據(jù)受到了正方辯手的反駁，認(rèn)為不夠嚴(yán)密（因為水中更多的是鉀、鈉等金屬離子，如果它們可以通過濾網(wǎng)，導(dǎo)電性就不太會變化）。因此，正方辯手縮小了探究范圍，僅探究了一種常見的重金屬離子——鐵離子，得到了與反方辯手相反的結(jié)論。相比之下，正方辯手的探究方法更嚴(yán)密，證據(jù)更有說服力。

探究方法（1）用濾水器過濾適量自來水。（2）在2只燒杯中分別加入適量未過濾和過濾后的自來水。（3）用微型溶液導(dǎo)電性實驗器分別測量2種水的導(dǎo)電性，記錄實驗器的亮燈數(shù)量（亮燈數(shù)量越多，說明導(dǎo)電性越強）。（1）在約200mL自來水中滴入2滴氯化鐵溶液。（2）把溶液倒出50mL到第一只燒杯，剩余溶液先倒入濾水器過濾，再倒出50mL到另一只燒杯。（3）在2只燒杯中分別滴加3滴KSCN溶液，比較顏色。

探究結(jié)果無論是否經(jīng)過過濾，微型溶液導(dǎo)電性實驗器都亮了2個燈，說明兩次導(dǎo)電性無明顯差異未過濾的溶液變成較深的血紅色，而過濾后的溶液呈很淺的紅色

探究結(jié)論濾水器無法有效除去自來水中的重金屬離子濾水器可以除去自來水中的鐵離子

7? 結(jié)束語

化學(xué)辯論式教學(xué)讓學(xué)生在模擬科學(xué)家爭論的過程中進(jìn)行實驗探究與科學(xué)論證，在發(fā)展探究能力和論證能力的同時，落實化學(xué)概念理解和化學(xué)知識應(yīng)用與遷移，讓學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)。與以個體建構(gòu)為主的論證活動相比，辯論式教學(xué)還為學(xué)生的批判性思維提供了更豐富的“激發(fā)點”。鑒于國內(nèi)許多中學(xué)已經(jīng)有活躍的辯論社團(tuán)和豐富的辯論活動，筆者相信化學(xué)辯論式教學(xué)在中學(xué)的推廣具有良好的基礎(chǔ)，也將受到學(xué)生的歡迎。

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