圍繞“情境”“拆解”“論證”“躍遷”論證環(huán)節(jié)進(jìn)行《電路暗箱》教學(xué)設(shè)計

張牧文

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維。其中，論證是一種高水平的認(rèn)知活動，需要學(xué)生具備提出主張、尋找證據(jù)、展開解釋、提出支持或反駁等能力。為促進(jìn)小學(xué)科學(xué)論證教學(xué)的開展，可以圍繞“情境”“拆解”“論證”“躍遷”四大論證環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。其內(nèi)涵分別是：創(chuàng)設(shè)情境，提出統(tǒng)領(lǐng)全課的大問題；拆解問題，明確哪些信息可以作為證據(jù)，以及如何獲得這些信息；科學(xué)論證，使用有思維結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)單和論證框架，批判性地支持或質(zhì)疑觀點(diǎn)；情境躍遷，利用所學(xué)知識或技能，解決實際問題。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)論證；科學(xué)思維

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 052-054

一、“情境”“拆解”“論證”“躍遷”論證環(huán)節(jié)概述

隨著世界信息化、全球化的快速發(fā)展，百年未有之大變局的加速演進(jìn)，義務(wù)教育科學(xué)課程正在經(jīng)歷新一輪的深化改革。尤其是新版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后，科學(xué)思維在學(xué)科中的核心地位日益凸顯?？茖W(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、推理論證和創(chuàng)新思維，其中論證活動需要學(xué)生基于證據(jù)和邏輯，運(yùn)用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。在小學(xué)科學(xué)課堂上，表現(xiàn)為學(xué)生在明確核心問題的基礎(chǔ)上，通過探究活動收集證據(jù)，運(yùn)用各種思維方法對證據(jù)進(jìn)行處理，并將觀點(diǎn)和解釋有序地表達(dá)出來，在全班進(jìn)行交流評價，最終達(dá)成共識。然而，將論證活動落實到小學(xué)科學(xué)課堂上存在現(xiàn)實困難。雖然科學(xué)教師已經(jīng)在有意識地分年級培養(yǎng)學(xué)生的實證意識、發(fā)展學(xué)生的科學(xué)論證能力，使得科學(xué)課堂顯示出論證式教學(xué)的特征，但由于教師本身對科學(xué)論證的理解不深入，缺乏更頂層、更系統(tǒng)的論證式教學(xué)模式或框架，沒有適宜的論證式教學(xué)策略予以運(yùn)用，對學(xué)生的思維方法和語言表達(dá)缺少細(xì)致的指導(dǎo)和訓(xùn)練，導(dǎo)致論證式教學(xué)效益并不高。

基于此，筆者將論證式教學(xué)過程分為“情境”“拆解”“論證”“躍遷”四個環(huán)節(jié)。其中，“情境”是起始環(huán)節(jié)，來源于情境認(rèn)知理論，不只把知識看作個體內(nèi)部的心理表征，而是把知識與具體情境相聯(lián)系。學(xué)生在情境中調(diào)動感官、情感和認(rèn)知，使個體融入課堂當(dāng)中。以往的教學(xué)情境，作用大多定位在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引出課題等，但是在論證式教學(xué)活動中，情境承擔(dān)了滲透科學(xué)本質(zhì)、強(qiáng)化論證意識、引導(dǎo)學(xué)生有理有據(jù)地提出觀點(diǎn)等作用。學(xué)生從這一環(huán)節(jié)開始，融入論證活動中，明確整節(jié)課將圍繞“觀點(diǎn)”“證據(jù)”“解釋”等展開?！安鸾狻笔顷P(guān)鍵環(huán)節(jié)，教師在這一環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生思考哪些信息可以作為證據(jù)，質(zhì)疑證據(jù)的有效性，明確如何搜集、整理、分析證據(jù)，為搜證和論證的環(huán)節(jié)定下基調(diào)，同時訓(xùn)練學(xué)生如何使用論證的框架表達(dá)觀點(diǎn)?！罢撟C”是主體環(huán)節(jié)，學(xué)生通過探究活動收集證據(jù)，運(yùn)用各種思維方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用證據(jù)支持觀點(diǎn)，在全班范圍內(nèi)形成共識?！败S遷”是拓展環(huán)節(jié)，尤其是在學(xué)生形成原理或概念等抽象圖示后，將其具象到生活中，解決實際問題，經(jīng)歷完整的抽象思維培養(yǎng)過程，同時在解決實際問題的過程中，尋找新的證據(jù)，進(jìn)一步驗證觀點(diǎn)。

二、基于四大論證環(huán)節(jié)的教學(xué)過程

結(jié)合“情境”“拆解”“論證”“躍遷”四大論證環(huán)節(jié)，筆者將蘇教版科學(xué)四上《電路暗箱》一課分為四個活動，對應(yīng)關(guān)系如下：

《電路暗箱》教學(xué)設(shè)計

[教學(xué)活動 論證環(huán)節(jié) 檢測大暗盒 情境、拆解 檢測兩點(diǎn)暗盒 拆解、論證 檢測四點(diǎn)暗盒 論證、躍遷 設(shè)計暗盒 躍遷、論證 ]

（一）檢測大暗盒

1.滲透科學(xué)本質(zhì)，強(qiáng)化論證意識

本課首先設(shè)計一個大暗盒，暗盒兩側(cè)各有一截導(dǎo)線露出。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師詢問學(xué)生：“這根導(dǎo)線是連接還是斷開的，怎么才能知道？”這一教學(xué)情境的作用在于激發(fā)學(xué)生興趣、引出檢測器這一檢測工具、出示課題。但是學(xué)生的思維有實質(zhì)性提升嗎？學(xué)生知道自己正在經(jīng)歷一個科學(xué)論證的過程嗎？筆者在本環(huán)節(jié)中，首先重新設(shè)計了提問的語言，將“怎么才能知道？”改為“你如何搜集證據(jù)證明你的觀點(diǎn)？”當(dāng)學(xué)生提出用檢測器試一試后，教師引導(dǎo)學(xué)生說出：用小燈泡的狀態(tài)作為證據(jù)，判斷導(dǎo)線的連結(jié)情況。改變提問語言后，強(qiáng)化了“觀點(diǎn)”“證據(jù)”等關(guān)鍵詞，幫助學(xué)生明確自己正在經(jīng)歷科學(xué)論證的過程。接著，筆者將檢測器上的燈泡擰松，學(xué)生檢測后發(fā)現(xiàn)燈泡沒有亮，認(rèn)為導(dǎo)線是斷開的。教師向全班提問：“他的解釋說服你們了嗎？誰來質(zhì)疑？”此時，學(xué)生提出：可能檢測器的電池沒有電了、燈泡壞了等。這時，教師出示謎底：燈泡擰松了。將燈泡重新擰緊后，再次檢測，小燈泡亮了，證明導(dǎo)線是連接的。這時，教師引導(dǎo)學(xué)生反思證據(jù)的有效性：“看來有些時候，證據(jù)是不可靠的，我們要學(xué)會質(zhì)疑。”

2.提出挑戰(zhàn)性的大問題

在科學(xué)論證的過程中，教師需要提出統(tǒng)領(lǐng)全課的大問題，讓學(xué)生知道自己在研究什么，為什么要研究。筆者在檢測大暗盒的情境中提出的大問題是：暗盒里面是什么樣的？怎么收集證據(jù)來證明？這個大問題貫穿整節(jié)課，在后續(xù)的檢測兩點(diǎn)暗盒、檢測四點(diǎn)暗盒、設(shè)計暗盒三個活動中始終占據(jù)核心位置。這樣一來，學(xué)生在檢測大暗盒的環(huán)節(jié)中，獲得的所有觀點(diǎn)和技能在整節(jié)課中都將持續(xù)發(fā)揮作用。

本教學(xué)環(huán)節(jié)中，筆者創(chuàng)設(shè)檢測大暗盒的情境，一是強(qiáng)化論證意識。教師使用“觀點(diǎn)”“證據(jù)”“質(zhì)疑”等詞匯，向?qū)W生滲透科學(xué)論證的觀念。二是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會質(zhì)疑，反思搜證過程。當(dāng)他人的觀點(diǎn)與自己不同時，要通過質(zhì)疑證據(jù)的準(zhǔn)確性來反思觀點(diǎn)的科學(xué)性。本環(huán)節(jié)對應(yīng)“拆解”的論證環(huán)節(jié)則表現(xiàn)在：學(xué)生明確可以將檢測器上小燈泡的狀態(tài)作為支持或反駁觀點(diǎn)的證據(jù)，同時鞏固了提高證據(jù)有效性的方法——檢測器自檢。

（二）檢測兩點(diǎn)暗盒

1.使用論證框架

經(jīng)過檢測大暗盒的環(huán)節(jié)后，學(xué)生對論證的過程有了初步認(rèn)識，但對怎么有條理地表達(dá)自己的觀點(diǎn)并不熟悉，不會自主使用“觀點(diǎn)”“解釋”“我來反駁”這樣的對話方式。針對此，筆者在本環(huán)節(jié)設(shè)計了四個兩點(diǎn)暗盒，暗盒中分別是導(dǎo)線、電池、燈泡和空的。筆者將這四個暗盒貼在黑板上，向?qū)W生提問；“這四個暗盒中分別是什么樣的？你怎么搜集證據(jù)來證明？”學(xué)生提出使用檢測器來試一試，將小燈泡的狀態(tài)作為證據(jù)。教師順勢請一位學(xué)生到講臺上試一試。學(xué)生檢測完第一個暗盒，發(fā)現(xiàn)檢測器小燈泡是不亮的，說道：“里面是空的?！边@時，教師出示論證框架，請學(xué)生用“我的觀點(diǎn)是……我收集到的證據(jù)是……我的解釋是……我最后的結(jié)論是……”這樣的語言來表達(dá)。學(xué)生的匯報瞬間立體了起來：“我的觀點(diǎn)是，盒子里面是空的；我收集到的證據(jù)是，檢測器的小燈泡沒有亮；我的解釋是，如果里面有導(dǎo)線，會形成閉合回路，燈泡就會亮，現(xiàn)在燈泡沒有亮，說明里面沒有導(dǎo)線；我最后的結(jié)論是，盒子里面是空的?！焙苊黠@，使用論證框架能夠幫助學(xué)生將觀點(diǎn)表述得更加清晰。

2.提高證據(jù)的有效性

學(xué)生依次檢測完前三個暗盒，表述觀點(diǎn)、理由和解釋。在檢測第四個暗盒時，發(fā)現(xiàn)檢測器的燈泡也沒有亮，但四個盒子各不相同，不可能有兩個盒子都是空的，學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的興趣。此時，教師說道：“第四個盒子真的什么都沒有嗎？我來試試?！苯處煂z測器兩根導(dǎo)線反過來，再測一次，學(xué)生發(fā)現(xiàn)燈泡亮了。學(xué)生認(rèn)為里面可能是電池。這時，教師適時引導(dǎo)：“我們剛剛檢測了1，2，3號盒子，獲得的證據(jù)是可靠的嗎？”學(xué)生提出，都得反向再測一次。在以往的教學(xué)中，教師設(shè)計類似的環(huán)節(jié)，主要目的在于教會學(xué)生怎么使用檢測器雙向檢測暗盒，但筆者本環(huán)節(jié)的設(shè)計落腳在提高證據(jù)的有效性。什么樣的證據(jù)才是科學(xué)的、可靠的？筆者利用電池這樣需要雙向檢測的元件，制造了一個有趣的認(rèn)知沖突，學(xué)生在充分調(diào)動積極性的基礎(chǔ)上，學(xué)會對證據(jù)的有效性進(jìn)行質(zhì)疑。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生使用論證框架，將四個盒子里分別是什么樣子的，完整地再描述一遍，鞏固論證框架的運(yùn)用。本環(huán)節(jié)對應(yīng)論證環(huán)節(jié)中的“拆解”和“論證”。學(xué)生在檢測四個暗盒的過程中，獲得完整的證據(jù)庫，明確每一個證據(jù)分別可以證明哪一條觀點(diǎn)、怎樣獲得這些可靠的證據(jù)。其次，學(xué)生使用論證框架，基于獲得的證據(jù)進(jìn)行推理，將自己的證據(jù)以及對證據(jù)的分析、解釋、推理過程描述清楚，進(jìn)一步促使學(xué)生由被動論證向主動、自主論證。

（三）檢測四點(diǎn)暗盒

1.制定方案，收集有效證據(jù)

教師出示四點(diǎn)暗盒，介紹暗盒的結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案。在新課程標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下，學(xué)生不僅需要知道完整的實驗方案能夠有效促進(jìn)探究活動的開展，更要知道考慮全面的方案能夠收集有效的證據(jù)。因而教師的關(guān)注點(diǎn)也要轉(zhuǎn)向方案是否有利于證據(jù)的收集。

2.使用有思維結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)單，促使思維顯性化

在以科學(xué)思維為核心的科學(xué)課堂上，學(xué)習(xí)單承載著學(xué)生的思維歷程，因而既要有利于學(xué)生記錄收集到的證據(jù)，還要能夠幫助學(xué)生圍繞證據(jù)進(jìn)行比較、歸納、綜合，繼而得出最終結(jié)論。在本課中，筆者制作了電池、導(dǎo)線、燈泡等電路元件的貼紙。學(xué)生將實驗現(xiàn)象記錄在學(xué)習(xí)單右側(cè)，將結(jié)論用貼圖的方式記錄在左側(cè)，一一對應(yīng)。學(xué)習(xí)單完成以后，教師給每個小組兩分鐘的時間討論交流，要求學(xué)生使用論證框架完整地描述本組的觀點(diǎn)、證據(jù)，解釋證據(jù)如何支持觀點(diǎn)，最后總結(jié)本組結(jié)論。

3.科學(xué)論證：支持與反駁

在以往的匯報環(huán)節(jié)，教師使用實物投影，會因為放映不清晰、字號太小看不清等原因影響匯報效果。筆者在本節(jié)課設(shè)計的記錄單較大，背后貼有磁貼，可直接貼在黑板上，班級里的每一個學(xué)生都能看清楚。接著，為了使辯駁過程更加清晰，筆者使用了本?！吧印钡慕谈某晒褂谩拔彝狻襾矸瘩g……我來補(bǔ)充……”這樣的句式，使學(xué)生之間的觀點(diǎn)互動更加清晰。整節(jié)課給了學(xué)生最大限度的自由，教師可以將課堂交給學(xué)生自由辯駁，只在必要的時候做引導(dǎo)和評價。

本環(huán)節(jié)對應(yīng)論證環(huán)節(jié)中的“論證”和“躍遷”。學(xué)生從設(shè)計方案開始，到交流論證，其實都使用了在前兩個教學(xué)環(huán)節(jié)中習(xí)得的知識和技能，例如，方案設(shè)計的注意點(diǎn)、論證框架、檢測器的使用等。很明顯，在前兩個教學(xué)環(huán)節(jié)穩(wěn)扎穩(wěn)打的基礎(chǔ)上，學(xué)生在檢測四點(diǎn)暗盒的環(huán)節(jié)非常順暢，能自覺主動地使用論證的程序推動觀點(diǎn)之間的交流和碰撞。

（四）設(shè)計暗盒

在前三個教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后，筆者設(shè)計拓展環(huán)節(jié)：設(shè)計一個包含兩個電路元件的暗箱，給出正確的電路圖和參考方案。本活動對應(yīng)論證環(huán)節(jié)中的“躍遷”和“論證”。首先，學(xué)生需要將本節(jié)課所有的證據(jù)和結(jié)論變成設(shè)計暗箱的依據(jù)，挑戰(zhàn)了學(xué)生的逆向思維。接著，學(xué)生在驗證參考方案的過程中，必將通過實踐進(jìn)一步驗證證據(jù)與結(jié)論的正確性，其他學(xué)生在解暗箱的過程中也將進(jìn)一步應(yīng)用所學(xué)，并驗證所學(xué)的科學(xué)性。與本課前三個教學(xué)環(huán)節(jié)一起，最終促成活動—思維螺旋發(fā)展、問題—證據(jù)階梯上升的教學(xué)框架。

三、結(jié)語

綜上，本文所提出的“情境”“拆解”“論證”“躍遷”四大論證環(huán)節(jié)，在國際教育教學(xué)改革及國內(nèi)課程改革背景下，有其必然性和合理性。通過教學(xué)實踐的驗證，能夠幫助小學(xué)科學(xué)教師進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)階設(shè)計，有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展，幫助學(xué)生經(jīng)歷進(jìn)階式的思維歷程，真正促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

【本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題“小學(xué)科學(xué)‘雙螺旋結(jié)構(gòu)’課堂構(gòu)建與實施的研究”（編號：B/2021/02/174）的階段性成果】

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]喻伯軍.《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》課例式解讀[M].北京：教育科學(xué)出版社，2022.

[3]中華人民共和國教育部.關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見[S].北京：教基〔2019〕16號，2019.11.