國(guó)內(nèi)科學(xué)論證研究?jī)?nèi)容的綜述與展望

摘 要：科學(xué)論證作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的重要要素之一，受到物理教育工作者的廣泛關(guān)注。本文深入剖析知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)科學(xué)論證的高被引文獻(xiàn)，并系統(tǒng)梳理科學(xué)論證的概念研究、教學(xué)策略和實(shí)踐以及測(cè)量評(píng)價(jià)?；诋?dāng)前研究現(xiàn)狀，給出了思考與展望。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證；研究綜述；中學(xué)物理

科學(xué)論證是指通過(guò)系統(tǒng)性的研究和邏輯推理來(lái)證明科學(xué)觀點(diǎn)或假設(shè)的過(guò)程。隨著美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，科學(xué)論證逐漸成為國(guó)際科學(xué)教育的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。^［1］《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確指出，科學(xué)論證是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的重要要素之一，是需要學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)而逐步形成的關(guān)鍵能力?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》頒布以來(lái)，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)科學(xué)論證的教學(xué)研究愈發(fā)關(guān)注。本文基于知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，梳理了國(guó)內(nèi)關(guān)于科學(xué)論證的研究情況，包括概念研究、教學(xué)策略和實(shí)踐、測(cè)量評(píng)價(jià)等方面，并基于研究現(xiàn)狀給出了思考與展望，以期為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 研究設(shè)計(jì)

在“中國(guó)知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫(kù)中，筆者以“科學(xué)論證”和“物理教學(xué)”為主題進(jìn)行檢索，共檢索到297篇相關(guān)文獻(xiàn)，隨后通過(guò)閱讀文章內(nèi)容，剔除與主題無(wú)關(guān)的文章，并根據(jù)“被引”次數(shù)排序，最終選取了50篇質(zhì)量較高的文獻(xiàn)進(jìn)行研究（其中包括期刊論文40篇，碩士學(xué)位論文8篇，博士學(xué)位論文2篇）。筆者首先分析了“被引”量較高的15篇期刊論文和5篇學(xué)位論文，對(duì)文獻(xiàn)的研究方向進(jìn)行了大致分類(lèi)；接著，根據(jù)剩余的文獻(xiàn)，進(jìn)一步完善了研究方向的分類(lèi)；最后，深入剖析了不同研究方向的文獻(xiàn)內(nèi)容，并結(jié)合整體情況給出了思考和展望。

2 研究結(jié)果

2.1 分類(lèi)結(jié)果

根據(jù)研究主題，可以將檢索得到的論文分為3類(lèi)：科學(xué)論證的概念研究、科學(xué)論證的教學(xué)策略和實(shí)踐、科學(xué)論證的測(cè)量評(píng)價(jià)，如表1所示。

2.2 科學(xué)論證的概念研究

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于科學(xué)論證的概念研究主要包括對(duì)科學(xué)論證內(nèi)涵價(jià)值的探索、對(duì)科學(xué)論證能力的界定、對(duì)《課程標(biāo)準(zhǔn)》和教材中有關(guān)科學(xué)論證表述的文本分析。

2.2.1 內(nèi)涵價(jià)值

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于科學(xué)論證的內(nèi)涵沒(méi)有統(tǒng)一的定論，不同研究者嘗試結(jié)合國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和自身的理解給出定義。^{［2］［3］［4］}盡管研究者們對(duì)于科學(xué)論證的內(nèi)涵有著不同的表達(dá)，但是他們已經(jīng)基本達(dá)成以下共識(shí)：科學(xué)論證是一個(gè)立足于證據(jù)，提出自己的主張，通過(guò)邏輯推理推翻不同觀點(diǎn)的實(shí)踐過(guò)程。鄭穎等通過(guò)總結(jié)歸納，將科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)要素以關(guān)系圖的形式進(jìn)行了呈現(xiàn)，如圖1所示。^［5］

科學(xué)論證在教學(xué)方面的價(jià)值同樣受到了研究者們的關(guān)注。研究者們認(rèn)為，科學(xué)論證不僅能夠加深學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的轉(zhuǎn)變和理解，還能提升學(xué)生科學(xué)探究能力，發(fā)展其科學(xué)思維。^{［6］［7］}

2.2.2 能力界定

基于科學(xué)論證的內(nèi)涵，科學(xué)論證能力的界定成為相關(guān)研究的重要抓手?？茖W(xué)論證能力是一種需要多種思維方法參與，并圍繞論點(diǎn)、論據(jù)推理展開(kāi)的高階思維能力。^{［8］［9］}筆者認(rèn)為，科學(xué)論證能力不僅包括基于證據(jù)進(jìn)行推理的思維能力，還應(yīng)當(dāng)包括在論證和反駁過(guò)程中保持穩(wěn)定的心理狀態(tài)，以及正確闡明自己觀點(diǎn)的表達(dá)能力。

2.2.3 文本分析

教材作為教學(xué)的重要資源，在很大程度上會(huì)影響教師的教學(xué)實(shí)踐。周婷等對(duì)人教版高中物理教材中科學(xué)論證要素的呈現(xiàn)情況進(jìn)行了分析，提出教師要充分挖掘“說(shuō)一說(shuō)”等欄目的資源，以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，進(jìn)一步發(fā)展其科學(xué)論證能力。^［10］《課程標(biāo)準(zhǔn)》作為國(guó)家培養(yǎng)學(xué)生的綱領(lǐng)性文件，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。馬亞鵬分析了科學(xué)論證在我國(guó)課程政策中的歷史演進(jìn)，明確指出了其從隱性到顯性的轉(zhuǎn)變軌跡，為后續(xù)研究提供了基礎(chǔ)。^［11］

2.3 科學(xué)論證的教學(xué)策略和實(shí)踐

在厘清科學(xué)論證的內(nèi)涵及本質(zhì)后，國(guó)內(nèi)研究者嘗試依據(jù)物理學(xué)科特點(diǎn)，提出教學(xué)策略，完善教學(xué)模式，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

2.3.1 教學(xué)策略

由于不同物理課型具有各自的特點(diǎn)，研究者們?cè)谘芯繒r(shí)各有側(cè)重。因此，筆者將教學(xué)策略按照課型進(jìn)行歸納總結(jié)。

（1）物理概念、規(guī)律的教學(xué)策略。

某些物理概念、規(guī)律較抽象，學(xué)生缺乏直觀認(rèn)識(shí)。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的物理概念、規(guī)律教學(xué)效果不佳，無(wú)法幫助學(xué)生形成完整的知識(shí)體系。基于此，研究者們提出的教學(xué)策略主要有以下三個(gè)方面：其一，設(shè)置真實(shí)情境，提出結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題。真實(shí)情境蘊(yùn)含多種影響因素，能夠有效鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力。同時(shí)，結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題的解決方式和結(jié)果的不確定性，為學(xué)生利用科學(xué)論證解決復(fù)雜問(wèn)題提供了環(huán)境。^［12］其二，整合學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)從定性走向定量。立足于事實(shí)和已有知識(shí)，經(jīng)過(guò)不同層級(jí)的推理，在推理的同時(shí)進(jìn)行論證，逐漸實(shí)現(xiàn)從定性分析走向定量分析的轉(zhuǎn)變。^［13］其三，注重科學(xué)探究，建構(gòu)物理知識(shí)。雖然探究式學(xué)習(xí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但其在培養(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)論證能力方面效果顯著。^［14］

（2）物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的根本所在，也是科學(xué)論證教學(xué)的主陣地。為了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透科學(xué)論證思想，研究者們主要有以下思考：其一，斟酌實(shí)驗(yàn)選擇，顯化論證要素。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情，選擇合適的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證教學(xué)，以此使實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)論證能力提升的效果最大化。^［15］此外，教師可以適當(dāng)?shù)靥峁┛蚣埽瑤椭鷮W(xué)生熟悉科學(xué)論證的程序，更高效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。^［16］其二，樹(shù)立證據(jù)意識(shí)，規(guī)范收集方式。教師要引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)事求是地記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)和現(xiàn)象是證據(jù)的重要來(lái)源，只有真實(shí)有效的證據(jù)才能幫助我們進(jìn)行科學(xué)論證。^［17］其三，注重實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，倡導(dǎo)反思交流。物理實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含著各種偶然因素；教師要帶領(lǐng)學(xué)生關(guān)注各種“突發(fā)狀況”，充分分析其中的原因，仔細(xì)推敲每一個(gè)論證環(huán)節(jié)，避免僅憑少量且不可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)得出普遍規(guī)律。^［18］同時(shí)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要多次且及時(shí)地組織學(xué)生進(jìn)行交流和反思，思考證據(jù)的收集是否充分、方法的選取是否合理、得出的結(jié)論是否科學(xué)，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證思維。^［19］

（3）其他教學(xué)策略。

除了基于特定課型的教學(xué)策略，還有研究者根據(jù)教學(xué)現(xiàn)狀和學(xué)生特點(diǎn)提出了一些發(fā)展學(xué)生科學(xué)論證能力的教學(xué)策略。弭樂(lè)等指出可以加強(qiáng)學(xué)生的書(shū)面反駁訓(xùn)練，以達(dá)到建構(gòu)科學(xué)規(guī)范論證體系的目的。^［20］安寧提出可以利用學(xué)生與學(xué)生之間的相互評(píng)價(jià)，釋放學(xué)生的潛力，鍛煉學(xué)生的科學(xué)論證能力。^［21］

總而言之，研究者們針對(duì)科學(xué)論證的教學(xué)策略已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究。但是，習(xí)題課和復(fù)習(xí)課的相應(yīng)教學(xué)策略目前還有所缺失。習(xí)題的解決作為學(xué)生進(jìn)行書(shū)面論證的重要手段，應(yīng)當(dāng)?shù)玫疥P(guān)注。同時(shí)，復(fù)習(xí)課是學(xué)生檢驗(yàn)知識(shí)掌握情況、構(gòu)筑知識(shí)體系、完善論證過(guò)程的關(guān)鍵時(shí)機(jī)，需要得到研究者的重視。

2.3.2 教學(xué)模式。

教學(xué)模式是基于一定的教學(xué)策略，在教學(xué)過(guò)程中需要遵循的、比較穩(wěn)定的教學(xué)體系。在眾多教學(xué)模式中，圖爾敏的六要素實(shí)踐論證模式最為經(jīng)典。汪明以“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)為例，探討了利用圖爾敏論證模式的教學(xué)實(shí)踐，給物理教師們提供了參考。^［22］此外，國(guó)外研究者經(jīng)過(guò)多輪實(shí)證研究提出，新版ADI（Argument-Driven Inquiry）模式和PCRR（Present，Critgue，Reflect，Refine）模式也是適用于科學(xué)論證教學(xué)的教學(xué)模式。新版ADI模式是一種由八個(gè)教學(xué)階段組成，組織學(xué)生開(kāi)展論證式實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的教學(xué)模式。PCRR模式是一種突出三維學(xué)習(xí)方法的四階段教學(xué)模式。弭樂(lè)等詳細(xì)地闡述了這兩種教學(xué)模式，并且基于“分子運(yùn)動(dòng)概念”的教學(xué)，為一線(xiàn)教師開(kāi)展科學(xué)論證探究活動(dòng)提供了一個(gè)范例。^［23］國(guó)外經(jīng)典的科學(xué)論證教學(xué)模式，應(yīng)用于國(guó)內(nèi)課堂時(shí)，出現(xiàn)了許多“水土不服”的現(xiàn)象。因此，國(guó)內(nèi)研究者基于學(xué)情對(duì)科學(xué)論證教學(xué)模式進(jìn)行了深入探索，SNP（Science Negotiation Pedagogy）、CER（Claim，Evidence，Reasoning）和CIA（Cooperation，Interaction，Activating）等模式開(kāi)始被運(yùn)用于論證教學(xué)實(shí)踐。^{［24］［25］［26］}

總體來(lái)說(shuō)，這幾類(lèi)科學(xué)論證教學(xué)模式各有千秋。教師在進(jìn)行科學(xué)論證教學(xué)實(shí)踐時(shí)，要根據(jù)知識(shí)特點(diǎn)、學(xué)生情況、設(shè)備條件等靈活選擇教學(xué)模式。同時(shí)，教師要根據(jù)實(shí)施情況積極地對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行修正，為后續(xù)的研究和實(shí)踐奠定良好基礎(chǔ)。

2.3.3 教學(xué)實(shí)踐

在明確科學(xué)論證教學(xué)策略和模式后，研究者們開(kāi)始在教學(xué)實(shí)踐中嘗試檢驗(yàn)相應(yīng)策略和模式的有效性。筆者統(tǒng)計(jì)了教學(xué)策略和實(shí)踐類(lèi)文獻(xiàn)中具體實(shí)施的課題，如表2所示。

由表可知，研究者進(jìn)行科學(xué)論證教學(xué)實(shí)踐，選擇最多的課題大多與日常生活密切相關(guān)，例如“超重與失重”。這表明生活中的現(xiàn)象是科學(xué)論證教學(xué)的素材庫(kù)，學(xué)生可以基于自己的親身體驗(yàn)尋找證據(jù)，進(jìn)行論證。同時(shí)，較為抽象的電磁概念也是研究者們關(guān)注的實(shí)踐課題。通過(guò)類(lèi)比等手段將抽象概念具象化，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，以便他們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)中繼續(xù)利用類(lèi)似的科學(xué)論證思路解決抽象問(wèn)題。此外，諸如“水果電池”一類(lèi)基于知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用探究也值得關(guān)注。這類(lèi)課題不僅可以激發(fā)學(xué)生的探究興趣，還能幫助學(xué)生在探究性課題中積累論證經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)。

2.4 科學(xué)論證的測(cè)量評(píng)價(jià)

科學(xué)論證的測(cè)量評(píng)價(jià)，不僅能直觀地判斷學(xué)生科學(xué)論證能力現(xiàn)狀，還能反映科學(xué)論證教學(xué)質(zhì)量，為進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)策略提供有效反饋。目前，科學(xué)論證的測(cè)量評(píng)價(jià)研究主要是圍繞科學(xué)論證的水平劃分、評(píng)價(jià)方式和中學(xué)生科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀測(cè)查進(jìn)行的。

2.4.1 水平劃分

2015年，鄧陽(yáng)結(jié)合國(guó)外的研究成果，提出從主張、證據(jù)、理由和反證四個(gè)維度，分水平對(duì)學(xué)生的科學(xué)論證能力進(jìn)行劃分。^［27］2020年版《課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)論證能力劃分為五個(gè)水平。后續(xù)的研究者立足于2020年版《課程標(biāo)準(zhǔn)》的劃分和鄧陽(yáng)的研究成果，對(duì)科學(xué)論證水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更深入的研究。例如，陳雪基于SOLO（Structure of the Observed Outcome）分類(lèi)理論構(gòu)建了高中物理科學(xué)論證水平框架，如表3所示。^［28］

2.4.2 評(píng)價(jià)方式

目前，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)科學(xué)論證能力的評(píng)價(jià)方式主要有以下三種：紙筆測(cè)驗(yàn)、課堂話(huà)語(yǔ)分析和計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。

紙筆測(cè)驗(yàn)是指研究者根據(jù)科學(xué)論證要素編制試題，結(jié)合科學(xué)論證水平劃分對(duì)被試者進(jìn)行評(píng)價(jià)，以檢驗(yàn)被試者科學(xué)論證能力的評(píng)價(jià)方式。例如，陳穎等以自行編制的“物體下落”試題，對(duì)數(shù)千名高中生的科學(xué)論證能力展開(kāi)了測(cè)評(píng)。^［29］紙筆測(cè)驗(yàn)可以給被試者足夠的思考空間，充分反映其科學(xué)論證能力。然而，題目的編制和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定耗時(shí)耗力，且信效度無(wú)法得到保證。

課堂話(huà)語(yǔ)分析是指研究者根據(jù)預(yù)先繪制完成的科學(xué)論證話(huà)語(yǔ)框架，識(shí)別和統(tǒng)計(jì)課堂上教師和學(xué)生出現(xiàn)的相應(yīng)話(huà)語(yǔ)的頻次，從而判定師生科學(xué)論證水平的一種評(píng)價(jià)方式。例如，鄧浩儀、張軍朋等結(jié)合了視頻分析法，定量分析了全國(guó)中學(xué)物理青年教師教學(xué)大賽的6節(jié)優(yōu)質(zhì)視頻中的科學(xué)論證話(huà)語(yǔ)。^［30］課堂話(huà)語(yǔ)分析可以最真實(shí)地反映被試者的科學(xué)論證水平，但易受實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響，且偶然因素較多。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)則是通過(guò)在線(xiàn)方式，使用計(jì)算機(jī)識(shí)別論證要素，從而判定被試者的科學(xué)論證能力的評(píng)價(jià)方式?？姿嚨纫晕淖诸?lèi)科學(xué)論證作品作為自動(dòng)測(cè)評(píng)的研究對(duì)象，研制出一種使用計(jì)算機(jī)對(duì)科學(xué)論證水平自動(dòng)評(píng)分的評(píng)價(jià)方法，并嘗試結(jié)合實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)用于改進(jìn)課堂教學(xué)。^［31］作為一種新型技術(shù)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)具有方便、高效的優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)于論證話(huà)語(yǔ)的識(shí)別和判斷還需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行更深層次的開(kāi)發(fā)。

2.4.3 中學(xué)生科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀測(cè)查

從上述研究中，研究者們得到相似的結(jié)論：中學(xué)生科學(xué)論證能力水平大多處于中等水平，論證普遍缺乏“反駁”要素和完整性。研究者們認(rèn)為，學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)質(zhì)量受到教學(xué)情境、教學(xué)方式、課堂紀(jì)律以及教師的提問(wèn)角色等多種因素影響。^［32］因此，基于中學(xué)生科學(xué)論證能力的影響因素，探尋具有針對(duì)性的培養(yǎng)模式，已成為了廣大物理教育工作者科學(xué)論證教學(xué)研究的核心任務(wù)。

3 思考與展望

基于上述分析，筆者對(duì)物理學(xué)科的科學(xué)論證教學(xué)提出以下幾點(diǎn)思考與展望。

第一，在科學(xué)論證的概念研究方面，科學(xué)論證的內(nèi)涵價(jià)值已經(jīng)得到充分挖掘，研究者們對(duì)其內(nèi)涵的認(rèn)知已基本達(dá)成一致。但是，作為科學(xué)思維的要素之一，科學(xué)論證與模型建構(gòu)等其他要素有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。現(xiàn)有的研究大多聚焦于單一具體的要素，而各要素之間的區(qū)別與聯(lián)系亟待探索。研究者可以嘗試從科學(xué)思維各要素之間的邏輯關(guān)系入手，探尋利于學(xué)生的思維能力綜合發(fā)展的科學(xué)論證教學(xué)。

第二，在科學(xué)論證的教學(xué)策略和實(shí)踐方面，研究者們已經(jīng)針對(duì)不同課型提出了一定的策略及模式。但是，思維的提升是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程；同樣，科學(xué)論證能力的培養(yǎng)也不是一蹴而就的。針對(duì)單節(jié)課的科學(xué)論證教學(xué)設(shè)計(jì)固然能在一定程度上鍛煉學(xué)生的科學(xué)論證能力，但是要確保學(xué)生科學(xué)論證能力的充足發(fā)展，教師需要具備利用大單元、大概念進(jìn)行整體課程設(shè)計(jì)的意識(shí)。此外，鑒于學(xué)生在復(fù)習(xí)課前已經(jīng)掌握了基本知識(shí)和原理，如果在復(fù)習(xí)課上設(shè)計(jì)相應(yīng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行論證，無(wú)疑可以使學(xué)生的科學(xué)論證能力得到更深層次的發(fā)展。

第三，在科學(xué)論證的測(cè)量評(píng)價(jià)方面，為了達(dá)到更好的評(píng)價(jià)效果，研究者可以設(shè)計(jì)多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合的體系，以達(dá)成三角互證。針對(duì)學(xué)生科學(xué)論證水平偏低，論證過(guò)程缺乏完整性以及普遍缺乏“反駁”要素等問(wèn)題，筆者認(rèn)為可以采取以下措施：首先，教師系統(tǒng)地向?qū)W生介紹科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)與方法，并且做出標(biāo)準(zhǔn)的論證示范，以提高學(xué)生論證的完整性；其次，教師可以充分挖掘?qū)嶒?yàn)和生活中的資源，多設(shè)置開(kāi)放性問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)教師和同學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行批判，從而增加學(xué)生論證中的“反駁”要素；最后，筆者建議在中高考試題中加強(qiáng)對(duì)科學(xué)論證能力的考查，以此加強(qiáng)一線(xiàn)教師對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的重視。

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