论证式教学在化学教学中的应用

[摘要]论证在科学教育中具有构建科学概念、培养科学探究能力、促进科学本质观理解以及提高决策水平等功能。借由论证式教学经历，学生可以体会到科学家构建理论知识类似的过程，即通过评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程获得知识或理论。以原子理论为例，借由链式问答展开原子理论及其模型构建以呈现课堂论证过程。

[关键词]论证式教学 化学教学 原子理论

论证是人类在特定社会情境下的活动，它既可以产生于个体内部的心智，又可以借由个体或群体通过调整与协商共同构建;[1]是在解决某些问题、议题、争论中达成具有理性决定的过程，是个人在不同的解释与理由中做出选择的能力。

2006年，国际学生评价项目(PISA)中提出的科学素养包括“学生必须能辨别个人意见并能在基于证据的基础上发展出主张，能够应用所学的科学知识，做出具有证据的结论并向他人解释与沟通”。由此，“论证”逐渐进入科学教育的视野，在科学课堂中得以应用。

一、 论证式教学

将论证应用于科学教育，最常见的形式有两种，一是在讨论与辩论的过程中评价多个不同观点，也叫做辩证法论证;二是遵循逻辑规律，并在讨论过程中经由对基本事实的归纳演绎形成论点或达成共识，也叫做分析法论证。[2]

论证是一个让学生思维活动和推理过程外显的行为，不仅是学生有意识地构建科学概念、提高科学素养的平台，而且也给师生提供了进行形成性评价、及时反馈的机会。学生在科学探究过程中以小组为单位通过观察事实提出理论假设，运用逻辑对现象进行预测和解释，以了解获取知识的科学方式，锻炼思维能力。引入论证式教学对培养学生的科学素养，促进学生将已学知识应用到实际情境中，将生态化知识和概念性知识及价值判断相结合有重要意义。

论证式教学具有以下四方面的教育功能。

1. 促进科学概念的构建。学生可以通过小组内“知识的对谈”(Epistemic Dialogues)建立科学概念的构建和变化的观念。[3]“知识的对谈”包括解释和论证，是指在学习小组内，根据个人学习体验，对知识概念进行阐述解释，引起讨论，形成概念理解的有效途径。论证过程中，学生将科学概念与个人生活经验作为资料进行思考，对其做出印证、诠释;或者对同一主题进行反驳并提出不同的主张。

2. 促进科学探究的深入开展。科学研究中，科学家需考虑实验目的、优化设计、数据采集以及相同数据的多维度解释等问题。科学解释的建立是通过讨论与争议寻求知识和理解的过程。在探究式学习中将论证加入教学环节可让学生体验真正的科学情境，即将证据与理论融合在一起构建出科学解释。

3. 促进学生对科学本质的理解。当前学校中的科学实验多半为验证性的，规避呈现争议性的实验结论，因此得出的理论或定律具有“绝对正确”的特性。但科学知识不是绝对真理，随着人类对世界认识程度的加深，科学知识会被不断修正;科学理论不具备绝对正确性，科学并不能对所有问题提供完全正确的答案。在课堂中进行论证式教学，可以提供给学生体验科学家构建概念的机会。通过理论基础的可信度和合理性，考虑证据的可行性、可信性，从而论证与评估该理论的可能性。

4. 促进学生提高决策水平。社会科学性论证(Socio-scientific Argument)即针对科学知识应用于生产生活对社会、环境等产生的影响，通过收集资料，在一定支持证据和限定的范围内就已有资料形成的主张进行辩论，[2]是通过科学教育将科学与学生生活相联系的重要途径之一。学生对社会科学性的两难问题进行论证的过程，势必将从人类社会生活对自然的影响、科学知识解决社会问题的道德考量、科学知识发展的暂定性本质等方面进行思考，搜集证据，通过论证最终形成主张。

二、论证式教学在化学教学中的应用案例

美国国家科学教育案例教学中心网站(http：//sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/

collection/)提供多个科学教育案例，涵盖多学科领域，理科教师可以通过关键词搜索以及设定案例涉及的学科类别、案例适用对象、案例教学具体呈现形式、案例主题领域等来搜寻教学所需案例。[4]笔者以“化学”“科学论证”为检索词，检索得20余则案例。考虑到“原子理论”是化学学科的核心概念和教学重难点，笔者选择了与高中化学选修模块3《物质结构与性质》中的“原子结构与性质”相关的案例：“原子模型的发展历程” ，[5]尝试运用化学史素材来创设论证式教学情境。

[基金项目]

2013国家级大学生实践创新训练计划项目“理科师范生科学本质观调查及其对科学教师教育的启示”(项目编号201311460002Z)阶段性成果。

教学课时：两课时。

教学目标：

(1)了解组成物质的基本粒子;

(2)通过学习历史实验认识到原子模型的建构是发展变化的;

(3)理解原子模型，认识原子数和原子量的概念;

(4)应用历史证据及资料判断并理解原子模型的构建与发展。

教学流程：

1.教学准备。教师提供古代先哲对原子的论述的相关材料，并布置课前阅读、收集资料的任务。

2.课程导入。

教师简要介绍原子理论的形成过程，通过“谁能说说原子概念的起源”“原子真实存在的证据是什么”“原子模型是怎样根据时间演化的”等问题引入学习主题，开启原子模型的穿越时空之旅。

3.链式问答推进论证 。(有删节)

教师通过一系列链式问答，引导学生构建论据、开展论证，推进学生对原子理论与原子结构模型构建过程的理解和认识。 (1) 古希腊哲学家德谟克利特利用什么证据得出原子是真实存在的?

学生需要通过获取资料来构建论证，进行解释、举证和推理。学生与教师讨论，解释德谟克利特的观点：如果我们将物质无限分割成更小的粒子，将会最终以不存在的粒子告终;既然物质不是由不存在的粒子构成，那它必定有一个基本的、最小的、不可分割的组成单位，即为原子。

(2)道尔顿通过哪些证据证明原子存在?

教师运用多媒体向学生演示：道尔顿时代的科学家们通过测定含有铬、氧元素的不同形式化合物的质量，得到铬、氧元素分别所占的质量这一原始数据，经过简单计算得出化合物中各元素所占数量比率。得出结论：两种氧化铬样品中所含氧元素的质量与质量比率在两化合物中并不相同，说明这两种化合物含有不同数量的氧原子。

学生围绕以上结论，通过理解证据和推理间的关系形成意见并予以表达;对自己的意见、解释和推理进行辩护，接受同学提出的质疑，对自己的观点进行批判和修正，最后达成共识：

一系列由相同元素组成的不同化合物中，同一元素的相对原子质量在任何化合物内保持稳定不变，但各元素原子个数比的不同造成了化合物物理性质和化学性质的差异。

(3) 科学家如何根据阴极射线管实验推导出“原子内部同时具备阴极和阳极电荷”这一结论的?

教师利用多媒体演示汤姆生阴极射线管实验，并简要解释图中磁场是如何改变阴极射线的。提问：右图中哪一个是合理的原子模型?

(4) 哪一个原子模型是基于卢瑟福金箔实验绘制的?

多媒体演示卢瑟福金箔实验。通过金箔实验可以得出结论：原子必然具备小而紧凑的带正电荷的粒子簇(即质子)，粒子簇被带有负电荷的电子包围(“核”模式)，但是这一结论并未提供“电子围绕原子核高速运动的精确结构”的相关证据，因而教师应当鼓励学生进一步思考：现有证据是否支持主张，是否需要收集更多证据。展开以下讨论：①卢瑟福金箔实验的工作原理;②金箔实验如何推导出结论;③中子是如何被发现的;④卢瑟福金箔实验提供的资料对推导出结论有怎样的作用。并对问题(3)中合理的原子模型做出进一步选择。

4.交流总结。师生讨论、回顾论证过程，总结阐述原子结构模型从道尔顿实心球模型――汤姆生枣糕模型――卢瑟福行星模型――玻尔量子化轨道模型――现代电子云模型的发展历程。

5.课后作业。以科学学习小组为单位，选取链式问答阶段中的一个问题，对其探究方案提出改进意见，撰写研究报告，并在学习小组内相互评价。

教学设计评析：此论证式教学案例将提问法与讲授法相结合进行化学史案例学习。

整个教学流程随着论证的展开而展开，从任务提出、收集数据和资料、构建论据、论证、研究报告、学生相互评论、改进到讨论反思。

在“链式问答推进论证”中，教师引导学生收集资料，以小组为单位构建论据，进行论证：认为某个选项是相对正确的答案的原因是什么?用什么资料来支撑该的论点?对需要讨论的问题形成个人观点，用获取的资料支撑观点，用科学语言加以阐述推理与论据间的关系，组内共同选择有效证据来支持提出的假设。随后，不同小组之间展开辩论，学生需要对提出的假设进行立论辩护，接受其他小组的质疑，对自己组别的意见加以修改。

在此过程中，教师应注意培养学生使用科学用语进行辩论，将“科学知识会有所变化，并被不断修正”的观念贯穿论证过程;控制讨论时间，同时鼓励学生根据同学的质疑和意见修改自己的意见，以增强学生的批判性思维。

在“交流总结”这一环节中，学生通过学习共同体中其他成员的交流与评价修正自己的结论，通过撰写研究报告和探究方案增强科学写作能力，通过对科学语言的使用增强对科学概念的理解与运用。

三、论证式教学的有效策略

1.应用具有多种替代性观念的科学理论。以此类科学理论为论证题材时，通过权衡、评估、选择各种不同理由与解释之后推论出自己的论点，或利用实证的证据或是其他来源的资料支持自己的论点。[1]例如本文案例中通过链式提问由原子概念的起源，引导学生通过辨析多种推测性观念，对形成相对正确的理论进行辨证思考，切实体会原子理论的发展过程。学生在寻找证据的过程中提高了论证与推理能力。

2.应用社会性科学议题。此类议题关注科学知识，也注重科学知识与社会、价值、伦理和情感等方面的相互作用。学生可以经由实验的设计和对资料的诠释促

进其对科学方法与过程的体验，通过对环境和科技议题的争辩来增加对科学与社会的关系的认识，更可以体会科学知识的暂时性和社会建构等特质。[6]社会性科学议题通过创设与生活相关的科学学习情境，将决策的可能性后果承担纳入论证课题，有助于培养有责任心和决策能力的未来公民。

3.应用开放的对谈情境。为了让学生了解一个论证活动是如何开展与进行的，如何提出合理的主张与观点并为其辩护，可以运用怎样的技巧反驳他人观点，教师需要给学生提供两种重要情境：①问题情境。学生自己提出假设，采用实验设计、实验操作、公开发表与说明及同伴间的辩驳以发展论证活动。②交谈情境。使得客观条件上每一个小组成员都有机会发表和评论意见，再将讨论结果对全班发表，让学生在共同体中达成共识。

四、 结语

学生通过论证式教学，可以了解论证活动的流程，学习反驳他人观点与辩护个人观点的技巧，体会科学本质观中科学知识的暂定性和社会性本质，通过从环境自然的视角认知科学技术解决社会问题所带来的可能性问题。

论证式教学的效果受教学时间、学生学习水平以及课前准备影响较大，需要教师对教学流程与时间分配有较好的掌控。教师在论证课题的选择方面应当要注意论题需具备与学科相关的、造成社会关注与道德辩论的特点;组织课堂辩论时，应当注重形成大小合适的科学共同体，使得每一个组员都有表达个人观点、提出意见的机会。

[参考文献]

[1]潘瑶珍.基于论证的科学教育[J].全球教育展望，2010(6).

[2] Chirstine Tippett. Argumentation：The Language of Science.Journal of Elementary Science Education， Vol. 21， No. 1.

[3]de V ries， E.， Lund， K.， & Brker， M. Computer-mediated epistemic dialogue： Explanation and argumentation as vehicles for understanding scientific notions [J]. The Journal of the Learning Science， 2002：11(1)， 63-103.

[4]宋怡.科学教育中案例教学的应用与思考――以美国国家科学教育案例教学中心网站为例[J].天津师范大学学报(基础教育版)，2013，14(4).

[5] http：//sciencecases.lib.buffalo.edu/cs/collection/detail.asp?case_id=667&id=667 [EB/OL].

[6]潘瑶珍.科学教育中的论证教学[J].全球教育展望，2011(2).