鄭 穎 梁 平 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

自20世紀90年代以來,科學(xué)論證得到了國際科學(xué)教育研究者的廣泛關(guān)注,使得“作為論證的科學(xué)”(science as argument)成為詮釋科學(xué)思維的一種重要觀念.[1][2]正在修訂的高中物理課程標準將科學(xué)論證納入了學(xué)科體系,使之成為物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的一個重要構(gòu)成要素;標準認為科學(xué)論證是物理課程中的重要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式,也是物理教學(xué)中的重要教學(xué)目標,要求學(xué)生具備科學(xué)論證的意識和能力.美國國家研究委員會于2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標準》(Next Generation Science Standards,NGSS)也明確將“基于證據(jù)的論證”列為K-12科學(xué)教育中的8種實踐之一.通過課標比較可以看出,絕大多數(shù)國家的課程標準都對學(xué)生的科學(xué)論證能力提出了要求,[3]因而對學(xué)生科學(xué)論證能力發(fā)展狀態(tài)的精準評價與診斷就顯得尤為重要,其認知表現(xiàn)層次的劃分也就成為其重要的研究路徑.基于此,本研究提出了研究的核心目標,即基于物理學(xué)科背景,深化對高中物理教育中科學(xué)論證的認識,并依托相關(guān)理論研究,對物理科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)進行劃分.

1 物理科學(xué)論證能力的概念界定

1.1 “能力”概念辨析和本研究中的界定

能力的概念較復(fù)雜,本身可能包含多種意思,需要明確區(qū)分對能力的各種理解.一般認為,能力是一種心理特征,是順利實現(xiàn)某種活動的心理條件.彭聃齡指出,能力不僅包含一個人現(xiàn)在已經(jīng)達到的成就水平,而且包含了一個人具有的潛力.[4]張春興區(qū)分了和能力相關(guān)的幾個概念.能力包含兩種意義,“所能為者”和“可能為者”.“所能為者”指的是到目前為止個人在實際作業(yè)上所表現(xiàn)出來的能力.張春興指出:“此種由實際行為表現(xiàn)出來的具體能力”,系屬學(xué)習(xí)或訓(xùn)練之后學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果之顯現(xiàn),在心理學(xué)中稱之為‘成就’.”“可能為者”指的是個人尚未接受某種訓(xùn)練之前,在相關(guān)行為上所展現(xiàn)的一種潛能.這種潛能在心理學(xué)上被稱為“性向”.性向又分為普通性向和特殊性向兩類.普通性向指一般性潛在能力;特殊性向指在某些特殊方面的潛在能力,例如音樂、繪畫等.普通性向也被稱為普通能力或一般能力,一般能力也就是一般所指的智力.[5]本研究“物理科學(xué)論證能力”中的“能力”屬于“成就”的范疇,即“所能為者”.

1.2 科學(xué)論證的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)要素

關(guān)于論證的定義,國外具有代表性的是Toulmin關(guān)于論證的界定,他認為論證是一種社會性的、追求合作認知的認識論活動,在論證過程中參與者利用證據(jù)和理論來支持解釋與論點,并借助相互審視、批判和反思的過程來促進同伴的理解.而且,他基于法律論證的典型范例,認為符合規(guī)則的論證應(yīng)該包括6類具有不同功能的結(jié)構(gòu)要素,即主張(claim)、資料(data)、正當理由(warrant)、支援(backing)、限定(qualifiers)、反證(rebuttal),且這些結(jié)構(gòu)要素之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系.[6]而科學(xué)論證指的是圍繞自然科學(xué)內(nèi)容而開展的論證,目前國外廣泛采用的是由R A Duschl,J Osborne(2002),[7]D B Clark,V Sampson(2008),[8]McNeill(2011)[9]等人定義的科學(xué)論證的定義,即科學(xué)論證是面向未確定的科學(xué)問題,通過社會性協(xié)作過程,為各自的觀點提供支持,并批駁相異的觀點,以解決問題并獲取知識的活動.國內(nèi)對科學(xué)論證的界定的主要代表有:鄧陽、王后雄(2016)認為科學(xué)論證是個(團)體在面對未知問題時,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自己的主張的合理性實踐.[10]韓葵葵、胡衛(wèi)平(2008)認為科學(xué)論證(scientific argumentation)是指學(xué)生以科學(xué)知識為中介,根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)資料提出主張和進行推理(argument),反思自己和別人論點的不足以提出反論點(counter argument),同時反駁他人的質(zhì)疑和批判為自己辯護(rebuttal)的綜合思維.[11]綜上所述,科學(xué)論證目前雖然有多種定義,但對其內(nèi)涵的認識已基本達成一致.科學(xué)論證包括觀點、與觀點相關(guān)的證據(jù)以及聯(lián)系觀點和證據(jù)的推理.科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)要素如圖1所示.

圖1 科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)要素

可以看出,科學(xué)論證是基于推理進行論證,其具有外顯的結(jié)構(gòu)模式,因此,在對科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)層次進行劃分時必須考慮學(xué)生所呈現(xiàn)論證結(jié)構(gòu)要素的完整.而對學(xué)生物理科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)層次則需結(jié)合具體的物理知識和物理問題情境,可以基于對學(xué)生解決物理問題時的外在表現(xiàn)的描述和分析,進而對學(xué)生的物理科學(xué)論證能力做出合理推斷.基于此,在本研究中觀點是指基于對物理問題情境的描述與分析而做出的判斷;證據(jù)是指支持觀點的物理知識,包括物理模型與規(guī)律等;推理過程是指聯(lián)系觀點和證據(jù)的因果關(guān)系鏈,包括演繹推理和歸納推理等;反駁是指運用物理知識對相異觀點進行質(zhì)疑和批判,其過程也是推理的形式.

1.3 物理科學(xué)論證能力及其心理構(gòu)造圖

本研究依托上述理論,提出物理科學(xué)論證能力的定義.物理科學(xué)論證能力是指學(xué)生能基于對物理問題情境的描述和分析,依據(jù)現(xiàn)有證據(jù),進行合理推理,支持正確觀點或反駁相異觀點所必須的、穩(wěn)定的心理特征.

由于所要劃分的認知表現(xiàn)層次旨在描述學(xué)生物理科學(xué)論證能力的發(fā)展水平,所以學(xué)生的認知活動必須僅由物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造所主導(dǎo),并且最后劃分的層級結(jié)構(gòu)應(yīng)與物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造的層級結(jié)構(gòu)相一致.于是,為了能夠相對準確地劃分物理科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)層次,首先需要確定學(xué)生物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造.

本研究在界定物理科學(xué)論證能力的基礎(chǔ)上,同時參考課程標準文件,構(gòu)建了物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造圖(心理構(gòu)造圖是對所確定的單維心理構(gòu)造不同層級水平的描述),如圖2所示.

圖2 物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造圖

圖2是根據(jù)物理科學(xué)論證能力在不同層級上的典型特征對心理構(gòu)造進行刻畫,總共有5個層級,最低層級反映學(xué)生能區(qū)別觀點和證據(jù),最高層級則對應(yīng)學(xué)生能考慮證據(jù)的可靠性,合理使用證據(jù),中間則由3個過渡層次順次相連,依次是學(xué)生能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點、學(xué)生能恰當使用證據(jù)表達自己的觀點及學(xué)生能恰當使用證據(jù)證明物理結(jié)論.

2 物理科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)層次

物理科學(xué)論證能力作為一種內(nèi)隱的心理特質(zhì),需要通過外顯的行為來進行診斷和評估,即可以基于對學(xué)生解決物理問題時的外在表現(xiàn)的描述和分析,進而對學(xué)生的科學(xué)論證能力水平作出合理推斷.因此,為了能夠更加系統(tǒng)和明確地對物理科學(xué)論證能力的層級進行描述,本研究通過物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造與SOLO分類理論相結(jié)合的方式來具體劃分物理科學(xué)論證能力的認知表現(xiàn)層次.

2.1 SOLO分類理論簡介

SOLO分類理論起源于皮亞杰的發(fā)展階段理論,其英文全稱是Structure of the Observed Learning Outcome,可譯為“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”.SOLO分類理論在繼承皮亞杰的學(xué)說的基礎(chǔ)上,解決了認知發(fā)展階段理論所遇到的兩個矛盾: (1) “異變”現(xiàn)象的普遍存在,階段概念的可行性受到質(zhì)疑,用發(fā)展階段理論難以解釋上述現(xiàn)象; (2) 皮亞杰理論難以應(yīng)用到具體的學(xué)科教學(xué)中去.[12]SOLO分類理論的創(chuàng)始人彼格斯(Biggs)認為,一個人的總體認知結(jié)構(gòu)是一個純理論性的概念,是不可檢測的,他稱之為假設(shè)的認知結(jié)構(gòu)(hypothetical cognitive structure,HCS);而一個人回答某個問題時所表現(xiàn)出來的思維結(jié)構(gòu)卻是可以檢測的,他稱之為“可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu)”(structure of the observed learning outcome,SOLO).[13]

SOLO分類理論有幾個基本假設(shè).第一,彼格斯認為,作為考試評價,重要的不是學(xué)習(xí)行為而是學(xué)習(xí)結(jié)果,是學(xué)生解答問題時表現(xiàn)出來的可以觀察到的認識反應(yīng)水平.找出學(xué)生表現(xiàn)出來的可以觀察到的認識反應(yīng)水平的結(jié)構(gòu),就可以據(jù)以對學(xué)生的表現(xiàn)進行分類.第二,彼格斯認為決定學(xué)生的認知反應(yīng)水平的因素是功能反應(yīng)方式以及在某種功能方式下的反應(yīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.反應(yīng)的功能方式由學(xué)生在反應(yīng)過程中所利用元素(如語句、符號等)的性質(zhì)、水平與操作的類型所確定.第三,彼格斯在大量的事實調(diào)查基礎(chǔ)上假設(shè):不論是兒童還是成年人,當他們在學(xué)習(xí)新的知識時,認知的發(fā)展是有階段的;不同的認知發(fā)展階段之間,存在著認知水平上質(zhì)的躍遷,不可能以簡單的量的積累來實現(xiàn)不同階段之間的躍遷.通過對認知發(fā)展的功能方式的分析,彼格斯提出,可以從能力(capacity)、思維操作(relating operation)、一致性與收斂(consistency and closure)、應(yīng)答結(jié)構(gòu)(structure)4個方面區(qū)分學(xué)生的回答水平,具體歸納出學(xué)生思維水平的5個層次,如表1所示.[14]

表1 SOLO認知層級結(jié)構(gòu)描述

續(xù)表

其中,前結(jié)構(gòu)水平、單點結(jié)構(gòu)水平、多點結(jié)構(gòu)水平主要表征學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)量特征,此時學(xué)生的學(xué)習(xí)還處于知識的積累層面,而關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平和抽象擴展結(jié)構(gòu)水平則側(cè)重表達學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)特征,也就是達到了定性評價的層次,學(xué)生已能將知識進行整合、應(yīng)用和有效擴展.這5種水平代表了學(xué)生對知識的掌握程度,根據(jù)學(xué)生在解決問題時的回答,可以判斷出學(xué)生的認知屬于哪一種水平,從而掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和進程.

2.2 物理科學(xué)論證能力認知表現(xiàn)水平劃分

SOLO分類理論的層級結(jié)構(gòu)與構(gòu)成物理科學(xué)論證能力的心理構(gòu)造的層級結(jié)構(gòu)完全一致,同為5個層級,每個層級水平間存在著某種對應(yīng)關(guān)系,即前結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)“能區(qū)別觀點和證據(jù)”;單點結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)“能使用簡單和直接的證據(jù)表達自己的觀點”;多點結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)“能恰當使用證據(jù)表達自己的觀點”;關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)“能恰當使用證據(jù)證明物理結(jié)論”;抽象擴展結(jié)構(gòu)水平對應(yīng)“能考慮證據(jù)的可靠性,合理使用證據(jù)”.故本研究以“整合”的思想將兩者進行有機的聯(lián)系與組合,使其能夠完整地描述學(xué)生的科學(xué)論證能力水平.物理科學(xué)論證能力水平描述如表2所示.

表2 物理科學(xué)論證能力的認知水平層次及具體表現(xiàn)

續(xù)表

3 結(jié)語

物理科學(xué)論證能力是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的一種心理特質(zhì),此特質(zhì)決定了學(xué)生面對關(guān)于科學(xué)論證的物理問題時的行為表現(xiàn).物理科學(xué)論證能力認知表現(xiàn)層次的劃分則細致地解構(gòu)了學(xué)生相應(yīng)的能力表現(xiàn)水平,為測查和分析學(xué)生的此類行為表現(xiàn)提供了系統(tǒng)且可操作的實證研究路徑.

參考文獻：

1 D Kuhn. Science as argument:Implications for teaching and learning scientific thinking[J]. Science Education,1993, 77(3):319-337.

2 O Jonathan, S Shirley, C Andri, H R Christina and R Katherine. Learning to argue: A study of four schools and their attempt to develop the use of argumentation as a common instructional practice and its impact on students[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2013,50(3):315-347.

3 郭玉英. 中學(xué)理科課程標準國際比較與研究[M]. 北京:北京師范大學(xué)出版社,2014.

4 彭聃齡.普通心理學(xué)[M]. 北京:北京師范大學(xué)出版社,2004:340.

5 張春興.現(xiàn)代心理學(xué)[M]. 上海:上海人民出版社,2009:346.

6 S Toulmin. The uses of argument. Cambridge: Cambridge University Press,1958.

7 R A Duschl,J Osborne.Supporting and promoting argumentation discourse in science education[J].Studies in Science Education,2002,38(1):39-72.

8 D B Clark,V Sampson.Assessing dialogic argumentation in online environments to relate structure,grounds,and conceptual quality[J].Journal of Research in Science Teaching,2008,45(3):293-321.

9 L M Katherine.Elementary students’ views of explanation, argumentation, and evidence, and their abilities to construct arguments over the school year[J].Journal of Research in Science Teaching,2011,48(7):793-823.

10 鄧陽,王后雄.中學(xué)生書面科學(xué)論證能力發(fā)展水平研究[J]. 課程·教材·教法,2016,36(03):114-121.

11 韓葵葵,胡衛(wèi)平.科學(xué)實踐活動中合作論證教學(xué)模式研究[J]. 現(xiàn)代中小學(xué)教育,2017,33(09):62-66.

12 吳有昌,高凌飚.SOLO分類法在教學(xué)評價中的應(yīng)用[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2008,(03):95-99，160.

13 約翰·B.彼格斯,凱文·F.科利斯著.學(xué)習(xí)質(zhì)量評價:SOLO分類理論(可觀察的學(xué)習(xí)成果結(jié)構(gòu))[M].高凌飚,張洪巖.北京:人民教育出版社,2010.

14 羅伯特·J.馬扎諾,約翰·S.肯德爾.教育目標的新分類學(xué)[M].高凌飚,吳有昌,蘇峻譯.北京:教育科學(xué)出版社,2012,12.