陳仁旭 王長(zhǎng)江

摘 ?要：科學(xué)論證作為核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的重要要素，已引起國(guó)內(nèi)外教育工作者的廣泛關(guān)注。文章以“楞次定律”的教學(xué)實(shí)踐為例，為教師介紹SWH模式，用于指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探究和書面論證活動(dòng)，從而提升學(xué)生的科學(xué)論證能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)論證;SWH模式;楞次定律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）10-0006-5

科學(xué)論證是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的核心議題。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，科學(xué)論證受到國(guó)際科學(xué)教育研究者的普遍關(guān)注，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)于2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（Next Generation Science Standards，NGSS）[1]明確將“基于證據(jù)的論證”列為K-12科學(xué)論證中的八種實(shí)踐之一，并將論證作為科學(xué)實(shí)踐要素用于指導(dǎo)課堂教學(xué)[2]。我國(guó)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，“科學(xué)思維”是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中形成的關(guān)鍵能力?？茖W(xué)論證是科學(xué)探究的核心，提高科學(xué)論證能力不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的先決條件，也能夠發(fā)展批判性思維能力和復(fù)雜決策能力，促進(jìn)核心概念的整合以及深化對(duì)知識(shí)內(nèi)容、科學(xué)本質(zhì)的理解[3]。

如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力？筆者認(rèn)為，可以運(yùn)用Hand和Carolyn Keys等人提出的SWH（Science Writing Heuristic，啟發(fā)式科學(xué)寫作）模式改進(jìn)實(shí)際教學(xué)，將演示實(shí)驗(yàn)課改為需要學(xué)生當(dāng)堂完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的探究性實(shí)驗(yàn)課，引導(dǎo)學(xué)生提出明確問(wèn)題、主張、支持主張的證據(jù)和理由，并收獲一個(gè)完整的科學(xué)論證過(guò)程[4]。大量研究表明，SWH模式能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的科學(xué)論證能力[5-7]。

1 ? ?問(wèn)題提出

1.1 ? ?SWH模式概述

SWH模式的內(nèi)核是向?qū)W習(xí)者提供一個(gè)啟發(fā)性實(shí)踐模式，從而指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)活動(dòng)和書面科學(xué)論證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、小組合作、交流討論、說(shuō)服演說(shuō)、質(zhì)疑反駁等科學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生以科學(xué)推理能力、批判思維能力為核心的科學(xué)論證能力，并且促進(jìn)學(xué)生交流合作、匯報(bào)演說(shuō)等論證相關(guān)能力的發(fā)展。SWH模式包括教師活動(dòng)設(shè)計(jì)和學(xué)生思考兩個(gè)模式，一是為教師提供與教學(xué)行為建議有關(guān)的教師策略模式（見(jiàn)表1），二是輔助學(xué)生思考模式（見(jiàn)表2）。

教師策略模式為教師提供明確的教學(xué)思路，在保證新舊知識(shí)聯(lián)系、課堂氣氛活躍的前提下，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)完整的科學(xué)論證過(guò)程，提高學(xué)生書面科學(xué)論證活動(dòng)的正式性、規(guī)范性。

輔助學(xué)生思考模式為學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)流程的理解、科學(xué)論證過(guò)程兩方面提供支持，同時(shí)也在告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告、書面科學(xué)論證的主要內(nèi)容包括：最初觀點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)、觀察、正式主張、證據(jù)、交流、反思。

1.2 ? ?SWH模式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的積極意義

SWH模式通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、收集證據(jù)、明確主張、交流反思，能夠有效幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)論證能力，建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，提升科學(xué)認(rèn)識(shí)論水平、批判思維能力和交流能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)物理選擇性必修2中“楞次定律”部分作出明確的學(xué)業(yè)要求：能夠理解楞次定律的內(nèi)涵，會(huì)做“探究影響感應(yīng)電流方向的因素”等實(shí)驗(yàn)。能夠根據(jù)假設(shè)的思路，制定科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)方案。能夠正確操作實(shí)驗(yàn)器材，獲得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而通過(guò)歸納形成簡(jiǎn)潔的、具有普遍意義的結(jié)論。能分析實(shí)驗(yàn)中存在的誤差，能夠判斷誤差的來(lái)源，能夠?qū)懗鐾暾目茖W(xué)探究報(bào)告[3]?？梢?jiàn)，對(duì)于“楞次定律”教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、分析論證等能力的培養(yǎng)。比較發(fā)現(xiàn)，SWH模式為教師和學(xué)生提供的教學(xué)活動(dòng)模式與新課標(biāo)要求非常吻合，并且注重學(xué)生的科學(xué)論證能力。

2 ? ?“楞次定律”教學(xué)疑難分析

楞次定律是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，是分析和解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象問(wèn)題的重要支柱。

從教材來(lái)看（以舊人教版選修3-2[8]為例），此內(nèi)容從條形磁鐵相對(duì)螺線管運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)入手，簡(jiǎn)單推理就提出“感應(yīng)電流磁場(chǎng)阻礙磁通量變化”這一結(jié)論，致使學(xué)生不明確論證過(guò)程中的主張、證據(jù)、證據(jù)與主張間的聯(lián)系、反駁等要素，論證過(guò)程不夠完整，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)楞次定律沒(méi)有本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，更得不到清晰的科學(xué)論證過(guò)程。

從傳統(tǒng)教學(xué)安排來(lái)看，教師多采用演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。楞次定律涉及的物理量眾多、規(guī)律復(fù)雜，包含磁場(chǎng)方向、磁通量大小、磁通量變化、電流方向、線圈繞向等。多個(gè)物理量同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中時(shí)，教師講授困難，即使認(rèn)真講解，也很難保證學(xué)生充分理解楞次定律的推理論證過(guò)程，教學(xué)效果一般。

從學(xué)生學(xué)習(xí)情況來(lái)看，學(xué)生剛接觸電磁感應(yīng)，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)薄弱，突然要探究涉及物理量眾多的楞次定律，往往出現(xiàn)研究問(wèn)題不明確、問(wèn)題分析不具體、推理論證不充分的情況，無(wú)法從物理學(xué)視角對(duì)楞次定律的內(nèi)涵和與之相關(guān)物理量之間的聯(lián)系有一個(gè)正確認(rèn)識(shí)，難以掌握基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)、結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗(yàn)和修正的科學(xué)論證方法。

3 ? ?SWH模式在“楞次定律”教學(xué)中的運(yùn)用

筆者嘗試以SWH模式為理論基礎(chǔ)，綜合考慮“楞次定律”教學(xué)實(shí)際，設(shè)計(jì)教學(xué)思路，探索新型教學(xué)模式，見(jiàn)表3。

3.1 ? ?環(huán)節(jié)一：提問(wèn)引導(dǎo)，明確問(wèn)題

教師活動(dòng)：演示實(shí)驗(yàn)（人教版選修3-2圖4.3-1[8]），創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題串（產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？如何判斷感應(yīng)電流的方向？我們已經(jīng)知道磁通量變化與感應(yīng)電流有一定的聯(lián)系，能否用磁通量變化來(lái)表達(dá)感應(yīng)電流的方向？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？），板書相關(guān)物理量概念圖，并指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，明確研究問(wèn)題，提出初步主張（“磁通量變化與感應(yīng)電流有一定的聯(lián)系”），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

環(huán)節(jié)一通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和問(wèn)題串引導(dǎo)、幫助學(xué)生明確研究問(wèn)題，保障后續(xù)探究與論證方向正確，避免以往“楞次定律”教學(xué)中學(xué)生對(duì)研究問(wèn)題不明確、眾多物理量理解不深入、甚至混淆現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 ? ?環(huán)節(jié)二：指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)

教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)（提示學(xué)生表明線圈繞向，記錄電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系）。

學(xué)生活動(dòng)：分組實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4），思考能否證實(shí)初步主張。

環(huán)節(jié)二給予學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的空間，符合新課標(biāo)在“楞次定律”一節(jié)對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作的要求。

3.3 ? ?環(huán)節(jié)三：思考證據(jù)，修改主張

教師活動(dòng)：板書實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指導(dǎo)小組討論（引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“磁極方向一致時(shí)，電流表指針時(shí)左時(shí)右;磁通量變化趨勢(shì)相同時(shí)，電流表指針還是時(shí)左時(shí)右”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明事實(shí)證據(jù)反駁了學(xué)生的初步主張“磁通量變化與感應(yīng)電流有一定的聯(lián)系”），激勵(lì)學(xué)生思考并提出新主張（適時(shí)提示感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向、感應(yīng)電流方向均有關(guān)）。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法支持初步主張，思考如何修改初步主張，根據(jù)教師指導(dǎo)修改主張，再次實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表5），小組討論總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論（感應(yīng)電流磁場(chǎng)與磁通量變化有關(guān)）。

環(huán)節(jié)三教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)初次實(shí)驗(yàn)獲得的證據(jù)來(lái)反駁學(xué)生的初步主張，并修改主張。學(xué)生通過(guò)交流討論形成統(tǒng)一意見(jiàn)，不僅要表明自己的論點(diǎn)（主張），還要闡述自己推理的依據(jù)和過(guò)程，這樣有利于增強(qiáng)學(xué)生的溝通性論證能力，培養(yǎng)學(xué)生有條有理、嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)、自我批判的科學(xué)態(tài)度，以及鍥而不舍的科學(xué)精神。

3.4 ? ?環(huán)節(jié)四：班級(jí)討論，完善主張

教師活動(dòng)：引導(dǎo)全班討論（注意及時(shí)引導(dǎo)、控制討論方向，并板書重點(diǎn)內(nèi)容），引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論（感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化），選出學(xué)生代表發(fā)言，重點(diǎn)闡述如何得出結(jié)論，證據(jù)是什么（視情況做必要的補(bǔ)充）。

學(xué)生活動(dòng)：組間討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合得出結(jié)論即新主張，思考證據(jù)如何支持主張。

環(huán)節(jié)四在全班范圍展開(kāi)討論，小組代表運(yùn)用各種證據(jù)向其他學(xué)生進(jìn)行分析論證、演說(shuō)說(shuō)服，使他人接受主張，有利于培養(yǎng)學(xué)生的交流合作能力、提高班級(jí)凝聚力。教師帶領(lǐng)學(xué)生充分體會(huì)證據(jù)如何支持和完善主張的科學(xué)論證過(guò)程，深入理解證據(jù)（表5）與完善后主張（感應(yīng)電流磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化即“楞次定律”）之間的邏輯關(guān)系。

3.5 ? ?環(huán)節(jié)五：深入討論，理解內(nèi)涵

教師活動(dòng)：討論交流（Ⅱ），引導(dǎo)全班學(xué)生分析結(jié)論，例如，“阻礙”一詞的含義是什么？從導(dǎo)體與磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度來(lái)看，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)有何特點(diǎn)？從能量角度來(lái)看，線圈中電能從何而來(lái)？

學(xué)生活動(dòng)：回答問(wèn)題，在教師引導(dǎo)下體會(huì)“楞次定律”的內(nèi)涵。

環(huán)節(jié)五引導(dǎo)學(xué)生從相對(duì)運(yùn)動(dòng)、能量守恒的角度思考“楞次定律”，加深學(xué)生對(duì)“楞次定律”物理內(nèi)涵的理解。

3.6 ? ?環(huán)節(jié)六：整體回顧，思考過(guò)程

教師活動(dòng)：討論交流（Ⅲ），首位呼應(yīng)，回顧開(kāi)頭，引導(dǎo)學(xué)生反思初始主張，并與最終主張比較。通過(guò)課后習(xí)題練習(xí)引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟“楞次定律”可推廣到其他形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，凡是由磁通量增加或減少產(chǎn)生的感應(yīng)電流，其磁場(chǎng)總要阻礙原磁場(chǎng)磁通量的增加或減少。

學(xué)生活動(dòng)：體會(huì)從提出主張—實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)—反駁—提出新主張—再次實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)—最后完善主張的整個(gè)科學(xué)論證過(guò)程。

環(huán)節(jié)六擴(kuò)展學(xué)生對(duì)“楞次定律”的理解，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用“楞次定律”解決問(wèn)題的能力，通過(guò)反思整個(gè)論證過(guò)程，提高學(xué)生科學(xué)推理論證和自我批判的意識(shí)。

3.7 ? ?環(huán)節(jié)七：總結(jié)重點(diǎn)，書面論證

教師活動(dòng)：總結(jié)科學(xué)論證在科學(xué)研究中的重要性，幫助學(xué)生明確科學(xué)論證的基本過(guò)程，指導(dǎo)學(xué)生完成書面科學(xué)論證（見(jiàn)表6）。

學(xué)生活動(dòng)：總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，按要求完成書面科學(xué)論證。

環(huán)節(jié)七鞏固所學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生收獲完整的科學(xué)論證過(guò)程。

4 ? ?結(jié) ?語(yǔ)

SWH模式不是定式化的，應(yīng)隨教學(xué)內(nèi)容而變化，要符合實(shí)際的教學(xué)條件和學(xué)生情況。使用時(shí)教師要把握其核心理念，建立以學(xué)生為中心、小組互助的實(shí)驗(yàn)論證課堂，重點(diǎn)在于激勵(lì)學(xué)生不斷思考，引導(dǎo)學(xué)生建立“問(wèn)題—初始主張—證據(jù)—反駁—最終主張—支持證據(jù)—結(jié)論”的論證思維過(guò)程（其中“問(wèn)題、證據(jù)、最終主張、支持證據(jù)、結(jié)論”必不可少），促進(jìn)學(xué)生科學(xué)論證這一高階思維能力的發(fā)展，幫助教師實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)灌輸教學(xué)向注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力教學(xué)的轉(zhuǎn)變。

為了有效幫助教師開(kāi)展基于SWH模式的實(shí)際教學(xué)，表7列出了是否符合SWH模式的教學(xué)行為，便于教師迅速把握SWH模式的關(guān)鍵點(diǎn)，明確SWH教學(xué)的設(shè)計(jì)思路。

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（欄目編輯 ? ?趙保鋼）