王長江 王珊珊 范澤林

摘 要：論證是確?！爸R為真的信念”的重要方式，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容.“慢·論證·醒來”是一種行之有效的、促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)策略：“慢”既強(qiáng)調(diào)教學(xué)是一種慢的藝術(shù)，又強(qiáng)調(diào)慢下結(jié)論、敢于質(zhì)疑;“論證”強(qiáng)調(diào)理解主題問題、澄清概念意義，分析論證結(jié)構(gòu)、審查理由質(zhì)量，評價推理關(guān)系、挖掘隱含假設(shè)，綜合組織論證、考查替代論證;“醒來”是在產(chǎn)生替代結(jié)論后，產(chǎn)生新的體悟、認(rèn)識、精神心理的愉悅.

關(guān)鍵詞：論證;證據(jù);中學(xué)物理;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）19-0002-05

論證是確?！爸R為真的信念”的重要方式.在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中，科學(xué)論證是科學(xué)思維的重要內(nèi)容，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要構(gòu)成.如何在日常的物理教學(xué)中進(jìn)行論證教學(xué)，是一線教師關(guān)注的熱點(diǎn)問題.本文將展示筆者對于這一問題的探索與思考.

1 問題提出

論證是當(dāng)前國內(nèi)外教育領(lǐng)域的核心議題.自20世紀(jì)90年代以來，“論證”受到世界各國的普遍關(guān)注，美國2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中明確將“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[1];我國的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也將“科學(xué)論證”作為“科學(xué)思維”的重要內(nèi)容.在論證教學(xué)實(shí)踐中，圖爾敏論證模式、Sampson論證模式、Kuhn論證模式、SWH科學(xué)論證教學(xué)模式、ADI科學(xué)論證教學(xué)模式、SNP科學(xué)論證教學(xué)模式、PCRR科學(xué)論證教學(xué)模式[2-4]，逐漸為人們熟知.

我們也注意到，一方面，隨著國內(nèi)基礎(chǔ)教育課程改革的持續(xù)推進(jìn)，課堂內(nèi)的學(xué)習(xí)方式已經(jīng)從記誦式導(dǎo)向探究式，科學(xué)推理成為知識形成的內(nèi)在的認(rèn)知要求;但受到傳統(tǒng)文化的影響，一線教師在科學(xué)探究的實(shí)踐中，長于科學(xué)推理，尤其是演繹推理，但不善于引導(dǎo)學(xué)生開展論證教學(xué).國外的科學(xué)論證教學(xué)模式，一般都有較完整的教學(xué)環(huán)節(jié)和獨(dú)立的教學(xué)框架，對于一線教師的具體教學(xué)實(shí)施有一定困難.基于以上的因素，我們的思路是：在不打破傳統(tǒng)教學(xué)框架、只做“簡單的加法”的背景下，以“微創(chuàng)新”“小切口”的做法，探索在中學(xué)物理教學(xué)中，如何融入論證教學(xué)策略，促進(jìn)知識成為被確證的信念，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升.經(jīng)過三年多的探索，我們提出、修正、完善了物理學(xué)科教學(xué)中“慢·論證·醒來”的論證教學(xué)策略.

2 “慢·論證·醒來”是什么

2.1 “慢·論證·醒來”的內(nèi)涵

“慢·論證·醒來”源自華中師范大學(xué)附屬小學(xué)李曉艷老師提出的批判性思維教學(xué)策略[5].在本研究中，還吸收了董毓老師的相關(guān)研究成果[6]，賦予了其新的內(nèi)涵與教學(xué)意義.

2.1.1 “慢·論證·醒來”是論證過程的三個階段

第一階段：慢.“快節(jié)奏、大容量、高效率”是國內(nèi)課堂的常態(tài)（如圖1所示）.這樣經(jīng)年累月的教學(xué)造成的問題是：在知識生成方面，學(xué)生的理解常常會止于“囫圇吞棗”“不求甚解”，考試陷入比反應(yīng)速度、考熟練程度;在認(rèn)知品性方面，不利于學(xué)生求真、公正、反思和開放等品性養(yǎng)成.“慢”的階段既強(qiáng)調(diào)教學(xué)是一種慢的藝術(shù)，又是知識的生成、內(nèi)化、外化的緩慢過程;更強(qiáng)調(diào)師生得出“初步結(jié)論”后，要慢下定論、審視結(jié)論、三思而行，還強(qiáng)調(diào)對初步結(jié)論，以及初步結(jié)論的形成過程敢于質(zhì)疑、勇于發(fā)問、刨根究底.

第二階段：論證.在“快節(jié)奏、大容量、高效率”的課堂里，學(xué)生的思維往往被迫“走捷徑”，所形成的結(jié)論，往往是未經(jīng)確證的.在這種教學(xué)情境下建立的知識結(jié)構(gòu)，往往“基礎(chǔ)不牢”“容易坍塌”.“論證”的階段強(qiáng)調(diào)：

（1）理解主題問題，澄清概念意義.“問題”是開啟論證的原點(diǎn).而對于論證中關(guān)鍵詞句、概念的理解，決定著對論證的理解和判斷.

（2）=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT分析論證結(jié)構(gòu)，審查理由質(zhì)量.論證結(jié)構(gòu)，是指論證的推理結(jié)構(gòu)，指的是各個前提、證據(jù)和結(jié)論的支持關(guān)系.論證是有理由或前提的.在物理教學(xué)中，這些理由通常表現(xiàn)為基于事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)的證據(jù).證據(jù)的準(zhǔn)確性、充足性、相關(guān)性等，是構(gòu)成證據(jù)“質(zhì)量”好壞的組成因素.

（3）=3＼*GB3＼*MERGEFORMAT評價推理關(guān)系，挖掘隱含假設(shè).推理關(guān)系是指前提或理由的含義是如何傳遞給結(jié)論的，主要考查論證的前提是否為結(jié)論提供了相關(guān)的、重要的和充足的支持.觀念、背景等因素對推理具有潛在的、巨大的作用.在物理教學(xué)中，物理觀念對于物理知識的教學(xué)起著統(tǒng)領(lǐng)的作用，但是多數(shù)情況下，物理觀念是潛在的.善于發(fā)現(xiàn)論證的隱含前提，并討論其合理性，是思想深刻、機(jī)智的表現(xiàn).

（4）=4＼*GB3＼*MERGEFORMAT綜合組織論證，考查替代論證.

前面的分析、評價、判斷、反駁的基礎(chǔ)上，構(gòu)造和創(chuàng)造自己的論證，是論證教學(xué)策略的重要一環(huán).教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生盡力去構(gòu)思新證據(jù)、新解釋、新思路，引導(dǎo)學(xué)生自己去闡釋新的含義、推斷出新的結(jié)論，這是新知識產(chǎn)生的主要途徑.

第三階段：醒來.“醒來”階段是經(jīng)過論證后產(chǎn)生新的觀點(diǎn)，是經(jīng)歷一番理性的探險后的欣悅、敞亮的積極的心理體驗(yàn).這樣的心理體驗(yàn)既是對艱苦的智力活動的肯定、褒獎、慰勞，也會增強(qiáng)下一次理性探險的心理的自我效能感.

2.1.2 “慢·論證·醒來”是知識確證為真的一種途徑

知識是那些得到論證辯護(hù)的真的信念.如圖2所示，在物理教學(xué)探索中初步形成的結(jié)論（我們稱之為假設(shè)，未經(jīng)論證的信念），往往是模模糊糊的，有各種各樣的問題.在“慢·論證·醒來”中經(jīng)過論證的物理知識才有可能為學(xué)生后續(xù)物理知識的學(xué)習(xí)建立更為牢固的知識基礎(chǔ)，才有可能具有更強(qiáng)有力的遷移性.

2.2 “慢·論證·醒來”的教學(xué)意義

“慢·論證·醒來”的教學(xué)策略有助于學(xué)生知識的生成和內(nèi)化，理性思維能力的發(fā)展，以及質(zhì)疑創(chuàng)新和科學(xué)態(tài)度的形成.

2.2.1 促進(jìn)科學(xué)推理、科學(xué)論證與質(zhì)疑創(chuàng)新的協(xié)同并進(jìn)

“慢·論證·醒來”的教學(xué)策略融合科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新于一體，有助于整體的學(xué)生科學(xué)思維能力的提升.“慢”，本身就包含著不輕信的理智的勇氣、不盲從的理智的自主性、不自大的理智的謙遜，以及遵從科學(xué)事實(shí)的理智的誠實(shí)等等.“論證”則促進(jìn)學(xué)生審慎地考查證據(jù)的準(zhǔn)確性、充足性;對推理的有效性、可能性等品質(zhì)的發(fā)展大有裨益.

2.2.2 提出物理概念、物理規(guī)律向物理觀念深化的新途徑

當(dāng)前，以大概念統(tǒng)領(lǐng)物理知識的單元教學(xué)是促進(jìn)物理觀念形成的主要思路.在這個教學(xué)思路中，如何處理課時教學(xué)中事實(shí)性知識、概念性知識，邁向整體的單元內(nèi)容的物理觀念，恰是“慢·論證·醒來”教學(xué)框架的用武之地.

從物理知識結(jié)構(gòu)來看，物理知識的層級結(jié)構(gòu)如圖3所示.物理事實(shí)的聚合、抽象形成物理概念;建立概念之間的聯(lián)系形成規(guī)律;在概念、規(guī)律的基礎(chǔ)上提煉升華形成物理觀念.目前，研究者和一線教師非常關(guān)注大概念，倡導(dǎo)以物理觀念統(tǒng)領(lǐng)的大單元教學(xué)設(shè)計，但是，一個現(xiàn)實(shí)的問題是：課時教學(xué)（或部分教學(xué)）形成的知識是單元教學(xué)形成物理觀念的基礎(chǔ).學(xué)生對物理概念、物理規(guī)律等概念性知識的深入理解（概念化理解、確證）是形成物理觀念的基礎(chǔ).因此，不同層級知識的“確證”顯得尤為重要.“論證”促進(jìn)物理事實(shí)性知識、概念性知識的“確證為真的信念”“夯實(shí)基礎(chǔ)”;“挖掘隱含假設(shè)”“醒來”則直接指向?qū)ξ锢硎聦?shí)性知識、概念性知識提煉、升華、省悟后的物理觀念.

2.3 融入“慢·論證·醒來”論證教學(xué)的時機(jī)

融入“慢·論證·醒來”的指導(dǎo)思路是努力做教學(xué)“微創(chuàng)新”：在操作上力求做“簡單加法”，不“大破大立”，盡量在大家熟悉的教學(xué)程序上來增加“慢·論證·醒來”教學(xué)環(huán)節(jié).在日常教學(xué)中，融入“慢·論證·醒來”的時機(jī)可以是在一個基本問題結(jié)束時，可以是在一個課時結(jié)束時，也可以是在一個單元教學(xué)結(jié)束時，還可以是一個教學(xué)模塊結(jié)束時.

在融入“慢·論證·醒來”的學(xué)習(xí)模式中，當(dāng)學(xué)習(xí)者在對物理知識的探究中初步形成假設(shè)（或“斷言”），教師需要先引導(dǎo)學(xué)生“慢下結(jié)論”“三思后定”，然后提出疑問：問題的結(jié)論是什么？我們是怎樣得到這個結(jié)論的？支持這個結(jié)論的論據(jù)可靠嗎？支持這個結(jié)論的理由充分嗎？形成這個結(jié)論的推理過程嚴(yán)謹(jǐn)嗎？等等.接著需要對疑問逐一進(jìn)行論證：理解主題觀點(diǎn)，澄清概念意義;分析論證結(jié)構(gòu)，審查理由質(zhì)量;評價推理關(guān)系，挖掘隱含假設(shè);最后形成替代論證，在這樣的智力勞作后，心里恍然大悟、頓時敞亮，進(jìn)而產(chǎn)生心理愉悅.

3 “慢·論證·醒來”的教學(xué)案例分析

“機(jī)械能守恒定律”是必修第2冊第8章第4節(jié)的內(nèi)容.本節(jié)內(nèi)容也是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn).下面以本節(jié)內(nèi)容為例，說明如何將“慢·論證·醒來”教學(xué)策略融入其中，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.

3.1 教學(xué)片段1

基本問題1：物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化嗎？

證據(jù)1：在豎直面內(nèi)的小球，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，它的運(yùn)動越來越快，動能越來越大，重力勢能越來越小，如圖4所示.

證據(jù)2：被壓縮的彈簧恢復(fù)原狀時，與它連接的物體，會被彈開、快速運(yùn)動，如圖5所示.

證據(jù)3：做豎直上拋運(yùn)動的小球，在上升過程中，速度越來越小，高度越來越高;在下降過程中，速度越來越大.

結(jié)論：小球的動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的.

“教學(xué)片段1”是多數(shù)老師引導(dǎo)學(xué)生解決基本問題1的思路.我們以往的教學(xué)也是這樣進(jìn)行的.按照這個教學(xué)思路，以基本問題為驅(qū)動力，通過三個教學(xué)活動，在提出的三個證據(jù)的基礎(chǔ)上，得出結(jié)論“小球的動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的”，這個結(jié)論是“被確證的知識”嗎？

3.1.1 慢

批判思考者對于初步形成的結(jié)論的第一態(tài)度是：慢下結(jié)論.從以上的三個證據(jù)得出結(jié)論的過程中，我們隱約“覺得”就此得出“小球的動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的”這個結(jié)論似乎有些倉促，可能有點(diǎn)問題，但問題在哪里，我們一時又無法判別，但是，“慢下來”“懸置判斷”的態(tài)度，可能會是一個更為明智的決定.

3.1.2 論證

接下來，我們就按照“論證過程的主要步驟”來審視初步結(jié)論.

（1）=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT理解主題問題，澄清概念意義.教學(xué)問題是：物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化嗎？針對這個問題，初步結(jié)論是肯定的.結(jié)論中的關(guān)鍵概念，直接影響著我們對結(jié)論的判斷，必須予以澄清.首先需要厘清動能、勢能的涵義，知道勢能有重力勢能和彈性勢能，并且它們都是和物體系統(tǒng)直接相關(guān)的物理量;其次，需要澄清“相互轉(zhuǎn)化”的涵義.什么是能量的“相互轉(zhuǎn)化”呢？應(yīng)該是能量變化的“可逆”過程：在正向過程中，動能全部變?yōu)閯菽?在逆向過程中，勢能全部變?yōu)閯幽?初步結(jié)論是這樣推斷的嗎？下面我們來分析論證結(jié)構(gòu)、審查理由質(zhì)量;最后，需要澄清“勢能”的存在物.無論是重力勢能還是彈性勢能，都是系統(tǒng)共有的，因此，應(yīng)該說明，是物體系統(tǒng)的勢能.

（2）=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT分析論證結(jié)構(gòu)，審查理由質(zhì)量.由以上認(rèn)識，我們提取出了“基本問題1”的論證結(jié)構(gòu)（如圖6）.

在圖6中，我們不難看出，其一，證據(jù)1、證據(jù)3都指向“物體的動能和重力勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的”這個初步結(jié)論.考慮證據(jù)的充足性，證據(jù)3可以刪除;其二，證據(jù)1指向“物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化”，證據(jù)2指向“物體的動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化”，但證據(jù)1、證據(jù)2都不充足.以證據(jù)1為例，只展示了“小球的動能變大，重力勢能變小”這個正向過程，至少還缺少“小球的動能變小，重力勢能變大”這個逆向過程.因此，有必要補(bǔ)充這個證據(jù).

（3）=3＼*GB3＼*MERGEFORMAT評價推理關(guān)系，挖掘隱含假設(shè).從圖6來看，原來的推理過程略顯粗略，還不夠嚴(yán)謹(jǐn).從給出三個理由到結(jié)論是歸納推理，但中間應(yīng)該有：從證據(jù)1和證據(jù)1的補(bǔ)充內(nèi)容歸納推理得到“物體系統(tǒng)的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化”;從證據(jù)2和證據(jù)2的補(bǔ)充內(nèi)容歸納推理得到“物體系統(tǒng)的動能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化”.

我們還需要考慮，形成證據(jù)1、證據(jù)2、補(bǔ)充的證據(jù)1、補(bǔ)充的證據(jù)2的前提條件是什么？這就是挖掘隱含假設(shè)的過程.在證據(jù)1中從做功的角度分析，隱含的前提條件是“只有重力做功”，在證據(jù)2中，隱含的前提條件是“只有彈力做功”.

（4）=4＼*GB3＼*MERGEFORMAT綜合組織論證，考查替代論證.

在以上綜合分析的基礎(chǔ)上，我們提出以下替代論證結(jié)構(gòu)（如圖7）.

3.1.3 醒來

“醒來”階段是對論證過程的省悟（是元認(rèn)知結(jié)果），是對產(chǎn)生關(guān)于“基本問題1”的替代結(jié)論的省悟.“醒來”在知識理解上是對“物體系統(tǒng)的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化”的前提條件的深刻認(rèn)識，是對“物體系統(tǒng)在運(yùn)動過程中能量是守恒的”這個物理觀念的領(lǐng)悟;當(dāng)然也有經(jīng)歷一番理性的探險后的欣悅、敞亮的積極的心理體驗(yàn).

3.2 教學(xué)片段2

基本問題2：物體的動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化是否存在某種定量關(guān)系？

問題1：小球運(yùn)動到兩側(cè)的最高點(diǎn)，它的機(jī)械能有什么關(guān)系？

證據(jù)：小球在某一高度釋放，然后又?jǐn)[到接近釋放點(diǎn)的高度.

結(jié)論：小球運(yùn)動到兩側(cè)的最高點(diǎn)，小球只表現(xiàn)為重力勢能，它的機(jī)械能相等.

問題2：小球運(yùn)動到除最高點(diǎn)的其他位置，小球的動能和勢能有什么定量關(guān)系？

證據(jù)：在其他幾個位置，分別測量、計算得到小球的動能、重力勢能，并求出機(jī)械能.

結(jié)論：在除了最高點(diǎn)的其他幾個位置，小球的動能和重力勢能之和，也就是小球的機(jī)械能都相等.

基本問題2結(jié)論：只有重力對物體做功，總的機(jī)械能保持不變.

“教學(xué)片段2”是多數(shù)教師引導(dǎo)學(xué)生解決“基本問題2”的思路.我們以往的課堂也是這樣進(jìn)行的.按照這個教學(xué)思路，以基本問題為驅(qū)動力，通過兩個具體問題的引導(dǎo)，得出結(jié)論“只有重力對物體做功，總的機(jī)械能保持不變”，這個論證過程站得住腳嗎？

3.2.1 慢

基本問題2的結(jié)論是“只有重力對物體做功，總的機(jī)械能保持不變”.這個結(jié)論是由兩個小結(jié)論推理得到的.實(shí)際上，我們在實(shí)驗(yàn)中看到的現(xiàn)象是：小球運(yùn)動達(dá)到的高度越來越小，也就是說，機(jī)械能越來越小，機(jī)械能怎么守恒了？也許你會辯駁，我們強(qiáng)調(diào)的是“只有重力做功，總的機(jī)械能保持不變”，但是實(shí)驗(yàn)中明明是：有重力和其他力做功，機(jī)械能不守恒，不能無視這些疑問，我們需要“慢下定論”.

3.2.2 論證

（1）=1＼*GB3＼*MERGEFORMAT理解主題問題，澄清概念意義.基本問題是：物體的動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化是否存在某種定量關(guān)系？結(jié)論中的關(guān)鍵概念，直接影響我們對結(jié)論的判斷，必須予以澄清.首先，需要先厘清保持不變（即守恒）的涵義.保持不變，是指在物體運(yùn)動過程中的任意時刻、任意位置的機(jī)械能都相等.但是，論證中的幾個證據(jù)是不充足的.其次，需要澄清“只要重力做功”的涵義.限于實(shí)驗(yàn)條件，以往的實(shí)驗(yàn)都是在空氣中完成的，空氣阻力做功是不可忽視的因素.在論證中必須重視這個“反例”.

（2）=2＼*GB3＼*MERGEFORMAT分析論證結(jié)構(gòu)，審查理由質(zhì)量.基于以上認(rèn)識，我們提取出“基本問題2”的論證結(jié)構(gòu)（如圖8）.

（3）=3＼*GB3＼*MERGEFORMAT評價推理關(guān)系，挖掘隱含假設(shè).從圖8來看，原來的推理過程略顯粗略，不夠嚴(yán)謹(jǐn).至少需要補(bǔ)充兩個證據(jù)：其一，補(bǔ)充反例.在受到空氣阻力的情況下，小球在某一高度釋放，回擺的高度比釋放點(diǎn)的高度越來越低.其二，補(bǔ)充證據(jù).多增加幾組數(shù)據(jù)，能通過數(shù)據(jù)使得“重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化;總的機(jī)械能保持不變”的規(guī)律的趨勢更為明顯（可以以條形圖的形式顯示動能、勢能變化的關(guān)系）.

（4）=4＼*GB3＼*MERGEFORMAT綜合組織論證，考查替代論證.

在以上綜合分析的基礎(chǔ)上，筆者提出以下替代論證結(jié)構(gòu)（如圖9）.

3.2.3 醒來

在重新構(gòu)造論證結(jié)構(gòu)后，我們對于基本問題2“物體的動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化是否存在某種定量關(guān)系”的認(rèn)識更為深刻，從定量的方面來認(rèn)識“只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和重力勢能可以相關(guān)轉(zhuǎn)化”;更深刻地認(rèn)識到自然界存在著守恒量，在滿足條件的情況下“機(jī)械能守恒”.

4 結(jié)束語

在“慢·論證·醒來”教學(xué)策略中，“慢”強(qiáng)調(diào)不懈質(zhì)疑、慢下結(jié)論，“論證”強(qiáng)調(diào)問題、概念、證據(jù)、假設(shè)、推理、辯證，“醒來”則指向產(chǎn)生新的體悟、認(rèn)識、精神心理的愉悅.在本文中，筆者對中學(xué)物理教學(xué)中，如何開展“慢·論證·醒來”的教學(xué)策略做了初步的探索，對于我們過去三年的論證教學(xué)研究工作進(jìn)行了整理.應(yīng)該說，這些探索、思考，還很粗淺的，以論證促進(jìn)“產(chǎn)生新的知識”還需要進(jìn)一步深入、深化，還有很長的路要走.

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（收稿日期：2021-07-31）