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)策略和實踐以及測量評價?；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)論證是指通過系統(tǒng)性的研究和邏輯推理來證明科學(xué)觀點或假設(shè)的過程。隨著美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，科學(xué)論證逐漸成為國際科學(xué)教育的重點研究內(nèi)容。^［1］《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《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，國內(nèi)研究者對科學(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，梳理了國內(nèi)關(guān)于科學(xué)論證的研究情況，包括概念研究、教學(xué)策略和實踐、測量評價等方面，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

在“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫中，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)，隨后通過閱讀文章內(nèi)容，剔除與主題無關(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，對文獻(xiàn)的研究方向進(jìn)行了大致分類；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；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 分類結(jié)果

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

2.2 科學(xué)論證的概念研究

目前，國內(nèi)對于科學(xué)論證的概念研究主要包括對科學(xué)論證內(nèi)涵價值的探索、對科學(xué)論證能力的界定、對《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)涵價值

目前，國內(nèi)對于科學(xué)論證的內(nèi)涵沒有統(tǒng)一的定論，不同研究者嘗試結(jié)合國外的經(jīng)驗和自身的理解給出定義。^{［2］［3］［4］}盡管研究者們對于科學(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：科學(xué)論證是一個立足于證據(jù)，提出自己的主張，通過邏輯推理推翻不同觀點的實踐過程。鄭穎等通過總結(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)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識，促進(jìn)學(xué)生對概念的轉(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、論據(jù)推理展開的高階思維能力。^{［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程中保持穩(wěn)定的心理狀態(tài)，以及正確闡明自己觀點的表達(dá)能力。

2.2.3 文本分析

教材作為教學(xué)的重要資源，在很大程度上會影響教師的教學(xué)實踐。周婷等對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“說一說”等欄目的資源，以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，進(jìn)一步發(fā)展其科學(xué)論證能力。^［10］《課程標(biāo)準(zhǔn)》作為國家培養(yǎng)學(xué)生的綱領(lǐng)性文件，具有很強的指導(dǎo)作用。馬亞鵬分析了科學(xué)論證在我國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)策略和實踐

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

2.3.1 教學(xué)策略

由于不同物理課型具有各自的特點，研究者們在研究時各有側(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。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的物理概念、規(guī)律教學(xué)效果不佳，無法幫助學(xué)生形成完整的知識體系?；诖耍芯空邆兲岢龅慕虒W(xué)策略主要有以下三個方面：其一，設(shè)置真實情境，提出結(jié)構(gòu)不良問題。真實情境蘊含多種影響因素，能夠有效鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力。同時，結(jié)構(gòu)不良問題的解決方式和結(jié)果的不確定性，為學(xué)生利用科學(xué)論證解決復(fù)雜問題提供了環(huán)境。^［12］其二，整合學(xué)科知識，實現(xiàn)從定性走向定量。立足于事實和已有知識，經(jīng)過不同層級的推理，在推理的同時進(jìn)行論證，逐漸實現(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。雖然探究式學(xué)習(xí)費時費力，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）物理實驗的教學(xué)策略。

實驗教學(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。為了在實驗教學(xué)中滲透科學(xué)論證思想，研究者們主要有以下思考：其一，斟酌實驗選擇，顯化論證要素。在進(jìn)行實驗前，教師要結(jié)合實驗內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情，選擇合適的實驗進(jìn)行論證教學(xué)，以此使實驗教學(xué)對學(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?，幫助學(xué)生熟悉科學(xué)論證的程序，更高效地進(jìn)行實驗論證。^［16］其二，樹立證據(jù)意識，規(guī)范收集方式。教師要引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致觀察實驗現(xiàn)象，實事求是地記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)和現(xiàn)象是證據(jù)的重要來源，只有真實有效的證據(jù)才能幫助我們進(jìn)行科學(xué)論證。^［17］其三，注重實時監(jiān)測，倡導(dǎo)反思交流。物理實驗蘊含著各種偶然因素；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)推敲每一個論證環(huán)節(jié)，避免僅憑少量且不可重復(fù)的實驗得出普遍規(guī)律。^［18］同時，在整個實驗過程中，教師要多次且及時地組織學(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。弭樂等指出可以加強學(xué)生的書面反駁訓(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)生之間的相互評價，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)行書面論證的重要手段，應(yīng)當(dāng)?shù)玫疥P(guān)注。同時，復(fù)習(xí)課是學(xué)生檢驗知識掌握情況、構(gòu)筑知識體系、完善論證過程的關(guān)鍵時機，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，圖爾敏的六要素實踐論證模式最為經(jīng)典。汪明以“自由落體運動”一節(jié)為例，探討了利用圖爾敏論證模式的教學(xué)實踐，給物理教師們提供了參考。^［22］此外，國外研究者經(jīng)過多輪實證研究提出，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模式是一種由八個教學(xué)階段組成，組織學(xué)生開展論證式實驗探究活動的教學(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。弭樂等詳細(xì)地闡述了這兩種教學(xué)模式，并且基于“分子運動概念”的教學(xué)，為一線教師開展科學(xué)論證探究活動提供了一個范例。^［23］國外經(jīng)典的科學(xué)論證教學(xué)模式，應(yīng)用于國內(nèi)課堂時，出現(xiàn)了許多“水土不服”的現(xiàn)象。因此，國內(nèi)研究者基于學(xué)情對科學(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）等模式開始被運用于論證教學(xué)實踐。^{［24］［25］［26］}

總體來說，這幾類科學(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)實踐時，要根據(jù)知識特點、學(xué)生情況、設(shè)備條件等靈活選擇教學(xué)模式。同時，教師要根據(jù)實施情況積極地對教學(xué)模式進(jìn)行修正，為后續(xù)的研究和實踐奠定良好基礎(chǔ)。

2.3.3 教學(xué)實踐

在明確科學(xué)論證教學(xué)策略和模式后，研究者們開始在教學(xué)實踐中嘗試檢驗相應(yīng)策略和模式的有效性。筆者統(tǒng)計了教學(xué)策略和實踐類文獻(xiàn)中具體實施的課題，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，學(xué)生可以基于自己的親身體驗尋找證據(jù)，進(jìn)行論證。同時，較為抽象的電磁概念也是研究者們關(guān)注的實踐課題。通過類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，以便他們在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)利用類似的科學(xué)論證思路解決抽象問題。此外，諸如“水果電池”一類基于知識點的應(yīng)用探究也值得關(guān)注。這類課題不僅可以激發(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，夯實基礎(chǔ)知識。

2.4 科學(xué)論證的測量評價

科學(xué)論證的測量評價，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)論證的測量評價研究主要是圍繞科學(xué)論證的水平劃分、評價方式和中學(xué)生科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀測查進(jìn)行的。

2.4.1 水平劃分

2015年，鄧陽結(jié)合國外的研究成果，提出從主張、證據(jù)、理由和反證四個維度，分水平對學(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)》的劃分和鄧陽的研究成果，對科學(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 評價方式

目前，國內(nèi)研究者對科學(xué)論證能力的評價方式主要有以下三種：紙筆測驗、課堂話語分析和計算機自動評分系統(tǒng)。

紙筆測驗是指研究者根據(jù)科學(xué)論證要素編制試題，結(jié)合科學(xué)論證水平劃分對被試者進(jìn)行評價，以檢驗被試者科學(xué)論證能力的評價方式。例如，陳穎等以自行編制的“物體下落”試題，對數(shù)千名高中生的科學(xué)論證能力展開了測評。^［29］紙筆測驗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，題目的編制和評價標(biāo)準(zhǔn)的制定耗時耗力，且信效度無法得到保證。

課堂話語分析是指研究者根據(jù)預(yù)先繪制完成的科學(xué)論證話語框架，識別和統(tǒng)計課堂上教師和學(xué)生出現(xiàn)的相應(yīng)話語的頻次，從而判定師生科學(xué)論證水平的一種評價方式。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)論證話語。^［30］課堂話語分析可以最真實地反映被試者的科學(xué)論證水平，但易受實驗環(huán)境的影響，且偶然因素較多。

計算機自動評分系統(tǒng)則是通過在線方式，使用計算機識別論證要素，從而判定被試者的科學(xué)論證能力的評價方式?？姿嚨纫晕淖诸惪茖W(xué)論證作品作為自動測評的研究對象，研制出一種使用計算機對科學(xué)論證水平自動評分的評價方法，并嘗試結(jié)合實時反饋系統(tǒng)將計算機自動評分系統(tǒng)用于改進(jìn)課堂教學(xué)。^［31］作為一種新型技術(shù)，計算機自動評分系統(tǒng)具有方便、高效的優(yōu)勢，但其對于論證話語的識別和判斷還需要設(shè)計者進(jìn)行更深層次的開發(fā)。

2.4.3 中學(xué)生科學(xué)論證能力的現(xiàn)狀測查

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，筆者對物理學(xué)科的科學(xué)論證教學(xué)提出以下幾點思考與展望。

第一，在科學(xué)論證的概念研究方面，科學(xué)論證的內(nèi)涵價值已經(jīng)得到充分挖掘，研究者們對其內(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縷的聯(lián)系?，F(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)策略和實踐方面，研究者們已經(jīng)針對不同課型提出了一定的策略及模式。但是，思維的提升是一個長期的過程；同樣，科學(xué)論證能力的培養(yǎng)也不是一蹴而就的。針對單節(jié)課的科學(xué)論證教學(xué)設(shè)計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)計的意識。此外，鑒于學(xué)生在復(fù)習(xí)課前已經(jīng)掌握了基本知識和原理，如果在復(fù)習(xí)課上設(shè)計相應(yīng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行論證，無疑可以使學(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)論證的測量評價方面，為了達(dá)到更好的評價效果，研究者可以設(shè)計多種評價方式相結(jié)合的體系，以達(dá)成三角互證。針對學(xué)生科學(xué)論證水平偏低，論證過程缺乏完整性以及普遍缺乏“反駁”要素等問題，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)嶒灪蜕钪械馁Y源，多設(shè)置開放性問題，鼓勵學(xué)生對教師和同學(xué)的觀點進(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對科學(xué)論證能力的考查，以此加強一線教師對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的重視。

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