摘" 要：傳統(tǒng)的科學探究課堂往往過于看重學生的“做”，而忽略了探究過程中的思考，科學論證彌補了這一缺陷?！读x務教育物理課程標準（2022年版）》對學生的科學論證能力提出了要求，教師可以通過Toulmin論證模式完成教學設計，以學生為主體，增強學生的證據意識，幫助他們認清科學本質。

關鍵詞：初中物理；物理課堂；科學論證

1" 引言

科學論證教學，又稱論證式教學，源于Toulmin在1958年提出的論證模型。該模型綜合邏輯學、法律、科學等領域的論證過程，是一種基于學科知識構建證據鏈、通過論證維護主張的教育教學方式。傳統(tǒng)的科學探究課堂往往過于看重學生的“做”而忽略了探究過程中的思考過程，科學論證彌補了這種缺陷。以科學論證為主的課堂教學強調將學生的所思所想表達出來，通過外顯的方式強化知識學習過程中思維的作用，這有助于學生培養(yǎng)證據意識、認清科學本質。科學論證教學是培養(yǎng)學生科學論證思維的有效方式，同時論證特有的交互過程，也可以幫助學生建立持續(xù)性科學學習的積極情感。通過對知識從證據到辯護再到主張的完整學習過程，學生可以在競爭與合作的氛圍里感受科學學習的樂趣，體會科學永無“鐵律”的特點，在質疑和反駁中不斷前進。

我國在《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）中對于論證在教學中的地位做了解釋，要求培養(yǎng)學生的科學思維，同時，科學論證的思維同樣在列，科學探究中也包含了“證據”“解釋”等論證要素。［1］鄭永和教授等提出，我國當前科學教育的路徑方法為基于科學證據和教學經驗進行互動實踐。［2］

2" 論證模型

英國哲學家、邏輯學家Stephen Toulmin認為，論證是一種社會性的、追求合作認知的認識論活動。他將科學論證過程界定為主張（claim）、資料（data）、正當理由（warrant）、支援（backing）、修飾（qualifiers）、反駁（rebuttal）六個結構要素，其中主張、資料、正當理由構成了Toulmin論證的基本模式（見圖1）［3］，支援、修飾、反駁等為補充要素。Toulmin論證模型是科學論證教學最基本的理論依據，對于大多數(shù)教學情況都適用，因此被選擇作為本次教學的理論指導。

3" 教學分析

“探究浮力的大小跟哪些因素有關”是人教版初中物理八年級下冊第十章第1節(jié)“浮力”板塊中的內容，隸屬于“運動和相互作用”一級主題下的“機械運動和力”二級主題?！墩n程標準》對該節(jié)內容的要求：通過實驗認識浮力，探究并了解浮力大小與哪些因素有關。［4］在學習本節(jié)內容之前，學生已經具備了一定的力學基礎，了解了受力分析以及浮力產生的原因，對浮力大小的影響因素提出自己的主張。

浮力是學生在日常生活中常見且有直接體驗的一種力。在沒有學習這節(jié)內容之前，學生往往具有“質量大的物體浮力小”“體積大的物體浮力大”等類似的錯誤觀念。傳統(tǒng)的探究性教學通過猜想、實驗的方式對浮力的影響因素進行偏操作型的教學，并沒有給學生足夠的思考空間和表達機會，這在一定程度上影響了學生的深度學習，導致學生學完浮力知識點之后對于浮力的影響因素仍有不理解、不會用、概念不清晰等問題。學生只有經歷交流、表達和被反駁的過程，充分將所疑所惑推理論證，才能更好地理解浮力的影響因素，這正是科學論證教學所提倡的。

4" 教學設計

資料是推理得出主張的主要依據，選擇哪些內容作為資料參與教學是進行教學設計的關鍵。我們可以把物理學習分為理論學習和實驗學習兩種方式，對應到論證的資料則分為理論資料與實驗資料?！疤骄扛×Φ挠绊懸蛩亍边@一節(jié)課就可以歸類為基于實驗資料的論證課堂。因此本節(jié)課將按照Toulmin論證的基本模式，將課堂分為提出主張、收集資料、闡述正當理由三個主要環(huán)節(jié)，其中收集資料階段以進行實驗為主，以理論知識為輔助，帶領學生經歷一次從資料到主張的完整推理體驗。

4.1" 建立主張

主張是論證的起點，而問題是主張的來源?？茖W論證教學圍繞主張進行論證，因此教師首先提出問題，引導學生分組得出規(guī)范的主張。

4.1.1" 創(chuàng)設情境，提出問題

教師播放人漂在“死?！北砻?、羽毛在水中漂浮、輪船在水中漂浮等視頻，創(chuàng)造出浮力的世界，讓學生沉浸在浮力的神奇之中，并逐步聯(lián)系到生活中各種各樣物體受到浮力的例子。

視頻播放結束后，教師緊接著提出問題：①你們還見過生活中哪些受浮力的物體呢？②通過剛才的視頻展示，結合自身經驗，想一想影響浮力的因素是什么？

這一環(huán)節(jié)的設計意圖在于展示各種物體在水中的浮沉情況，讓學生獲得身臨其境的體驗，為學生后續(xù)提出主張?zhí)峁┧悸罚瑫r聯(lián)系生活，引導學生思考本節(jié)課的關鍵問題，對上述問題②建立主張。

4.1.2" 分組討論，規(guī)范論證

論證可以分為個體論證和個體間的論證，前者屬于單個個體基于證據進行推理得到主張，后者涉及群體關系。分組討論可以刺激學生的學習興趣，集體觀念與合作競爭也是教學目標中的隱含素質，因此讓學生分組進行討論是進行科學論證教學的策略之一。

對論證進行規(guī)范是必要的階段，集體秩序維護是順利教學的環(huán)境要求。規(guī)范論證要達到兩個目的：一是顯性科普論證要素，學生要明確知道自己正在進行的科學論證學習的過程，其要經歷主張、資料、闡述正當理由的環(huán)節(jié)；二是要給出論證規(guī)范，方便學生模仿榜樣，例如“主張”的正確表達為“我們小組的主張是影響浮力的因素有A”。學生需要認真聽取論證的流程，集思廣益，按照老師的示范提出自己組內對于上述問題②的主張。

4.2" 收集資料

實驗是獲得資料的主要手段之一，可以為小組的主張?zhí)峁┲苯又С郑瑢W生需要設計實驗獲取主張所需資料。如果在做實驗時發(fā)現(xiàn)一些主張沒有辦法進行探究，教師可以協(xié)助修正主張繼續(xù)完成實驗。

4.2.1" 準備實驗

實驗所需的器材有彈簧測力計、鋁塊、鐵塊、燒杯、水、鹽。接下來，教師講解各個器材的使用規(guī)范，并引導學生聯(lián)系問題，思考小組的主張，并考慮各個器材的使用與實驗設計。在完成實驗器材準備后，教師引導學生回歸重點，重述各組主張，通過重述問題和主張，讓學生回歸實驗目的，自覺在腦中模擬實驗過程，“頓悟”實驗方法，即控制變量法。然后教師再講解實驗原理，讓學生理解何為“二提法”（見圖2）。用F表示彈簧測力計的示數(shù)，F(xiàn)1＝G物，F(xiàn)2＝G物－F浮，即浮力的大小F浮＝F1－F2。

4.2.2" 整理數(shù)據

在實驗階段，教師觀察各組實驗進度并隨時解答疑問，發(fā)放實驗記錄表（見表1），并提醒學生在實驗過程中將實驗數(shù)據整理作為資料支持主張，這是為了讓學生體會從資料到主張的過程，強化其證據意識，同時利用實驗記錄表作為“腳手架”輔助實驗順利進行，其對應主張的操作如表2所示。

4.3" 闡述論證

根據前面實驗所得到的數(shù)據，每組學生可以對各自的論證進行完整闡述，包含主張、資料以及理由，同時，在別人闡述主張時，其他組的學生要勘察其論證過程、尋找破綻進行反駁，反駁的過程就是鍛煉學生科學思維的過程。這里以“影響浮力的因素為質量，質量大的物體浮力小”這一遺留有疑問的主張進行舉例。由于這一主張不能按照“二提法”進行實驗，因此這里用生活經驗代替實驗作為理由。

4.3.1" 闡述理由

支持這一主張的小組提供了這樣的生活經驗：體積相同的鐵塊與鋁塊同時自由放入水中，發(fā)現(xiàn)鐵塊下降得更快，說明鐵塊在水中受到的浮力更小。

理由是鐵塊到達水底的時間短，根據x＝12at2，相同位移，時間越短a越大，因此a鐵＞a鋁，進行受力分析，物體在水中受到重力和浮力兩種力，根據G－F?。絤a，加速度越大的物體受到的浮力越小，因此鐵塊受到的浮力小，說明質量越大的物體受到的浮力越小。

4.3.2" 其他小組反駁

其他小組對這一主張的資料、正當理由、主張進行核查，尋找論證要素中出現(xiàn)的問題并借此提出反駁：第一，實驗方法沒有達到完全的控制變量，物體的密度沒有控制相同；第二，正當理由推理過程有誤，在G－F?。絤a里，G的大小是不同的，而該主張同學把G鐵與G鋁當成同一數(shù)值減去浮力進行計算，因此得到錯誤結論。

教師對此進行引導，將式子G－F浮＝ma變形為mg－ma＝F浮，按照數(shù)學方法將m提出來，式子變?yōu)閙（g－a）＝F浮，由于a鐵＞a鋁，所以g－a鐵＜g－a鋁，而m鐵＞m鋁，乘積雙方一大一小所以無法比較大小。因此，這種方式不能比較鐵塊與鋁塊受到的浮力大小。

針對“物體的質量是否影響浮力大小”這一問題，教師可以指出，由于無法將質量、體積和密度完全分割開來控制變量進行實驗，因此不能單一說三者中的任何一個會影響浮力的大小。

雖然我們在生活中會見到重的物體沉入水中、輕的物體漂浮在水面的現(xiàn)象，但這實際上是與浮沉條件有關，不能單一討論物體所受的浮力大小。

4.3.3" 總結評價

教師組織學生按照分組展示論證資料、支持主張的恰當理由，其他小組進行反駁，闡述與反駁后得出最終結論就是我們的主張：浮力大小的影響因素為液體的密度和物體排開水的體積。

總結最終主張后，教師要對代表性小組的論證要素進行評價，指出其優(yōu)點與不足，并讓學生做出反思與自我評價，得出論證評價表（見表3）。通過評價形成正向激勵，讓學生在學習知識的同時發(fā)展科學論證能力，在學習的過程中養(yǎng)成思考的好習慣。

5" 科學論證教學的特點

5.1" 反應科學本質

理解科學本質是培養(yǎng)科學素養(yǎng)的關鍵內容，提高學生對科學本質的認識是全球科學教育改革的核心主題。［5］《課程標準》中將“認識科學本質”作為科學態(tài)度與責任的第一要素。［6］

高中物理教學是初中物理教學的延續(xù)，因此在初中階段對學生的科學本質觀進行培養(yǎng)是必要的?？茖W論證以“論證”為主，赫里克修訂的科學本質分析框架將科學本質分為“實證性”“創(chuàng)造性”“理論負載性”等十個維度［7］，其中“實證性”“暫定性”“科學知識建構的社群性”都能夠通過科學論證教學得到體現(xiàn)?？茖W不是一成不變的理論堆積，它是社群之間思維的碰撞，需要不斷提出新理論，不斷質疑舊理論，從而使得科學知識始終能保持先進性，促進社會進步。

5.2" 適切性

不同于科學探究，科學論證不適合所有科學知識的教學，通過教學設計可以發(fā)現(xiàn)，論證的基礎是學生的心中具有爭議點的問題。

如果學生接觸到的是一個陌生知識或不具有爭議的知識，論證可能并不適用。在人教版初中物理教材當中，聲音的產生與傳播、光的反射折射定律、透鏡的成像規(guī)律、摩擦力的影響因素、電功率等內容均符合上述條件，學生對于這類知識既有一定的經驗基礎，又可以找到具有爭議點的問題，是很好的論證教學素材。

5.3" 實用性

論證是一項實用的社會技能。無論是對于科學知識的堅持追求，還是進入社會后需要學習新的社會技能以成為合格的社會人員，科學論證能力作為一種高階思維能力，能夠使人持續(xù)對未知保持好奇心，對權威保持合理的質疑，更愿意相信有理有據的科學研究，有助于學生成為真正的社會主體。尤其是在社會性科學議題（Socio-Scientific Issue，簡稱SSI）上的內容，關注科學與社會、人文、倫理道德、文化的關系，有助于學生在當前信息發(fā)達的時代，識別、理解、處理各種與科學相關的社會問題，學會合理地批判、審慎地思考，從而做出科學正確的決策。［8］

6" 結語

綜上所述，通過論證進行教學與傳統(tǒng)的探究性教學并不存在絕對的沖突。通過將論證融入傳統(tǒng)教學中，可以巧妙地引入證據意識，強化探究之后的論證過程。通過語言交鋒和證據串聯(lián)，培養(yǎng)學生科學論證的高級思維，同時分組的設定可以讓學生在學習中的主動性大大提升，不同主張之間的相互反駁可以引發(fā)學生的競爭意識，從而激發(fā)其內在的求知欲望。教學內容的選擇也至關重要，不是所有的知識都適合論證教學。教師需要對知識主題進行篩選，選擇有爭議點的內容作為教學重點，這樣才能從根本上引發(fā)學生論證的興趣，讓學生自發(fā)參與到論證過程中來，真正進行思考，從而加深對知識的理解。

參考文獻

［1］［4］［6］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學出版社，2022：4-5，16，5.

［2］鄭永和，周丹華，王晶瑩.科學教育的本質內涵、核心問題與路徑方法［J］.中國遠程教育，2023，43（9）：1-9，27．

［3］Toulmin S.The Uses of Argument［M］. Cambridge：Cambridge University Press，1958：89-100．

［5］張雪，張靜，姚建欣.物理教科書中科學本質表征變遷研究［J］.全球教育展望，2020，49（7）：106-118．

［7］Abd-El-Khalick F，Myers J Y，Summers R，et al.A Longitudinal Analysis of the Extent and Manner of Representations of Nature of Science in U.S.High School Biology and Physics Textbooks ［J］.Journal of Research in Science Teaching，2016，54（1）：82-120．

［8］鄧陽.科學論證及其能力評價研究［D］.武漢：華中師范大學，2015：4．