科學(xué)論證融入科學(xué)教育論文

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一、科學(xué)本體視角：科學(xué)論證帶動科學(xué)的發(fā)展

科學(xué)哲學(xué)探討了科學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律，從科學(xué)哲學(xué)的角度審視，各個流派的科學(xué)哲學(xué)觀點無疑都表明科學(xué)論證是科學(xué)認(rèn)識的必經(jīng)之路。實證主義科學(xué)哲學(xué)認(rèn)為科學(xué)具有證實性，科學(xué)論證即證實的過程。只有根據(jù)經(jīng)驗和客觀真理，消除頭腦中的主觀要素，利用觀察自然事實的方法進(jìn)行科學(xué)研究，才能夠達(dá)到客觀真理。在實證主義科學(xué)哲學(xué)者看來，科學(xué)論證通常是科學(xué)家個人澄清概念、建立命題、形成理論的可靠的、累積的增長過程，但這個過程較少存在科學(xué)家之間的爭論。批判理性主義科學(xué)哲學(xué)認(rèn)為，科學(xué)研究的目的在于證偽。從他們的觀點看，證實性原則在科學(xué)實踐中是不可能行得通的。即使能夠找到許多經(jīng)驗事實，也不能“證實”某個科學(xué)理論，但是，只要發(fā)現(xiàn)一個具有否定性的科學(xué)事實，就可以“證偽”一個理論?？茖W(xué)家通過科學(xué)猜想形成試探性理論之后，利用“證偽”的方式對其進(jìn)行檢驗、修改，甚至是放棄。正如Popper所說，不去“保衛(wèi)這樣一個取得成功的系統(tǒng)免遭批判”。因此，科學(xué)論證并不是要尋求確證，而是要確認(rèn)（尚未證偽）或證偽，即做出批判。以Kuhn為代表的歷史主義科學(xué)哲學(xué)家，從歷史分析的角度，闡明了科學(xué)發(fā)展的路徑。在Kuhn的科學(xué)哲學(xué)思想中，科學(xué)發(fā)展過程分為前范式階段、常規(guī)科學(xué)、反常與危機(jī)及革命四個階段。在非常規(guī)科學(xué)階段里，科學(xué)家之間必將開展多樣的論證活動以形成科學(xué)認(rèn)識。正如庫恩所說的，“在任何科學(xué)發(fā)展的早期階段，不同的人以不同的方式描述和詮釋他們”，“相互競爭的方案的增加，做任何嘗試的意愿，明確不滿的表示，對哲學(xué)的求助，對基礎(chǔ)的爭論，所有這一切都足從常規(guī)研究轉(zhuǎn)向非常規(guī)研究的征兆”。而在常規(guī)科學(xué)階段，雖然科學(xué)家們依據(jù)范式來“解謎”，但是圍繞著彼此在具體的解謎方式和解謎技巧的可接受性方面展開爭論，以及處于優(yōu)勢地位的范式與處于劣勢地位的范式之間開展?fàn)幷?，也表明科學(xué)論證過程一直存在于科學(xué)認(rèn)識活動當(dāng)中。

二、科學(xué)學(xué)習(xí)視角：科學(xué)論證促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的獲得

當(dāng)代各國科學(xué)教育均已“培養(yǎng)兒童成為具有科學(xué)素養(yǎng)的公民”為主旨，科學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的也是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。在西方科學(xué)教育研究中，已呈現(xiàn)一大批類似的教學(xué)實踐說明論證在科學(xué)教學(xué)中的重要作用。從各國科學(xué)教育研究者的研究中可以發(fā)現(xiàn)，科學(xué)論證融入科學(xué)教育能夠在以下幾方面促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的獲得。

（一）促進(jìn)概念理解和概念轉(zhuǎn)變

科學(xué)理論建立在科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，理解概念是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。建構(gòu)主義理論充分證明了學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前存在著與科學(xué)概念相異或相背的另有概念，科學(xué)學(xué)習(xí)的目的就是要促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變?？茖W(xué)論證依賴于科學(xué)證據(jù)，在建立和評價科學(xué)主張的過程中，需要學(xué)生澄清自己的固有認(rèn)識，厘清思維，修正自己在科學(xué)認(rèn)識上的不足。同時，科學(xué)概念的深入理解與轉(zhuǎn)化需要語言的支持，學(xué)生在科學(xué)論證中通過對話交流，提出自己的主張，最終完整地描述科學(xué)概念，有助于形成對科學(xué)概念更加深入、準(zhǔn)確的理解。Lawson的研究表明，聚焦于科學(xué)論證的科學(xué)教學(xué)能夠改善學(xué)生對科學(xué)概念的理解。Baker也認(rèn)為，從概念轉(zhuǎn)變的觀點來看，科學(xué)論證在科學(xué)教育中的重要性在于幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，使他們的思維過程可視化，從而有助于排除迷思概念。

（二）發(fā)展內(nèi)在的科學(xué)推理能力

Finocchiaro指出科學(xué)論證的能力是個人的、內(nèi)隱的心理歷程與人際間外部的、社會的和外顯的心理歷程的融合。兩種歷程雖然不一樣，但是都包含科學(xué)論證心理歷程的核心，即科學(xué)論證雖然可以通過一定的外在形式（如辯論）表現(xiàn)，但更需要學(xué)生內(nèi)在的科學(xué)推理做支撐。所謂內(nèi)在的科學(xué)推理是指學(xué)生在證據(jù)與主張之間尋求理由來支持自己的主張的過程，學(xué)生通過自己對已有經(jīng)驗與外界信息之間的權(quán)衡、評價、批判，最終選擇一個最合理、最能接受的主張。內(nèi)在推理是高層次的科學(xué)思維能力之一，可以被看做是“內(nèi)隱的論證過程”。在公開的科學(xué)論證活動當(dāng)中，學(xué)生要對同伴的主張進(jìn)行批判和反駁，也需要學(xué)生能夠采取一定的策略去了解同伴的內(nèi)在推理過程。

（三）促使認(rèn)知過程更加顯性化

科學(xué)知識是個體根據(jù)已有經(jīng)驗建構(gòu)的產(chǎn)物。建構(gòu)的過程基于個體內(nèi)在的科學(xué)思維過程，需要結(jié)合科學(xué)認(rèn)識規(guī)律并運(yùn)用科學(xué)認(rèn)識方法。然而傳統(tǒng)的科學(xué)教育往往不能夠使得科學(xué)建構(gòu)的過程顯性化，這在一定程度上不利于個體監(jiān)控和調(diào)節(jié)自己的知識的建構(gòu)過程，也不利于同伴之間、師生之間互相進(jìn)入到對方的認(rèn)識過程之中，通過協(xié)作來以實現(xiàn)科學(xué)知識的社會性建構(gòu)。因此，科學(xué)教育者提倡科學(xué)知識的學(xué)習(xí)要在社會化的情境中下展開，促進(jìn)認(rèn)知過程顯性化?？茖W(xué)論證恰好能滿足這種需要，通過科學(xué)論證活動，學(xué)生能夠公開地運(yùn)用科學(xué)證據(jù)支持自己的主張同時評價與反駁與自己主張相對的觀點和解釋，不僅發(fā)展了高層次的認(rèn)知過程，同時科學(xué)認(rèn)知顯性化的目標(biāo)得以實現(xiàn)。

（四）促進(jìn)批判思維能力的發(fā)展

科學(xué)始于懷疑，因此科學(xué)教育應(yīng)該幫助學(xué)生養(yǎng)成懷疑的意識，提升其批判思維能力。同時，提升了個體的批判思維能力，也有助于幫助學(xué)生發(fā)展理性判斷。從哲學(xué)的觀點看，Ennis認(rèn)為所謂批判思維，應(yīng)該聚焦于決定什么該相信或者該做的合理反省思維，而Siegel則主張有較好的批判思維的人，要能夠?qū)で笞C據(jù)來支持他的觀點。因此，教師通過創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生參與科學(xué)論證活動，能夠有助于班級內(nèi)的學(xué)生形成不同的主張，在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過相互評估、判斷、反駁，對不同主張進(jìn)行辨別，從而發(fā)展批判思維。國外關(guān)于科學(xué)論證融入科學(xué)教育的研究，還關(guān)注在科學(xué)社會議題（Socail-ScienceIssue）的情境下，學(xué)生如何建立起批判思維從而發(fā)展成為有素養(yǎng)的民主社會的公民。這種公民不僅要能夠接受批評，還能夠恪守證據(jù)的準(zhǔn)則，建立起懷疑的觀點，使之成為對抗偽科學(xué)的有力工具。

（五）發(fā)展基于科學(xué)語言的溝通

科學(xué)教育應(yīng)該關(guān)注科學(xué)語言的重要作用，要促進(jìn)學(xué)生利用科學(xué)語言進(jìn)行溝通。近年來，各國十分關(guān)注基于科學(xué)語言的“說”和“寫”，旨在改變在科學(xué)課堂里過度強(qiáng)調(diào)菜單式的科學(xué)實驗和硬背科學(xué)公式的狀況。這種改變，不是強(qiáng)調(diào)機(jī)械意義，也不是將教科書看做唯一的資源，而是根植于學(xué)生的語言交際能力，凸顯意義建構(gòu)。學(xué)生在開放的情境下進(jìn)行科學(xué)論證，闡述自己的主張和想法，能夠有效促進(jìn)學(xué)生溝通能力的發(fā)展。這是因為學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)論證的過程，不僅需要用科學(xué)語言進(jìn)行交流，還要從不同立場和價值觀念建構(gòu)科學(xué)知識。正如Yore等人主張的，科學(xué)素養(yǎng)應(yīng)包括對不同的來源的資料進(jìn)行批判閱讀，或是在科學(xué)課堂里面，在不同的溝通來源或溝通形式之間參與辯論或論證，學(xué)會如何在科學(xué)論證的過程中運(yùn)用一定的方法說服他人。

（六）提升對科學(xué)文化的適應(yīng)性

科學(xué)學(xué)習(xí)需要學(xué)生在教師的幫助下參與創(chuàng)造、交流和評估科學(xué)知識的科學(xué)實踐活動。這種科學(xué)實踐活動與科學(xué)共同體的實踐活動類似，都是依據(jù)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)科學(xué)知識的產(chǎn)生、辯護(hù)、評估和合法化的科學(xué)認(rèn)識過程，其社會本質(zhì)如同Kelly所指出的，即科學(xué)共同體內(nèi)根據(jù)共同準(zhǔn)則發(fā)展起來的辯護(hù)與評估科學(xué)知識的認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)。融入科學(xué)實踐活動，提高對于科學(xué)認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)的理解與共識，有助于提升對科學(xué)共同體內(nèi)特有科學(xué)文化的適應(yīng)性?？茖W(xué)論證活動強(qiáng)調(diào)為科學(xué)主張進(jìn)行辯護(hù)，強(qiáng)調(diào)建立科學(xué)證據(jù)與主張之間的關(guān)系，不僅能夠發(fā)展學(xué)生對科學(xué)共同體內(nèi)科學(xué)論證的準(zhǔn)則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識，還能在更為普遍的意義上提升學(xué)生對科學(xué)共同體內(nèi)包含共有價值和行為方式的科學(xué)文化的適應(yīng)性。

三、國際比較視角：科學(xué)論證已逐步成為科學(xué)教育的主題

在國際科學(xué)教育改革的浪潮中，科學(xué)論證融入科學(xué)教育的必要性更加明顯。這是因為隨著信息技術(shù)的普及和全球化趨勢，現(xiàn)代公民必須要具備處理大量的信息的能力，并且他們要能夠評估這些信息。實現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要依靠證據(jù)對各種信息進(jìn)行論證。

（一）國際大規(guī)?？茖W(xué)素養(yǎng)測試更關(guān)注科學(xué)論證

由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織組織的PISA測試為發(fā)展學(xué)生的論證能力起到了很強(qiáng)的推動作用。在最新頒布的《PISA2015科學(xué)測試草案》中，明確指出具備科學(xué)素養(yǎng)的公民應(yīng)具備三種核心能力，其中就包括“科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)”。該草案明確說明，“許多數(shù)據(jù)可以通過多種方式被解釋，所以科學(xué)論證和批判對于決定哪個是最適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論是十分關(guān)鍵的。無論是新的理論、新的收集數(shù)據(jù)的方法，或者是對舊的數(shù)據(jù)的重新解釋，科學(xué)論證是科學(xué)家和工程師建立自己主張的方法。與其他同行保持不同的意見十分正常。具有科學(xué)素養(yǎng)的公民，應(yīng)該能夠理解科學(xué)論證和批判的功能和目的，并且知道為什么它們對于建立科學(xué)知識來說至關(guān)重要。另外，他們在具備根據(jù)證據(jù)建立自己的主張的同時也應(yīng)該學(xué)會發(fā)現(xiàn)別人主張中的缺憾。”國際教育評價研究和測評活動TIMSS也逐漸關(guān)注學(xué)生通過證據(jù)支持主張、反駁對立觀點的能力。以下兩例TIMSS2011測試題就屬于測試學(xué)生科學(xué)論證能力的題目：例1，【8年級】兩塊大陸被海水隔開。地理學(xué)家希望找到證據(jù)證明這兩塊大陸曾經(jīng)是一體的，什么樣的化石證據(jù)可以證明這一點？例2，【4年級】Betty有A、B兩塊磁鐵，以及兩個相同大小的大頭針。她分別用這兩塊磁鐵沿著桌面靠近大頭針，直到大頭針被磁鐵吸引。她發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁鐵A距離大頭針15厘米時就會吸引大頭針而磁鐵B則在距離大頭針10厘米處吸引之（如圖1所示）。Steven認(rèn)為這兩塊磁鐵具有相同的強(qiáng)度。你同意嗎？請解釋你的觀點。《TIMSS2015評價框架》指出，科學(xué)家參與科學(xué)探究，進(jìn)行科學(xué)實踐從而理解自然界并且回答關(guān)于自然界的問題。學(xué)生也必須熟練地開展這類實踐，才能更好地發(fā)展對科學(xué)的理解。這種實踐既包括了日常生活中與科學(xué)相關(guān)的技能，也包括了學(xué)生在學(xué)校中進(jìn)行科學(xué)探究的系統(tǒng)方法。該框架明確給出了五類關(guān)于科學(xué)探究的最基礎(chǔ)實踐活動，其中就包括科學(xué)家運(yùn)用證據(jù)和科學(xué)知識來建構(gòu)解釋，為他們的解釋和結(jié)論的合理性提供辯護(hù)和支持。由美國國家教育進(jìn)展評議中心組織的國家教育進(jìn)展評估（NationalAssessmentofEducationalProgress，NAEP）從2004年開始對數(shù)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了評估。在《NAEP2011科學(xué)測試框架》中明確指出科學(xué)探究包括“對該關(guān)注的和該舍棄的證據(jù)進(jìn)行決策，仔細(xì)區(qū)別偽論點”。該框架說明了與科學(xué)論證有關(guān)的期望表現(xiàn)“：運(yùn)用經(jīng)驗證據(jù)對關(guān)于解釋和預(yù)測的結(jié)論進(jìn)行證實和證偽（例如，審視論證的前提是否精確，關(guān)注結(jié)論在什么情況下與證據(jù)不符合邏輯）?！痹贜AEP科學(xué)測試中，對學(xué)生的科學(xué)探究能力進(jìn)行測試時需要利用學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，比如，要讓學(xué)生明白“當(dāng)事實和觀念混淆不清時，論證是存在缺憾的，或者結(jié)論與證據(jù)之間不符合邏輯”。

（二）科學(xué)論證已成為各國(地區(qū))科學(xué)課程的重要組成

無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，各國科學(xué)教育都關(guān)注如何幫助公民理解科學(xué)本質(zhì)，形成科學(xué)的思維?？茖W(xué)論證既能夠幫助公民意識到科學(xué)對于社會、經(jīng)濟(jì)、文化、政治的重要作用，同時也能夠建立起任何形式的科學(xué)活動都要依靠證據(jù)和批判的基本觀念。從各國(地區(qū))典型科學(xué)課程文件中可以明顯地看出科學(xué)論證已經(jīng)逐漸地從課程層面進(jìn)入到科學(xué)教育領(lǐng)域。美國于2011年頒布的重要科學(xué)教育文件《K-12年級科學(xué)教育的框架：實踐，跨學(xué)科概念與核心概念》中提出了“科學(xué)與工程實踐”這一科學(xué)教育的核心維度，其中包括了“依據(jù)證據(jù)進(jìn)行論證”這一重要主題，并指出，“在科學(xué)活動中充滿著論證活動，既有非正式的形式（如實驗室會議、座談會中的論證），也有正式的形式（如同行評審活動）。”在2013年4月頒布的《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中，將“依據(jù)證據(jù)進(jìn)行論證”這一科學(xué)實踐活動與跨領(lǐng)域概念和學(xué)科核心概念的融合，并且明確指出了其從K-12年級的學(xué)習(xí)進(jìn)程。英國的科學(xué)課程歷來重視學(xué)生科學(xué)論證能力的培養(yǎng)。2013年9月，英國對外了最新的國家課程標(biāo)準(zhǔn)的框架。該框架經(jīng)過公眾審議，旨在指導(dǎo)研制2014版英國國家課程標(biāo)準(zhǔn)。

在該框架的科學(xué)課程部分指出，英國國家課程標(biāo)準(zhǔn)旨在讓學(xué)生通過不同形式的科學(xué)探究發(fā)展對科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)過程和科學(xué)方法的理解，從而幫助他們回答關(guān)于他們身邊的世界的科學(xué)問題。在keystage4的成就目標(biāo)預(yù)期中，該框架指出學(xué)生應(yīng)該“批判地評價數(shù)據(jù)”、“對基于科學(xué)原理進(jìn)行的調(diào)查及其使用的方法進(jìn)行協(xié)商，通過書寫報告或電子演示的形式，對科學(xué)發(fā)現(xiàn)、相關(guān)數(shù)據(jù)的解釋與假設(shè)、合理的結(jié)論三者的關(guān)系作出說明?！蔽靼拇罄麃喺n程委員會建議，“學(xué)生學(xué)會運(yùn)用科學(xué)知識來制定調(diào)查計劃，從而能夠選擇適當(dāng)?shù)?、必要的研究設(shè)備。他們應(yīng)該學(xué)會‘鑒賞’探索性工作的價值從而改善調(diào)查的過程、運(yùn)用合理的方法記錄和展現(xiàn)數(shù)據(jù)、形成結(jié)論并依據(jù)當(dāng)代科學(xué)知識進(jìn)行解釋。學(xué)生在完成調(diào)查之后需要一定的時間來考慮并識別證據(jù)的確定性，拒絕偽證據(jù)，探求可能的數(shù)據(jù)誤差來源并努力避免之?！睆南嚓P(guān)課程文件中“根據(jù)數(shù)據(jù)作出結(jié)論”、“識別考慮并識別證據(jù)的確定性，拒絕偽證據(jù)”等表達(dá)可以看出，澳大利亞科學(xué)課程已經(jīng)開始較為全面地關(guān)注科學(xué)教育中的科學(xué)論證。南非的中學(xué)科學(xué)課程將科學(xué)本質(zhì)及其與技術(shù)、社會和環(huán)境之間的聯(lián)系看做課程總目標(biāo)之一，要求學(xué)習(xí)者“能夠識別和批判地評價科學(xué)知識主張及其對于社會經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和人類發(fā)展的影響”。另外，南非的科學(xué)課程十分重視科學(xué)哲學(xué)的價值，其中特變凸顯證據(jù)對于建構(gòu)科學(xué)知識的意義，指出“科學(xué)知識是試探性的，當(dāng)新的證據(jù)出現(xiàn)和新的問題被強(qiáng)調(diào)之后，科學(xué)知識會發(fā)生改變。關(guān)于科學(xué)歷史、環(huán)境、文化的研究表明了這種變化是如何發(fā)生的，它不僅依靠于經(jīng)驗，更受到社會、宗教和政治的影響”。在土耳其，國家改革的努力方向就是要促進(jìn)公民能夠在包括科學(xué)領(lǐng)域的日常生活中做出基于證據(jù)的判斷。因此，在他們的中學(xué)課程目標(biāo)中，明確表明了科學(xué)論證的作為學(xué)生建構(gòu)科學(xué)觀點的重要角色，主要包括以下三方面：•鼓勵學(xué)生參與論證以評價相異觀點；•科學(xué)論證活動的調(diào)控，以提高學(xué)生自己建構(gòu)科學(xué)觀點和科學(xué)態(tài)度的可能性為目標(biāo)；•鼓勵學(xué)生發(fā)展對現(xiàn)象進(jìn)行多樣化的假設(shè)和解釋。

我國臺灣于2008年頒布了相關(guān)的課程綱要，其中雖然沒有明確提出“科學(xué)論證”的概念，但是十分清晰地指出要培養(yǎng)學(xué)生具備“獨(dú)立思考與解決問題的能力，同時通過表達(dá)、溝通與分享，對他人的信息或報告提出批判性的意見”。對于科學(xué)與技術(shù)的基本能力的界定，明確“對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學(xué)思維能力，以及信息統(tǒng)整能力”是重要的思考智能。在小學(xué)五至六年級，臺灣科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生“對他人的信息或報告提出合理的求證和質(zhì)疑”的能力，而在中學(xué)一至三年級，則要培養(yǎng)學(xué)生“檢核論據(jù)的可信度、因果的關(guān)聯(lián)性、理論間的邏輯一致性或推論過程的嚴(yán)密性，并提出質(zhì)疑”的能力。通過以上分析可以看出，將科學(xué)論證融入我國科學(xué)教育，勢必成為我國科學(xué)教育發(fā)展的新的路徑。然而，如何融入、如何融入地更好，卻涉及到更多層面的問題。例如，從教育心理學(xué)層面看，學(xué)生的科學(xué)論證活動有什么心理特點，有怎樣的難度，又是怎樣發(fā)展的？從課程層面看，以科學(xué)論證活動為核心的科學(xué)課程具有怎樣的形態(tài)，其課程設(shè)計與傳統(tǒng)的科學(xué)課程設(shè)計有怎樣的異同，課程文本材料的編寫有怎樣的要求和特點？從教學(xué)層面看，科學(xué)論證活動的教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)策略如何，教學(xué)過程中師生角色應(yīng)當(dāng)如何扮演，論證教學(xué)適合于怎樣的教學(xué)組織形式？從評價層面看，如何開展科學(xué)論證活動的評價，如何根據(jù)評價的結(jié)果來指導(dǎo)科學(xué)論證課程與教學(xué)的改良？從教師層面看，開展論證教學(xué)需要教師具備怎樣的素質(zhì)，我國教師是否具備這樣的素質(zhì)？雖然這些問題在國外的研究中有許多可以值得借鑒的地方，但是從我國科學(xué)教育所具有的特殊功能和地位這個角度看，這些問題都有待進(jìn)一步深入探討與解決。

作者：鄧陽 王后雄