科學論證融入科學教育論文

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一、科學本體視角：科學論證帶動科學的發展

科學哲學探討了科學發展的基本規律，從科學哲學的角度審視，各個流派的科學哲學觀點無疑都表明科學論證是科學認識的必經之路。實證主義科學哲學認為科學具有證實性，科學論證即證實的過程。只有根據經驗和客觀真理，消除頭腦中的主觀要素，利用觀察自然事實的方法進行科學研究，才能夠達到客觀真理。在實證主義科學哲學者看來，科學論證通常是科學家個人澄清概念、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家之間的爭論。批判理性主義科學哲學認為，科學研究的目的在于證偽。從他們的觀點看，證實性原則在科學實踐中是不可能行得通的。即使能夠找到許多經驗事實，也不能“證實”某個科學理論，但是，只要發現一個具有否定性的科學事實，就可以“證偽”一個理論。科學家通過科學猜想形成試探性理論之后，利用“證偽”的方式對其進行檢驗、修改，甚至是放棄。正如Popper所說，不去“保衛這樣一個取得成功的系統免遭批判”。因此，科學論證并不是要尋求確證，而是要確認（尚未證偽）或證偽，即做出批判。以Kuhn為代表的歷史主義科學哲學家，從歷史分析的角度，闡明了科學發展的路徑。在Kuhn的科學哲學思想中，科學發展過程分為前范式階段、常規科學、反常與危機及革命四個階段。在非常規科學階段里，科學家之間必將開展多樣的論證活動以形成科學認識。正如庫恩所說的，“在任何科學發展的早期階段，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，對哲學的求助，對基礎的爭論，所有這一切都足從常規研究轉向非常規研究的征兆”。而在常規科學階段，雖然科學家們依據范式來“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，以及處于優勢地位的范式與處于劣勢地位的范式之間開展爭論，也表明科學論證過程一直存在于科學認識活動當中。

二、科學學習視角：科學論證促進科學素養的獲得

當代各國科學教育均已“培養兒童成為具有科學素養的公民”為主旨，科學學習的最終目的也是促進學生科學素養的發展。在西方科學教育研究中，已呈現一大批類似的教學實踐說明論證在科學教學中的重要作用。從各國科學教育研究者的研究中可以發現，科學論證融入科學教育能夠在以下幾方面促進學生科學素養的獲得。

（一）促進概念理解和概念轉變

科學理論建立在科學概念的基礎上，理解概念是科學學習的重要目標。建構主義理論充分證明了學生在學習科學概念之前存在著與科學概念相異或相背的另有概念，科學學習的目的就是要促進概念轉變。科學論證依賴于科學證據，在建立和評價科學主張的過程中，需要學生澄清自己的固有認識，厘清思維，修正自己在科學認識上的不足。同時，科學概念的深入理解與轉化需要語言的支持，學生在科學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概念，有助于形成對科學概念更加深入、準確的理解。Lawson的研究表明，聚焦于科學論證的科學教學能夠改善學生對科學概念的理解。Baker也認為，從概念轉變的觀點來看，科學論證在科學教育中的重要性在于幫助學生提高學習興趣，使他們的思維過程可視化，從而有助于排除迷思概念。

（二）發展內在的科學推理能力

Finocchiaro指出科學論證的能力是個人的、內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，但是都包含科學論證心理歷程的核心，即科學論證雖然可以通過一定的外在形式（如辯論）表現，但更需要學生內在的科學推理做支撐。所謂內在的科學推理是指學生在證據與主張之間尋求理由來支持自己的主張的過程，學生通過自己對已有經驗與外界信息之間的權衡、評價、批判，最終選擇一個最合理、最能接受的主張。內在推理是高層次的科學思維能力之一，可以被看做是“內隱的論證過程”。在公開的科學論證活動當中，學生要對同伴的主張進行批判和反駁，也需要學生能夠采取一定的策略去了解同伴的內在推理過程。

（三）促使認知過程更加顯性化

科學知識是個體根據已有經驗建構的產物。建構的過程基于個體內在的科學思維過程，需要結合科學認識規律并運用科學認識方法。然而傳統的科學教育往往不能夠使得科學建構的過程顯性化，這在一定程度上不利于個體監控和調節自己的知識的建構過程，也不利于同伴之間、師生之間互相進入到對方的認識過程之中，通過協作來以實現科學知識的社會性建構。因此，科學教育者提倡科學知識的學習要在社會化的情境中下展開，促進認知過程顯性化。科學論證恰好能滿足這種需要，通過科學論證活動，學生能夠公開地運用科學證據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，不僅發展了高層次的認知過程，同時科學認知顯性化的目標得以實現。

（四）促進批判思維能力的發展

科學始于懷疑，因此科學教育應該幫助學生養成懷疑的意識，提升其批判思維能力。同時，提升了個體的批判思維能力，也有助于幫助學生發展理性判斷。從哲學的觀點看，Ennis認為所謂批判思維，應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，要能夠尋求證據來支持他的觀點。因此，教師通過創設情境讓學生參與科學論證活動，能夠有助于班級內的學生形成不同的主張，在此基礎上，學生通過相互評估、判斷、反駁，對不同主張進行辨別，從而發展批判思維。國外關于科學論證融入科學教育的研究，還關注在科學社會議題（Socail-ScienceIssue）的情境下，學生如何建立起批判思維從而發展成為有素養的民主社會的公民。這種公民不僅要能夠接受批評，還能夠恪守證據的準則，建立起懷疑的觀點，使之成為對抗偽科學的有力工具。

（五）發展基于科學語言的溝通

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

（六）提升對科學文化的適應性

科學學習需要學生在教師的幫助下參與創造、交流和評估科學知識的科學實踐活動。這種科學實踐活動與科學共同體的實踐活動類似，都是依據科學的標準促進科學知識的產生、辯護、評估和合法化的科學認識過程，其社會本質如同Kelly所指出的，即科學共同體內根據共同準則發展起來的辯護與評估科學知識的認識標準。融入科學實踐活動，提高對于科學認識標準的理解與共識，有助于提升對科學共同體內特有科學文化的適應性。科學論證活動強調為科學主張進行辯護，強調建立科學證據與主張之間的關系，不僅能夠發展學生對科學共同體內科學論證的準則、規范和標準的認識，還能在更為普遍的意義上提升學生對科學共同體內包含共有價值和行為方式的科學文化的適應性。

三、國際比較視角：科學論證已逐步成為科學教育的主題

在國際科學教育改革的浪潮中，科學論證融入科學教育的必要性更加明顯。這是因為隨著信息技術的普及和全球化趨勢，現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。實現這一目標，就需要依靠證據對各種信息進行論證。

（一）國際大規模科學素養測試更關注科學論證

由經濟合作與發展組織組織的PISA測試為發展學生的論證能力起到了很強的推動作用。在最新頒布的《PISA2015科學測試草案》中，明確指出具備科學素養的公民應具備三種核心能力，其中就包括“科學地解釋數據和證據”。該草案明確說明，“許多數據可以通過多種方式被解釋，所以科學論證和批判對于決定哪個是最適當的結論是十分關鍵的。無論是新的理論、新的收集數據的方法，或者是對舊的數據的重新解釋，科學論證是科學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。具有科學素養的公民，應該能夠理解科學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知識來說至關重要。另外，他們在具備根據證據建立自己的主張的同時也應該學會發現別人主張中的缺憾。”國際教育評價研究和測評活動TIMSS也逐漸關注學生通過證據支持主張、反駁對立觀點的能力。以下兩例TIMSS2011測試題就屬于測試學生科學論證能力的題目：例1，【8年級】兩塊大陸被海水隔開。地理學家希望找到證據證明這兩塊大陸曾經是一體的，什么樣的化石證據可以證明這一點？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。她發現當磁鐵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認為這兩塊磁鐵具有相同的強度。你同意嗎？請解釋你的觀點。《TIMSS2015評價框架》指出，科學家參與科學探究，進行科學實踐從而理解自然界并且回答關于自然界的問題。學生也必須熟練地開展這類實踐，才能更好地發展對科學的理解。這種實踐既包括了日常生活中與科學相關的技能，也包括了學生在學校中進行科學探究的系統方法。該框架明確給出了五類關于科學探究的最基礎實踐活動，其中就包括科學家運用證據和科學知識來建構解釋，為他們的解釋和結論的合理性提供辯護和支持。由美國國家教育進展評議中心組織的國家教育進展評估（NationalAssessmentofEducationalProgress，NAEP）從2004年開始對數學和科學領域進行了評估。在《NAEP2011科學測試框架》中明確指出科學探究包括“對該關注的和該舍棄的證據進行決策，仔細區別偽論點”。該框架說明了與科學論證有關的期望表現“：運用經驗證據對關于解釋和預測的結論進行證實和證偽（例如，審視論證的前提是否精確，關注結論在什么情況下與證據不符合邏輯）。”在NAEP科學測試中，對學生的科學探究能力進行測試時需要利用學生對科學本質的理解，比如，要讓學生明白“當事實和觀念混淆不清時，論證是存在缺憾的，或者結論與證據之間不符合邏輯”。

（二）科學論證已成為各國(地區)科學課程的重要組成

無論是發達國家還是發展中國家，各國科學教育都關注如何幫助公民理解科學本質，形成科學的思維。科學論證既能夠幫助公民意識到科學對于社會、經濟、文化、政治的重要作用，同時也能夠建立起任何形式的科學活動都要依靠證據和批判的基本觀念。從各國(地區)典型科學課程文件中可以明顯地看出科學論證已經逐漸地從課程層面進入到科學教育領域。美國于2011年頒布的重要科學教育文件《K-12年級科學教育的框架：實踐，跨學科概念與核心概念》中提出了“科學與工程實踐”這一科學教育的核心維度，其中包括了“依據證據進行論證”這一重要主題，并指出，“在科學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《下一代科學教育標準》中，將“依據證據進行論證”這一科學實踐活動與跨領域概念和學科核心概念的融合，并且明確指出了其從K-12年級的學習進程。英國的科學課程歷來重視學生科學論證能力的培養。2013年9月，英國對外了最新的國家課程標準的框架。該框架經過公眾審議，旨在指導研制2014版英國國家課程標準。

在該框架的科學課程部分指出，英國國家課程標準旨在讓學生通過不同形式的科學探究發展對科學本質、科學過程和科學方法的理解，從而幫助他們回答關于他們身邊的世界的科學問題。在keystage4的成就目標預期中，該框架指出學生應該“批判地評價數據”、“對基于科學原理進行的調查及其使用的方法進行協商，通過書寫報告或電子演示的形式，對科學發現、相關數據的解釋與假設、合理的結論三者的關系作出說明。”西澳大利亞課程委員會建議，“學生學會運用科學知識來制定調查計劃，從而能夠選擇適當的、必要的研究設備。他們應該學會‘鑒賞’探索性工作的價值從而改善調查的過程、運用合理的方法記錄和展現數據、形成結論并依據當代科學知識進行解釋。學生在完成調查之后需要一定的時間來考慮并識別證據的確定性，拒絕偽證據，探求可能的數據誤差來源并努力避免之。”從相關課程文件中“根據數據作出結論”、“識別考慮并識別證據的確定性，拒絕偽證據”等表達可以看出，澳大利亞科學課程已經開始較為全面地關注科學教育中的科學論證。南非的中學科學課程將科學本質及其與技術、社會和環境之間的聯系看做課程總目標之一，要求學習者“能夠識別和批判地評價科學知識主張及其對于社會經濟、環境和人類發展的影響”。另外，南非的科學課程十分重視科學哲學的價值，其中特變凸顯證據對于建構科學知識的意義，指出“科學知識是試探性的，當新的證據出現和新的問題被強調之后，科學知識會發生改變。關于科學歷史、環境、文化的研究表明了這種變化是如何發生的，它不僅依靠于經驗，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公民能夠在包括科學領域的日常生活中做出基于證據的判斷。因此，在他們的中學課程目標中，明確表明了科學論證的作為學生建構科學觀點的重要角色，主要包括以下三方面：•鼓勵學生參與論證以評價相異觀點；•科學論證活動的調控，以提高學生自己建構科學觀點和科學態度的可能性為目標；•鼓勵學生發展對現象進行多樣化的假設和解釋。

我國臺灣于2008年頒布了相關的課程綱要，其中雖然沒有明確提出“科學論證”的概念，但是十分清晰地指出要培養學生具備“獨立思考與解決問題的能力，同時通過表達、溝通與分享，對他人的信息或報告提出批判性的意見”。對于科學與技術的基本能力的界定，明確“對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力，以及信息統整能力”是重要的思考智能。在小學五至六年級，臺灣科學課程要培養學生“對他人的信息或報告提出合理的求證和質疑”的能力，而在中學一至三年級，則要培養學生“檢核論據的可信度、因果的關聯性、理論間的邏輯一致性或推論過程的嚴密性，并提出質疑”的能力。通過以上分析可以看出，將科學論證融入我國科學教育，勢必成為我國科學教育發展的新的路徑。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，從教育心理學層面看，學生的科學論證活動有什么心理特點，有怎樣的難度，又是怎樣發展的？從課程層面看，以科學論證活動為核心的科學課程具有怎樣的形態，其課程設計與傳統的科學課程設計有怎樣的異同，課程文本材料的編寫有怎樣的要求和特點？從教學層面看，科學論證活動的教學模式、教學方法、教學策略如何，教學過程中師生角色應當如何扮演，論證教學適合于怎樣的教學組織形式？從評價層面看，如何開展科學論證活動的評價，如何根據評價的結果來指導科學論證課程與教學的改良？從教師層面看，開展論證教學需要教師具備怎樣的素質，我國教師是否具備這樣的素質？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，這些問題都有待進一步深入探討與解決。

作者：鄧陽 王后雄