科学论证融入科学教育论文

一、科学本体视角：科学论证带动科学的发展

科学哲学探讨了科学发展的基本规律，从科学哲学的角度审视，各个流派的科学哲学观点无疑都表明科学论证是科学认识的必经之路。实证主义科学哲学认为科学具有证实性，科学论证即证实的过程。只有根据经验和客观真理，消除头脑中的主观要素，利用观察自然事实的方法进行科学研究，才能够达到客观真理。在实证主义科学哲学者看来，科学论证通常是科学家个人澄清概念、建立命题、形成理论的可靠的、累积的增长过程，但这个过程较少存在科学家之间的争论。批判理性主义科学哲学认为，科学研究的目的在于证伪。从他们的观点看，证实性原则在科学实践中是不可能行得通的。即使能够找到许多经验事实，也不能“证实”某个科学理论，但是，只要发现一个具有否定性的科学事实，就可以“证伪”一个理论。科学家通过科学猜想形成试探性理论之后，利用“证伪”的方式对其进行检验、修改，甚至是放弃。正如Popper所说，不去“保卫这样一个取得成功的系统免遭批判”。因此，科学论证并不是要寻求确证，而是要确认（尚未证伪）或证伪，即做出批判。以Kuhn为代表的历史主义科学哲学家，从历史分析的角度，阐明了科学发展的路径。在Kuhn的科学哲学思想中，科学发展过程分为前范式阶段、常规科学、反常与危机及革命四个阶段。在非常规科学阶段里，科学家之间必将开展多样的论证活动以形成科学认识。正如库恩所说的，“在任何科学发展的早期阶段，不同的人以不同的方式描述和诠释他们”，“相互竞争的方案的增加，做任何尝试的意愿，明确不满的表示，对哲学的求助，对基础的争论，所有这一切都足从常规研究转向非常规研究的征兆”。而在常规科学阶段，虽然科学家们依据范式来“解谜”，但是围绕着彼此在具体的解谜方式和解谜技巧的可接受性方面展开争论，以及处于优势地位的范式与处于劣势地位的范式之间开展争论，也表明科学论证过程一直存在于科学认识活动当中。

二、科学学习视角：科学论证促进科学素养的获得

当代各国科学教育均已“培养儿童成为具有科学素养的公民”为主旨，科学学习的最终目的也是促进学生科学素养的发展。在西方科学教育研究中，已呈现一大批类似的教学实践说明论证在科学教学中的重要作用。从各国科学教育研究者的研究中可以发现，科学论证融入科学教育能够在以下几方面促进学生科学素养的获得。

（一）促进概念理解和概念转变

科学理论建立在科学概念的基础上，理解概念是科学学习的重要目标。建构主义理论充分证明了学生在学习科学概念之前存在着与科学概念相异或相背的另有概念，科学学习的目的就是要促进概念转变。科学论证依赖于科学证据，在建立和评价科学主张的过程中，需要学生澄清自己的固有认识，厘清思维，修正自己在科学认识上的不足。同时，科学概念的深入理解与转化需要语言的支持，学生在科学论证中通过对话交流，提出自己的主张，最终完整地描述科学概念，有助于形成对科学概念更加深入、准确的理解。Lawson的研究表明，聚焦于科学论证的科学教学能够改善学生对科学概念的理解。Baker也认为，从概念转变的观点来看，科学论证在科学教育中的重要性在于帮助学生提高学习兴趣，使他们的思维过程可视化，从而有助于排除迷思概念。

（二）发展内在的科学推理能力

Finocchiaro指出科学论证的能力是个人的、内隐的心理历程与人际间外部的、社会的和外显的心理历程的融合。两种历程虽然不一样，但是都包含科学论证心理历程的核心，即科学论证虽然可以通过一定的外在形式（如辩论）表现，但更需要学生内在的科学推理做支撑。所谓内在的科学推理是指学生在证据与主张之间寻求理由来支持自己的主张的过程，学生通过自己对已有经验与外界信息之间的权衡、评价、批判，最终选择一个最合理、最能接受的主张。内在推理是高层次的科学思维能力之一，可以被看做是“内隐的论证过程”。在公开的科学论证活动当中，学生要对同伴的主张进行批判和反驳，也需要学生能够采取一定的策略去了解同伴的内在推理过程。

（三）促使认知过程更加显性化

科学知识是个体根据已有经验建构的产物。建构的过程基于个体内在的科学思维过程，需要结合科学认识规律并运用科学认识方法。然而传统的科学教育往往不能够使得科学建构的过程显性化，这在一定程度上不利于个体监控和调节自己的知识的建构过程，也不利于同伴之间、师生之间互相进入到对方的认识过程之中，通过协作来以实现科学知识的社会性建构。因此，科学教育者提倡科学知识的学习要在社会化的情境中下展开，促进认知过程显性化。科学论证恰好能满足这种需要，通过科学论证活动，学生能够公开地运用科学证据支持自己的主张同时评价与反驳与自己主张相对的观点和解释，不仅发展了高层次的认知过程，同时科学认知显性化的目标得以实现。

（四）促进批判思维能力的发展

科学始于怀疑，因此科学教育应该帮助学生养成怀疑的意识，提升其批判思维能力。同时，提升了个体的批判思维能力，也有助于帮助学生发展理性判断。从哲学的观点看，Ennis认为所谓批判思维，应该聚焦于决定什么该相信或者该做的合理反省思维，而Siegel则主张有较好的批判思维的人，要能够寻求证据来支持他的观点。因此，教师通过创设情境让学生参与科学论证活动，能够有助于班级内的学生形成不同的主张，在此基础上，学生通过相互评估、判断、反驳，对不同主张进行辨别，从而发展批判思维。国外关于科学论证融入科学教育的研究，还关注在科学社会议题（Socail-ScienceIssue）的情境下，学生如何建立起批判思维从而发展成为有素养的民主社会的公民。这种公民不仅要能够接受批评，还能够恪守证据的准则，建立起怀疑的观点，使之成为对抗伪科学的有力工具。

（五）发展基于科学语言的沟通

科学教育应该关注科学语言的重要作用，要促进学生利用科学语言进行沟通。近年来，各国十分关注基于科学语言的“说”和“写”，旨在改变在科学课堂里过度强调菜单式的科学实验和硬背科学公式的状况。这种改变，不是强调机械意义，也不是将教科书看做唯一的资源，而是根植于学生的语言交际能力，凸显意义建构。学生在开放的情境下进行科学论证，阐述自己的主张和想法，能够有效促进学生沟通能力的发展。这是因为学生经历科学论证的过程，不仅需要用科学语言进行交流，还要从不同立场和价值观念建构科学知识。正如Yore等人主张的，科学素养应包括对不同的来源的资料进行批判阅读，或是在科学课堂里面，在不同的沟通来源或沟通形式之间参与辩论或论证，学会如何在科学论证的过程中运用一定的方法说服他人。

（六）提升对科学文化的适应性

科学学习需要学生在教师的帮助下参与创造、交流和评估科学知识的科学实践活动。这种科学实践活动与科学共同体的实践活动类似，都是依据科学的标准促进科学知识的产生、辩护、评估和合法化的科学认识过程，其社会本质如同Kelly所指出的，即科学共同体内根据共同准则发展起来的辩护与评估科学知识的认识标准。融入科学实践活动，提高对于科学认识标准的理解与共识，有助于提升对科学共同体内特有科学文化的适应性。科学论证活动强调为科学主张进行辩护，强调建立科学证据与主张之间的关系，不仅能够发展学生对科学共同体内科学论证的准则、规范和标准的认识，还能在更为普遍的意义上提升学生对科学共同体内包含共有价值和行为方式的科学文化的适应性。

三、国际比较视角：科学论证已逐步成为科学教育的主题

在国际科学教育改革的浪潮中，科学论证融入科学教育的必要性更加明显。这是因为随着信息技术的普及和全球化趋势，现代公民必须要具备处理大量的信息的能力，并且他们要能够评估这些信息。实现这一目标，就需要依靠证据对各种信息进行论证。

（一）国际大规模科学素养测试更关注科学论证

由经济合作与发展组织组织的PISA测试为发展学生的论证能力起到了很强的推动作用。在最新颁布的《PISA2015科学测试草案》中，明确指出具备科学素养的公民应具备三种核心能力，其中就包括“科学地解释数据和证据”。该草案明确说明，“许多数据可以通过多种方式被解释，所以科学论证和批判对于决定哪个是最适当的结论是十分关键的。无论是新的理论、新的收集数据的方法，或者是对旧的数据的重新解释，科学论证是科学家和工程师建立自己主张的方法。与其他同行保持不同的意见十分正常。具有科学素养的公民，应该能够理解科学论证和批判的功能和目的，并且知道为什么它们对于建立科学知识来说至关重要。另外，他们在具备根据证据建立自己的主张的同时也应该学会发现别人主张中的缺憾。”国际教育评价研究和测评活动TIMSS也逐渐关注学生通过证据支持主张、反驳对立观点的能力。以下两例TIMSS2011测试题就属于测试学生科学论证能力的题目：例1，【8年级】两块大陆被海水隔开。地理学家希望找到证据证明这两块大陆曾经是一体的，什么样的化石证据可以证明这一点？例2，【4年级】Betty有A、B两块磁铁，以及两个相同大小的大头针。她分别用这两块磁铁沿着桌面靠近大头针，直到大头针被磁铁吸引。她发现当磁铁A距离大头针15厘米时就会吸引大头针而磁铁B则在距离大头针10厘米处吸引之（如图1所示）。Steven认为这两块磁铁具有相同的强度。你同意吗？请解释你的观点。《TIMSS2015评价框架》指出，科学家参与科学探究，进行科学实践从而理解自然界并且回答关于自然界的问题。学生也必须熟练地开展这类实践，才能更好地发展对科学的理解。这种实践既包括了日常生活中与科学相关的技能，也包括了学生在学校中进行科学探究的系统方法。该框架明确给出了五类关于科学探究的最基础实践活动，其中就包括科学家运用证据和科学知识来建构解释，为他们的解释和结论的合理性提供辩护和支持。由美国国家教育进展评议中心组织的国家教育进展评估（NationalAssessmentofEducationalProgress，NAEP）从2004年开始对数学和科学领域进行了评估。在《NAEP2011科学测试框架》中明确指出科学探究包括“对该关注的和该舍弃的证据进行决策，仔细区别伪论点”。该框架说明了与科学论证有关的期望表现“：运用经验证据对关于解释和预测的结论进行证实和证伪（例如，审视论证的前提是否精确，关注结论在什么情况下与证据不符合逻辑）。”在NAEP科学测试中，对学生的科学探究能力进行测试时需要利用学生对科学本质的理解，比如，要让学生明白“当事实和观念混淆不清时，论证是存在缺憾的，或者结论与证据之间不符合逻辑”。

（二）科学论证已成为各国(地区)科学课程的重要组成

无论是发达国家还是发展中国家，各国科学教育都关注如何帮助公民理解科学本质，形成科学的思维。科学论证既能够帮助公民意识到科学对于社会、经济、文化、政治的重要作用，同时也能够建立起任何形式的科学活动都要依靠证据和批判的基本观念。从各国(地区)典型科学课程文件中可以明显地看出科学论证已经逐渐地从课程层面进入到科学教育领域。美国于2011年颁布的重要科学教育文件《K-12年级科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》中提出了“科学与工程实践”这一科学教育的核心维度，其中包括了“依据证据进行论证”这一重要主题，并指出，“在科学活动中充满着论证活动，既有非正式的形式（如实验室会议、座谈会中的论证），也有正式的形式（如同行评审活动）。”在2013年4月颁布的《下一代科学教育标准》中，将“依据证据进行论证”这一科学实践活动与跨领域概念和学科核心概念的融合，并且明确指出了其从K-12年级的学习进程。英国的科学课程历来重视学生科学论证能力的培养。2013年9月，英国对外发布了最新的国家课程标准的框架。该框架经过公众审议，旨在指导研制2014版英国国家课程标准。

在该框架的科学课程部分指出，英国国家课程标准旨在让学生通过不同形式的科学探究发展对科学本质、科学过程和科学方法的理解，从而帮助他们回答关于他们身边的世界的科学问题。在keystage4的成就目标预期中，该框架指出学生应该“批判地评价数据”、“对基于科学原理进行的调查及其使用的方法进行协商，通过书写报告或电子演示的形式，对科学发现、相关数据的解释与假设、合理的结论三者的关系作出说明。”西澳大利亚课程委员会建议，“学生学会运用科学知识来制定调查计划，从而能够选择适当的、必要的研究设备。他们应该学会‘鉴赏’探索性工作的价值从而改善调查的过程、运用合理的方法记录和展现数据、形成结论并依据当代科学知识进行解释。学生在完成调查之后需要一定的时间来考虑并识别证据的确定性，拒绝伪证据，探求可能的数据误差来源并努力避免之。”从相关课程文件中“根据数据作出结论”、“识别考虑并识别证据的确定性，拒绝伪证据”等表达可以看出，澳大利亚科学课程已经开始较为全面地关注科学教育中的科学论证。南非的中学科学课程将科学本质及其与技术、社会和环境之间的联系看做课程总目标之一，要求学习者“能够识别和批判地评价科学知识主张及其对于社会经济、环境和人类发展的影响”。另外，南非的科学课程十分重视科学哲学的价值，其中特变凸显证据对于建构科学知识的意义，指出“科学知识是试探性的，当新的证据出现和新的问题被强调之后，科学知识会发生改变。关于科学历史、环境、文化的研究表明了这种变化是如何发生的，它不仅依靠于经验，更受到社会、宗教和政治的影响”。在土耳其，国家改革的努力方向就是要促进公民能够在包括科学领域的日常生活中做出基于证据的判断。因此，在他们的中学课程目标中，明确表明了科学论证的作为学生建构科学观点的重要角色，主要包括以下三方面：•鼓励学生参与论证以评价相异观点；•科学论证活动的调控，以提高学生自己建构科学观点和科学态度的可能性为目标；•鼓励学生发展对现象进行多样化的假设和解释。

我国台湾于2008年颁布了相关的课程纲要，其中虽然没有明确提出“科学论证”的概念，但是十分清晰地指出要培养学生具备“独立思考与解决问题的能力，同时通过表达、沟通与分享，对他人的信息或报告提出批判性的意见”。对于科学与技术的基本能力的界定，明确“对事物能够做推论与批判、解决问题等整合性的科学思维能力，以及信息统整能力”是重要的思考智能。在小学五至六年级，台湾科学课程要培养学生“对他人的信息或报告提出合理的求证和质疑”的能力，而在中学一至三年级，则要培养学生“检核论据的可信度、因果的关联性、理论间的逻辑一致性或推论过程的严密性，并提出质疑”的能力。通过以上分析可以看出，将科学论证融入我国科学教育，势必成为我国科学教育发展的新的路径。然而，如何融入、如何融入地更好，却涉及到更多层面的问题。例如，从教育心理学层面看，学生的科学论证活动有什么心理特点，有怎样的难度，又是怎样发展的？从课程层面看，以科学论证活动为核心的科学课程具有怎样的形态，其课程设计与传统的科学课程设计有怎样的异同，课程文本材料的编写有怎样的要求和特点？从教学层面看，科学论证活动的教学模式、教学方法、教学策略如何，教学过程中师生角色应当如何扮演，论证教学适合于怎样的教学组织形式？从评价层面看，如何开展科学论证活动的评价，如何根据评价的结果来指导科学论证课程与教学的改良？从教师层面看，开展论证教学需要教师具备怎样的素质，我国教师是否具备这样的素质？虽然这些问题在国外的研究中有许多可以值得借鉴的地方，但是从我国科学教育所具有的特殊功能和地位这个角度看，这些问题都有待进一步深入探讨与解决。

作者：邓阳 王后雄