引导学生参与科学实践解释与论证.docVIP

引导学生参与科学实践解释与论证 　　美国《K—12科学教育框架》（以下简称《框架》）确定了8种K—12年级课堂中的科学与工程实践（practices）。这些实践与核心概念、跨领域概念一起共同描述了国家规定的科学学习目标。与稍早的标准（AAAS1993，NRC 1996）相比，它有一个重要的进步，即这些实践并没有被作为独立存在的学习目标，定义成学生应该了解的有关科学过程的内容。相反，科学实践确定了科学活动中核心概念背后的推理过程、对这些核心概念的论述及其运用。 　　在《框架》中列出的实践类型有： 　　·提出问题和明确需要解决的难题 　　·建立和使用模型 　　·设计和实施调查研究 　　·分析和解释数据 　　·利用数学和计算思维 　　·建构解释和设计解决方案 　　·基于证据进行论证 　　·获取、评估和交流信息 　　本文中，我们分别研究关于解释和论证的第6和第7种实践类型。这两项实践相互依赖：那些尝试建构解释的学生，也必须参与到论证中。 　　《框架》详细说明了探究在先前的标准中是如何被表述的，以此对于科学的建构意义（sensemaking）的方面进行强调（Bybee，2011）。有关“实践”的观点从把科学视为一系列过程转变为同时强调社会交往和讨论交流，这两者是在课堂中构建科学知识时伴随而来的。这一转变所指向的科学实践，需要我们认识到在建构科学知识时论证所起的作用，因为在设计调查活动、发展模型和构建解释时所做的周到而深入的工作，需要对各种方案进行仔细地比较、评估，并达成一致。在本文中，我们首先分别定义了论证（argumentation）和解释（explanation），然后再通过课堂案例探讨它们之间的关系。 　　构建解释 　　课堂上对于“你能解释一下吗？”这个问题会得到各种不同的回答。通过澄清某一想法（提供定义），确定一种因果机制（解释为什么有些事情发生了），或者证明一种观点（解释为什么会相信这种观点），教室里的学习共同体能够进行“解释”（Braaten和windschitl，2011）。《框架》中“解释”被定义为“将科学理论与科学观察结果或现象相联系的描述” 　　（第3章），它强调科学中（课堂上或专业的） 　　“解释”的一种核心形式是因果关系的解释，能够识别潜在的因果关系链。对这类解释的评价可以基于它是否能够前后一致地说明——或解释一学生收集到的所有数据（第3章）。 　　“解释”这种科学实践超越了对指定过程的定义或描述，而是把一系列对需要解释的现象的推理联系起来。因此，与其简单要求学生解释细胞呼吸作用，我们不如让他们解释为什么人体呼出气体中的含氧量比吸入气体中的低。对这个的解释不仅应该描述呼吸作用，而且还要产生一个符合证据的因果链，那些证据引向为什么需要氧气的论断。这样的一个因果链可以详细说明葡萄糖进入体内的位置，以及什么物质可以进出细胞，并得出结论：在细胞内一定发生同时需要葡萄糖和氧气的化学反应，从而把能量转换成一种可使用的形式（第9章）。 　　为明确“解释”的目标，《框架》强调了“评估各种观点以得到最好的解释”这个过程，包括学生应该能够做到： 　　·使用原始的或二手的科学证据和模型，支持或反驳对一种现象的解释性说明。 　　·找出各种解释性说明间的差异或弱点（他们自己的或是别人的解释）。 　　因此，形成解释性说明不仅仅包括构建，还包括比较和批判。尝试构建新的解释通常需要论证元素，以支持和质疑可能的解释。事实上，为“解释”搭建脚手架的有效课堂教学支持反映了这些论证元素，例如促进学生用证据和推理来支持他们的主张（McNeill和Krajcik，2012；Sutherland等，2006）。我们接下来将具体解析这个方面的科学实践。 　　基于证据进行论证 　　基于证据进行论证的实践强调了这样一种认知，即科学知识是通过一种推理过程而建立的，“这种推理过程需要科学家提出一种关于世界的合理化说法。作为回应，其他科学家尝试去找出这种说法的缺陷和局限”（NRC，2011）。当一种说法，可能是一种提出的解释，受到怀疑或有争议时，这种科学论证的过程就出现了（Osborne和Patterson，2011），因此就会激发参与者为他们自己的观点辩护，同时质疑或挑战其他的说法（Berland和Reiser，2009）。《框架》的第3章（NRC，2011）梳理分析了涉及支持和质疑知识论断的几个目标： 　　·构建科学论证，显示数据是如何支持论断的。 　　·在科学论证中找出可能的弱点，适合学生的知识水平，利用推理和证据进行讨论。 　　·识别他们自己论证中的缺陷，根据批评意见进行修改和完善。 　　科学知识的建立结合了这些实践，构造对自然现象的备选解释，并对这些论断进行论证。由于科学家们对于相同的观察结果考虑了不同的可供选择的解释，他们讨论确认不同解释的缺陷并逐渐形成