論證式教學及其在高中生物教學中的實現

朱玉琳 韓大勇

（伊犁師范大學生物與地理科學學院 新疆伊寧 835000）

我國所頒布的2017年版普通高中生物課程標準明確指出，生物學課程應以培養學生的生物學核心素養為目標。生物學核心素養主要包含4部分，即“生命觀念”“科學思維”“科學探究”和“社會責任”。[1]我國傳統的生物課堂常處于一種“邏輯斷裂”的狀態，并且通常從操作層面上去理解科學探究，導致無法切實地落實培養學生生物學核心素養的目標。然而，論證式教學為培養學生生物學核心素養提供了一個新的視角。論證式教學將傳統的課堂轉化為論證共同體，學生在共同體中經歷提出觀點、為觀點進行論證和辯駁等過程進而主動地建構知識而非被動地接受知識。論證式教學是將科學領域中的論證引入課堂，讓學生體驗類似科學家構建理論知識一樣評價資料、提出主張、為主張進行辯駁等過程，由此促進學生對科學產生的過程、科學概念以及科學本質的理解，進而促進學生科學思維的發展。鄧陽認為，科學實踐的要素之一就是科學論證，[2]將科學領域的論證活動引入生物課堂有助于在生物課堂中實施有意義的探究教學。因此，論證式教學應當在生物課堂中占據一定的比例。

論證式教學在教育領域中具有一定的價值，例如論證式教學有助于促進學生有意義學習、深度學習、科學思維的發展以及學生元認知能力得到進一步的發展?；谡撟C式教學在教育領域中的價值，當前我國學者越來越關注論證式教學，并且進行了大量有關論證式教學策略的研究。本文將從五個方面對論證式教學進行綜述，分別是：論證式教學策略的由來、類型、論證式教學的模型、我國論證式教學的研究現狀以及如何有效地將論證式教學引入生物課堂，期望對我國一線的生物學教師在生物課堂中引入論證式教學提供一定的幫助。

一、論證式教學策略的由來

論證在英文中可以翻譯為argument或argumention，其中argument譯為論證、論據、爭吵，argumention譯為論證、爭論、辯論，兩個單詞均強調證據的提出和辯駁。因此，論證是共同體圍繞某一論題，利用科學的方法收集證據并運用一定的論證方式解釋評價自己及他人證據與觀點之間的邏輯性，在辯論過程中促進思維的共享與交鋒，最終達成可接受結論的活動。[3]

最初的論證是以邏輯學為基礎發展而來的，在邏輯學領域上，Blackbum認為論證即形式邏輯，需關注前提、推理形式以及結論之間的相關性；在認知心理學領域上，Kuhn認為論證即認知過程，他認為論證是提出假設、支持假設、批判他人的假設、在辯論中不斷完善觀點和促進思想統一的過程。[4]Toulmin在《論證的使用》中首次提出了新的論證布局并描述了論證的基本模型，即圖爾敏論證模型[5]，圖爾敏模型不僅可以作為支持學生有效論證的工具，也可以作為評價學生論證的工具[6]。在1958年，圖爾敏首次提出描述完整論證結構的TAP模型后，教育者開始關注論證在教育領域中的應用，并提出多種論證式教學策略。至今，論證式教學策略已經形成較為完善的理論體系。

二、論證式教學策略的類型

當前論證式教學策略主要有三大類型，分別是結構式教學策略、社會科學式教學策略和浸入式教學策略。結構式教學策略強調論證的結構和應用，學生通過結構式教學策略可以掌握完整的論證結構，并能夠在實踐活動中應用論證、通過論證解釋一些實驗現象。社會科學式教學策略則強調學生通過理解社會和科學之間的相互作用來學習科學論證，強調道德、倫理、政治等社會因素對科學的影響。浸入式教學策略是將論證作為一種工具整合到科學教學活動中，在教學活動中通過論證促進學生學習科學知識、理解科學本質和科學過程。

因為，浸入式教學策略可以將科學領域中的論證活動與課堂教學相結合，幫助學生能夠真正地掌握科學的概念、本質并促進學生思維能力的發展。所以，在上述三種論證式教學策略中，浸入式教學策略被認為是培養學生生物學核心素養最有效的教學策略，也是在課堂中最常使用的教學策略。

三、論證式教學的模型

上述3種論證式教學策略具體有多種論證式教學模型，本文主要論述3種常見的論證式教學模型，分別是：圖爾敏論證模型、PCRR模型和新版ADI模型。在高中生物課堂中適合于采用論證式教學策略的內容主要有4種類型，分別是：概念教學內容、實驗教學內容、生命科學史內容、社會科學議題內容，對于不同的生物學內容所采取的論證式教學模型也有所不同。

（一）圖爾敏論證模型（Toulmin's Argument Pattern，簡稱TAP）

在論證式教學發展史上，圖爾敏論證模型是最早陳述完整論證結構以及完善論證各組分之間關系的論證式教學模型，TAP是屬于結構式教學策略的一種模型。

圖爾敏論證模型主要包含6個部分，分別是數據和資料（data）、主張或聲明（claim）、保證（warrant）、支持因素（backing）、反駁（rebuttal）、限定詞（qualifier）。在圖爾敏論證模型中詳細地描述了這6個組成成分之間的聯系（如圖1所示）。其中，“數據和資料”作為論證的基礎，是論證活動開始前的必要準備；“主張”是通過“資料”推論出的論點，需在論證過程中被證實；“保證”是授權論證由“資料”推論出“主張”[5]，即“保證”是支持“主張”成立的事實，James F.Klumpp提出將“保證”看做成動詞，這樣就體現了圖爾敏模型中捍衛“主張”的動態過程[7]；“支持因素”是當“保證”受到質疑時所提出的支援性陳述；“反駁”是質疑“主張”的正確性；“限定詞”是論點成立所必須附加的限制條件。

圖1 TAP模型

圖爾敏模型各要素之間邏輯清晰、逐步推進，是目前應用最為廣泛的模型，該模型允許通過獨立的組件來描述論點，從而更容易定義和評估推理過程[8]。模型中的“數據和資料”“主張或聲明”“保證”為基本要素，“支持因素”“反駁”“限定詞”為補充要素是非必須出現的要素。[9]因此，在論證式教學過程中教師可以根據教學內容對TAP模型進行修改。

但是，圖爾敏論證模型并不適用于全部的生物學內容，在運用該模型時要注重選擇適宜的教學內容，實踐證明圖爾敏模型更適合于社會科學性議題的教學活動[10]。例如，人教版高中生物必修二的“人類基因組計劃及其影響”就可以采用圖爾敏論證模型進行教學。

（二）PCRR模型（Present，Critique，Reflect，Refine，簡稱PCRR）

圖爾敏模型雖然給出了論證式教學的一般過程和基本框架，但是仍然存在一些不足之處。例如，該模型缺乏反思論證過程，并且在科學核心概念教學上的應用效果較差。為此，2015年Kujawski提出了一種科學論證教學模型即PCRR模型，同時強調PCRR模型適合與科學核心概念及共通概念的教學相結合。[11]PCRR模型是屬于浸入式教學策略的一種模型，在我國生物課堂中運用該模型，有助于促進學生對生物科學概念與規律的理解。這個模型是一種結構簡單的循環過程，在該模型中沒有復雜的實驗操作過程，主要是通過在課堂中不斷地呈現資料、分析資料形成論點、尋找證據而進行推理論證。

PCRR模型主要包含4個階段：階段1是呈現，該階段要求學生小組呈現通過資料所構建的概念模型以及完整的論證過程，將論證過程可視化；階段2是批判，該階段是其他小組審閱所呈現的概念模型和論證過程，并提供反饋意見，可以為正反饋也可以是負反饋，在該階段中教師要注意時刻關注學生；階段3是反思，該階段要求呈現小組根據上一階段收集的反饋來反思原始的論證，確保論證的充分性、準確性以及清晰度；階段4是提煉，在該階段中小組提煉出充分、清晰、準確的概念模型和論證過程。PCRR模型中的4個階段通過首尾相連構成簡單的循環過程（如圖2所示），因此，該模型較為靈活可以在一堂課中循環使用。

圖2 PCRR模型

PCRR模型不僅是一種幫助學生理解核心概念的工具，也是一種評價學生核心素養的工具。[12]PCRR模型適合于我國生物課堂中的概念教學，例如，在人教版高中生物必修一，細胞核—細胞的控制中心這一節中細胞核功能的教學就可以采用PCRR模型。

（三）論證探究式教學模型（Argument-Driven Inquiry instructional model，簡稱ADI）

ADI模型是Sampson等人在2008年所提出的一種論證探究式教學模型，屬于浸入式教學策略的一種。論證探究式教學模型是以建構主義學習理論和人本主義學習理論為基礎，該模型將科學領域中的論證活動與探究式教學相結合，同時加入了撰寫研究報告和學生相互評論等階段。[13]因此，ADI模型不僅促進學生理解和掌握科學知識和科學概念，還促進學生科學思維和科學寫作能力的發展。Grooms團隊經過對ADI模型的實證研究后，進一步對該模型進行了調整和完善并提出新版ADI模型。新版ADI模型在原有ADI模型的基礎上增加了反思性討論階段，促使論證效率最大化、促使論證模型更加靈活。

新版ADI模型主要包括8個階段：階段1，明確任務和問題，教師在此階段中通過簡短的背景介紹或提出有吸引力的問題（問題能夠將新舊知識建立聯系），激發學生對新知識的探究興趣；階段2，設計方案和搜集數據，學生在此階段中以小組的形式設計探究方案，通過探究獲取數據；階段3，分析數據和初步展開論證，此階段中學生在分析已獲取數據的基礎上，對所提出的問題建構完整的論證；階段4，論證階段，在這個階段中學生以小組的形式在班級中展示論證過程，其他小組可以參與討論并批判該組同學論證過程的有效性和合理性，在這個過程中學生有修改自己論證過程的機會；階段5，反思性討論，學生在這個階段中通過不斷地進行反思進一步減少小組間的差異，確保論證的準確性；階段6，撰寫探究報告，學生根據前幾個階段的學習過程撰寫研究報告，學生所寫的研究報告中主要體現三個問題即研究目的是什么？怎樣實現研究目的？研究的最終結論是什么？學生通過撰寫研究報告將論證過程可視化；階段7，雙盲評議，在評議階段教師為學生提供評判標準，學生之間對研究報告進行雙盲評審并提供反饋；階段8，修改和上交報告，這個階段要求學生根據反饋信息修改研究報告，最終將報告上交給老師（如圖3所示）。

圖3 新版ADl模型

新版ADI模型適用于我國生物課堂中的探究教學和實驗教學，對提升我國學生的生物學核心素養具有重要意義，同時新版ADI模型也可以作為診斷學生核心素養表現的評價工具。例如在人教版高中生物必修一能量之源—光與光合作用中綠葉色素的提取和分離實驗就可以采用新版ADI模型。[14]

四、我國論證式教學的研究現狀

在中國知網（CNKI）數據庫中，以“論證式教學”為檢索詞進行檢索，通過統計有關論證式教學的發文量，可以大致了解論證式教學在我國的發展趨勢。自從2010年王星喬、米廣春發表有關論證式教學的文章即《論證式教學：科學探究教學的新圖景》后，我國教育學者開始逐漸關注論證式教學的研究。從2010起，我國以“論證式教學”為研究內容的文獻共有167篇，其中與“論證式教學與初高中生物教學相結合”的內容有關的文獻共有113篇，并且主要集中在近幾年，這表明將論證式教學引入生物課堂是生物教學改革的趨勢。當前，我國針對論證式教學與生物教學相結合的研究主要集中在兩個方面，即理論研究和案例研究。

（一）論證式教學與生物教學相結合的理論研究

自2010年起共有18篇關于論證式教學與生物教學相結合的理論研究文章。根據對文章的整理，初步了解我國理論研究的發展趨勢（如圖4所示）?？傮w來說，我國關于論證式教學與理科教學相結合的理論研究始于2012年，研究方向集中于如何加強理論基礎研究進而促進論證式教學在生物課堂的有效實施。但是該領域的發展一直緩慢，歷年有關論證教學與生物教學相結合的理論研究的文獻數量均不足5篇，并且部分理論研究缺乏足夠的創新，亟須加強。

圖4

（二）論證式教學與生物教學相結合的案例研究

與理論研究相比，論證式教學與生物教學相結合的案例研究較多，自2010年起共有95篇關于案例類研究論文。在文獻數量方面，2014～2017年相關文獻較少，發展緩慢，2017年至今相關文獻數量出現較快的增長，尤其2019、2020這兩年明顯增加。自2017年版的普通高中生物課程標準頒布后，我國學者開始非常關注論證式教學與生物教學相結合的實踐研究，期望通過大量的案例研究能夠有效地將論證式教學引入到生物課堂中并提高學生的生物學核心素養。

在研究方法上，我國案例研究的特征是在設計論證式教學時并沒有完全照搬上述3種論證式教學模型，而是以國外的論證模型為基礎在一定程度上對論證模型進行了修改，從而使論證模型更加適合與我國生物課堂相結合，體現明顯的本土化特征。在研究內容上，主要集中在將論證式教學策略運用在我國生物課堂中的概念教學、探究實驗教學以及科學史教學中，期望通過加強論證式教學策略在生物課堂的有效運用研究，促進我國生物教學進一步發展。

圖5

五、在生物課堂中實施有效的論證式教學

論證式教學有助于促進學生的科學探究能力和科學思維的發展，在培養學生生物學核心素養方面具有重要意義，并且論證式教學與當前生物教學改革的方向相一致，因此，勢必要將論證式教學引入到我國的生物課堂中。當前，論證式教學具有成熟的理論基礎，我國學者也加強了論證式教學和生物教學相結合的理論和案例研究，但我國大部分的一線教師不能有效地在生物課堂中實施論證式教學。那么，如何有效地將論證式教學引入生物課堂呢？接下來筆者將從四個角度給予建議，分別是教師角度、提出問題角度、設置情境角度以及支架式教學理論角度。

（一）教師的專業發展和教師角色的轉變

論證式教學模型的有效實施需要教師具有良好的專業發展，因為教師對論證式教學模型的掌握情況不僅影響論證式教學在課堂實施的效果，也影響學生對于論證活動的理解。[13]因此，教師即需要不斷加強科學相關知識和教育學知識的學習（例如理解實驗現象和結論之間的內在聯系、理解科學的本質、掌握科學方法的知識結構體系、掌握實驗技能、具備設計實驗的能力以及理解教育學原理等），教師也需要加強對論證方面知識的學習（例如理解并掌握科學論證結構、如何有效地實施科學論證、如何為學生提供論證支架等）。

傳統以教師為中心的課堂不適合引入論證式教學，因為，在論證式教學中，師生應當具有平等的對話關系，教師不再是絕對的權威者。已有研究表明，教師在教學中擔當提問者的角色并且利用多種提問角色建構問題模型時，學生展現了較高水平的口頭論證。[14]教師的提問角色主要有4個，分別是：傳遞者、主持者、教練者和參與者。下面對4種提問角色分別進行舉例：傳遞者（同學們前面我們學習了細胞核，誰能講述一下細胞核的功能？）、主持者（請問A學生，你同意B學生的觀點嗎？）、教練者（還有沒有其他證據可以支持你的觀點？）、參與者（好的，你能說說你的論證過程嗎？）。教師在論證式教學過程中利用多種提問角色的轉變不僅可以促進學生在論證過程中對話交流和自主學習，還可以引導學生向正確的方向思考以及促使學生高效地展開論證活動等。

（二）在論證式教學過程中提出恰當的問題

論證式教學通常以探究問題作為起點，那么教師所選擇的探究問題就要能夠激發學生的學習興趣，在這要注意并不是所有的問題都適合作為論證式教學的探究問題。恰當的問題不僅可以激發學生的學習動機，還可以促進學生主動回憶已有的知識經驗、引發認知沖突，促進學生進行有意義的知識建構。例如，在細胞核—系統的控制中心這一節教學中，由于學生已經掌握了細胞的基本結構，所以教師在引導學生用顯微鏡觀察活細胞的細胞核后，可以向學生提問細胞核的形態以及在細胞中的位置并猜想細胞核應當具有什么作用？由此展開本節課的論證式教學。

在論證式教學過程中，教師可以在學生已有的知識和生活經驗的基礎上提出一系列與本節課相關的問題，學生在解決問題的同時，不僅建構了新的知識，而且科學思維能力也在不斷發展。但是，教師選擇的一系列問題既要符合學生的最近發展區，也要滿足由淺到深的原則。教師在采用這種問題鏈的教學方式時，可以將不同層次的學生都調動起來促使全班學生都積極參與課堂論證活動。[15]例如，在細胞中的糖類這一節課中可以采用問題鏈的方式進行教學——同學們都知道哪些種類的糖？思考為什么在生活中也將糖稱作“碳水化合物”？為什么葡萄糖可以通過靜脈注射到人體？生活中常見的蔗糖可以被細胞直接吸收嗎？生物體內大多數的糖類以什么樣的形式存在？

在實施論證式教學的過程中，如果碰到學生的論證方向出現偏差時，教師可以通過不斷地向學生提問，幫助學生解決困惑并引導學生向正確的方向思考。例如，你的主張是什么？你怎樣證明主張的合理性？你的證據是否充分？你的主張與別人的主張相比如何？

（三）在論證式教學過程中設置合理的情境

Duschl和Osborne認為教師在教學過程中通過為學生設置兩種重要的情境，即“問題的情境”和“交談的情境”，有助于有效地開展論證式教學。[16]論證式教學的起點通常是問題的提出，因此教師所提出的探究問題必須是符合“問題情境”的，即該問題要具有多種可能的答案并且具有一定的論證空間促進論證活動的順利展開。例如，社會科學性議題，這類議題通常沒有唯一的答案，為論證式教學提供了廣闊的論證空間。

教師在實施論證式教學時除了需要設置“問題的情境”以外，還需要設置“交談的情境”?！敖徽劦那榫场敝饕▋蓚€方面，一方面是為了保證學生具有展開論證的良好心理空間和氛圍，教師需要創設出一種民主、平等、寬容、適于交談和辯論的課堂環境，促進論證教學的順利展開。另一方面，為了確保課堂上論證式教學的有序開展，教師需要在開展論證活動之前，制定好論證過程的要求以及基本規則和基本秩序，例如交談的規則、展示的規則、辯駁的規則等。

總之，教師在教學過程通過設置合理的“問題的情境”和“交談的情境”，有助于論證式教學在課堂中順利展開。[17]

（四）支架式教學理論為有效開展論證式教學提供新的切入點

支架式教學理論是指在教學過程中通過為學習者提供學習框架，促進學習者在原有經驗的基礎上進一步地構建知識和理解知識。支架式教學理論是以“最近發展區”為理論基礎，因此將論證式教學與支架式教學相結合可以幫助學生從現有的論證水平到達潛在的論證水平，促進學生的論證能力進一步發展、促進論證式教學的有效開展。[18]

在論證式教學初期，學生剛開始接觸論證活動，教師可以根據教學內容設計符合學生認知邏輯的教學支架，通過支架引導學生順利展開論證活動。當前，促進學生論證能力發展的教學支架主要分為兩類，分別是“論證支架”和“概念支架”?！罢撟C支架”是通過向學生展示論證結構要素的名稱，幫助學生構建具有完整結構的論證，例如在支架中提問—論證的主張是什么？證據是什么？如何通過證據推理出主張？“概念支架”是通過向學生提出問題，該問題暗示論證所包含的知識內容，引導學生向正確的方向進行論證，幫助學生抓住論證內容的核心，例如在支架中提問——該實驗結果如何？說明了什么？“論證支架”和“概念支架”都可以幫助教師在課堂中有效地開展論證式教學。然而，Gotwals等研究發現教學支架可以有效地幫助學生提煉證據和提出主張，但是在學生論證推理過程中發揮的作用很小。[19]

當前，我國部分的一線生物學教師僅從操作層面上去理解探究性教學，在實踐過程中認為在生物課堂中指導學生開展實驗就等同于引導學生進行了科學探究，因此可能導致探究教學在生物課堂中的實施沒有達到預期效果。我國部分的一線生物學教師在應試教育的影響下，經常忽視對學生科學思維的培養，這就導致無法在生物課堂中落實培養學生的生物學核心素養。論證式教學與我國當前培養學生生物學核心素養的目標相一致，因此，論證式教學在生物教學中應當占有舉足輕重的地位。近幾年，我國關于論證式教學模型在生物學課堂中進行本土化嘗試的案例研究越來越多。因此，一線生物學教師可以參考我國學者所進行的案例研究，逐漸在生物課堂中開展論證式教學活動，進而加強對學生生物學核心素養的培養。