新粤教版《物理》在培养学生论证能力上的编写体现

2020-02-10 03:02:41 中学物理·高中 2020年1期

摘?要:图尔敏的论证模式给出了论证的基本流程,由论证的环节可以归纳出学生论证能力的几个要素:立论、搜集资料和说理.本文围绕新粤教版《物理》(推广样书)的编写在提升学生论证能力上的体现做了论述.

关键词:论证;编写;新粤教版;物理

文章编号:1008-4134(2020)01-0009?中图分类号:G633.7?文献标识码:B

作者简介:邹艳梅 (1977-),女,湖北天门人,硕士,中学一级教师,研究方向:高中物理学科教学.

2018年6月,教育部基础教育课程教材专家工作委员会组织编写了《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》,该解读对物理学科的核心素养做了明确阐述,指出“科学思维”的主要成分是“模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新”,并进一步指出:科学论证作为科学学习和研究中批判性思维的重要表现,其研究和培养已经得到高度重视.科学论证可以帮助学生发展科学探究能力,建构科学知识并促进科学概念转变为理解,提升科学认识论水平,提升推理能力、批判思维能力和交流能力[1].“科学论证”首次被写进我国的课程标准中,基于其重要地位,除了教师在平时的教学中要尝试论证式教学之外,作为指导教学的教材,在编写的时候也应该关注教材对学生论证能力的培养功能.比如,即将由广东教育出版社出版的普通高中教科书《物理》在这方面做得就很充分,本文将以新粤教版(推广样书)(后文将简称教材)必修二“第三章万有引力定律”为例,谈一谈该版教材在培养学生论证能力上的体现.

1?尊重史料——还原经典论证范例

1.1?图尔敏论证模式

图尔敏提出的论证模式(TAP论证模式)是当今进行论证的一个基本模式,也是公认最完备、科学的模式.如图1所示,该模式的扩展形式包含以下六个要素:资料,即论证主张的基础;主张,即论题;正当理由,即推理规则或说理方式;支持,即已有被公认的通则,在物理中比如公式、定理、定律等;限制条件,指结论成立对应的前提;反驳及反例.

1.2?万有引力定律的发现史呈现了一部论证史

教育重演论指出,学习者学习科学的过程与人类研究科学的过程存在一定的相似性,可以说是对人类研究科学过程的“重演”[2].新粤教版在“万有引力定律”发现的编写中充分尊重了这一点.教材从托勒密的“地心说”到哥白尼的“日心说”再到第谷的观测和开普勒行星轨道定律的发现都做了详尽但又不失简洁的陈述.之后,叙述转向对行星运动规律成因的探讨,经过几代科学家的思考结合已经定义的向心力公式,形成论点“行星的运动是太阳引力的缘故,并且力的大小与行星到太阳距离的平方成反比.”支持该论点的有力资料是向心力公式F引=mv2r和开普勒第三定律r3T2=k,天文学家雷恩和哈雷从证据到主张进行了演绎推理,课本如实地对推理过程进行了呈现.以上结论只是万有引力的雏形或者说局部.基于以上结论,牛顿依据牛顿第三定律得到该引力不仅与发生引力的二者之间距离的平方成反比,还与二者质量的乘积成正比.

以上结论是否能够由行星和太阳之间推广到任意两个物体之间呢?牛顿深入思考、大胆猜测,形成了新的论点:天体受到的引力和地面上物体的重力性质相同.为了证明这一观点,牛顿将抽象的问题具体化,进行了“平抛石头”的思想实验,借助当时已有的观测数据:月地距离和月球的运行线速度对结论做了推算,均证明了主张正确.至此,“依据已有的现象和资源,利用严密的逻辑推理和数学工具进行验证,并在已有结论的基础上进行合理延伸的科学思维方法,为牛顿在科学上的重大发现奠定了重要基础[3].”教材在浩瀚的物理学史中仔细梳理了万有引力定律发现过程中的重要人物、观点和事件,从“依据已有资料提出观点→进行论证→思考观点成立的前提→寻找新的证据→做新的论证”的角度清晰简洁地围绕“万有引力规律的发现”娓娓道来,深入浅出、层次分明、脉络清晰,教师只需要遵照课文编排就能给学生展示出一个完整的论证流程,若适当对论证的程序做显性化表述,对提升学生的论证能力将大有裨益.

2?证据呈现方式多样化——促寻找有效资料的能力

已有研究显示,虽然许多学生清楚在论证过程中要用证据支持主张,但他们并不能够有效地从众多信息中筛选出最相关的证据,并对证据形成意义[4].物理论证中证据的呈现方式主要有:文字、表达式、表格、函数图像、情景示意图等.仅“万有引力定律”一章,为了帮助学生对证据形成意义、理解知识的来龙去脉、学会应用知识解释现象、解决问题,教材不吝笔墨采取了多种方式来呈现证据,其中涉及文字若干、核心表達式8条、表格1处、重要情景示意图10余个.课本并不仅仅是简单交代结论之后大量展开应用,而是充分展现了教材的育人功能,突出了注重理解、注重过程、突出探究、注重应用和渗透物理学史的特征.

教师在使用教材辅助教学的时候要意识到这些资料对增强学生理解终端结论的重要意义,教师要充分应用这些资料,通过语言翻译、表达式解读等方式协助学生捕捉有效信息,获取重要依据,设置层层递进的问题让学生去讨论、分析、争论、辩解,像科学家一样经历从材料到主张的论证过程.

3?论证型习题——激发说理能力

教材一改以往纯模型化、计算类问题的设置风格,也摒弃了看起来像是论证实际为纯粹模型化计算的问题,设置了一定量的论证型习题.学生需要立足于论点,利用有效材料展开论证.比如“第一节认识天体运动”[3]的课后练习中有一个问题是:提供了八大行星公转的轨道半径和公转周期的数据表格,请学生实现对开普勒第三定律的论证;“第二节认识万有引力定律”课后练习中有一个问题是:两个质量同为m,半径同为r的均匀规则小球,由与其半径一样长的杆连接,若球间引力为F=Gm2r,问是否正确?并说明理由.这种类型的习题在教材中随处可见,通过对这类问题的解答能够训练学生论证过程中的说理能力.科学中常用的论证方法有:举例论证、理论论证、比较论证、因果论证等,说理能力建立在明晰依据和结论之间的关系.学生需要调动已有的公理作为“支持”,应用合适的论证方法,搭建合理的逻辑通道,实现依据对结论的证明,如果遇到反驳,就意味着要给结论标注成立条件或者推翻重来.这个过程是对学生逻辑思维、推理能力的考验,也是对学生资料掌握牢固程度的考验,更是促使学生形成严谨、客观、创新等高阶思维品质的重要环节.

4?人文类问题设置——催化立论能力

高中学生处于蓬勃储备新知识的年龄阶段,大量有一定深度的知识在他们面前打开,在掌握足够多的知识之前,学生没有信心也不大可能提出有价值的主张.我们教学中物理问题的设置大多数也基本给出了论点,只是需要学生作出论证,这些大大限制了学生的立论能力.但立论能力也是论证能力中必不可少的部分,是整个论证的出发点.从信息中提炼观点的能力和学生的理解力、归纳能力、思考的深度、学生的价值取舍都有密切的关系,学生的立论水平是教育中“立德树人”的核心表现,“培养什么样的人?”可以从学生确立的观点中所见一斑.能够准确、深刻地确立观点为将来学生成为社会的主流打下基础,能让学生学会在与科学相关的社会问题中从正确的起点出发,通过论证做出决策、展开争论、进行批判进而实现创新,对于社会的发展、民主与和谐有着长远的意义.

考虑到以上方面,教材设置了人文类的问题来催化学生的立论能力.比如,第二节[3]的讨论与交流:“以小组为单位,讨论从牛顿发现万有引力的思想方法中可以获得什么启发.”第二节的练习:“当牛顿提出万有引力定律时人们因为不能理解,有人画漫画讽刺这一定律,请谈一谈对科学探索过程的认识.”,这类问题的解答无所谓对错,只要言之有理皆有价值,学生可以依据自己的理解确立自己的观点展开讨论,还可以接受来自其他成员的反驳以强化或修正自己的观点.越是有争议的话题,越是能帮学生打开思路,只是在这个过程中教师要合理介入,矫正一些与社会主义核心价值观严重不符的认识,把学生往正确的道路上引.

5?结束语

学生的论证能力主要体现在以下三个方面:一是立论能力,即确立有待论证的观点.现行高中学校的物理教学中所设置的问题大多已经指定了论题,仅少数开放性的问题需要学生先确立自己的观点,之后展开论证.二是搜集资料的能力,即从大量信息中筛选、提取有利于证明观点的资料.学生需要良好的阅读理解能力,需要有对信息进行加工处理的能力,需要能洞悉资料和结论之间的逻辑关系.三是说理能力,即搭建合理的逻辑通道实现资料对结论的说明.说理过程中可能需要调用诸多“正当理由”,这些理由可能是我们课本中所教的公式、定理或推论,也可能是人们生活中的共识,这要求学生对解决物理问题所需要的工具:基本公式、基本技能、生活常识等了如指掌.如果在论证过程中遇到反驳,就会促使学生思考情景的特殊情况、思考公式定理的适用范围,如果经过修补依然无法实现顺利论证则能促使学生改变论点重新启动论证,或者有创新型的发现.由此可见,说理能力是论证能力的核心,它能较集中地体现学生的思维品质.《普通高中物理课程标准》[5]对科学思维做了水平划分,其划分原则和Erduran等的科学论证表現评价框架吻合度极高,这也说明了论证能力在“科学思维”中占有很大比重.因此,从各方面关注学生的论证能力是落实物理学科核心素养的重要内容.

参考文献:

[1]普通高中物理课程标准修订组.普通高中物理课程标准解读[M].北京:高等教育出版社,2018.

[2]王全,母小勇.“科学史——探索”教学模式的“重演”论基础[J]. 课程·教材·教法,2008(7).

[3]熊建文.普通高中教科书物理必修第二册(推广样书)[M].广州:广东教育出版社,2018.

[4]Lovett M C,Shah P.Thinking with data[M].NewYork: Lawrence Erlbaum Associates, 2007:233-265.

[5]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京:人民教育出版社,2018.

(收稿日期:2019-10-10)

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