论证教学在高中物理课堂教学中的应用

——以“机械能守恒定律”一节教学为例

谈科佼

（江苏省宜兴第一中学，江苏 无锡 214200）

摘  要：论证学习是基于某一议题，学习者提出各自主张，并进行支持、反驳等行为的学习活动。论证教学以论证学习为基础实施，实现了学生对知识的自主建构。论证教学对促进学生理解物理思想方法十分有益。高中物理论证教学可以按照“展现论证议题——收集论证资料——辨析论证主张——构建论证框架”系列步骤来实施。

关键词：高中物理；课堂教学；论证教学；案例分析

论证学习是学习者在面对同一情境时，提出各自不同主张，并进行支持、反驳等活动，获取客观认识的一种学习方法。论证教学则是利用论证学习形式来实施课堂教学的过程。在物理课堂中实施论证教学，可促进学生主动学习、积极探究，发展推理和批判思维等能力。^[1]高中物理核心素养也在科学思维中提到了论证学习的方法和作用，为论证学习提供了理论基础。科学论证方法包含了五个要素，如表1所示。完整的论证课堂教学应该包括这五个元素。由于完全按照这五个元素来实施论证教学比较麻烦，会导致课堂教学时间不够用的状况出现，可以将论证教学简化为四个环节，分别是展示论证议题、收集论证资料、辨析论证主张、构建论证框架。“机械能守恒定律”是高中物理中的重要章节，其内容特点适合采用论证方法来实施教学。

表1 构成科学论证方法的基本要素

一、展现论证议题

论证教学的起点是议题。议题是指融入了一定情境，值得学生讨论的话题。创设好的情境进行课堂引入可以激发学生的求知欲望，营造舒适的学习氛围，调动学生的参与热情。^[2]议题同样具有情境引入的教学价值。不能将高中物理中的议题看成等同于生活中的话题，两种有区别。高中物理教学中议题的作用是能够引发学生关于物理问题的讨论，而且可以针对具体的教学内容引出教学。因此，高中物理中的议题具有关联性、情境性、简洁性等重要特点。关联性是指高中物理中的议题可以联系具体的物理教学内容，而不是过渡开放的问题。如果议题不能联系具体的教学内容，就会失去教学的价值，成为一般意义上的讨论话题。情境性是指议题能够融入具体的物理情境，可以引发学生讨论的兴趣。如果一个议题不具有情境性，其教学效果将大打折扣。简洁性是由高中物理课堂教学的特点所决定的。高中物理课堂教学时间十分有限，学生的各种活动必须在如此短的时间内完成。因此，教师所展示的议题应该十分简洁。议题一经展示，立刻将学生带入到问题的讨论中。

机械能守恒定律是高中物理中十分重要的守恒律之一，也是学生进入到高中阶段所接触到的第一个守恒定律。在教学过程中，教师应该重视帮助学生建立守恒的观念。由于机械能守恒定律比较抽象，教师的教学需要从具体到抽象，降低学生思维理解上的难度。综合这些考虑，这一节的论证教学议题能够使学生体验到机械能守恒定律中的思想方法，还要引导学生学会从机械能守恒的角度来考虑物理问题。教师所设计的教学议题为：

是不是一切物体（系统）的运动过程中的机械能都守恒？请通过例举实例和逻辑推理来说明。

这个议题具有两面性，学生可以作肯定回答，也可以作否定回答。在教学中，持两种不同观点的学生会陷入到激烈的争论中。这对于提升课堂学习氛围十分有好处。虽然这个议题没有直接将情境融入到其中，但是其要求学生举例来论证。学生举例的过程是自我创设情境的过程，学生会将机械能和他们的日常生活联系起来。不同的学生可以举出不同的实例来，这样可以大大地激发学生讨论的兴趣。这个议题还为学生进行论证指明了方向。议题中直接提出论证的方法是“例举实例”和“逻辑推理”。由于高中学生的思维能力还相对薄弱，议题中对论证方式进行了提示，可以降低学生思维的难度，帮助论证教学高效地实施。在后续的教学中，教师很明显地发现学生围绕中这一议题展开了高效的论证探索。

二、收集论证资料

在论证一个物理问题前，学生应该做的事情是大量收集和占用资料。资料是有价值信息的集合体，可以是文字材料，也可以是声音、视频材料等。在收集材料后，学生需要对材料进行处理，保证所占有的材料对论证议题最有价值。一些教师在提出议题后，直接让学生提出他们的主张。这种教学方法存在问题。学生还没有占有大量有价值的资料，他们不可能提出比较客观的主张。如果是学生胡乱地提出主张，则无法进行有效论证，论证教学也会陷入到形式主义的泥沼中。因为高中物理课堂教学时间有限，教师可以提供给学生一些原始的材料，学生可以从这些材料中选取有价值的。学生也可以通过合作讨论的方式，相互交换有价值的信息，这些信息可以成为支持论证的资料。为了更好地收集论证资料，教师可以指导学生一些收集、整理材料的方式。在教师的指导下，学生可以有序地收集、整理资料，这样能够极大地提升课堂教学效率。

机械能守恒定律较为抽象。针对上述议题，学生可能无法直接提出自己的主张，需要一些资料支持。教师让学生分组讨论，交换他们有关机械能的信息，将这些信息组织成为材料。学生的分组采用“同质异构”的方式，保证各个小组的水平差不多，每一个组内的学生拥有不同的生活和学习经验。“同质异构”分组是保证学生收集到大量有价值资料的有效方法。教师还要求学生设计一份讨论记录表，将学生分享的信息有序地记录下来。表2是一个小组的讨论记录表。

表2 讨论记录表

在讨论的过程中，学生提出了自己在日常生活中或者在学习中所接触到的和机械能相关的信息。学生还对这些信息进行了简单的分析。学生认为有些现象中的机械能不守恒，有些现象中的机械能守恒。学生的这些处理可能不是准确的，但是反映了学生对信息的初步处理，对学生后续提出自己的主张或者论证主张有好处。在初中物理的学习中，学生接触过机械能，知道一些相关的知识，但是，他们对机械能的理解非常不深入。针对这种问题，教师可以将机械能概念的讨论融入到学生的信息收集过程中。教师提出问题：“结合初中物理的学习，谈一谈什么是机械能。”学生能够有效地辨析机械能概念，对他们收集整理有价值的资料十分有好处。

三、辨析论证主张

科学论证需要提出论点，即有主张；需要反驳他人，即要有令人信服的证据； 需要根据资料进行解释，即要有推理。^[3]可见，主张和推理对构成论证十分关键。因此，论证教学的核心在于主张的提出和论证过程。主张的提出需要根据议题，而不是随意而为。教师在设计议题的时候要注意议题的限制性，即一个议题最好只可以提出两个相反的主张，而不是能够提出许多种关联度不大的主张。如果学生的主张很多，课堂教学则无法进行下去。两个主张可以保证学生从问题的正反两面出发讨论和分析问题，最有效率地实施论证教学。学生提出主张后，教师可以安排学生进行论证。论证的方法有两个。⑴实验论证法。实验论证法时指学生使用实验来论证自己主张的过程。实验是高中物理中的常用教学方法，其可以最为直观地展示物理现象。学生可以根据他们的主张设计实验来证明他们主张的正确性。⑵逻辑推理。逻辑推理是高中物理中的一种重要论证行为，其一般以数学为基本工具，来实施推理。逻辑推理可以最为深入地展示物理现象的本质，是物理科学体系建立的重要工具。在论证教学中，教师将持有相同主张的学生分为一个小组，来论证他们的主张。在小组论证后，教师让各个小组展示他们的论证方法。每一个小组都可以对其他小组的论证过程进行质疑。质疑是思想碰撞的过程，可以将学生的各种想法和观点呈现出来。

通过资料的收集和整理，学生针对议题提出了两种主张。大部分学生认为：在任何物理现象中，物体的机械能都守恒；少部分学生认为：在任何物理现象中，物体的机械能都不守恒；而极少部分学生认为：机械能守恒需要一定的条件。教师将持这两种观点的学生分组，要求他们论证各自的主张。

持有第一种主张的学生认为：能量是守恒的，机械能自然也是守恒的。因此，各种物理现象中物体的机械能必然守恒。支持这种主张的实例有单摆、弹簧振子等。

持有第二种主张的学生认为：因为自然界中总存在着各种阻力，机械能会因转化为内能。因此，自然界中任何物体的机械能都不守恒。支持这种主张的实例有物体从空中下落、汽车关闭发动机等。

两组学生都简述了他们论证主张的过程。对于第一种论证，其他小组提出了质疑，他们例举出实例：一个物体从空中下落，它受到空气阻力作用，部分机械能转化为内能。（实际模型）对于第二种论证，其他小组提出了质疑，他们例举出实例：物体从光滑斜面上滑下来，没有摩擦阻力存在，则机械能守恒。（理想模型）

通过一系列的支持和反驳活动，学生认识到了他们得出的两种主张其实都比较片面。学生纠正他们的错误，得出了机械能守恒定律，即：在一个系统中，只有动能与势能相互转化，总的机械能守恒。实际上，机械能守恒定律是一种理想化情况成立的定律，因为不可能没有阻力。论证的过程训练了学生的模型建构能力，学生在其中学习到了许多思想方法。

四、构建论证框架

在高中物理论证教学的最后环节，教师要指导学生构建论证框架。构建论证框架是反思自我论证的过程，可以提升学生对物理知识的深入理解。构建论证框架的基本方法是列表，即学生按照科学论证的五个要素，将论证过程展示出来。教师要求学生独立完成论证表格的完善工作，这样可以最为有效地促进学生对论证过程的认识。课堂教学不仅是知识的传递，更是终身学习理念的形成与终身学习能力的培养的重要途径。^[4]构建论证框架可以让学生建立系统化的知识，提升学生终生学习的能力。机械能守恒定律不容易理解，学生的论证过程也比较曲折。在学生得出机械能守恒定律后，教师要求学生通过列表的方式将论证过程展示出来。表3为论证过程表。

表3 关于机械能守恒定律的论证过程

在论证过程中，学生的思维不断发生转化，这是建构的过程。表格完整地将学生思维转变的过程展示了出来。首先，学生收集到一些资料，他们知道了机械能的概念，并且知道动能和势能可以相互转化。然后，学生提出自己的主张，并采用实例来论证自己的主张，部分学生还对主张进行了逻辑推理论证。最后，学生展示他们论证的过程，其他学生对论证过程进行支持或者反驳。在这一次教学中，学生提出的两种观点都存在问题，论证过程使学生纠正了他们主张中的问题，得出了正确的结论。对于机械能守恒定律结论，学生如果不经过科学论证过程，他们不知道这是理想化状态下形成的结论。这可能会影响到学生应用结论解决问题。可见，学生对问题的理解从浅层逐步进入到深层，他们在物理思想方法上得到了长足的进步。

五、结语

随着国内基础教育课程改革的持续推进，课堂内的学习方式已经从记诵式导向探究式，科学推理成为知识形成的内在的认知要求^[5]，论证教学符合这一教学理念的要求。高中物理论证教学既要遵循论证教学的规律，也要考虑课堂教学的实际情况。在教学过程中，教师制定议题，引导学生收集各种有价值的资料，并提出不同的主张。学生提出不同的主张后，教师再引导学生论证他们的主张，并进行支持和反驳的辨析活动。这些活动都是学生自主实施的，学生的物理思想在其中得到了较好的发展。

参考文献：

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