CER论证模型提升科学思维的国内外研究历程

CER论证模型提升科学思维的国内外研究历程

高倩倩,刘张文斐

鲁东大学  山东 烟台  264025

摘 要：本文主要利用知网、万方、维普、web of science等国内外数据库对CER论证模型提升科学思维的国内外研究历程进行检索，厘清CER论证模型提升科学思维的发展趋势;对国内外研究现状进行述评，评估CER提升科学思维的今后发展趋势、研究价值和研究空间，为广大中小学教师和研究人员提供理论参考。

关键词：CER论证模型；科学思维；国内外研究历程

一、CER论证模型提升科学思维的国外研究现状

本文国外教育研究者们最早在古希腊、古罗马时代就提出：教育的目的是为了使受教育者的思维得到真正的发展。经过半世纪的发展，研究人员提出了综合各方面思维的培养目标——科学思维。不同的教育学家们提出了对科学思维的培养方式。笔者将其综述为如下：

（一）理论层面

1996年，美国国家研究委员会颁布《国家科学教育标准》，标准指出：“科学家通过检查证据、比较证据、识别错误推理、指出超出证据的陈述，并对相同观察结果提出替代解释，来评估其他科学家提出的解释，在科学课堂上让学生参与构建基于证据的科学解释对于科学探究至关重要”[1]。这份文件将“论证”放在了相当重要的位置，认为论证能够帮助学生进行科学推理，得出结论。

2013年美国颁布了新的科学课程标准—《下一代科学标准》。该标准的一大亮点是提出了“科学实践”概念，列举了八种科学探究实践： 提出问题和明确问题、建立和使用模型、设计和实施调查研究、数据分析和解释、利用数学和计算思维、建构解释和设计解决方案、基于证据的论证以及获取、评估和交流信息。其中科学解释既是一种重要的科学实践，也是科学探究实践的中心环节[2]。由此看出，美国颁布的新的课程标准将论证放在了重要的位置，也肯定了论证教学在提升科学思维方面的价值。

（二）实践层面

查阅文献后发现，研究者们构建了多种论证教学模型提升科学思维，有图尔敏论证模型、ADI模型、CER论证模型。在这些模型中，有些研究并未直接阐述模型能够提升科学思维，而是在结论中包含了对科学思维的提升。如CER论证模型在国外大多都用于研究其对科学解释能力、促进科学理解的作用，但是在得出科学解释的过程中，学生需要开展基于证据的逻辑推理，多次使用科学思维方法进行推理与论证来检验主张和假设，由此提升和发展科学思维能力、逻辑思维能力。

基于以上文献的查阅和分析，现对CER论证模型提升科学思维的国外发展历程展开论述:

最早探讨论证教学模型的为图尔敏论证模型，于1958年提出，其包含主张、资料、理由、支持、限定、质疑等六个因素[3]。

图尔敏论证模型提出后，当时的研究人员和哲学家认为这个模型很难解释，在中学教育中运用该模型进行论证教学过难。于是，2006年麦克尼尔和利佐特等人使用“支架式教学”，基于美国课程标准对图尔敏论证模型进行简化。该论证支架将科学解释分为三部分：主张、证据和推理。主张是回答原始问题的断言或结论。证据是支持这一说法的科学数据，这些数据可以来自调查或其他来源，如观察、阅读材料或存档数据。推理是一种理由，它表明了为什么数据被视为支持该主张的证据[4]。由此可见，CER教学的重点和优点在于提高基于证据的推理能力。如在该研究中，就用了演绎法的三段论，在得出“固体2和固体4是相同物质”的结论时，多次运用演绎的科学思维方法，基于实证进行了推理，由此提升科学思维素养。

CER教学一经产生在美国中小学实施的效果显著，其促进了学生对科学概念的理解，提高了学生的科学思维。2008年，克雷西克和麦克尼尔讨论了科学解释的教学框架，制定一套评估学生书面解释质量的标准，描述如何制定评估任务来评价学生的科学解释。作者开发了一个通用或基本解释量规，用于对不同内容和学习任务的科学解释进行评分，另外，作者认为针对特定任务要给出具体评价标准，并给出了针对“性质、物质、化学反应和质量守恒”一节具体的评价标准作为例子[5]。

直至2011年，美国波士顿学院麦克尼尔与密歇根大学克雷西克等人，吸收英国逻辑学家斯蒂芬.图尔敏实践逻辑的概念与论证模型的思想，丰富了之前的论证框架，提出由主张、证据、 推理、反驳四部分组成的科学解释框架，即CER论证模型，目的是支持学生的科学理解。该框架的基本成分是前三个要素： 主张、证据、推理。当学生获得更多的经验和专业知识的框架，引入第四个组成部分：反驳。反驳描述了另一种主张，并提供了反证据和反推理，说明为什么另一种主张是不合适的[6]。这篇研究的目的仍是利用CER论证模型引导学生构建合理的科学解释，推理作为其中的关键一步帮助学生得出主张，由此提升科学思维能力。

从国外教育研究者的对科学思维的论述中可以发现，对科学思维培养的研究从很早就开始了，在诸多提升科学思维的论证模型中，CER论证模型在图尔敏模型的基础上加以改编，更加符合中学生的认知水平和思维能力，在帮助学生推理时可有效提升科学思维能力。

二、CER论证模型提升科学思维的国内研究现状

现通过对国外科学思维培养方式的分析与研究，可看出CER论证模型的研究趋于成熟，CER论证模型可有效提升科学思维素养，并且其内容结构较为简约，符合中学学生的认识水平和思维能力。现对国内CER论证模型提升科学思维的相关文献进行阅读，将其综述为以下两个方面：

（一）理论方面

2022年，教育部又发布《义务教育生物学课程标准（2022年版）》，在课程目标中明确提出要培养学生的科学思维素养。此后吴成军教授知网首发新课标解读论文，他在《义务教育生物学核心素养的内涵及分析》中将科学思维素养定义为一种科学思维能力和品格，并且认为科学思维方法就是科学思维能力的外显化，提升科学思维方法的熟练程度就是提升科学思维能力。

林琪琦在《CER框架在论证式教学中的应用》中提到开展CER论证式教学可发展学生的科学思维。在这一过程潜移默化地培养了学生归纳与概括、推理与思考、批判与创造等科学思维，能够逐步发展学生尊重事实和证据的科学素养，严谨认真的科学态度[7]。

(二)实践方面

查阅文献后发现，利用CER论证模型提升科学思维涉及到了物理、化学和生物三科，其中生物学科居多。作为国内最早关注CER的研究人员，高佳丽在其硕士论文《基于科学解释能力进阶的中学物理教学设计研究》中进行实践，从学生科学解释能力进阶和科学解释教学流程两个维度建构基于CER框架进阶的教学设计模型，基于模型开展了教学设计并进行实践，结果发现在某些主题中，基于CER框架的科学解释教学能去除学生的迷思概念，在证据和推理方面的进阶效果显著[8]。

随后，许多教师将CER论证模型用于课堂教学中，意在提升学科核心素养。大部分的教学设计都将重点放在提升学科核心素养的科学思维方面。如王丽萍、周庆、阮周波、张伟建、许桂芬、陈玲瓶、刘露、周忠芬、汪鸿飞等人分别将模型应用于中学的某教学内容，进行论证教学设计，旨在提升学生的科学思维能力。

梳理文献后可看出：CER论证模型主张使用足够数量多的证据推理出主张。就CER论证模型的意义与作用而言，国内研究者主要关注其对科学解释能力、科学思维的提升，因此本研究建立在众多的研究基础上而不是空想，有一定的研究价值和研究前景。

三、国内外研究现状述评

梳理在阅读整理国内外文献的过程中发现，国外关于CER论证模型提升科学思维研究已经趋于成熟，对本次研究具有较大的借鉴作用。大部分的CER教学研究都将关注点置于对科学解释能力的提升，而在科学解释解释能力中，提升最快的是推理能力。作者认为在推理过程中学生会自主选择多种科学思维方式，如演绎、归纳、比较、综合等，不断提升使用科学思维方法的熟练程度，另外，在得出结论的过程中，学生也能够养成基于实证、严谨务实的求知态度和品格，因此CER的整个过程可以提升科学思维素养。

国内学者对CER模型的理论层面进行了研究，而且还基于理论进行了实践研究，这些文献部分是基于CER论证模型设计教学环节，以一个课时为例提升科学思维素养，乃至学科核心素养。另一部分文献的关注点与国外的研究人员相似，将视野聚焦于：CER教学对于科学解释能力的提升，在得出的结论中包含对科学思维的提升。

综上所述，目利用 CER 论证模型提升科学思维的研究在国内具有较大研究空间和研究价值。

参考文献：

[1]National Research Council. National science education standards[M].National Academies Press，1996.

[2]National Research Council. Developing assessments for the next generation science standards[J].2014.

[3]Cole R，Becker N，Towns M，et al. Adapting a methodology from mathematics education research to chemistry education research：Documenting collective activity[J].International Journal of Science and Mathematics Education，2012，10(1)：193-211.

[4]McNeill K L，Lizotte D J，Krajcik J，et al. Supporting students' construction of scientific explanations by fading scaffolds in instructional materials[J].The journal of the Learning Sciences，2006，15(2)：153-191.

[5] McNeill K，Krajcik J. Assessing middle school students' content knowledge and reasoning through written scientific explanations[J].Assessing science learning：Perspectives from research and practice，2008：101-116.

[6]McNeill K L，Krajcik J S. Supporting Grade 5-8 Students in Constructing Explanations in Science： The Claim，Evidence，and Reasoning Framework for Talk and Writing[J].Pearson，2011.

[7]林琪琦，平亚茹，梁前进. CER框架在论证式教学中的应用[J]. 中学生物教学，2022(13)：37-40.

[8]高佳利. 基于科学解释能力进阶的中学物理教学设计研究[D]. 长江大学，2019.

二、作者简介：

（第一作者）高倩倩，女，汉族，山东省潍坊人，硕士，鲁东大学生命科学学院，研究方向为中学生物教育教学实践。

（第二作者）刘张文斐，女，汉族，山东省济南人，硕士，鲁东大学生命科学学院，研究方向为中学生物教学实践。