论证驱动探究教学模式研究综述

摘要：

Sampson等人开发了论证驱动探究教学模式（ADI），注重学生在实验、论证评议、反思性写作三种状态中有序切换，促进学生在概念理解、证据获取、批判性思维等多方面能力的发展。ADI教学模式可以与多种教学活动有机结合，在国内高中化学课堂实施时要考虑到教师的专业水平、灵活使用教科书、转变实验教学思路、课程用时等问题。关键词：

ADI模式；论证驱动；教学模式；探究教学科学论证对科学素养的重要性已经成为共识，“如何提升学生的科学论证能力”成为科学教育研究的热门方向。近些年，基于社会建构主义学习理论，不断有学者就如何提高学生的科学论证能力做出了有益尝试，比如SWH［1］、POGIL［2］等一系列科学论证教学模式被开发出来。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》要求学生具有“证据推理”素养［3］，指出在科学论证相关的教学活动的设计中，需要外显证据、推理、结论三要素之间的关系。将论证过程融入探究性实验过程，统筹有利于开展科学论证教学的多种因素，灵活建立教学机制，充分发挥学生的主体性，才能让学生实现自我建构。近年来，基于探究性实验整合学生参与科学论证与同行评审这两类活动的论证驱动探究教学模式（ArgumentDrivenInquiry，简称ADI）不断在科学教育中被应用和研究。国际科学教育中围绕ADI的框架、实施策略和价值意义等进行了深入的探讨。本研究通过文献研究，期待能够为开展和推广该教学模式提供借鉴。1

ADI模式的缘起与意义2008年，VictorSampson在中学生物课堂中开展基于ADI模式的教学实践［4］，发现在经历ADI模式的课程后，学生能够更深入地理解科学本质，科学探究能力也有明显提升。在2009年，通过实验证明ADI模式可以增强学生对重要概念的理解［5］。Walker在2011年系统介绍了ADI教学模式在本科化学实验中的应用，并将该模式推广到了所有科学教育学科［6］。本研究选取2010～2023年期间被SCI和SSCI收录的化学教育和科学教育领域的10本期刊，在WebofScience（WOS）数据库中，以“ArgumentDrivenInquiry”为主题进行了检索，共检索得到68篇文献，发现围绕ADI模式的研究结果呈现逐年增长的趋势。WOS在线分析检索结果发现：ADI在生物、化学学科中应用较多，具体到化学学科，将ADI模式应用于探究运动饮料成分［7］、酸碱理论与绿色化学［8］、盐类水解［9］等探究性实验的教学都取得了不错的教学效果。在我国，何嘉媛首次介绍了ADI模式在生物学科中的应用［10］，也陆续有学者基于ADI模式开发了生物［11］、地理［12］学科的教学案例，但针对化学实验开发的ADI教学案例或理论研究并未见公开报道。ADI模式目前已在多个国家和地區的各种基础教育和本科教学中进行了应用，并被证实对学生掌握科学知识、提升论证能力、参与启发式科学写作等能力有积极影响。大量研究表明［13～15］，ADI模式允许学习者根据实验室中可观察的现象进行积极论证，使用ADI模式可以提高学习者的科学探究技能、书面论证写作水平和论证质量。Grooms［16］、Rahayu［17］、Hosbein［18］对比了在化学探究实验中应用ADI模式进行教学的效果，发现相比传统实验教学模式，ADI模式下学生在概念理解、证据获取、学习动机等方面均有显著提升。Erenler&Cetin［19］发现ADI包含的反思性论证和结构化同行评议环节使得职前教师将自己的论证报告与他人的论证报告进行了对比，改变了之前自行检查实验报告的策略，促使他们去反思自己的学习过程。最近的研究表明，随着论证能力的提升，ADI模式下学生的批判性思维也会有显著的进步［20］。在科学态度方面，Walker［21］等人发现在普通化学实验课程中应用ADI模式，通过辩论、设计、调查、解释数据和科学写作等教学手段可以显著提高学生对科学的态度。HarikaOzgeArslan［22］的最新研究表明，学生对ADI教学模式持积极的态度，在采用ADI模型进行教学后，职前科学教师的自我效能感显著增强。这主要是因为ADI模式营造了一种积极的学习氛围，提高了学生的参与度，可以提高职前教师的学业成绩和科学技能［23］。在其他方面，ADI模式也表现出了优势，Cetin&Eymur的研究表明ADI为学习者提供了参与学术演讲的机会，这将有助于学生提升演讲技能［24］。Sunarya发现该模式还可以提高学生的辩论技巧和对化学的态度［25］。综上，ADI模式的优势主要有以下10个方面：（1）提升书面和口头论证水平；（2）发展学生的科学推理能力；（3）提高通用技能；（4）增进概念理解；（5）塑造心智模型；（6）发展批判性思维；（7）提升科学过程和技能；（8）提高科学学习的参与度；（9）发展元认知；（10）增加学术成就感。ADI模式不仅可以应用于实验教学，还可以应用于科学概念教学，也可以根据研究主题的不同和实际条件对ADI模式修改后进行使用。2

ADI教学模式的要素2.1

ADI模式的关键环节Walker（2011）给出的ADI模式含七个环节：（1）明确研究任务和研究问题；（2）开发和设计收集数据的方法；（3）基于实验结果，进行初步论证；（4）召开论证会议；（5）撰写实验报告；（6）同伴间进行双盲评议；（7）根据双盲评议结果修正实验报告，并提交给老师进行评判［26］。Demircioglu认为ADI有六个环节：（1）识别任务；（2）生成数据；（3）进行初步论证；（4）交互式讨论；（5）撰写书面调查报告；（6）双盲同行评审［27］。Inthaud认为ADI模型可以简单描述为四个阶段：（1）应用科学推理来分析、总结和发展最初的观点；（2）与其他人分享和讨论研究结果；（3）用科学推理的方法来撰写实验报告；（4）修改其他同学的实验报告［28］。Walker［29］、Chen［30］、Eymur［31］、Siahaan［32］等多位学者提出ADI应该分为七个环节，包括：（1）识别研究任务和研究问题；（2）开发研究方法、数据收集和分析的方法；（3）开展初步论证；（4）开展论证会议；（5）形成调查报告；（6）双盲同行评审；（7）修订调查报告。Chen［33］又将上述七个环节进行了调整，增加了“假设”环节，取消了“双盲评审”环节，具体为：（1）从演示实验或实验现象中识别核心任务；（2）拆解为具体的研究问题；（3）基于研究问题进行假设；（4）设计调查程序；（5）从实践活动中收集数据；（6）提供基于证据的结论；（7）形成和分享小组论点，并修正相关解释和评价。Cetin&Eymur［34］、Erenler&Cetin［35］、Eymur［36］在ADI模型中融入了“反思讨论”环节，取得了良好的教学效果，Grooms［37］和Rahayu［38］明确将ADI模型修订为八个环节，包括：（1）明确任务；（2）数据收集；（3）初步的论证结果；（4）交互式讨论会议；（5）调查报告；（6）同行评议调查报告；（7）修行报告；（8）反思性讨论。在近些年的研究中，多采用这种八阶段的ADI模式。无论构成要素如何划分和变迁，不难发现：ADI模式将口头论证和书面论证这两种重要的论证教学形式融入了探究性实验中，还原了科学研究的真实历程，将一直提倡的“像科学家一样思考、研究”的理念变成了可操作化的程序。值得一提的是，ADI模式给予了学生分享、反思、评价、修改的时间和机会，最终以“调查报告”的形式呈现学生对知识的理解过程和与他人的互动痕迹，便于教师进行过程性评价。2.2

多教育模式整合的ADI模式由上述要素分析可以看出，ADI模式与科学写作（SWH）的融合已经渗透到了的具体的环节中，除此之外，ADI模式还可以与其他的教学方式有效结合。Antonio（2020）将ADI与元认知的7E阶段相结合，提出了MADLE（metaconitiveandargumentdriveninquirylearningenvironment）模式，MADLE包括的七个阶段与ADI模式的各个环节的对应关系如下：（1）启发（介绍问题产生的背景）；（2）参与（明确探究性问题）;（3）探索（数据的收集和分析，生成初始论证）;（4）解释（召开论证会议）;（5）详细阐述（反思性的讨论）;（6）评估（撰写论证报告，追溯性评述）;（7）拓展（反思性讨论）［39］。MADLE有助于学生理解现象发生的本质，围绕关键问题展开问题解决式的学习活动。Eymur［40～42］、Peten［43］将科学本质（NOS）的教学嵌入到ADI模式中，可以增强学生的自我效能感和对知识内容的理解程度。Safitri将ADI与思维导图进行了整合，在论证会议中让学生借助思维导图进行讲解，提高了学生口头论证的质量［44］。Amelia将ADI模式与脚手架程序结合，具体为在数据收集和分析中，进行概念和策略的搭建；在开发初步论证的过程中，实施了元认知构建；在论证阶段，再次构建元认知［45］。Zheng［46］将ADI与翻转课堂教学模式相结合，利用网络向职前教师进行了科学史教学，发现学生的书面论证技能和对科学知识的理解能力都有所提升，这表明，ADI教学模式在非实验课堂上也能体现出优势。ADI模式是一种包容性很强的论证教学实践形式，各个环节虽有主要任务，但任务的主要目的、执行方式、具体用时等与其他教学模式并无差异，在实施时可以与其他教学模式深度融合。3

ADI教学模式的实施路径论证教学是重要的高效化学教学实践，Cavagnetto［47］将论证教学形式分为三类：结构式、社会科学式和沉浸式。ADI模式属于沉浸式论证，将论证过程渗入到了教学的各个环节，强调论证过程的参与性。Grooms［48］等人提出的ADI模式中的具体环节如表1所示。论证教学在化学学科中的应用起步较晚，成熟案例较少，有必要在具体实施过程中给予学生脚手架。例如教师可以多使用明确的、引导性和鼓励性的语言，为学生进行论证活动提供支持。授课前改良和设计便于开展论证的实验报告，尽快让学生了解课时任务、确保能顺利完成课程任务，图1是本研究开发和设计的一款适合ADI学习模式的实验报告样式。本研究按照ADI模式中活动类型的不同，将学生状态划分为实验状态、论证评议状态、反思性写作状态，三者的关系如图2所示。ADI模式的特点是有机融合了论证活动与探究性实验活动，其中探究实验的结果是论证的证据，如果基于证据的推理不足以得到结论，则需要学生从论证评议状态或反思性写作状态切换为实验状态，继续寻找适合论证的实验证据。之前的研究中，许多科学教育工作者都会教授科学写作相关的课程，但是过去的科学写作课程强调的是写作技巧，这与科学探究的过程是分离的，ADI模式与这些教学方法的不同之处在于学生的科学写作是配合科学探究过程来完成的，学生处于反思性写作状态时，需要用文字展示“原来知道什么”“如何知道了这些新知识”“为什么要相信新结论”的过程。这种方式的目的是通过文字、图像、表格等多种书面表达形式，外显证据，增强说理性。这迫使学生在实验探究活动和论证报告会议后去整理实验数据、复盘论证评议的严密性，最终以文字的形式梳理出实验结论的生成过程。值得一提的是，在执行ADI模式进行教学时，八个环节并非一成不变，可以合理地根据教学内容和学情调整各个环节执行的顺序和用时，甚至不必刻意追求教学模式的完整性，比如当学生在环节7修订完报告后发现已经完成得很好了，可以不去实施环节8。4

国内应用ADI模式的机遇与挑战ADI教學模式将学科知识获取过程中的“论证”这一思维过程进行了外显，并将探究活动结合了起来，有效地促进学生理解学科知识。这与新课程中的“证据推理”核心素养高度匹配，可以认为是提升学生“证据推理”核心素养的有效教学法之一。借鉴国外实践经验，引进和使用该模式时要注意以下四方面的问题。4.1

提升教师专业水平ADI教学模式实施前，需要教师先基于经验预设课程进程，并以“主持人”的角色有效推进各环节的进行，并基于专业知识选择探究所需要的素材，因为并非所有的教学内容都适合进行探究式教学。在实施ADI教学时，教师应尽量避免给出学生确定的答案，而是成为学生学习进程的组织者和推动者，换言之，教师的任务是让知识的社会建构过程真实发生，并鼓励学生去思考他们可能没有考虑或忽视的问题。在评价ADI教学效果时，不仅需要纸笔测试，还要增加其他的表现性评价方式，甚至是使用一系列科学论证评价工具，这都对教师的教学能力提出了高层次的要求。同时，Eales［49］的研究发现，在ADI化学教学的不同环节中，向高中学生提供不同的表现机会，学生的能力发展水平是迥异的，这启示教师在上课过程中需要针对不同学生的特点因材施教。4.2

灵活使用教科书高中化学课程标准规定了18个必做实验，但现行的三个版本的高中化学教科书中，必做实验所涉及的探究性问题都是基础性的，很难支撑起一个完整的ADI过程，因此在实施ADI模式时，有必要对必做实验和教科书中所涉及的探究性实验进行改编。比如将“盐类水解的应用”实验进行拓展，将探究的问题定为“探究NaHSO3溶液显什么性？”，将教材中“钠与水的反应”拓展为“探究钠与水反应后的产物中滴加酚酞，为什么先变红后褪色？”。教材实验是为了满足大部分学生的基础知识掌握需求而设计的，但针对高层次的学生，有灵活改编教材内容的现实诉求。改编后的实验，需要更多的呈现出实验的变化性，在ADI教学中才能针对复杂多变的实验结果、异常的实验现象进行探究和论证，实现基于探究性实验的深度学习。4.3

转变实验教学思路ADI教学模式的特点是“固定的时间做固定的事情”，為实验老师准备实验探究所需的实验素材预留了充足的时间，同时，ADI教学模式的核心在于学生动手实践后的书面论证、同行评议等过程，这些环节在国内具有很高的操作性，更为重要的是将实验教学从提升操作技能的目的转向科学论证实践。已有研究表明，学生改变自己的原始主张非常困难，尤其困难的是通过推理过程的不自洽来提醒自己反思原始主张，最终修订原始主张。学生只有在发现了全新的证据后，才会根据证据来改变自己的主张［50］。因此在ADI教学中，难点和重点在于让学生更新和修正自己的旧观念，建立新观念，实验是获得证据来支持论证的一种方式，最重要的目的是获得正确的结论，而非仅仅是完成实验。从过去“照方抓药”式的操作性实验培训到重视基于证据进行推理的论证性实验，关键在于教师要改变实验教学的思路，以研究的视角带领