Sequential Analysis of Classroom Argumentation: The Pupils' Scientific Reasoning
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摘要: 科学推理是科学学科核心素养的重要组成部分，科学论证已成为课堂教学中发展学生科学推理的重要途径。然而，教师对如何开展高质量的课堂论证还很茫然。为了探究教师对课堂论证的话语塑造如何影响学生的科学推理发展，对三堂小学科学课上的科学论证话语进行了序贯分析。发现：教师明确的推动更可能引发学生相应水平的推理，复合提问和指向不明的推动则更可能导致学生较低水平的科学推理；对学生不同水平的科学推理回应，教师的反馈模式有所不同。回溯课堂情境，讨论认为：明确的低认知问题可能导致伪论证的发生，适度的劣构问题有助于科学推理的深度发展；教师同时强调科学论证的结构和过程，鼓励学生关注反向观点及其反驳，能提高科学论证的质量。Abstract: Scientific reasoning is an important part of key competencies in science, and scientific argumentation has become an important way to develop students' scientific reasoning. However, some teachers do not know how to carry out high-quality classroom argumentation. In order to find out how classroom argumentation promotes students' scientific reasoning, and examine how teachers' discourse influences students' scientific reasoning, we conducted a sequential analysis of scientific argumentation conversation in science classes in three primary schools. It is found that teachers' explicit implication is more likely to excite students' corresponding reasoning, while multiple and ambiguous questions are more likely to lead to students' lower level of scientific reasoning. In responding to students' scientific reasoning, teachers offered different feedback. The backtracking of the classroom situation revealed that clear but low-level cognitive problems might generate the pseudo-argumentation, while moderate ill-structured problems could develop students' scientific epistemology and in-depth scientific reasoning. Teachers who emphasize both the structure of scientific reasoning and the process of scientific argumentation, and encourage students to pay attention to the reverse viewpoint and refute it can improve the quality of scientific argumentation.
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表 1 课例及执教教师相关信息
项目 课例1 课例2 课例3 教师年龄(岁) 36 25 30 教师性别 男 男 女 教师所属学校 城市示范小学 城市小学 城市示范小学 教师专业背景 全科 科学教育 中文 教师专职年限(年) 6 2 8 课例时长(分钟) 49 47 52 编码事件数量 136 217 239 编码对齐kappa 0.81 0.83 0.80 
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表 2 师生会话的编码方案
代码 编码类别 示例 教师话轮 M2 推动观点 在教师的启发下推进理论(观点)，结论、结果等。 T：哪些种子是可能被传播到房顶的？ M31 推动数据 教师启发学生给出能够支持观点的理由，主要指向让学生提供数据，如支持某个观点的某一特定实验的结果或个人经验或先前的知识/书籍/测试的结果。 T：你观察到了种子的什么特点？ M32 推动证据 教师启发学生给出能够支持观点的理由，主要指向让学生提供证据，如针对特定的情境或前提，概括支持观点的数据集，描述两个变量之间的关系。 T：你为什么这么推测？你的依据是什么？ M33 推动规则 教师启发学生给出能够支持观点的理由，主要指向让学生总结出规则，如用一种归纳概括的抽象关系来支持观点，描述一种更广泛的关系、原则、规律、定律等。 T：如果在野外遇到不认识的种子，你将如何判断它是靠什么方式传播的？ M34 推动综合 教师启发学生给出能够支持观点的理由，指向不明，可能包含观点、数据、证据和规则等多个要素。 T：对这个说法有什么要补充或反驳的吗？ P 提供推理元素 由教师首先提出推理元素 T：我给大家带来了一种植物的种子，请大家仔细观察。 T99 其他 其他及与推理无关的话语，如安排实验任务、汇报任务、维持秩序、分配话轮等。 学生话轮 S0 无支持 只表达了观点或只表达了现象，没有过程或推理。 S：它可能是靠风力传播的。 S1 现象推理 描述某一特定实验的结果或个人经验或先前的知识/书籍/测试的结果，以支持某个观点。 S：有可能小鸟掉进草丛里，把它带出来，然后又飞到房顶上，种子就掉在那上面了。 S2 证据推理 对现象或数据进行分析，从中提取有效证据支持自己的观点。针对特定的情境或前件，概括了支持观点的数据集，描述了观点和证据之间的关系。 S：苍耳身上有很多刺，会粘在动物的身上。粘在动物身上有可能动物爬上屋顶之后，就把这个掉落在屋顶上。所以它可能是动物传播。 S3 规则推理 用一种归纳概括的抽象关系来支持观点，描述的是一种更广泛的关系、原则、规律、定律等。从现象中归纳出规则，或用规则演绎出新的证据，使用类比，或提出完整的推理结构。 S：如果重的话就没法风力传播，如果皮很薄的话就可能是自体传播，如果有刺的话，就可能是动物传播。 S99 其他 其他及与推理无关的回答，听不清楚无法推测语义的话语等。
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表 3 几个观测指标的意义
表 4 2×2交叉表
表 5 三堂课教师和学生话语编码的频数和频率
项目 课例1 课例2 课例3 频数 频率(%) 频数 频率(%) 频数 频率(%) 教师话轮 推动观点(M2) 11 14 24 21 20 16 推动数据(M31) 6 8 12 10 6 5 推动证据(M32) 21 28 22 19 67 54 推动规则(M33) 7 9 4 3 3 2 推动综合(M34) 5 7 19 17 16 13 提供推理元素(P) 5 7 5 4 3 2 教师其他(T99) 21 28 29 25 10 8 教师总计 76 100 115 100 125 100 学生话轮 无支持(S0) 8 13 20 20 29 25 现象推理(S1) 14 23 31 30 36 32 证据推理(S2) 7 12 18 18 36 32 规则推理(S3) 7 12 1 1 2 2 学生其他(S99) 24 40 32 31 11 1 学生总计 60 100 102 100 114 100
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表 6 教师不同话语后学生的回答
教师话语 学生推理 教师总计 转换概率 优势比和95%CI S0 S1 S2 S3 S0 S1 S2 S3 S0 S1 S2 S3 课例1 M2 5 2 0 0 11 0.45 0.18 - - 33.61*
(6.46-174.93)2.07
(0.40-10.73)- - M31 0 3 0 0 6 - 0.50 - - - 10.73*
(1.93-59.64)- - M32 1 5 7 0 21 0.05 0.24 0.33 - 0.76
(0.09-6.56)3.65*
(1.08-12.27)∞* - M33 0 0 0 6 7 - - - 0.86 - - - 762.00*
(42.34-13714.73)M34 1 1 0 0 5 0.20 0.20 - - 4.39
(0.43-44.70)2.25
(0.23-21.67)- - 总计 8 14 7 7 135 课例2 M2 13 3 3 0 24 0.54 0.13 0.13 - 31.23*
(10.38-94.02)0.84
(0.23-2.99)1.69
(0.45-6.31)- M31 0 10 1 0 12 - 0.83 0.08 - - 43.57*
(8.94-212.37)1.00
(0.12-8.22)- M32 1 5 10 0 22 0.05 0.23 0.45 - 0.44
(0.06-3.45)1.90
(0.65-5.59)19.38*
(6.46-58.08)- M33 0 0 0 1 4 - - - 0.25 - - - - M34 5 9 1 0 19 0.26 0.47 0.05 - 4.33*
(1.37-13.67)7.16*
(2.62-19.53)0.59
(0.07-4.68)- 总计 20 31 18 1 216 课例3 M2 17 1 0 0 20 0.85 0.05 - - 97.28*
(25.01-378.41)0.28
(0.04-2.12)- - M31 0 4 0 0 6 - 0.67 - - - 12.50*
(2.20-71.07)- - M32 7 22 32 0 67 0.10 0.33 0.48 - 0.79
(0.32-1.95)5.48*
(2.60-11.58)38.17*
(12.69-114.84)- M33 0 0 0 2 2 - - - 1.00 - - - - M34 5 7 2 0 16 0.31 0.44 0.13 - 3.75*
(1.20-11.71)5.18*
(1.79-14.97)0.79
(0.17-3.63)- 总计 29 36 36 2 238 注：优势比在1到∞表示比其他事件更可能发生，小于1表示更不可能发生。CI=置信空间，括号内的数值范围不含1为显著。*p < .05。代码分别表示的编码意义如下：M2=推动观点；M31=推动数据；M32=推动证据；M33=推动规则；M34=推动综合；S0=无支持；S1=现象推理；S2=证据推理；S3=规则推理。后表同。
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表 7 学生不同回答后教师的回应
学生回答 转换概率(%) 优势比和95%CI M2 M31 M32 M33 M34 M2 M31 M32 M33 M34 课例1 S0 0.50 - 0.25 - - 17.14*
(3.53-83.37)- 1.89
(0.36-10.10)- - S1 0.36 0.21 0.29 - 0.07 10.65*
(2.71-41.78)10.73*
(1.93-59.64)2.45
(0.69-8.70)- 2.25
(0.23-21.67)S2 - 0.29 0.71 - - - 12.40*
(1.81-84.45)17.50*
(3.13-97.87)- - S3 - - - 0.71 - - - - 157.50*
(18.27-1357.75)- 课例2 S0 0.30 - 0.40 - 0.10 4.24*
(1.45-12.38)- 8.67*
(3.04-24.69)- 1.17
(0.25-5.48)S1 0.26 0.29 0.06 0.03 0.16 3.67*
(1.42-9.54)24.82*
(6.25-98.60)0.57
(0.13-2.57)- 2.35
(0.78-7.07)S2 0.28 0.06 0.11 0.06 0.39 3.62*
(1.17-11.27)1.00
(0.12-8.22)1.11
(0.24-5.19)- 9.86*
(3.24-30.02)S3 - - - - - - - - - - 课例3 S0 0.28 - 0.45 - 0.21 6.25*
(2.30-17.02)- 2.33*
(1.05-5.16)- 5.19*
(1.73-15.60)S1 0.11 0.08 0.58 - 0.17 1.45
(0.46-4.63)6.03*
(1.17-31.16)4.75*
(2.27-9.95)- 3.84*
(1.30-11.34)S2 0.11 0.06 0.69 0.03 0.06 1.45
(0.46-4.63)2.91
(0.51-16.52)8.66*
(3.94-19.01)- 0.79
(0.17-3.63)S3 - - - 1.00 - - - - - -
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表 8 三堂课例的教学环节
环节 导入 全班讨论 分组展示 总结 课例1 出示屋顶长满野草的照片，问学生种子是怎么传播到房顶的。 观察一种植物的果实和种子，讨论这种植物种子适合什么样的传播方式。 各组观察几种植物的果实和种子，墙报展示研究结果，接受同行评议，教师抽问被其他同学做出质疑标注最多的组进行解释和答辩。 总结植物果实和种子的特点与适合的传播方式，归纳种子结构与功能的关系。 课例2 同课例1。 观察几种植物的果实和种子，判断哪些种子最有可能被传播到房顶，用什么方法来研究。 小组观察，每组重点汇报一种植物种子的特点和传播方式，其他学生可对汇报内容进行评价。 总结种子的特点与传播方式的关系。 课例3 出示屋顶长满野草的照片，展示几种植物的果实和种子，猜测哪些种子是能够被传播到屋顶的，如何研究才能知道猜测是否正确。 依次观察每种植物的果实和种子，讨论每种植物种子是否能够和以哪种方式被传播到屋顶。 总结学习过程，归纳种子传播方式的规律。
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