在21世纪"知识爆炸"的时代,教育的目标不仅是传授知识,更要培养具有核心素养的人。世界各国、地区和组织的核心素养框架都强调合作能力、沟通交流能力、语言能力、问题解决能力和批判性思维能力,这些能力也是科学论证过程中必须具备的五种能力。科学教育的目标是提升学生的科学素养,科学论证能力更是科学素养的核心。科学论证能力是一种以科学知识为中介,根据收集到的数据资料提出主张和进行推理(Argument),反思自己和别人论点的不足以提出反论点(Counterargument),同时能反驳他人的质疑和批判为自己辩护(Rebuttal)的高级思维能力。科学论证能力的提升能够帮助学生理解科学概念,促进学生主动学习,发展学生的沟通交流和推理能力、批判性思维能力、科学探究能力,加深对科学本质的理解。本研究的目的是:建构科学论证能力结构模型,编制适用于评价中学生科学论证能力的测验工具,研究中学生科学论证能力的发展特点,并从科学概念学习和科学实践活动中培养学生的科学论证能力。本研究具体分为理论探究、实证研究和讨论建议三大部分。理论探究包括科学论证能力结构模型和合作论证教学模式的建构两个部分。第一部分,以Toulmin的论证模式和科学思维能力结构模型为基础,建构了科学论证能力结构模型。科学论证能力的结构是由论证内容(包括科学现象、科学问题和技术产品)、论证方法(包括论点、反论点和反驳)和论证品质(包括深刻性、灵活性、敏捷性、独创性和批判性)构成的一个具有整体性、发展性和自调性的有机整体。第二部分,以建构主义理论、Posner的概念转变理论、科学探究相关研究和林崇德、胡卫平提出的思维型课堂教学理论为基础,设计了科学概念教学和科学实践活动中的合作论证教学模式。合作论证科学概念教学包括六个基本环节:创设情境、概念定向和探究、概念建构、概念解释和交流、反思评价以及概念拓展。合作论证科学实践活动包括六个基本环节:创设情境、形成探究问题、设计和开展探究、解释和交流探究发现、反思探究发现以及迁移应用。实证研究包括科学论证能力的测评、发展特点和培养研究。第一部分,测评研究。基于科学论证能力结构模型和PISA科学素养测评试题的结构,编制了《中学生科学论证能力测验》,测验具有较高的信度和效度。第二部分,发展特点研究。研究对象是陕西省两所普通中学的1168名学生(初一至高三),结果显示:中学生的科学论证能力存在显著的年龄差异。随着年龄的增长,中学生的科学论证能力呈上升趋势,初一至高一是科学论证能力迅速发展的关键时期,而高二和高三年级学生的科学论证能力趋于稳定;中学生的科学论证能力存在性别差异,初中女生的科学论证能力高于男生,但是高中阶段男生的科学论证能力高于女生。第三部分,培养研究。从科学概念和科学实践活动两个方面分别培养学生的科学论证能力。首先,科学概念教学中科学论证能力的培养。本研究采用准实验设计,探讨合作论证科学概念教学对学生的科学概念理解、科学态度和科学论证能力的影响,同时针对学生的学习历程与论证内容进行分析,以深入了解学生的概念建构以及论证能力成长。研究对象是西安市某中学高一年级2个班级的学生,随机分为实验组和对照组。实验组的53名学生接受合作论证教学,对照组的56名学生则接受常规教学,整个研究的教学时间为2个月。研究结果显示:学生在接受合作论证科学概念教学后,对于科学概念的理解、科学态度和科学论证能力的后测和追踪测皆优于对照组学生,且达到显著性差异;科学论证能力与概念理解之间(r=.458,P<.01)以及科学论证能力与科学态度之间(r=.751,p<.01)呈中度正相关。其次,科学实践活动中科学论证能力的培养。采取准实验设计探讨学生在合作论证教学后科学论证倾向和科学论证能力的表现,并分析两者的相关性。研究对象是西安市某中学高二年级3个班级的学生,随机分为合作论证组、同伴互评组和对照组。三组学生每周都有4节化学课,由同一老师进行常规教学,并且每周都有2个小时的科学实践活动时间,教学时间为1个学期。合作论证组和同伴互评组进行4个单元8个主题的合作论证科学实践活动。对照组的探究内容相同,但是探究过程中不进行合作论证训练。研究结果显示:学生在参与合作论证科学实践活动后,科学论证倾向和科学论证能力的后测皆优于对照组学生,且达到显著性差异;科学论证能力与科学论证倾向之间的相关系数r=.438,p<.05,呈中度正相关。此外,同伴互评与合作论证结合更有利于学生科学论证能力的提升。本研究综合讨论以下几方面的问题:思维是科学论证的核心;科学概念学习是科学论证的基础;科学实践与科学论证相辅相成;合作是科学论证的有效途径。本研究的建议部分对如何在科学论证教学中培养学生的科学论证能力,从教学环境、教师的提问策略、教学设计和时间的安排等方面提出一些具有可操作性的实施建议。