化學學習中的證據推理及其教學組織

一、“證據推理”釋義

在《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“2017年版課程標準”）提出的以全面發展學生核心素養為主旨的課程目標體系中，化學核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等5個方面?；瘜W是一門以實驗為基礎的自然科學，其理論體系是無數科學家通過對相關事實材料的概括，并進行嚴密的邏輯推理而逐漸構建起來的。顯然，化學核心素養范疇的“證據推理”，其涵義與學界所指的“不確定推理理論”［1］有明顯的不同。

從字面上看，“證據推理”由“證據”和“推理”兩個詞組成。其中，“證據”是能夠證明某事物真實性的有關事實或材料；“推理”是思維的一種基本形式，具體指由一個或幾個已知判斷（前提）推出新判斷（結論）的過程。所以，化學核心素養中的“證據推理”應該是“基于證據的推理”，具體表現為依據有關事實或材料推出相應的判斷或結論，從而實現問題解決或獲得新的知識。也正因為如此，化學學習中對物質性質及其變化規律的認識，都是建立在有關實驗現象等事實材料基礎上的。

“證據推理與模型認知”中的“模型認知”，也由“模型”和“認知”兩個詞組成。其中，“認知”是指人類認識客觀事物、獲得知識的活動；“模型”可以看作是“認知模型”的簡稱。也就是說，“模型認知”可以理解為按照某種“認知模型”進行的認知。化學科學在揭示物質性質及其變化規律的過程中，離不開“證據推理”或“基于證據的推理”的認知途徑。因此，“證據推理”或“基于證據的推理”是一種典型的認知心理學層面的認知模型。換言之，“證據推理”從屬于“模型認知”，是“模型認知”的一種形式。［2］

二、證據來源及其功能

關于“證據推理”的課程目標，2017年版課程標準中的闡釋是“初步學會收集各種證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑”?？梢?，“證據推理”的首要任務是“收集各種證據”。只有這樣，才能在相關證據的基礎上“進行分析推理”，形成相應結論，或實現對有關假設的證實和證偽。

不同的學科領域，對證據有不同的描述方式和分類標準，但它首先應該是事實材料?；瘜W學習中的事實材料，可以來自學習者對生活或自然現象的觀察，如露置潮濕空氣中的鐵件容易生銹、火山噴發口有臭雞蛋氣味并存在硫黃。而獲得事實材料的主要途徑應該是在教師的組織下操作相關實驗，同時觀察實驗中產生的現象。如硫在氧氣中燃燒發出明亮的藍紫色火焰、放出大量的熱、生成有刺激性氣味的氣體。在條件受限的情況下，有關事實材料也可以通過觀察實驗視頻來獲取，甚至還可以從教材、資料或試題等文本信息中獲取，以供學習或解決相關問題之需要。

從有關推理以及推理能力的界定看，除了可以以事實材料為證據進行推理外，推理還可以以“已知的判斷”為證據。而且“在科學研究活動中進行，并根據以科學知識、科學規律以及科學技術手段為支撐的科學證據得出科學結論，是科學推理有別于一般性推理的顯著特征”［3］。因此，化學學習中的證據也可以是“已知的判斷”，這時的推理就是從一個或多個已知判斷推出新判斷的過程，具體包括從一般到具體的演繹推理、從具體到一般的歸納推理以及從具體到具體的類比推理。

化學學習中的證據首先用于分析推理，以獲得對物質性質及其變化規律的新認識。如根據鈉與水反應時“浮、熔、游、嘶、紅”等實驗現象和已有知識進行有關推理，可以得到鈉的密度比水小、熔點比水的沸點低等物理性質。對鈉與水反應時速率快、產物是氫氧化鈉和氫氣并能放出大量的熱等化學性質形成相應的判斷，從而獲得有關鈉的知識。同時化學學習中的證據還具有對相關假設的證實或證偽功能。如在學習質量守恒定律的過程中，可以根據化學反應的本質是原子的重新組合形成相應的假說，然后用封閉體系中的實驗現象證實假說，再用開放體系中的實驗現象“證偽”假說并引發學生的認知沖突，最后通過全面分析使學生對質量守恒定律形成更深刻的認識。

三、證據推理的教學組織

化學學習中證據推理的實例很多。如關于鈉與水的反應，在燒杯實驗中觀察到“浮、熔、游、嘶、紅”等現象的基礎上，要判斷氣體產物是什么，可以有兩種推理思路。一是改進實驗裝置，增加點燃氣體產物的操作，讓學生依據“可以燃燒”的事實材料，進行證據推理；二是啟發學生利用“氧化還原反應過程中得失電子數相等”進行推理。燒杯中溶液能使酚酞變紅色是生成了氫氧化鈉，鈉元素化合價升高失去電子，由于鈉是金屬元素，反應中只能失去電子，水中的氧元素是最低價態，也只能失去電子，所以反應中得到電子的只能是水中的氫元素，這樣氣體產物是水中的氫元素得到電子以后所形成的氫氣。

分析鈉與水反應氣體產物的兩種思路有明顯的不同。前者是典型的證據推理，后者是根據氧化還原反應的模型進行認知；前者的證據是事實材料，后者的證據是已知判斷。這兩種推理方式的結合，能夠從證據推理與模型認知、事實材料與已知判斷相融合的角度，促進學生形成證據推理的能力，同時能提升學生思維的廣闊性和靈活性。在質量守恒定律的教學中，對于相應的假說，封閉體系中實驗現象的證實與開放體系中實驗現象的“證偽”所引發的深入思考，又能使學生在證據推理能力的基礎上，提升思維的邏輯性和深刻性。

總之，化學學科應該注重證據推理的教學，通過證據推理與模型認知、事實材料與已知判斷、假設證實與假設證偽、間接證據與直接證據等相互之間的融合，促進學生證據推理能力的形成，全面提升他們的思維品質。