初中化學“證據推理”教學策略研究

王鋒

摘 要 證據推理是實現從感性到理性提升的重要科學思維過程和方法，是學生科學素養的重要組成部分。根據新一輪課程改革的理念，基于證據推理的內涵，深入挖掘并梳理初中化學課程中的“證據推理”相關內容，探索發展學生證據推理素養的教學策略尤為重要。

關鍵詞 初中化學 核心素養 證據推理 教學策略

著名的化學家傅鷹曾提出：“化學是實驗的科學，只有實驗才是最高法庭。”[1]這說明，實驗對于化學學科來說是非常重要的，是獲取驗證假設或論點的證據。在某種意義上，實驗是化學知識與邏輯的起點。化學研究是通過實驗獲得相關現象或數據，進而通過思維加工得出結論，最后再抽象概括出相關概念、理念、規律等內容。但是，在當前教學中，部分教師為追求所謂的“教學效率”，經常代替學生觀察，直接給出現象和結論。而學生經常對實驗中的異常現象視而不見，更多套用教材或教師給出的結論，不能結合實際情況有效分析問題，不能根據相關信息通過推理得出正確的結論。可見，當前證據推理素養是學生核心素養的缺失點，教師應在初中化學啟蒙時期培養“證據推理”素養，使學生具備“實證意識”，初步具備結合相關證據進行推理的能力，為培養其他素養打下扎實的基礎。本文以人教版初中化學教材為例，依據新一輪課程改革的理念，基于證據推理的內涵，深入挖掘并梳理初中化學課程“證據推理”內容，探索培養學生證據推理素養的教學策略。

一、挖掘教學內容的素養提升點

證據推理要求：通過分析、推理加以證實或證偽，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。證據推理可簡單理解為“基于證據的推理”，表現為依據有關事實或材料推出新的判斷或結論，從而實現問題解決或獲得新知識[2]。“證據推理”包括“證據”及“推理”兩部分，“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，是指由一個或幾個已知判斷（前提）推出新判斷（結論）的過程[3]。初中化學課程目標要求“初步養成嚴謹求實”的科學品質，這一目標包含：初步養成實證意識，能實事求是解決問題、思考問題;此外，課標中對于“推理”能力的要求主要集中在課程的“過程與方法”目標：初步學習運用觀察、實驗等方法獲得信息，能用文字、圖表和化學語言表述有關信息;初步學習運用比較、分類、歸納和概括等方法對獲取的信息進行加工[4]。運用獲取信息及加工信息的能力，能夠對獲取的證據進行推理，獲得相關結論。

初中化學教材中包含很多“證據推理”素材，教師應根據“證據推理”素養提升的特點對相應的教學內容載體進行梳理，并結合課程目標進行教學，以提升學生核心素養。而絕大部分的實驗及科學探究內容都蘊含提升“證據推理”素養的教學功能，筆者以人教版初中化學教材上冊為例，歸納出比較典型的“證據推理”內容，詳見表1。

通過對第一單元到第七單元相關典型內容的分析可以看出，“證據推理”素養教學經歷了從簡單的感性加工→抽象→微觀世界→抽象為概念、定律→歸納概括為方法模型的過程。在這個過程中獲取證據的難度不斷提升，證據加工推理的難度也不斷提升。教師應明確這些內容與素養的結合點，明確“證據推理”素養培養的進階規律，循序漸進地開展教學。

二、在教學過程中重視滲透“實證意識”

發展“證據推理”素養的前提是讓學生具有“實證意識”，需要學生具備重視收集證據、開展相關論證的前意識。教師要養成問題引領的習慣，經常提醒學生：“你認為還有哪些證據可能支持你剛才的觀點？你可以從哪些方面獲取證據？你可以用哪些證據來證明剛才說的觀點是不成立的？”通過這些問題的引導，強化學生的實證意識。為了使學生具備實證意識，教學中既重要又根本的是重視實驗教學，教師應盡量多結合實驗開展教學，多讓學生接觸實驗，多讓學生結合實驗開展有關探究活動;引導學生養成借助實驗手段學習、研究化學的習慣，不盲目套用教材或教輔的陳述;多結合實驗素材，以實驗呈現相關現象、數據，讓學生從中獲取相關信息，從實驗情境中建構相關知識，經歷相關情感體驗。在實驗過程中，教師應善于挖掘一些異常現象或誤差數據素材，重視引導學生對比實驗結果與課本實驗結果的差異，深入分析導致異常或誤差的原因。此外，在習題或復習教學中，教師不能僅停留在習題講解或在黑板上講實驗，而應結合實驗去解決習題或復習中的疑難問題，用實驗去驗證試題上的探究過程或結論，驗證相關思維與推論。

例 某同學發現，上個月做實驗用的氫氧化鈉溶液忘記了蓋瓶蓋。對于該溶液是否變質，同學們提出了如下假設：

假設一：該溶液沒有變質;

假設二：該溶液部分變質;

假設三：該溶液全部變質。

請設計實驗方案，分別驗證以上假設，簡要敘述實驗步驟和現象，并寫出相關反應的化學方程式。

以上是人教版“第十一單元 課題1 生活中常見的鹽”課后一道經典的探究習題，其探究的重點是如何設計驗證三種可能情況的論證過程并獲取相關證據，是較好考查及訓練“證據推理”素養的習題。如果教師在教學中僅僅把它當作習題而簡單作答、解析，就失去了一個“證據推理”素養教學的素材與時機。應充分挖掘這一習題的教學功能，把相關問題設計成實驗探究內容，使學生可通過實驗獲得能夠證明其中一種假設的證據，也能找到不支持其他兩種假設的證據。這樣，才能使學生在真實情境中應用所學知識解決問題，經歷比簡單講析答案與思路更多、更豐富的細節體驗，讓實驗探究真正發生，讓學生學會應用實驗手段獲取證據，進而進行推理判斷，得出有關的結論，完成相關論證過程，強化學生的實證意識，提升學生證據推理素養。

三、重視訓練獲取證據的技能

獲取證據是證據推理的基礎。如果沒有完整、準確的證據，證據推理也就沒有辦法開展，或者所得到的結論不全面、不科學。為保證能獲得有效的證據信息，教學中必須重視獲取信息的技能訓練，確保學生能深入觀察，獲得準確、全面的信息。獲取證據的技能的培養更多要在實驗過程中完成，貫穿實驗教學的全過程，尤其是要利用好實驗前的引導及實驗后的交流總結。教師要在實驗前做好充分準備，備好有關實驗的教學內容，充分挖掘實驗教學功能。實驗現象稍縱即逝，在實驗前，教師應指導學生如何觀察，明確觀察的時間、觀察的重點;在實驗時，教師演示或讓學生參與演示，盡量做出最佳的實驗效果;引導學生重點應用對比法去觀察。以氧氣的性質實驗為例，教師應引導學生從“光、熱、生成物”幾個方面來重點觀察燃燒現象，在演示前應注意提示學生觀察對比可燃物在反應前后的不同、在空氣中和氧氣中現象的差異。教師盡量演示出最佳效果，讓學生細致地觀察，及時規范地記錄、交流匯報所觀察到的現象。最后，教師從規范表達的角度點評，要求做到全面、準確，例如，紅磷燃燒時看到的是白煙，而不是白霧;硫在燃燒后生成無色有刺激性氣味的氣體，而不是“生成有刺激性氣味的二氧化硫氣體”，有刺激性氣味的氣體很多，僅憑鼻子和眼睛無法判定氣體是不是二氧化硫氣體。對于定量實驗，除了應準確完成相關實驗，規范地進行讀數，盡量避免產生誤差外，如果實驗過程中有異常現象，教師不能視而不見，只讓學生記下課本上的現象及結論，應把異常現象或實驗誤差作為生成性教學資源，挖掘這些教學資源的教學價值，深入分析實驗過程中存在的問題，充分認識相關錯誤操作，再完整重現正確實驗過程。這樣可以使學生從側面加深對實驗內容的認識，正確認識異常現象或實驗誤差，實事求是地完成實驗過程，及時修正實驗獲取的信息，逐漸形成獲取證據的能力。

四、重視“推理”過程中信息處理能力的培養

“推理”過程是高階的思維過程，涉及分析、對比、歸納等高級思維過程。要在“證據推理”過程中重點培養學生對所收集信息的處理能力，筆者認為可從以下兩方面進行：

一方面，可以通過“歸納概括”的訓練來重點培養信息處理能力，即對所觀察到的現象進行分析、對比、歸納，最后抽象概括出現象背后的本質規律，達到“模型認知”的要求。以探究二氧化碳能否與水反應為例，把二氧化碳通入紫色石蕊試液，現象為溶液變成紅色。但是單憑這一現象不能說明二氧化碳與水發生反應，必須通過實驗證明該系統內沒有可以使紫色石蕊試液變紅的其他物質或其他因素，因此，需通過設計探究實驗，找到水或二氧化碳等因素不參與反應的證據。通過控制變量完成實驗并獲得的現象有：①在紫色石蕊試紙上滴水，試紙顏色沒有變化;②二氧化碳氣體通入已放置干燥紫色石蕊試紙的集氣瓶中，試紙顏色沒有變化;③二氧化碳氣體通入已放置濕潤紫色石蕊試紙的集氣瓶中，試紙顏色由紫色變為紅色。對比分析這些現象，找到整個實驗系統內水、二氧化碳不與紫色石蕊試紙作用的證據（以上實驗也是證偽的過程），最后得出水與二氧化碳反應生成了酸性物質碳酸的結論。以上這個例子是通過探究達到證偽的過程，既證明水與二氧化碳不是使紫色石蕊試紙變色的原因，又完成證實水與二氧化碳生成碳酸的結論。

另一方面，可以通過演繹推理的訓練來培養信息處理能力。在探究過程中，教師可引導學生在概念、理論、方法指導下，設計相應的探究實驗，然后通過實驗獲取相關的現象或數據，找到現象或數據與所探究問題的關系，用實驗所獲得的現象或數據等證據，通過推理論證，充分支持原設計中假設的觀點。以探究鐵銹蝕條件為例，學生通過前面二氧化碳與水反應的探究實驗，已建立了控制變量進行對比實驗的思維模型，利用這一探究思維模型，設計了探究鐵銹蝕的實驗：

分別觀察相關現象：圖1、圖2中的鐵釘沒有變化，圖3中的鐵釘表面有紅色物質生成。學生在原來建立的思維模型指導下，對實驗現象進行對比、分析、歸納，最后得到結論：鐵的銹蝕是在鐵與水、空氣同時存在的條件下，發生緩慢氧化的過程。在實際的證據推理過程中，可能既有歸納推理的過程，也有演繹推理的過程，還有可能綜合應用兩種方法，最后得出結論。不管怎樣，歸納與演繹法是推理過程中重要的方法，應重點培養學生應用歸納法與演繹法處理信息的能力，以提升學生“證據推理”能力。

五、開展“證據推理”素養的教學評價

教學評價在教學中起著激勵、反饋等作用，引導教學的方向。開展“證據推理”素養教學需要建立與之相適應的教學評價方式。在教學評價中，應結合“證據推理”素養特點，從“獲取證據”和“應用證據進行推理”兩方面開展評價。

教師在開展“證據推理”課堂教學評價時，要注重評價的是學生在實驗探究中通過觀察獲取可證明相關假設或觀點的實驗現象、結合實驗現象進行推理、獲得相關結論的能力。建議通過學案讓學生記錄觀察到的現象，從現象中獲取有效信息來證明假設的有關結論。以燃燒法探究甲烷組成為例，教師要求學生在學案中記錄完整的現象，并根據現象推測甲烷的可能組成。在實驗過程中可以觀察到：燃燒時生成藍色火焰，放出大量的熱;在火焰上方罩一個干燥的燒杯，燒杯內壁有無色的小液滴生成;迅速把燒杯倒過來，向燒杯內注入少量澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁。教師對能否觀察到完整的信息，能否從中獲取探究甲烷組成的有效信息，能否利用有效信息推理得到可燃物的組成等方面的學生表現做針對性評價。

“證據推理”素養是當前試題評價的熱點，重點考查學生應用相關證據進行推理的思維過程。評價試題的命制可結合教材內容，挖掘教材中實驗探究的相關問題，深度評價學生的“證據推理”素養。以燃燒法探究乙醇組成為例，結合實驗中的問題，命制以下試題：

（廈門市2021年質檢）化學興趣小組對乙醇的元素組成進行探究[5]。

[查閱資料]①工業酒精是酒精燈的燃料，含有水分;

②在1個標準大氣壓下，酒精的沸點為78.50 ℃。

[探究一]實驗裝置如圖4所示。

i.在酒精燈火焰上方罩一個干冷燒杯，觀察到燒杯內壁迅速出現白霧;

ii.迅速倒轉燒杯，倒入澄清石灰水，振蕩，觀察澄清石灰水是否變渾濁。

（1）甲同學根據步驟i中的現象推斷燃燒產物中有水，從而得出乙醇含有氫元素的結論。乙同學認為甲同學的推斷不嚴密，其理由是_________。

（2）步驟ii的實驗目的是_________。

[探究二]實驗裝置如圖5所示。興趣小組在教師指導下改進實驗：

i.檢查裝置氣密性;

ii.將裝有乙醇的燃燒匙放在酒精燈火焰上點燃，伸入錐形瓶中，塞緊瓶塞;

iii.待火焰熄滅后，將澄清石灰水注入錐形瓶中，振蕩。

（3）與“探究一”相比，除工業酒精改為乙醇外，其他改進之處為________，這一改進目的是_________。

（4）實驗時觀察到錐形瓶壁上有小液滴生成。丙同學認為根據此現象仍無法得出乙醇含有氫元素的結論。丙同學的理由是____________。

【評析】本試題是以教材中“燃燒法探究甲烷組成”為素材，進一步遷移設計探究乙醇組成。試題考查學生以反應的產物水和二氧化碳作為證據，應用質量守恒定律進行推理獲得乙醇組成。本題難點在于需確保生成物中水和二氧化碳是來自于乙醇的燃燒產物。試題中存在水和二氧化碳可能來自于工業酒精或酒精的棉線等干擾因素，只有排除這些干擾因素，才能確保證據推理的科學性、嚴密性。學生在答題時需從中獲取以上相關信息，進行分析、斷判，進而才能進行有效的證據推理。試題充分考查了學生在復雜情境中進行嚴密證據推理的能力。

總之，證據推理是重要的科學思維過程和方法，是發展學生科學素養的重要組成部分。化學是以實驗為基礎的自然學科，通過實驗獲取相關感性材料，通過對感性材料的分析、推理、抽象、概括等，完成從具體到抽象的思維過程，找到研究內容的本質。初中是化學教學的啟蒙階段，教師應重視引導學生養成從實驗中獲取證據的意識，重視引導學生結合化學的學科方法進行分析、推理，獲取相關觀點的證實或證偽的證據，形成相關的結論，為學生進一步形成“證據推理和模型認知”素養打下堅實的基礎。

[參 考 文 獻]

[1]張治家，張培富，張三虎，等.化學教育史[M].南寧：廣西教育出版社，1996：538.

[2]陸軍.化學教學中引領學生模型認知的思考與探索[J].化學教學，2017（9）：19-23.

[3]黃云霞.化學學習中的證據推理及其教學組織[J].江蘇教育（中學教學版），2018（75）：53-54.

[4]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[5]劉國豪.乙醇中碳、氫元素的檢測探究實驗[J].化學教學，2020（8）：70-73.

（責任編輯：趙曉梅）