化學學習中的證據(jù)推理及其教學組織

一、“證據(jù)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(fā)展學生核心素養(yǎng)為主旨的課程目標體系中，化學核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”等5個方面。化學是一門以實驗為基礎的自然科學，其理論體系是無數(shù)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(yǎng)范疇的“證據(jù)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(jù)推理”由“證據(jù)”和“推理”兩個詞組成。其中，“證據(jù)”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(yǎng)中的“證據(jù)推理”應該是“基于證據(jù)的推理”，具體表現(xiàn)為依據(jù)有關事實或材料推出相應的判斷或結論，從而實現(xiàn)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(guī)律的認識，都是建立在有關實驗現(xiàn)象等事實材料基礎上的。

“證據(jù)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?；瘜W科學在揭示物質性質及其變化規(guī)律的過程中，離不開“證據(jù)推理”或“基于證據(jù)的推理”的認知途徑。因此，“證據(jù)推理”或“基于證據(jù)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(jù)推理”從屬于“模型認知”，是“模型認知”的一種形式。［2］

二、證據(jù)來源及其功能

關于“證據(jù)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(jù)，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據(jù)進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據(jù)與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑”。可見，“證據(jù)推理”的首要任務是“收集各種證據(jù)”。只有這樣，才能在相關證據(jù)的基礎上“進行分析推理”，形成相應結論，或實現(xiàn)對有關假設的證實和證偽。

不同的學科領域，對證據(jù)有不同的描述方式和分類標準，但它首先應該是事實材料。化學學習中的事實材料，可以來自學習者對生活或自然現(xiàn)象的觀察，如露置潮濕空氣中的鐵件容易生銹、火山噴發(fā)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(chǎn)生的現(xiàn)象。如硫在氧氣中燃燒發(fā)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(jù)進行推理外，推理還可以以“已知的判斷”為證據(jù)。而且“在科學研究活動中進行，并根據(jù)以科學知識、科學規(guī)律以及科學技術手段為支撐的科學證據(jù)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(jù)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(jù)首先用于分析推理，以獲得對物質性質及其變化規(guī)律的新認識。如根據(jù)鈉與水反應時“浮、熔、游、嘶、紅”等實驗現(xiàn)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(chǎn)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(jù)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(jù)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(xiàn)象證實假說，再用開放體系中的實驗現(xiàn)象“證偽”假說并引發(fā)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(jù)推理的教學組織

化學學習中證據(jù)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(xiàn)象的基礎上，要判斷氣體產(chǎn)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(chǎn)物的操作，讓學生依據(jù)“可以燃燒”的事實材料，進行證據(jù)推理；二是啟發(fā)學生利用“氧化還原反應過程中得失電子數(shù)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(tài)，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(chǎn)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(chǎn)物的兩種思路有明顯的不同。前者是典型的證據(jù)推理，后者是根據(jù)氧化還原反應的模型進行認知；前者的證據(jù)是事實材料，后者的證據(jù)是已知判斷。這兩種推理方式的結合，能夠從證據(jù)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(jù)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(xiàn)象的證實與開放體系中實驗現(xiàn)象的“證偽”所引發(fā)的深入思考，又能使學生在證據(jù)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(jù)推理的教學，通過證據(jù)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(jù)與直接證據(jù)等相互之間的融合，促進學生證據(jù)推理能力的形成，全面提升他們的思維品質。