關(guān)于化學(xué)學(xué)科證據(jù)推理能力及評(píng)價(jià)的思考

方彎彎 龔正元

摘要： 證據(jù)推理能力是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，利用Klahr和Dunbar的雙重搜索模型，建立證據(jù)推理概念理解圖。然后依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)化學(xué)核心素養(yǎng)的水平劃分，借助SOLO分類(lèi)理論，重新將證據(jù)推理能力劃分為四個(gè)水平。再根據(jù)證據(jù)和推理的雙重復(fù)雜性，進(jìn)一步細(xì)分四個(gè)水平，得到能力水平框架，為中學(xué)教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)活動(dòng)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng); 證據(jù)推理; 能力水平; 評(píng)價(jià)指標(biāo)

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）12-0015-06? ? ? ? ? ? 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

核心素養(yǎng)是指學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力，具體到學(xué)科層面，學(xué)科核心能力就成為核心素養(yǎng)的關(guān)鍵內(nèi)容。2018年年初《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》正式頒布，明確規(guī)定“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)5個(gè)方面之一。說(shuō)明以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的化學(xué)教育，要求在化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)與推理能力，以期學(xué)生能夠適應(yīng)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的社會(huì)生活，滿(mǎn)足未來(lái)自身發(fā)展的需要。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理”的形成，是在培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力的同時(shí)，讓學(xué)生具備證據(jù)意識(shí)，以及能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和收集到的證據(jù)參與社會(huì)性科學(xué)議題的討論。目前，對(duì)于化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力的研究以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)居多，理論研究較少。本文擬對(duì)證據(jù)推理能力及其評(píng)價(jià)作一些理論思考。

1? 證據(jù)推理的內(nèi)涵

“證據(jù)”在《辭?！分械亩x分為兩類(lèi)： 一類(lèi)是從法學(xué)專(zhuān)業(yè)角度出發(fā)，是指?jìng)刹?、審判機(jī)關(guān)在辦案中搜集的、能夠表明案情真相的材料。應(yīng)是確實(shí)存在的客觀(guān)事實(shí)且與案件有關(guān)，須經(jīng)辦案人員按法定程序收集和查證屬實(shí)。另一類(lèi)是從普適的角度出發(fā)，用于判定事實(shí)的依據(jù)，用來(lái)證明的材料。英文文獻(xiàn)中“證據(jù)”譯為evidence，形容詞是evident（明顯的;明白的）。也就是說(shuō)，證據(jù)是使得觀(guān)點(diǎn)變得明顯、讓人明白的材料依據(jù)。在科學(xué)體系中，科學(xué)證據(jù)是由支持主張的調(diào)查現(xiàn)象或數(shù)據(jù)組成，可用于進(jìn)一步解釋自然現(xiàn)象。人們傾向于用最前沿的證據(jù)說(shuō)明科學(xué)現(xiàn)象，而隨著時(shí)間的推移，證據(jù)的積累更新，就有可能會(huì)被新的證據(jù)推翻，這也是科學(xué)進(jìn)步的關(guān)鍵。在科學(xué)領(lǐng)域，證據(jù)分為經(jīng)驗(yàn)證據(jù)與理論證據(jù)。經(jīng)驗(yàn)證據(jù)包括測(cè)量與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，可以通過(guò)個(gè)人操作收集（一手證據(jù)），也可以通過(guò)外部資源獲得（二手證據(jù)）。理論證據(jù)是指獲得權(quán)威認(rèn)可的科學(xué)理論?？茖W(xué)證據(jù)的質(zhì)量要考慮其與主張的匹配程度。僅僅因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)是與主張相關(guān)，并不意味它是一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)，在推理的過(guò)程中，學(xué)生需要對(duì)證據(jù)有判斷能力，分清數(shù)據(jù)是支持主張還是與主張相矛盾。

科學(xué)教育中的推理主要涉及到邏輯推理與科學(xué)推理，邏輯推理注重證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，對(duì)于證據(jù)和結(jié)論本身是不予深究的，一般在進(jìn)行推理時(shí)已默認(rèn)前提為真。科學(xué)教育需要探索自然規(guī)律，自然界中事物運(yùn)動(dòng)的規(guī)律瞬息萬(wàn)變，因此科學(xué)推理不僅需要遵循一定的邏輯規(guī)則，更要關(guān)注證據(jù)本身的來(lái)源與評(píng)價(jià)，所得到的結(jié)論也不是一成不變的。Klahr和Dunbar認(rèn)為科學(xué)推理是問(wèn)題解決的過(guò)程，并建立了雙重搜索模型（Scientific Discovery as Dual Search， SDDS）。該模型主要是對(duì)假設(shè)空間和實(shí)驗(yàn)空間結(jié)構(gòu)的詳細(xì)闡述，以及闡述這兩個(gè)空間中的搜索機(jī)制?；赟DDS筆者建立了證據(jù)推理的概念理解圖，如圖1所示。

圖1? 證據(jù)推理概念理解圖

假設(shè)空間是由已有證據(jù)組成。已有證據(jù)包括學(xué)生在生活中獲得的已有經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。學(xué)生可以在假設(shè)空間里根據(jù)已有證據(jù)提出假設(shè)，形成觀(guān)點(diǎn)，或者已知的文字材料已經(jīng)告訴學(xué)生某個(gè)觀(guān)點(diǎn)。在假設(shè)空間形成的觀(guān)點(diǎn)是不成熟的，需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐空間的證明。實(shí)踐空間是由科學(xué)實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料組成，學(xué)生通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的真實(shí)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)，或者通過(guò)查找資料得到的科學(xué)規(guī)則，如科學(xué)概念、原理和模型等，得到的這些新證據(jù)需要進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估證據(jù)后決定在當(dāng)前假設(shè)下進(jìn)行實(shí)踐的累積證據(jù)是否足以拒絕或接受它。證據(jù)檢驗(yàn)假設(shè)，如果推理結(jié)果接受假設(shè)，則在實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上形成新的概念，而新的概念又可以作為假設(shè)空間里的已有知識(shí)。如果拒絕假設(shè)，則需要回到假設(shè)空間重新收集證據(jù)進(jìn)行新一輪假設(shè)?？傮w來(lái)看，證據(jù)推理就是根據(jù)已有證據(jù)提出假設(shè)，通過(guò)科學(xué)途徑得到新證據(jù)對(duì)假設(shè)或已有觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行推理驗(yàn)證，從而解決問(wèn)題，獲得新知識(shí)的過(guò)程。證據(jù)推理是個(gè)體發(fā)展到形式運(yùn)算階段后具有的推理類(lèi)型，是個(gè)體知識(shí)水平與認(rèn)知水平的重要體現(xiàn)[1]。

“證據(jù)推理”是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是高中生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要思維方式?；诨瘜W(xué)學(xué)科的證據(jù)推理既具有科學(xué)教育視野下證據(jù)推理的通性，又具有其特殊性?？v觀(guān)化學(xué)史，化學(xué)科學(xué)中許多理論的建立和原理的發(fā)現(xiàn)，都是建立在對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行比較分析、歸納概括的基礎(chǔ)上的。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，也是檢驗(yàn)化學(xué)科學(xué)知識(shí)真理性的標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)教學(xué)中理應(yīng)體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，因此，化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的證據(jù)推理主要是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為證據(jù)，這里的實(shí)驗(yàn)事實(shí)包括師生實(shí)驗(yàn)得到的直接經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)家實(shí)驗(yàn)留下的間接經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)事實(shí)并不是化學(xué)教學(xué)過(guò)程中的唯一證據(jù)，化學(xué)概念和理論知識(shí)同樣可以作為強(qiáng)有力的證據(jù)。因此，筆者認(rèn)為基于化學(xué)學(xué)科的證據(jù)推理是學(xué)生憑借已有的生活經(jīng)驗(yàn)和化學(xué)知識(shí)提出假設(shè)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)、化學(xué)概念、化學(xué)理論通過(guò)比較分析、抽象概括和歸納演繹等推理形式，對(duì)猜想進(jìn)行證實(shí)和證偽的求證方式，是學(xué)生獲取新知識(shí)、解決新問(wèn)題的高級(jí)思維過(guò)程。教師在化學(xué)教學(xué)中，可以通過(guò)化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化、教學(xué)過(guò)程邏輯化、科學(xué)探究層次化等途徑來(lái)幫助學(xué)生掌握證據(jù)推理的思維方式[2]。

2? 證據(jù)推理能力的內(nèi)涵

能力是學(xué)生順利完成某種活動(dòng)的主觀(guān)條件，是包括智力、非智力、知識(shí)、技能、行為等多因素的復(fù)合體[3]。證據(jù)推理能力是學(xué)生在某個(gè)科學(xué)的情境中或面對(duì)某個(gè)科學(xué)問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出的分析與實(shí)證能力。具體表現(xiàn)在收集證據(jù)、評(píng)估證據(jù)、基于證據(jù)提出觀(guān)點(diǎn)、利用證據(jù)推理驗(yàn)證等探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中需要的思維能力與推理技能。這些學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)掌握概念與理論認(rèn)知的關(guān)鍵步驟。

2.1? 證據(jù)推理能力以科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)

科學(xué)知識(shí)是人類(lèi)在科學(xué)實(shí)踐歷史長(zhǎng)河中積淀下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)?？茖W(xué)素養(yǎng)是一個(gè)人利用科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和得出基于證據(jù)的結(jié)論的能力，以便理解和幫助做出關(guān)于科學(xué)問(wèn)題的決定，有科學(xué)知識(shí)的人會(huì)用他們的科學(xué)知識(shí)去思考，去解決科學(xué)問(wèn)題[4]。證據(jù)推理的關(guān)鍵在于學(xué)生根據(jù)科學(xué)的證據(jù)推出合理結(jié)論的過(guò)程。其中包括兩方面，第一，證據(jù)是科學(xué)知識(shí)的提取。在假設(shè)過(guò)程中，學(xué)生利用已有的科學(xué)知識(shí)，得到的證據(jù)與假設(shè)要保證其合理性。在推理過(guò)程中，學(xué)生利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或查閱的文獻(xiàn)資料得到科學(xué)知識(shí)，這是獲得新知的一個(gè)過(guò)程。第二，通過(guò)證據(jù)推理過(guò)程得到的結(jié)論是科學(xué)知識(shí)的凝練。學(xué)生使用新證據(jù)推理得出新觀(guān)點(diǎn)，這里要保證證據(jù)與結(jié)論的科學(xué)性。找到證據(jù)與結(jié)論的關(guān)聯(lián)度時(shí)，也就是學(xué)生獲得能力的過(guò)程，這是一個(gè)科學(xué)概念與理論的深入理解以及轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

2.2? 證據(jù)推理能力以證據(jù)評(píng)估、推理技能與元認(rèn)知技能為核心

證據(jù)推理應(yīng)用于課堂實(shí)踐，就科學(xué)性而言，學(xué)生需要知道什么是證據(jù)，評(píng)估什么是合適的證據(jù)，知道證據(jù)和觀(guān)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，在搜集證據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)證據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，選擇科學(xué)合理的證據(jù)成為支持自己觀(guān)點(diǎn)的理由。學(xué)生通常依賴(lài)于認(rèn)知形式較低的理由，比如說(shuō)個(gè)人的經(jīng)歷，還有不恰當(dāng)?shù)淖C據(jù)類(lèi)型，如相互矛盾或無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)。因此，證據(jù)評(píng)估成為證據(jù)推理能力的一個(gè)重要組成部分。推理過(guò)程是一個(gè)將證據(jù)與觀(guān)點(diǎn)建立科學(xué)聯(lián)系的過(guò)程，學(xué)生需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行全面的分析，在推理過(guò)程中有三點(diǎn)非常重要。第一，要確定證據(jù)與觀(guān)點(diǎn)之間建立的聯(lián)系是否可靠。第二，要保證證據(jù)數(shù)量的充足，排除證據(jù)推理的片面性。第三，要反思推理過(guò)程的繁瑣程度，不同的證據(jù)類(lèi)型，不同的解釋都可能導(dǎo)致推理路徑的不同，要防止陷入思維定勢(shì)，尋找最科學(xué)有效的途徑。元認(rèn)知是對(duì)認(rèn)知的認(rèn)知，元認(rèn)知技能是學(xué)生在證據(jù)推理過(guò)程中調(diào)整和優(yōu)化推理的能力[5]。在證據(jù)推理過(guò)程中，證據(jù)的質(zhì)量、觀(guān)點(diǎn)的科學(xué)性、證據(jù)與結(jié)論的聯(lián)系程度需要學(xué)生及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)與反思，這也是學(xué)生證據(jù)推理能力的核心影響因素。

2.3? 證據(jù)推理過(guò)程有思維品質(zhì)的四個(gè)主要成分參與

證據(jù)推理能力結(jié)構(gòu)中需要包含能夠反映證據(jù)推理能力強(qiáng)弱的思維品質(zhì)，推理的過(guò)程是學(xué)生高級(jí)思維的外顯過(guò)程，是學(xué)生思維活動(dòng)中推理特征的表現(xiàn)，思維品質(zhì)是判斷證據(jù)推理能力水平的主要標(biāo)志，主要包括思維的邏輯性、靈活性、深刻性、批判性。證據(jù)推理過(guò)程表現(xiàn)出的思維活動(dòng)是按一定的邏輯規(guī)律進(jìn)行，而證據(jù)推理是歸納推理和演繹推理等的綜合運(yùn)用，是概括、分析、遷移等思維方法的靈活運(yùn)用。同時(shí)，學(xué)生在全面的分析問(wèn)題、抓住事物規(guī)律與本質(zhì)、思考事物發(fā)展方向等方面存在差異。而學(xué)生對(duì)推理過(guò)程思考得越深刻，就越能抓住問(wèn)題的本質(zhì)。在證據(jù)推理的整個(gè)過(guò)程中，需要學(xué)生具有批判意識(shí)、評(píng)估和反思智力品質(zhì)[6]。

綜合以上分析，筆者認(rèn)為中學(xué)生證據(jù)推理能力應(yīng)該是由證據(jù)的質(zhì)量、推理的技能和證據(jù)推理監(jiān)控三個(gè)方面構(gòu)成的有機(jī)整體。具體的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2? 證據(jù)推理能力結(jié)構(gòu)圖

3? 證據(jù)推理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

證據(jù)推理能力結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定了評(píng)價(jià)的一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)，接下來(lái)筆者通過(guò)對(duì)證據(jù)推理能力進(jìn)行行為表現(xiàn)分析，確定三級(jí)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。證

表1? 證據(jù)推理能力各級(jí)指標(biāo)

一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)

證據(jù)的質(zhì)量證據(jù)的科學(xué)性收集證據(jù)的途徑是否官方權(quán)威

科學(xué)證據(jù)是否是科學(xué)概念、原理、理論、模型等

證據(jù)的充分性證據(jù)數(shù)量的充足

證據(jù)類(lèi)型的多元

推理的技能分析問(wèn)題的全面性提出假設(shè)的合理性

評(píng)估證據(jù)的全面性

分析推理過(guò)程的全面性

證據(jù)與結(jié)論的關(guān)聯(lián)度相關(guān)但矛盾

相關(guān)且表象上支持

相關(guān)且理論上支持

證據(jù)推理監(jiān)控思維的邏輯性假設(shè)的邏輯性

推理的邏輯性

思維的靈活性歸納與演繹的靈活運(yùn)用

歸納與類(lèi)比的靈活運(yùn)用

解釋與反駁的靈活運(yùn)用

思維的深刻性掌握證據(jù)推理的規(guī)律

理解所得結(jié)論

思維的批判性主動(dòng)尋找反駁證據(jù)

對(duì)所得結(jié)論存在思考

據(jù)推理過(guò)程存在兩輪證據(jù)的出現(xiàn)，第一輪是在假設(shè)空間里，利用學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到假設(shè)，這是激發(fā)學(xué)生進(jìn)行推理的前提，某些情境中甚至不需要這一輪證據(jù)的出現(xiàn)，比如說(shuō)給出的觀(guān)點(diǎn)是學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)得不到的抽象知識(shí)，那往往會(huì)直接給出觀(guān)點(diǎn)。學(xué)生只需要尋找證據(jù)對(duì)這一新觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行推理解釋、證實(shí)或證偽。因此，假設(shè)空間里的證據(jù)不用過(guò)多考慮科學(xué)性，因?yàn)槠淇茖W(xué)性會(huì)經(jīng)實(shí)踐空間的檢驗(yàn)。第二輪在實(shí)踐空間里的證據(jù)需要保證其科學(xué)性和充分性，這是保證證據(jù)推理科學(xué)性的前提。證據(jù)類(lèi)型可以是科學(xué)數(shù)據(jù)、科學(xué)概念、科學(xué)理論、科學(xué)模型，化學(xué)課堂上還可以包括學(xué)生基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。證據(jù)收集途徑需要科學(xué)有效，一方面，學(xué)生需要提升實(shí)驗(yàn)技能，另一方面，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息爆炸，真?zhèn)坞y辨，學(xué)生收集的文獻(xiàn)資料，來(lái)源需要保證權(quán)威官方。科學(xué)結(jié)論往往不是一條證據(jù)就能推理得到的，而且，有些結(jié)論是多條證據(jù)均可以推理得到，證據(jù)之間可以互相補(bǔ)充。如甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)，學(xué)生在得到這個(gè)結(jié)論之前可以收集到兩條證據(jù)。證據(jù)一： 甲烷的中心原子形成的兩個(gè)化學(xué)鍵所成鍵角為109°28′;證據(jù)二： 二氯甲烷是甲烷的二元取代物，是無(wú)色透明易揮發(fā)具有刺激性氣味的液體，常壓下有固定沸點(diǎn)，為39.8℃（純凈物有固定的沸點(diǎn)）。這兩條證據(jù)均可以判斷甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)而非平面四邊形結(jié)構(gòu)。證據(jù)一是科學(xué)數(shù)據(jù)，證據(jù)二是事實(shí)證據(jù)，證據(jù)類(lèi)型不同。

學(xué)生在假設(shè)空間提出的假設(shè)要先分析其合理性與必要性，否則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)推理過(guò)程的多余和無(wú)效。學(xué)生收集證據(jù)以后，并不能保證所有資料均對(duì)推理過(guò)程有幫助，因此需要對(duì)證據(jù)進(jìn)行整理分析。學(xué)生在將證據(jù)與理論建立聯(lián)系的過(guò)程，可以從不同維度進(jìn)行思考，如宏觀(guān)現(xiàn)象上的聯(lián)系，微觀(guān)解釋上的相關(guān)度等。考慮證據(jù)與理論的關(guān)聯(lián)度時(shí)，證據(jù)應(yīng)該涉及到相關(guān)證據(jù)和無(wú)關(guān)證據(jù)，無(wú)關(guān)證據(jù)在前期評(píng)估證據(jù)質(zhì)量時(shí)就已剔除，相關(guān)證據(jù)又可分為相關(guān)支持證據(jù)和相關(guān)矛盾證據(jù)，相關(guān)支持證據(jù)又可以評(píng)估在多大程度上的支持。

思維的邏輯性是指按照一定的規(guī)則進(jìn)行，學(xué)生在提出假設(shè)和進(jìn)行推理的過(guò)程中均需要有清晰的思路，常用句式是“因?yàn)椤⑶摇浴?。證據(jù)推理中思維的靈活性應(yīng)該表現(xiàn)在歸納與演繹、歸納與類(lèi)比以及解釋與反駁的靈活運(yùn)用。由于學(xué)生在思維的周密、精細(xì)程度上存在差異，所以在推理的深度上存在不同。深刻性不同表現(xiàn)在證據(jù)推理過(guò)程中對(duì)推理規(guī)律的認(rèn)識(shí)和對(duì)所得的結(jié)論理解程度的不同。學(xué)生證據(jù)推理過(guò)程中思維應(yīng)該是主動(dòng)的，而不是盲目跟風(fēng)。對(duì)于推理過(guò)程應(yīng)該有反駁的意識(shí)，對(duì)于所得結(jié)論的正確性與科學(xué)性不能過(guò)于篤定，這導(dǎo)致的結(jié)果就是尋找更多的科學(xué)證據(jù)來(lái)證明自己的疑惑。

4? 證據(jù)推理能力水平劃分

關(guān)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，2017年新版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)化學(xué)核心素養(yǎng)的每一條均進(jìn)行了水平劃分，其中有關(guān)證據(jù)推理的水平劃分如表2所示：

表2? 新課標(biāo)對(duì)證據(jù)推理能力的各水平要求

水平層級(jí)水平要求

水平1能從物質(zhì)及其變化的事實(shí)中提取證據(jù)，對(duì)有關(guān)的化學(xué)問(wèn)題提出假設(shè)，能依據(jù)證據(jù)證明或證偽假設(shè)。

水平2能從宏觀(guān)和微觀(guān)結(jié)合上收集證據(jù)，能依據(jù)證據(jù)從不同視角分析問(wèn)題，推出合理的結(jié)論。

水平3能從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù)，能通過(guò)定性分析與定量計(jì)算推出合理的結(jié)論。

水平4能依據(jù)各類(lèi)物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

SOLO分類(lèi)理論將學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解程度進(jìn)行了劃分，從前結(jié)構(gòu)到抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)水平比較好地分析了學(xué)生的思維進(jìn)階，可以將其作為能力水平測(cè)量的借鑒工具。根據(jù)SOLO分類(lèi)理論，筆者將證據(jù)推理能力同樣劃分為四個(gè)水平，由于本文主要針對(duì)的是高中學(xué)生，研究對(duì)象已有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，基本不會(huì)出現(xiàn)前結(jié)構(gòu)水平。具體劃分如表3所示：

表3

基于SOLO分類(lèi)理論的

證據(jù)推理能力水平劃分

水平層級(jí)水平要求

單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平能針對(duì)問(wèn)題提出假設(shè)，能根據(jù)假設(shè)找出相關(guān)的一類(lèi)證據(jù)，得出的結(jié)論具有改進(jìn)的空間

多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平能通過(guò)多種科學(xué)途徑，尋找多種類(lèi)型的相關(guān)證據(jù)，能夠建立證據(jù)與結(jié)論之間的聯(lián)系

續(xù)? 表

水平層級(jí)水平要求

關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平能夠?qū)⒌玫降目茖W(xué)證據(jù)之間建立聯(lián)系，有邏輯地從證據(jù)推理結(jié)論

抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)水平在針對(duì)問(wèn)題由證據(jù)推理出結(jié)論的基礎(chǔ)上，能凝練出來(lái)自問(wèn)題情境以外的信息，將所得結(jié)論擴(kuò)展延伸，舉一反三

以“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”和“抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)水平”為例，針對(duì)以下問(wèn)題情境，處于這兩水平的學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解程度以及解答問(wèn)題的全面性都存在區(qū)別。

問(wèn)題情境： 把在常壓下的NO氣體壓縮到100個(gè)大氣壓，然后在一個(gè)體積固定的容器里加熱到50℃，發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)后發(fā)現(xiàn)氣體的壓力迅速下降，當(dāng)壓力降至略小于原壓力的2/3時(shí)就不再改變。已知其中一種產(chǎn)物為N2O。請(qǐng)分析該過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

處于“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”的學(xué)生，能找出情境中的相關(guān)證據(jù)：“NO氣體”“發(fā)生歧化反應(yīng)”“壓力降至原壓力的2/3”“其中一種產(chǎn)物是N2O”。可以分析給出的證據(jù)，然后聯(lián)系已有的化學(xué)知識(shí)：“歧化反應(yīng)是反應(yīng)中某個(gè)元素的化合價(jià)既有上升又有下降的自身氧化還原反應(yīng)”、“氮元素的化合價(jià)，常見(jiàn)的有NH3中的-3價(jià)、N2中的0價(jià)、NO中的+2價(jià)、NO2中的+4價(jià)”。接著進(jìn)行分析推理，反應(yīng)物NO中的氮是+2價(jià)，生成物N2O中的氮是+1價(jià)，根據(jù)證據(jù)中的歧化反應(yīng)和已學(xué)知識(shí)可以知道另一產(chǎn)物為NO2，最后根據(jù)壓力變化寫(xiě)出反應(yīng)3NO一定條件下

N2O+NO2。

處于“抽象擴(kuò)展結(jié)構(gòu)水平”的學(xué)生，在找出已有證據(jù)，分析已有證據(jù)間的聯(lián)系，通過(guò)已有化學(xué)知識(shí)從而推理出化學(xué)反應(yīng)3NO一定條件下

N2O+NO2的基礎(chǔ)上，能根據(jù)NO的歧化反應(yīng)和情境內(nèi)容加深對(duì)一定溫度下，氣體分子數(shù)與壓強(qiáng)關(guān)系的理解;并且能夠抓住情境中的“壓力略小于”這個(gè)關(guān)鍵詞，認(rèn)識(shí)到容器內(nèi)在發(fā)生歧化反應(yīng)后，分子數(shù)目會(huì)繼續(xù)減小;從而根據(jù)已有知識(shí)分析出NO2與N2O4之間的相互轉(zhuǎn)化，寫(xiě)出反應(yīng)2NO

N2O4。而處于“關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平”的學(xué)生一般會(huì)忽略這個(gè)條件，認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致的。

課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理”的水平劃分更貼近化學(xué)學(xué)科，從物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)變化、宏觀(guān)微觀(guān)、定性定量等角度進(jìn)行分析，關(guān)注的是學(xué)科內(nèi)容。SOLO分類(lèi)理論關(guān)注的是學(xué)生的思維，由易到難的認(rèn)知結(jié)構(gòu)水平。本研究是基于化學(xué)學(xué)科分析學(xué)生的證據(jù)推理能力，因此將兩者相結(jié)合。已有研究說(shuō)明證據(jù)推理的復(fù)雜性來(lái)源于兩個(gè)方面，一是證據(jù)的復(fù)雜性，二是推理的復(fù)雜性。證據(jù)的復(fù)雜性主要是情境的熟悉度、證據(jù)的數(shù)量和證據(jù)的顯性化程度。推理的復(fù)雜性主要分為直接推理和間接推理，和邏輯推理不同的是，證據(jù)推理更注重證據(jù)的科學(xué)性，處理證據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系導(dǎo)致了推理的復(fù)雜性[7]。所以推理的復(fù)雜性源頭在于證據(jù)的數(shù)量與情境的綜合性程度。證據(jù)在試題情境中表述得越明顯，或需要用到的化學(xué)知識(shí)越單一，則推理過(guò)程越簡(jiǎn)單，所需要的能力水平越低。相反，證據(jù)在情境中未有明顯表述，需要學(xué)生進(jìn)行理論分析，或者得出結(jié)論需要用到的化學(xué)知識(shí)越復(fù)雜，則推理過(guò)程越復(fù)雜，所需要的能力水平越高。根據(jù)情境與證據(jù)的不同，將四個(gè)水平進(jìn)行細(xì)分（見(jiàn)表4），細(xì)分后的證據(jù)推理能力水平給課堂教學(xué)中的試題編制提供了更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊罁?jù)。

表4? 證據(jù)推理能力水平框架

水平劃分水平要求說(shuō)明水平細(xì)分

水平1能從物質(zhì)及其變化的事實(shí)中提取相關(guān)的一類(lèi)證據(jù)，對(duì)有關(guān)的化學(xué)問(wèn)題提出假設(shè)，能依據(jù)證據(jù)證實(shí)或證偽假設(shè)。情境類(lèi)型： 物質(zhì)及其變化的事實(shí)

證據(jù)： 單一證據(jù)且顯性化程度高水平1-a

情境類(lèi)型： 物質(zhì)及其變化的事實(shí)

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度高水平1-b

續(xù)? 表

水平劃分水平要求說(shuō)明水平細(xì)分

水平2能通過(guò)多種科學(xué)途徑，尋找多種類(lèi)型的相關(guān)證據(jù)，能夠建立證據(jù)與結(jié)論之間的聯(lián)系。情境類(lèi)型： 宏觀(guān)現(xiàn)象和微觀(guān)原理

證據(jù)： 單一證據(jù)且顯性化程度高水平2-a

情境類(lèi)型： 定性分析與定量計(jì)算

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度高水平2-b

水平3能夠?qū)⒌玫降目茖W(xué)證據(jù)之間建立聯(lián)系，有邏輯地從證據(jù)推理結(jié)論。情境類(lèi)型： 宏觀(guān)現(xiàn)象和微觀(guān)原理

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度低水平3-a

情境類(lèi)型： 定性分析與定量計(jì)算

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度低水平3-b

水平4能在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展延伸，能凝練出來(lái)自問(wèn)題情境以外的信息，依據(jù)各類(lèi)物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，能舉一反三。情境類(lèi)型： 各類(lèi)物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征，以及相關(guān)拓展

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度高水平4-a

情境類(lèi)型： 各類(lèi)物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征，以及相關(guān)拓展

證據(jù)： 多類(lèi)證據(jù)且顯性化程度低水平4-b

5? 結(jié)論與啟示

證據(jù)推理在課堂教學(xué)中更多的是對(duì)知識(shí)的加工過(guò)程，教材中的知識(shí)點(diǎn)大多是以結(jié)論的形式直接呈現(xiàn)，當(dāng)教師只是將這些結(jié)論以口語(yǔ)表達(dá)的形式再讓學(xué)生聽(tīng)一遍時(shí)，這個(gè)過(guò)程中，其實(shí)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的來(lái)龍去脈并不了解，長(zhǎng)此以往，學(xué)生也就習(xí)慣了化學(xué)知識(shí)是靠記憶而不是靠理解，而這也正是素質(zhì)教育需要轉(zhuǎn)變的地方。將證據(jù)推理融入課堂教學(xué)中，已有知識(shí)是證據(jù)，新知識(shí)是推理得出的結(jié)論，這個(gè)過(guò)程也就是知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程。如果化學(xué)知識(shí)是通過(guò)科學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出來(lái)的，是通過(guò)文獻(xiàn)查閱分析出來(lái)的，那化學(xué)的學(xué)習(xí)將充滿(mǎn)科學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，同樣要懂得反思： 教學(xué)是否讓學(xué)生既掌握了知識(shí)，又提升了素養(yǎng)？學(xué)生能力水平到達(dá)了什么層級(jí)？接下來(lái)該如何有針對(duì)性地教學(xué)？本文針對(duì)化學(xué)核心素養(yǎng)中一個(gè)重要的點(diǎn)——證據(jù)推理進(jìn)行研究，一方面給教師的課堂教學(xué)帶來(lái)反思，另一方面通過(guò)對(duì)證據(jù)推理及其能力水平的剖析，為教師在課堂教學(xué)中對(duì)學(xué)生的證據(jù)推理能力評(píng)價(jià)以及相關(guān)試題編制均提供了一定的理論依據(jù)。

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