淺談三段論演繹推理法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

程潔鑾 李佳 李曉燕 汪朝陽(yáng)

摘要：分析化學(xué)中證據(jù)推理與邏輯推理的關(guān)系，從邏輯學(xué)角度簡(jiǎn)述三段論演繹推理法中的格與式以及利用格與式命名直言三段論演繹推理的有效形式。結(jié)合實(shí)例詳介三段論演繹推理法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及作用，旨在幫助學(xué)生更好地進(jìn)行邏輯思維的建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：三段論;演繹推理法;證據(jù)推理;化學(xué)教學(xué)研討

1 引言

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過(guò)化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。在證據(jù)推理素養(yǎng)方面，新課標(biāo)明確提出學(xué)生要具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系[2]?；诖耍處熼_(kāi)始注重在教學(xué)上培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)證據(jù)推理能力，但缺乏較為行之有效的教學(xué)策略。因此，如何采取有效策略使之在教學(xué)上真正落地，是教師關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)證據(jù)推理素養(yǎng)的要求可概括為兩點(diǎn)，一要有證據(jù)意識(shí)，二要建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。在教學(xué)中應(yīng)用邏輯學(xué)相關(guān)理論可以更好地指導(dǎo)教師處理相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的邏輯關(guān)系。鑒于此，本研究主要探討在教學(xué)中如何應(yīng)用三段論演繹推理法以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科證據(jù)推理素養(yǎng)。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 邏輯推理與命題的關(guān)系

“邏輯”一詞最早起源于希臘詞，即“邏各斯”。邏各斯的基本語(yǔ)義是言辭、理性、秩序、規(guī)律。在現(xiàn)代漢語(yǔ)中，邏輯主要是指思維的規(guī)律、規(guī)則。邏輯研究的核心是思維中的推理，命題是推理的建筑基塊[3]。一個(gè)命題是指可供判斷的陳述句，斷定事情是如此這般。推理是從一個(gè)或者一些已知的命題得出新命題的思維過(guò)程或思維形式[4]。因此，邏輯推理是指基于一定的思維標(biāo)準(zhǔn)，從一個(gè)或多個(gè)命題有效地推導(dǎo)出新命題的思維過(guò)程或思維方式。

2.2 命題與證據(jù)的關(guān)系

威廉姆森[5]認(rèn)為，只有命題才能發(fā)揮證據(jù)這個(gè)日常概念的核心理論功能。證據(jù)的作用通過(guò)命題來(lái)實(shí)現(xiàn)，而命題則使證據(jù)中所蘊(yùn)含的關(guān)于物質(zhì)及其變化的事實(shí)或各類(lèi)物質(zhì)及其反映的不同特征得以發(fā)現(xiàn)和確立。由此可見(jiàn)，命題與證據(jù)之間存在著必然聯(lián)系。在某種意義上，所有的證據(jù)都是命題，只有認(rèn)知主體把握的命題才能是它的證據(jù)。因此，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間邏輯關(guān)系的過(guò)程就是邏輯推理過(guò)程。

2.3 三段論演繹推理

邏輯推理可分為類(lèi)比推理、歸納推理和演繹推理。演繹推理是指從一般性的前提出發(fā)，通過(guò)推導(dǎo)得出具體陳述或個(gè)別結(jié)論的過(guò)程[6]。它是必然性推理，其前提的真能夠確保結(jié)論的真。演繹推理的基本形式是三段論。三段論是由一個(gè)共同詞項(xiàng)把兩個(gè)直言命題連接起來(lái)，得出一個(gè)新的直言命題作為結(jié)論的推理。直言命題是一個(gè)主謂式命題，它斷定某個(gè)數(shù)量的對(duì)象具有或者不具有某種性質(zhì)，因此也叫做性質(zhì)命題，其基本結(jié)構(gòu)是（量項(xiàng)）+主項(xiàng)+（聯(lián)項(xiàng)）+謂項(xiàng)。故也可說(shuō)三段論是一種以?xún)蓚€(gè)包含著一個(gè)共同詞項(xiàng)的性質(zhì)判斷為前提，推出一個(gè)新的性質(zhì)判斷為結(jié)論的推理形式[7]。

三段論中結(jié)論的主項(xiàng)是小項(xiàng)（用S表示），含有小項(xiàng)的前提是小前提;結(jié)論的謂項(xiàng)是大項(xiàng)（用P表示），含有大項(xiàng)的前提是大前提;兩個(gè)前提共有的詞項(xiàng)叫做中項(xiàng)（用M表示）。根據(jù)中項(xiàng)在前提中的不同位置，三段論可分為四種不同的格，可分別表示如圖1所示。

每個(gè)三段論都有一個(gè)式。三段論的式是由其所含直言命題的類(lèi)型而定（以字母A、 E、 I、 O為標(biāo)志）。A命題類(lèi)型：所有S是P;E命題類(lèi)型：沒(méi)有S是P;I命題類(lèi)型：有S是P;O命題類(lèi)型：有S不是P。每個(gè)三段論的式都由三個(gè)特定順序排列的字母組成，分別對(duì)應(yīng)大前提的類(lèi)型、小前提的類(lèi)型、結(jié)論的類(lèi)型。譬如，大前提：鹵代烴是一種可水解成醇的物質(zhì);小前提：一氯甲烷是鹵代烴;結(jié)論：一氯甲烷是一種可水解成甲醇的物質(zhì)。該三段論屬于第一格，其中三個(gè)直言命題都是屬于A類(lèi)型，故可表示為第一格AAA[8]。在三段論中，一個(gè)格有64個(gè)可能的式，而三段論共有四個(gè)格，于是三段論總共有256個(gè)可能的形式。但并非所有形式都是有效的，可依據(jù)三段論規(guī)則（如表1所示），進(jìn)行無(wú)效性排除。

依據(jù)表1的三段論規(guī)則，256個(gè)形式中，在排除那些違反了一條或幾條規(guī)則的形式之后，僅剩下15個(gè)有效的直言三段論形式，具體如表2所示。

許多世紀(jì)以來(lái)，邏輯訓(xùn)練的一種常用方式，就是通過(guò)給出三段論有效形式的名稱(chēng)，來(lái)為三段論推理的可靠性進(jìn)行辯護(hù)，從而提高識(shí)別有效推理與無(wú)效推理的能力[9]。在化學(xué)教學(xué)中，要讓學(xué)生能夠基于證據(jù)去構(gòu)建結(jié)論與證據(jù)間的邏輯關(guān)系，教師需要通過(guò)不斷加強(qiáng)學(xué)生關(guān)于有效推理三段論式的培養(yǎng)，讓學(xué)生自主利用三段論的有效形式診斷自身的演繹推理過(guò)程，從而提高學(xué)生的有效推理能力。

2.4 問(wèn)題解決中的證據(jù)與推理

邏輯推理是一個(gè)產(chǎn)生新知的過(guò)程，它不僅依賴(lài)于邏輯，還需要以相關(guān)知識(shí)為先決條件。故在證據(jù)推理能力的培養(yǎng)中，證據(jù)的有效獲取起著決定性作用。

問(wèn)題解決過(guò)程一般可分為以下七個(gè)階段，分別是理解和表征問(wèn)題、尋求解答、制定預(yù)期結(jié)果、探索可能的方法解決問(wèn)題、組織數(shù)據(jù)和計(jì)算、評(píng)價(jià)，具體如圖2所示[10，11]。

在理解和表征問(wèn)題中，我們識(shí)別有用信息，對(duì)問(wèn)題情境中的信息進(jìn)行表征，當(dāng)表征的問(wèn)題能夠激活大腦中已有的相應(yīng)圖式，該圖式可作為一個(gè)證據(jù)，使我們自然聯(lián)想出一個(gè)頓悟式的解決方案。如果沒(méi)有現(xiàn)成的圖式可循，這說(shuō)明我們已有認(rèn)知圖式中可提供的證據(jù)不夠充分，證據(jù)間的關(guān)系尚未有效構(gòu)建。針對(duì)該問(wèn)題需要進(jìn)入尋求解答階段，尋求更多證據(jù)，并據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的邏輯推理來(lái)建立更多聯(lián)系，制定預(yù)期結(jié)果，探索可能的方法去解決問(wèn)題。

3 化學(xué)學(xué)科證據(jù)推理能力的培養(yǎng)

3.1 應(yīng)用化學(xué)證據(jù)和三段論的格與式培養(yǎng)推理能力

從化學(xué)學(xué)科看，證據(jù)可分為理論證據(jù)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。理論證據(jù)包括化學(xué)基本原理、物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、具體的化學(xué)反應(yīng)等;實(shí)驗(yàn)證據(jù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)可獲得的有用的相關(guān)現(xiàn)象（如顏色、聲音、狀態(tài)變化等）及所收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；瘜W(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)以化學(xué)證據(jù)為載體，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理的基本形式（如三段論演繹推理），并讓學(xué)生基于此去構(gòu)建結(jié)論與化學(xué)證據(jù)間的邏輯關(guān)系。

三段論演繹推理中，第一格的AAA式是一種有效推理的三段論形式（見(jiàn)表3），下面以該類(lèi)型三段論為例進(jìn)行化學(xué)推理分析。

在化學(xué)學(xué)習(xí)中，若學(xué)生無(wú)法通過(guò)已知條件推理得出正確答案，主要在于推理的無(wú)效性。為了提高學(xué)生的化學(xué)證據(jù)推理能力，需要在化學(xué)教學(xué)中教授有效的邏輯推理形式，讓學(xué)生對(duì)照表2的有效形式，診斷自身的推理過(guò)程。如大前提：化學(xué)反應(yīng)都存在能量變化;小前提：熔化過(guò)程存在能量變化;結(jié)論：熔化過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)。該推論屬于第二格的AAA三段論形式，不在表2有效形式的范圍內(nèi)，是無(wú)效的，它不符合“中項(xiàng)至少在一個(gè)前提中周延”的三段論規(guī)則。根據(jù)“化學(xué)反應(yīng)”和“熔化過(guò)程”分別與“能量變化”的聯(lián)系，“化學(xué)反應(yīng)”和“能量變化”在兩個(gè)前提中都不周延，都沒(méi)有提及到全部“能量變化”。

3.2 應(yīng)用信息加工理論，提取證據(jù)進(jìn)行邏輯推理

學(xué)生學(xué)會(huì)了邏輯推理的基本形式并不意味著學(xué)生就獲得了證據(jù)推理能力。學(xué)生如何才能準(zhǔn)確提取解決化學(xué)問(wèn)題所需的相關(guān)證據(jù)呢？我們可利用信息加工理論對(duì)有機(jī)化學(xué)中的邏輯推理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

在邏輯推理前，需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行理解和表征。譬如，對(duì)問(wèn)題的表征是制備丙酸甲酯，這時(shí)，大腦中已有的認(rèn)知圖式“酸和醇反應(yīng)可制備酯”被激發(fā)，那么“酸和醇反應(yīng)可制備酯”的圖式就可作為一個(gè)證據(jù)幫助我們解決合成問(wèn)題。

當(dāng)所表征的問(wèn)題無(wú)法激發(fā)大腦產(chǎn)生相應(yīng)圖式時(shí)，就需進(jìn)入尋求問(wèn)題解答階段，尋找更多證據(jù)。如在有機(jī)合成題中，學(xué)生要能夠進(jìn)行合成路線設(shè)計(jì)，需要具備碳骨架構(gòu)筑和官能團(tuán)轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)。其中，關(guān)于碳骨架構(gòu)筑的有機(jī)反應(yīng)在高中教材主要涉及加聚反應(yīng)，但在高考試題中還會(huì)涉及羥醛縮合、格氏試劑反應(yīng)等[12]。面對(duì)這些新的刺激，學(xué)生需要學(xué)會(huì)對(duì)陌生信息進(jìn)行順應(yīng)，把刺激整合到已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，才可進(jìn)行證據(jù)間的關(guān)聯(lián)，從而進(jìn)行演繹推理。

證據(jù)獲得后接著需要以合成目標(biāo)分子為導(dǎo)向探索可能的方法解決問(wèn)題。在有機(jī)合成路線中，我們會(huì)面臨問(wèn)題表征與認(rèn)知圖式中證據(jù)模塊的匹配問(wèn)題。當(dāng)問(wèn)題表征無(wú)法引起相應(yīng)的刺激時(shí)，說(shuō)明問(wèn)題表征的難度太大或是表征不當(dāng)，需要運(yùn)用一定的策略來(lái)解決問(wèn)題。鑒于高考試題合成的目標(biāo)有機(jī)物分子比較復(fù)雜，往往采用逆向合成法，根據(jù)官能團(tuán)和碳骨架特點(diǎn)將目標(biāo)有機(jī)物分子合理拆分成幾個(gè)片段，縮小證據(jù)尋求的難度，有利于問(wèn)題解決所需證據(jù)的匹配。方法策略獲得后則可進(jìn)入組織數(shù)據(jù)和計(jì)算階段，該階段對(duì)有機(jī)合成題來(lái)說(shuō)，就是組織證據(jù)，建立證據(jù)之間邏輯關(guān)系的階段。

3.3 教學(xué)案例詳解

下面將以一道有機(jī)合成題為例，具體論述如何發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力。

寫(xiě)出用環(huán)戊烷和2-丁炔為原料制備化合物的合成路線。

已知：

對(duì)于目標(biāo)物的合成，可根據(jù)其碳骨架特點(diǎn)，用逆向合成法進(jìn)行拆解。如何切斷目標(biāo)分子，涉及對(duì)陌生信息的同化。學(xué)生要將“碳碳雙鍵與碳碳三鍵反應(yīng)可成環(huán)”作為一個(gè)新證據(jù)整合到已有的認(rèn)知圖式中，并利用該證據(jù)把目標(biāo)有機(jī)物分子拆成環(huán)戊烯和2-丁炔兩個(gè)小片段，與原料進(jìn)行比對(duì)，尋求證據(jù)匹配。

如對(duì)照原料環(huán)戊烷與小片段環(huán)戊烯，存在碳碳雙鍵的引入關(guān)系，該問(wèn)題表征可刺激大腦中已有的關(guān)于碳碳雙鍵引入的認(rèn)知圖式，選擇合適的證據(jù)（如鹵代烴的消去、鹵素原子的引入），進(jìn)行中間體的合成。

通過(guò)分析，可看出要合成目標(biāo)產(chǎn)物，需要具備鹵素原子的引入、碳碳雙鍵的引入和成環(huán)反應(yīng)等證據(jù)信息。當(dāng)大腦中的這些相關(guān)圖式被激活后，接著就進(jìn)入探索可能的方法解決問(wèn)題階段，嘗試構(gòu)建證據(jù)間的關(guān)聯(lián)，具體過(guò)程如圖3所示。

[推理1]

大前提：碳碳雙鍵可與鹵素單質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng);

小前提：含有碳碳雙鍵;

結(jié) 論：可與溴單質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物。

[推理2]

大前提：碳碳雙鍵與碳碳三鍵在一定條件下反應(yīng)成環(huán)，含碳碳雙鍵;

小前提：環(huán)戊烯含碳碳雙鍵，2-丁炔含碳碳三鍵;

結(jié) 論：環(huán)戊烯與2-丁炔在一定條件下反應(yīng)可生成。

[推理3]

大前提：鹵代烴在氫氧化鈉醇溶液的作用下加熱發(fā)生消去反應(yīng)，形成碳碳雙鍵;

小前提：溴代環(huán)戊烷是鹵代烴;

結(jié) 論：溴代環(huán)戊烷可發(fā)生消去反應(yīng)，生成環(huán)戊烯。

[推理4]

大前提：烷烴與鹵素在光照條件下可發(fā)生取代反應(yīng)，生成鹵代烴;

小前提：環(huán)戊烷是烷烴;

結(jié) 論：環(huán)戊烷可與鹵素單質(zhì)Br2發(fā)生取代反應(yīng)，生成溴代環(huán)戊烷。

通過(guò)以上四個(gè)基于三段論的推理過(guò)程，我們可以設(shè)計(jì)出合成目標(biāo)產(chǎn)物的合成路線，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的邏輯推理能力，符合新課標(biāo)關(guān)于核心素養(yǎng)的要求，是證據(jù)推理素養(yǎng)在課堂上落地的具體體現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出要培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力[13]。證據(jù)推理能力的培養(yǎng)關(guān)鍵在于證據(jù)間邏輯關(guān)系的建立。三段論演繹推理的邏輯學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生邏輯思維能力和邏輯推理能力的培養(yǎng)。通過(guò)各種有效推理形式的學(xué)習(xí)，可不斷促進(jìn)學(xué)生思維的深度加工，使學(xué)習(xí)由量變到質(zhì)變，產(chǎn)生高階思維的學(xué)習(xí)結(jié)果。

證據(jù)推理水平4明確提出學(xué)生“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”。證據(jù)的充分性離不開(kāi)學(xué)生的高階思維能力，學(xué)生的高階思維能力離不開(kāi)邏輯推理素養(yǎng)的培養(yǎng)，由此可見(jiàn)，邏輯推理能力的形成在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)證據(jù)推理能力中具有舉足輕重的作用。

因此，在化學(xué)教學(xué)中，教師要注重學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)，在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的組織與選擇上應(yīng)關(guān)注學(xué)生作為主體的學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維邏輯方式和建構(gòu)過(guò)程，充分考慮在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候幫助學(xué)生更好地進(jìn)行邏輯思維的建構(gòu)。與此同時(shí)，要切實(shí)注重化學(xué)實(shí)驗(yàn)并有效進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)，將證據(jù)推理和邏輯推理能力的培養(yǎng)滲透到每一節(jié)化學(xué)課堂教學(xué)中。

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