基于證據(jù)推理素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學課堂研究

陳嫦

摘 要 證據(jù)推理是將已學知識作為證據(jù)，靈活、合理地應用已掌握證據(jù)推出新知識，是一種較高層次的思維方式，是高中學生應該具備的關鍵能力。立足教學實際，巧用教學素材，從證據(jù)推理的含義、必要性、課堂構建三個方面進行教學研究，利用生產(chǎn)情境來訓練證據(jù)推理思維，結合實驗探究推進證據(jù)推理的深度，設置問題串增加證據(jù)推理的有效性，利用證實、證偽實踐活動培養(yǎng)證據(jù)推理能力。理論聯(lián)系實際，將證據(jù)推理意識的培養(yǎng)與教學實踐融合，能夠培養(yǎng)學生學以致用、演繹推敲、分析推理的學習能力。

關鍵詞 高中化學 證據(jù)推理 教學實踐 課堂構建

《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果認為，“理性思維”是必備的文化基礎之一，可以概括為“三有”：有知識——要求學生崇尚真知，能理解和掌握基本的科學原理和方法;有意識——尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度;有行動——邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為等[1]?；谧C據(jù)的推理是“理性思維”中的重要內容。高中化學學習的過程也是認識證據(jù)、積累證據(jù)、應用證據(jù)的過程，是學生將理論、事實、推理綜合起來并最終形成證據(jù)推理素養(yǎng)的過程。證據(jù)推理素養(yǎng)有利于學生自主學習并深刻理解化學知識，因此，教師在課堂教學中應該重視學生證據(jù)推理素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、證據(jù)推理的含義

《普通高中化學課程標準（2017年版）》要求學生應具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結論和證據(jù)之間的邏輯關系[2]。證據(jù)是推理過程中的已知部分，要由已知推導未知，證據(jù)必須是嚴謹、權威、科學、真實存在的。從高中化學學習來看，證據(jù)主要包括：物質組成、結構及性質、核心概念、化學反應原理及規(guī)律、化學實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)及圖表、文獻知識、化學發(fā)展史、最新科研成果等。證據(jù)推理即基于以上種種證據(jù)，引導學生通過分析、比較、推理等思維，證明猜想、假設是正確或錯誤的，從而獲得新知識。證據(jù)推理是知識生成、能力提升、素養(yǎng)培養(yǎng)的綜合性過程。

二、證據(jù)推理素養(yǎng)培養(yǎng)的必要性

（一）教與學的需求

當前，仍有部分教師沿用傳統(tǒng)教學方式，重知識、輕能力，重結果、輕過程，教學以灌輸為主，忽視演繹推理的過程，要求學生背概念、實驗結論、化學方程式等。這樣的教學是無趣且枯燥的，會導致學生失去興趣。高中學生的課業(yè)繁重、知識繁雜、升學壓力大，學生的思考時間和空間缺乏。很大一部分學生傾向于簡單機械地背知識點，缺乏對知識探索過程的體驗，無法真正理解化學概念的含義。高中生的年齡、心理、認知都到了一個比較成熟的階段，足以完成一些比較高級的思維。證據(jù)推理使學生通過搜集證據(jù)、篩選證據(jù)，有理有據(jù)地推出新知識，讓學生學會知識的遷移應用，使學生在潛移默化中將知識內化，無需死記硬背，由被動學習變?yōu)樽灾鲗W習?？梢?，證據(jù)推理素養(yǎng)對于培養(yǎng)學生的學習興趣和提高學習效率有著重要的意義。

（二）學科發(fā)展的需求

化學實驗是化學學科發(fā)展的基礎。根據(jù)實驗現(xiàn)象，選擇合適的已學原理，經(jīng)過反復推理，不斷思考，不斷修正、改進實驗方案，最后推出結果的這些過程都需要學生具有較強的分析、推理能力。化學學科的魅力在于實用性和創(chuàng)造性，我們的衣食住行、環(huán)境保護、醫(yī)藥研發(fā)、新材料合成、能源與可持續(xù)發(fā)展等都離不開化學學科的發(fā)展。隨著研究的不斷深入，化學學科與其他學科的聯(lián)系與融合更加緊密，未知的領域將更多元化，這些都對化學教學提出了更高的要求，迫切需要培養(yǎng)學生的證據(jù)推理能力。證據(jù)推理的過程是學生以尊重事實為前提，由此及彼、發(fā)散思維、反復推敲的過程。學生在推理的過程中獲得快樂、滿足以及成就感，這些情感體驗會使學生更加樂于尋找證據(jù)，保持良性的、持續(xù)的學習狀態(tài)。證據(jù)推理讓課堂有生機、活力，使學習不再是枯燥的、簡單的知識堆砌，使學生的學習效率、積極性持續(xù)提高，進而使學生更加熱愛化學，這必將吸引更多的優(yōu)秀學子加入到化學學科發(fā)展的隊伍中來。

三、巧用證據(jù)推理培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)

（一）利用生產(chǎn)情境，訓練證據(jù)推理思維

真實情境承載著各種化學知識，在課堂教學中引入真實情境，會使知識更加生動，讓學生感覺學習化學知識更有意義，激發(fā)學生對知識的探尋與思考。例如，“真實情境結合反應物的選擇”這類問題蘊含著一定的邏輯思維規(guī)律，需要教師設計相應的推理教學，使推理由淺入深，使證據(jù)的選取從理論到生產(chǎn)實際，兩個方面相輔相成，直至問題解決。為使學生順利完成推理，此類情境問題的解決建議設計成以下步驟：理解情境中的問題→從物質性質、反應條件等理論方面考慮反應的可能性→結合生產(chǎn)實際，從速率、限度、成本、環(huán)保等方面分析選擇的優(yōu)劣→對比、綜合考量，得出結論。下面，筆者以工業(yè)煉鐵教學片段為例：

[工業(yè)煉鐵情境]高爐煉鐵：用CO還原Fe3O4制備Fe。

[教師設置問題]CO、H2都是強還原劑，為什么不用H2？

[學生]在教師設置的問題提示下尋找證據(jù)，并由證據(jù)結合生產(chǎn)情境進行推理，從還原性更強者可置換出更弱者的角度討論反應的可行性，最后得出結論（詳見表1）。

[教師設置問題]CO、H2在反應限度、速率、成本、環(huán)保方面分別有何優(yōu)劣？

[學生]從加快反應速率、提高反應限度、降低生產(chǎn)成本、安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保等生產(chǎn)實際角度尋找證據(jù)并進行對比，再通過深層思考與推理形成結論（詳見表2）。

學生通過從多個角度對物質的選擇進行對比，感受到化工生產(chǎn)既具有創(chuàng)造性又具有科學性，學會了選擇反應物的一般推理過程，同時學會應辯證地看待問題，事物沒有絕對的優(yōu)與劣;懂得了若要優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)的原料選擇，需要具有嚴密的邏輯思維、豐富的化學知識并通過大量的證據(jù)推理專業(yè)訓練才能完成。

（二）利用實驗探究，推進證據(jù)推理的深入

化學是一門建立在實驗基礎上的學科。化學實驗探究是推進證據(jù)推理深度的重要途徑，一般按以下方式進行：初步分析問題→進行猜想或假設→設計實驗方案→實施實驗方案→抓住實驗現(xiàn)象，分析推理→改進實驗方案→再實驗、再思考→得出結論。實驗現(xiàn)象是科學證據(jù)，也是思考的開始。教師應引導學生抓住實驗現(xiàn)象，自主尋找豐富的證據(jù)并進行合理解釋，完成從現(xiàn)象到本質的逐漸深入推理的過程。例如：

[實驗]用酸性KMnO4溶液檢驗FeCl2中的Fe2+

[教師]設置問題：檢驗是否合理？引導學生分析所給檢驗試劑的性質和溶液中存在的離子，進行猜想和假設，設計驗證實驗并給出理由。

[學生]提出三種假設：①僅Fe2+被KMnO4氧化;②僅Cl-被KMnO4氧化;③均被氧化，但是存在反應先后的問題。設計驗證假設的實驗方案，詳見表3。

根據(jù)實驗現(xiàn)象進行分析推理，在兩個實驗中，KMnO4溶液均有褪色，實驗現(xiàn)象明顯，可見兩個實驗方案均可行。實驗現(xiàn)象說明假設③可能是對的，且證明有Cl-存在時，不可用酸性KMnO4溶液檢驗Fe2+。筆者引導學生進行深度思考：如果假設③是正確的，F(xiàn)e2+、Cl-哪個優(yōu)先反應，如何判斷？學生意識到反應先后的問題應與二者的還原性強弱有關系。此時，繼續(xù)引導學生深入思考：在學過的知識中能否找到與二者相關的實驗？學生很快找到Fe2+與Cl2反應的實驗。再次引導學生思考：這個實驗證明了什么？學生最終推理得出“Fe2+還原性比Cl-更強，所以是Fe2+優(yōu)先反應，證明假設③合理”的結論。

利用實驗探究引導學生合理猜想并設計實驗，再通過控制實驗條件、觀察實驗現(xiàn)象、多途徑查閱資料等方式調動學生將已有的知識經(jīng)驗——化學現(xiàn)象、化學方程式、實驗數(shù)據(jù)等作為證據(jù)，再綜合種種證據(jù)，推出合理結論，并整理知識間的關系，可使學生的知識更加系統(tǒng)化?？梢?，建立在化學實驗基礎上的教學有利于推進證據(jù)推理的深入。

（三）利用梯度適當?shù)膯栴}串，增加證據(jù)推理的有效性

知識問題化是教學常用手段，教師可圍繞問題串來展開教學。學生學習、解題的過程是思考并解決問題的過程，教師教授學生知識的同時更應教會學生如何思考。而設置梯度適當且關聯(lián)的問題串，能引導學生逐步思考，順理成章地推理出新知識，使學生對于新知識的出現(xiàn)不覺唐突，并能更好地接受理解，同時也能很好地提高學生思維的縝密度。在問題串的引導下，學生的證據(jù)推理才更有方向性，也因此增加了證據(jù)推理的有效性。例如，“用量對產(chǎn)物的影響”是高考的熱點問題，也是學生學習過程中的易錯點。而運用梯度適當?shù)膯栴}串輔助進行證據(jù)推理教學，可以加深學生對化學反應的理解。

[課程內容]對Fe與Cl2的反應進行探討

[設置問題串]少量、過量的Fe分別在Cl2中燃燒有什么現(xiàn)象？燃燒的產(chǎn)物分別是什么呢？FeCl2、FeCl3固體分別是什么顏色？（在問題串的引導下，學生的思考從表面到本質）

[學生活動]做實驗，記錄現(xiàn)象。通過查閱資料并根據(jù)所學知識找到相關證據(jù)，由證據(jù)與實驗現(xiàn)象經(jīng)深度思考與推理，形成相關結論（詳見表4）。

為加深學生對反應本質的理解，讓學生書寫Fe與FeCl3反應的化學方程式，將此作為證據(jù)，推理得出相關結論：Fe可將FeCl3反應至FeCl2;然后進一步設置問題：為何過量的Fe與Cl2反應仍生成FeCl3？引導學生分析比對Fe與FeCl3、Fe與Cl2反應的物質狀態(tài)，結合離子反應、氧化還原反應概念，找到相關證據(jù)，再次推理得出結論（詳見表5）。

為使學生知識更加系統(tǒng)化，設置問題串：氯氣、液氯、氯水成分有何異同點？工業(yè)上，為什么可以將液氯保存在鋼瓶中？鋼瓶中保存的液氯必須干燥，否則會產(chǎn)生什么問題？

[學生活動]宏觀現(xiàn)象結合微觀分析：條件不同，反應不同。

整個問題串涉及用量對產(chǎn)物的影響、離子反應概念、氧化還原反應概念、氯氣—液氯—氯水，引導學生不斷深入思考，并通過進階式的推理，尋找、分析各種證據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同反應間的共性與差異。在對比、思考中對概念的理解得以深刻，繁雜知識點之間的聯(lián)系與差異逐漸清晰。可見，在問題串引導下的證據(jù)推理使教學更加有效。

（四）利用證實的實踐活動，培養(yǎng)證據(jù)推理能力

準確理解待證實原理是實踐的起點，基礎知識、基本技能是學生已具備的證據(jù)，教師應在此基礎上引導學生靈活運用知識與技能，通過在證實的實踐活動中對條件不斷優(yōu)化的方式，可以達到更好地培養(yǎng)學生證據(jù)推理能力的效果。通過實踐活動對化學知識進行證實，學以致用，既能加深學生對化學知識的理解，又能培養(yǎng)學生的動手能力。在整個證實的過程中，學生的證據(jù)意識、推理能力均得到很好的鍛煉。例如，魯科版高中化學必修2中的微項目——“自制米酒”是個非常好的證實活動，學生自主完成釀制過程，動手實踐證實：酒曲發(fā)酵淀粉制米酒是真實存在的。

[課程內容]如何釀制米酒？

[學生活動]通過網(wǎng)絡、文獻查找證據(jù)，了解釀制米酒的原理、步驟、條件控制，通過動手實踐，根據(jù)實驗現(xiàn)象和結果，經(jīng)過深層思考與推理得出結論（詳見表6）。

[教師引導]你認為釀制米酒還得注意哪些方面？（經(jīng)驗總結，豐富證據(jù)）

[學生思考]要注意容器消毒徹底、發(fā)酵溫度適中、容器密閉、米飯要熟透且分散狀、飯與水的比例等。

該活動從生活、化學的角度證實了釀造工藝的可行性。學生在查閱文獻獲得證據(jù)、從專業(yè)與科研的角度利用各種實驗數(shù)據(jù)進行證據(jù)推理得出結論的過程中，其理論、學術、實踐水平均得到了提高。學生通過教材學知識，通過生活對知識進行檢驗，真正做到了知行合一。

（五）利用證偽的實踐活動，培養(yǎng)證據(jù)推理能力

科學發(fā)展最需要的就是一種永不停歇的創(chuàng)新精神，一種敢于挑戰(zhàn)權威、不怕犯錯的精神。波普爾的證偽理論強調對科學理論持懷疑態(tài)度、否定態(tài)度的重要意義，這正是科學創(chuàng)新的前提[5]。若能證明一個命題是不成立的，即證偽。證偽是一個質疑、批判、創(chuàng)新的過程。課堂中存在諸多證偽契機，如師生、生生交流中出現(xiàn)的分歧均可作為“證偽”的命題。證偽方式很多，例如，舉反例、根據(jù)偽命題推導出一個荒謬的結論、實驗驗證、計算驗證等。通過證偽能檢驗學生對知識的掌握程度，也能鍛煉學生的論證推理能力。例如：

[偽命題]常溫，F(xiàn)e放入濃H2SO4無明顯現(xiàn)象，可用鐵槽車運輸濃硫酸，因此，“常溫，F(xiàn)e與濃H2SO4不反應”。（引導：證偽的關鍵在于發(fā)現(xiàn)偽命題的錯誤所在）

[學生]由課本可知，“無明顯現(xiàn)象”是由于Fe在濃H2SO4中發(fā)生鈍化，表面生成致密氧化膜的緣故。

[教師引導]如何驗證氧化膜的存在？如何鑒別鐵、鐵的氧化物？兩者性質有何異同？

[學生]選擇借助實驗證偽。分別從金屬、金屬氧化物的通性角度尋找證據(jù)，思考兩者異同，據(jù)此設計實驗進行證偽，最終得出結論（詳見表7）。

證偽的過程，需要學生敢于質疑，敢于提出不同的見解，不止于表面，不迷信權威，膽大、心細，在質疑中不斷產(chǎn)生認知沖突，遵從事物的本質，在沖突中思維不斷碰撞，最后通過實驗驗證，達到證偽的目的。這樣，既有利于培養(yǎng)學生嚴謹求實、創(chuàng)新精神和正確的三觀，同時也提升了學生的證據(jù)推理素養(yǎng)。

四、培養(yǎng)證據(jù)推理素養(yǎng)的幾點反思

（一）充分挖掘教材的價值

教材蘊含著整個高中化學知識體系及思想精華，是個巨大的知識證據(jù)庫。要使學生通過學習擁有這個龐大的知識證據(jù)庫，教師應在教學中充分利用好教材，扎根于教材，挖掘教材中各種素材的教學價值，例如，化學小故事、補充資料、方法介紹、新技術、拓展實驗等，利用這些素材設計一些富有啟迪性、趣味性、拓展性的探究活動，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生靈活運用知識證據(jù)進行邏輯推理的能力。

（二）要辯證地證實或證偽

鑒于高中生的認知水平有限，在教學中要教會學生篩選證據(jù)，要引導學生理論結合實際，辯證地看待事物，不以偏概全，不輕易地否定或肯定;引導學生用嚴密的思維方式進行證據(jù)推理活動，用證據(jù)說話，從而得出證據(jù)與結論之間的關系。

（三）問題串設計要精心

問題串只有建立在學生現(xiàn)有學情之上，難度梯度適中，才能有利于證據(jù)推理的順利進行。問題的設計要著眼于證據(jù)推理素養(yǎng)的培養(yǎng)，力求每個問題都能調動學生的主觀能動性，讓學生感受到知識的“生長”過程，使得學生對事物的理解更接近其本質。設置問題串梯度的目的在于，使學生在每一個梯度上都能夠在問題的引導下，在課本中、在記憶中、在資料的查閱中找到相關證據(jù)，經(jīng)過層層深入的思考與推理得出結論，重新構建對事物的認知，以利于學生正確的化學觀念的形成。

（四）培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)需長期實踐

證據(jù)推理的訓練是一個長期的、持續(xù)性的過程，不可能一蹴而就，不可以半途而廢。教學實際中，由于課時緊，許多教師認為沒有時間“瞎折騰”。殊不知，只要用心設計，學生就會在潛移默化中逐漸形成較強的學習能力，變成懂學習、會學習的人。一旦形成了這種能力，有的知識學生依靠由此及彼的推理就能輕松理解并掌握，從而達到高效教學的效果。教學是個點滴積累的過程，而量的積累必將引起質的變化。

[參 考 文 獻]

[1]沈兆剛.基于證據(jù)推理：內涵、意義及培養(yǎng)路徑[J].化學教育（中英文），2019，40（15）：48-52.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4.

[3]袁華偉，張健，張雪婷，等.釀造米酒發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].中國釀造，2020，39（2）.

[4]趙龍飛，徐亞軍.米曲霉的應用研究進展[J].中國釀造，2006，25（3）：8-10.

[5]余洪翔.波普爾的證偽理論研究[D].重慶：西南大學，2009：1.

（責任編輯：趙曉梅）