黃愛民

摘? ? 要：出現(xiàn)非證據(jù)情況時科學(xué)探究和問題解決就必須作出修正;要重視證據(jù)推理中逆向推理的學(xué)習(xí);證據(jù)推理與模型認(rèn)知在內(nèi)涵和實踐層面上都不可割裂理解，它們常常融合于探究和問題解決的過程之中。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;非證據(jù);逆向推理;模型認(rèn)知

從高中化學(xué)核心素養(yǎng)的建構(gòu)來看，證據(jù)推理、模型建構(gòu)是屬于文化基礎(chǔ)維度之下科學(xué)精神素養(yǎng)之中理性思維的兩個基本的要點[1]。通過高中化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑;能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息進(jìn)行抽象概括并建構(gòu)模型，用模型思想認(rèn)識物質(zhì)及其變化的一般規(guī)律[2]6。目前已有不少教師設(shè)計了基于證據(jù)推理、模型認(rèn)知的課時教學(xué)，這反映了廣大化學(xué)教師對構(gòu)建化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)的積極態(tài)度;在學(xué)習(xí)這些教師的成果時，對照作為化學(xué)核心素養(yǎng)設(shè)計者的專家們對化學(xué)核心素養(yǎng)本意的剖析，引起了我的思考，現(xiàn)將這些思考提供給大家，供參考與交流。

一、非證據(jù)

科學(xué)探究過程中實驗事實與想要求證的猜想之間在邏輯上有三種關(guān)系：①可證明猜想為真;②可證明猜想為假;③無法證明猜想真假。前兩種都可以說該實驗事實是想要求證的猜想的證據(jù)（第一種關(guān)系中實驗事實是想要求證的猜想的肯定性證據(jù)，第二種關(guān)系中實驗事實是想要求證的猜想的否定性證據(jù)），而第三種卻不能說該實驗事實是想要求證的猜想的證據(jù)，即非證據(jù)。例如：已知某溶液中只有一種氯化物溶質(zhì);所作猜想為：溶質(zhì)是BaCl2。①如果實驗事實是：向溶液中滴加1～2滴Na2SO4溶液即出現(xiàn)白色沉淀，再滴加1～2滴硝酸白色沉淀未溶解，則這個事實是猜想的肯定性證據(jù);②反之，如果實驗事實是：向溶液中滴加1～2滴Na2SO4溶液沒有出現(xiàn)白色沉淀，則這個事實是猜想的否定性證據(jù);③但是如果實驗事實是：向溶液中滴加1～2滴AgNO3溶液即出現(xiàn)白色沉淀，則這個事實就不是猜想的證據(jù)， 此時就必須重新設(shè)計探究活動。

二、逆向推理

能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，既包含由證據(jù)推理出結(jié)論，也包含由結(jié)論逆向推理出所需證據(jù)。之所以強(qiáng)調(diào)逆向推理，其一是因為兩個方向的推理在科學(xué)探究中都要用到：逆向推理用在由猜想推理出所需證據(jù)并據(jù)此設(shè)計實驗取證，正向推理則用于由實驗所取得的證據(jù)去推理猜想是否成立并形成結(jié)論。其二是在問題解決的過程中也要用到兩個方向的推理，如在有機(jī)物合成的問題解決中就常常使用逆向推理的思維方式。其三是逆向推理具有思維發(fā)散性的特征，發(fā)散的維度不同逆向推理出所需證據(jù)不同，設(shè)計實驗方向的不同;這些逆向推理出的不同所需證據(jù)之間又有獲得的難易、可信度與證明力強(qiáng)弱之別;通常由證據(jù)到結(jié)論的正向思維越直接該證據(jù)的效能就越高;由多重不同證據(jù)推理得出同一結(jié)論，則該結(jié)論更可靠。同樣基于逆向推理具有思維發(fā)散性的特征，在問題解決過程中，逆向推理出的所需證據(jù)在與已有證據(jù)整合時可能產(chǎn)生多個問題解決的思路，使問題獲得多樣化的解決。綜上所述，在證據(jù)推理的學(xué)習(xí)中不可輕視逆向推理。

基于上述思考，設(shè)計了突顯證據(jù)推理逆向推理發(fā)散思維產(chǎn)生多重證據(jù)的探究過程，見圖1。

突顯證據(jù)推理逆向推理發(fā)散思維產(chǎn)生多重證據(jù)的探究過程的示例如表1。

三、 證據(jù)推理與模型認(rèn)知之間的關(guān)系

證據(jù)推理與模型認(rèn)知都是化學(xué)學(xué)科中重要的思維方法，兩者之間關(guān)系，首先是有機(jī)聯(lián)系的，這種有機(jī)聯(lián)系有三個方面：① “證據(jù)推理”或“基于證據(jù)的推理”是一種典型的認(rèn)知心理學(xué)層面的認(rèn)知模型。所以，化學(xué)學(xué)習(xí)中的“證據(jù)推理”可以看作是按照“基于證據(jù)的推理”認(rèn)知模型進(jìn)行的認(rèn)知過程。用這樣的思路考察“證據(jù)推理”與“模型認(rèn)知”的關(guān)系，“證據(jù)推理”從屬于“模型認(rèn)知”，“模型認(rèn)知”包含了“證據(jù)推理”[3];②證據(jù)推理所形成的科學(xué)結(jié)論是簡單的模型認(rèn)知，模型認(rèn)知離不開證據(jù)推理，證據(jù)推理是建構(gòu)模型的前提[2]4;③證據(jù)推理的高水平是模型認(rèn)知，模型認(rèn)知需要基于證據(jù)推理論證[4]。其次兩者之間又是有區(qū)別的，主要區(qū)別在于“模型認(rèn)知”除了運用證據(jù)進(jìn)行邏輯推理以外，常常對大量實驗事實進(jìn)行比較分析、歸納概括后，還需要通過抽象和簡化的方法建構(gòu)模型，再現(xiàn)物質(zhì)及其變化的基本規(guī)律[2]4。最后需要指出在證據(jù)推理和模型認(rèn)知的過程中通常都會運用到化學(xué)的規(guī)律、模型、觀念、思想和方法，因此化學(xué)學(xué)科中證據(jù)推理與模型認(rèn)知便有了化學(xué)學(xué)科的特色。由此可見證據(jù)推理與模型認(rèn)知在內(nèi)涵和實踐層面上都不可機(jī)械割裂，它們常常融合于探究和問題解決的思維過程之中。

（一）基于新證據(jù)的推理對模型進(jìn)行修正，促進(jìn)模型認(rèn)知對原型認(rèn)識的精準(zhǔn)

化學(xué)模型建構(gòu)必須建立在科學(xué)觀察、測定、研究所取得的資料、事實和發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上。模型是概括、抽象和簡化了的原型，它的合理性需要通過邏輯和實驗來檢驗。若原型是不可觀測的復(fù)雜客體，剛開始人們對原型的認(rèn)識并不充分，所構(gòu)建的模型還不夠完善。隨著實踐的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步出現(xiàn)了新證據(jù)，這時原先的化學(xué)模型就需要修正和補(bǔ)充，新模型在對舊模型的揚(yáng)棄中不斷產(chǎn)生。這種發(fā)展過程，促進(jìn)模型認(rèn)知對原型認(rèn)識的精準(zhǔn)。如原子結(jié)構(gòu)模型的演變歷史就是如此，見圖2。

（二）基于新證據(jù)的推理對模型進(jìn)行修正，拓展模型認(rèn)知的范圍，同時加深對原型本質(zhì)的認(rèn)識

原型是清晰的，但剛開始只基于一種原型建模，此時因為缺乏比較，無法剔除非本質(zhì)的關(guān)系和因素，所構(gòu)建模型幾乎與那唯一原型等同;隨著不同原型的出現(xiàn)，基于新證據(jù)的推理會促使對原模型的非本質(zhì)的關(guān)系和因素不斷被剔除，使模型得到修正，拓展模型認(rèn)知的范圍，同時加深對原型本質(zhì)的認(rèn)識。原電池模型的進(jìn)化便是如此。

首先基于對銅鋅原電池的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)和電荷流的分析，抽象構(gòu)建出最原始的原電池模型。其次基于雙液電池原型能提高化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能效率的證據(jù)推理，作出在前模型中增加鹽橋或離子交換膜的修正。接著基于氫氧燃料電池原型，證據(jù)推理：①關(guān)于電極材料：可以不作為電極反應(yīng)物、可以不是兩種金屬活動性不同的金屬、可以是同種金屬或石墨;②關(guān)于電解質(zhì)溶液：可以不作為反應(yīng)物;③電極反應(yīng)物可以是外界分別通入的一組可以進(jìn)行燃燒反應(yīng)的氣體。作出在前模型中剔除非本質(zhì)的關(guān)于電極材料是不同的金屬和其中之一能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的要求。再利用中和反應(yīng)原電池和Ag+（aq） + Cl?（aq）=AgCl（s）原電池的原型，證據(jù)推理電池總反應(yīng)不一定是非氧化還原反應(yīng)，但正極一定發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)，作出在前模型加上少數(shù)情況下電池總反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)的說明。再利用溶液濃差電池和電極濃差電池原電池的原型，證據(jù)推理電池總反應(yīng)不一定有化學(xué)反應(yīng)，但正極一定發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)，作出在前模型加上極少數(shù)情況下電池的總反應(yīng)不是化學(xué)過程的說明?；诠腆w電解質(zhì)燃料電池原型，證據(jù)推理原電池中不一定要有電解質(zhì)溶液，但一定存在離子導(dǎo)體，作出在前模型將電解質(zhì)溶液修正為離子導(dǎo)體。最終原電池模型為：原電池兩極區(qū)之間有鹽橋或離子交換膜，工作時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，外電路中有電子流，內(nèi)電路有離子流，通過電極反應(yīng)在電極上實現(xiàn)電子流和離子流轉(zhuǎn)換形成閉合的電荷環(huán)流，極少數(shù)情況下電池總反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)，甚至表觀看來沒有化學(xué)反應(yīng)。

（三）以證據(jù)推理為基礎(chǔ)建構(gòu)模型認(rèn)知的過程及示例

以圖3建構(gòu)模型認(rèn)知的過程，對“酸與堿反應(yīng)生成鹽和水”建模，過程如表2。

當(dāng)然，化學(xué)中的歸納一定是不完全的，但這并不要緊，當(dāng)擴(kuò)大范圍應(yīng)用該反應(yīng)規(guī)律出錯或無法應(yīng)用時，就可對更大范圍內(nèi)的更多結(jié)論進(jìn)行模型認(rèn)知，以形成應(yīng)用范圍更廣的模型，比如形成復(fù)分解反應(yīng)的模型等。

（四）以證據(jù)推理為基礎(chǔ)建構(gòu)模型認(rèn)知的探究過程及示例

以圖4證據(jù)推理為基礎(chǔ)建構(gòu)模型認(rèn)知的過程，對標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體摩爾體積探究過程如表3 。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知是高中化學(xué)核心素養(yǎng)5個要素之一，與其他要素的結(jié)構(gòu)關(guān)系可總結(jié)為圖5的四面體結(jié)構(gòu)，其中“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(rèn)知”3個要素分別處于四面體底座的3個角，“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識” 要素處于四面體結(jié)構(gòu)中心，而“科學(xué)精神與社會責(zé)任” 這個要素則處于四面體最高點，連線表示了它們之間的聯(lián)系。其中，作為化學(xué)中思維方式的“證

據(jù)推理與模型認(rèn)知”，在展開思維活動時是把作為化學(xué)核心概念和觀念的“宏觀辨識與微觀探析、變化思想與平衡觀念”作為重要依據(jù)在使用的。創(chuàng)新意識是科學(xué)探究的動力，科學(xué)探究是認(rèn)識世界的手段和方法，在科學(xué)探究的各個環(huán)節(jié)充滿了思維活動，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”方式的思維活動在其中起著重大作用。因此學(xué)習(xí)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”要素，首先要注意不可割裂理解證據(jù)推理與模型認(rèn)知，其次它們都離不開科學(xué)探究和問題解決的過程，也離不開化學(xué)核心觀念和概念。這種基于核心素養(yǎng)要素之間的有機(jī)聯(lián)系，進(jìn)行“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的自身及與其他要素融合學(xué)習(xí)的想法是值得大家研究的。

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