楊梅 莫尊理

摘要： 證據(jù)推理是科學(xué)思維的一種高級形式，也是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成內(nèi)容?；谧C據(jù)推理的內(nèi)涵、基本形式、教學(xué)模式及其要素的分析，提出通過“應(yīng)用證據(jù)推理的教學(xué)模式、在情境體驗(yàn)中培養(yǎng)證據(jù)意識、在‘假設(shè)檢驗(yàn)和‘假設(shè)創(chuàng)造活動中凸顯推理思維、在問題解決中強(qiáng)化結(jié)論應(yīng)用”培養(yǎng)證據(jù)推理，旨在落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提升學(xué)生證據(jù)推理能力及復(fù)雜性思維能力。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 證據(jù)推理; 培養(yǎng)路徑

文章編號： 10056629（2022）06000305

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

18世紀(jì)，人們對于不確定、不精確、不完整信息的有效處理提出了不確定推理問題[1]，其中，證據(jù)推理既可靈活處理不確定信息，又可有效融合定量信息和定性知識[2]。20世紀(jì)初，Wigmore在證據(jù)法學(xué)的語境下區(qū)分了證據(jù)法研究與證明過程的研究[3]，1967年，Dempster首次提出證據(jù)推理，Shafer將其推廣并形成證據(jù)推理理論，稱為Dempster-Shafer理論[4]。在教育學(xué)領(lǐng)域，“推理”一詞來自皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論。他認(rèn)為在形式運(yùn)算階段，兒童思維已經(jīng)超越了對具體的、可感知事物的依賴，使形式從內(nèi)容中解脫出來，促進(jìn)形象思維向推理、論證等抽象思維的轉(zhuǎn)變[5]?！白C據(jù)推理”作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，要求學(xué)生以尊重事實(shí)和證據(jù)為前提，基于證據(jù)提出假設(shè)，通過分析、推理得出結(jié)論[6]，培養(yǎng)學(xué)生“從宏觀與微觀相結(jié)合的視角認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)相聯(lián)系的視角表征物質(zhì)變化的原因，從變化與平衡相統(tǒng)一的視角揭示物質(zhì)變化的規(guī)律”等化學(xué)學(xué)科思維方式。本研究基于證據(jù)推理的內(nèi)涵、基本形式、教學(xué)模式及其要素，提出證據(jù)推理的培養(yǎng)路徑，旨在促進(jìn)“證據(jù)推理”學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)于化學(xué)課堂教學(xué)。

1 證據(jù)推理的內(nèi)涵

1.1 證據(jù)推理的含義

“證據(jù)推理”是個合成詞，“證據(jù)”一詞源自法律，“推理”一詞源自邏輯學(xué)。在哲學(xué)層面，思考的過程主要是人與證據(jù)之間的對話、人與人之間的對話，以及研究者自我對話的過程。沈兆剛認(rèn)為證據(jù)推理是生動地、直接地感知周圍世界中的形象、畫面、現(xiàn)象和事物，并進(jìn)行邏輯分析，尋找因果關(guān)系，獲取新知識的思維訓(xùn)練過程[7]。在邏輯學(xué)層面，證據(jù)推理指的是“在掌握證據(jù)的基礎(chǔ)上推理出新的命題”，即證據(jù)推理的起點(diǎn)是證據(jù)、終點(diǎn)是結(jié)論，進(jìn)行證據(jù)推理就是建構(gòu)二者之間的邏輯關(guān)系[8]。在科學(xué)學(xué)習(xí)層面，羅瑪認(rèn)為“證據(jù)推理”屬于“科學(xué)推理”的范疇，科學(xué)推理的本質(zhì)是普適的科學(xué)推理技能和科學(xué)探究過程，證據(jù)推理更突出強(qiáng)調(diào)“證據(jù)”，重視證據(jù)意識，識別、轉(zhuǎn)換、形成證據(jù)的過程[9]。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中將“證據(jù)推理”解釋為具有證據(jù)意識，建立“證據(jù)推理結(jié)論”之間的邏輯關(guān)系，基于證據(jù)提出假設(shè)，通過推理加以證實(shí)或證偽，或依據(jù)證據(jù)從不同視角推出合理結(jié)論[10]。

綜上所述，從本質(zhì)上來看，證據(jù)推理是根據(jù)某一判斷得出另一判斷的思維過程。從形式上來看，證據(jù)推理表現(xiàn)為判斷與判斷的聯(lián)結(jié)[11]。從推理取向來看，證據(jù)推理包含兩個方面： 一是利用證據(jù)證實(shí)或證偽假設(shè)，即“假設(shè)檢驗(yàn)”;二是根據(jù)證據(jù)推理得出科學(xué)結(jié)論，即“假設(shè)創(chuàng)造”[12]。從范疇來看，證據(jù)推理是強(qiáng)調(diào)證據(jù)的特殊科學(xué)推理。因此，證據(jù)推理指的是學(xué)生以其經(jīng)驗(yàn)或科學(xué)知識為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)習(xí)材料，識別、轉(zhuǎn)換或推演問題情境及已有知識經(jīng)驗(yàn)，形成已知判斷，基于已有判斷提出猜想，多方收集證據(jù)，設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，對假設(shè)進(jìn)行證明或創(chuàng)造，從而獲取新知、解決問題、得出目標(biāo)概念的深度思維過程[13]。

許多學(xué)者及教育實(shí)踐者會將“推理”和“論證”混用。雖然，論證依賴于推理，但是，兩者在其思維活動的進(jìn)程、復(fù)雜性、性質(zhì)判斷等方面存在差異，具體如表1所示[14]。

1.2 證據(jù)推理的基本形式

證據(jù)推理是一種過程性的思維活動，證據(jù)作為它的前提判斷，也是推理的依據(jù)，由前提推導(dǎo)出來的判斷稱為推理的結(jié)論，兩個判斷之間存在著一定的邏輯性，而判斷間的這種邏輯關(guān)系構(gòu)成了推理形式。按照思維的進(jìn)程和推理結(jié)論是否具有必然性，可以將推理分為類比推理、演繹推理和歸納推理[15];根據(jù)觀察對象的個數(shù)及是否存在進(jìn)一步觀察，可以將推理分為歸納推理和溯因推理。因此，證據(jù)推理的基本類型包括歸納推理、演繹推理、類比推理和溯因推理，它們各自相對獨(dú)立，均有獨(dú)特的推理模式，主要區(qū)別如表2所示[16～18]。

在實(shí)際課堂中，教師基于自身經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用歸納、演繹、類比、溯因等推理形式進(jìn)行教學(xué)的案例比比皆是，但是，對于“不同推理形式的教學(xué)模式適用于哪種類型的教學(xué)內(nèi)容？如何應(yīng)用于具體教學(xué)過程？”等問題的研究卻鳳毛麟角。譬如，有研究通過對教學(xué)中常見的質(zhì)料類推、形式類推、模型類推中具體事例“反?！爆F(xiàn)象的分析和討論，認(rèn)為在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)慎用類比推理[19]。也有研究結(jié)合實(shí)例介紹了三段論演繹推理法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及作用[20]，這些研究是化學(xué)教學(xué)從經(jīng)驗(yàn)走向循證的有效路徑，也是化學(xué)教學(xué)科學(xué)性的有力支撐。

2 化學(xué)教學(xué)中證據(jù)推理素養(yǎng)的培養(yǎng)路徑

教學(xué)模式指的是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下，為完成特定教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)特定教學(xué)目標(biāo)所建立起來的較為穩(wěn)定的、突出從宏觀上把握教學(xué)活動整體及各要素之間內(nèi)部關(guān)系的教學(xué)活動框架，以及突出教學(xué)模式的有序性和可操作性的教學(xué)程序[21]。因此，教學(xué)模式包含了教學(xué)要素及其關(guān)系。通過應(yīng)用證據(jù)推理教學(xué)模式，把握證據(jù)推理的要素及注意點(diǎn)，培養(yǎng)證據(jù)推理能力。

2.1 應(yīng)用證據(jù)推理EBR教學(xué)模式

Brown等人簡化了Toulmin的論證模式，提出證據(jù)推理框架，簡稱EBR框架，如圖1所示。其中“數(shù)據(jù)”（data）是推理的基礎(chǔ)，是過去或現(xiàn)在觀察到的、可支持證據(jù)的系列事實(shí);“分析”（analysis）是將數(shù)據(jù)的觀察結(jié)果聯(lián)系起來，產(chǎn)生一份證據(jù)陳述的過程;“證據(jù)”（evidence）表示個體觀察所得的關(guān)系，包括一些支持的證據(jù)和反證的證據(jù);“解釋”（interpretation）是對證據(jù)的概括;“規(guī)則”（rules）是前提和結(jié)論之間的聯(lián)系，證明了結(jié)論是如何從前提得到的，是描述普遍性、一般性關(guān)系的語句;“前提”（premise）是由一個或多個陳述組成，描述特定的情況作為輸入，將導(dǎo)致結(jié)論所描述的結(jié)果;“應(yīng)用”（application）是根據(jù)前提所描述的信息和規(guī)則所描述的關(guān)系，確立結(jié)論的可能性或必要性;“結(jié)論”（claim）是關(guān)于未來所做事情的預(yù)測、過去所做事情的觀察或現(xiàn)在所做事情的總結(jié)的一個特定結(jié)果或狀態(tài)，是特定于前提所定義的單一情況的集合[22]。387C1BFC-8CFB-4BFB-A78B-E2E3B7F59AB1

EBR框架通過前提和數(shù)據(jù)兩種輸入，基于證據(jù)和規(guī)則進(jìn)行“分析、解釋和應(yīng)用”三步處理，輸出科學(xué)結(jié)論。譬如，在“基于微粒觀的離子反應(yīng)多元探究”中，以EBR框架解決“AgNO3和NaBr溶液能否發(fā)生反應(yīng)”這一問題，學(xué)生根據(jù)“常溫下，AgCl為白色固體，溶解度為1.9×10-3g，AgBr為淡黃色固體，溶解度為1.9×10-5g”的數(shù)據(jù)，通過二者溶解度數(shù)值的比較分析，得到“AgCl的溶解度大于AgBr的溶解度”的證據(jù)，作出“在相同條件下，所溶解的AgCl的質(zhì)量大于所溶解的AgBr的質(zhì)量”的解釋，形成“溶解度越小越容易沉淀，溶解度越大越容易溶解，以及有沉淀生成的復(fù)分解反應(yīng)能夠發(fā)生”的規(guī)則，并基于“AgCl是沉淀”的前提，推出“AgBr也是沉淀”的應(yīng)用，設(shè)計(jì)并實(shí)施NaBr和AgNO3的混合實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)有淡黃色沉淀生成，得出“AgNO3和NaBr能夠發(fā)生反應(yīng)，并且反應(yīng)生成AgBr和NaNO3”的結(jié)論。在此過程中，學(xué)生將事實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)形成證據(jù)，對證據(jù)進(jìn)行概括生成一般性關(guān)系的規(guī)則，再結(jié)合前提和規(guī)則得出結(jié)論，在思維過程的外顯中培養(yǎng)證據(jù)推理意識。

2.2 應(yīng)用科學(xué)探究中的證據(jù)推理教學(xué)模式

楊玉琴等從科學(xué)探究的歷程出發(fā)，提出了“科學(xué)探究過程及證據(jù)推理”的教學(xué)模式，如圖2所示。基于情境發(fā)現(xiàn)問題，再根據(jù)已有的資料、數(shù)據(jù)或知識等證據(jù)對問題形成假設(shè)，搜集證據(jù)，根據(jù)進(jìn)一步的資料、數(shù)據(jù)等證據(jù)對假設(shè)進(jìn)行證實(shí)或證偽，最終獲得結(jié)論[23]。

譬如，在“基于微粒觀的離子反應(yīng)的多元探究”中，要解決“AgNO3和NaBr溶液反應(yīng)實(shí)質(zhì)是什么，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明”這一問題，學(xué)生已知“硝酸銀和溴化鈉溶于水，可以電離出Ag+、 NO-3、 Na+和Br-”，提出“Ag+和Br-反應(yīng)生成AgBr，NO-3和Na+反應(yīng)生成NaNO3;Ag+和Br-反應(yīng)生成AgBr，NO-3和Na+不發(fā)生反應(yīng);Ag+和Br-不發(fā)生反應(yīng)，NO-3和Na+反應(yīng)生成NaNO3;都不發(fā)生反應(yīng)”等假設(shè)，又因?yàn)榛旌现笥械S色沉淀生成，且NaNO3為強(qiáng)電解質(zhì)，在溶液中以NO-3和Na+的形式存在，所以AgNO3和NaBr溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為Ag++Br-AgBr↓，至此，對假設(shè)進(jìn)行修正。再通過離子檢測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)，得出結(jié)論。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)提出假設(shè)、通過循證對假設(shè)進(jìn)行證實(shí)或證偽的能力，體現(xiàn)了科學(xué)求真精神與評判質(zhì)疑能力。

2.3 應(yīng)用證據(jù)推理的三要素教學(xué)模式

2017年，中國化學(xué)學(xué)會對證據(jù)推理素養(yǎng)進(jìn)行了解析，認(rèn)為證據(jù)推理包括“證據(jù)、推理思路與推理結(jié)論”三大要素。其中，證據(jù)是支持推理結(jié)論的事實(shí);推理思路是經(jīng)過分析與綜合做出邏輯判斷的過程。推理思路的形成會隨著推理任務(wù)和推理類型的不同而發(fā)生改變;在問題解決的過程中可以對該問題進(jìn)行解釋，得到結(jié)論，就是推理結(jié)論。不同的推理任務(wù)、推理思路以及證據(jù)，會產(chǎn)生不同的推理結(jié)論[24]。

譬如，在“基于微粒觀的離子反應(yīng)的多元探究”中，要解決“如何從微粒的角度驗(yàn)證反應(yīng)實(shí)質(zhì)為Ag++Br-AgBr↓”這一問題，其中證據(jù)為具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。推理思路是基于定量實(shí)驗(yàn)思想，分別檢驗(yàn)Ag+和Br-能否反應(yīng)生成AgBr，NO-3和Na+能否反應(yīng)生成NaNO3，首先，取第一次實(shí)驗(yàn)后的上層清液，繼續(xù)向其中滴加AgNO3溶液，沒有明顯現(xiàn)象，說明Br-已經(jīng)消耗完了，因此，是Ag+和Br-反應(yīng)生成AgBr沉淀;其次，學(xué)生經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有認(rèn)知范圍內(nèi)既無法用物理方法，也無法用化學(xué)方法檢驗(yàn)NO-3和Na+能否發(fā)生反應(yīng)，教師提供鈉離子計(jì)傳感技術(shù)，通過溶液中鈉離子濃度判斷鈉離子是否參與反應(yīng)，最終得出NO-3和Na+不發(fā)生反應(yīng)。推理結(jié)論為“AgNO3和NaBr能夠發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)實(shí)質(zhì)： Ag++Br-AgBr↓，Na+和NO-3不參加反應(yīng)”。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，形成證據(jù)推理思路，得出結(jié)論的能力。

除此之外，也有學(xué)者提出解題過程中證據(jù)推理的要素及教學(xué)模式、證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)要素及教學(xué)模式、證據(jù)推理邏輯化模型、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中證據(jù)推理的線性模型和循環(huán)模型等[25]。各個證據(jù)推理教學(xué)模式具有一定的教學(xué)指導(dǎo)價值，但也存在一些問題，證據(jù)服務(wù)于推理過程，推理思路決定推理結(jié)論，對于證據(jù)及其類型的研究已比較成熟，而對于推理思路的研究只限于某一節(jié)課。因此，無論是一線教師、學(xué)生，還是教育研究者，都會困惑于某一主題問題解決過程中的推理思路，并試圖將其外顯成一種程序性知識，著力把證據(jù)推理教學(xué)思想變成教學(xué)思路，把思路變成解決問題的方法，使師生更加明確推理的思維過程，為今后復(fù)雜性問題的解決提供思考的角度。

3 使用證據(jù)推理的要素及注意點(diǎn)

邏輯學(xué)中的“推理”包括“結(jié)論”“前提”和“推理指示詞”三個要素，結(jié)論是論證中被理由支持的那個斷言，前提是被提出來作為結(jié)論理由的斷言，推理指示詞指的是給結(jié)論和前提插上“小旗子”，包括結(jié)論指示詞和前提指示詞[26]。同時，結(jié)合證據(jù)推理的各種模式，我們認(rèn)為證據(jù)推理的核心要素包括“證據(jù)、推理、結(jié)論”，證據(jù)是基礎(chǔ)，服務(wù)于推理過程;推理是核心環(huán)節(jié)，決定推理結(jié)論;結(jié)論是目標(biāo)，影響推理思路，又是新的證據(jù)[27]。

首先，在情境體驗(yàn)中培養(yǎng)證據(jù)意識。證據(jù)意識是學(xué)習(xí)者對于證據(jù)的認(rèn)識和反映，包括“證據(jù)如何收集、選擇、組織和評估”。關(guān)于證據(jù)的收集，一是認(rèn)識證據(jù)類型，從表現(xiàn)形式劃分為“數(shù)據(jù)、文本信息、經(jīng)驗(yàn)、圖像、圖表、實(shí)物、實(shí)驗(yàn)、史料和模型”等，從學(xué)科本質(zhì)劃分為“宏觀證據(jù)、微觀證據(jù)和符號證據(jù)”，從定性定量劃分為“定性證據(jù)和定量證據(jù)”，從呈現(xiàn)方式劃分為“直接證據(jù)和間接證據(jù)”，從來源劃分為“基于實(shí)驗(yàn)、調(diào)研、測量、查閱所獲得的‘?dāng)?shù)據(jù)證據(jù)”和“分析已有認(rèn)知所獲得的‘知識證據(jù)”等;二是建立證據(jù)庫，這些證據(jù)不是簡單的并列關(guān)系，證據(jù)的有效使用必須依附學(xué)生原有認(rèn)知，將證據(jù)與個人經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)起關(guān)聯(lián)，形成個性化的證據(jù)庫，再通過探究性練習(xí)，多角度認(rèn)識證據(jù)之間的聯(lián)系，形成證據(jù)鏈，豐富證據(jù)庫。關(guān)于證據(jù)的選擇和組織，即“在新情境中準(zhǔn)確判斷問題的邏輯關(guān)系，識別問題中隱含的證據(jù)，與已有認(rèn)知建立聯(lián)系，調(diào)用、整合、重組相關(guān)證據(jù)，與問題形成聯(lián)結(jié)”。關(guān)于證據(jù)的評估，包括“證據(jù)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、充分性”等四個方面[28]。387C1BFC-8CFB-4BFB-A78B-E2E3B7F59AB1

其次，在“假設(shè)檢驗(yàn)”和“假設(shè)創(chuàng)造”活動中凸顯推理思維。證據(jù)推理思維是關(guān)于“如何進(jìn)行證據(jù)推理”的思考，是化學(xué)教學(xué)中證據(jù)推理的條理脈絡(luò)。化學(xué)教學(xué)中證據(jù)推理即為“始于問題，基于證據(jù)的假設(shè)檢驗(yàn)或假設(shè)創(chuàng)造過程”，基于證據(jù)提出假設(shè)的關(guān)鍵是將一般性問題轉(zhuǎn)化為具有可測變量的化學(xué)問題，再通過控制變量思維設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、做出猜想;基于實(shí)驗(yàn)證實(shí)或證偽假設(shè)的關(guān)鍵在于無關(guān)變量的控制、實(shí)驗(yàn)變量的操作和因變量的測量，從實(shí)驗(yàn)試劑和儀器裝置兩個方面控制實(shí)驗(yàn)條件是多角度收集正確、充分、多樣的證據(jù)的基礎(chǔ)[29];假設(shè)創(chuàng)造過程的關(guān)鍵在于關(guān)注異?，F(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)基于實(shí)驗(yàn)探究制造認(rèn)知沖突，通過改造相近原型重組已有知識，或以某種情況替代原有情況轉(zhuǎn)換研究思路、方法、原理，在證據(jù)和問題之間產(chǎn)生新的聯(lián)結(jié)，通過新的概念來解釋舊的假設(shè)或提出新的假設(shè)。

最后，在問題解決中強(qiáng)化結(jié)論應(yīng)用?；谧C據(jù)推理所得的科學(xué)結(jié)論又以真實(shí)情境的問題解決為媒介，情境、問題、知識、能力之間通過聯(lián)想、求證、推理建立相互聯(lián)系，拓展解決問題的思路和方法，結(jié)論又通過外顯化、觀念化和結(jié)構(gòu)化得以強(qiáng)化，強(qiáng)化后的知識、方法、思路、策略又可作為新的證據(jù)應(yīng)用于新一輪的問題解決中。另外，證據(jù)推理所得結(jié)論要具有客觀性、多樣性、關(guān)聯(lián)性，以證據(jù)為前提、客觀事實(shí)的觀察為基礎(chǔ)、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施為保障，得到并列平行的諸多答案，培養(yǎng)發(fā)散性思維[30]。在“證據(jù)推理結(jié)論”的教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生收集證據(jù)、整合證據(jù)、運(yùn)用證據(jù)、評估證據(jù)、優(yōu)化證據(jù)的意識和能力，形成多角度考慮問題的習(xí)慣，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的證據(jù)推理思維模型，強(qiáng)化結(jié)論的遷移運(yùn)用，有利于學(xué)生在高級的、復(fù)雜的綜合性創(chuàng)造活動中，以新穎而有效的方法，運(yùn)用創(chuàng)造力和反思評判能力對復(fù)雜情境的問題進(jìn)行創(chuàng)造性的解決。

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