化學(xué)學(xué)習(xí)中的證據(jù)推理及其教學(xué)組織

【摘 要】化學(xué)核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理”實(shí)質(zhì)是“基于證據(jù)的推理”，其證據(jù)可以是直接或間接獲取的事實(shí)材料，也可以是“已知的判斷”?！白C據(jù)推理”既可以是利用證據(jù)形成相應(yīng)的推理，也可以是利用證據(jù)對(duì)假設(shè)進(jìn)行證實(shí)或證偽?；瘜W(xué)學(xué)科應(yīng)該注重證據(jù)推理的教學(xué)組織，在促進(jìn)學(xué)生形成證據(jù)推理能力的同時(shí)，全面提升他們的思維品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)學(xué)科；核心素養(yǎng)；證據(jù)推理；思維品質(zhì)

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2018）75-0053-02

【作者簡(jiǎn)介】黃云霞，江蘇省南通中學(xué)（江蘇南通，226001）教師，高級(jí)教師，南通市學(xué)科帶頭人。

一、“證據(jù)推理”釋義

在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)”）提出的以全面發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為主旨的課程目標(biāo)體系中，化學(xué)核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)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”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等5個(gè)方面?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，其理論體系是無數(shù)科學(xué)家通過對(duì)相關(guān)事實(shí)材料的概括，并進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理而逐漸構(gòu)建起來的。顯然，化學(xué)核心素養(yǎng)范疇的“證據(jù)推理”，其涵義與學(xué)界所指的“不確定推理理論”[1]有明顯的不同。

從字面上看，“證據(jù)推理”由“證據(jù)”和“推理”兩個(gè)詞組成。其中，“證據(jù)”是能夠證明某事物真實(shí)性的有關(guān)事實(shí)或材料；“推理”是思維的一種基本形式，具體指由一個(gè)或幾個(gè)已知判斷（前提）推出新判斷（結(jié)論）的過程。所以，化學(xué)核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理”應(yīng)該是“基于證據(jù)的推理”，具體表現(xiàn)為依據(jù)有關(guān)事實(shí)或材料推出相應(yīng)的判斷或結(jié)論，從而實(shí)現(xiàn)問題解決或獲得新的知識(shí)。也正因?yàn)槿绱?，化學(xué)學(xué)習(xí)中對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及其變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，都是建立在有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等事實(shí)材料基礎(chǔ)上的。

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”中的“模型認(rèn)知”，也由“模型”和“認(rèn)知”兩個(gè)詞組成。其中，“認(rèn)知”是指人類認(rèn)識(shí)客觀事物、獲得知識(shí)的活動(dòng)；“模型”可以看作是“認(rèn)知模型”的簡(jiǎn)稱。也就是說，“模型認(rèn)知”可以理解為按照某種“認(rèn)知模型”進(jìn)行的認(rèn)知。化學(xué)科學(xué)在揭示物質(zhì)性質(zhì)及其變化規(guī)律的過程中，離不開“證據(jù)推理”或“基于證據(jù)的推理”的認(rèn)知途徑。因此，“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。換言之，“證據(jù)推理”從屬于“模型認(rèn)知”，是“模型認(rèn)知”的一種形式。[2]

二、證據(jù)來源及其功能

關(guān)于“證據(jù)推理”的課程目標(biāo)，2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)中的闡釋是“初步學(xué)會(huì)收集各種證據(jù)，對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)；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”。可見，“證據(jù)推理”的首要任務(wù)是“收集各種證據(jù)”。只有這樣，才能在相關(guān)證據(jù)的基礎(chǔ)上“進(jìn)行分析推理”，形成相應(yīng)結(jié)論，或?qū)崿F(xiàn)對(duì)有關(guān)假設(shè)的證實(shí)和證偽。

不同的學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)證據(jù)有不同的描述方式和分類標(biāo)準(zhǔn)，但它首先應(yīng)該是事實(shí)材料?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中的事實(shí)材料，可以來自學(xué)習(xí)者對(duì)生活或自然現(xiàn)象的觀察，如露置潮濕空氣中的鐵件容易生銹、火山噴發(fā)口有臭雞蛋氣味并存在硫黃。而獲得事實(shí)材料的主要途徑應(yīng)該是在教師的組織下操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象。如硫在氧氣中燃燒發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰、放出大量的熱、生成有刺激性氣味的氣體。在條件受限的情況下，有關(guān)事實(shí)材料也可以通過觀察實(shí)驗(yàn)視頻來獲取，甚至還可以從教材、資料或試題等文本信息中獲取，以供學(xué)習(xí)或解決相關(guān)問題之需要。

從有關(guān)推理以及推理能力的界定看，除了可以以事實(shí)材料為證據(jù)進(jìn)行推理外，推理還可以以“已知的判斷”為證據(jù)。而且“在科學(xué)研究活動(dòng)中進(jìn)行，并根據(jù)以科學(xué)知識(shí)、科學(xué)規(guī)律以及科學(xué)技術(shù)手段為支撐的科學(xué)證據(jù)得出科學(xué)結(jié)論，是科學(xué)推理有別于一般性推理的顯著特征”[3]。因此，化學(xué)學(xué)習(xí)中的證據(jù)也可以是“已知的判斷”，這時(shí)的推理就是從一個(gè)或多個(gè)已知判斷推出新判斷的過程，具體包括從一般到具體的演繹推理、從具體到一般的歸納推理以及從具體到具體的類比推理。

化學(xué)學(xué)習(xí)中的證據(jù)首先用于分析推理，以獲得對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及其變化規(guī)律的新認(rèn)識(shí)。如根據(jù)鈉與水反應(yīng)時(shí)“浮、熔、游、嘶、紅”等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已有知識(shí)進(jìn)行有關(guān)推理，可以得到鈉的密度比水小、熔點(diǎn)比水的沸點(diǎn)低等物理性質(zhì)。對(duì)鈉與水反應(yīng)時(shí)速率快、產(chǎn)物是氫氧化鈉和氫氣并能放出大量的熱等化學(xué)性質(zhì)形成相應(yīng)的判斷，從而獲得有關(guān)鈉的知識(shí)。同時(shí)化學(xué)學(xué)習(xí)中的證據(jù)還具有對(duì)相關(guān)假設(shè)的證實(shí)或證偽功能。如在學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律的過程中，可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子的重新組合形成相應(yīng)的假說，然后用封閉體系中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證實(shí)假說，再用開放體系中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“證偽”假說并引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，最后通過全面分析使學(xué)生對(duì)質(zhì)量守恒定律形成更深刻的認(rèn)識(shí)。

三、證據(jù)推理的教學(xué)組織

化學(xué)學(xué)習(xí)中證據(jù)推理的實(shí)例很多。如關(guān)于鈉與水的反應(yīng)，在燒杯實(shí)驗(yàn)中觀察到“浮、熔、游、嘶、紅”等現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，要判斷氣體產(chǎn)物是什么，可以有兩種推理思路。一是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，增加點(diǎn)燃?xì)怏w產(chǎn)物的操作，讓學(xué)生依據(jù)“可以燃燒”的事實(shí)材料，進(jìn)行證據(jù)推理；二是啟發(fā)學(xué)生利用“氧化還原反應(yīng)過程中得失電子數(shù)相等”進(jìn)行推理。燒杯中溶液能使酚酞變紅色是生成了氫氧化鈉，鈉元素化合價(jià)升高失去電子，由于鈉是金屬元素，反應(yīng)中只能失去電子，水中的氧元素是最低價(jià)態(tài)，也只能失去電子，所以反應(yīng)中得到電子的只能是水中的氫元素，這樣氣體產(chǎn)物是水中的氫元素得到電子以后所形成的氫氣。

分析鈉與水反應(yīng)氣體產(chǎn)物的兩種思路有明顯的不同。前者是典型的證據(jù)推理，后者是根據(jù)氧化還原反應(yīng)的模型進(jìn)行認(rèn)知；前者的證據(jù)是事實(shí)材料，后者的證據(jù)是已知判斷。這兩種推理方式的結(jié)合，能夠從證據(jù)推理與模型認(rèn)知、事實(shí)材料與已知判斷相融合的角度，促進(jìn)學(xué)生形成證據(jù)推理的能力，同時(shí)能提升學(xué)生思維的廣闊性和靈活性。在質(zhì)量守恒定律的教學(xué)中，對(duì)于相應(yīng)的假說，封閉體系中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的證實(shí)與開放體系中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的“證偽”所引發(fā)的深入思考，又能使學(xué)生在證據(jù)推理能力的基礎(chǔ)上，提升思維的邏輯性和深刻性。

總之，化學(xué)學(xué)科應(yīng)該注重證據(jù)推理的教學(xué)，通過證據(jù)推理與模型認(rèn)知、事實(shí)材料與已知判斷、假設(shè)證實(shí)與假設(shè)證偽、間接證據(jù)與直接證據(jù)等相互之間的融合，促進(jìn)學(xué)生證據(jù)推理能力的形成，全面提升他們的思維品質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]任唯，劉東方.科學(xué)推理能力的構(gòu)成及其考查研究[J].化學(xué)教學(xué)，2015（03）.