顏肖肖 林海斌 葉躍娟

摘要： 證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要思維方式，其內(nèi)涵包括證據(jù)意識的水平、證據(jù)搜集的能力、證據(jù)加工的層次等維度。將證據(jù)推理落實(shí)于課堂教學(xué)的具體環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對化學(xué)知識的認(rèn)識更理性，對化學(xué)方法的運(yùn)用更科學(xué)，讓化學(xué)思維的空間更廣闊，從而打造富有詩意又兼具理性的化學(xué)課堂。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué); 氨基酸; 證據(jù)意識; 證據(jù)搜集; 證據(jù)推理

文章編號： 1005-6629（2021）12-0030-06

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要思維方式，被納入化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，證據(jù)推理的內(nèi)涵是“具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè);通過分析推理加以證實(shí)或證偽;建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系;知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系”[1]?？梢?，證據(jù)推理參與了科學(xué)探究活動(dòng)的諸多環(huán)節(jié)（見圖1），是假設(shè)的建立、證據(jù)的搜集、結(jié)論的形成、觀點(diǎn)的提煉等環(huán)節(jié)重要的思維形式，成為科學(xué)探究的關(guān)鍵思維內(nèi)核。

理性的化學(xué)課堂不僅關(guān)注化學(xué)知識本身，更關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)和探索化學(xué)知識的認(rèn)識視角、思維方法和實(shí)踐方式，從而真正凸顯化學(xué)知識建構(gòu)過程中的認(rèn)識思路和思維過程?；谧C據(jù)推理的化學(xué)課堂，要讓學(xué)生疑問有依、論證有據(jù)，懂得證據(jù)及其搜集并將其轉(zhuǎn)化為解決問題的有效手段，從而切實(shí)提升推理能力。在“五味雜陳的氨基酸”（選擇性必修3[2，3]）的教學(xué)中，筆者嘗試了基于證據(jù)推理的教學(xué)（見表1），收到了較好的效果。

1 拓寬思路，證據(jù)意識能動(dòng)化

證據(jù)意識是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中潛移默化地重視證據(jù)并自覺地運(yùn)用證據(jù)的心理覺悟。幫助學(xué)生發(fā)展證據(jù)意識，不僅可以訓(xùn)練思維、活化思考方式，還蘊(yùn)含著更深層次的求真態(tài)度和科學(xué)精神。在證據(jù)意識的指引下，學(xué)生才能言之有理、論之有據(jù)，全面發(fā)展科學(xué)的理性思維。

1.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，活化證據(jù)意識

萬有引力的發(fā)現(xiàn)正是牛頓對于“蘋果落地”引發(fā)的思考與研究，合適的問題情境是學(xué)生開展探究并在實(shí)踐中獲取知識的源泉。學(xué)習(xí)“氨基酸”之初，用“味精有害嗎”這一熱議的健康話題創(chuàng)設(shè)情境。

師： 你家里做菜用味精嗎？

生1： 用，可以提鮮。

生2： 不用，我媽說味精吃了不好，我家用雞精或海鮮醬油提鮮。

生3： 我家不用，雞鴨魚肉做出來味道本來就很鮮了。

師： 網(wǎng)上流傳：“攝食味精有害健康”，是真的嗎？作為化學(xué)學(xué)習(xí)者應(yīng)如何思考呢？……

這一情境既能激起學(xué)生對社會生活的關(guān)注，也能激發(fā)對“味精”更深入的思考，如味精究竟是什么？如何產(chǎn)生或生產(chǎn)的？在體內(nèi)如何轉(zhuǎn)化？……可見，這一情境活化了學(xué)生的問題意識和證據(jù)意識，讓學(xué)生從化學(xué)學(xué)科的特有視角尋找破解問題的證據(jù)，在求證和論證的過程中逐步建構(gòu)新知識。

1.2 優(yōu)化信息呈現(xiàn)，深化證據(jù)意識

高效的課堂應(yīng)該是學(xué)生基于已有的認(rèn)知水平發(fā)現(xiàn)問題并嘗試解決問題，在互動(dòng)中質(zhì)疑或認(rèn)同，不斷地尋求證據(jù)進(jìn)行證實(shí)或證偽，反思論證方法的科學(xué)性和結(jié)論的可靠性，經(jīng)一輪又一輪的論證、一步又一步的打磨最終解決問題，形成新的認(rèn)識。在這一過程中，教師適時(shí)有序地呈現(xiàn)必要信息為學(xué)生進(jìn)行的推理論證提供證據(jù)，既訓(xùn)練思維的嚴(yán)密性和靈活性，又能幫助他們在問題解決過程中體會證據(jù)的原有價(jià)值和論證價(jià)值，進(jìn)而強(qiáng)化并深化證據(jù)意識。

在論證“味精是什么”時(shí)依次呈現(xiàn)表2所示信息，學(xué)生在分析問題的基礎(chǔ)上作出假設(shè)，以呈現(xiàn)信息為證據(jù)逐步逼近事實(shí)的真相并最終解決問題，這正是由于證據(jù)意識根植于學(xué)生腦海之中并不斷生根發(fā)芽而深化的體現(xiàn)。

1.3 借助實(shí)驗(yàn)事實(shí)，強(qiáng)化證據(jù)意識

用事實(shí)說話，用實(shí)驗(yàn)證明（證實(shí)或證偽）。用與問題直接對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)作證據(jù)，可增強(qiáng)證據(jù)的可靠性和關(guān)聯(lián)度，從而將證據(jù)意識提升至更高的水平，并為后續(xù)的推理論證及結(jié)論的形成提供“核心動(dòng)力”。

在“如何由谷氨酸鈉制谷氨酸”的討論（見表3）中，以問題引導(dǎo)學(xué)生思考可能的事實(shí)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以尋找更廣泛的真實(shí)而直觀的證據(jù)，不斷強(qiáng)化證據(jù)意識。

2 豐富渠道，證據(jù)搜集立體化

搜集證據(jù)是證據(jù)推理的首要任務(wù)。就來源而言，證據(jù)既可以是學(xué)過的知識、原理和規(guī)律（知識性證據(jù)），也可以是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其推理分析所得的結(jié)論（事實(shí)性證據(jù)），還可以是來自可靠資料的數(shù)據(jù)、圖表或文本信息（資料性證據(jù)）;就搜集的難易而言，又可分為宏觀證據(jù)、微觀證據(jù);或定量證據(jù)、模型證據(jù)等。教學(xué)中，只有讓學(xué)生置身于陌生復(fù)雜情境中解決真實(shí)問題時(shí)才能有效催生主動(dòng)搜集證據(jù)的行動(dòng)進(jìn)而有效提取證據(jù)。

2.1 問題層次化，挖掘證據(jù)深度

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的要求并結(jié)合學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，圍繞教學(xué)主題在具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)出逐級遞進(jìn)的問題，搭建學(xué)習(xí)路徑，讓梯度化的問題成為學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程中的一個(gè)個(gè)生長點(diǎn)，幫助學(xué)生的認(rèn)知思維向更高水平進(jìn)階，逐步深度挖掘證據(jù)。

“谷氨酸鈉飽和溶液和鹽酸反應(yīng)”分組（共6組）實(shí)驗(yàn)后，只有1組沒有得到白色沉淀。于是針對得到沉淀最多的一組提問（見表4）。

經(jīng)歷上述猜測與討論后，學(xué)生又投入到進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索中尋找證據(jù)。大部分同學(xué)汲取先前經(jīng)驗(yàn)，將所得溶液一分為二進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既便于比對（對照實(shí)驗(yàn)），又可預(yù)防實(shí)驗(yàn)失敗后備用。

用具有邏輯性和層次性的問題引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中不斷地挖掘信息，在認(rèn)識不斷豐富、深入、精致的過程中逐步形成經(jīng)得起推敲的證據(jù)鏈。層次化的問題設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生多角度地把握概念內(nèi)涵，深層次地理解原理本質(zhì)，從而深度挖掘證據(jù)。

2.2 知識結(jié)構(gòu)化，拓寬證據(jù)廣度

知識結(jié)構(gòu)化是指按一定的視角和思路將知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，完善知識間的聯(lián)系，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，便于有效地提取并應(yīng)用知識，從而使證據(jù)形成足以論證的證據(jù)鏈。完善證據(jù)鏈的過程同時(shí)在邏輯上不斷拓寬證據(jù)搜集的廣度，產(chǎn)生更多基于推理的可能證據(jù)，使得證據(jù)更豐富、更扎實(shí)、更直接，便于在具體論證中搜索并調(diào)用有效的直接證據(jù)。

讓學(xué)生通過分組探究實(shí)驗(yàn)得出，以谷氨酸為代表的氨基酸既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)，為兩性有機(jī)物。在分析宏觀現(xiàn)象和探討微觀本質(zhì)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行符號表征，實(shí)現(xiàn)“宏—微—符”三重表征的統(tǒng)一，自主梳理核心知識，并將氨基酸與原有知識中的兩性物質(zhì)如Al（OH）3、HCO-3等建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)從已有無機(jī)物知識到當(dāng)下有機(jī)物研究的類比遷移和實(shí)質(zhì)統(tǒng)整（見圖2），納入并更新原有認(rèn)知體系。

將兩性的氨基酸與兩性的無機(jī)物聯(lián)系起來，可以幫助學(xué)生自主建構(gòu)“在不同pH時(shí)有不同的存在形態(tài)（微粒）”的觀念，促進(jìn)學(xué)生形成理性深邃、系統(tǒng)本質(zhì)層次上的學(xué)科理解，幫助學(xué)生建構(gòu)符合認(rèn)知規(guī)律和科學(xué)邏輯的知識網(wǎng)絡(luò)，形成緊密聯(lián)系、有章可循的知識系統(tǒng)，既有利于減輕記憶負(fù)擔(dān)并提高學(xué)習(xí)效率，更有利于分析和解決問題時(shí)拓寬證據(jù)搜集的廣度并有效提取和科學(xué)運(yùn)用證據(jù)。

2.3 認(rèn)識系統(tǒng)化，強(qiáng)化證據(jù)關(guān)聯(lián)度

知識的日積月累會導(dǎo)致知識間的相互干擾的增多。系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)是在概括、抽象的過程中實(shí)現(xiàn)知識的一般化，把特定問題的研究轉(zhuǎn)化為具有一定普適性的規(guī)律或程序，進(jìn)而建立起一套行之有效、操之有序的問題解決的思維框架，即認(rèn)識思路和認(rèn)知方式的系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的認(rèn)知在一定程度上能幫助學(xué)生在解決問題時(shí)深刻認(rèn)識證據(jù)與問題的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而有效克服認(rèn)識的主觀性和片面性。

為幫助學(xué)生深刻、系統(tǒng)地認(rèn)識氨基酸在不同酸堿度條件下的存在形式，讓學(xué)生根據(jù)下列資料思考： 為什么味精在pH≤3.2及pH>7時(shí)鮮味很低，而在pH為6.5～7時(shí)鮮味最強(qiáng)？

資料： 味精的主要成分為L-谷氨酸鈉，其溶液pH為6.96，會呈現(xiàn)腥味而非鮮味，但與稀食鹽水混合后才呈現(xiàn)鮮味，可能是由于分子中α-NH+3和γ-COO-基團(tuán)之間靜電作用形成類似五元環(huán)結(jié)構(gòu)[圖3（c）]對味覺有鮮味的作用。

由于L-谷氨酸鈉與食鹽稀溶液的pH較為接近，此時(shí)主要以類似五元環(huán)結(jié)構(gòu)存在，鮮味最高;隨著pH減小或增大都會導(dǎo)致α-NH+3和γ-COO-間靜電作用減弱乃至消失而使鮮味降低直至消失[圖3（a）（b）（d）]。

宏觀現(xiàn)象都有與其相對應(yīng)的微觀本質(zhì)。只有在“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的觀念和“類別通性與個(gè)體特性的辯證統(tǒng)一”的認(rèn)識的系統(tǒng)支持下，以“L-谷氨酸鈉在不同pH時(shí)的形態(tài)不同”為證據(jù)，解釋谷氨酸鈉的鮮味程度。同時(shí)在資料分析中認(rèn)識食鹽稀溶液對L-谷氨酸鈉呈現(xiàn)鮮味的調(diào)節(jié)作用，從而理解食鹽的去腥作用，體會物質(zhì)間相互協(xié)同作用的奧妙，領(lǐng)悟合作的重要性。

通過不斷追問，讓學(xué)生的認(rèn)識思路和認(rèn)知方式外顯，實(shí)現(xiàn)問題解決思路的顯性化和認(rèn)識思路的系統(tǒng)化，從而深刻認(rèn)識不同證據(jù)間的聯(lián)系、證據(jù)與問題間直接或間接的關(guān)聯(lián)，從而更靈活高效地搜集并調(diào)用證據(jù)。

3 辯證施教，證據(jù)加工理性化

“玉不琢，不成器”，證據(jù)不經(jīng)加工也往往成不了足以用于證成的證據(jù)。證據(jù)加工過程的本質(zhì)就是推理論證的過程，化學(xué)學(xué)習(xí)中常用的是歸納推理、類比推理和演繹推理。從一般到特殊的演繹推理及從特殊到一般的歸納推理的結(jié)論有較好的可靠性;但不完全歸納推理及由特殊到特殊的類比推理的結(jié)論往往具有猜測性、可錯(cuò)性（見圖4）。

3.1 注重思維的發(fā)散性，擴(kuò)大證據(jù)的可能性

類比是根據(jù)兩個(gè)或兩類對象間某些相同或相似而推斷出它們在其他方面也可能相同或相似的一種推理方法。事物間的相同或相似使類比成為可能，但兩個(gè)事物間的差異又是必然的，這就便于我們通過類比擴(kuò)大證據(jù)搜集的可能性，同時(shí)必須保持清醒的頭腦，又要注意類比的結(jié)論帶有或然性，依靠類比但不迷信類比[4]。

為了幫助學(xué)生突破“氨基酸形成內(nèi)鹽”這一難點(diǎn)，讓學(xué)生結(jié)合表5資料思考： 為什么谷氨酸熔點(diǎn)較高？

呈現(xiàn)①時(shí)，有學(xué)生不假思索地回答： 谷氨酸分子間存在氫鍵。也有學(xué)生提出質(zhì)疑： 2-羥基戊二酸分子間也存在氫鍵，且兩者分子結(jié)構(gòu)相似，摩爾質(zhì)量相近，通過類比可知： 谷氨酸與2-羥基戊二酸應(yīng)該有相近的熔點(diǎn)。此時(shí)思維陷入了僵局，于是呈現(xiàn)②，大多數(shù)學(xué)生恍然大悟： 谷氨酸的熔點(diǎn)竟然比谷氨酸鈉還高，谷氨酸鈉是鹽，通過類比可知，氨基酸應(yīng)該形成鹽才會有如此高的熔點(diǎn)——進(jìn)而認(rèn)識到羧基與氨基相互作用形成內(nèi)鹽的本質(zhì)。

類比推理盡管其結(jié)論不一定可靠，但其推理的過程是“合乎情理”的，可以為學(xué)習(xí)和探究提供思路和方向，為研究和發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造可能。教學(xué)中通過提問引發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，調(diào)用原有的方法和經(jīng)驗(yàn)，養(yǎng)成積極的類比推理習(xí)慣，充分挖掘證據(jù)的可能性，進(jìn)而建構(gòu)個(gè)性化的知識生長和認(rèn)識發(fā)展路徑。

歸納是根據(jù)某些事物的共同屬性推斷出整類事物都具有這種共同屬性的推理方法。完全歸納法所得的結(jié)論是可靠的，但平常所使用的歸納法往往是沒有窮舉全部對象的不完全歸納法，無法保證沒有例外，因此必須注意不能以偏概全[7]。

僅通過列舉某幾種α-氨基酸歸納得到“α-氨基酸都為手性分子”的結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的。倘若從“α-氨基酸的通式”和“手性碳的定義”入手，反其道而行之，采用從一般到特殊的演繹推理，學(xué)生則可清晰認(rèn)識到： 當(dāng)R基不為氫原子（反例： 甘氨酸）、羧基（反例： 2-氨基縮蘋果酸）或氨基（反例： 2，2-二氨基乙酸）時(shí)的α-氨基酸均為手性分子。

且目前無法查證2，2-二氨基乙酸是否存在，但有數(shù)據(jù)表明存在亞氨基乙酸及其鹽[8]，比較兩者的結(jié)構(gòu)就可發(fā)現(xiàn)： 同一碳原子上連有兩個(gè)氨基或兩個(gè)羥基時(shí)具有類似的反應(yīng)傾向（見圖5），從而促進(jìn)所學(xué)知識的遷移應(yīng)用（酯化反應(yīng)與成肽反應(yīng)、糖的縮合與尿素形成雙縮脲、有機(jī)物水解與氨解等在反應(yīng)規(guī)律上的相似性）。

演繹推理是從一般到特殊的推理，只要一般結(jié)論正確（“真”），推理規(guī)則沒有問題，得出的結(jié)論肯定是可靠的。如： α-氨基酸是氨基和羧基連在同一碳上的氨基酸，谷氨酸符合這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以谷氨酸為α-氨基酸。演繹推理所得結(jié)論的可靠性是建立一般結(jié)論為“真”的前提上的，因而往往不能產(chǎn)生新的命題或知識。通過演繹推理，學(xué)生獲取證明一類物質(zhì)中某一物質(zhì)性質(zhì)的基本思路，即從一般到特殊，從通性中尋找差異，從而找到更準(zhǔn)確可靠的證據(jù)。

3.2 分析證據(jù)的關(guān)聯(lián)度，注重證據(jù)的可靠性

化學(xué)學(xué)習(xí)要在獲取知識、習(xí)得技能的同時(shí)領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科的認(rèn)識視角、思維方式與思想方法。合情推理利于發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，邏輯推理便于證實(shí)與證偽，將其融入化學(xué)課堂才能相輔相成、相得益彰。若重邏輯而輕合情推理，將喪失探索的經(jīng)歷和體驗(yàn);反之則容易導(dǎo)致學(xué)生缺乏嚴(yán)密的思考能力。

蛋白質(zhì)水解可得氨基酸，逆向思考自然明白氨基酸也能合成蛋白質(zhì)。通過類比醇的羥基和酸的羧基的酯化反應(yīng)，可知氨基酸中氨基和羧基通過相似的斷鍵、成鍵方式脫水縮合或縮聚并形成肽鍵（酰胺鍵）。然后提問： （1） 2種不同氨基酸脫水縮合可獲得幾種二肽鏈？（4種）（2） 3種可形成幾種三肽鏈？（9種）（3） 20種可形成幾種多肽鏈？（只問不答）可見，氨基酸的種類、數(shù)目及排列方式不同，決定了多肽鏈和蛋白質(zhì)的不同結(jié)構(gòu)。通過合情推理和邏輯推理，讓學(xué)生在辯證分析的過程中領(lǐng)悟“生物的復(fù)雜性和多樣性在其形成之初就已奠定”的道理。

教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)設(shè)合適的情境和適當(dāng)?shù)臋C(jī)會，讓邏輯推理與合情推理多“見面”，在真實(shí)而陌生、復(fù)雜而綜合的情境中融入邏輯推理和合情推理，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的綜合推理能力。

在課堂教學(xué)中，最值得我們關(guān)注的是如何引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)知識本質(zhì)的準(zhǔn)確把握，并促進(jìn)他們對化學(xué)思想方法的深刻理解。打造理性課堂的關(guān)鍵在于抓住關(guān)鍵事件讓學(xué)生跳出“窠臼”的依附和干擾，使操作技能升級為心智技能，從而真正具有證據(jù)意識，善于搜集并有效調(diào)用證據(jù)，發(fā)展基于證據(jù)的推理論證能力和基于推理的證據(jù)搜集方法。

基于證據(jù)推理的化學(xué)課堂，讓教學(xué)回歸科學(xué)本真，讓學(xué)生本色在場，讓課堂美麗生長。

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