劉東方 鄒琳 孫聞 劉宇鋒

摘 要 基于能力結(jié)構(gòu)理論、智力三維結(jié)構(gòu)理論、認(rèn)識理論、信息加工理論和證據(jù)推理的基本理論，建構(gòu)了證據(jù)推理能力的構(gòu)成模型，該模型具有三個維度：推理過程、推理類型、不同類型推理任務(wù)。其中推理過程包含：證據(jù)、推理思路與推理結(jié)論。將學(xué)生在完成概念原理推理任務(wù)的過程中表現(xiàn)出的化學(xué)證據(jù)推理過程、推理類型結(jié)合起來進(jìn)行評價(jià)，是評價(jià)化學(xué)證據(jù)推理能力水平的有效途徑。

關(guān)鍵詞 中學(xué)化學(xué) 證據(jù)推理能力 概念 原理 評價(jià)

一、問題的提出

在化學(xué)學(xué)習(xí)中，結(jié)論的得出無不需要根據(jù)證據(jù)進(jìn)行推理的過程，科學(xué)推理是科學(xué)思維中最重要的組成部分[1]。得出的結(jié)論是加工了客觀事實(shí)后理性的分析判斷結(jié)果，而非感覺或想當(dāng)然，是衡量學(xué)科素養(yǎng)水平的重要標(biāo)志之一。然而，在化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生證據(jù)推理能力的發(fā)展卻不盡如人意。重要原因之一是教師的認(rèn)識和指導(dǎo)不足，主要有兩個方面的表現(xiàn)：第一，對化學(xué)證據(jù)推理能力的構(gòu)成要素的認(rèn)識較為模糊。由于在普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中首次提出“證據(jù)推理”素養(yǎng)，在以往的教學(xué)中教師大都沒有關(guān)注證據(jù)推理應(yīng)該有哪些具體的表現(xiàn)。第二，不了解學(xué)生證據(jù)推理能力的發(fā)展情況，也不清楚該如何評價(jià)。因此，中學(xué)生化學(xué)證據(jù)推理能力應(yīng)該由哪些要素構(gòu)成，應(yīng)如何評價(jià)，是要解決的關(guān)鍵問題。

二、化學(xué)證據(jù)推理能力的構(gòu)成模型

證據(jù)推理，涉及到證據(jù)和推理兩個部分?！白C據(jù)”一般指判定事實(shí)的依據(jù)。在化學(xué)學(xué)科中，證據(jù)是指用以認(rèn)識未知化學(xué)世界及其規(guī)律的事實(shí)和材料，包括化學(xué)事實(shí)性材料及化學(xué)變化規(guī)律。“推理”是指人在頭腦中根據(jù)已知信息，經(jīng)過分析與綜合，引出新判斷、解決新問題的過程。

化學(xué)證據(jù)推理能力是以客觀存在的化學(xué)事實(shí)為證據(jù)，經(jīng)過頭腦中的邏輯思維過程，推出新的化學(xué)變化規(guī)律和結(jié)論及解決化學(xué)問題的能力。

依據(jù)能力結(jié)構(gòu)理論、吉爾福特的智力三維結(jié)構(gòu)理論、認(rèn)知理論、信息加工理論和證據(jù)推理的基本理論，建構(gòu)證據(jù)推理能力的三個要素：“內(nèi)容”，即各種類型的推理任務(wù);“操作”，即完成證據(jù)推理的全過程;“產(chǎn)品”，即經(jīng)過推理過程而獲得的成果或結(jié)論[2]。筆者以高中化學(xué)概念原理內(nèi)容為例，建構(gòu)出化學(xué)證據(jù)推理能力的表現(xiàn)模型，如圖1所示。

（一）推理過程

證據(jù)推理主要包括證據(jù)、推理思路與推理結(jié)論。

1.證據(jù)。證據(jù)推理由證據(jù)開始，到得出結(jié)論結(jié)束，其本質(zhì)就是經(jīng)由分析、猜測和推理，建構(gòu)證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系。化學(xué)證據(jù)的類型主要有：基于生活經(jīng)驗(yàn)的證據(jù)、基于自然現(xiàn)象的證據(jù)、化學(xué)史實(shí)性證據(jù)、事實(shí)性證據(jù)，具體如下頁表1所示。

2.推理思路。推理思路是完成化學(xué)推理任務(wù)所需要的思維程序和思維路徑。一般來說，在面對要解決的問題時(shí)，首先，尋找與之相關(guān)的證據(jù)。證據(jù)信息可能以多樣的方式呈現(xiàn)出來，而推理的開始，就是從眾多信息中，提煉出相關(guān)的、有效的信息，找到本質(zhì)要素。其次，根據(jù)證據(jù)和要解決的問題，找出信息之間的聯(lián)系，如因果關(guān)系、并列關(guān)系、條件關(guān)系等。再次，經(jīng)過系統(tǒng)思考，將每個步驟連貫起來，確定解決問題的路徑。在面對不同類型的推理任務(wù)時(shí)，相應(yīng)的推理思路也隨之不同。例如，面對離子推斷任務(wù)時(shí)，推理思路是：根據(jù)給定信息，找到關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為證據(jù)→確定溶液中一定存在（或不存在）的離子→利用已經(jīng)確定的離子，進(jìn)一步判斷溶液中一定不存在的離子→根據(jù)電中性原則，確定隱含的離子→進(jìn)一步排除實(shí)驗(yàn)中自身生成或引入的離子。具體的推理思路如圖2所示。而在順暢的推理思路形成的同時(shí)，已經(jīng)在眾多證據(jù)中，甄別和選擇出了有價(jià)值的信息，即選擇了能夠有效得出結(jié)論、解決問題的思路。

再如，面對氧化還原反應(yīng)計(jì)算的推理任務(wù)時(shí)，推理思路是：利用化學(xué)變化守恒的思想，知道氧化劑與還原劑的電子得失情況相同→找出氧化劑和還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物→找出一個原子或離子的得失電子數(shù)→根據(jù)得失電子守恒列出等式→求出轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目。

推理思路是證據(jù)推理的核心思維過程，是一種綜合性與系統(tǒng)性的分析、提煉、綜合的過程。正確的推理思路體現(xiàn)了較高的邏輯思維水平。

3.推理結(jié)論。推理結(jié)論是基于一定的化學(xué)前提信息，對其進(jìn)行綜合分析所做出的判斷及得出的結(jié)論。證據(jù)、推理思路的選擇，決定了推理結(jié)論。例如，在判斷有機(jī)物的合成過程時(shí)，使用的試劑與條件不同，邏輯順序不同，則會得出不同的合成路線。

（二）不同類型的推理任務(wù)

評價(jià)化學(xué)證據(jù)推理能力，首先需要設(shè)計(jì)適宜的推理任務(wù)。以化學(xué)概念原理為例，其核心內(nèi)容主要有：物質(zhì)的量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、水溶液中的離子平衡、化學(xué)反應(yīng)速率與平衡、化學(xué)反應(yīng)與能量、電化學(xué)等。進(jìn)一步分析這些內(nèi)容所涉及的推理任務(wù)主要有：（1）關(guān)于物質(zhì)的量的推理任務(wù)是基于物質(zhì)的量進(jìn)行相關(guān)計(jì)算;（2）關(guān)于離子反應(yīng)的推理任務(wù)是利用守恒法正確書寫離子反應(yīng)方程式、離子推斷;（3）關(guān)于氧化還原反應(yīng)的推理任務(wù)是利用守恒法書寫氧化還原方程式、計(jì)算氧化還原反應(yīng)中的電子得失;（4）關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律的推理任務(wù)是根據(jù)元素預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì);（5）關(guān)于化學(xué)反應(yīng)與能量的推理任務(wù)是計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化;（6）關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率與平衡的推理任務(wù)是影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的推理;（7）關(guān)于水溶液中的離子平衡的推理任務(wù)是利用守恒法比較離子濃度;（8）關(guān)于電化學(xué)的推理任務(wù)是原電池的工作原理與應(yīng)用、電解池的工作原理與應(yīng)用等。

（三）推理類型

為考查學(xué)生的推理能力，不同國家和地區(qū)的學(xué)者如皮亞杰、Roadrangka、Capie和Tobin等人將推理能力分類并開發(fā)了測試工具。筆者從中提煉出下述5種推理類型，闡述其在化學(xué)概念原理中所涉及的主要任務(wù)類型。（1）比例推理，主要任務(wù)有：基于物質(zhì)的量進(jìn)行計(jì)算、計(jì)算氧化還原反應(yīng)中的電子得失、計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化等;（2）守恒推理，主要任務(wù)有：離子推斷、氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫、水溶液中的溶質(zhì)及離子濃度大小的比較、離子方程式的書寫、原電池的工作原理與應(yīng)用;（3）控制變量推理，主要任務(wù)有：影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的推理;（4）類比推理，主要任務(wù)有：根據(jù)元素預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì);（5）組合推理，主要任務(wù)有：離子推斷、化學(xué)反應(yīng)中能量的計(jì)算、原電池的工作原理與應(yīng)用。

三、應(yīng)用模型評價(jià)化學(xué)證據(jù)推理能力的方法

（一）推理過程的評價(jià)方法

在評價(jià)時(shí)，可以將推理過程的要素劃分成多個不同的表現(xiàn)水平，可以依據(jù)深刻性、系統(tǒng)性、相關(guān)性、創(chuàng)造性等，表現(xiàn)水平分別為“無關(guān)—局部相關(guān)—完整相關(guān)”“孤立—簡單系統(tǒng)—復(fù)雜聯(lián)系—復(fù)雜系統(tǒng)”“輸出有誤—局部—嚴(yán)密完整”等。例如，“證據(jù)”的水平1為“收集不出和推理任務(wù)有關(guān)的證據(jù)和線索”;水平2為“能收集到部分和推理任務(wù)相關(guān)的信息，但是并不完整”;水平3為“能夠收集到與推理任務(wù)相關(guān)并且完整的證據(jù)和信息”?！巴评磉^程”的水平1為“不會用收集到的證據(jù)進(jìn)行推理”;水平2為“在簡單情境下能夠進(jìn)行系統(tǒng)推理并得出結(jié)論”;水平3為“在復(fù)雜情境下能將證據(jù)與推理任務(wù)部分進(jìn)行聯(lián)系，得出不完整的結(jié)論”;水平4為“能夠在復(fù)雜情境下將證據(jù)與推理任務(wù)進(jìn)行有效聯(lián)系，系統(tǒng)地進(jìn)行分析與綜合并得出完整結(jié)論”?！巴评斫Y(jié)論”的水平1為“雖然能得出結(jié)論，但是無法將推理過程與結(jié)論表達(dá)出來”;水平2為“能將得出的結(jié)論和推理過程部分表達(dá)出來，或表達(dá)不嚴(yán)密”;水平3為“能將得出的結(jié)論與推理過程嚴(yán)密、系統(tǒng)地表達(dá)出來”。

（二）不同類型推理任務(wù)中推理思路的評價(jià)方法

在研究過程中，需將推理類型運(yùn)用到不同類型的推理任務(wù)中去進(jìn)行推理，因此，推理類型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在不同類型推理任務(wù)的推理思路中。在評價(jià)時(shí)，劃分表現(xiàn)水平可以根據(jù)推理思路的關(guān)鍵性和完整性，主要表現(xiàn)為“是否具備關(guān)鍵點(diǎn)”“局部—完整”。例如，氧化還原反應(yīng)方程式書寫的推理任務(wù)屬于守恒推理，低水平表現(xiàn)為找不到關(guān)鍵的變價(jià)元素，不能形成完整、順暢的思路;高水平表現(xiàn)為能夠找出關(guān)鍵的變價(jià)元素，能夠判定得失電子情況并進(jìn)一步將化學(xué)方程式配平。

在應(yīng)用本模型評價(jià)時(shí)，為了體現(xiàn)出學(xué)生化學(xué)證據(jù)推理能力發(fā)展水平的完整性，須將推理過程和推理類型有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行評價(jià)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]王磊.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：14-15.

[2]劉東方.科學(xué)探究能力表現(xiàn)模型的建構(gòu)及其在評價(jià)中的應(yīng)用[J].課程·教材·教法，2018，38（9）：122-127.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）