摘要：?實驗探究教學中證據(jù)推理是識別、轉(zhuǎn)換或推演問題情境形成已知判斷，提出猜想，設計、實施實驗方案，對假設進行證明或創(chuàng)造，得出目標概念的思維過程?；诳茖W探究、問題解決的信息加工理論，提出“問題、證據(jù)、推理、結(jié)論”是證據(jù)推理的核心要素，探索以問題情境為條件、證據(jù)為基礎、“假設—檢驗”和“假設—創(chuàng)造”推理過程為核心、結(jié)論為目標、思維發(fā)展為目的的實驗探究教學中證據(jù)推理的內(nèi)涵特征及其影響因素。以期為教育實踐者和學術同仁提供證據(jù)推理教學評價視角，具有教師專業(yè)發(fā)展和化學學科核心素養(yǎng)落實的雙重價值。

關鍵詞：?實驗探究教學;?證據(jù)推理;?內(nèi)涵特征;?影響因素

文章編號：?1005-6629（2021）09-0026-05

中圖分類號：?G633.8

文獻標識碼：?B

隨著科學教育理論的創(chuàng)新和科學教育教學的改革，課堂教學更關注學生思維的參與。在科學教育中，科學探究是探究科學本質(zhì)的載體，幫助學生獲得并應用科學知識[1]。證據(jù)推理是科學探究的思維核心，也是化學學科核心素養(yǎng)思維能力的體現(xiàn)。實驗探究教學中關注證據(jù)推理，使學生學習從技能訓練轉(zhuǎn)向思維發(fā)展，從機械學習轉(zhuǎn)向發(fā)現(xiàn)學習，從學生客體、教師主體轉(zhuǎn)向?qū)W生主體、教師主導，從步驟取向的按部就班式探究轉(zhuǎn)向問題解決取向的探究。有研究表明證據(jù)和推理的復雜性影響證據(jù)推理的過程和質(zhì)量，其中，證據(jù)的復雜性體現(xiàn)在“證據(jù)顯現(xiàn)度、證據(jù)數(shù)量和情境熟悉度”三個方面;單一證據(jù)的復雜性決定推理過程是基于單一證據(jù)的直接推理，多重證據(jù)的復雜性及證據(jù)間關系的復雜性要求進行多重證據(jù)的直接推理或間接推理[2]。目前，有關證據(jù)推理影響因素的研究較為欠缺，而只有了解證據(jù)推理的影響因素，教育實踐者在教育教學過程中才能進行科學的證據(jù)推理教學，學術同行也有證據(jù)推理的多方研究視角，旨在學科核心知識的理解、學生思維的深度參與、核心素養(yǎng)的落實。

1??實驗探究教學中證據(jù)推理的內(nèi)涵

“證據(jù)推理”是指“在掌握證據(jù)的基礎上推理出新的命題”，即證據(jù)推理的起點是證據(jù)、終點是結(jié)論，進行證據(jù)推理就是建構(gòu)二者之間的邏輯關系。從科學推理的角度來看，“證據(jù)推理”屬于“科學推理”的范疇，而“證據(jù)推理”更突出強調(diào)“證據(jù)”，重視證據(jù)意識，識別、轉(zhuǎn)換、形成證據(jù)的過程[3]。但是，證據(jù)推理也不能簡單地認為是推理的一種形式，證據(jù)推理的過程可以包含“歸納、演繹、類比、溯因”等不同的邏輯形式，從已知到未知的推理過程中，都應符合學生的認知規(guī)律，多方收集證據(jù)，識別、轉(zhuǎn)化、形成認識，證實或證偽，從而獲取知識、發(fā)展思維。實驗探究教學中證據(jù)推理包含兩個方面：?一是根據(jù)證據(jù)經(jīng)過推理得出科學的結(jié)論，即“假設—創(chuàng)造”;二是利用證據(jù)證實或證偽假設，即“假設—檢驗”[4]。具體指“學生以其經(jīng)驗或科學知識為基礎，根據(jù)教師提供的一個或幾個學習材料，識別、轉(zhuǎn)換或推演問題情境及已有知識經(jīng)驗，形成已知判斷，基于已有判斷提出猜想，多方收集證據(jù)，設計并實施實驗方案，對假設進行證明或創(chuàng)造，從而獲取新知、解決問題、得出目標概念的深度思維過程”[5]。

2??實驗探究教學中證據(jù)推理內(nèi)涵的特征及其影響因素

證據(jù)推理是科學探究的核心思維活動，科學探究從本質(zhì)上說是運用證據(jù)對科學及科學有關的問題進行解釋、檢驗，從而得出結(jié)論的過程，并且，問題是科學探究的起點，解釋是科學探究的核心[6]。而實驗探究教學中“證據(jù)推理”即為“始于問題，基于證據(jù)的‘假設—檢驗或‘假設—創(chuàng)造，得出結(jié)論”的過程。另外，證據(jù)推理的過程就是問題解決的過程，證據(jù)是問題空間的起始狀態(tài)，結(jié)論是問題空間的目標狀態(tài)，人們在證據(jù)推理的過程中就是在理解和表征問題的基礎上，利用一定的證據(jù)不斷地對問題空間進行搜索，更新狀態(tài)空間，以形成最終的結(jié)論，實現(xiàn)問題的解決[7]。因此，“問題、證據(jù)、推理、結(jié)論”是反映實驗探究教學中證據(jù)推理本質(zhì)的核心要素。首先，各個要素在實驗探究教學證據(jù)推理過程中的地位存在差異，問題是條件，證據(jù)是基礎，推理是核心環(huán)節(jié)，結(jié)論是目標，基于證據(jù)推理達到思維發(fā)展是目的。其次，問題應該具有層次性、探究性、可測性，證據(jù)具有科學性、準確性、可重復性、充分性，推理具有嚴謹性、邏輯性、合理性、全面性，結(jié)論具有客觀性、多樣性、相關性，并且四者緊密聯(lián)系、相互支持[8]。最后，證據(jù)和推理的質(zhì)量是決定證據(jù)推理結(jié)果的兩個非常關鍵的要素。實驗探究教學中證據(jù)推理的內(nèi)涵特征及其影響因素關系圖，如圖1所示。

圖1??實驗探究教學中證據(jù)推理的內(nèi)涵特征及其影響因素

2.1??問題是證據(jù)推理的條件

證據(jù)推理是一種綜合運用所學的化學學科知識與技能、科學過程與科學方法、針對一定的化學“問題”解決來展開的一種活動系統(tǒng)，問題是證據(jù)推理的起點，問題情境為證據(jù)推理教學提供學習條件，問題的特征是影響證據(jù)推理質(zhì)量的內(nèi)在因素。首先，證據(jù)推理的問題要具有探究性、層次性、可測性。探究性指的是對未知的結(jié)論進行探求。層次性指的是形成由易到難、由淺入深、由具體到抽象的問題鏈，循序漸進，步步深入?？蓽y性指的是將一般性問題轉(zhuǎn)化為具有可測變量的問題[9]。譬如，在“基于微粒觀的離子反應多元探究”教學案例中，為了探究AgNO3和NaBr溶液反應實質(zhì)，教師分別設置了四個問題“AgNO3和NaBr溶液能否發(fā)生反應？它們反應的實質(zhì)是什么？如何從微粒的角度驗證是Ag+和Br-發(fā)生了反應？Na+和NO3-是否反應生成NaNO3？”。在實驗探究過程中，學生既要從宏觀實驗現(xiàn)象，溶解度、反應物的多少等定量分析判斷，又要從微觀證明離子存在、離子間相互作用及作用的結(jié)果?；谝延姓J知，在設計與實施實驗探究方案中循序漸進、深度思維，培養(yǎng)學生證據(jù)推理能力。

其次，問題的呈現(xiàn)方式、類型、載體、目標取向都會影響證據(jù)推理的過程。問題的呈現(xiàn)方式包括“文字表述、數(shù)據(jù)（表）、關系曲線、裝置圖、流程圖”等，問題的類型有“回憶性問題、同化性問題、整合性問題、創(chuàng)造性問題”[10]，問題的載體分為“實驗、STSE鏈接、化學史、故事”等，問題的目標取向包括“知識取向、方法取向、能力取向、素養(yǎng)取向的目標”。其中，基于關系曲線、整合性問題、創(chuàng)造性問題、STSE鏈接、能力、素養(yǎng)類問題，需要學習者深度地思維參與，靈活變通地運用結(jié)構(gòu)化知識和策略性知識，進行原型匹配或重組聯(lián)結(jié)，進一步進行“假設—檢驗、假設—創(chuàng)造”的推理過程，解決問題。問題情境的認知性促使學生提取已有認知作為推理的前提，在探究、討論、思維過程中解決認知沖突;真實的問題情境有利于培養(yǎng)學生的觀察、思維和應用能力，基于理論聯(lián)系實際，與化學有關的科學技術、社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展類情境[11]，對推理能力的要求更高，需要選擇、評估證據(jù)進行推理，建構(gòu)知識;具有發(fā)展性的問題情境促使學生產(chǎn)生繼續(xù)學習的愿望、激發(fā)求知欲和增加學生潛能;問題情境的復雜性又由問題分支、深度、解決問題的路徑長度等問題空間規(guī)模決定，問題分支越多、深度越深、解決問題的路徑越長，問題情境越復雜，證據(jù)推理的過程就越復雜，能力要求越高。情境的熟悉度和復雜性不同，學生進行推理的過程也不同，熟悉簡單的情境，容易調(diào)動學生的已有知識，熟悉復雜、陌生復雜和陌生簡單的情境，對學生知識的遷移能力考驗較大，需具備結(jié)構(gòu)化的知識、靈活應用的能力。此時，知識不僅僅是一種知識，更是一種工具，將其條件化，運用于不同的問題情境，解決不同的問題。

2.2??證據(jù)是證據(jù)推理的基礎

證據(jù)推理就是在證據(jù)與結(jié)論之間建立邏輯關系的一系列思維活動，證據(jù)是證據(jù)推理的基礎，基于證據(jù)合理推理，得出科學結(jié)論是證據(jù)推理的一般過程。證據(jù)的特征是影響證據(jù)推理質(zhì)量的內(nèi)在因素。首先，證據(jù)具有科學性、準確性、可重復性、充分性等特征?？茖W性指的是概念、原理、定義、思路、策略等內(nèi)容的引用是否正確，實驗材料、數(shù)據(jù)、圖表、公式、符號等是否可靠，培養(yǎng)學生評判質(zhì)疑的能力。準確性指的是資料內(nèi)容是真實有效的，所涉及的事物是客觀存在的，并且是與問題解決高度相關、具有內(nèi)在邏輯性的。可重復性指的是不同的學習者、時間、地點均能夠解釋其適用范圍內(nèi)的已知的所有事實，為解釋科學結(jié)論，可被他人重復證明和檢驗。證據(jù)的充分性是對證據(jù)數(shù)量的衡量，指的是在問題解決過程中，通過運用發(fā)散思維，多角度、多側(cè)面輻射聯(lián)想，想象出多種可能解決問題的方案，多方收集證據(jù)的過程。譬如，在“基于微粒觀的離子反應多元探究”教學案例中，教師充分利用了AgNO3和NaBr溶液混合產(chǎn)生淡黃色沉淀，從宏觀實驗現(xiàn)象來證明“AgNO3和NaBr溶液能否發(fā)生反應？”;再通過鈉離子計觀察鈉離子濃度在反應前后的變化等微觀證據(jù)來證明Na+和NO3-能否發(fā)生反應。在此過程中用到了化學方程式等符號證據(jù)，溶解度與沉淀關系等定量證據(jù)，同時調(diào)用學生已有知識、經(jīng)驗提供邏輯證據(jù)，進行邏輯推理，最終得出結(jié)論“AgNO3和NaBr溶液能夠發(fā)生反應，并且反應實質(zhì)是Ag+和Br-反應生成AgBr沉淀”。在進行問題解決的過程中學生需要融合自己的想象力，靈活調(diào)用、組織已有知識與經(jīng)驗，基于“宏觀—微觀—符號—曲線”四重表征、定性與定量等多角度收集、評估證據(jù)，形成科學的“證據(jù)心態(tài)、證據(jù)觀念和證據(jù)理論”的證據(jù)意識。

其次，證據(jù)的基礎、類型、呈現(xiàn)方式、數(shù)量是影響證據(jù)推理過程的外部因素。證據(jù)的基礎包括“圖式和策略”，證據(jù)的類型分為“宏觀證據(jù)、微觀證據(jù)、符號證據(jù)、定量證據(jù)、邏輯證據(jù)”，證據(jù)的呈現(xiàn)方式有“直接證據(jù)和間接證據(jù)”，證據(jù)的數(shù)量分為“單一和多重”。其中，圖式和策略是兩種基本的知識結(jié)構(gòu)：?圖式具有“抽象、示例化、預測、歸納、層次組織”的特征，是個體的知識結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)化的陳述性知識;策略是目標指向的旨在解決問題的心理操作，從過程來看，是一種目標指向的程序，從知識背景來看，它也構(gòu)成一種知識，一種特殊的程序性知識，也可認為是程序化的策略性知識[12]。圖式和策略以原型、模板、聯(lián)結(jié)等形式作為證據(jù)而存在。在證據(jù)推理過程中，策略、邏輯證據(jù)、間接證據(jù)、多重證據(jù)對學習者系統(tǒng)推理思維的要求更高，需要學習者綜合考慮問題情境、已有證據(jù)和未知取向，抓住整體、抓住要害，不失原則地采取靈活有效的方法思考問題、分析問題、設計方案、解決問題?；谧C據(jù)的顯現(xiàn)度和數(shù)量，學生進行不同的推理過程，顯性—熟悉的問題情境，側(cè)重于單一的證據(jù)，而隱性—熟悉、顯性—陌生、隱性—陌生的問題情境側(cè)重于多重的證據(jù)。問題情境越復雜，可能需要的證據(jù)數(shù)量越多，所需證據(jù)的數(shù)量也受證據(jù)質(zhì)量的影響，證據(jù)質(zhì)量越高，可能需要的證據(jù)數(shù)量就越少。

2.3??推理是證據(jù)推理的核心

推理是由已知判斷推出新判斷的過程[13]，具有嚴謹性、邏輯性、合理性、全面性。嚴謹性指的是在推理過程中任何一個細微的變化都能反映問題、影響結(jié)果，學習者要有一絲不茍、實事求是的態(tài)度，去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，得到正確的結(jié)論的過程。邏輯性指的是推理過程符合邏輯體系、具有邏輯特點、恪守邏輯規(guī)則，滿足同一律、矛盾律、排中律和理由充足律，即推理必須具備確定性、無矛盾性、一慣性和論證性[14]，合邏輯的推理是有效的推理，能不能進行迅速有效的推理很大程度上取決于對知識層面的概念認知是否完整和深入。合理性指的是證據(jù)能夠為結(jié)論提供足夠支持強度的推理，而使得結(jié)論具有一定程度的可接受性。全面性指的是在搜集、評估證據(jù)、分析推理過程中對知識、方法、能力、素養(yǎng)的全面發(fā)展[15]，既重視宏觀求證，又進行微觀辨析;既重視直接證明，又要學會間接證明，建構(gòu)知識，發(fā)展能力，提升素養(yǎng)。譬如，在“氧化還原反應的應用”教學案例中，學生要探究雙氧水的氧化性或還原性，首先需要調(diào)用核心元素的化合價與氧化性和還原性的關系等已有認知，過氧化氫中的氧元素為核心元素，顯-1價，處于中間價態(tài)，既具有還原性，又具有氧化性，并根據(jù)所提供的實驗用品和常見錳元素的性質(zhì)，設計實驗探究方案，選用碘化鉀溶液和高錳酸鉀溶液驗證氧化性和還原性，得出雙氧水既有氧化性，又有還原性的結(jié)論。學生基于化合價判斷性質(zhì)，基于物質(zhì)性質(zhì)設計實驗方案，基于實驗現(xiàn)象驗證性質(zhì)這一過程，體現(xiàn)了嚴謹求實的推理思路。

其次，推理的結(jié)構(gòu)、方式、形式也會影響證據(jù)推理的過程。推理的結(jié)構(gòu)分為“直線模型和循環(huán)模型”兩種結(jié)構(gòu)，推理的方式有“直接推理和間接推理”，推理的形式包括“歸納推理、演繹推理、類比推理、溯因推理”[16，17]。其中，基于循環(huán)模型的推理更為復雜，需要多步才能解決問題，間接推理的條件更為隱晦，需要重組聯(lián)結(jié)、批判質(zhì)疑的能力，歸納推理、溯因推理的結(jié)論更具有或然性，需要發(fā)散的思維和開放的態(tài)度，這類推理對學習者能力要求更高、思維敏捷性更強。同時，實驗探究教學中的推理包括“假設—檢驗”和“假設—創(chuàng)造”，該過程具有一定的復雜性，在顯性的、熟悉的問題情境下，基于單一證據(jù)進行直接推理，更側(cè)重于“假設—檢驗”直線模型的推理過程，而在隱性、陌生的問題情境下，基于多重證據(jù)進行間接推理，更側(cè)重于“假設—檢驗”循環(huán)模型，或“假設—創(chuàng)造”的推理過程。并且推理過程的嚴密性和邏輯性取決于問題設計的層次性和驅(qū)動性，在教學過程中，教師需要以知識邏輯、探究過程、問題解決、認知發(fā)展等教學取向設計不同的問題線索及活動類型，通過嚴密的邏輯推理解決學生的認知沖突，獲得新知。

2.4??結(jié)論是證據(jù)推理的目標

結(jié)論指的是由已知判斷所推出的那個新判斷。首先，結(jié)論具有客觀性、多樣性、相關性。客觀性指的是一切結(jié)論以證據(jù)為前提，以客觀事實的觀察為基礎，以準確的實驗設計與實施為保障，所得到的客觀判斷。多樣性指的是在開放程度較大的問題解決中，得到符合題意的并列平行的諸多答案。相關性指的是“問題、證據(jù)、推理、結(jié)論”四者一脈相承，相互影響，高度關聯(lián)。譬如，在“給紀念幣穿銅衣——電解工作原理的應用”的教學案例中，解決“如何給紀念幣穿銅衣”的問題，學生依據(jù)電解工作原理模型，剖析影響鍍銅的可能因素，設計多種實驗方案，再通過實驗現(xiàn)象、鍍銅效果確定給紀念幣鍍銅需要控制的條件，最終得出“控制電極、電壓、反應時間，以及電解質(zhì)溶液的溫度、組成，改變電解質(zhì)溶液的濃度和pH都對鍍銅效果有影響”。同時，在硫酸銅中加入酸或焦磷酸鈉，通過增大電導率或產(chǎn)生焦磷酸銅的配合物，使得反應過程中導電性較好、銅離子濃度較低，反應速率適中，鍍銅效果較好，所得紀念幣更為精美。學生再次調(diào)用不同濃度各物質(zhì)的電導率、銀鏡反應等已有認知，基于目標不斷優(yōu)化鍍銅方案，完成紀念品鍍銅的任務，旨在應用模型、優(yōu)化模型，發(fā)展學生推理、創(chuàng)造、批判性思維能力。

其次，結(jié)論的類型、開放度影響證據(jù)推理的過程。結(jié)論的類型分為“知識類、方法類、能力類、素養(yǎng)類”。結(jié)論的開放度包括“封閉、指導、開放”。封閉是在實驗探究教學的證據(jù)推理過程中，各個階段都是教師提供思維結(jié)果，學生只是簡單的接受;指導是在教學過程中有部分環(huán)節(jié)的學生參與，參與程度比較低，封閉式和指導式只得出特定的一種結(jié)論;開放是學生主導的課堂，學生提出問題、分析問題、設計方案、實施方案、得出結(jié)論，教師起到輔助作用，遇到解決不了的困難時提供必要的學習支架，通過問題懸念，引發(fā)學生積極思維，得出知識、方法、能力、素養(yǎng)等縱向深入和各維度橫向平行的多種結(jié)論，體驗實驗設計、探究、得出結(jié)論的獲得感。其中，基于方法、能力、素養(yǎng)取向的推理過程需要學生思維的深度參與，更能培養(yǎng)學生的理性思維、勇于探究、批判質(zhì)疑、問題解決的核心素養(yǎng)。開放度越大的問題，學生思維參與程度越大，能力要求越大，證據(jù)推理的過程越復雜。教師要給學生明確基于推理得出客觀判斷，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，發(fā)揮知識“育人”的功能價值。

在實驗探究的證據(jù)推理教學中，運用所提供的證據(jù)以及學生已有的知識、經(jīng)驗進行“問題—證據(jù)—推理—結(jié)論”的一系列教學活動，無論是假設的形成還是結(jié)論的得出，都需要借助科學的證據(jù)進行嚴密的推理，找到現(xiàn)象和結(jié)論之間的因果聯(lián)系，在推理過程中將宏觀證據(jù)、微觀證據(jù)、定量證據(jù)、符號證據(jù)、邏輯證據(jù)結(jié)合使用，同時需要基于問題的層次性開展具有邏輯性的推理，得出客觀的結(jié)論。但是，如果將證據(jù)推理理解成一種素養(yǎng)維度，則包括“具有證據(jù)意識、掌握推理方法、應用推理結(jié)果”等能力，這又為該問題的研究提供另一種視角。然而，教師只有明確了證據(jù)推理的特點、影響因素，在教學設計與實施過程中才能有的放矢、教學評價也有據(jù)可依，旨在促進教師專業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)學生證據(jù)意識、推理能力和科學態(tài)度。

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