胡巢生

（蘇州市高新區(qū)實驗初級中學，江蘇 蘇州 215011）

一、研究的緣起

“證據推理與模型認知”是《普通高中化學課程標準（2017年版）》規(guī)定的五大化學學科核心素養(yǎng)之一。其中，“證據推理”表達了“基于事實證據”和“科學推理”的要求，更強調“證據”的關鍵作用。《義務教育化學課程標準（2022年版）》雖未明確規(guī)定這一素養(yǎng)，卻多次提及“證據推理”?！翱茖W思維”中指出：“基于實驗事實進行證據推理、構建模型并推測物質及其變化的能力，在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑、批判能力和創(chuàng)新意識?！笨梢?，化學學科的本質力量來自于“從化學的視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點”的化學學科價值，即學生通過化學知識的學習，所形成的從化學的視角認識事物和解決問題的化學觀念、科學思維、探究實踐、科學態(tài)度與責任。

很多學者從不同視角對此進行了闡釋，但尚未形成統(tǒng)一說法。李斌認為“證據推理與模型認知”可劃分為獲取推理證據、基于證據推理、建立認知模型、基于模型認知等四個維度［1］。楊梅認為實驗探究教學中“問題、證據、推理、結論”是證據推理的核心要素，問題情境是條件、證據是基礎、推理過程為核心、結論為目標、思維發(fā)展為目的［2］。沈兆剛提出喚醒證據為本的本能，萌發(fā)收集證據的意識；學會科學推理的技巧，自發(fā)進行合情的推理；分享證據推理的成果，體驗證據推理的快樂等［3］。

筆者認為，初中生的“證據推理”能力水平較低，這既與義務教育化學課程中未明確“證據推理”素養(yǎng)有關，也與教師未能利用恰當的方法進行培養(yǎng)有關。

二、培養(yǎng)學生證據推理能力的內在要求

基于化學學科的要求，使培養(yǎng)學生證據推理能力成為“素養(yǎng)為本”教學的一種“課堂生活方式”對提高教學質量大有裨益，體現在教的傳授效果和學生學習效率的提高。因此，教師應進一步提升教學智慧，結合化學學科特色，充分遵循學習進階理論，尊重初中生認知水平和規(guī)律，挖掘知識背后的價值、方法和學科特質，豐富實踐性知識，優(yōu)化教學行動邏輯，形成高質量的學科知識結構和推理過程的自成性，實現教學過程最優(yōu)化。從而，科學漸進地培養(yǎng)學生的“證據推理”素養(yǎng)。在這一過程中，教師需著力處理好培養(yǎng)學生的“證據意識”與“獲取有效推理證據的能力”、“推理意識”與“基于證據的合情推理能力”的關系（見圖1）。

圖1 培養(yǎng)初中生證據推理能力思維模型

（一）培養(yǎng)學生的“證據意識”

“證據意識”的培育并不簡單，再加上不少課堂依然存在“化學不見化（變化）”的現象，給“證據意識”的培育增加了阻力。因此，教師應認真識別、梳理教科書中的“證據”文本，收集、整理、開發(fā)出支持教學的“證據”資源。在真實、有意義的情境下，利用具有相應特點的化學概念、化學判斷和化學推理，精挑細選具有典型性、適切性和價值性的問題，引導學生通過對問題的搜尋、識別、提取，理解、轉換，梳理出指向“證據意識”初中化學證據類型。

如實驗教學中，可以通過改進裝置、優(yōu)化條件、調整實驗步驟、獲得技術支持和控制藥品的種類、用量或添加順序等方式提高實驗現象、數據、圖像等證據。研究表明，學生通過數字化實驗，能逐步具有證據意識，知曉觀點、證據與結論之間的邏輯關系，掌握驗證觀點的正確與否的方法［4］。

（二）培養(yǎng)學生“獲取有效推理證據的能力”

讓“證據”成為一種“意識”，逐步形成在探究活動中尋求證據、分析證據、表達證據的科學理性能力，有利于發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。劉東方將證據分為事實性證據、史實性證據、基于自然現象的證據和基于生活經驗的證據［5］。筆者認為，分析的視角不同，證據的種類就不同。如：由“結構決定性質，性質決定用途”的觀念，可將其分為結構證據、性質證據、用途證據；由三重表征觀念，又可將其分為宏觀證據、微觀證據和符號證據；還有理論證據、模型證據（如自然界中的碳循環(huán)和氧循環(huán)）和化學實驗中的現象證據、數據和圖象證據等。

如何快速、準確地識別有用、有效的證據，需要幫助學生多角度認識證據的特征和類型，提高識別證據的能力，建立起數據龐大的“證據庫”（見表1），以培養(yǎng)、增強學生對證據推理的認同感，形成自覺性推理意識，使其在遇到新的信息時，與大腦中的已有證據進行對比，在一定的理性、邏輯和事實的基礎上進行論證，以獲得有效的“證據”。從而，在全面依靠證據的過程中，既培養(yǎng)了一種“證據意識”和“獲取有效推理證據的能力”，又培養(yǎng)了一種課堂責任，以達成發(fā)展高階思維的學習效果。

表1 證據庫

（三）培養(yǎng)學生的“推理意識”

當學生不斷遇到需要運用“推理”才能解決的問題并作出判斷與推理時，將有利于促進學生“推理意識”的萌生與發(fā)展。因此，教師既要重視證據推理與邏輯思維，幫助學生理清證據與結論間的邏輯關系，整合證據與推理的復雜性；又要重視課堂邏輯推理過程，培養(yǎng)學生基于證據推理的形式、方法和技巧，增強學生推理思維的縝密性和辨別其推理有效性的判斷能力，甚至在推理中進行創(chuàng)新，產生新的思路、策略和方法。從而，將知識的思維張力和文化魅力融入課堂教學，逐步滲透“推理意識”，突出“證據”的“科學推理”。

（四）培養(yǎng)學生“基于證據的合情推理能力”

若將“證據意識”視為一個思維輸入、內化的過程，“證據推理”則是一個思維輸出、升華的過程，需要經歷學習過程沉淀生成。依據能力結構理論、吉爾福特的智力三維結構理論、認知理論、信息加工理論和證據推理的基本理論，建構證據推理能力的三個要素：“內容”，即各種類型的推理任務；“操作”，即完成證據推理的全過程；“產品”，即經過推理過程而獲得的成果或結論［6］。筆者認為證據推理應包含推理任務、推理思路、推理方法和推理結論。其中，推理任務是證據推理的前提，推理思路是證據推理的核心思維過程，推理方法是證據推理的條件，推理結論是證據推理的目標?；谧C據的合情推理，應表現為選擇適宜的推理任務，能針對不同的任務類型選擇不同的推理思路和推理方法，獲得推理結論。評價證據推理水平的完整性，需將推理任務、推理過程、推理方法和推理結論有機地結合起來。

化學實驗不失為培養(yǎng)學生證據意識的有效途徑，基于證據的推理是連接問題與假設、證據與結論等環(huán)節(jié)的橋梁，涉及證據的整理、轉換（數據分析），再利用收集的數據（事實、現象、理論等），加以整合分析，獲得“可利用”的證據形式，再運用推理思維，做出推斷、決策的能力表現［7］。使學生在所經歷的基于有效證據的合情推理過程中，調動探究學科知識的積極性，激發(fā)學生想象、猜想、知覺、判斷、推理等活力，形成“具有證據意識、獲取有效證據、掌握推理方法、應用推理結果”等能力促進證據推理生態(tài)運作。

三、培養(yǎng)學生證據推理能力的實踐探索

培養(yǎng)學生證據推理能力，教師不僅能夠用慧眼去尋求教科書的證據文本和證據資源，設計適宜的推理任務，而且更要能夠用智慧從“證據推理”出發(fā)，將具有客觀表征的“課程知識”與特定的情境加以溝通，重建知識的“境域”品性，在不同類型的推理任務中體現著不同的推理思路、推理方法，將證據意識與證據推理的認知活動貫穿始終，幫助學生尊重事實和證據，形成求知態(tài)度和理性思維，培養(yǎng)實證意識和證據推理能力。使學生在化學知識結構化的自主建構中形成認識視角和認識思路，理解化學學科核心觀念，達成學科能力表現化、學科經驗連續(xù)化、學科思想體系化之目的，以實現知識向素養(yǎng)轉化的“質變”飛躍。

（一）探究實踐與證據推理能力發(fā)展

化學教學的核心是科學探究，科學探究的核心是科學方法和科學態(tài)度的培養(yǎng)。為了讓學生體驗基于證據收集、證據推理、形成結論的科學探究過程，感受物質的微粒性，筆者充分挖掘教科書內容，重構、創(chuàng)新設計學生分組實驗，將宏觀物質的性質與其微觀特征聯(lián)系起來，充分展開問題討論，猜想假設，以獲得有效證據，通過分享獲得證據、推理過程、推理思路、推理方法和推理結論，診斷、糾正學生思維漏洞，讓學生獲知相同情境的處理方式，包括原因、關系、步驟、方法等。使學生在問題的解決中發(fā)展證據推理能力，逐步由“獲得有效證據”向形成“基于證據的合情推理能力”的過渡（見表2）。

（二）化學原理與證據推理能力發(fā)展

質量守恒定律蘊含著豐富的發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的素材。為了引導學生像科學家一樣思考、探究，幫助學生深刻理解知識的建構過程，促進其對化學變化中的質量關系本質的理解。筆者結合“波義耳的失敗、拉瓦錫的成功”的科學史實，從生活情境出發(fā)，先提出問題；再在實驗探究中尋找證據：設計實驗方案、構建“密閉體系”和“開放體系”，選擇藥品進行實驗、觀察現象、記錄數據、分析與論證等實驗探究過程。通過封閉體系中實驗現象的“證實”與開放體系中實驗現象的“證偽”，讓學生認識化學變化中各物質的質量之間的關系；同時，利用“整個體系”內物質質量的思維框架圖，對實驗結果進行了去偽存真的分析，再從微觀視角突出對“參加化學反應”內涵的理解。從而，既能實現從“整個體系”到“具體反應”的思維轉換，又能使學生證據推理能力的基礎上，厘清了“證據”與“結論”的關系［8］，使學生經歷了從宏觀到微觀、從定性到定量的發(fā)展過程，提升了學生的思維邏輯性和深刻性，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)（見圖2）。

（三）化學史與證據推理能力發(fā)展

立足化學史，有助于教師厘清知識本質，提升自身的學科理解能力；有助于教師利用化學史中蘊含著的豐富的科學方法、科學本質的教學價值，引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，以內化科學方法、理解科學本質，形成化學學科核心觀念。

義務教育化學教科書關注到提出原子結構模型實驗證據，重點放在湯姆生模型和盧瑟福模型的建構上。學生學習核外電子運動這部分內容，一方面是要形成對原子結構本身的認識，另一方面是領悟“原子結構模型”發(fā)展過程中所蘊含的思維過程與方法。后者對學生證據推理能力的培養(yǎng)更具有重要意義。

［化學史］1911年，英國物理學家盧瑟福成功地以α粒子散射實驗證明了原子核與電子的關系，并提出了能夠解釋所有已知現象的“核式原子結構模型”。為日后電子的運動狀態(tài)及原子核內部結構的研究打下了堅實的基礎。

［證據收集］α粒子是具有一定質量的、帶正電荷的微粒，電子的質量不到α粒子的1/7300。實驗數據顯示：（1）絕大多數α粒子能穿過金箔且不改變原來的方向；（2）有少量α粒子卻改變了原來的前進方向，發(fā)生小角度的偏轉；（3）極少數的α粒子（約為1/50 000）被反彈了回來。

［證據推理］根據第（1）和（3）實驗結果，可得出一種簡單的原子結構模型。金原子里絕大多數地方是空的，有一個居于中心、體積很小卻集中了原子的絕大部分質量的某種極為堅硬密實的核。經過仔細計算α粒子偏轉和折射的角度后可以得出原子核的直徑大約比原子本身直徑小105倍。若要解釋第（2）實驗結果，得從電荷的視角出發(fā)，它們一定靠近但并沒有碰上原子中的正電荷。說明原子核一定集中了原子中的正電荷，帶負電荷的電子在核外。

［獲得結論］原子核式結構模型：原子由居于中心的體積很小、集中了原子大部分質量且?guī)д姾傻膱杂裁軐嵲雍撕秃送饫@原子核作高速運轉的帶負電荷的電子構成，原子的質量主要集中在原子核上。在原子中，核電荷數=質子數=核外電子數（見圖3）。

圖3 原子的構成概念圖

由于電子在核外高速運動，靠離心力使電子不被吸引到原子核上，而正是由于正負電荷的相互吸引，電子也不至于脫離原子核的束縛。從而，利用概念圖幫助學生整理知識，使學生對原子構成形成整體性、結構化認識，更有利于學生理解、內化、掌握、表征。

［知識拓展］原子結構模型經歷了從實心球結構到電子云學說的一系列變化，也正是有了盧瑟福的模型研究思想，才有了玻爾軌道模型和量子力學原子模型研究的思想基礎（見表3）。

表3 原子模型的演變歷程及其規(guī)律

使學生明確模型并不是一成不變的，需要經歷實踐的考驗、評估?？v觀科學家對核外電子運動的探索過程，不難發(fā)現科學家建立原子結構模型背后的思維過程與方法：發(fā)現問題—獲取證據—建立模型……發(fā)現問題—獲取證據—修正模型/提出新模型……使學生逐步形成“人們對微觀粒子的探索是在不斷深入的”觀念。

四、培養(yǎng)學生證據推理能力的實現路徑

證據推理始于理解，終于“新的理解”，“新的理解”又可作為下一輪推理與行動的起點。因此，證據推理是一個從理解到新理解的循環(huán)系統(tǒng)。培養(yǎng)學生證據推理能力，一方面，“新的理解”以PCK 為主要表現形式，對教師的教學能力提出了更高的要求，教師需要不斷提升自身的化學學科理解能力、證據推理能力、課堂教學引導力……以準確診斷學生的已有認知經驗、能力水平、存在問題，并據此確定證據推理培養(yǎng)目標和解決策略；另一方面，更依賴于學生個體的主動探究下的深刻體驗、感悟與自主建構，要求學生對自己的推理活動不斷地進行反省，這種反省本身也是一個獨立思考、邏輯推理的過程。

（一）教師的化學學科理解能力是前提

化學學科理解是《普通高中化學課程標準（2017年版）》中提出的一個新概念，提出“教師應注重通過多種途徑和方法提高化學學科理解能力”［9］。喬國才認為：“化學學科理解是對化學學科知識的本原性認識，可以理解為對學科知識的形成、內涵、功能和局限性等多方面的認識；對化學學科知識的結構化認識；對化學學科知識之間相互關系的認識；對化學學科思維方式和方法的本原性、結構化認識；具有化學學科特質的認識視角和化學認識思維的形成和建構。”［10］鄭長龍認為化學學科理解的對象是化學學科知識、化學學科思維方式和方法［11］。

筆者認為，教師應不斷地學習，努力提升自己的思想品位、人文修養(yǎng)、專業(yè)能力和推理品質，強化自身教學推理的邏輯性，提升對化學課程內容中蘊涵的化學學科知識、學科思維方式和方法的理解能力和理解高度，凝練教學內容中蘊含的學科本原性問題，綜合權衡教學內容、教學方法、學生認知特點、探索與發(fā)展空間等因素，努力創(chuàng)設學生、教師與課程的三維對話空間，建立教學事件與教學知識的實在關系，形成具有學科特質的化學認識視角、認識思路和認識思維，實現學生素養(yǎng)與教師自身專業(yè)的雙向發(fā)展。

（二）教師自身的證據推理能力是關鍵

證據推理作為一種高階的思維方式，其培養(yǎng)離不開一個個縝密的邏輯推理過程［12］。筆者認為，圍繞教學問題，實現科學證據和實踐智慧的融合、對話，是提高證據推理教學質量的關鍵。教師客觀準確地認識化學證據推理的功能、價值，具備推理的意識、思維和方法，則是讓推理教學有法可循的關鍵?？梢?，教師自身的認知能力、證據推理能力是一種內在驅動力。因此，教師需要掌握豐富的創(chuàng)造性推理思維和方法，并在頭腦中形成推理意識，依靠先進課程理念的指引，以科學方法深化課程內容理解。以推理過程分析文本，正確進行有效證據的選擇與匹配、運用與評價，關注推理中的邏輯結構的各個要素及其相互關系，鼓勵學生解釋與表達推理的過程，注重學生思考問題、分析問題、解決問題的過程和結果，進而將其付諸高效實施。

（三）教師的智慧課堂教學引導力是保證

“推理”與科學探究密切聯(lián)系，是一種思維要求和技能，“證據”則多與學習內容聯(lián)系［13］。教學中，學生知識和技能的發(fā)展，思維和方法的啟迪，情意和品行的形成，是學生素養(yǎng)的表征指標。其產生的過程需要教師教學實踐智慧的強力參與和自身的實踐與探索。教師的引導力是很關鍵的！教師引導力的大小、價值導向和落腳點，表達著不斷超越既成、因時而變的創(chuàng)造性意蘊，指向改造學生的理性世界。

化學教師的引導力主要表現為以化學學科核心素養(yǎng)為目標，在課程標準、教科書的指引下，在教學內容、學業(yè)水平和學情等具體實踐要素中抽提認識視角、認識思路和核心觀念，思慮課程應該關注什么、準備如何教及要實現的課程目標等智慧教學能力，即以批判性的“課程統(tǒng)整”態(tài)度，甄選學習內容的能力、制定學習目標的能力、選擇學習方法的能力以及尋找技術支持的能力。同時，教師需要抓好典型示范、實例體會、背景助悟、假說推敲、整合強化等環(huán)節(jié)進行任務化學習，以優(yōu)質活動、資源為知識確證提供條件，監(jiān)控學生認知與課程目標之間的距離，以整體視野透視教學情境，強化學生學習的參與性和過程性，在知識、身體與環(huán)境交互的實踐過程中，彰顯知識的理解、構建和實踐品性。

不僅如此，教師應加強教學實踐的反思能力，提升教學思維批判力，以不斷優(yōu)化教學實踐，將正確的教學規(guī)范融入教學事件之中，注重證據推理過程的自成性。正是這一根植于傳統(tǒng)與共性中的情境因應和創(chuàng)新，不斷生成著個體的“人性能力”，在形之于外與內化成人的融通中，幫助學生逐步形成“證據推理”的規(guī)范性表達和化學文化規(guī)范，促使學生“推理”水平的提升與“推理”層級的升級，實現著學生化學學科核心素養(yǎng)的落地和生根?！?/p>