化学教学中的证据推理与证据价值的提升

      一、化学教学中证据推理的含义

      2017年版的高中科学教育课程标准，都把基于事实和证据的推理提升到相对重要的位置。其中，物理课程标准认为“基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判”是学科核心素养“科学思维”的重要组成部分[1]；生物课程标准认为生物学科的“科学思维”素养“是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力”[2]；化学课程标准更是将“证据推理与模型认知”和“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”并列作为学科核心素养的五个方面之一。自然科学是研究自然界物质形态、结构、性质和运动规律的科学，其过程离不开以“自然现象”为证据的推理。所以，“证据推理”具有自然科学的学科属性。从高中化学课程标准中的有关叙述来看，作为化学学科核心素养的“证据推理”，主要有建立在“证据意识”基础上的两个表现：（1）能基于证据提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；（2）能建立观点、结论和证据之间的逻辑关系[3]。显然，高中化学学科核心素养中的“证据推理”是指“基于证据的推理”[4]，其本质是科学论证，它既是科学家从事科学研究的思维方式之一，也是学生化学学科素养的重要组成部分。

      从“中国知网”收录的文献看，证据推理起源于刑事诉讼中的司法活动。由于包括司法活动在内的“人类推理的特征之一是在不精确或不完整的数据上利用启发性知识作出判断”，这样就“很难保证推得结论的正确性”，所以“证据推理”又被称为“似然推理”或“不确定推理”[5]，由此所形成的“证据推理”理论，因其能较好地处理决策问题的未知性和不确定性而被广泛应用于专家系统、模式识别、可靠性分析和信息融合等领域[6]。显然，化学学科素养中的“证据推理”与“不确定推理”的“证据推理”存在明显的差异。

      曾有学者在论及化学学科核心素养时指出，“证据”是一个司法概念，“把‘证据推理’作为化学学科素养，不那么准确”[7]。其实，语言文字中的词汇，其释义是可以因时而变的。只要对“证据推理”有清晰的界定，“证据推理”就是化学学科核心素养乃至科学素养的组成部分和具体表现。

      二、证据推理中证据的类型与功能

      高中化学课程标准中的附录1“化学学科核心素养的水平划分”，把核心素养的每一个方面都划分为4级水平，其中关于“证据推理”素养的水平等级与相应表现如下页表1所示。

      

      由表1可知，分散在“证据推理”素养不同等级水平中的证据，包括“物质及其变化的事实”“宏观和微观结合”“定性与定量结合”等几种情况，或者是同时综合以上“物质及其反应的不同特征”。其中，“物质及其变化的事实”主要是物质及其变化过程中直接产生的宏观现象，包括反应体系中反应物的消失、沉淀的生成、气体的产生、颜色的变化等；“宏观和微观结合”需要通过添加其他试剂或利用相关仪器对肉眼观察不到的微观变化进行外显，从而成为可以观察的宏观现象，如酸碱中和滴定时终点的出现、原电池反应中电子的流动；“定性与定量结合”也需要利用仪器使物质变化中的有关事实显化成对应的定量数据，如反应体系温度的变化、产生一定量气体需要的时间；等等。其实，这些证据都是物质变化时所产生的现象，也就是“实验现象”，只是有的可以通过观察者的感官直接获取，而有的需要通过一定的手段突破观察者感官能力的限制间接收集。对此，高中物理课程标准就笼统地称其为“物理现象”，只是在不同水平等级中以“比较简单”“常见”“综合”“新的情境”等词语加以区分[9]。

      “证据推理”素养中的“证据”不仅包括学科的实验现象，还可以有如图1所列举的其他几种类型。从与学习者的关系看，证据有直接证据和间接证据两大类。直接证据是学习者完成探究任务的主体证据，包括在过去学习中获取并且已经进入认知结构的知识，以及围绕当前任务在自己或教师操作的实验中观察到的现象。间接证据可以是文献中记载或教师提供的资料和数据，也可以是学习者在调查和访谈时获得的相关数据与材料。这些类型的证据特别是直接证据是学生通过科学探究开展学习活动的重要基础。

      

      科学探究原本是指“科学家解决问题的过程”，为让学生能有机会像科学家那样思考问题，早在20世纪末美国国家研究理事会就把科学探究引入美国历史上的第一部科学教育标准——《美国国家科学教育标准》，并将其界定为“学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的各种活动”[10]。随后，科学探究受到世界各国科学教育的广泛关注，并成为世界范围科学教育课程改革的共同理念。关于科学探究的具体过程，虽然在不同学科课程标准中的描述不完全相同，但都包括提出问题、形成假设、收集证据、得出结论等几个方面，其中基于证据的推理是连接问题与假设、证据与结论等环节的桥梁（如下页图2所示）。