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化学学习中的证据推理及其教学组织

 论文栏目:基础教育参考     更新时间:2018-12-31 09:09     浏览:


【摘 要】化学核心素养中的“证据推理”实质是“基于证据的推理”,其证据可以是直接或间接获取的事实材料,也可以是“已知的判断”。“证据推理”既可以是利用证据形成相应的推理,也可以是利用证据对假设进行证实或证伪。化学学科应该注重证据推理的教学组织,在促进学生形成证据推理能力的同时,全面提升他们的思维品质。 
  【关键词】化学学科;核心素养;证据推理;思维品质 
     一、“证据推理”释义 
  在《普通高中化学课程标准(2017年版)》(以下简称“2017年版课程标准”)提出的以全面发展学生核心素养为主旨的课程目标体系中,化学核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等5个方面。化学是一门以实验为基础的自然科学,其理论体系是无数科学家通过对相关事实材料的概括,并进行严密的逻辑推理而逐渐构建起来的。显然,化学核心素养范畴的“证据推理”,其涵义与学界所指的“不确定推理理论”[1]有明显的不同。 
  从字面上看,“證据推理”由“证据”和“推理”两个词组成。其中,“证据”是能够证明某事物真实性的有关事实或材料;“推理”是思维的一种基本形式,具体指由一个或几个已知判断(前提)推出新判断(结论)的过程。所以,化学核心素养中的“证据推理”应该是“基于证据的推理”,具体表现为依据有关事实或材料推出相应的判断或结论,从而实现问题解决或获得新的知识。也正因为如此,化学学习中对物质性质及其变化规律的认识,都是建立在有关实验现象等事实材料基础上的。 
  “证据推理与模型认知”中的“模型认知”,也由“模型”和“认知”两个词组成。其中,“认知”是指人类认识客观事物、获得知识的活动;“模型”可以看作是“认知模型”的简称。也就是说,“模型认知”可以理解为按照某种“认知模型”进行的认知。化学科学在揭示物质性质及其变化规律的过程中,离不开“证据推理”或“基于证据的推理”的认知途径。因此,“证据推理”或“基于证据的推理”是一种典型的认知心理学层面的认知模型。换言之,“证据推理”从属于“模型认知”,是“模型认知”的一种形式。[2] 
  二、证据来源及其功能 
  关于“证据推理”的课程目标,2017年版课程标准中的阐释是“初步学会收集各种证据,对物质的性质及其变化提出可能的假设;基于证据进行分析推理,证实或证伪假设;能解释证据与结论之间的关系,确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径”。可见,“证据推理”的首要任务是“收集各种证据”。只有这样,才能在相关证据的基础上“进行分析推理”,形成相应结论,或实现对有关假设的证实和证伪。 
  不同的学科领域,对证据有不同的描述方式和分类标准,但它首先应该是事实材料。化学学习中的事实材料,可以来自学习者对生活或自然现象的观察,如露置潮湿空气中的铁件容易生锈、火山喷发口有臭鸡蛋气味并存在硫黄。而获得事实材料的主要途径应该是在教师的组织下操作相关实验,同时观察实验中产生的现象。如硫在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰、放出大量的热、生成有刺激性气味的气体。在条件受限的情况下,有关事实材料也可以通过观察实验视频来获取,甚至还可以从教材、资料或试题等文本信息中获取,以供学习或解决相关问题之需要。 
  从有关推理以及推理能力的界定看,除了可以以事实材料为证据进行推理外,推理还可以以“已知的判断”为证据。而且“在科学研究活动中进行,并根据以科学知识、科学规律以及科学技术手段为支撑的科学证据得出科学结论,是科学推理有别于一般性推理的显著特征”[3]。因此,化学学习中的证据也可以是“已知的判断”,这时的推理就是从一个或多个已知判断推出新判断的过程,具体包括从一般到具体的演绎推理、从具体到一般的归纳推理以及从具体到具体的类比推理。 
  化学学习中的证据首先用于分析推理,以获得对物质性质及其变化规律的新认识。如根据钠与水反应时“浮、熔、游、嘶、红”等实验现象和已有知识进行有关推理,可以得到钠的密度比水小、熔点比水的沸点低等物理性质。对钠与水反应时速率快、产物是氢氧化钠和氢气并能放出大量的热等化学性质形成相应的判断,从而获得有关钠的知识。同时化学学习中的证据还具有对相关假设的证实或证伪功能。如在学习质量守恒定律的过程中,可以根据化学反应的本质是原子的重新组合形成相应的假说,然后用封闭体系中的实验现象证实假说,再用开放体系中的实验现象“证伪”假说并引发学生的认知冲突,最后通过全面分析使学生对质量守恒定律形成更深刻的认识。 
  三、证据推理的教学组织 
  化学学习中证据推理的实例很多。如关于钠与水的反应,在烧杯实验中观察到“浮、熔、游、嘶、红”等现象的基础上,要判断气体产物是什么,可以有两种推理思路。一是改进实验装置,增加点燃气体产物的操作,让学生依据“可以燃烧”的事实材料,进行证据推理;二是启发学生利用“氧化还原反应过程中得失电子数相等”进行推理。烧杯中溶液能使酚酞变红色是生成了氢氧化钠,钠元素化合价升高失去电子,由于钠是金属元素,反应中只能失去电子,水中的氧元素是最低价态,也只能失去电子,所以反应中得到电子的只能是水中的氢元素,这样气体产物是水中的氢元素得到电子以后所形成的氢气。 
  分析钠与水反应气体产物的两种思路有明显的不同。前者是典型的证据推理,后者是根据氧化还原反应的模型进行认知;前者的证据是事实材料,后者的证据是已知判断。这两种推理方式的结合,能够从证据推理与模型认知、事实材料与已知判断相融合的角度,促进学生形成证据推理的能力,同时能提升学生思维的广阔性和灵活性。在质量守恒定律的教学中,对于相应的假说,封闭体系中实验现象的证实与开放体系中实验现象的“证伪”所引发的深入思考,又能使学生在证据推理能力的基础上,提升思维的逻辑性和深刻性。 
  总之,化学学科应该注重证据推理的教学,通过证据推理与模型认知、事实材料与已知判断、假设证实与假设证伪、间接证据与直接证据等相互之间的融合,促进学生证据推理能力的形成,全面提升他们的思维品质。 
  【参考文献】 
  [1]柯小路,等.证据推理规则的性质研究及方法修正[J].信息与控制,2016(02). 
  [2]陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学,2017(09). 
 
 
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