肖中荣

摘 要：化学教学中的证据推理是指根据化学概念、理论和事实性知识，通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式，进行证实和证伪的求证方式，获取新知识、解决新问题的高级思维过程。化学教学可从化学知识结构化、教学过程逻辑化、科学探究层次化解释证据推理“是什么”、“怎么推”和“做得怎么样”的问题；化学教学可将证据推理划分四个层次，为培养学生的科学论证能力、评价证据推理水平提出有效的教学策略。

关键词：证据推理；教学实践；教学策略

一、证据推理的意涵

新课标指出，“证据推理”是重要的化学核心素养，是学生学习化学的思维方式，也是学生认识客观世界必须具备的关键能力，在课堂上培养学生证据推理的核心素养是令人期待的事情，为此需要厘清证据推理的意涵。

什么是证据？证据是指证明事实的材料，科学证据与经验证据相对应，它指基于科学原理或科学原则而得出的证据，学者张继成把科学理论中的定理、定律、规则等称为科学证据。笔者认为，中学阶段化学教学中常用的证据主要指陈述性的化学知识，如化学概念、化学理论、物质结构、元素化合物知识、生活情境和科学常识。

什么是推理？推理是“由一个或几个已知的判断（前提），推导出一个未知结论的思维过程”，其语法规律是形式逻辑，常见的推理方式有三种：演绎推理、归纳推理和类比推理。

什么是證据推理？文献[1]认为，“证据推理”在学界是固定的专用名词，指由 Dempster在1967年提出，后经他的学生Shafer进一步发展完善起来的一种不确定推理理论。百度百科中对“证据推理”解释是“对从不同性质的数据 源中提取的证据，利用正交求和方法综合证据，通过证据的积累缩小集合，从而获得问题的解”。2017年教育部颁布的《普通高中化学课程标准》对“证据推理”的解释为“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系。”结合上述观点，笔者认为，化学教学中的证据推理是指根据化学概念、理论和事实性知识，通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式，进行证实和证伪的求证方式，从而获取新知识、解决新问题的高级思维过程。

二、证据推理在教学中的应用研究

陈进前[2]研究了证据推理在解决电化学试题中的运用，顾建新[3]研究了证据推理和模型建构在原电池教学中的运用，卓金镇[4]等研究了证据推理在苯教学中的运用，刘玉荣[5]研究了论证图是初学者学习科学论证的有效工具等。总之，证据推理应用在高中化学教学中并不多，研究内容主要集中在某一个具体的教学设计或者单一证据类的问题解决，对证据的种类、推理的角度、证据推理的水平评价等本体知识关注不够。笔者进行如下思考，以期更全面地诠释证据推理在课堂教学中的实施途径。

三、证据推理在化学教学中的实践和思考

（一）化学知识结构化，拓展证据推理的广度

化学知识结构化是指按照知识间的逻辑关系形成的认知图示，知识结构化的丰富程度将影响学生调取证据、进行推理的广度。

苏教版《化学1》 “镁的性质”教学片段。

【情境】 1807年英国化学家戴维电解苛性钠制得金属钠，1808年戴维电解氧化镁制得金属镁。戴维通过研究发现镁很活泼，跟钠的化学性质相似，请你寻找支持戴维观点的证据。

【活动】学生或独立思考，或合作讨论，或动手实验，或查阅资料，证据推理的课堂如此热烈：有的小组查阅资料发现，自然界中无游离态镁，镁主要以菱镁矿、光卤石、氯化镁等形式存在，自然界中也无游离态钠，说明钠、镁均活泼。有的小组通过实验发现，镁可以和氧气、二氧化碳、氮气、盐酸、水反应，钠也可以和氧气、二氧化碳、氮气、盐酸、水反应，钠、镁在反应中都是失去电子，说明钠、镁都是还原剂。有的小组分析原子结构认为，镁是12号元素，易失去最外层2个电子，钠是11号元素，易失去最外层1个电子，二者均显示还原性；还有的小组查阅资料发现，工业制备钠、镁是通过电解氯化钠、氯化镁得到，证明钠、镁是活泼金属单质。还有竞赛同学发现钠、镁的标准电极电势均很小，说明钠、镁均容易失去电子。

【思考】教师借助科学史设定驱动任务——如何证明钠、镁的化学性质相似？学生主动寻找证据，积极进行推理分析，将镁的类别、结构、存在、制备等问题形成整体，统摄在镁的化学性质教学的大主题下。笔者以为，影响物质性质的直接因素有物质类别、化合价和原子结构、化学键等；反映物质性质的间接因素有物质的制备、存在和用途等，物质在某反应中的具体性质受到反应方向、限度和速率等化学理论的动态控制，它们之间关系如图1所示。教师要根据不同的课程阶段和学业质量要求，帮助学生建立影响物质性质因素的知识网络，丰富收集证据的渠道，拓展证据推理的广度，使元素化合物教学凸显立体思考的色彩。

（二）教学过程逻辑化，强化证据推理的角度

教学过程逻辑化是指按照思维品质的条理性特点，设计符合学生认知规律的教学过程，教学过程的严密程度将启发学生选择不同的论证方式进行证据推理的角度。

苏教版《化学反应原理》 “化学反应方向”的教学片段。

【情境——类比推理】教师呈现自然现象：高水低流、高温低降、高物低落，类比推理引出自发化学反应的概念：在一定温度和压强下，无需外界帮助，可向外做非体积功（电功、机械功）的化学反应。

【活动1——归纳推理】教师给出如下自发反应，归纳其共同特点。

C3H8（g）+5O2（g）=3CO2（g）+4H2O（g） ΔH<0

2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s） ΔH<0

HCl（aq）+NaOH（aq）=NaCl（aq）+H2O （l） ΔH<0

Cl2（aq）+2KBr（aq）=2KCl（aq）+Br2 （aq）

ΔH<0

学生归纳得出自发反应的特点：自发反应为发热反应，PPT展示：

【焓减原理】体系趋向于从高能状态转变为低能状态，放出热量多，反应趋势大。

【活动2——实验证实、证伪】学生分组实验：①锌和盐酸反应，发现反应自发后体系温度升高；②氢氧化钡晶体和氯化铵固体反应，发现反应自发后体系温度降低。

教师给出影响反应自发性的另一个因素——熵：衡量一个体系混乱度的物理量；学生类比“焓减原理”得出熵变影响反应的自发性，PPT展示：

【熵增原理】体系趋向由有序状态转变为无序状态——即混乱度增加（ ΔS>0）方向，ΔS越大，微粒不规则运动加剧，越有利于反应自发进行。

【活动3——演绎推理】解释下列反应在常温常压下能否自发进行的原因。

2Na（s）+Cl2（g）=2NaCl（s）ΔH<0 ΔS<0

2NH4Cl（s）+Ba（OH）2·8H2O（s）=2NH3↑（g）

+CaCl2（s）+10H2O（l） ΔH>0 ΔS>0

C3H8（g）+5O2（g）=3CO2（g）+4H2O（l） ΔH<0 ΔS>0

CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） ΔH>0 ΔS<0

学生根据焓减原理、熵增原理进行解释，教师给出判断反应自发进行的联合判据：ΔG=（ΔH-TΔS）<0，反应自发；ΔG=（ΔH-TΔS）>0，反应非自发。

【活动4——定量思维】CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）常温常压不能发生，已知ΔG=（ΔH-TΔS）=178 300J·mol-1 - 160.4 TJ·mol-1·K-1，当ΔG<0反应自发发生，计算碳酸钙分解的临界温度。学生代入数值计算临界转化温度>1112K。

师生总结：某一定条件下不能自发进行的反应，当改变外界条件或者外界干预反应（做非体积功），不自发的反应也能发生。

【思考】课堂上教师向学生呈现科学研究问题的一般思路，使教学过程充满逻辑性：观察生活现象，类比引出自发反应的概念→比较分析，归纳得出焓减原理→证实证伪，引出熵增原理→演绎规律解释问题，引出联合判据→解决实际问题，定量计算，深化规律。化学反应方向是很抽象的理论，教师引导学生像科学家一样思考，设计逻辑化的教学过程，揭示证据推理的方式，帮助学生突破认知难点。笔者以为，证据推理的角度涉及证据类型、思维形式、推理方式和证明过程，其关系如图2所示。教师要适切地结合化学概念的内涵和外延，向学生示范证据推理的过程，使论证过程全面而深刻，帮助学生形成证据推理的逻辑化角度，使化学概念课教学充满辩证思维的力量。

（三）科学探究层次化，提高证据推理的深度

科学探究的层次化是指进行科学探究既要重视宏觀求证，又要进行微观求证；既要重视直接证明，又要学会间接证明。学生搜寻证据的种类和证明方式不同，反映学生运用证据推理的深度不同。

【情境】向小试管中依次加入1mL 0.1mol/L NaOH溶液、4滴酚酞、2 mL乙酸乙酯，用水浴控温70℃加热2分钟，振荡，红色褪去。对于红色褪去原因，观点甲认为红色褪去是因为酯发生水解反应，碱被消耗；观点乙认为红色褪去是因为乙酸乙酯将酚酞从水层萃取。

问题：请你结合观点甲、乙进行科学探究，并给出红色褪去的合理原因。

【活动】学生先独立思考，再分小组讨论，或查阅资料分析，或设计实验探究。

有些同学找到证据①说明观点甲合理：乙酸乙酯在碱性完全水解，反应方程式为：CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+ C2H5OH。

有些同学找到证据②说明观点甲不合理：向小试管中依次加入1mL 0.1mol/L NaOH溶液、4滴酚酞、2mL乙酸乙酯，用水浴控制温度70℃加热2分钟，充分振荡红色褪去，还有明显油层；分出水层加4滴酚酞溶液显红色。说明乙酸乙酯短时间不能完全水解，水层含有NaOH。

有些同学找到证据③说明观点甲不合理：向小试管中依次加入1mL 0.1mol/L CH3COONa溶液、4滴酚酞，溶液显红色 ，说明即使碱全部消耗，产物乙酸钠可使酚酞变红。

有些同学找到证据④说明观点乙合理：向小试管中依次加入1mL 0.1mol/L NaOH溶液、4滴酚酞、2mL乙酸乙酯，用水浴控温70℃加热2分钟，充分振荡，分离出水层加入1mL 0.1mol/L NaOH溶液呈无色，说明水层不含酚酞，酚酞被萃取至油层。

教师提供酚酞（结构如图3），有的学生发现证据⑤说明观点乙合理：乙酸乙酯和酚酞都是极性有机分子，乙酸乙酯可以将少量酚酞从水层萃取出来而使红色褪去。

教师提供证据⑥：向小试管中依次加入1mL 0.1mol/L NaOH溶液、4滴酚酞、2mL四氯化碳，充分振荡水层显红色，有的学生能解释非极性分子四氯化碳不能萃取极性分子酚酞。

综上所述，本实验中乙酸乙酯使酚酞-氢氧化钠红色褪色的主要原因[6]：乙酸乙酯在碱性条件下水解速度慢，极性酚酞分子被极性乙酸乙酯萃取而使溶液褪色。

【思考】教师提供真实情境问题，学生对两种观点进行探究，学生设计实验进行证据推理的能力参差不齐。证据①属于教材事实知识，多数学生能想到。证据②是宏观直接证据（证明NaOH没有完全消耗），多数学生能想到。证据③是宏观间接证据（证明乙酸钠溶液加酚酞变红），极少数学生能想到。证据④是宏观直接证据（证明酚酞被萃取），多数学生能想到。证据⑤是微观结构证据，需要教师提供酚酞分子结构和“相似相溶原理”的知识，学生才能理解，没有一个学生能想到。证据⑥是信息证据，需要教师解释学生才能理解，没有一个学生能想到。笔者根据《普通高中化学课程标准》对“证据推理”的描述将证据推理的水平分为四类：宏观证据、微观证据、定量证据和模型证据，其含义如表1。

四、结语

倡导素养为本的化学课堂教学对证据推理核心素养提出了新的要求：化学知识侧重素材积累，其结构化程度解释了证据“是什么”的广度问题；教学过程侧重思路引领，其逻辑化程度呈现了推理“怎么推”的角度问题；科学探究侧重证据收集和推理方式，其层次化程度评价了证据推理“做得怎么样”的深度问题。教师引导学生对这些问题进行思考，以期强化学生的学科认识思路，发展学生的学科论证能力，提高学生的学科核心素养。

参考文献：

[1] 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）：19-20.

[2] 陈进前.基于证据推理解答电化学试题[J].化学教学，2017（11）：80-84.

[3] 顾建新.关于化学核心素养培育的微观思考——原电池教学中的“证据推理与模型认识”的教学思考[J].化学教学，2017（11）：34-38.

[4] 卓金镇，等.“问题猜想，证据推理”彰显化学魅力——苯的教学设计[J].中学化学教与学，2017（09）：10.

[5] 刘玉荣，等.论证图——促进初学者学习科学论证的有效工具[J].化学教育，2017（17）：10-13.

[6] 李伟伟，等.乙酸乙酯使含酚酞的氢氧化钠溶液褪色的原因研究[J].化学教学，2017（12）：68 -70.