吳晗清,張雪瀅
(1.首都師范大學(xué) 教師教育學(xué)院, 北京 100037;2.首都師范大學(xué) 化學(xué)教育研究所, 北京 100048)
在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中,數(shù)據(jù)來源于觀測(cè),知識(shí)則是相應(yīng)的化學(xué)本體性理解,如元素化合物、反應(yīng)規(guī)律等。所謂“證據(jù)推理”,就是對(duì)一些有用信息進(jìn)行分析加工,獲得可靠結(jié)論的思維過程。隨著《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下稱“新課標(biāo)”)頒布,化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)開始成為化學(xué)教育改革新時(shí)代的導(dǎo)向,其中明確提出“證據(jù)推理”是學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。
新課標(biāo)中,在“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一核心素養(yǎng)下提到學(xué)生應(yīng)“具有證據(jù)意識(shí),能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè),通過分析推理加以證實(shí)或證偽;建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。”可見,通過學(xué)習(xí)學(xué)生需要對(duì)一些問題提出假設(shè),為了證明或證偽這些假設(shè)去尋找關(guān)鍵證據(jù),從而進(jìn)行分析推理,解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。課標(biāo)中將“證據(jù)推理”劃分了四個(gè)水平等級(jí):一是能從事實(shí)中提取一些證據(jù),對(duì)相關(guān)問題作出初步的假設(shè),依據(jù)證據(jù)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。二是能夠宏、微結(jié)合收集證據(jù),并從不同角度分析問題。三是定性、定量結(jié)合地收集證據(jù)并得出合理的結(jié)論。四是依據(jù)各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù),嚴(yán)謹(jǐn)解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。而對(duì)于學(xué)生而言,欲要實(shí)現(xiàn)證據(jù)推理水平等級(jí)的進(jìn)階,則需憑借良好的思維方法和學(xué)習(xí)方式才能得以實(shí)現(xiàn)。
證據(jù)推理是科學(xué)探究的思維核心,同時(shí)也是化學(xué)核心素養(yǎng)的體現(xiàn)。盡管證據(jù)推理具有重要意義,但實(shí)踐中卻依然存在很多問題,主要包括以下兩個(gè)方面:首先在教的方面,往往存在教學(xué)設(shè)計(jì)欠妥的問題,尤其是實(shí)驗(yàn)。為了節(jié)省時(shí)間,通常將科學(xué)探究環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化為按部就班的實(shí)驗(yàn)操作,忽視了深度思維的培養(yǎng),證據(jù)推理素養(yǎng)難以提升。另外,對(duì)學(xué)生個(gè)體差異的關(guān)注不夠。以推理乙硼烷結(jié)構(gòu)為例[1],有人認(rèn)為其結(jié)構(gòu)類似乙烷,而有些同學(xué)則認(rèn)為其結(jié)構(gòu)類似氯化鋁,并對(duì)此提出了相關(guān)依據(jù)以證明自己的結(jié)論。顯而易見,他們提出假設(shè)的層次、微觀認(rèn)識(shí)的深度都有很大差距。其次是學(xué)的方面,學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)比較感興趣,但是普遍不夠主動(dòng)。常常是被動(dòng)地記憶一些知識(shí),較少思考知識(shí)之間的聯(lián)系。動(dòng)手實(shí)驗(yàn)也較少,常常是照單抓藥式的機(jī)械操作,缺乏對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)過程的整體關(guān)照。由于缺乏積極的手腦并用,當(dāng)需要“從多個(gè)角度解釋某一事實(shí)”時(shí),學(xué)生往往傾向于用瑣碎的語(yǔ)言和知識(shí)點(diǎn)去描述,而不是將幾個(gè)角度進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)后從整體的視域?qū)ΜF(xiàn)象作出恰當(dāng)而全面的解釋。以致浮于表面,不能深入至問題的本質(zhì),因而影響到證據(jù)推理的深度和廣度。
分析相關(guān)文獻(xiàn),可以發(fā)現(xiàn)目前研究?jī)?nèi)容多數(shù)集中在以下幾個(gè)方面:一是對(duì)證據(jù)推理的內(nèi)涵進(jìn)行分析探討,其中所涉及的角度主要包含基于化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的解讀[2]、基于核心素養(yǎng)的分析、基于科學(xué)探究的研討等幾方面,研究者們普遍認(rèn)為證據(jù)推理是將觀測(cè)到的事實(shí)作為證據(jù),從而建立起證據(jù)與結(jié)論之間的相互聯(lián)系,或者通過證據(jù)來證實(shí)猜想;二是對(duì)于證據(jù)推理過程的研究[3],多數(shù)研究者通過教學(xué)設(shè)計(jì)的形式來展現(xiàn)某一主題或某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的證據(jù)和結(jié)論,以及二者之間的邏輯關(guān)聯(lián),從而提出教學(xué)建議,研究主題主要涉及無(wú)機(jī)元素化合物、電化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)探究等部分內(nèi)容;三是對(duì)證據(jù)推理水平的探討,如有研究者將證據(jù)與推理相結(jié)合并利用不同方法將證據(jù)推理水平重新進(jìn)行劃分,構(gòu)建起能力水平框架[4]。可見,目前對(duì)證據(jù)推理的研究較為全面,有不少深度的分析。然而也有諸多需要進(jìn)一步探討的地方,如證據(jù)推理的操作性定義還不夠明確,導(dǎo)致對(duì)證據(jù)推理的測(cè)查難以深入。對(duì)不同學(xué)業(yè)水平學(xué)生證據(jù)推理能力的差異性缺乏關(guān)照,且已有研究基本沒有量化分析。基于此,本研究擬從操作性框架出發(fā),對(duì)學(xué)生的證據(jù)推理能力進(jìn)行量化測(cè)查,從而尋找差異、分析原因,為“證據(jù)推理”教學(xué)提供針對(duì)性的策略與建議。
通過上述分析發(fā)現(xiàn),研究者們更加傾向于用語(yǔ)言闡述證據(jù)推理的內(nèi)涵,而未將其轉(zhuǎn)化為一種可操作性的過程,從而難以深入分析實(shí)際教學(xué)中證據(jù)推理這一素養(yǎng)達(dá)成的問題所在。因此本研究結(jié)合課標(biāo)中對(duì)于“證據(jù)推理”的定義及水平要求,將證據(jù)推理轉(zhuǎn)化為操作性過程,認(rèn)為證據(jù)推理是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題,進(jìn)而提出假設(shè),并結(jié)合自己的已有認(rèn)知以及從陌生情境中提取到的有效信息從多個(gè)角度尋求證據(jù)并提出觀點(diǎn)、檢驗(yàn)假設(shè),最終建立起觀點(diǎn)、證據(jù)與結(jié)論之間關(guān)聯(lián)的完整過程(如圖1所示)。

圖1 “證據(jù)推理”的操作過程
本研究采用的測(cè)量工具是北京市2021年高三“一模”測(cè)試中東城、西城、海淀三個(gè)城區(qū)的證據(jù)推理測(cè)試題。經(jīng)SPSS 24.0檢測(cè)測(cè)試題的難度系數(shù)為0.48,科隆巴赫系數(shù)0.858,KMO值為0.818,說明測(cè)試題信效度良好。為考查學(xué)生對(duì)于“證據(jù)推理”素養(yǎng)的理解和掌握程度,首先依據(jù)新課標(biāo)對(duì)證據(jù)推理素養(yǎng)進(jìn)行水平劃分,將該素養(yǎng)由淺入深劃分為四種水平。然后據(jù)此“證據(jù)推理”水平等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),將相應(yīng)試題進(jìn)行同樣的水平劃分,并抽提、總結(jié)出與之相對(duì)應(yīng)的考查重點(diǎn)(如表1所示)。

表1 測(cè)試題的水平劃分及考查重點(diǎn)抽提概括
本次測(cè)試的對(duì)象是來自于北京市示范性高中的498名高三學(xué)生。本測(cè)試按照學(xué)生答題的最終得分結(jié)果,將所有測(cè)試對(duì)象從高到低分為三個(gè)層次,將整體排名在前27%的學(xué)生劃分為A組(優(yōu)秀),表明學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)的水平較高;將整體排名位于中間46%的學(xué)生劃分為B組(中等),表明這一部分學(xué)生對(duì)于“證據(jù)推理”素養(yǎng)的理解與掌握程度一般,對(duì)于相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度存在一些漏洞和誤區(qū);將整體排名后27%的學(xué)生劃分為C組(學(xué)困),表明這類學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)水平較低,存在較多問題。
基于描述性統(tǒng)計(jì)分析,可以得到三組學(xué)生在不同水平上得分的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)可以看出,在不同水平下的平均得分以及總分均為A組(優(yōu)秀)>B組(中等)>C組(學(xué)困)。其中,A組學(xué)生的總分平均分比B組高出18.86分,B組學(xué)生的總分平均分又比C組高出24.90分。且標(biāo)準(zhǔn)差均為A組(優(yōu)秀)

表2 三組學(xué)生在四個(gè)水平對(duì)應(yīng)試題中的平均得分及標(biāo)準(zhǔn)差
數(shù)據(jù)直觀顯示,三組學(xué)生對(duì)于“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的理解與掌握水平的差異很明顯。可以看出,無(wú)論哪一組,在得分結(jié)果上均呈現(xiàn)水平1>水平2>水平3>水平4這一趨勢(shì),與預(yù)期結(jié)果非常貼合。整體而言,學(xué)生對(duì)于“證據(jù)推理”素養(yǎng)的理解及學(xué)業(yè)水平有待提升,尤其是中等組和學(xué)困組有待進(jìn)步的空間非常大。
由表3可以知道,在水平1上僅A組與C組之間存在顯著性差異,水平2上C組分別與A組、B組存在顯著性差異,而在水平3和水平4上任意組間均存在顯著性差異。具體來說,水平1難度較低,如直接考查Fe3+與SCN-反應(yīng)的離子方程式與現(xiàn)象,A組學(xué)生能夠精準(zhǔn)地回答問題,但C組依然有部分學(xué)生難以把握這些所謂的“送分題”。這導(dǎo)致學(xué)優(yōu)生和學(xué)困生之間存在顯著性差異。

表3 同水平下不同組學(xué)生的差異



由表4可以看出,A、B、C三組學(xué)生均在水平1與水平4之間、水平2與水平4之間以及水平3與水平4之間均存在顯著性差異,但產(chǎn)生差異的原因各不相同。水平1、水平2在四種水平中相對(duì)簡(jiǎn)單,主要考查從事實(shí)中提取證據(jù)以證明觀點(diǎn)的能力,落實(shí)到試題上體現(xiàn)在提取簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出相應(yīng)結(jié)論;水平3考查學(xué)生從定性及定量的角度去收集證據(jù),需要根據(jù)題目中的敘述明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⒄业阶兞浚每刂谱兞康乃枷胱孕性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)題中結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證;水平4主要考查從多個(gè)角度看待問題,利用化學(xué)理論知識(shí)作為證據(jù)支撐去解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。具體到題目中要求學(xué)生從化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率等多個(gè)角度解釋出現(xiàn)相應(yīng)現(xiàn)象的原因,構(gòu)建證據(jù)與結(jié)論間的因果關(guān)系,難度較大。因此,A組和B組學(xué)生,在水平1和水平2對(duì)應(yīng)的題目上幾乎可以達(dá)到滿分;水平3對(duì)應(yīng)題目的難度雖有所升高,但整體得分情況差別不大;而水平4對(duì)應(yīng)的題目上得分明顯低于前三種水平。由于C組學(xué)生基礎(chǔ)薄弱,即便是難度較低的題目也無(wú)法很好作答,隨著難度的提升更是每況愈下,因而在水平3和水平4上的得分下降趨勢(shì)十分明顯。


C組學(xué)困生,僅在水平1上表現(xiàn)良好,水平2、水平3、水平4的得分均不及格。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),他們?cè)诮鉀Q問題的過程中由于化學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱,即使在難度較低的題目中也體現(xiàn)出一定程度上的知識(shí)漏洞;較高水平的測(cè)試題,需要學(xué)生從多個(gè)角度考量,顯然對(duì)于他們是捉襟見肘,基本上交的是“白卷”,無(wú)從分析。可見這類學(xué)生首要的任務(wù),是掌握最基本的學(xué)科知識(shí)和技能,甚至包括一般材料的閱讀能力。
通過上面對(duì)測(cè)查結(jié)果的分析,可以看出整體上學(xué)生的證據(jù)推理水平有待提升。筆者對(duì)參與測(cè)查的部分學(xué)生代表進(jìn)行了半結(jié)構(gòu)性訪談,發(fā)現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不足,普遍缺乏求知欲,學(xué)習(xí)比較被動(dòng),主要是中等生,尤其是學(xué)困生。因此,把學(xué)習(xí)當(dāng)作一件被動(dòng)的任務(wù)時(shí),真正的學(xué)習(xí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)生。真實(shí)學(xué)習(xí)的基本前提就是學(xué)生發(fā)揮其自主性,即積極主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)中。自主學(xué)習(xí)十分關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體性作用,要明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo),協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)的自然環(huán)境及社會(huì)情境,能夠自己掌控學(xué)習(xí)內(nèi)容的進(jìn)度、難度,對(duì)學(xué)習(xí)有一定的元認(rèn)知,能夠獨(dú)立、高效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。
從化學(xué)教學(xué)的角度,首先,要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),遠(yuǎn)非化學(xué)知識(shí)。從外部來說,要通過豐富多彩的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)與社會(huì)生活的緊密關(guān)聯(lián)、化學(xué)史中有趣的故事、化學(xué)發(fā)展的前沿,以及言語(yǔ)鼓勵(lì)、師生共情等外在方式來吸引學(xué)生。讓學(xué)生感受化學(xué),親近化學(xué),熱愛化學(xué)。同時(shí),也要重視學(xué)生內(nèi)部動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。引導(dǎo)他們對(duì)學(xué)科進(jìn)行系統(tǒng)的認(rèn)知,從知識(shí)結(jié)構(gòu)、思想方法、態(tài)度精神上得到濡養(yǎng)。其次,要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行全程把控。在學(xué)習(xí)過程中會(huì)經(jīng)歷不同的階段,引導(dǎo)學(xué)生制訂不同的計(jì)劃、設(shè)置不同目標(biāo),及進(jìn)行自我監(jiān)察與評(píng)價(jià)等。這一系列過程會(huì)讓學(xué)生更加了解自己并有助于其做出決策,實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的良性循環(huán)[5]。另外,要關(guān)注學(xué)生的差異性。比如學(xué)困生學(xué)習(xí)態(tài)度普遍不夠端正,缺乏自主管理能力,不能有效、合理地安排自己的學(xué)習(xí)。同時(shí)也欠缺化學(xué)學(xué)科基本的學(xué)習(xí)策略和方法,從而跟不上談不上學(xué)習(xí)質(zhì)量。而大部分中等生,學(xué)習(xí)態(tài)度比較端正,主要欠缺的是適當(dāng)學(xué)習(xí)方法。因此,對(duì)于前者主要是采取外部吸引策略,而后者則需要更多的內(nèi)部引導(dǎo)。
基于測(cè)查及訪談,發(fā)現(xiàn)三組學(xué)生之間存在差異的主要原因,在于不同類別學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維方式等大相徑庭。優(yōu)等生頭腦中的化學(xué)知識(shí)近似以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來,在答題過程中也能將知識(shí)間的關(guān)聯(lián)清晰外顯,形成系列的“證據(jù)鏈”,從而學(xué)以致用靈活遷移。而中等生對(duì)知識(shí)的理解是相對(duì)零散的,在解決問題過程中很難將知識(shí)有機(jī)聯(lián)系起來,“證據(jù)點(diǎn)”之間缺少關(guān)聯(lián)性。而對(duì)于學(xué)困生,學(xué)習(xí)幾乎沒有發(fā)生,何談“證據(jù)推理”。因此,要讓一般的學(xué)生靠近優(yōu)等生,就必須促進(jìn)意義學(xué)習(xí)。讓學(xué)生在實(shí)踐探究中進(jìn)行理性思考,手腦并用,將知識(shí)與技能、過程與方法等融會(huì)貫通,基于有效的證據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)耐评怼?/p>
從教學(xué)的角度,教師需要在內(nèi)容和行為兩個(gè)方面進(jìn)行引導(dǎo)。首先,學(xué)習(xí)內(nèi)容需要加強(qiáng)“新舊聯(lián)系”,體現(xiàn)在縱橫關(guān)聯(lián)、三重表征及情境素材等方面。縱的聯(lián)系主要是學(xué)科知識(shí)與能力的進(jìn)階,橫的聯(lián)系主要是同一層級(jí)上的不同知識(shí)模塊之間的內(nèi)在構(gòu)架,縱橫聯(lián)系就是將學(xué)生過去的相關(guān)知識(shí)以及當(dāng)下學(xué)習(xí)的各種零散的知識(shí)整合起來,構(gòu)建屬于他自己的認(rèn)知體系。三重表征,是有機(jī)聯(lián)系的認(rèn)知視角,體現(xiàn)的是化學(xué)認(rèn)知體系的學(xué)科特征。如看到某些宏觀的化學(xué)現(xiàn)象,可以自然而然地從微觀粒子的角度去解釋,并且條件反射地以相關(guān)化學(xué)符號(hào)將兩者合二為一地表達(dá)出來。情境素材,就是教師要將學(xué)習(xí)內(nèi)容溶解到一定的情境素材之中,讓學(xué)生自發(fā)地、快樂地以三重表征的方式對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行主體建構(gòu)[6]。其次,學(xué)習(xí)方式需要“顯隱結(jié)合”。顯性方面,教師呈現(xiàn)的知識(shí)框架應(yīng)該具有一定的線索或邏輯,而且與學(xué)生的認(rèn)知要有匹配性。隱性方面則體現(xiàn)在“滲透性學(xué)習(xí)”,教師要?jiǎng)?chuàng)造一種融洽合作、自由探討的學(xué)習(xí)氛圍,讓學(xué)生置身其中耳濡目染,無(wú)形之中獲得良好的學(xué)習(xí)效果。
前已述及,同組學(xué)生隨著水平層級(jí)的增高,差異是逐漸增大的,體現(xiàn)了一個(gè)明顯的進(jìn)階過程。即越往上越困難,對(duì)于“證據(jù)推理”的要求越高。有多數(shù)學(xué)生在水平1和水平2對(duì)應(yīng)題目的作答中表現(xiàn)良好,但在水平3就出現(xiàn)了不少問題,而水平4更是相形見絀。這表明學(xué)生對(duì)于“證據(jù)推理”的理解和掌握還不夠深入,難以實(shí)現(xiàn)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的進(jìn)階。因此在學(xué)習(xí)過程中,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),而不是浮于表面。如依據(jù)官能團(tuán)推測(cè)陌生的復(fù)雜有機(jī)化合物的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng),就需要深度學(xué)習(xí)。在必修階段學(xué)習(xí)乙醇和乙酸的主要性質(zhì),關(guān)注的是具體物質(zhì)。進(jìn)入選擇性必修階段,開始引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注有機(jī)物結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán),通過識(shí)別官能團(tuán)區(qū)分物質(zhì)類別,進(jìn)而認(rèn)識(shí)一類物質(zhì)的通性,明確各類物質(zhì)能夠發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類型,最終實(shí)現(xiàn)各類物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化等[7]。從而在具體和抽象、個(gè)別與一般的思考中,形成多維度的證據(jù)意識(shí),進(jìn)行復(fù)雜的推理。
深度學(xué)習(xí)是比對(duì)機(jī)械化、碎片式的淺層學(xué)習(xí)而提出的。在教學(xué)實(shí)踐中要擯棄一些誤區(qū),如認(rèn)為一節(jié)課、一個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)就能完成深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)的達(dá)成,需要滿足諸多條件。學(xué)時(shí)方面,需要較長(zhǎng)時(shí)間的積累,循環(huán)往復(fù)、螺旋上升;學(xué)科方面,需要進(jìn)行內(nèi)容的整合,如基于大概念、大單元、大主題的教學(xué)。因此,需要在教師主導(dǎo)下,充分發(fā)揮學(xué)生的主體性。學(xué)習(xí)內(nèi)容要結(jié)構(gòu)化、體系化。學(xué)習(xí)過程中,要給予學(xué)生適切的時(shí)間和空間,培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí),以臻教學(xué)相長(zhǎng)。顯然,指向“證據(jù)推理”的深度學(xué)習(xí),具體的信息能力、思維能力等已然成為下位的目標(biāo),終極追求落在形成一種持久的思考和行為范式。▲