指向“證據推理”素養評價的等級性考試命題探索

盧雨辰 何文 李娜 劉汝鳳

[摘要]“證據推理”是重要的科學思維，也是化學學科核心素養的重要維度。在分析“證據推理”內涵和水平框架的基礎上，從“證據推理”素養評價的角度選取天津市普通高中學業水平化學學科等級性考試中典型試題進行設計分析，厘清命題思路，為命題工作提出三點建議：一是強化課程標準研究，在試題中考查學科核心概念；二是利用實驗探究過程進行“證據推理”素養的測評；三是創設真實問題情境實現學科素養的培養，進而發揮考試評價的正向導向作用。

[關鍵詞]等級性考試；核心素養；證據推理；試題設計

[中圖分類號]G424.74[文獻標識碼]A

[文章編號]1673—1654（2023）05—014—007

基金項目2021年天津市教育科學規劃課題“基于核心素養的普通高考及高中學業水平等級性考試試卷設計與后效研究”（項目編號CHE210130）。

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）凝練出了“證據推理與模型認知”等五方面的化學學科核心素養。化學學科核心素養是高中化學課程的核心目標，也是衡量教學成效的評價依據。對于考試評價而言，學科核心素養替代知識、能力成為了測試構念。知識本位和能力本位的測評，其外顯行為比較容易進行觀測。相較于知識、能力的測評，素養是抽象的、潛在的，而不是具體的、易觀測維度的行為，必須在高中化學學科的領域內進行分解，使其更為具體與明晰，以外顯的關鍵行為對其學科核心素養進行評價。

“證據推理”素養是首次在《課程標準》中被明確提出的，課程目標中要求學生能夠“初步學會收集各種證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑”[1]，這一目標對如何在考試評價中對該素養進行合理測評提出了新的挑戰。本文以近年天津市普通高中學業水平等級性考試（以下簡稱“等級考”）化學試卷為例，在分析“證據推理”的內涵與水平框架的基礎上，選取部分試題進行分析。

二、證據推理的內涵與水平框架

（一）證據推理的內涵

學科核心素養包含正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，其內涵非常豐富，需要對其內涵進行分析與界定。從詞語結構的角度分析，“證據推理”是一個偏正結構合成詞，“證據”是修飾語，“推理”是中心語，“證據”是對“推理”這一過程的修飾。《辭海》（第七版）中對“證據”的釋義是：能夠證明案情真相的事實或材料：對于“推理”的釋義是：由一個或一組命題推出另一命題的思維方式。方彎彎等人認為，證據推理是學生憑借已有的生活經驗和化學知識提出假設，再根據實驗事實、化學概念、化學理論，通過比較分析、抽象概括和歸納演繹等推理形式，對猜想進行證實和證偽的求證方式[2]。羅瑪認為，相比于“科學推理”，“證據推理”更突出強調了“證據”，“證據推理”是在科學學習這個特定的領域情境下，利用證據進行推理，強調的是利用科學相關的證據，體現科學推理的思維要求[3]。趙銘等人認為，證據推理是在科學學習的領域情境下，獲取證據進行推理的認知活動，強調識別、轉換和表達“證據”的過程[4]。楊玉琴等對“證據推理”的內涵進行了研討，認為證據推理貫穿于科學探究的過程，要重視其在過程中的統攝作用，使科學探究成為知識理解、思維發展及科學本質觀深化的學習過程[5]。

綜上，“證據推理”可以理解為“基于證據的推理”，是在化學學科的語境中，依據化學實驗現象、化學基本原理、實驗數據資料等信息或事實，經過處理和整合形成證據，對假設、猜想進行論證，進而推導出結論。

（二）證據推理的水平框架

國外有關“證據推理”的研究中，聚焦于科學教育過程中的推理，不同研究者從技能視角、過程視角和整合視角等進行了能力內涵和發展層級的研究[6]。科學教育涉及邏輯推理與科學推理等研究領域，所采用的評估框架最典型的是基于圖爾敏（Toulmin）論證模型所構建的評價標準[7]，研究者試圖揭示推理過程與論證過程間的內在聯系。例如，布朗（Brown）等人在圖爾敏論證模型的基礎上建構了基于證據的推理的框架，用于評價學生在科學推理過程中的表現，該評估框架試圖幫助測評開發人員和參與者從理論的視角去鑒別和確認科學論證過程的要素和結構，建立通用測評工具開發的基本框架[8]。

國內有關“證據推理”的研究側重于結合我國教育教學和課程發展現狀進行學生能力水平、影響因素等方面的研究。《課程標準》作為我國中學化學的綱領性文件，在宏觀架構上對學科核心素養做出了界定。盡管提出了學業質量水平4是等級考命題的標準，但對不同水平的表現尚未給出更為詳細的刻畫。國內眾多學者對這一水平框架從不同視角進行了深入的研究和細化。羅瑪整合“證據”和“推理”兩方面的復雜性水平，利用專家調查加以修正，構建出科學而實用的“證據推理”科學能力框架，并對學生能力進行測評[9]。孫妍等人將“證據推理”素養四個水平與學科的核心概念相結合，建構出素養測評的二維命題框架，測評學生的素養水平[10]。方彎彎等人根據《課程標準》對素養水平的劃分，借鑒SOLO分類理論，以及證據的復雜性和推理的復雜性，根據情境與證據的不同將每個水平細分為a和b兩個子水平，為試題編制提供了更為嚴謹的依據[2]。

盡管不同學者所提出的水平框架各有側重，但均重視“推理”和“證據”的雙重復雜性，以及情境的真實性、問題的創新性或綜合性。綜上，借鑒羅瑪、方彎彎等人提出的水平框架，結合《課程標準》以及單旭峰依據《中國高考評價體系》提出的考試內容改革實施路徑[11]，筆者認為要在化學學科的語境中設計“證據推理”素養的測評，既要關注試題的素材情境和學生的已有知識，也要考慮證據的種類、數量和呈現形式，分析學生能否從眾多的信息中提取出有效的證據，還要關注整個推理過程的復雜程度，全盤考慮能否有效測評“證據推理”，可以從如下維度（表1）對試題進行設計和分析，并集體討論后確定試題歸屬于四個水平中的何種層次。

三、試卷、試題的設計分析

（一）在試卷中的考查維度分析

學科核心素養指向學科課程學習的真實性學業成就，其測評是以建構為核心的評價[12]。對于考試評價而言，尤其是高利害的學業水平等級性考試，素養的測評不能籠統視之，需要從多重維度去審視所命制的試題，結合2021年和2022年天津卷，全卷對證據推理素養的考查維度分析情況如下（表2、表3）：

通過表2和表3可以看出，2021年和2022年天津卷在“證據推理”素養考查方面，涉及的必備知識涵蓋了化學語言與概念、物質結構與性質、反應變化與規律、物質轉化與應用、實驗原理與方法；在推理復雜性方面，聚焦溯因推理、演繹推理、歸納推理的考查；證據的復雜程度依據試題的情境和考查要求進行合理設置，證據顯性化程度有高有低；設問中較多對應學業質量水平的水平2和水平3。

（二）試題的命制設計分析

【2021年天津等級考第（13）題節選】鐵單質及其化合物的應用非常廣泛。Fe3+可與H2O、SCN-、F-等配體形成配位數為6的配離子，如[Fe（H2O）6]3+、[Fe（SCN）6]3-、[FeF6]3-。某同學按如下步驟完成實驗：

[試題設計思路]指向素養評價的命題需要基于化學知識體系和框架進行考查，重視學科大概念與試題情境的融合，從而在試題的“真實情境”中考查素養。試題選擇以學生較為熟悉的鐵元素作為素材主題，從獲取、甄別、整合、推斷等多個環節評價學生的證據推理素養，所給證據屬于多個種類，但顯性化程度略低。

[學生作答分析]從實測數據與考查要求預設來看，難度趨勢基本一致，但實際體現出來的答題情況還是讓人意外。第②小題相對容易，考生的作答正確率較高；而第①小題考生的正確率極低，絕大部分學生未能答出。根據問卷調研，僅有不到1%的學生答出了第一空，而第二空回答正確的學生則更少。

對于第①小題，考生的錯誤作答有以下幾種：（1）溶解的水不足，需要適當加水；（2）水的配合能力不行；（3）三價鐵濃度大，用藍色鈷玻璃過濾黃光就可以看到紫色；（4）加熱除去結晶水后再將其溶于水中。多種錯誤作答表明，學生在證據推理的某個環節出現了問題。重新審視題目發現，在解題過程中學生需要在掌握鐵元素及其化合物性質的基礎上對實驗現象分析，找到支撐觀點的有效證據，參照圖爾敏的論證模型，所涉及的推理過程如下（圖1）。

從考后座談情況反饋得知，學生在面對未見過、不熟悉的真實問題情境時，存在畏難情緒，不愿作答的現象普遍存在。題目給出了[Fe（H2O）6]3+顏色的重要信息，但較少有考生獲取、甄別了這個關鍵證據。絕大部分考生表示，[Fe（H2O）6]3+為淺紫色與通常所學三價鐵的化合物及其溶液為黃色有所沖突，在考場上被迷惑。從某種程度上說，學生在論證過程中存在信念固著現象，“盲目堅信”含有Fe3+的化合物都是黃色的，導致其對反常資料的弱化與忽視，對證據的充分性和可靠性考慮不足。

即使部分學生獲取、甄別了題目所給[Fe（H2O）6]3+為淺紫色的信息，并給予重視，但在整合已有知識、遷移類比、進行論證推斷等方面仍存在不足。學生知曉Cu2+等金屬離子在水中以[Cu（H2O）4]2+的水合離子形式存在，但不能類比推出Fe3+離子同樣可能也以水合離子形式存在。

實驗現象產生的原因是Fe3+逐級水解的[Fe（OH）（H2O）5]2+、[Fe（OH）2（H2O）4]+、Fe（OH）3等復雜水解產物的顏色掩蓋了[Fe（H2O）6]3+的淺紫色，需加相應酸抑制水解，使水解平衡逆向移動，降低水解產物的濃度。

【2022年天津等級考第（16）題節選】天津地處環渤海灣，海水資源豐富。科研人員把鐵的配合物Fe3+ L（L為配體）溶于弱堿性的海水中，制成吸收液，將氣體H2S轉化為單質硫，改進了濕法脫硫工藝。該工藝包含兩個階段：①H2S的吸收氧化；②Fe3+L的再生。反應原理如下：

研究不同配體與Fe3+所形成的配合物（A、B、C）對H2S吸收轉化率的影響。將配合物A、B、C分別溶于海水中，配成相同物質的量濃度的吸收液，在相同反應條件下，分別向三份吸收液持續通入H2S，測得單位體積吸收液中H2S吸收轉化率[α（H2S）]隨時間變化的曲線如圖2所示。以α（H2S）α由100 %降至80 %所持續的時間來評價鐵配合物的脫硫效率，結果最好的是（填“A”“B”或“C”）。

參考解答：C

[試題設計思路]試題以鐵基脫硫技術的真實情境為主線設計試題，結合生產實際考查考生化學反應變化、反應物轉化率等基礎知識。綜合考查考生對變量控制的理解和應用，以及利用圖表獲取證據信息、進行邏輯推理的能力。

[學生作答分析]從實測數據與考查要求預設來看，難度與預期趨勢有一定差距，大多數學生誤選了配合物A。

題目涉及的證據屬于單個種類，顯性化程度較高，由圖給信息證據進行演繹推理。學生在論證過程中需要應用控制變量的方法研究不同配體與Fe3+所形成的配合物（A、B、C）對H2S吸收轉化率的影響。好的催化劑需要滿足使用時間長、損耗低，同時避免中毒失效，保持較長時間的高活性、高轉化率。由圖中曲線可得到配合物C對H2S轉化率由100 %降至80 %所持續的時間約達900分鐘，相較于配合物A和配合物B，持續時間更長，因此Fe3+L吸收氧化H2S的效果越佳。

在解題過程中學生需要在掌握催化劑概念的基礎上對實驗數據圖進行分析，參照圖爾敏的論證模型，所涉及的推理過程如下（圖3）。

根據考后的座談得知，學生某種程度上因“題海戰術”的訓練，看到轉化率即想到當轉化率開始快速下降的時候，代表反應進行較為完全，認為最快下降到80%的配合物A效果最好。這樣推斷的原因是混淆了速率和轉化率的概念，未能準確理解催化劑對化學反應影響的本質。

可見，即使給予臺階，學生在綜合運用、遷移已學知識、應用試題所提供信息進行證據推理方面仍然存在一定缺陷，反映出學生的推理意識相對薄弱，沒有基于證據的運用去闡述資料與結論之間的關系。

四、思考與建議

（一）強化課程標準研究，命題聚焦學科的核心概念

學科大概念是開展論證的必要條件和基礎。《課程標準》在提出學科核心素養的同時，更加重視其統領作用，針對知識割裂問題，通過學科大概念優化知識的結構，力圖達到學科內、學科與生產及生活的聯系[13]。以學科的核心概念統領教學，可以幫助學生從紛雜的事實、規律中跳出來，站在更高的位置上認識實際問題和進行證據推理。因此，在試題命制過程中，需要緊扣《課程標準》的學業質量水平要求，以學科的核心概念為引領，合理設計試題信息，從“證據推理”素養考查的維度考慮學生所學知識、題目所給信息之間的因果關系和論證結構，命制出科學規范、難易適當的試題。

（二）利用實驗探究過程，促進證據推理的有效測評

化學實驗是化學實踐探索的最為重要方式，是認識物質性質、解釋變化規律、檢驗學科理論的重要證據來源。伴隨著科學教育理論的發展以及科學教育改革的深入，證據推理思維能力在科學教育過程中的重要性愈發凸顯。好的試題需要能考查出學生在掌握《課程標準》所要求的知識基礎上，根據實驗現象和化學反應原理進行合理的證據推理。這需要命題者合理設置實驗探究過程，讓試題呈現的探究過程與科學家的發現過程更為接近，并將實驗探究過程中的證據信息有效融合，在相對真實的實驗探究過程中實現對證據推理素養的有效測評。

（三）創設真實問題情境，促進學科素養的培育發展

《中國高考評價體系》提出了“基礎性、綜合性、應用性、創新性”的高考考查要求。綜觀高考改革后的天津卷，2021年第（16）題以S8和CH4制備CS2，2020年第（12）題Co配合物顏色的變化，都是源自于真實的生產、科研、生活的實際問題。試題在所創設的真實問題情境中，考查學生的“證據推理”等學科素養。真實的問題情境無疑是實現該考查要求的有效載體，同時也是學科教學與生產、生活相聯系的重要途徑，真實的問題情境聚焦于化學學科中的實際問題，通過情境與問題的互動，能夠促進學生對證據的合理使用。在試題的命制過程中，遴選合理的素材、創設真實的情境、提出合理的設問，才能引導學生深化基礎、去繁存簡、舉一反三，避免“應試”刷題，實現從解題到解決問題的轉變。

五、結語

《課程標準》提出要“注重‘教、學、評一體化”，考試評價無疑是其中的重要環節，這同時也對學科命題提出了更高的要求。學科核心素養無疑比知識或技能更強調綜合性，其內涵和外在表現更為復雜，在命制“素養導向”試題的實踐中尚有很多工作值得命題者去思考和改進，需要在試題中創設“真實情境”，并與學科核心素養的考查相匹配；需要結合實際的教情和學情，命制不同水平的“證據推理”素養試題，對素養的發展水平進行科學有效的測評，發揮考試評價對教學的反撥作用，使高考綜合改革和高中課程改革同向同行。

參考文獻：

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Item Design for Evidence Reasoning Competence Assessment in NMET：Comment and Analysis on High School Achievement Test（Tianjin）

Lu Yuchen1He Wen2Li Na3Liu Rufeng4

1 Tianjin Municipal Educational Admission & Examinations Authority，Tianjin，300387

2 Tianjin Nankai High School，Tianjin，300100

3 Tianjin Binhai New Area Tanggu No.1 Middle School，Tianjin，300450

4 Binhai New Area TEDA No.1 Middle School，Tianjin，300450

Abstract：Evidence reasoning is an important role of scientific thinking，and an important dimension of key competency in Chemistry.Based on the connotation and framework of evidence reasoning，items in high school achievement test（Tianjin）were analyzed.This paper aims at clarifying how the item designed is suitable，and three suggestions are put forward.First，strengthening research in curriculum standards and designing items for key competence assessment. Second，using experimental exploration processes to promote effective assessment of evidential reasoning.Third，creating real problem scenarios to promote the cultivation and development of key competency.

Key words：High School Achievement Test，Key Competency，Evidence Reasoning，Item Design

（責任編輯：陳暢、李梅）