盧雨辰 何文 李娜 劉汝鳳

[摘要]“證據(jù)推理”是重要的科學(xué)思維，也是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要維度。在分析“證據(jù)推理”內(nèi)涵和水平框架的基礎(chǔ)上，從“證據(jù)推理”素養(yǎng)評價的角度選取天津市普通高中學(xué)業(yè)水平化學(xué)學(xué)科等級性考試中典型試題進行設(shè)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(xué)科核心概念；二是利用實驗探究過程進行“證據(jù)推理”素養(yǎng)的測評；三是創(chuàng)設(shè)真實問題情境實現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，進而發(fā)揮考試評價的正向?qū)蜃饔谩?/p>

[關(guān)鍵詞]等級性考試；核心素養(yǎng)；證據(jù)推理；試題設(shè)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(xué)規(guī)劃課題“基于核心素養(yǎng)的普通高考及高中學(xué)業(yè)水平等級性考試試卷設(shè)計與后效研究”（項目編號CHE210130）。

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)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(jù)推理與模型認知”等五方面的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是高中化學(xué)課程的核心目標，也是衡量教學(xué)成效的評價依據(jù)。對于考試評價而言，學(xué)科核心素養(yǎng)替代知識、能力成為了測試構(gòu)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(yǎng)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(xué)學(xué)科的領(lǐng)域內(nèi)進行分解，使其更為具體與明晰，以外顯的關(guān)鍵行為對其學(xué)科核心素養(yǎng)進行評價。

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

二、證據(jù)推理的內(nèi)涵與水平框架

（一）證據(jù)推理的內(nèi)涵

學(xué)科核心素養(yǎng)包含正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，其內(nèi)涵非常豐富，需要對其內(nèi)涵進行分析與界定。從詞語結(jié)構(gòu)的角度分析，“證據(jù)推理”是一個偏正結(jié)構(gòu)合成詞，“證據(jù)”是修飾語，“推理”是中心語，“證據(jù)”是對“推理”這一過程的修飾。《辭?！罚ǖ谄甙妫┲袑Α白C據(jù)”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(jù)推理是學(xué)生憑借已有的生活經(jīng)驗和化學(xué)知識提出假設(shè)，再根據(jù)實驗事實、化學(xué)概念、化學(xué)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(xué)推理”，“證據(jù)推理”更突出強調(diào)了“證據(jù)”，“證據(jù)推理”是在科學(xué)學(xué)習(xí)這個特定的領(lǐng)域情境下，利用證據(jù)進行推理，強調(diào)的是利用科學(xué)相關(guān)的證據(jù)，體現(xiàn)科學(xué)推理的思維要求[3]。趙銘等人認為，證據(jù)推理是在科學(xué)學(xué)習(xí)的領(lǐng)域情境下，獲取證據(jù)進行推理的認知活動，強調(diào)識別、轉(zhuǎn)換和表達“證據(jù)”的過程[4]。楊玉琴等對“證據(jù)推理”的內(nèi)涵進行了研討，認為證據(jù)推理貫穿于科學(xué)探究的過程，要重視其在過程中的統(tǒng)攝作用，使科學(xué)探究成為知識理解、思維發(fā)展及科學(xué)本質(zhì)觀深化的學(xué)習(xí)過程[5]。

綜上，“證據(jù)推理”可以理解為“基于證據(jù)的推理”，是在化學(xué)學(xué)科的語境中，依據(jù)化學(xué)實驗現(xiàn)象、化學(xué)基本原理、實驗數(shù)據(jù)資料等信息或事實，經(jīng)過處理和整合形成證據(jù)，對假設(shè)、猜想進行論證，進而推導(dǎo)出結(jié)論。

（二）證據(jù)推理的水平框架

國外有關(guān)“證據(jù)推理”的研究中，聚焦于科學(xué)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(nèi)涵和發(fā)展層級的研究[6]。科學(xué)教育涉及邏輯推理與科學(xué)推理等研究領(lǐng)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(gòu)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(nèi)在聯(lián)系。例如，布朗（Brown）等人在圖爾敏論證模型的基礎(chǔ)上建構(gòu)了基于證據(jù)的推理的框架，用于評價學(xué)生在科學(xué)推理過程中的表現(xiàn)，該評估框架試圖幫助測評開發(fā)人員和參與者從理論的視角去鑒別和確認科學(xué)論證過程的要素和結(jié)構(gòu)，建立通用測評工具開發(fā)的基本框架[8]。

國內(nèi)有關(guān)“證據(jù)推理”的研究側(cè)重于結(jié)合我國教育教學(xué)和課程發(fā)展現(xiàn)狀進行學(xué)生能力水平、影響因素等方面的研究?！墩n程標準》作為我國中學(xué)化學(xué)的綱領(lǐng)性文件，在宏觀架構(gòu)上對學(xué)科核心素養(yǎng)做出了界定。盡管提出了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是等級考命題的標準，但對不同水平的表現(xiàn)尚未給出更為詳細的刻畫。國內(nèi)眾多學(xué)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(jù)”和“推理”兩方面的復(fù)雜性水平，利用專家調(diào)查加以修正，構(gòu)建出科學(xué)而實用的“證據(jù)推理”科學(xué)能力框架，并對學(xué)生能力進行測評[9]。孫妍等人將“證據(jù)推理”素養(yǎng)四個水平與學(xué)科的核心概念相結(jié)合，建構(gòu)出素養(yǎng)測評的二維命題框架，測評學(xué)生的素養(yǎng)水平[10]。方彎彎等人根據(jù)《課程標準》對素養(yǎng)水平的劃分，借鑒SOLO分類理論，以及證據(jù)的復(fù)雜性和推理的復(fù)雜性，根據(jù)情境與證據(jù)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?shù)囊罁?jù)[2]。

盡管不同學(xué)者所提出的水平框架各有側(cè)重，但均重視“推理”和“證據(jù)”的雙重復(fù)雜性，以及情境的真實性、問題的創(chuàng)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(jié)合《課程標準》以及單旭峰依據(jù)《中國高考評價體系》提出的考試內(nèi)容改革實施路徑[11]，筆者認為要在化學(xué)學(xué)科的語境中設(shè)計“證據(jù)推理”素養(yǎng)的測評，既要關(guān)注試題的素材情境和學(xué)生的已有知識，也要考慮證據(jù)的種類、數(shù)量和呈現(xiàn)形式，分析學(xué)生能否從眾多的信息中提取出有效的證據(jù)，還要關(guān)注整個推理過程的復(fù)雜程度，全盤考慮能否有效測評“證據(jù)推理”，可以從如下維度（表1）對試題進行設(shè)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(shè)計分析

（一）在試卷中的考查維度分析

學(xué)科核心素養(yǎng)指向?qū)W科課程學(xué)習(xí)的真實性學(xué)業(yè)成就，其測評是以建構(gòu)為核心的評價[12]。對于考試評價而言，尤其是高利害的學(xué)業(yè)水平等級性考試，素養(yǎng)的測評不能籠統(tǒng)視之，需要從多重維度去審視所命制的試題，結(jié)合2021年和2022年天津卷，全卷對證據(jù)推理素養(yǎng)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(jù)推理”素養(yǎng)考查方面，涉及的必備知識涵蓋了化學(xué)語言與概念、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、反應(yīng)變化與規(guī)律、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用、實驗原理與方法；在推理復(fù)雜性方面，聚焦溯因推理、演繹推理、歸納推理的考查；證據(jù)的復(fù)雜程度依據(jù)試題的情境和考查要求進行合理設(shè)置，證據(jù)顯性化程度有高有低；設(shè)問中較多對應(yīng)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的水平2和水平3。

（二）試題的命制設(shè)計分析

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

[試題設(shè)計思路]指向素養(yǎng)評價的命題需要基于化學(xué)知識體系和框架進行考查，重視學(xué)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(yǎng)。試題選擇以學(xué)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(huán)節(jié)評價學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)，所給證據(jù)屬于多個種類，但顯性化程度略低。

[學(xué)生作答分析]從實測數(shù)據(jù)與考查要求預(yù)設(shè)來看，難度趨勢基本一致，但實際體現(xiàn)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(xué)生未能答出。根據(jù)問卷調(diào)研，僅有不到1%的學(xué)生答出了第一空，而第二空回答正確的學(xué)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(dāng)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(jié)晶水后再將其溶于水中。多種錯誤作答表明，學(xué)生在證據(jù)推理的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題。重新審視題目發(fā)現(xiàn)，在解題過程中學(xué)生需要在掌握鐵元素及其化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)上對實驗現(xiàn)象分析，找到支撐觀點的有效證據(jù)，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(xué)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(xiàn)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(guān)鍵證據(jù)。絕大部分考生表示，[Fe（H2O）6]3+為淺紫色與通常所學(xué)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(xué)生在論證過程中存在信念固著現(xiàn)象，“盲目堅信”含有Fe3+的化合物都是黃色的，導(dǎo)致其對反常資料的弱化與忽視，對證據(jù)的充分性和可靠性考慮不足。

即使部分學(xué)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(xué)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(xiàn)象產(chǎn)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(fù)雜水解產(chǎn)物的顏色掩蓋了[Fe（H2O）6]3+的淺紫色，需加相應(yīng)酸抑制水解，使水解平衡逆向移動，降低水解產(chǎn)物的濃度。

【2022年天津等級考第（16）題節(jié)選】天津地處環(huán)渤海灣，海水資源豐富?？蒲腥藛T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(zhuǎn)化為單質(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)的量濃度的吸收液，在相同反應(yīng)條件下，分別向三份吸收液持續(xù)通入H2S，測得單位體積吸收液中H2S吸收轉(zhuǎn)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(xù)的時間來評價鐵配合物的脫硫效率，結(jié)果最好的是（填“A”“B”或“C”）。

參考解答：C

[試題設(shè)計思路]試題以鐵基脫硫技術(shù)的真實情境為主線設(shè)計試題，結(jié)合生產(chǎn)實際考查考生化學(xué)反應(yīng)變化、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率等基礎(chǔ)知識。綜合考查考生對變量控制的理解和應(yīng)用，以及利用圖表獲取證據(jù)信息、進行邏輯推理的能力。

[學(xué)生作答分析]從實測數(shù)據(jù)與考查要求預(yù)設(shè)來看，難度與預(yù)期趨勢有一定差距，大多數(shù)學(xué)生誤選了配合物A。

題目涉及的證據(jù)屬于單個種類，顯性化程度較高，由圖給信息證據(jù)進行演繹推理。學(xué)生在論證過程中需要應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化率。由圖中曲線可得到配合物C對H2S轉(zhuǎn)化率由100 %降至80 %所持續(xù)的時間約達900分鐘，相較于配合物A和配合物B，持續(xù)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(xué)生需要在掌握催化劑概念的基礎(chǔ)上對實驗數(shù)據(jù)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(jù)考后的座談得知，學(xué)生某種程度上因“題海戰(zhàn)術(shù)”的訓(xùn)練，看到轉(zhuǎn)化率即想到當(dāng)轉(zhuǎn)化率開始快速下降的時候，代表反應(yīng)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(zhuǎn)化率的概念，未能準確理解催化劑對化學(xué)反應(yīng)影響的本質(zhì)。

可見，即使給予臺階，學(xué)生在綜合運用、遷移已學(xué)知識、應(yīng)用試題所提供信息進行證據(jù)推理方面仍然存在一定缺陷，反映出學(xué)生的推理意識相對薄弱，沒有基于證據(jù)的運用去闡述資料與結(jié)論之間的關(guān)系。

四、思考與建議

（一）強化課程標準研究，命題聚焦學(xué)科的核心概念

學(xué)科大概念是開展論證的必要條件和基礎(chǔ)。《課程標準》在提出學(xué)科核心素養(yǎng)的同時，更加重視其統(tǒng)領(lǐng)作用，針對知識割裂問題，通過學(xué)科大概念優(yōu)化知識的結(jié)構(gòu)，力圖達到學(xué)科內(nèi)、學(xué)科與生產(chǎn)及生活的聯(lián)系[13]。以學(xué)科的核心概念統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)，可以幫助學(xué)生從紛雜的事實、規(guī)律中跳出來，站在更高的位置上認識實際問題和進行證據(jù)推理。因此，在試題命制過程中，需要緊扣《課程標準》的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求，以學(xué)科的核心概念為引領(lǐng)，合理設(shè)計試題信息，從“證據(jù)推理”素養(yǎng)考查的維度考慮學(xué)生所學(xué)知識、題目所給信息之間的因果關(guān)系和論證結(jié)構(gòu)，命制出科學(xué)規(guī)范、難易適當(dāng)?shù)脑囶}。

（二）利用實驗探究過程，促進證據(jù)推理的有效測評

化學(xué)實驗是化學(xué)實踐探索的最為重要方式，是認識物質(zhì)性質(zhì)、解釋變化規(guī)律、檢驗學(xué)科理論的重要證據(jù)來源。伴隨著科學(xué)教育理論的發(fā)展以及科學(xué)教育改革的深入，證據(jù)推理思維能力在科學(xué)教育過程中的重要性愈發(fā)凸顯。好的試題需要能考查出學(xué)生在掌握《課程標準》所要求的知識基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)原理進行合理的證據(jù)推理。這需要命題者合理設(shè)置實驗探究過程，讓試題呈現(xiàn)的探究過程與科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程更為接近，并將實驗探究過程中的證據(jù)信息有效融合，在相對真實的實驗探究過程中實現(xiàn)對證據(jù)推理素養(yǎng)的有效測評。

（三）創(chuàng)設(shè)真實問題情境，促進學(xué)科素養(yǎng)的培育發(fā)展

《中國高考評價體系》提出了“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)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(chǎn)、科研、生活的實際問題。試題在所創(chuàng)設(shè)的真實問題情境中，考查學(xué)生的“證據(jù)推理”等學(xué)科素養(yǎng)。真實的問題情境無疑是實現(xiàn)該考查要求的有效載體，同時也是學(xué)科教學(xué)與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系的重要途徑，真實的問題情境聚焦于化學(xué)學(xué)科中的實際問題，通過情境與問題的互動，能夠促進學(xué)生對證據(jù)的合理使用。在試題的命制過程中，遴選合理的素材、創(chuàng)設(shè)真實的情境、提出合理的設(shè)問，才能引導(dǎo)學(xué)生深化基礎(chǔ)、去繁存簡、舉一反三，避免“應(yīng)試”刷題，實現(xiàn)從解題到解決問題的轉(zhuǎn)變。

五、結(jié)語

《課程標準》提出要“注重‘教、學(xué)、評一體化”，考試評價無疑是其中的重要環(huán)節(jié)，這同時也對學(xué)科命題提出了更高的要求。學(xué)科核心素養(yǎng)無疑比知識或技能更強調(diào)綜合性，其內(nèi)涵和外在表現(xiàn)更為復(fù)雜，在命制“素養(yǎng)導(dǎo)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(chuàng)設(shè)“真實情境”，并與學(xué)科核心素養(yǎng)的考查相匹配；需要結(jié)合實際的教情和學(xué)情，命制不同水平的“證據(jù)推理”素養(yǎng)試題，對素養(yǎng)的發(fā)展水平進行科學(xué)有效的測評，發(fā)揮考試評價對教學(xué)的反撥作用，使高考綜合改革和高中課程改革同向同行。

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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(zé)任編輯：陳暢、李梅）