教学篇从科学推理到证据推理： 内涵的探讨

罗玛

摘要： “证据推理”是高中化学学科核心素养的关键概念，但在科学教育和心理学研究中，“科学推理”更为常见，前者则缺乏研究、概念不明，需深入探讨。从明确“科学推理”的内涵出发，以此为基础参照，结合构词分析，梳理、辨析“证据”的概念，探讨“证据推理”的内涵本质。它强调识别、获取和利用科学相关的证据，并体现科学推理的思维要求。据此，为后续研究奠定基础。

关键词： 证据推理; 科学推理; 内涵

文章编号： 10056629（2019）9000304            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

目前，我国基础教育改革提倡“核心素养”理念，强调通过不同学科，发展学生的关键能力与必备品格[1]。学科核心素养是不同学科培养人的指引，是课程目标，是评价依据。其中理科课程对推理思维的培养表示高度的重视[2]，“证据推理与模型认知”是普通高中化学学科课程的五大学科核心素养之一，即强调了获取证据、进行解释，以及运用推理的思维，是学习化学、科学学科的重要方法和关键能力。

然而，在科学教育和心理学研究中，常见的话题是“科学推理”，从概念本质来说，同样以“推理”为中心词的“证据推理”会具有怎样的内涵表达？它与“科学推理”又有何关联和区别？这些问题尚缺乏讨论，笔者在明确科学推理的内涵基础之上，梳理有关概念，探讨“证据推理”的内涵本质，并对二者的关系进行了讨论。

1  “推理”与“科学推理”

“科学推理”与“推理”的内涵本质、发生发展有着密不可分的联系。作为高阶思维形式，“推理”是逻辑学的重要研究对象，是指思维的基本形式之一。推理是根据已知的判断推导出未知判断的思维形态[3]。逻辑学对“思维内容”不予讨论，其研究对象是“思维形式”，例如“前提—结论”是一种经典推理形式。从信息加工理论来看，“推理”是以已有经验为前提，可能是头脑中已经存在、需提取的，也可能是材料中提供、需识别确认的信息，进行加工、转换之后，形成新的认知图式，进而做出决策判断。

“科学推理”（Scientific Reasoning）是个体思维和认知发展到一定高度之后具有的推理类型，是智力水平和认知水平发展的重要体现[4]。在某种程度上，“科学推理”能力可以说是深化、具体化、高层级的“推理”能力，有时会混用，以“推理”简称“科学推理”。

这个术语最早是在皮亚杰的研究论述中提及，后来逐渐被心理、教育研究者广泛应用和关注。按照皮亚杰的认知发展阶段理论，科学推理也指“形式推理”（formal reasoning），儿童到11～12岁左右，其认知发展到形式运算阶段（formal operational stage）方才具有科学思维（scientific thinking）而进行“形式推理”。皮亚杰及其合作者开展了多项研究，为其观点提供了实证支持[5]。

文献研究发现，“科学推理”的内涵可从多方面进行界定。Moshman将科学推理描述为一种基于规则的推理形式，或是一种审慎地应用规则的思维[6]。有研究者指出，科学推理是认知技能，用以理解、评价科学信息，涉及对理论的、统计的及因果的假设的理解与评价[7]。而从科学研究（或探究）的视角来看，一种广为接受的定义是，科学推理代表了在科学探究（science inquiry）过程中所涉及的普适性的思维和推理技能，包含实验开展、证据评价、推断和论辩等环节，由此形成、修正关于自然和社会的概念和理论[8]。科学推理涉及到特定领域的专业知识和一般的策略性知识两方面[9]，能力要求包括分离并控制变量，选择合适的实验设计或进行总结性测验，数据记录，形成新理论的演绎推理能力，利用证据（不论是证伪还是证实）对已有观点进行调整的能力等[10]。

由此可见，“科学推理”这一术语一般表达了两种内涵。其一，广义而言，科学推理是指认知过程，儿童和成人对世界规律、模式、因果关系结构的推论、论证;其二，是指“理想化模型”（idealized model），科学家们提出对立的假设，再开展实验进行评价或检验，可以说是科学研究或探究的视角[11]。不论哪一种，都是对“推理”概念的发展和深化。

化学学科核心素养中所强调的“通过分析推理加以证实或证伪”“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”等“推理”思维或能力的运用，以及在此基础上建立认知模型、运用模型等，都与“科学推理”的内涵表达一致，关乎科学学习、研究过程中的认知、探究、检验等。然而，“证据意识”，“基于证据……提出假设……建立观点、结论和证据之间的逻辑关系……”[12]这些与“证据”相关的阐述，在以上“科学推理”内涵中也有提及，但并未突出。以下将从构词出发，辨析“证据”的概念，以此来探讨“证据推理”的内涵。

2  “证据推理”中的“证据”

从构词结构上来看，“证据推理”是合成詞，包含两个词，分别含有两个语素，化学学科核心素养中以这两个词、四个字合成复合式的词语，前偏后正，“证据”修饰“推理”，即前一词对后一词起修饰、限制的作用。我们可以表达为“收集证据进行推理”“利用证据进行推理”等，如果将“证据”的获取和应用过程概括起来，也可以说是“基于证据进行推理”，这种表达也更突出了“证据”的基础性作用。

2.1  证据的词源分析

“证据”多用于司法领域，是“分析和确定案情、辨明是非、区分真伪的根据”，可以作不同的分类，如直接证据和间接证据等，强调“证据”必须是客观存在的事物，与案件密切相关，经法定程序搜集和查证属实而得[13]，是“能够证明某事物的真实性的有关事实或材料”[14]。

“证据”英文表达为“evidence”，在法律学上，指的是某事物的征兆、迹象，在法律侦查中来自于人证、文件或物体对象的信息等，被允许在法庭上出示;通常我们所说的“证据”是名词，指“一系列可用的事实（fact）或信息（information），表明某个信念或主张是真实的或有效的”[15]。

“evidence”中“e”表示“出自，摘自，（完全地）离”等含义，相当于“ex”前缀;“vid”表示“看，参见”等，与“video”“visit”等词的词源相同;“ence”是表示名词或性质，是名词性后缀。在13世纪，古法语中的“evidence”指的是“可以得出推论的外像（appearance）”;后期拉丁语中以“evidentia”表示证据（proof），在古典拉丁语中，则又出现了“区别，生动表现，清晰”等修辞补充，并来源于拉丁语词干“evidens”，表示了“明显的、显而易见的”。在14世纪后期，“evidence”指的是“信念的基础”，17世纪60年代，开始出现了与“evident”（明显的）密切相关联的“显而易见”之意;“evidence”的法律意义出现于15世纪，起源于推翻证据（oust witness）、证人的证词[16]。

2.2  “证据”与“信息”

从认知心理學的信息加工理论来看，“信息”（information）的概念与“证据”有很多的共同之处，例如都是前提基础，都是过程进行的必备要素。实则，在进行推理时所需要的“证据”就是“信息”，即“信息”的含义更广，包含着“证据”，但不是所有的“信息”都能够成为“证据”。

从前面的词源分析中可知，“证据”是有客观性、真实性要求的，而且其获得程序是严格的、经查证的，并非所有的客观事物、事实都能成为“证据”，具有与一般信息相区别的特征。但我们仍可以从“信息”的定义侧面地理解“证据”的内涵，以及“证据推理”的心智操作过程。

信息是有关某人某事某物的事实，或者说是被告知的一切，某问题的答案等，都可以认为是信息。它常常与数据（data）和知识（knowledge）相关联，数据代表的是参数的值，而知识意味着对真实事物或抽象概念的理解[17]。具体说来，数据是来源于观察（观测）的，比如化学实验的现象，或是社会调查的问卷结果等;信息是将相关数据归纳收集之后的结果;知识是建立在一定抽象水平之上的，从化学实验中探寻到一定的规律，调查发现了潜在的因果关系等，即信息转化为知识的过程[18]，由此可见，数据、信息和知识是逐步抽象、组织化的一组概念，同时，三者也经常在不同的情境下混用。也有学者将信息定义为一种“代码”（code），是独立于物质和能量之外的自然的第三属性，用来精确地、科学地描述事物，如生物遗传信息、语言信息等[19]，这种描述与计算机网络和信息技术发展的背景契合，也带有信息加工理论的意味。

由此可见，证据是一种信息。它可能是以数据的形式呈现，从各种现象或事件中观察、收集获得。一般来说，数据需要经过处理和整合，才能更为他人理解、传播等，此时的数据已经具有信息的形态。同时，证据也可能是某种确定的、抽象意义的知识，是在数据、信息理解基础之上形成的，具有可利用的形式[20]，可以被储存在个体头脑的长时记忆系统之中，在需要时，如进行推理时，被提取出来。

结合信息加工理论，证据可能是情境中直接提供的知识或处理后的信息，也可能需要个体头脑中的感受器（receptor）对纷繁的数据进行转换、处理，由此具备了可供利用的形式，其后经推理的心智操作，即信息加工过程，最终由反应器（effector）作出相应的反应，如作答、操作、得出新的判断等。

3  “证据推理”的内涵： 突出“证据”的“科学推理”

根据有关“证据”的概念分析，结合“科学推理”的内涵，我们明确了“证据”的客观性、真实性要求，其获取过程与科学探究的要求类似，这遵循的是提出假设、检验假设、收集证据、作出评价的基本程序。证据有可能来源于情境中直接获取的信息，也有可能是需要提取转换的原有经验，而不需经历探究和实验获得。可以说，我们关注的是科学探究中的一个关键性环节，即利用证据进行评判，还会涉及证据的整理、转换（数据分析）。结合前面科学推理的分析讨论，在这个阶段中，需要利用收集的数据（事实、现象、理论等），加以整合分析，获得“可利用”的证据形式，再运用推理思维，作出推断、决策。

“推理”是由一个或一组命题（前提）推出另一命题（结论）的思维形式。“证据推理”即由某个或某组证据进行推导，获得结论的思维形式，这个结论可能是新的知识、概念，也可能是对某理论的证实或证伪，因不同情境而变。从逻辑学角度来说，为使推理的结论是真实的，必须满足两个条件： 前提真实;推理的形式正确[21]。即提取的证据真实有效，而且建立正确的推理关系，由此才能实现有效的推理。我们所涉及的是在科学学习过程中，遇到相关问题时应用的推理思维、技能，相比于一般的逻辑推理，侧重于“证据”的情境，即问题的情境，正如前面所指出的，相对地更关注推理思维的内容。

总之，“证据推理”是属于“科学推理”的范畴，“科学推理”的本质内涵是界定“证据推理”能力的基础参照，必然围绕普适的科学推理技能和科学探究过程的要求进行论述。但相比于“科学推理”，“证据推理”更突出强调了“证据”，重视证据意识，识别、转换、形成证据的过程，必须以此为重要基础。

结合以上分析可知，我们认为，“证据推理”（evidencebased reasoning）是在科学学习注： 化学学科核心素养中“证据推理”的表述，是给定在化学学习的特殊情境，这与科学学习、科学探究等领域范围并不冲突。这个特定的领域情境下，或是在科学探究过程中，从已有经验、问题情境中识别、转换、形成证据，利用证据进行推理，从而获得结论，解决问题的综合能力表现，强调的是利用科学相关的证据，体现科学推理的思维要求。