指向“证据推理”素养评价的等级性考试命题探索

卢雨辰 何文 李娜 刘汝凤

[摘要]“证据推理”是重要的科学思维，也是化学学科核心素养的重要维度。在分析“证据推理”内涵和水平框架的基础上，从“证据推理”素养评价的角度选取天津市普通高中学业水平化学学科等级性考试中典型试题进行设计分析，厘清命题思路，为命题工作提出三点建议：一是强化课程标准研究，在试题中考查学科核心概念；二是利用实验探究过程进行“证据推理”素养的测评；三是创设真实问题情境实现学科素养的培养，进而发挥考试评价的正向导向作用。

[关键词]等级性考试；核心素养；证据推理；试题设计

[中图分类号]G424.74[文献标识码]A

[文章编号]1673—1654（2023）05—014—007

基金项目2021年天津市教育科学规划课题“基于核心素养的普通高考及高中学业水平等级性考试试卷设计与后效研究”（项目编号CHE210130）。

一、问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）凝练出了“证据推理与模型认知”等五方面的化学学科核心素养。化学学科核心素养是高中化学课程的核心目标，也是衡量教学成效的评价依据。对于考试评价而言，学科核心素养替代知识、能力成为了测试构念。知识本位和能力本位的测评，其外显行为比较容易进行观测。相较于知识、能力的测评，素养是抽象的、潜在的，而不是具体的、易观测维度的行为，必须在高中化学学科的领域内进行分解，使其更为具体与明晰，以外显的关键行为对其学科核心素养进行评价。

“证据推理”素养是首次在《课程标准》中被明确提出的，课程目标中要求学生能够“初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径”[1]，这一目标对如何在考试评价中对该素养进行合理测评提出了新的挑战。本文以近年天津市普通高中学业水平等级性考试（以下简称“等级考”）化学试卷为例，在分析“证据推理”的内涵与水平框架的基础上，选取部分试题进行分析。

二、证据推理的内涵与水平框架

（一）证据推理的内涵

学科核心素养包含正确价值观念、必备品格和关键能力，其内涵非常丰富，需要对其内涵进行分析与界定。从词语结构的角度分析，“证据推理”是一个偏正结构合成词，“证据”是修饰语，“推理”是中心语，“证据”是对“推理”这一过程的修饰。《辞海》（第七版）中对“证据”的释义是：能够证明案情真相的事实或材料：对于“推理”的释义是：由一个或一组命题推出另一命题的思维方式。方弯弯等人认为，证据推理是学生凭借已有的生活经验和化学知识提出假设，再根据实验事实、化学概念、化学理论，通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式，对猜想进行证实和证伪的求证方式[2]。罗玛认为，相比于“科学推理”，“证据推理”更突出强调了“证据”，“证据推理”是在科學学习这个特定的领域情境下，利用证据进行推理，强调的是利用科学相关的证据，体现科学推理的思维要求[3]。赵铭等人认为，证据推理是在科学学习的领域情境下，获取证据进行推理的认知活动，强调识别、转换和表达“证据”的过程[4]。杨玉琴等对“证据推理”的内涵进行了研讨，认为证据推理贯穿于科学探究的过程，要重视其在过程中的统摄作用，使科学探究成为知识理解、思维发展及科学本质观深化的学习过程[5]。

综上，“证据推理”可以理解为“基于证据的推理”，是在化学学科的语境中，依据化学实验现象、化学基本原理、实验数据资料等信息或事实，经过处理和整合形成证据，对假设、猜想进行论证，进而推导出结论。

（二）证据推理的水平框架

国外有关“证据推理”的研究中，聚焦于科学教育过程中的推理，不同研究者从技能视角、过程视角和整合视角等进行了能力内涵和发展层级的研究[6]。科学教育涉及逻辑推理与科学推理等研究领域，所采用的评估框架最典型的是基于图尔敏（Toulmin）论证模型所构建的评价标准[7]，研究者试图揭示推理过程与论证过程间的内在联系。例如，布朗（Brown）等人在图尔敏论证模型的基础上建构了基于证据的推理的框架，用于评价学生在科学推理过程中的表现，该评估框架试图帮助测评开发人员和参与者从理论的视角去鉴别和确认科学论证过程的要素和结构，建立通用测评工具开发的基本框架[8]。

国内有关“证据推理”的研究侧重于结合我国教育教学和课程发展现状进行学生能力水平、影响因素等方面的研究。《课程标准》作为我国中学化学的纲领性文件，在宏观架构上对学科核心素养做出了界定。尽管提出了学业质量水平4是等级考命题的标准，但对不同水平的表现尚未给出更为详细的刻画。国内众多学者对这一水平框架从不同视角进行了深入的研究和细化。罗玛整合“证据”和“推理”两方面的复杂性水平，利用专家调查加以修正，构建出科学而实用的“证据推理”科学能力框架，并对学生能力进行测评[9]。孙妍等人将“证据推理”素养四个水平与学科的核心概念相结合，建构出素养测评的二维命题框架，测评学生的素养水平[10]。方弯弯等人根据《课程标准》对素养水平的划分，借鉴SOLO分类理论，以及证据的复杂性和推理的复杂性，根据情境与证据的不同将每个水平细分为a和b两个子水平，为试题编制提供了更为严谨的依据[2]。

尽管不同学者所提出的水平框架各有侧重，但均重视“推理”和“证据”的双重复杂性，以及情境的真实性、问题的创新性或综合性。综上，借鉴罗玛、方弯弯等人提出的水平框架，结合《课程标准》以及单旭峰依据《中国高考评价体系》提出的考试内容改革实施路径[11]，笔者认为要在化学学科的语境中设计“证据推理”素养的测评，既要关注试题的素材情境和学生的已有知识，也要考虑证据的种类、数量和呈现形式，分析学生能否从众多的信息中提取出有效的证据，还要关注整个推理过程的复杂程度，全盘考虑能否有效测评“证据推理”，可以从如下维度（表1）对试题进行设计和分析，并集体讨论后确定试题归属于四个水平中的何种层次。

三、试卷、试题的设计分析

（一）在试卷中的考查维度分析

学科核心素养指向学科课程学习的真实性学业成就，其测评是以建构为核心的评价[12]。对于考试评价而言，尤其是高利害的学业水平等级性考试，素养的测评不能笼统视之，需要从多重维度去审视所命制的试题，结合2021年和2022年天津卷，全卷对证据推理素养的考查维度分析情况如下（表2、表3）：

通过表2和表3可以看出，2021年和2022年天津卷在“证据推理”素养考查方面，涉及的必备知识涵盖了化学语言与概念、物质结构与性质、反应变化与规律、物质转化与应用、实验原理与方法；在推理复杂性方面，聚焦溯因推理、演绎推理、归纳推理的考查；证据的复杂程度依据试题的情境和考查要求进行合理设置，证据显性化程度有高有低；设问中较多对应学业质量水平的水平2和水平3。

（二）试题的命制设计分析

【2021年天津等级考第（13）题节选】铁单质及其化合物的应用非常广泛。Fe3+可与H2O、SCN-、F-等配体形成配位数为6的配离子，如[Fe（H2O）6]3+、[Fe（SCN）6]3-、[FeF6]3-。某同学按如下步骤完成实验：

[試题设计思路]指向素养评价的命题需要基于化学知识体系和框架进行考查，重视学科大概念与试题情境的融合，从而在试题的“真实情境”中考查素养。试题选择以学生较为熟悉的铁元素作为素材主题，从获取、甄别、整合、推断等多个环节评价学生的证据推理素养，所给证据属于多个种类，但显性化程度略低。

[学生作答分析]从实测数据与考查要求预设来看，难度趋势基本一致，但实际体现出来的答题情况还是让人意外。第②小题相对容易，考生的作答正确率较高；而第①小题考生的正确率极低，绝大部分学生未能答出。根据问卷调研，仅有不到1%的学生答出了第一空，而第二空回答正确的学生则更少。

对于第①小题，考生的错误作答有以下几种：（1）溶解的水不足，需要适当加水；（2）水的配合能力不行；（3）三价铁浓度大，用蓝色钴玻璃过滤黄光就可以看到紫色；（4）加热除去结晶水后再将其溶于水中。多种错误作答表明，学生在证据推理的某个环节出现了问题。重新审视题目发现，在解题过程中学生需要在掌握铁元素及其化合物性质的基础上对实验现象分析，找到支撑观点的有效证据，参照图尔敏的论证模型，所涉及的推理过程如下（图1）。

从考后座谈情况反馈得知，学生在面对未见过、不熟悉的真实问题情境时，存在畏难情绪，不愿作答的现象普遍存在。题目给出了[Fe（H2O）6]3+颜色的重要信息，但较少有考生获取、甄别了这个关键证据。绝大部分考生表示，[Fe（H2O）6]3+为浅紫色与通常所学三价铁的化合物及其溶液为黄色有所冲突，在考场上被迷惑。从某种程度上说，学生在论证过程中存在信念固着现象，“盲目坚信”含有Fe3+的化合物都是黄色的，导致其对反常资料的弱化与忽视，对证据的充分性和可靠性考虑不足。

即使部分学生获取、甄别了题目所给[Fe（H2O）6]3+为浅紫色的信息，并给予重视，但在整合已有知识、迁移类比、进行论证推断等方面仍存在不足。学生知晓Cu2+等金属离子在水中以[Cu（H2O）4]2+的水合离子形式存在，但不能类比推出Fe3+离子同样可能也以水合离子形式存在。

实验现象产生的原因是Fe3+逐级水解的[Fe（OH）（H2O）5]2+、[Fe（OH）2（H2O）4]+、Fe（OH）3等复杂水解产物的颜色掩盖了[Fe（H2O）6]3+的浅紫色，需加相应酸抑制水解，使水解平衡逆向移动，降低水解产物的浓度。

【2022年天津等级考第（16）题节选】天津地处环渤海湾，海水资源丰富。科研人员把铁的配合物Fe3+ L（L为配体）溶于弱碱性的海水中，制成吸收液，将气体H2S转化为单质硫，改进了湿法脱硫工艺。该工艺包含两个阶段：①H2S的吸收氧化；②Fe3+L的再生。反应原理如下：

研究不同配体与Fe3+所形成的配合物（A、B、C）对H2S吸收转化率的影响。将配合物A、B、C分别溶于海水中，配成相同物质的量浓度的吸收液，在相同反应条件下，分别向三份吸收液持续通入H2S，测得单位体积吸收液中H2S吸收转化率[α（H2S）]随时间变化的曲线如图2所示。以α（H2S）α由100 %降至80 %所持续的时间来评价铁配合物的脱硫效率，结果最好的是（填“A”“B”或“C”）。

参考解答：C

[试题设计思路]试题以铁基脱硫技术的真实情境为主线设计试题，结合生产实际考查考生化学反应变化、反应物转化率等基础知识。综合考查考生对变量控制的理解和应用，以及利用图表获取证据信息、进行逻辑推理的能力。

[学生作答分析]从实测数据与考查要求预设来看，难度与预期趋势有一定差距，大多数学生误选了配合物A。

题目涉及的证据属于单个种类，显性化程度较高，由图给信息证据进行演绎推理。学生在论证过程中需要应用控制变量的方法研究不同配体与Fe3+所形成的配合物（A、B、C）对H2S吸收转化率的影响。好的催化剂需要满足使用时间长、损耗低，同时避免中毒失效，保持较长时间的高活性、高转化率。由图中曲线可得到配合物C对H2S转化率由100 %降至80 %所持续的时间约达900分钟，相较于配合物A和配合物B，持续时间更长，因此Fe3+L吸收氧化H2S的效果越佳。

在解题过程中学生需要在掌握催化剂概念的基础上对实验数据图进行分析，参照图尔敏的论证模型，所涉及的推理过程如下（图3）。

根据考后的座谈得知，学生某种程度上因“题海战术”的训练，看到转化率即想到当转化率开始快速下降的时候，代表反应进行较为完全，认为最快下降到80%的配合物A效果最好。这样推断的原因是混淆了速率和转化率的概念，未能准确理解催化剂对化学反应影响的本质。

可见，即使给予台阶，学生在综合运用、迁移已学知识、应用试题所提供信息进行证据推理方面仍然存在一定缺陷，反映出学生的推理意识相对薄弱，没有基于证据的运用去阐述资料与结论之间的关系。

四、思考与建议

（一）强化课程标准研究，命题聚焦学科的核心概念

学科大概念是开展论证的必要条件和基础。《课程标准》在提出学科核心素养的同时，更加重视其统领作用，针对知识割裂问题，通过学科大概念优化知识的结构，力图达到学科内、学科与生产及生活的联系[13]。以学科的核心概念统领教学，可以帮助学生从纷杂的事实、规律中跳出来，站在更高的位置上认识实际问题和进行证据推理。因此，在试题命制过程中，需要紧扣《课程标准》的学业质量水平要求，以学科的核心概念为引领，合理设计试题信息，从“证据推理”素养考查的维度考虑学生所学知识、题目所给信息之间的因果关系和论证结构，命制出科学规范、难易适当的试题。

（二）利用实验探究过程，促进证据推理的有效测评

化学实验是化学实践探索的最为重要方式，是认识物质性质、解释变化规律、检验学科理论的重要证据来源。伴随着科学教育理论的发展以及科学教育改革的深入，证据推理思维能力在科学教育过程中的重要性愈发凸显。好的试题需要能考查出学生在掌握《课程标准》所要求的知识基础上，根据实验现象和化学反应原理进行合理的证据推理。这需要命题者合理设置实验探究过程，让试题呈现的探究过程与科学家的发现过程更为接近，并将实验探究过程中的证据信息有效融合，在相对真实的实验探究过程中实现对证据推理素养的有效测评。

（三）创设真实问题情境，促进学科素养的培育发展

《中国高考评价体系》提出了“基础性、综合性、应用性、创新性”的高考考查要求。综观高考改革后的天津卷，2021年第（16）题以S8和CH4制备CS2，2020年第（12）题Co配合物颜色的变化，都是源自于真实的生产、科研、生活的实际问题。试题在所创设的真实问题情境中，考查学生的“证据推理”等学科素养。真实的问题情境无疑是实现该考查要求的有效载体，同时也是学科教学与生产、生活相联系的重要途径，真实的问题情境聚焦于化学学科中的实际问题，通过情境与问题的互动，能够促进学生对证据的合理使用。在试题的命制过程中，遴选合理的素材、创设真实的情境、提出合理的设问，才能引导学生深化基础、去繁存简、举一反三，避免“应试”刷题，实现从解题到解决问题的转变。

五、结语

《课程标准》提出要“注重‘教、学、评一体化”，考试评价无疑是其中的重要环节，这同时也对学科命题提出了更高的要求。学科核心素养无疑比知识或技能更强调综合性，其内涵和外在表现更为复杂，在命制“素养导向”试题的实践中尚有很多工作值得命題者去思考和改进，需要在试题中创设“真实情境”，并与学科核心素养的考查相匹配；需要结合实际的教情和学情，命制不同水平的“证据推理”素养试题，对素养的发展水平进行科学有效的测评，发挥考试评价对教学的反拨作用，使高考综合改革和高中课程改革同向同行。

参考文献：

[1]教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：5-6.

[2]方弯弯，龚正元.关于化学学科证据推理能力及评价的思考[J].化学教学，2019，（12）：15-20.

[3]罗玛.从科学推理到证据推理：内涵的探讨[J].化学教学，2019，（09）：3-6.

[4]赵铭，赵华.“证据推理与模型认知”的内涵与教学研讨[J].化学教学，2020，（02）：29-33+60.

[5]杨玉琴，倪娟.证据推理与模型认知：内涵解析及实践策略[J].化学教育（中英文），2019，40（23）：23-29.

[6]张静，丁林，姚建欣.国外科学推理研究综述及其对素养评价的启示[J].上海教育科研，2019，（07）：20-24+29.

[7] TOULMIN S E. The Uses of Argument [M]. Cambridge，UK：Cambridge University Press，2003.

[8] BROWN N J S，FURTAK E M，TIMMS M，et al.The EvidenceBased Reasoning Framework：Assessing Scientific Reasoning[J]. Educational Assessment，2010，15（3-4）：123-141.

[9]罗玛.“证据推理”能力的水平框架构建——基于德尔菲调查[J].化学教学，2021，（03）：13-18.

[10]孫妍，王后雄.高中化学“证据推理”素养水平测评研究——以“常见的无机物及其应用”内容主题为例[J].化学教学，2021，（06）：83-88+97.

[11]单旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J].中国考试，2019，（12）：45-52.

[12]杨向东.指向学科核心素养的考试命题[J].全球教育展望，2018，47（10）：39-51.

[13]贺慧，陈倩.大概念统整下的学科项目式学习设计[J].天津师范大学学报（基础教育版），2021，22（01）：51-54.

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

（责任编辑：陈畅、李梅）