化学实验探究中证据推理能力可视化评估

1 设计阶梯问题任务，引导证据推理层层深入

从认知心理学角度来看，人类在处理复杂问题时，往往需要将其分解为若干个相对简单的子问题，逐步推进思维进程。阶梯式问题任务正是基于这一原理，它将化学实验探究中复杂的证据推理过程，按照逻辑顺序拆解为多个具有层次性和递进性的子任务。在化学实验教学场景中，学生面对实验现象和数据时，可能会因问题难度过高而感到无从下手，而阶梯问题能够像搭建台阶一样，为学生提供清晰的思维路径。从教育理论层面，这种任务设计符合最近发展区理论，通过设置稍高于学生现有能力水平的问题，在教师的引导下，学生能够逐步跨越能力层级，在解决一个个子问题的过程中，不断积累证据，构建完整的证据链，最终实现从现象到本质的深入推理，切实提升证据推理能力。同时，这种由浅入深的方式也能有效降低学生的畏难情绪，增强学习的成就感和自信心【1】。

在鲁科版高中化学教材 “探究影响化学反应速率的因素” 实验中，教师精心设计阶梯式问题引导学生开展探究。实验初始，教师展示不同条件下稀盐酸与碳酸钙反应的实验装置，学生观察到有的装置中产生气泡速率快，有的较慢。此时，教师抛出第一个问题：“结合日常生活经验和已学知识，从反应物本身性质和反应条件两方面思考，哪些因素可能导致了这些速率差异？” 学生基于直观观察和知识储备，提出浓度、温度、固体表面积等猜想。接着，教师追问：“如果要验证浓度对反应速率的影响，如何设计实验确保其他因素相同，只改变浓度这一变量？” 学生通过小组讨论，设计出控制温度、碳酸钙颗粒大小等条件，使用不同浓度稀盐酸进行反应的实验方案。在实验操作收集数据后，教师进一步提问：“对比不同浓度下产生相同体积气体所需时间的数据，能得出怎样的结论？浓度变化与反应速率变化之间存在怎样的定量关系？” 学生通过分析数据，不仅得出浓度影响反应速率的定性结论，还尝试从数据趋势中总结出定量关系，从而完成从现象观察、证据收集到深度推理的完整探究过程，在这一过程中证据推理能力得到有效锻炼。

2 运用思维导图工具，呈现证据推理思维脉络

从认知科学的角度来看，人类大脑对图像信息的处理速度和记忆留存率远高于文字信息【2】。思维导图正是利用这一特性，以图形化的方式将化学实验探究中的零散证据、复杂推理过程和最终结论进行系统性整合。在化学实验教学中，学生面对纷繁复杂的实验现象和数据时，容易陷入信息混乱的困境，而思维导图能够帮助他们梳理思维脉络，通过放射性的结构将核心概念与相关证据、推理步骤建立起直观联系。从教育理论层面，这符合建构主义学习理论，学生在绘制思维导图的过程中，主动对证据进行筛选、分类和关联，将外在的知识内化为自身的认知结构，从而构建完整的证据推理体系。同时，这种可视化的工具也为教师提供了直接观察学生思维路径的窗口，教师能够快速定位学生在证据分析、逻辑推导等环节存在的问题，实现精准评估与指导。

在鲁科版教材 “探究铁及其化合物的氧化性和还原性” 实验中，学生分组完成了向氯化亚铁溶液中滴加氯水、向氯化铁溶液中加入铁粉等多个实验。实验结束后，教师引导学生以 “铁元素的价态变化与氧化还原性质” 为中心主题绘制思维导图。学生首先将实验中观察到的溶液由浅绿色变为棕黄色、铁粉逐渐溶解等现象作为一级分支列出，接着在每个现象分支下标注具体的化学反应方程式，如 “2FeCl ₂ + Cl ₂ = 2FeCl ₃”，并分析反应中电子转移的方向和数目，作为二级分支。随后，学生进一步推理出在这些反应中，Fe² ⁺表现出还原性，Fe³表现出氧化性等结论，以简洁的文字标注在相应位置。通过这种方式，学生不仅将零散的实验现象与化学原理紧密结合，还清晰地呈现出从证据收集到得出结论的完整推理过程。教师在查看学生绘制的思维导图时，能够直观地发现部分学生存在的逻辑漏洞，如对某些反应中氧化剂和还原剂的判断错误，从而有针对性地进行指导和反馈，有效提升学生的证据推理能力。

结语

化学实验探究中证据推理能力的可视化评估，本质是将思维过程转化为可捕捉、可分析的教学资源。通过阶梯式问题任务的层层引导，学生在拆解复杂推理目标的过程中，逐步构建起 “现象 — 证据 — 结论” 的逻辑链条；而思维导图工具的运用，则以图形化方式将零散证据结构化，使思维脉络清晰可辨。这些策略不仅为教师提供了评估学生推理能力的直观视角，更通过外显化的思维训练，帮助学生养成 “基于证据思考、依托逻辑推理” 的科学探究习惯。在实践中，教师需结合具体实验内容与学生认知水平，灵活选择可视化工具与方法，让证据推理能力的培养真正落地于化学实验教学的每一个环节，为学生的科学思维发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1] 杨梅 , 莫尊理 . 化学实验探究中证据推理过程模型的建构 [J]. 化学教学 ,2023,(05):14-19.

[2] 王国勤 . 基于“证据推理”的高一化学实验探究教学与实践 [D]. 西华师范大学 ,2023.DOI:10.27859/d.cnki.gxhsf.2023.000247.