科学推理与科学论证：溯源、区别与联系

 

来源公众号：中小学科学教育　作者：张子阳 何善亮 

摘要：科学推理与科学论证是科学思维的构成要素，在科学发展和科学教育中具有重要的作用。从源头上看，科学推理与科学论证虽然说是从逻辑学的推理和论证发展而来，但是又区别于逻辑学上的一般推理和论证，表现出科学学科的自身特点。作为科学思维的两种主要形式，科学推理与科学论证在具体思维路径、思维结果和思维品质等方面存在着区别。科学推理与科学论证也有着密切的联系，二者不仅在构成上存在对应关系，而且在功能上相互促进，其中科学推理是科学论证的基本工具，科学论证是科学推理的进一步发展。

关键词：科学推理；科学论证；概念溯源

作者简介：张子阳，南京师范大学教育科学学院硕士研究生；何善亮，南京师范大学教育科学学院教授。

引文格式：张子阳, 何善亮. 科学推理与科学论证：溯源、区别与联系[J]. 中小学科学教育, 2025(1): 58-65.

在科学发展史上，每项科学成就的发现都有众多科学推理与论证过程。科学家带着好奇和怀疑研究，基于科学方法收集证据，借科学推理与论证发现新成果。科学推理与科学论证带动科学发展，在科学教育领域有着重要价值。国内外科学教育改革文件强调培养学生的科学推理能力和科学论证能力。《义务教育科学课程标准（2022年版）（以下简称“新课标”）明确科学思维是科学课程核心素养之一。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》把提升高中学生科学思维能力列为课程目标，同时明确科学推理与科学论证是科学思维的构成要素。美国《K-12年级科学教育的框架：实践，跨学科概念与核心概念》提到“依据证据进行论证”。多个教育质量监测项目针对学生科学推理与科学论证能力提出测试标准并开展测试，如美国国家教育进步评价项目（National Assessment of Educational Progress，NAEP）。科学推理和科学论证备受关注，已有研究多涉及话语方式、课程内容、教学模式、能力培养等方面，但对两者的联系与区别研究有所欠缺，其实质容易混淆，本文旨在厘清两者的概念、差异和关联。

一 科学推理和科学论证的概念溯源与要素剖析

科学推理和科学论证的概念由来已久。科学推理可回溯至古代文明，古希腊时期哲学家已用逻辑推理思考自然现象，亚里士多德等通过观察思考提出物理学、生物学等领域的理论，为科学推理的发展奠定了基础。近代科学推理发展显著，以推理方法验证和构建理论。科学论证起源于古代学者通过辩论论证阐述观点，科学革命时其重要性凸显。现代科学论证需要更严谨的系统，基于可靠证据与科学推理，考虑研究方法合理性、结果可重复性等。如爱因斯坦提出的相对论，经过推理论证并通过实验验证获得支持。

科学推理和科学论证分别是由逻辑学的推理和论证发展而来的，又有别于逻辑学的推理和论证。以下从概念和要素组成上探讨它们的区别。

逻辑学上，推理是从一个或若干个命题（前提）来推出另外一个命题（结论）的思维表现形式，由三个部分组成：前提、结论以及推理规则。前提是推理的依据，结论就是推理的结果，推理规则是前提和结论之间的逻辑联结方式。

例1：金属是导电体，银是金属，所以，银是导电体。

例2：物体发生摩擦后发热，一物体发生摩擦，所以，该物体发热。

以上例子中，“所以”之前是推理的前提，之后是推理的结论。推理规则是三段论。

科学推理曾被逻辑经验主义者认为它等同于逻辑推理。然而，在当代科学知识论中，科学推理不只是服从形式逻辑规则，在大多数时候还受限于科学的基本预设与基本观念。科学推理是个体思维能力提升至特定水平后具备的高级思维活动，在个体实施科学推理时，一般使用归纳推理与演绎推理这两种推理类型，个体利用科学推理来检验假设或者解决问题。科学推理在整个科学探究进程中均有体现，涵盖构建假设、实验、循证推论这三个阶段。假设、实验、证据、推理规则为科学推理的四个要素。假设是借助对现存信息资源归纳和演绎，并依照逻辑准则表述，有待检验证明。实验与假设真假的判断相关联，为证据准确性提供支撑。证据确定为真，随着其产生的假设得以检验，若能依据实验、证据、推理规则等推出，则假设正确即为结论；不能推出则修改假设。推理规则是证据与理论相互协调，受证据和理论的影响。

推理和科学推理各要素有对应关系。科学推理中，实验和证据类似逻辑推理的前提，假设类似有待检验的结论。两个过程推理规则对应但有区别，推理的规则固定，而科学推理的规则是证据与理论协调且可变。人们依据实验和证据判断假设正确性，对应前提推出结论的过程。下例是一个完整的科学推理过程，涵盖科学推理的四个要素。

例3：研究自由落体运动时，伽利略认为其是简单变速运动且速度变化均匀，并提出两个假设：一是时间上速度变化均匀，即相等时间速度变化相同；二是位移上速度变化均匀，即相等位移速度变化相同。之后，他进行斜面实验，不断重复，得到证据，最终推理出物体下落速度与时间成正比，下落距离与时间平方成正比，检验了假设。

论证与科学论证之间也存在着区别与联系。论证是运用一个或一些已被确认为真的命题（论据）来确立另一个命题（论题）真实与否的思维表现形式。论证的宗旨是证明论题的真实性以及其可接受性。论题、论据、论证方式即为论证的要素。论据是论证的依据，论题是待论证的命题，也是论证的结论，论证方式是论证中使用的推理形式。

例4：某刑事案件中，人民检察院向人民法院提出公诉，根据刑事侦查中所得到的有关犯罪事实，指控被告人某厂厂长有贪污罪。上例中“某厂厂长有贪污罪”是需要论证的论题，“刑事侦查中所得到的有关犯罪事实”是论证的依据——论据，论证方式则是依据相关法律法规对案件所做的一系列推理。

科学论证是在自然科学范畴开展的科学实践活动，是问题解决和获取科学知识的过程，也是一种高阶思维活动。它不但含有论证的三个要素，也体现着科学学科特点——客观性、逻辑性、普遍性。系统而言，科学论证是指在既定的科学概念、科学规律的基础上提出科学主张，并在证据与主张之间建立可靠的推理来对科学主张的正确性做支撑。论证中的论题、论据，转变为科学论证中的主张、证据，论证方式仍是论证过程中使用到的推理形式，二者要素之间存在着紧密的联系。

例5：16世纪以前，亚里士多德关于“运动”的观念主导着人们的认识，普遍认为物体越重下落越快。亚里士多德认为大石头下落快于小石头，假设大石头的速度为8 m/s，小石头的速度为4 m/s。两块石头拴一起，速度应小于8 m/s，所以重物体下落速度比轻物体快，与其理论自相矛盾。伽利略做出“重物体不比轻物体下落快”的假设，在比萨斜塔做实验，发现两体积相同、质量不同的球同时落地，驳倒了亚里士多德的结论。

例5是一个科学论证的过程，伽利略认为亚里士多德的观点是错误的，为此科学论证过程中的主张。而伽利略的大小石头的反驳及比萨斜塔的自由落体实验则是本科学论证的证据，这个过程中也有着完整的推理过程，即论证方式存在，科学论证的要素完整。

综上，推理和科学推理要素之间、论证和科学论证要素之间有对应关系（见表1），科学推理和科学论证要素之间有联系也有区别，后文详述。

二 科学推理与科学论证的主要区别

在科学的历史长河中，几乎任何一个结论的得出都离不开科学推理和科学论证。二者总是紧密联系，但也存在区别，这不只体现在概念中，还体现在思维路径、思维结果、思维品质多个方面。

（一）科学推理与科学论证的思维路径存在差异

推理与论证的思维路径存在差异，可以从逻辑和时间两个视角来看。推理中的前提对应论证的论据，可以看作原因；推理中的结论对应论据的论题，可以看作结果。从逻辑视角来看，推理是依据推理规则，从前提推出结论；论证是通过论证方式用论据支持论题的过程，即用因推出或支持果的过程。但从时间视角来看，两者的思维路径则有差距。推理中前提是先出现的，最终推出相应的结论，这是从原因到结果，即由因到果的过程。论证中论题是先出现的，再根据论题寻找该论题的论据，依据结果找原因，即由果溯因的过程。

综上，不管是从逻辑视角还是时间视角，

推理都是从前提到结论的由因到果的顺向思维路径；论证则有区别，从逻辑上看，论证遵循论据支撑论题的方向，即因支持果的过程，从时间上看，则是论题先出现寻找论据的由果溯因的过程，是双向的思考过程。

故而，科学推理与科学论证之间的思维路径也存在区别。科学推理的实验和证据相当于推理的前提，假设（有待检验与证明）相当于一般推理中的结论。科学推理各要素关系如图1，科学推理是根据已有信息提出相应的假设，假设指导实验设计或发现证据，实验发现证据，依照推理规则检验假设的正确性，即图1中步骤③根据推理规则推出检验正确即能推出假设，经历了三个环节。若在步骤③中根据推理规则推不出假设，则假设检验错误，需要进入循环过程，先对假设进行修订得到新假设，或者保持原假设，指导设计新实验或发现新证据，最终依照推理规则检验正确推出假设，经历七个环节。这是科学推理区别于推理的地方，科学推理关注假设的正确性；推理注重的是前提和结论之间的关系，不考虑前提和结论本身的真伪情况。实验和证据根据推理规则推出假设是由因到果的思考过程，若推不出假设则进入循环过程。

在科学论证中，证据相当于论证中的论据，即原因，主张相当于论题，即结果。科学论证的核心在于需为某项主张给出证据，即寻找合适的证据支撑主张，而非毫无批判性地盲从或迷信。科学论证是先明晰主张，再寻找能对其进行证明的证据，经过完整的推理过程确定主张和证据之间的因果关系，从而完成对主张的论证过程，即相当于先明确结果，再去寻找相应的依据或原因，完成由果溯因的思考过程。同时，证据依据论证方式证明主张，完成因支持果的思考过程。

例３是科学推理，当时对自由落体运动速度变化无普适结论。伽利略提出假设，开展实验获取证据，判断假设的对错得出结果，这是由因到果、修正错误假设的循环过程。例５中亚里士多德的观点是既有结论，伽利略质疑并提出相悖主张，开展实验找证据推理完成论证，是因支持果、由果溯因的双向思考过程。

（二）科学推理和科学论证的思维结果不同

科学推理主要从需要研究的问题出发，根据已有的问题和信息提出假设，再根据实验和新的证据来判断假设正确与否的思维过程。科学论证的出发点则是从已知的命题即主张出发，根据证据进行多种推理过程，进而论证主张正确与否的思维过程。假设和主张都是两个过程的结果，不同的是，假设是有待检验和证明的结果，在科学推理开始时，其正确性不能确定，可以看作是未知的。根据上述过程可知，科学推理是从已知信息推导未知结果的过程，实验得出的证据等已知信息对未知结果是推出的关系；而科学论证则是用已知的证据经过推理得出已知的结果（主张）的过程，已知的证据对已知的主张起到支持的作用。科学论证与科学推理的区别之一在于其结果是否“已知”，得出未知结果的过程为“科学推理”，得出已知结果（主张）的过程为“科学论证”。当然，科学推理结论的“未知”，并不一定是当今世界中未被探索到的科学定理，这里的“未知”是相较于实验及证据等已知信息而言的，是指无法在先前的假设、实验和证据等中明确知道的信息。

例6：法国出色的生物学家和化学家巴斯德在实验里发现，啤酒变酸由乳酸杆菌造成；之后研究蚕生病原因时，认定弧状细菌是主因。凭借这两次个别经历，他通过科学归纳推理得出 “细菌致病” 的通用原理，为医疗事业贡献颇大。

以上是一个完整的推理过程，上述科学推理的结论“细菌致病”并非最初提及的，而是由巴斯德在两次实验中的发现推理而来的。此外，在例3的科学推理过程中，所得到的自由落体的运动规律这一结论，相较于其假设、实验、证据是未知的。最初亚里士多德的观念深入人心，对于当时的人们而言，伽利略的实验结论是未知的。

例7：我们主张水达到一定温度会沸腾。日常生活中可知，水经过一段时间的加热，会出现大量气泡、剧烈翻滚即沸腾，可作为证据。从推理过程中看，水由水分子构成，加热后分子热运动加剧，标准大气压下100℃时，水受热超过其饱和温度，液体内部和表面剧烈气化产生水蒸气，液体内部形成气泡上升并破裂，呈现沸腾状态。科学实验中，科学家用温度计测水温、特殊仪器观察液体变化，多次实验证明水在标准大气压下100℃必然沸腾。

以上过程是一个完整的科学论证过程，包含了科学论证的三要素，该过程先提出主张，再寻找证据，二者均是已知的，依据论证方式用证据论证出已知的主张，完成了对该主张的解释说明。

（三）科学推理和科学论证的思维品质存在差异

思维品质体现了个体思维的水平和智力、能力的差异，包括深刻性、灵活性、敏捷性、批判性和独创性五方面。科学推理和科学论证都能体现思维品质的五个方面，二者的侧重点有所区别。

科学推理更强调独创性，科学论证更侧重批判性。在推理思路或论证视角方面，两者都能发挥独创性，但科学推理独创性还体现在其他方面。科学推理的假设是有待检验和证明的结果，科学论证则是主张和证据都已知。从结果的已知与否来看，科学推理的独创性体现在推出未知的结果。此外，科学推理能够突破传统的思维模式和已有理论的限制，大胆地提出前所未有的假设，察觉到看似无关的现象之间隐藏的联系，这也体现了其独创性。批判性也都在两个过程中有所体现，但二者相较，科学论证更为强调批判性。科学论证强调对所采用的证据、论点和论证方法的批判性评估，如对实验数据进行严格的批判性分析。科学论证的批判性特质确保了科学研究的严谨可靠，推动了科学的进步与完善。

三 科学推理与科学论证的相互联系

科学推理与科学论证联系紧密，往往一同出现，二者均为科学思维的主要形式，科学推理是科学论证的工具，科学论证是科学推理的进一步发展，在科学事业的发展中都有着重要作用。

（一）科学推理与科学论证均为科学思维的主要形式

科学思维能够划分为基本形式和高阶形式，科学推理是属于科学推理的基本形式，科学论证则属于高阶形式。新课标将科学思维的多样形式和方法加以整合，凸显了有代表性的科学思维类别，指明科学思维包括模型建构、推理论证、创新思维等。这里用“推理论证”将科学推理与科学论证联系起来，是因为科学论证通常要凭借证据和逻辑提出自己的观点，很难在实际的教学和测评中将科学推理和科学论证彻底分开。科学推理和科学论证对于科学思维的培养发挥着十分重要的作用。科学推理是基本的思维形式，是人们认识世界、获取新知的主要手段，人的科学思维活动需要科学推理来实现。科学论证能够助力学生转变科学观念，搭建科学知识架构，提升认识层级，推动探究、判断和交流能力等方面的进步，推动科学思维不断发展。

（二）科学推理是科学论证的工具

科学推理是科学论证的工具。科学推理存在于科学论证之中，任何一个科学论证都离不开科学推理，大多数科学论证过程需要运用多种推理过程。同时，科学推理和科学论证的要素也存在对应关系。科学推理的实验和得出的证据等对应科学论证的证据，科学推理的假设对应科学论证的主张。科学论证过程即可以看作借助论证方式由证据推出主张的过程，论证方式就是科学推理过程所需要的一系列推理形式。论证方式是科学论证过程中推理形式的总和。由此可知，科学论证离不开科学推理，科学推理为科学论证服务。同时，科学推理的水平和质量在一定程度上决定了科学论证的效果。其中证据存在于科学推理和科学论证过程中且都需正确，科学推理的证据经假设、实验检验为真，科学论证中若证据真实性不确定则无法论证主张真实性。

例8：古代曾有学者这样证明“宇宙是有限的”这个论题：假如宇宙是无限的，那么它就没有一定的中心，但是一切物体都以地球为中心，地球是宇宙的中心，所以宇宙是有限的。

例9：将来地球上的人类可以迁移到其他星球上去居住，因为有些星球的自然条件与地球完全相同，在那里人类可以照样生存。

例8和例9都是错误的科学论证过程。例8中用来作为证据的命题“地球是宇宙的中心”是虚假的，则其主张一定错误。例9的证据“有些星球的自然条件与地球完全相同”是尚未被证实的，则其主张的真实性我们无法确定。

（三）科学论证是科学推理的进一步发展

科学推理和科学论证之间存在很多关联，科学论证是科学推理的进一步发展。

从复杂程度上看，科学论证是科学推理的综合应用，科学论证比科学推理更加复杂。科学论证由科学推理组成，科学推理存在于科学论证之中，但科学论证并不存在于科学推理之中。一般来说，任何一个科学论证可以看作科学推理过程，并非所有科学推理都能看作科学论证。可见，科学推理是科学论证的核心，科学论证是在科学推理基础上发展而来的。科学领域中的科学论证能力往往建立在科学推理能力之上。

从要素关联上看，科学论证的结果较科学推理的结果先一步发展，假设可以看作还未被检验和证明的主张。科学推理的结果未知，需要经过实验和证据来推出，关注对现象的分析和解释；科学论证的主张已知，不需要推出，但需要充分的证据来做支撑使主张更具说服力。这就意味着，当科学推理的假设变得更清楚的时候，科学推理会进一步发展成为科学论证。二者的正确性都要经过证据来断定。科学推理的科学假设需要实验后得到的证据才能判断假设是否正确。科学论证由证据来推断科学主张正确与否。如果经由证据推理或论证后，假设和主张存在错误，科学推理过程就可以对假设进行修订，科学论证过程则是达到反驳的效果，反驳也是一种特殊的论证形式。

通过维恩图（如图2）清晰展示出科学推理和科学论证的联系和区别。维恩图的交叠部分，展示出二者的联系，他们不仅是科学思维的主要形式，在要素组成上也存在对应关系。两圆未交叠部分，体现了二者在要素组成、思维路径、思维结果、思维品质上的区别。两圆上下的连接“桥梁”则体现了二者在功能上相互促进。科学推理存在科学论证之中，是科学论证的核心。科学论证的工具是科学推理，科学推理能进一步发展成为科学论证，当科学推理的结论变得更为清晰时，便实现了进一步的发展。

四 结论

通过对科学推理与科学论证的溯源分析，并结合丰富的科学例子进行深入探讨，明确了二者的区别与联系。科学推理是科学论证的核心，以实验、证据、假设和推理规则为要素，是一个由因到果的循环过程，思维结果未知，更侧重批判性思维和独创性。科学推理鼓励科学家们勇于突破传统思维的束缚，从独特的视角和用创新的方法去解读自然现象，为科学的进步注入源源不断的活力。科学论证则包含主张、证据和论证方式，是因支持果、由果溯因的双向过程，思维结果已知。科学家们不仅要提出有力的主张，还需提供确凿的证据，并运用恰当的论证方式来阐述理论的合理性。科学论证以科学推理为基础，当论证变得更清楚时，就进一步发展成为科学论证。

正确理解科学推理和科学论证的概念，明确二者的区别与联系，对于推动学生科学推理和科学论证能力的培育具有重要意义。在科学教育中，应注重培养学生的批判性思维和创新能力，引导学生学会运用科学推理的方法去探索未知，同时教导学生进行科学论证，使其能清晰表达观点并为结论提供有力支持。只有深入把握这两个关键概念，才能更好地培养学生的科学思维能力，为未来科学发展培养创新人才。

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