基于證據推理解答電化學試題

摘要：結合實例，介紹基于證據推理的解題思維模型，認為應在試題情境和設問中確定認識對象和認識角度，收集進行推理判斷的證據；建立問題、證據和結果之間的邏輯關系是基于證據推理的關鍵。應用這種思維模型解答化學試題，可以幫助學生突破原有的認識誤區，減少或避免錯誤。

關鍵詞：證據推理；電化學；電解質溶液；化學試題

文章編號：1005–6629（2017）11–0080–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

科學必須實事求是，需要讓結論建立在證據基礎上，需要可以重復驗證；科學探究是提出假說，再加以驗證，最后得出結論的過程[1]。學生在學習化學過程中，限于知識的階段性或不連貫等原因，總會產生一些認識誤區（包括知識理解不到位、認識角度不明確、認識思路有偏差等等），而且所產生的認識誤區往往會影響學生解決問題的思考過程，誘使他們犯錯誤。所以，在化學教學中必須要讓學生明白，在解化學試題時不能完全憑借已學知識去推理判斷。教師必須通過各種手段了解學生學習過程中認識誤區形成的原因，了解認識誤區可能給學生解決問題時所帶來的負面影響，尋找幫助學生突破認識誤區的方法。實踐中發現，引導學生基于證據推理解答化學試題，有利于學生對科學本質的認識，有助于促進學生形成和發展證據推理的素養。另外，倡導基于證據推理解決問題的思路，也是培養和提升學生化學學科思維能力的有效途徑。

1 基于證據推理解題的基本步驟

證據推理是化學學科核心素養之一，其內涵是：“能初步學會收集各種證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑；能認識化學現象與模型之間的聯系，運用多種模型來描述和解釋化學現象，預測物質及其變化的可能結果；能依據物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架；具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系；知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型；能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。[2]”

聯系到化學試題，立意、情境、設問是試題的三要素，立意必定體現在試題情境和設問中，設問是建立在試題情境的基礎上的[3]。所以，我們從試題的情境、設問開始，構建以下解題的思維模型（如圖1）：

從上述解題思維模型中可看出，在試題情境和設問中確定相關認識對象、認識角度和給出了哪些新的信息都是為了獲得推理判斷的證據，建立問題、證據和結果之間的邏輯關系是基于推理判斷的關鍵。根據這種思維模型解答化學試題，可以突破一些認識誤區，減少和避免犯錯誤。下面以電解相關的試題為例加以具體說明。

2 基于證據推理突破認識誤區

由于有較多學生對電解原理存在認識誤區，影響學生解題的思考角度、思維路徑和認識深度，導致產生錯誤。要幫助學生突破認識誤區正確解題，可以用上述解題思維模型，讓學生基于證據（而不是基于記憶、基于所謂的“規律”）作出推理判斷。

2.1 破除關于“離子移動”的認識誤區

電解池工作時，由于受電場影響電解質溶液中陰離子要向陽極作定向移動、陽離子要向陰極作定向移動，這是電解過程中電解質溶液導電微觀原理。但有一些學生會認為這是電解時影響電解質溶液中離子移動方向的唯一因素，就是一種“以偏概全”的認識誤區。實際上，在電解池（原電池也一樣）的電解質溶液中，影響離子移動的因素有多項，主要有：

2.2 破除關于“放電順序”的認識誤區

雖然在教材中沒有給出電解放電順序，但很多課外輔導書給出了“陽極上陰離子放電順序”“陰極上陽離子放電順序”，有學生將這些“規律”當作解決電解問題的基本思路，這是一種認識誤區。實際上，電解是很復雜的過程，電解產物的判斷既涉及微粒本身的性質，也不能脫離所處的環境（如溫度、濃度、電解質的性質、電極材料、電流密度等）。雖然中學階段不要求學生了解這些情況，但千萬不能將在一定條件的事實變成絕對化的“規律”。如在工業電解飽和食鹽水的條件下，陽極上是Cl-比OH-優先放電生成Cl2，并不能由此推斷放電能力Cl-比OH-強，絕不能認為所有條件下電解食鹽水陽極上一定是Cl-放電生成Cl2，因為Cl-、OH-在陽極上的放電受多種因素影響，有時也可以是OH-優先放電，有些情況下還可以是兩種離子同時放電。其他離子之間也有類似情況，當然中學階段還不對這些內容作要求。

例2 某同學為了探究Cl-、OH-的失電子能力，用如圖3實驗裝置進行電解實驗（用鉛筆芯作電極），3min后將濕潤的淀粉-KI試紙靠近陽極處不變藍，用帶火星木條靠近陽極，木條復燃。寫出陽極的電極反應式。

有學生會根據所謂的“放電順序規律”，不加分析就判斷是Cl-在陽極上被氧化生成Cl2，導致本可避免的錯誤。題中給出的“陽極生成氣體不能使淀粉-KI試紙變藍，能使帶火星木條復燃”是重要信息，可轉化為關鍵證據判斷出陽極生成的氣體是氧氣，所以該實驗條件下是OH-離子在陽極上優先放電。

初步學會收集各種證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設，并能基于證據進行分析推理、證實或證偽假設。“實驗探究與創新意識”指發現和提出有探究價值的化學問題，能依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作并能尊重事實和證據，具有獨立思考、敢于質疑和批判的創新精神[4]。endprint

例3 水銀法電解食鹽水曾是氯堿工業發展進程中的重要里程碑，以制得堿液純度高、質量好著稱，其生產原理如圖4所示：

（2）因為汞毒性強，易造成污染。

遇到這樣的試題，有很多學生總是不重視從試題中尋找信息，死板地用所謂的“陽離子放電順序”來判斷，認為H+比Na+更容易在陰極上放電，導致錯誤答案。事實上，只要觀察題給示意圖，就能找到三條重要信息：“電解室中陰極上是Na+放電”、“鈉汞合金從電解室流到解汞室”、“解汞室里是Na→Na+”，根據其中任何一條都可判斷出該生產條件下電解室中陰極上是Na+比H+優先放電。從中可以看出平時學習形成的“認識誤區”是那么頑固，要克服其影響是何等難！

中學化學中，考慮到學生的知識和認識基礎，對某些問題作簡單化處理是合理的，對一些共性的東西進行歸納也是必需的，但絕不能將簡化的內容擴大化，將總結的經驗泛規律化，要防止所謂的“規律”束縛學生的認識。

2.3 破除關于“陰極、陽極放電離子種類”的認識誤區

學習電解原理時，有較多學生會有“電解時陽極上一定是陰離子放電（或者陽離子不會在陽極上放電）、陰極上一定是陽離子放電（或者陰離子不會在陰極上放電）”的錯誤認識，帶著這種錯誤認識去解決有關電解問題，在思考過程中會走很多彎路，甚至引來不可避免的錯誤。實際上，電解過程中，陰極上有電子流入（外電源負極上電子流向陰極），此時陰極相當于極強的還原劑，多種微粒會被還原（絕不僅僅是陽離子才可以在陰極上被還原！）；相應地，陽極要流出電子（這些電子流向外電源正極），此時陽極相當于極強的氧化劑，多種微粒會被氧化（絕不僅僅是陰離子才可能在陽極上被氧化！）。

以上列舉的都是關于電化學的試題，實際上在解答其他內容的化學試題時，也應該倡導學生基于證據推理的思路方法。總之，基于證據推理是突破認識誤區的一種有效方法，其基本的步驟為“提取題給信息→轉換成證據→根據證據等建立邏輯關系→推理判斷→獲得解決。

當然，由于試題情境和設問的不同，收集關鍵證據并作出推理判斷也有不同的層次要求，常見試題中的證據推理要求大致可分成以下四種。

第一種，能從物質及其變化的事實中提取證據，依據證據證實或證偽。

第二種，能從宏觀與微觀結合上收集證據，依據證據從不同角度分析，再推出合理結論。

第三種，能從定性與定量結合上收集證據，能通過定性分析和定量計算，推出合理結論。

第四種，能從各個角度發現不同特征，找出充分的證據，推出合理結論，并能解釋證據和結論之間的關系。

教學中要根據學生知識基礎和認識發展水平，選用或編制能力要求不同的試題讓學生練習，以幫助學生突破認識誤區，提高基于證據推理解答化學試題的能力。

參考文獻：

[1]吳俊明，張磊.科學本質觀及其養育[J].化學教學，2016，（3）：4～8.

[2]普通高中課程標準修訂組.普通高中化學課程標準（征求意見稿）[S]. 2016：3～5.

[3]陳進前.關于試題情境的研究[J].化學教學，2017，（1）：80～85.

[4]霍華德·加德納.多元智能新視野[M].北京：中國人民大學出版社，2008.endprint