淺論實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理高考題的命題特點(diǎn)及教學(xué)

肖中榮

摘要： 實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題是高考考查的熱點(diǎn)題型，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的關(guān)系分為四級(jí)水平，細(xì)化了證據(jù)推理在高考命題中的表現(xiàn)水平。結(jié)合典型的高考實(shí)驗(yàn)題分析比較命題特點(diǎn)，提出基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到結(jié)論的證據(jù)推理問(wèn)題的教學(xué)策略要重視培養(yǎng)學(xué)生的論證意識(shí)和批判性思維。

關(guān)鍵詞： 實(shí)驗(yàn)證據(jù); 證據(jù)推理; 高考命題; 教學(xué)策略

文章編號(hào)： 1005-6629（2020）02-0081-04

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 證據(jù)推理的內(nèi)涵

“證據(jù)推理”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是學(xué)生必備的關(guān)鍵能力。《普通高中化學(xué)課程課標(biāo)（2017版）》解釋了證據(jù)推理的內(nèi)涵： 具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽;建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系[1]。本文認(rèn)為，化學(xué)教學(xué)中的證據(jù)推理是根據(jù)化學(xué)概念、理論和現(xiàn)象，運(yùn)用比較分析、抽象概括和歸納演繹等形式，通過(guò)證實(shí)和證偽的求證方式，獲得正確觀點(diǎn)的思維過(guò)程。

2? 實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理

化學(xué)教學(xué)中的證據(jù)是指化學(xué)概念、化學(xué)理論和事實(shí)性知識(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)推理的重要事實(shí)證據(jù)。實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題是高考實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)題型，由于體系和環(huán)境中存在諸多干擾因素，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是獲取結(jié)論的充要條件，學(xué)生需要經(jīng)過(guò)判斷比較、去偽存真的思維過(guò)程，通過(guò)嚴(yán)密的證據(jù)推理，準(zhǔn)確分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中蘊(yùn)含的化學(xué)原理，才能獲得正確結(jié)論。此類問(wèn)題能充分考查學(xué)生的觀察能力、操作能力和思維能力，對(duì)化學(xué)教學(xué)有良好的導(dǎo)向作用。為了理清現(xiàn)象和結(jié)論的邏輯關(guān)系，切實(shí)提高學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行推理的能力，本文結(jié)合推理表現(xiàn)水平[2]和學(xué)科能力要求[3]的意涵，將現(xiàn)象和結(jié)論的關(guān)系分為四級(jí)水平，如表1所示。

水平1? 一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)一結(jié)論： 由現(xiàn)象A一定得出結(jié)論B，一次完成簡(jiǎn)單推理過(guò)程，要求根據(jù)因果關(guān)系推理知識(shí)間的單一聯(lián)系。如某溶液加鹽酸無(wú)現(xiàn)象、加氯化鋇產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明溶液一定含有SO2-4。

水平2? 多現(xiàn)象對(duì)應(yīng)一結(jié)論： 由現(xiàn)象A、 A′等得出結(jié)論B，多次完成簡(jiǎn)單推理過(guò)程，要求概括分析知識(shí)間的多向聯(lián)系。如某溶液加硝酸、硝酸銀產(chǎn)生黃色沉淀，或加入氯水、四氯化碳，油層顯紫紅色，均可說(shuō)明溶液中含有I-。

水平3? 一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)多結(jié)論： 由現(xiàn)象A可得出結(jié)論B、 B′等，一次完成綜合推理過(guò)程，要求復(fù)雜推理知識(shí)間的干擾聯(lián)系。如某溶液加鹽酸產(chǎn)生CO2，則說(shuō)明溶液可能含有CO2-3、 HCO-3或二者的混合物。

水平4? 多現(xiàn)象對(duì)應(yīng)多結(jié)論： 由現(xiàn)象A、 A′等可得出結(jié)論B、 B′等，多次完成綜合推理過(guò)程，要求系統(tǒng)探究知識(shí)間的不確定聯(lián)系，創(chuàng)造性地形成新觀點(diǎn)。如某溶液加鹽酸產(chǎn)生使澄清石灰水變渾濁的氣體，該氣體可能是CO2、 SO2，說(shuō)明溶液含有CO2-3、 HCO-3或二者混合物;SO2-3、 HSO-3或二者混合物;CO2-3、 SO2-3或二者混合物等等。

綜上所述，本文將實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題分為四級(jí)水平，關(guān)鍵推理表現(xiàn)和學(xué)科能力要求的變化如下： 現(xiàn)象和結(jié)論關(guān)系由單一關(guān)系、多種關(guān)系、逐漸向干擾關(guān)系、不確定關(guān)系演變;學(xué)科能力由因果推理、概括分析逐漸向復(fù)雜推理、系統(tǒng)探究進(jìn)階。上述分類方法細(xì)化了證據(jù)推理在高考命題中的表現(xiàn)水平和能力要求，有利于師生在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)展分析和評(píng)估證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。

3? 典型高考題的命題特點(diǎn)

下面運(yùn)用上述分類方法，分析幾則典型高考實(shí)驗(yàn)題的命題特點(diǎn)。

例1? （2019年江蘇卷13題）室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象得到結(jié)論正確的是（? ? ）。

A項(xiàng)X含有Fe2+、 Fe3+均出現(xiàn)變紅現(xiàn)象，屬于水平2; B項(xiàng)有黃色沉淀生成說(shuō)明Ksp（AgI）

本題考查的現(xiàn)象和結(jié)論關(guān)系各有兩個(gè)1級(jí)水平和2級(jí)水平，要求學(xué)生對(duì)教材知識(shí)能簡(jiǎn)單再現(xiàn)和理解說(shuō)明，通過(guò)一次或二次簡(jiǎn)單推理完成答題，學(xué)科能力要求屬于辨識(shí)記憶、簡(jiǎn)單推理層次，屬于容易題。再如2019年北京卷11題、2019年天津卷2題等也是此類命題特點(diǎn)。

例2? （2018年11月浙江選考卷25題）通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論正確的是（? ? ）。

A. 將某固體試樣完全溶于鹽酸，再滴加BaCl2溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則該固體試樣中存在SO2-4

B. 將某固體試樣完全溶于鹽酸，再滴加KSCN溶液，沒(méi)有出現(xiàn)血紅色，則該固體試樣中不存在Fe3+

C. 在某固體試樣加水后的溶液中，滴加NaOH溶液，沒(méi)有產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，該固體試樣中仍可能存在NH+4

D. 在某固體試樣加水后的上層清液中，滴加鹽酸出現(xiàn)白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀溶解，則該固體試樣中存在SiO2-3

A項(xiàng)固體是K2CO3和KNO3或K2SO4等會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，屬于水平2。B項(xiàng)固體是過(guò)量Fe和少量Fe2O3或FeSO4等會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，屬于水平2。C項(xiàng)固體是過(guò)量氯化鎂和少量氯化銨等會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，屬于水平2。D項(xiàng)固體是Na和SiO2或是NaAlO2等會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象，屬于水平2。

本題考查的現(xiàn)象和結(jié)論關(guān)系均屬于2級(jí)水平，要求學(xué)生從混合物、純凈物的組成，所含固體成分量多少的角度理解固體溶于水可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生需要進(jìn)行多次簡(jiǎn)單推理才能答題，學(xué)科能力要求屬于簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和分析解釋層次，屬于較難題。再如2018年11月浙江選考24題、2019年北京卷12題等屬于類似考查方式。

例3? （2019年北京卷28題）化學(xué)小組實(shí)驗(yàn)探究SO2與AgNO3溶液的反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)一? 將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應(yīng)，得到無(wú)色溶液A和白色沉淀B。

對(duì)體系中有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)分析得出： 沉淀B可能為Ag2SO3、 Ag2SO4或二者混合物（資料Ag2SO4微溶于水;Ag2SO3難溶于水）。

實(shí)驗(yàn)二? 為了驗(yàn)證B的成分，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

沉淀B6mol·L-1氨水溶液C過(guò)量Ba（NO3）2溶液

沉淀D

i. 洗滌干凈? ii. 過(guò)量稀鹽酸

→濾液E

→沉淀F

加入鹽酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F，推斷B中含有Ag2SO3。

（1） 向?yàn)V液E中加入一種試劑，可進(jìn)一步證實(shí)B中含有Ag2SO3。所用試劑及現(xiàn)象是? ? ? ? 。

實(shí)驗(yàn)三? 探究SO2-4的產(chǎn)生途徑是根據(jù)沉淀F的存在，推測(cè)SO2-4的產(chǎn)生有兩個(gè)途徑：

途徑1： 實(shí)驗(yàn)一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進(jìn)入D。

途徑2： 實(shí)驗(yàn)二中，SO2-3被氧化為SO2-4進(jìn)入D。

（2） 向溶液A中滴入過(guò)量鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，再取上層清液繼續(xù)滴加BaCl2溶液，未出現(xiàn)白色沉淀，可判斷B中不含Ag2SO4。做出判斷的理由：? ? ? ? ?。

（3） 由實(shí)驗(yàn)三可以得出結(jié)論：? ? ? ? ?。

實(shí)驗(yàn)四? 將實(shí)驗(yàn)一中SO2與AgNO3溶液所得混合物放置一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)有Ag和SO2-4生成。

（4） 根據(jù)上述4個(gè)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論：? ? ? ? ?。

SO2和AgNO3可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成Ag2SO3、可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ag2SO4。

（1） 問(wèn)，溶液E中含有亞硫酸、Ba2+，加入強(qiáng)氧化劑如過(guò)氧化氫、高錳酸鉀等氧化亞硫酸可以生成大量硫酸鋇沉淀，屬于水平2。

（2） 問(wèn)，向溶液A中滴入過(guò)量鹽酸沉淀Ag+，再取上層清液滴加BaCl2溶液未出現(xiàn)白色沉淀，證明不含BaSO4，即不存在難溶的BaSO4，推測(cè)溶解度較大Ag2SO4也不存在，屬于水平3。

（3） 問(wèn)，途徑1沒(méi)有產(chǎn)生Ag2SO4，所以是途徑2產(chǎn)生SO2-4，屬于水平1。

（4） 問(wèn)，實(shí)驗(yàn)一中SO2與AgNO3是“迅速反應(yīng)”生成Ag2SO3，實(shí)驗(yàn)四中SO2與AgNO3是“放置一段時(shí)間充分反應(yīng)”生成Ag和SO2-4，說(shuō)明產(chǎn)物和反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。實(shí)驗(yàn)一是在“酸性環(huán)境”中SO2與AgNO3生成Ag2SO3，實(shí)驗(yàn)二是在“堿性環(huán)境”中SO2與AgNO3溶液生成Ag和SO2-4，說(shuō)明產(chǎn)物和酸堿性有關(guān)，反應(yīng)條件不同，現(xiàn)象不同、產(chǎn)生的結(jié)論也不同，屬于水平4。

本題考查的現(xiàn)象和結(jié)論關(guān)系涵蓋4級(jí)水平，要求學(xué)生從反應(yīng)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作判斷生成不同產(chǎn)物的原因，并能從速率快慢、溶液酸堿性的角度創(chuàng)造性地解釋論證，形成合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生需要進(jìn)行多次簡(jiǎn)單推理和多次綜合推理才能答題，學(xué)科能力要求處于復(fù)雜推理和系統(tǒng)探究層次3、 4級(jí)水平問(wèn)題設(shè)置屬于難題。再如2018年北京卷27題、2017年北京卷28題均屬于類似考查方式。

通過(guò)對(duì)以上高考題的命題特點(diǎn)分析，我們或可得出觀點(diǎn)： 基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理結(jié)論的命題問(wèn)題，若現(xiàn)象和結(jié)論關(guān)系越復(fù)雜，推理過(guò)程越綜合，學(xué)科能力設(shè)置要求越高階，則題目的難度越大。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的關(guān)系分為四級(jí)水平，能顯著提高學(xué)生排除干擾因素精準(zhǔn)解釋現(xiàn)象的能力以及優(yōu)化證據(jù)推理的思維品質(zhì)。

4? 實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題的教學(xué)策略

證據(jù)推理能力是當(dāng)下高中學(xué)生非常缺乏的學(xué)科能力，本文認(rèn)為，基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到結(jié)論的證據(jù)推理問(wèn)題的教學(xué)策略特別要重視培養(yǎng)學(xué)生的論證意識(shí)和批判性思維。

4.1? 強(qiáng)化論證意識(shí)

論證是提出主張并給出支撐證據(jù)和推理的一系列陳述，過(guò)程為： 證據(jù)+推理=主張。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中要強(qiáng)化學(xué)生的論證意識(shí)，經(jīng)常問(wèn)學(xué)生：“你得出結(jié)論的理由是什么”“你如何證明你的觀點(diǎn)”，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生尋找有效證據(jù)，通過(guò)有效推理，獲得可靠的主張，逐步培養(yǎng)學(xué)生大膽假設(shè)、科學(xué)論證的學(xué)習(xí)能力。蘇教版《化學(xué)2》教材演示氯化鐵氧化碘化鉀的實(shí)驗(yàn)[4]，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)硝酸銀能氧化氯化亞鐵，那么硝酸銀能氧化碘化鉀嗎？如何證明？這類有深度的問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生論證能力的好素材。

4.2? 強(qiáng)化批判性思維

批判性思維是通過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)思維，進(jìn)而改善思維，是合理的、反思性的思維。批判性思維既是一種思維技能，也是一種人格或氣質(zhì)： 它既能體現(xiàn)思維水平，也凸顯現(xiàn)代人文精神。化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生的批判能力，促進(jìn)高階思維的發(fā)展。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中要

經(jīng)常有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)貌似合理的現(xiàn)象進(jìn)行正反兩方面的思辨，逐步培養(yǎng)學(xué)生不輕信、不盲從的思維習(xí)慣。圖1實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物檢測(cè)出有CO2，有同學(xué)推測(cè)是木炭與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)，對(duì)嗎？這類發(fā)散性問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的好素材。

圖1? 木炭和濃硝酸

反應(yīng)體系

證據(jù)推理是重要的科學(xué)思想和方法，實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題是考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱門題型，為了有效實(shí)施實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理問(wèn)題的教學(xué)策略，我們將現(xiàn)象和結(jié)論分為四級(jí)水平，簡(jiǎn)約地建立起證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系。在教學(xué)中還應(yīng)大力培養(yǎng)學(xué)生的論證意識(shí)和批判性思維，從而提高學(xué)生證據(jù)推理的能力水平。

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