高三化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)路徑

杜開顏

摘 要 “證據(jù)推理”是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中提出的核心素養(yǎng)之一。文章探討高中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理”的內(nèi) 涵及各年級(jí)落實(shí)該素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)例闡述高三化學(xué)教學(xué)中圍繞證據(jù)的收集和整理、問(wèn)題的邏輯和推理的若 干培養(yǎng)路徑。

關(guān) 鍵 詞 證據(jù)推理;核心素養(yǎng);化學(xué)教學(xué);培養(yǎng)路徑

“證據(jù)推理”是一個(gè)專用名詞，又稱登姆普斯特- 謝弗推理方法，是指從不同的數(shù)據(jù)源中獲取信息，用 科學(xué)方法綜合證據(jù)，得出結(jié)論。“證據(jù)推理”包含兩個(gè) 環(huán)節(jié)：尋找有用的事實(shí)和縝密的邏輯推理方法?！镀胀?高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出了高中化 學(xué)學(xué)科的五個(gè)方面核心素養(yǎng)，其一是“證據(jù)推理”素 養(yǎng)?！白C據(jù)推理”素養(yǎng)是指學(xué)生能應(yīng)用所學(xué)的物質(zhì)性質(zhì) （有用的事實(shí)）、反應(yīng)原理（推理方法），推測(cè)新情境中 化學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，使化學(xué)現(xiàn)象得以解釋。這其中 仍然包含上述兩個(gè)環(huán)節(jié)。高中三年的化學(xué)教學(xué)，高 一、高二教學(xué)內(nèi)容是“證據(jù)推理”素養(yǎng)培養(yǎng)的準(zhǔn)備階 段，即認(rèn)識(shí)“證據(jù)”，學(xué)習(xí)推理方法。高三總復(fù)習(xí)階段， 是學(xué)生將事實(shí)，方法綜合起來(lái)，最終形成“證據(jù)推理” 素養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)刻?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“證據(jù)”，有 兩個(gè)含義：一是高中教材中出現(xiàn)的所有化學(xué)概念和各 類物質(zhì)特征，二是試題中出現(xiàn)的新信息。學(xué)生只有將 二者緊密結(jié)合起來(lái)，形成“證據(jù)鏈”且“證據(jù)”之間互相 印證，并應(yīng)用化學(xué)原理和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容（即化學(xué)方 法）進(jìn)行推理，才能很好地解答化學(xué)問(wèn)題。近幾年的 高考化學(xué)試題，大多需要用到“證據(jù)推理”。

一、抓“證據(jù)意識(shí)”培養(yǎng)，建立龐大而有序的“證 據(jù)庫(kù)”

高考試題的呈現(xiàn)方式主要是文字、圖形、表格等， 這些都是學(xué)生獲得答案的“證據(jù)”。如何快速、準(zhǔn)確地 識(shí)別有用、有效的“證據(jù)”，需要學(xué)生自身的大腦中有 “證據(jù)庫(kù)”，才能在遇到新的信息時(shí)與大腦中已有的 “證據(jù)”進(jìn)行比對(duì)，從而獲得有用的解題“證據(jù)”。因 此，必須幫助學(xué)生建立數(shù)據(jù)龐大的“證據(jù)庫(kù)”。

1. 剖析高考試題與教材的關(guān)系，認(rèn)識(shí)“證據(jù)”在解 題中的作用

在高三的起始階段，不少教師往往忽視對(duì)學(xué)生進(jìn) 行試題與知識(shí)之間聯(lián)系的指導(dǎo)，總覺(jué)得先掌握基礎(chǔ)知 識(shí)才能談得上解題，致使學(xué)生在很長(zhǎng)一段時(shí)間不明白 高考究竟考什么、怎么考，這種狀態(tài)直接影響學(xué)生最 后的學(xué)習(xí)效果。因此，在高三教學(xué)的各個(gè)時(shí)期，教師 都要利用高考試題，精心、耐心地設(shè)計(jì)教學(xué)，不斷幫助 學(xué)生認(rèn)識(shí)高考試題與知識(shí)的聯(lián)系，認(rèn)識(shí)試題中“證據(jù) 推理”素養(yǎng)的考查方式。

例如，關(guān)于弱酸概念的考查，2014年全國(guó)理綜卷 的呈現(xiàn)方式是：次磷酸（H3PO2）是一元中強(qiáng)酸，寫出其 電離方程式，判斷NazHPO？是正鹽還是酸式鹽？在高 三開始的第一節(jié)課，大多數(shù)教師的教學(xué)內(nèi)容是物質(zhì)的 分類，教學(xué)設(shè)計(jì)是講解復(fù)習(xí)資料中的分類原則、各類 物質(zhì)的定義。這使學(xué)生感覺(jué)這部分內(nèi)容就是背誦，沒(méi) 有任何懸念。但是，遇到這樣的高考試題，學(xué)生卻不 見(jiàn)得能做好，甚至不得分。因此 ，像這種基礎(chǔ)概念的 教學(xué)，不能僅停留在要求學(xué)生熟悉概念、背誦概念的 層次，而應(yīng)該深入剖析概念的深層次含義，并列舉實(shí) 例，讓學(xué)生明確此類概念的考查方式，如何在題目中 找到已經(jīng)熟悉背誦的文字“證據(jù)”，讓學(xué)生在高三的初 始階段就對(duì)應(yīng)用證據(jù)推理方式解題有初步的認(rèn)識(shí)。

1. 應(yīng)用查缺補(bǔ)漏的方式，建立基本“證據(jù)庫(kù)” 中學(xué) 教 學(xué)內(nèi)容除了常見(jiàn) 的 無(wú)機(jī)物 、有機(jī)物的 組 成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)外，像上述“弱酸”這樣的概念有很多， 每一個(gè)概念的宏觀表征、微觀表征以及化學(xué)符號(hào)的規(guī) 范表達(dá)，都是基本“證據(jù)庫(kù)”的內(nèi)容。只有掌握大量的 “證據(jù)”，才能在新的應(yīng)用場(chǎng)景中快速地聯(lián)想并進(jìn)行推 理。因此，高三的第一輪復(fù)習(xí)必須完成高中知識(shí)的全 覆蓋，即完成教材中的“證據(jù)”搜集工作。

但是，這樣的全覆蓋復(fù)習(xí)不同于高一高二的新課 教學(xué)，也不是學(xué)過(guò)課程的壓縮版，而是應(yīng)該用查缺補(bǔ) 漏的方式，找出高一、高二的知識(shí)缺漏并彌補(bǔ)，形成高中化學(xué)的系統(tǒng)化知識(shí)，也就是學(xué)生的基礎(chǔ)“證據(jù)”庫(kù)。

1. 豐富“證據(jù)”之間的聯(lián)系，形成“證據(jù)鏈” 因?yàn)榻滩木帉懰悸返脑?，高中化學(xué)教材對(duì)同一 物質(zhì)不同側(cè)面的介紹經(jīng)常分散在不同章節(jié)。在總復(fù) 習(xí)階段，要將這些知識(shí)全部歸攏，形成知識(shí)體系。該 知識(shí)體系中，每種物質(zhì)需要了解的項(xiàng)目盡可能一致， 做到條目明晰，這樣有助于學(xué)生形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)的基本 邏輯方法，為形成推理能力打下基礎(chǔ)。如關(guān)于物質(zhì)的 學(xué)習(xí)，邏輯順序是：組成—結(jié)構(gòu)—物理性質(zhì)—化學(xué)性 質(zhì)—制備（工業(yè)制法和實(shí)驗(yàn)室制法）—用途。同時(shí)，將 物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)》和《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊對(duì)物質(zhì)的 性質(zhì)解釋融入其中，使學(xué)生對(duì)常見(jiàn)物質(zhì)的一些性質(zhì)有 深刻的理解，并且嘗試用圖示的方式，表達(dá)出物質(zhì)性 質(zhì)之間、性質(zhì)與結(jié)構(gòu)和原理之間的聯(lián)系，即“證據(jù)”之 間的連接，以便在腦海中形成物質(zhì)的“證據(jù)鏈”。如圖 1是氨的結(jié)構(gòu)與部分性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)。

1. 多角度認(rèn)識(shí)“證據(jù)”的各種特征，提高識(shí)別有用 證據(jù)的能力

高一高二的教學(xué)，大多只要求學(xué)生從某一側(cè)面認(rèn) 識(shí)物質(zhì)性質(zhì)，角度比較單一。高三階段的教學(xué)目標(biāo)就 應(yīng)該是多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)，這樣一方面使學(xué)生能立體地 認(rèn)識(shí)物質(zhì)，另一方面，促使學(xué)生不斷積累物質(zhì)各種側(cè) 面的“證據(jù)”特征，為在新情境中識(shí)別有效“證據(jù)”打下 基礎(chǔ)。

例如，關(guān)于二元弱酸在水中的電離平衡體系，各 種微粒共存并滿足一定的定量關(guān)系。常見(jiàn)的教學(xué)內(nèi) 容是：①K值的表達(dá)一離子與分子數(shù)量的固定比例;② 元素守恒—同一元素的各種形式微粒個(gè)數(shù)總和不變 （物料守恒）;③電荷守恒一各種離子的數(shù)量關(guān)系。

上述教學(xué)內(nèi)容從 三個(gè)側(cè)面認(rèn)識(shí)溶液中各種微粒 存在的關(guān)系，并且都是用代數(shù)形式表達(dá)。但這樣的教 學(xué)內(nèi)容無(wú)法達(dá)到2017年高考全國(guó)I卷第13題的要求。 該題的題干是：常溫下將NaOH溶液滴加到己二酸 （H2X）溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關(guān)系 如圖2所示。這是用圖像表達(dá)溶液中H⁺與X^2-、HX^-、 H2X的微粒數(shù)量關(guān)系。它是將心1 K表達(dá)式進(jìn)行數(shù)學(xué) 變形，獲得pH與離子濃度的線性方程，H = -1gK?2 + lg "X）和 p^H= ^{- 1}g^K?₁+ ¹g c^（HX）。因此，在教學(xué)中如果能幫助學(xué)生建立該方程并且畫出圖像，了解圖 像中的各種性質(zhì)，學(xué)生掌握這些“證據(jù)”后，就能很好 地完成此題。

二、抓“推理方法”訓(xùn)練，形成縝密的邏輯思維 能力

掌握“證據(jù)”，只是進(jìn)行推理的基礎(chǔ)。推理是依賴 于邏輯的，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力要從培養(yǎng)問(wèn)題意 識(shí)入手，培養(yǎng)學(xué)生用邏輯的觀點(diǎn)看問(wèn)題、思考問(wèn)題，并 不斷引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)常見(jiàn)的邏輯推理方法，形成程序性 知識(shí)。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，達(dá)到推理能力的提升。

1. 應(yīng)用問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)，培養(yǎng)問(wèn)題意識(shí)

應(yīng)用問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí) 興趣，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)培養(yǎng)，理解問(wèn)題與知 識(shí)之間的關(guān)聯(lián)。如關(guān)于SO₂的復(fù)習(xí)，這是一個(gè)知識(shí)性 很強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，將知識(shí)設(shè)置成場(chǎng)景中的問(wèn)題，組織 學(xué)生討論問(wèn)題，不僅能起到知識(shí)的復(fù)習(xí)作用，而且能 培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)思考的習(xí)慣。

教學(xué)設(shè)計(jì)如下：①如圖3實(shí)驗(yàn)，預(yù)期各個(gè)部分可能 產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式，并說(shuō)明這 些現(xiàn)象體現(xiàn)了 SO2的哪些性質(zhì)？

• 可以將實(shí)驗(yàn)裝置中的哪些試劑藥品更換，體現(xiàn) SO2同樣的性質(zhì)？但產(chǎn)生的現(xiàn)象相同嗎？如果不同， 可能產(chǎn)生哪些現(xiàn)象？
• 討論S02與NaOH溶液反應(yīng)的定量問(wèn)題，說(shuō)明尾 氣吸收為什么不用石灰水。

■教學(xué)研究〉 化學(xué)教學(xué)

• 學(xué)生總結(jié)S02的各種性質(zhì)、制備的知識(shí)，形成證 據(jù)鏈圖。

高三的每節(jié)課都能做到根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)情境 問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用化學(xué)知識(shí)思考問(wèn)題，而不是簡(jiǎn)單 地背誦教材中的知識(shí)，有助于學(xué)生形成思考問(wèn)題的習(xí) 慣，對(duì)學(xué)生的能力提升有很大的促進(jìn)作用。

1. 理解問(wèn)題設(shè)置的邏輯，讀懂新情境

要提高學(xué)生的推理能力，首先要讓學(xué)生明確所要 面對(duì)的問(wèn)題，這是進(jìn)行推理的前提和出發(fā)點(diǎn)?；瘜W(xué)情 境中的問(wèn)題設(shè)置是有邏輯的，遵循化學(xué)學(xué)科的基本研 究方法和基本思路，有較強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)，它需要專業(yè)訓(xùn) 練才能夠掌握。因此，在教學(xué)中一定要關(guān)注關(guān)于問(wèn)題設(shè) 置邏輯框架認(rèn)識(shí)的教學(xué)，幫助學(xué)生找到問(wèn)題的落腳點(diǎn)。

例如， 2019年高考北京卷第 28 題，如果學(xué)生沒(méi)有 經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，是很難讀懂這道題究竟要問(wèn)什么。此題圍 繞著SO2氣體與AgN03溶液反應(yīng)，進(jìn)行深入的討論，將 討論設(shè)置成問(wèn)題。像這樣探究物質(zhì)之間的反應(yīng)是經(jīng) 常出現(xiàn)的情境，一般有以下邏輯框架，見(jiàn)圖4。

該試題直接將圖4中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和推測(cè)生成物兩 個(gè)步驟作為已知條件，題中的實(shí)驗(yàn)二就是定性確定生 成物，實(shí)驗(yàn)三就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)物的生成原因，理 解了問(wèn)題的基本思路，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法和化學(xué)原理， 才能很好地完成此題。

1. 關(guān)注解決問(wèn)題的邏輯架構(gòu)，訓(xùn)練捕捉有用“證 據(jù)”的能力

化學(xué)問(wèn)題的解決是有一定規(guī)律和方法的 ，這是可 以進(jìn)行推理的依據(jù)。因此，在教學(xué)中，就要關(guān)注解決 問(wèn)題規(guī)律的教學(xué)。推理的逐步深入，又和證據(jù)的不斷 補(bǔ)充、豐富相輔相成，新的證據(jù)推動(dòng)推理的進(jìn)一步進(jìn) 行，直至最后解決問(wèn)題。所以，學(xué)生能很好地完成證 據(jù)推理，應(yīng)包含下列步驟：讀懂情境—建立解題邏輯 框架—尋找有用的證據(jù)—準(zhǔn)確表達(dá)。

例如，2017高考全國(guó)I卷27題（題略）

這道題是新情境中方程式的書寫，看似簡(jiǎn)單，其 實(shí)是需要建立這樣的邏輯框架 ，一共需要五個(gè)步驟 ， 見(jiàn)圖 5。這其中的每一個(gè)步驟的推進(jìn)，需要學(xué)生找出 題中的證據(jù)進(jìn)行推理。證據(jù)①是根據(jù)題中信息“鈦主 要以TiOC12^-形式存在”以及后續(xù)的流程，確定需要寫 的方程式是鈦鐵礦的主要成分FeTiOs與鹽酸反應(yīng)，其 他雜質(zhì)不必寫;證據(jù)②是要找出FeTiOs中的鈦和鐵的 化合價(jià)與 TiOC1²4^-的化合價(jià)（題中找“證據(jù)”），以及鹽 酸是否有氧化性（教材中的“證據(jù)”）等確定該反應(yīng)是 否是氧化還原反應(yīng)。證據(jù)③是根據(jù)題中的信息是礦 石，推測(cè)主要成分FeTiOs應(yīng)是不溶于水，在離子方程 式中應(yīng)寫分子式 ，題中 已經(jīng)給出 生成物鈦元素的形 式，這樣就可以表達(dá)出反應(yīng)物、生成物;證據(jù)④是根據(jù) 學(xué)習(xí)過(guò)的方程式配平方法配平。

由此可見(jiàn)，要完成一道小題，也是由諸多的邏輯 推理和有效證據(jù)相結(jié)合才能完成，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn) 題，可能學(xué)生就不能得分。因此，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)建立 正確的解決問(wèn)題邏輯框架，并尋找有用的證據(jù)是教學(xué) 的重要內(nèi)容。

1. 總結(jié)問(wèn)題類型和相應(yīng)的推理思路與方法，形成 解決問(wèn)題的程序性知識(shí)

不同的問(wèn)題有不同的邏輯推理思路，問(wèn)題與解決 方案是一一對(duì)應(yīng)的。因此教學(xué)時(shí)要適時(shí)提煉問(wèn)題類 型，將問(wèn)題、解決方案的思路結(jié)合起來(lái)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生 掌握推理方法。同時(shí)，要將推理方法作為重要的程序 性知識(shí)，要求學(xué)生掌握，并且多次重復(fù)出現(xiàn)，讓學(xué)生反 復(fù)訓(xùn)練，才能習(xí)得這些程序性知識(shí)。

例如，上例談到的關(guān)于離子（化學(xué)）方程式書寫 ， 一般都要經(jīng)歷五個(gè)步驟，每個(gè)步驟繼續(xù)推理時(shí)需要的 證據(jù)及其尋找方法都是相近的。根據(jù)這幾個(gè)步驟，通 過(guò)一段時(shí)間的不斷練習(xí)，學(xué)生是可以掌握新情境中化 學(xué)方程式的書寫的。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：張賢金）