化學試題中因推理的思維分析策略與啟示

高考化學試題中常有原因解釋類的設問，即溯因分析。溯因有兩大屬性：創新性（導向新知識）和邏輯性（是一種推理）。這類問題具有較大的思維容量和一定的開放性，旨在考查學生解決問題所需的分析推理能力和創新素養。

溯因推理，也稱為“達到最佳解釋推理”。典型的方式是根據已觀察到的現象，提出一個關于產生這個現象的原因或者規律的假說，這個假說是對這個現象的解釋，它可信與否，在于它是否是一個最佳的解釋。在化學試題中的因推理是運用化學學科視角及反應規律建立解釋原因的推理過程。以2023年北京市學業水平等級性考試化學試卷的第18題為例，簡要論述溯因推理的分析策略。

以銀錳精礦（主要含 ?Ag₂S. MnS、 FeS₂） 和氧化錳礦（主要含 ?MnO₂ ）原料聯合提取銀和錳的一種流程示意圖如下：

已知：酸性條件下MnO2的氧化性強于Fe3+。

這道題目共設計了3個問題，其中第二個問題是：“浸銀”時，使用過量FeCI3、HCI和CaCI2的混合液作為浸出劑，將Ag2S中的銀以 [AgCl₂]^- 形式浸出。解釋浸出劑中CI、 H⁺ 的作用。為解決這個問題，我們需要經歷如下的分析過程（見第85頁圖1）。

一般性問題分析：解釋浸出劑中 C1^- 、H的作用？研究的事實是在浸銀時，使用鹽酸等試劑可以實現將硫化銀沉淀中銀（元素）浸出（銀元素從固體到進入溶液中的過程）。

化學基本問題：硫化銀沉淀中銀（元素）浸出，需要實現硫化銀沉淀不斷溶解，所以，可從沉淀溶解平衡視角建立解釋。

化學視角工具：從沉淀溶解平衡視角建立解釋，需明確影響沉淀溶解平衡的因素有溫度和濃度。加入鹽酸可以實現銀的浸出，從微粒間相互作用看，氫離子與硫離子結合，降低硫離子的濃度；氯離子與銀離子結合生成 [AgC|₂]^- ，降低銀離子的濃度，二者均使硫化銀的沉淀溶解平衡向溶解方向移動。

化學論證推理：從目前題給信息看，不存在其他解釋的可能性。

所以， Ag₂S（s）=2Ag⁺（ag）+S^2-（ag） C1^- 與Ag+生成 [Ag?|₂]^- H⁺ 與 S^2- 生成 H₂S ，二者的作用是促進硫化銀的沉淀溶解平衡向溶解方向移動。

通過對北京市等級考試題分析可以看出，溯因推理是一種認知方式，從已知數據或事實推出能夠解釋那些數據或事實的假設。同時，溯因推理是一種重要的擴展性推理和科學方法論，是一個形成說明性假說的程序，是引入新觀念的唯一推理類型。溯因推理在科學探究中發揮著重要作用，首先是能夠導出新假說，即由結果推出情境；其次是從諸多假說中選擇出最合理的假說；最后是回溯從假說到命題產生的推理過程。

在化學實驗教學中，尤其是探究性實驗，本質上都是從提出假說開始的。提出假說也是提高學生創新能力的重要思想方法。提出假說在很多時候是科學發展的第一步。通過培養學生提出的高質量假說能力，推進自主創新的能力。教學中引導學生提出有價值的問題，像科學家一樣開展實驗探究、將溯因推理融入其中，在實驗探究中不斷提升學生的邏輯思維能力和證據推理素養。

本文系北京市教育科學“十四五”規劃2021年度一般課題“運用思維可視化工具促進高中化學學科核心概念深度學習的研究”（立項編號：CDDB21303）研究成果

編輯 _ 李剛剛