淺論實驗證據推理高考題的命題特點及教學

肖中榮

摘要： 實驗證據推理問題是高考考查的熱點題型，將實驗現象和結論的關系分為四級水平，細化了證據推理在高考命題中的表現水平。結合典型的高考實驗題分析比較命題特點，提出基于實驗現象到結論的證據推理問題的教學策略要重視培養學生的論證意識和批判性思維。

關鍵詞： 實驗證據; 證據推理; 高考命題; 教學策略

文章編號： 1005-6629（2020）02-0081-04

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 證據推理的內涵

“證據推理”是化學學科核心素養之一，是學生必備的關鍵能力。《普通高中化學課程課標（2017版）》解釋了證據推理的內涵： 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[1]。本文認為，化學教學中的證據推理是根據化學概念、理論和現象，運用比較分析、抽象概括和歸納演繹等形式，通過證實和證偽的求證方式，獲得正確觀點的思維過程。

2? 實驗證據推理

化學教學中的證據是指化學概念、化學理論和事實性知識，實驗現象是實驗推理的重要事實證據。實驗證據推理問題是高考實驗考查的熱點題型，由于體系和環境中存在諸多干擾因素，有些實驗現象不是獲取結論的充要條件，學生需要經過判斷比較、去偽存真的思維過程，通過嚴密的證據推理，準確分析實驗現象中蘊含的化學原理，才能獲得正確結論。此類問題能充分考查學生的觀察能力、操作能力和思維能力，對化學教學有良好的導向作用。為了理清現象和結論的邏輯關系，切實提高學生根據實驗證據進行推理的能力，本文結合推理表現水平[2]和學科能力要求[3]的意涵，將現象和結論的關系分為四級水平，如表1所示。

水平1? 一現象對應一結論： 由現象A一定得出結論B，一次完成簡單推理過程，要求根據因果關系推理知識間的單一聯系。如某溶液加鹽酸無現象、加氯化鋇產生白色沉淀，則說明溶液一定含有SO2-4。

水平2? 多現象對應一結論： 由現象A、 A′等得出結論B，多次完成簡單推理過程，要求概括分析知識間的多向聯系。如某溶液加硝酸、硝酸銀產生黃色沉淀，或加入氯水、四氯化碳，油層顯紫紅色，均可說明溶液中含有I-。

水平3? 一現象對應多結論： 由現象A可得出結論B、 B′等，一次完成綜合推理過程，要求復雜推理知識間的干擾聯系。如某溶液加鹽酸產生CO2，則說明溶液可能含有CO2-3、 HCO-3或二者的混合物。

水平4? 多現象對應多結論： 由現象A、 A′等可得出結論B、 B′等，多次完成綜合推理過程，要求系統探究知識間的不確定聯系，創造性地形成新觀點。如某溶液加鹽酸產生使澄清石灰水變渾濁的氣體，該氣體可能是CO2、 SO2，說明溶液含有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，本文將實驗證據推理問題分為四級水平，關鍵推理表現和學科能力要求的變化如下： 現象和結論關系由單一關系、多種關系、逐漸向干擾關系、不確定關系演變;學科能力由因果推理、概括分析逐漸向復雜推理、系統探究進階。上述分類方法細化了證據推理在高考命題中的表現水平和能力要求，有利于師生在教學實踐中發展分析和評估證據推理的核心素養。

3? 典型高考題的命題特點

下面運用上述分類方法，分析幾則典型高考實驗題的命題特點。

例1? （2019年江蘇卷13題）室溫下進行實驗，根據實驗操作和現象得到結論正確的是（? ? ）。

A項X含有Fe2+、 Fe3+均出現變紅現象，屬于水平2; B項有黃色沉淀生成說明Ksp（AgI）

本題考查的現象和結論關系各有兩個1級水平和2級水平，要求學生對教材知識能簡單再現和理解說明，通過一次或二次簡單推理完成答題，學科能力要求屬于辨識記憶、簡單推理層次，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。

例2? （2018年11月浙江選考卷25題）通過實驗得出的結論正確的是（? ? ）。

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，沒有出現血紅色，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，沒有產生使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體，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項固體是K2CO3和KNO3或K2SO4等會出現此現象，屬于水平2。B項固體是過量Fe和少量Fe2O3或FeSO4等會出現此現象，屬于水平2。C項固體是過量氯化鎂和少量氯化銨等會出現此現象，屬于水平2。D項固體是Na和SiO2或是NaAlO2等會出現此現象，屬于水平2。

本題考查的現象和結論關系均屬于2級水平，要求學生從混合物、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生的化學反應，學生需要進行多次簡單推理才能答題，學科能力要求屬于簡單設計和分析解釋層次，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）化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。

實驗一? 將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應，得到無色溶液A和白色沉淀B。

對體系中有關物質性質分析得出： 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）。

實驗二? 為了驗證B的成分，進行如下實驗：

沉淀B6mol·L-1氨水溶液C過量Ba（NO3）2溶液

沉淀D

i. 洗滌干凈? ii. 過量稀鹽酸

→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） 向濾液E中加入一種試劑，可進一步證實B中含有Ag2SO3。所用試劑及現象是? ? ? ? 。

實驗三? 探究SO2-4的產生途徑是根據沉淀F的存在，推測SO2-4的產生有兩個途徑：

途徑1： 實驗一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進入D。

途徑2： 實驗二中，SO2-3被氧化為SO2-4進入D。

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

（3） 由實驗三可以得出結論：? ? ? ? ?。

實驗四? 將實驗一中SO2與AgNO3溶液所得混合物放置一段時間，發現有Ag和SO2-4生成。

（4） 根據上述4個實驗所得結論：? ? ? ? ?。

SO2和AgNO3可以發生復分解反應生成Ag2SO3、可以發生氧化還原反應生成Ag2SO4。

（1） 問，溶液E中含有亞硫酸、Ba2+，加入強氧化劑如過氧化氫、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，向溶液A中滴入過量鹽酸沉淀Ag+，再取上層清液滴加BaCl2溶液未出現白色沉淀，證明不含BaSO4，即不存在難溶的BaSO4，推測溶解度較大Ag2SO4也不存在，屬于水平3。

（3） 問，途徑1沒有產生Ag2SO4，所以是途徑2產生SO2-4，屬于水平1。

（4） 問，實驗一中SO2與AgNO3是“迅速反應”生成Ag2SO3，實驗四中SO2與AgNO3是“放置一段時間充分反應”生成Ag和SO2-4，說明產物和反應時間長短有關。實驗一是在“酸性環境”中SO2與AgNO3生成Ag2SO3，實驗二是在“堿性環境”中SO2與AgNO3溶液生成Ag和SO2-4，說明產物和酸堿性有關，反應條件不同，現象不同、產生的結論也不同，屬于水平4。

本題考查的現象和結論關系涵蓋4級水平，要求學生從反應環境、實驗操作判斷生成不同產物的原因，并能從速率快慢、溶液酸堿性的角度創造性地解釋論證，形成合理的實驗結論，學生需要進行多次簡單推理和多次綜合推理才能答題，學科能力要求處于復雜推理和系統探究層次3、 4級水平問題設置屬于難題。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。

通過對以上高考題的命題特點分析，我們或可得出觀點： 基于實驗現象推理結論的命題問題，若現象和結論關系越復雜，推理過程越綜合，學科能力設置要求越高階，則題目的難度越大。我們在教學實踐中發現，引導學生有意識地將實驗現象和結論的關系分為四級水平，能顯著提高學生排除干擾因素精準解釋現象的能力以及優化證據推理的思維品質。

4? 實驗證據推理問題的教學策略

證據推理能力是當下高中學生非常缺乏的學科能力，本文認為，基于實驗現象到結論的證據推理問題的教學策略特別要重視培養學生的論證意識和批判性思維。

4.1? 強化論證意識

論證是提出主張并給出支撐證據和推理的一系列陳述，過程為： 證據+推理=主張。我們在實驗教學中要強化學生的論證意識，經常問學生：“你得出結論的理由是什么”“你如何證明你的觀點”，教師要有意識地引導學生尋找有效證據，通過有效推理，獲得可靠的主張，逐步培養學生大膽假設、科學論證的學習能力。蘇教版《化學2》教材演示氯化鐵氧化碘化鉀的實驗[4]，實驗中發現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？這類有深度的問題是培養學生論證能力的好素材。

4.2? 強化批判性思維

批判性思維是通過一定的標準評價思維，進而改善思維，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： 它既能體現思維水平，也凸顯現代人文精神。化學實驗能很好地培養學生的批判能力，促進高階思維的發展。我們在實驗教學中要

經常有意識地引導學生對貌似合理的現象進行正反兩方面的思辨，逐步培養學生不輕信、不盲從的思維習慣。圖1實驗產生的氣體產物檢測出有CO2，有同學推測是木炭與濃硝酸發生了反應，對嗎？這類發散性問題是培養學生批判性思維的好素材。

圖1? 木炭和濃硝酸

反應體系

證據推理是重要的科學思想和方法，實驗證據推理問題是考查化學實驗的熱門題型，為了有效實施實驗證據推理問題的教學策略，我們將現象和結論分為四級水平，簡約地建立起證據和結論之間的邏輯關系。在教學中還應大力培養學生的論證意識和批判性思維，從而提高學生證據推理的能力水平。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]， 北京： 人民教育出版社， 2018： 4.

[2]林鈴， 李秀華. 中美四個版本教材氧化還原反應章節課后習題綜合難度比較[J]. 中學化學， 2019， （6）： 15～16.

[3]王磊. 學科能力構成及其表現研究——基于學習理解、 應用實踐與遷移創新導向的多維整合模型[J]. 教育研究， 2016， （9）： 83～93.

[4]王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書·化學2[M]. 南京： 鳳凰出版傳媒集團， 2012： 32.