淺談證據推理與模型認知類試題備考策略——以2021年全國卷化學試題為例

廣東 劉凱釗 韓鳳偉

在《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)中明確指出“證據推理與模型認知”的內涵包括：“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；建立起觀點、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，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。”基于證據推理與模型認知而進行的問題解答是一個完整的邏輯思維過程，能很好的培養學生形成化學學科的思想與方法，并且體現了學生對于問題的遞進式思考過程。

《普通高中化學課程標準(2017年版)》頒布以后，化學核心素養以及“素養為本”的教學成為關注的熱點。對本區域內76位高中化學教師進行問卷調查發現，100%的教師都認為有必要開展“素養為本”的教學，但真正實踐過的少之又少，只有16.4%，對化學學科核心素養進行深入研究的也只有8人。所以大部分學生得不到有針對性的核心素養培養。

開展“素養為本“的高三教學研究前應先研究高考題對學科核心素養的考查，明確“素養為本”的高三復習課應如何設計。

一、證據推理與模型認知考查試題統計

1.試題題號與分值統計

對2019—2021年高考化學全國卷中體現證據推理與模型認知的試題的題號、分值統計如表1所示。

表1 2019—2021年高考化學全國卷中體現證據推理與模型認知的內容統計

從表1統計的數據可知，近3年來，高考對證據推理與模型認知這一化學學科核心素養的考查分值占比逐年增加，由21分提升到27分，選擇題均有一道題考查這一核心素養，分值為6分，非選擇題的分值也從15分提升到21分。

2.考查知識點、考查學科能力及學業質量水平統計

本文從情境素材、考查知識點、學科能力、學業質量水平等方面對側重考查證據推理與模型認知的典型選擇題和非選擇題分別進行統計，結果如表2和表3所示，旨在揭示高考化學全國卷證據推理與模型認知素養的命題及考查特點。

表2 2019—2021年高考化學全國卷中側重考查證據推理與模型認知素養的選擇題統計

續表

表3 2019—2021年高考化學全國卷中側重考查證據推理與模型認知素養的非選擇題統計

續表

從表2可知，每年選擇題均有一道與原子結構及元素周期律有關的試題，考查學生證據推理與模型認知素養。

從表3涉及的知識點來分析，可知近3年高考化學全國卷考查證據推理與模型認知素養常關聯的知識為：研究化學的基本思路和方法、化學反應的基本原理和基本理論、原子結構與元素性質、分子間作用力與物質性質、晶體結構與性質、結構模型與理論模型等。

二、高考化學全國卷側重考查證據推理與模型認知類試題舉例分析

【例1】(2021·全國乙卷·11)我國嫦娥五號探測器帶回1.731 kg的月球土壤，經分析發現其構成與地球土壤類似，土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z，原子序數依次增大，最外層電子數之和為15。X、Y、Z為同周期相鄰元素，且均不與W同族。下列結論正確的是

( )

A.原子半徑大小順序為W>X>Y>Z

B.化合物XW中的化學鍵為離子鍵

C.Y單質的導電性能弱于Z單質的

D.Z的氧化物的水化物的酸性強于碳酸

【答案】B

【分析】本題通過元素的推斷考查了考生對原子結構和元素周期律、元素性質遞變規律等基本理論以及對短周期元素單質和化合物性質的理解和掌握。從題干中得到關鍵信息，也就是證據：“短周期元素W、X、Y、Z，原子序數依次增大，最外層電子數之和為15。X、Y、Z為同周期相鄰元素，且均不與W同族”，可假設X的最外層電子數為x，則Y和Z的最外層電子數分別為x+1和x+2，W最外層電子數為y，則3x+3+y=15，3x+y=12，當x=1時，y=9，不符合客觀事實；x=3時，y=3，不符合題中信息；因此當x=2，y=6時滿足題干要求，從而推出X是Mg、Y是Al、Z是Si、W是O。

【解析】原子半徑大小順序為X>Y>Z>W，A項錯誤；MgO中活潑金屬與活潑非金屬形成的化學鍵為離子鍵，B項正確；Al是兩性金屬，導電性強于非金屬單質Si，C項錯誤；硅酸酸性比碳酸弱，且非金屬性強弱須通過最高價氧化物對應水化物比較，D項錯誤。

本題考查的知識點是中學化學教學中最基本又很重要的基本概念和基本理論，題目要求考生熟悉化學基本概念，了解原子的構成，掌握金屬非金屬元素的位置及其性質的遞變規律，這些都是《課程標準》的基本要求。考生需要通過清晰的邏輯推理。得到各個字母的代表元素，在此過程中，主要考查考生嚴謹縝密的思維能力。

證據推理與模型認知化學學科核心素養在“物質結構與化學反應規律”主題的發展重點表現為：構建“位-構-性”關系認知模型，并發展對元素及其化合物化學性質的認知模型，從“各類物質的一般性質→氧化性和還原性”二維模型發展到“各類物質的一般性質→氧化性和還原性→相似性和遞變性”三維模型。

三、以“原子結構和元素周期律”高三復習為例談談證據推理與模型認知素養的培養

證據推理實際上是一個逆向思維的過程，而模型認知強調的是用模型的方法形成解決新問題的基本思路。對于物質結構與化學反應規律的學習，高三復習教學中啟發學生運用數據、實驗事實等證據素材來理解知識，幫助學生利用元素周期律分析和解釋元素和物質的性質，建立“位-構-性”的系統思維模型，提高模型認知意識。

1.逐級建構“位置-結構-性質”認識模型，發展學生模型認知與證據推理素養

建構“位-構-性”認識模型是模型認知與證據推理化學學科核心素養在本專題的具體體現，高三一輪復習中采用“逐級建構”的思路組織內容、設計活動，能有效發展學生的證據推理與模型認知化學學科核心素養。

表4 證據推理與模型認知素養落實課程設計

2.將“類-價”二維認識模型發展為三維認識模型

高三復習中要使學生對元素化合物的認識工具從“類-價”二維認識模型發展為如圖1所示三維認識模型。能從元素在周期表中的位置、原子結構、元素的性質這三個角度認識元素，從物質類別、元素化合價、元素在元素周期表中的位置三個角度認識含某元素的物質的性質，預測元素及其化合物的性質。

圖1

學生的證據推理與模型認知素養的培養是一個長期的過程，教師要有計劃有意識的在各模塊內容的教學環節中設計活動培養學生的核心素養。在有機物的學習過程中，可以通過模型拼插的活動幫助學生認識有機物中碳原子的成鍵特點及分子的空間結構，進而探討共線共面問題；在電化學的學習中，充分利用教材中出現的素材，如帶鹽橋的電池、鉛蓄電池、氫氧燃料電池、電解氯化銅溶液、電解飽和食鹽水的氯堿工業等，促使學生提高對電化學本質的認識，建立電化學的分析思路模型。元素化合物知識的教學對于幫助高中學生構建完整的知識體系有著至關重要的作用，如果教師能幫助學生建立相關的研究模型，那么學生在考試中遇到陌生的物質，自然而然地就會從分類的角度明確其所屬的物質類別，然后根據類別推測它們可能有的性質，進而根據性質推測其在人類生產生活中的用途。總之，在高三復習課堂教學中，教師應時時刻刻注意引導學生學會獲取證據，形成模型，發展學生的“證據推理與模型認知”的核心素養。