基于证据推理解答电化学试题

摘要：结合实例，介绍基于证据推理的解题思维模型，认为应在试题情境和设问中确定认识对象和认识角度，收集进行推理判断的证据；建立问题、证据和结果之间的逻辑关系是基于证据推理的关键。应用这种思维模型解答化学试题，可以帮助学生突破原有的认識误区，减少或避免错误。

关键词：证据推理；电化学；电解质溶液；化学试题

文章编号：1005–6629（2017）11–0080–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

科学必须实事求是，需要让结论建立在证据基础上，需要可以重复验证；科学探究是提出假说，再加以验证，最后得出结论的过程[1]。学生在学习化学过程中，限于知识的阶段性或不连贯等原因，总会产生一些认识误区（包括知识理解不到位、认识角度不明确、认识思路有偏差等等），而且所产生的认识误区往往会影响学生解决问题的思考过程，诱使他们犯错误。所以，在化学教学中必须要让学生明白，在解化学试题时不能完全凭借已学知识去推理判断。教师必须通过各种手段了解学生学习过程中认识误区形成的原因，了解认识误区可能给学生解决问题时所带来的负面影响，寻找帮助学生突破认识误区的方法。实践中发现，引导学生基于证据推理解答化学试题，有利于学生对科学本质的认识，有助于促进学生形成和发展证据推理的素养。另外，倡导基于证据推理解决问题的思路，也是培养和提升学生化学学科思维能力的有效途径。

1 基于证据推理解题的基本步骤

证据推理是化学学科核心素养之一，其内涵是：“能初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径；能认识化学现象与模型之间的联系，运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架；具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型；能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。[2]”

联系到化学试题，立意、情境、设问是试题的三要素，立意必定体现在试题情境和设问中，设问是建立在试题情境的基础上的[3]。所以，我们从试题的情境、设问开始，构建以下解题的思维模型（如图1）：

从上述解题思维模型中可看出，在试题情境和设问中确定相关认识对象、认识角度和给出了哪些新的信息都是为了获得推理判断的证据，建立问题、证据和结果之间的逻辑关系是基于推理判断的关键。根据这种思维模型解答化学试题，可以突破一些认识误区，减少和避免犯错误。下面以电解相关的试题为例加以具体说明。

2 基于证据推理突破认识误区

由于有较多学生对电解原理存在认识误区，影响学生解题的思考角度、思维路径和认识深度，导致产生错误。要帮助学生突破认识误区正确解题，可以用上述解题思维模型，让学生基于证据（而不是基于记忆、基于所谓的“规律”）作出推理判断。

2.1 破除关于“离子移动”的认识误区

电解池工作时，由于受电场影响电解质溶液中阴离子要向阳极作定向移动、阳离子要向阴极作定向移动，这是电解过程中电解质溶液导电微观原理。但有一些学生会认为这是电解时影响电解质溶液中离子移动方向的唯一因素，就是一种“以偏概全”的认识误区。实际上，在电解池（原电池也一样）的电解质溶液中，影响离子移动的因素有多项，主要有：

2.2 破除关于“放电顺序”的认识误区

虽然在教材中没有给出电解放电顺序，但很多课外辅导书给出了“阳极上阴离子放电顺序”“阴极上阳离子放电顺序”，有学生将这些“规律”当作解决电解问题的基本思路，这是一种认识误区。实际上，电解是很复杂的过程，电解产物的判断既涉及微粒本身的性质，也不能脱离所处的环境（如温度、浓度、电解质的性质、电极材料、电流密度等）。虽然中学阶段不要求学生了解这些情况，但千万不能将在一定条件的事实变成绝对化的“规律”。如在工业电解饱和食盐水的条件下，阳极上是Cl-比OH-优先放电生成Cl2，并不能由此推断放电能力Cl-比OH-强，绝不能认为所有条件下电解食盐水阳极上一定是Cl-放电生成Cl2，因为Cl-、OH-在阳极上的放电受多种因素影响，有时也可以是OH-优先放电，有些情况下还可以是两种离子同时放电。其他离子之间也有类似情况，当然中学阶段还不对这些内容作要求。

例2 某同学为了探究Cl-、OH-的失电子能力，用如图3实验装置进行电解实验（用铅笔芯作电极），3min后将湿润的淀粉-KI试纸靠近阳极处不变蓝，用带火星木条靠近阳极，木条复燃。写出阳极的电极反应式。

有学生会根据所谓的“放电顺序规律”，不加分析就判断是Cl-在阳极上被氧化生成Cl2，导致本可避免的错误。题中给出的“阳极生成气体不能使淀粉-KI试纸变蓝，能使带火星木条复燃”是重要信息，可转化为关键证据判断出阳极生成的气体是氧气，所以该实验条件下是OH-离子在阳极上优先放电。

初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设，并能基于证据进行分析推理、证实或证伪假设。“实验探究与创新意识”指发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作并能尊重事实和证据，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神[4]。endprint

例3 水银法电解食盐水曾是氯碱工业发展进程中的重要里程碑，以制得碱液纯度高、质量好著称，其生产原理如图4所示：

（2）因為汞毒性强，易造成污染。

遇到这样的试题，有很多学生总是不重视从试题中寻找信息，死板地用所谓的“阳离子放电顺序”来判断，认为H+比Na+更容易在阴极上放电，导致错误答案。事实上，只要观察题给示意图，就能找到三条重要信息：“电解室中阴极上是Na+放电”、“钠汞合金从电解室流到解汞室”、“解汞室里是Na→Na+”，根据其中任何一条都可判断出该生产条件下电解室中阴极上是Na+比H+优先放电。从中可以看出平时学习形成的“认识误区”是那么顽固，要克服其影响是何等难！

中学化学中，考虑到学生的知识和认识基础，对某些问题作简单化处理是合理的，对一些共性的东西进行归纳也是必需的，但绝不能将简化的内容扩大化，将总结的经验泛规律化，要防止所谓的“规律”束缚学生的认识。

2.3 破除关于“阴极、阳极放电离子种类”的认识误区

学习电解原理时，有较多学生会有“电解时阳极上一定是阴离子放电（或者阳离子不会在阳极上放电）、阴极上一定是阳离子放电（或者阴离子不会在阴极上放电）”的错误认识，带着这种错误认识去解决有关电解问题，在思考过程中会走很多弯路，甚至引来不可避免的错误。实际上，电解过程中，阴极上有电子流入（外电源负极上电子流向阴极），此时阴极相当于极强的还原剂，多种微粒会被还原（绝不仅仅是阳离子才可以在阴极上被还原！）；相应地，阳极要流出电子（这些电子流向外电源正极），此时阳极相当于极强的氧化剂，多种微粒会被氧化（绝不仅仅是阴离子才可能在阳极上被氧化！）。

以上列举的都是关于电化学的试题，实际上在解答其他内容的化学试题时，也应该倡导学生基于证据推理的思路方法。总之，基于证据推理是突破认识误区的一种有效方法，其基本的步骤为“提取题给信息→转换成证据→根据证据等建立逻辑关系→推理判断→获得解决。

当然，由于试题情境和设问的不同，收集关键证据并作出推理判断也有不同的层次要求，常见试题中的证据推理要求大致可分成以下四种。

第一种，能从物质及其变化的事实中提取证据，依据证据证实或证伪。

第二种，能从宏观与微观结合上收集证据，依据证据从不同角度分析，再推出合理结论。

第三种，能从定性与定量结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算，推出合理结论。

第四种，能从各个角度发现不同特征，找出充分的证据，推出合理结论，并能解释证据和结论之间的关系。

教学中要根据学生知识基础和认识发展水平，选用或编制能力要求不同的试题让学生练习，以帮助学生突破认识误区，提高基于证据推理解答化学试题的能力。

参考文献：

[1]吴俊明，张磊.科学本质观及其养育[J].化学教学，2016，（3）：4～8.

[2]普通高中课程标准修订组.普通高中化学课程标准（征求意见稿）[S]. 2016：3～5.

[3]陈进前.关于试题情境的研究[J].化学教学，2017，（1）：80～85.

[4]霍华德·加德纳.多元智能新视野[M].北京：中国人民大学出版社，2008.endprint