浅论实验证据推理高考题的命题特点及教学

肖中荣

摘要： 实验证据推理问题是高考考查的热点题型，将实验現象和结论的关系分为四级水平，细化了证据推理在高考命题中的表现水平。结合典型的高考实验题分析比较命题特点，提出基于实验现象到结论的证据推理问题的教学策略要重视培养学生的论证意识和批判性思维。

关键词： 实验证据; 证据推理; 高考命题; 教学策略

文章编号： 1005-6629（2020）02-0081-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  证据推理的内涵

“证据推理”是化学学科核心素养之一，是学生必备的关键能力。《普通高中化学课程课标（2017版）》解释了证据推理的内涵： 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[1]。本文认为，化学教学中的证据推理是根据化学概念、理论和现象，运用比较分析、抽象概括和归纳演绎等形式，通过证实和证伪的求证方式，获得正确观点的思维过程。

2  实验证据推理

化学教学中的证据是指化学概念、化学理论和事实性知识，实验现象是实验推理的重要事实证据。实验证据推理问题是高考实验考查的热点题型，由于体系和环境中存在诸多干扰因素，有些实验现象不是获取结论的充要条件，学生需要经过判断比较、去伪存真的思维过程，通过严密的证据推理，准确分析实验现象中蕴含的化学原理，才能获得正确结论。此类问题能充分考查学生的观察能力、操作能力和思维能力，对化学教学有良好的导向作用。为了理清现象和结论的逻辑关系，切实提高学生根据实验证据进行推理的能力，本文结合推理表现水平[2]和学科能力要求[3]的意涵，将现象和结论的关系分为四级水平，如表1所示。

水平1  一现象对应一结论： 由现象A一定得出结论B，一次完成简单推理过程，要求根据因果关系推理知识间的单一联系。如某溶液加盐酸无现象、加氯化钡产生白色沉淀，则说明溶液一定含有SO2-4。

水平2  多现象对应一结论： 由现象A、 A′等得出结论B，多次完成简单推理过程，要求概括分析知识间的多向联系。如某溶液加硝酸、硝酸银产生黄色沉淀，或加入氯水、四氯化碳，油层显紫红色，均可说明溶液中含有I-。

水平3  一现象对应多结论： 由现象A可得出结论B、 B′等，一次完成综合推理过程，要求复杂推理知识间的干扰联系。如某溶液加盐酸产生CO2，则说明溶液可能含有CO2-3、 HCO-3或二者的混合物。

水平4  多现象对应多结论： 由现象A、 A′等可得出结论B、 B′等，多次完成综合推理过程，要求系统探究知识间的不确定联系，创造性地形成新观点。如某溶液加盐酸产生使澄清石灰水变浑浊的气体，该气体可能是CO2、 SO2，说明溶液含有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。

综上所述，本文将实验证据推理问题分为四级水平，关键推理表现和学科能力要求的变化如下： 现象和结论关系由单一关系、多种关系、逐渐向干扰关系、不确定关系演变;学科能力由因果推理、概括分析逐渐向复杂推理、系统探究进阶。上述分类方法细化了证据推理在高考命题中的表现水平和能力要求，有利于师生在教学实践中发展分析和评估证据推理的核心素养。

3  典型高考题的命题特点

下面运用上述分类方法，分析几则典型高考实验题的命题特点。

例1  （2019年江苏卷13题）室温下进行实验，根据实验操作和现象得到结论正确的是（    ）。

A项X含有Fe2+、 Fe3+均出现变红现象，属于水平2; B项有黄色沉淀生成说明Ksp（AgI）

本题考查的现象和结论关系各有两个1级水平和2级水平，要求学生对教材知识能简单再现和理解说明，通过一次或二次简单推理完成答题，学科能力要求属于辨识记忆、简单推理层次，属于容易题。再如2019年北京卷11题、2019年天津卷2题等也是此类命题特点。

例2  （2018年11月浙江选考卷25题）通过实验得出的结论正确的是（    ）。

A. 将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀，则该固体试样中存在SO2-4

B. 将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加KSCN溶液，没有出现血红色，则该固体试样中不存在Fe3+

C. 在某固体试样加水后的溶液中，滴加NaOH溶液，没有产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，该固体试样中仍可能存在NH+4

D. 在某固体试样加水后的上层清液中，滴加盐酸出现白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀溶解，则该固体试样中存在SiO2-3

A项固体是K2CO3和KNO3或K2SO4等会出现此现象，属于水平2。B项固体是过量Fe和少量Fe2O3或FeSO4等会出现此现象，属于水平2。C项固体是过量氯化镁和少量氯化铵等会出现此现象，属于水平2。D项固体是Na和SiO2或是NaAlO2等会出现此现象，属于水平2。

本题考查的现象和结论关系均属于2级水平，要求学生从混合物、纯净物的组成，所含固体成分量多少的角度理解固体溶于水可能发生的化学反应，学生需要进行多次简单推理才能答题，学科能力要求属于简单设计和分析解释层次，属于较难题。再如2018年11月浙江选考24题、2019年北京卷12题等属于类似考查方式。

例3  （2019年北京卷28题）化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。

实验一  将足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反应，得到无色溶液A和白色沉淀B。

对体系中有关物质性质分析得出： 沉淀B可能为Ag2SO3、 Ag2SO4或二者混合物（资料Ag2SO4微溶于水;Ag2SO3难溶于水）。

实验二  为了验证B的成分，进行如下实验：

沉淀B6mol·L-1氨水溶液C过量Ba（NO3）2溶液

沉淀D

i. 洗涤干净  ii. 过量稀盐酸

→滤液E

→沉淀F

加入盐酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F，推断B中含有Ag2SO3。

（1） 向滤液E中加入一种试剂，可进一步证实B中含有Ag2SO3。所用试剂及现象是        。

实验三  探究SO2-4的产生途径是根据沉淀F的存在，推测SO2-4的产生有两个途径：

途径1： 实验一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，随沉淀B进入D。

途径2： 实验二中，SO2-3被氧化为SO2-4进入D。

（2） 向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀，再取上层清液继续滴加BaCl2溶液，未出现白色沉淀，可判断B中不含Ag2SO4。做出判断的理由：         。

（3） 由实验三可以得出结论：         。

实验四  将实验一中SO2与AgNO3溶液所得混合物放置一段时间，发现有Ag和SO2-4生成。

（4） 根据上述4个实验所得结论：         。

SO2和AgNO3可以发生复分解反应生成Ag2SO3、可以发生氧化还原反应生成Ag2SO4。

（1） 问，溶液E中含有亚硫酸、Ba2+，加入强氧化剂如过氧化氢、高锰酸钾等氧化亚硫酸可以生成大量硫酸钡沉淀，属于水平2。

（2） 问，向溶液A中滴入过量盐酸沉淀Ag+，再取上层清液滴加BaCl2溶液未出现白色沉淀，证明不含BaSO4，即不存在难溶的BaSO4，推测溶解度较大Ag2SO4也不存在，属于水平3。

（3） 问，途径1没有产生Ag2SO4，所以是途径2产生SO2-4，属于水平1。

（4） 问，实验一中SO2与AgNO3是“迅速反应”生成Ag2SO3，实验四中SO2与AgNO3是“放置一段时间充分反应”生成Ag和SO2-4，说明产物和反应时间长短有关。实验一是在“酸性环境”中SO2与AgNO3生成Ag2SO3，实验二是在“碱性环境”中SO2与AgNO3溶液生成Ag和SO2-4，说明产物和酸碱性有关，反应条件不同，现象不同、产生的结论也不同，属于水平4。

本题考查的现象和结论关系涵盖4级水平，要求学生从反应环境、实验操作判断生成不同产物的原因，并能从速率快慢、溶液酸碱性的角度创造性地解释论证，形成合理的实验结论，学生需要进行多次简单推理和多次综合推理才能答题，学科能力要求处于复杂推理和系统探究层次3、 4级水平问题设置属于难题。再如2018年北京卷27题、2017年北京卷28题均属于类似考查方式。

通过对以上高考题的命题特点分析，我们或可得出观点： 基于实验现象推理结论的命题问题，若现象和结论关系越复杂，推理过程越综合，学科能力设置要求越高阶，则题目的难度越大。我们在教学实践中发现，引导学生有意识地将实验现象和结论的关系分为四级水平，能显著提高学生排除干扰因素精准解释现象的能力以及优化证据推理的思维品质。

4  实验证据推理问题的教学策略

证据推理能力是当下高中学生非常缺乏的学科能力，本文认为，基于实验现象到结论的证据推理问题的教学策略特别要重视培养学生的论证意识和批判性思维。

4.1  强化论证意识

论证是提出主张并给出支撑证据和推理的一系列陈述，过程为： 证据+推理=主张。我们在实验教学中要强化学生的论证意识，经常问学生：“你得出结论的理由是什么”“你如何证明你的观点”，教师要有意识地引导学生寻找有效证据，通过有效推理，获得可靠的主张，逐步培养学生大胆假设、科学论证的学习能力。苏教版《化学2》教材演示氯化铁氧化碘化钾的实验[4]，实验中发现硝酸银能氧化氯化亚铁，那么硝酸银能氧化碘化钾吗？如何证明？这类有深度的问题是培养学生论证能力的好素材。

4.2  强化批判性思维

批判性思维是通过一定的标准评价思维，进而改善思维，是合理的、反思性的思维。批判性思维既是一种思维技能，也是一种人格或气质： 它既能体现思维水平，也凸显现代人文精神。化学实验能很好地培养学生的批判能力，促进高阶思维的发展。我们在实验教学中要

经常有意识地引导学生对貌似合理的现象进行正反两方面的思辨，逐步培养学生不轻信、不盲从的思维习惯。图1实验产生的气体产物检测出有CO2，有同学推测是木炭与浓硝酸发生了反应，对吗？这类发散性问题是培养学生批判性思维的好素材。

图1  木炭和浓硝酸

反应体系

证据推理是重要的科学思想和方法，实驗证据推理问题是考查化学实验的热门题型，为了有效实施实验证据推理问题的教学策略，我们将现象和结论分为四级水平，简约地建立起证据和结论之间的逻辑关系。在教学中还应大力培养学生的论证意识和批判性思维，从而提高学生证据推理的能力水平。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]， 北京： 人民教育出版社， 2018： 4.

[2]林铃， 李秀华. 中美四个版本教材氧化还原反应章节课后习题综合难度比较[J]. 中学化学， 2019， （6）： 15～16.

[3]王磊. 学科能力构成及其表现研究——基于学习理解、 应用实践与迁移创新导向的多维整合模型[J]. 教育研究， 2016， （9）： 83～93.

[4]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学2[M]. 南京： 凤凰出版传媒集团， 2012： 32.