高考化學(xué)簡答的邏輯思維分析及教學(xué)啟示

孫迪 陳穎 陳昊 任寶華

摘 要：高考化學(xué)簡答的問題具有開放性，學(xué)生作答時(shí)，若能有科學(xué)的邏輯思維分析方法，就能有邏輯地表達(dá)由證據(jù)進(jìn)行推理的思維過程，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的證據(jù)推理素養(yǎng).本研究針對(duì)高考化學(xué)試題并結(jié)合高中化學(xué)的新課標(biāo)對(duì)高考化學(xué)簡答進(jìn)行了全面的分析，進(jìn)而把握今后的高考簡答的特點(diǎn)和邏輯思維的思路，為今后中學(xué)化學(xué)教學(xué)提供一定的建議和思考.

關(guān)鍵詞：高考化學(xué)簡答;邏輯思維分析;中學(xué)化學(xué)教學(xué)

高考化學(xué)試題中有一種設(shè)問形式——簡答，高考化學(xué)簡答的問題具有開放性，具有較大的思維容量，旨在考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力，同時(shí)展示學(xué)生解決問題時(shí)分析推理的思維過程.學(xué)生在做簡答時(shí)，要結(jié)合題給信息和已有知識(shí)（證據(jù)）推理解決實(shí)際問題或?qū)W科問題，并且要文字表述推理過程，體現(xiàn)了對(duì)證據(jù)推理素養(yǎng)的考查.學(xué)生實(shí)際作答情況存在兩種現(xiàn)象：一種是推理過程的思維鏈短缺;另一種是學(xué)生堆砌信息和結(jié)論，缺乏從信息到結(jié)論的推理過程.邏輯思維是科學(xué)思維的一種，因此，本文重點(diǎn)從科學(xué)的邏輯思維方法討論化學(xué)簡答的邏輯思維過程，并且引發(fā)對(duì)化學(xué)教學(xué)的思考.

1 高考化學(xué)簡答中邏輯思維的類型和功能

1.1 對(duì)化學(xué)簡答中邏輯思維類型的界定

簡答是評(píng)估學(xué)生讀取信息和結(jié)論之間潛在邏輯關(guān)系的思維能力，它展示學(xué)生邏輯推理的思維過程，推理（Reasoning）是一種高級(jí)的認(rèn)知過程.依據(jù)邏輯思維方法，將化學(xué)簡答的推理類型歸為溯因推理、演繹推理、歸納推理、比較推理、類比推理等.

溯因推理（Abduction Reasoning）來源于溯因，被皮爾斯稱為是“唯一一種可以引入新觀念的邏輯操作”，賦予了溯因兩大屬性：第一，創(chuàng)新性，即溯因可導(dǎo)向新知識(shí);第二，邏輯性，即溯因是一種推理.化學(xué)簡答中的溯因推理是運(yùn)用物質(zhì)變化分析原理、解釋原因的推理過程[1].

歸納推理（Inductive Reasoning）和演繹推理（Deductive Reasoning）是根據(jù)前提與結(jié)論的性質(zhì)及其關(guān)系可劃分的兩種推理形式[2].歸納推理是指從特定的事件、事實(shí)向一般事件或事實(shí)進(jìn)行推論的過程，是從已經(jīng)（或當(dāng)前）觀察到的現(xiàn)象推及即將觀察到的未知現(xiàn)象的心理過程.演繹推理是在某些前提成立的條件下推測(cè)必然會(huì)出現(xiàn)的特定結(jié)論，是做合乎邏輯的推論的過程[3].從定義上看，歸納推理是從個(gè)別到一般的推理過程，而演繹推理則是從一般到個(gè)別的推理過程.化學(xué)簡答中的歸納推理是指由具體事實(shí)推導(dǎo)出一般結(jié)論的過程.同理，演繹推理是指由一般原理、規(guī)律作用于具體事實(shí)進(jìn)行推導(dǎo)的過程.

比較推理（Comparing Reasoning）、類比推理（Analogy Reasoning）是科學(xué)研究中常用的方法.比較就是對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的事物的相互關(guān)系進(jìn)行研究，是認(rèn)識(shí)對(duì)象間的相同點(diǎn)或相異點(diǎn)的邏輯方法[4].類比推理是根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象有部分屬性相同，從而推出它們的其它屬性也相同的推理.化學(xué)簡答中的比較推理就是對(duì)試題中兩個(gè)或兩個(gè)以上相類似的信息進(jìn)行比較，比較其相似性或差異性，并進(jìn)行推理.類比推理就是將試題中所給陌生物質(zhì)進(jìn)行分類，與學(xué)過的同類物質(zhì)進(jìn)行比較，將已知物質(zhì)性質(zhì)遷移至陌生物質(zhì)中進(jìn)行推理.

1.2 高考化學(xué)簡答中常見的推理類型

筆者將2017～2019年北京高考理綜化學(xué)試題和全國高考（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ卷）理綜化學(xué)試題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)北京高考化學(xué)試題用簡答形式的設(shè)問較多，而在全國高考化學(xué)試題涉及很少. 依據(jù)上述設(shè)定的推理類型，對(duì)北京高考化學(xué)試題中的簡答設(shè)問進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見表1.

由表1發(fā)現(xiàn)在北京高考化學(xué)試題中，北京高考化學(xué)試題比較注重以簡答的形式考查學(xué)生的邏輯思維推理過程，類型主要體現(xiàn)在溯因推理、演繹推理和比較推理，從統(tǒng)計(jì)看沒有出現(xiàn)歸納推理和類比推理等.究其原因溯因推理、演繹推理和比較推理更適合于解決問題的過程，歸納推理和類比推理更適合于化學(xué)知識(shí)、原理的學(xué)習(xí)過程.

2.3 高考化學(xué)試題中設(shè)置簡答的功能

簡答可以展現(xiàn)學(xué)生完整的推理過程，在推理過程中可以評(píng)估學(xué)生邏輯思維的能力，如：是否能抓住問題的本質(zhì)核心，是否能以信息和已有知識(shí)作為證據(jù)進(jìn)行合理推理，是否能將合理推理過程進(jìn)行有邏輯的、完整的表達(dá).由此可見，簡答能夠基于證據(jù)、通過分析推理建立觀點(diǎn)、結(jié)論與證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，證據(jù)推理需要邏輯分析的路徑，溯因推理、演繹推理方法可以幫助學(xué)生完成從證據(jù)到結(jié)論的邏輯推理過程，在評(píng)估學(xué)生邏輯思維分析的能力的同時(shí)，可以很好地體現(xiàn)學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng).

2 高考化學(xué)簡答的邏輯思維分析方法和策略

2.1 溯因推理方法

例1 （2019北京高考26-5）化學(xué)小組用如下方法測(cè)定經(jīng)處理后的廢水中苯酚的含量（廢水中不含干擾測(cè)定的物質(zhì)）.

Ⅰ.用已準(zhǔn)確稱量的KBrO3固體配制一定體積的amol·L-1 KBrO3標(biāo)準(zhǔn)溶液;

Ⅱ.取V1 mL上述溶液，加入過量KBr，加H2SO4酸化，溶液顏色呈棕黃色;

Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入V2 mL廢水;

Ⅳ.向Ⅲ中加入過量KI;

Ⅴ.用b mol·L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ⅳ中溶液至淺黃色時(shí)，滴加2滴淀粉溶液，繼續(xù)滴定至終點(diǎn)，共消耗Na2S2O3溶液V3 mL.

……

（5）KI與KBrO3物質(zhì)的量關(guān)系為n（KI）≥6n（KBrO3）時(shí)，KI一定過量，理由是.

分析過程

問題：為什么KI與KBrO3物質(zhì)的量關(guān)系為n（KI）≥6n（KBrO3）時(shí)，KI一定過量？

變化：i.BrO-3+ 5Br-+ 6H+3Br2 + 3H2O

ii. Br2 + 2I-2Br-+ I2

角度：多個(gè)反應(yīng)中物質(zhì)的定量關(guān)系（過量）.

分析：依據(jù)問題需要先提取出該定量實(shí)驗(yàn)中的這兩個(gè)氧化還原反應(yīng)，運(yùn)用得失電子守恒進(jìn)行配平，繼而得出恰好完全反應(yīng)時(shí)的定量關(guān)系：n（KI）=6n（KBrO3）.再分類討論如下.

（1）無苯酚影響的簡單理想化模型.

當(dāng)n（KI）=6n（KBrO3）時(shí)，KI恰好反應(yīng)完全;當(dāng)n（KI）>6n（KBrO3），KI是過量的.

（2）有苯酚影響的復(fù)雜實(shí)際模型.

由題給信息可知廢水中含有少量的苯酚，而苯酚會(huì)消耗一定量Br2繼而生成2，4，6-三溴苯酚，該有機(jī)反應(yīng)為第三小問進(jìn)行鋪墊： 苯酚和KI共同消耗了步驟II中生成的Br2，需要的KI的量有所減少，當(dāng)n（KI）≥6n（KBrO3），KI一定是過量的，且過量程度比無苯酚影響的簡單理想化模型更多.

答案：反應(yīng)物用量存在關(guān)系：KBrO3～3Br2～6KI，若無苯酚時(shí)，消耗KI物質(zhì)的量是KBrO3物質(zhì)的量的6倍，因有苯酚消耗Br2，所以當(dāng)n（KI）≥6n（KBrO3）時(shí)，KI一定過量.

推理方法 化學(xué)簡答溯因推理方法結(jié)構(gòu)如圖1所示.

使用策略

（1）溯因推理的關(guān)鍵是將簡答設(shè)問轉(zhuǎn)換成“為什么”的問題.準(zhǔn)確找到具體的需要解釋的問題，就找到了明確的方向，沿著問題思考，才能追溯到真正的原因.簡答設(shè)問一般會(huì)把要問的問題進(jìn)行概括后用簡潔的文字表達(dá)出來，這樣就有可能使問題不夠具體明確，因此，將簡答設(shè)問轉(zhuǎn)換成更明確的問題是溯因推理的關(guān)鍵步驟.

（2）溯因推理的基礎(chǔ)是找到完整的物質(zhì)變化體系，通過物質(zhì)微?；蛘咝畔⒄胰邢嚓P(guān)的物質(zhì)變化（包括化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)平衡），才有可能運(yùn)用角度判斷反應(yīng)之間的關(guān)系.假如只看到個(gè)別反應(yīng)，那么在運(yùn)用角度分析時(shí)，思維的邏輯鏈就會(huì)有偏差或斷裂.當(dāng)體系中有多個(gè)反應(yīng)或平衡的時(shí)候，要進(jìn)行編號(hào)，有利于簡潔地表達(dá).

（3）溯因推理的邏輯源于角度（如圖1所示），有了正確的角度，就有可能找到各個(gè)化學(xué)變化之間的邏輯鏈條，多因素中會(huì)找到解釋原因的主要因素，進(jìn)而找到本質(zhì)的原因.那么如何能夠找到正確的角度呢？角度一般隱藏在問題和信息中，能夠較好地轉(zhuǎn)換問題，就說明已經(jīng)初步有了分析問題的角度，找到用于分析問題的信息，就能完善分析問題的角度.

2.演繹推理方法

例2 （2018年北京高考27-2）近年來，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ).過程如圖2所示.

對(duì)反應(yīng)Ⅱ，在某一投料比時(shí)，兩種壓強(qiáng)下，H2SO4在平衡體系中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示.

p2? p1（填“>”或“<”），得出該結(jié)論的理由.

分析過程

規(guī)律：其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向體積縮小的方向移動(dòng).

平衡：反應(yīng)Ⅱ 3SO2（g） + 2H2O（g） 2H2SO4（l） + S（s） ，其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，n（H2SO4）增大，n（總）減小，H2SO4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大.

推導(dǎo)結(jié)果 p2 > p1 .

答案 反應(yīng)Ⅱ是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)使反應(yīng)正向移動(dòng)，H2SO4的物質(zhì)的量增大，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大.

推理方法 化學(xué)簡答演繹推理方法結(jié)構(gòu)如圖4所示.

使用策略

（1）演繹推理在高考化學(xué)簡答中有比較明顯的特征，它主要集中在化學(xué)平衡及其影響因素的試題中. 通過對(duì)平衡移動(dòng)方向的分析，判斷條件改變，或者反之，通過改變條件判斷平衡移動(dòng)的方向，推導(dǎo)平衡常數(shù)的變化等.

（2）演繹推理的關(guān)鍵是將原理、規(guī)律應(yīng)用到試題所給平衡中進(jìn)行推理，學(xué)生在思考和回答問題的過程中，往往不會(huì)先有意識(shí)地回想規(guī)律，而是直接對(duì)給出的平衡進(jìn)行分析.正是這種思維過程的缺失，會(huì)造成學(xué)生回答問題時(shí)缺少邏輯或邏輯混亂，甚至導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤.

3 研究高考化學(xué)簡答的邏輯思維方法對(duì)教學(xué)的啟示

高考簡答通過展示學(xué)生分析問題、解決問題的邏輯思維過程，對(duì)學(xué)生邏輯思維能力和證據(jù)推理素養(yǎng)進(jìn)行考查 .因此，化學(xué)教師要有意識(shí)地將高考與高中化學(xué)教學(xué)進(jìn)行銜接，使考試要求的能力和素養(yǎng)在平時(shí)的教學(xué)中得以落實(shí).

3.1 溯因推理是科學(xué)探究過程的具體體現(xiàn)

溯因是不斷追問為什么的過程，是具有創(chuàng)造性的推理過程，可以使人類的知識(shí)不斷擴(kuò)展深化.科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)結(jié)果時(shí)經(jīng)常會(huì)提出質(zhì)疑，并圍繞問題進(jìn)行科學(xué)探究.他們首先發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問題，選取研究對(duì)象，并確定一些要素來建立研究問題的角度，依次將要素作用于研究對(duì)象來判斷影響的主次，找到解決問題的主要原因， 最終得到研究結(jié)果，形成研究報(bào)告.據(jù)此，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生提出有價(jià)值的問題，像科學(xué)家一樣開展實(shí)驗(yàn)探究.將溯因推理融入其中，在實(shí)驗(yàn)探究中不斷提升學(xué)生的邏輯思維能力和證據(jù)推理素養(yǎng).

元素化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)幾乎都可以圍繞實(shí)驗(yàn)探究并運(yùn)用“溯因推理”、“類比推理”等方法來進(jìn)行教學(xué)，即從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶋H問題找出具體物質(zhì)作為研究對(duì)象，按照物質(zhì)類別和價(jià)態(tài)來預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或數(shù)據(jù)支持得到結(jié)論.以研究氮和硫的氧化物為例，氮、硫化合物與實(shí)際生活緊密相關(guān)，教學(xué)通常以實(shí)際問題情境引入，如引導(dǎo)學(xué)生們關(guān)注空氣質(zhì)量報(bào)告中的氮硫化合物，提出問題：“為什么含氮和硫元素的化合物會(huì)污染空氣？”.此問題具有開放性，在解答的過程中，涉及到含氮、硫元素的一系列物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化;在研究每一種物質(zhì)的時(shí)候，需要調(diào)用物質(zhì)類別通性和氧化還原的分析角度.之后在縱觀含氮一系列物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的過程，學(xué)生需找出污染物的來源，發(fā)現(xiàn)污染問題，為解決污染問題提供方案，而且提升了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感.在真實(shí)復(fù)雜問題的探討過程中，學(xué)生需分清主次因素，權(quán)衡利弊，培養(yǎng)學(xué)生的溯因推理的邏輯思維能力.

3.2 演繹推理提升應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力

學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)課程的目標(biāo)不僅是為了積累更多的知識(shí)，而且需要將理論應(yīng)用于實(shí)際.在高中化學(xué)反應(yīng)原理的教學(xué)過程中，學(xué)生會(huì)學(xué)到了許多基本概念和基本規(guī)律，將其應(yīng)用到解決實(shí)際問題中時(shí)，實(shí)現(xiàn)從一般到個(gè)別的“演繹推理”過程，從而提升學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和邏輯思維的能力.

元素周期律的學(xué)習(xí)在高中階段具有承上啟下的重要作用，對(duì)于學(xué)習(xí)元素化合物具有指導(dǎo)意義，對(duì)預(yù)測(cè)陌生物質(zhì)的性質(zhì)提供了新的角度，學(xué)生可以通過元素周期律分析預(yù)測(cè)具體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如運(yùn)用周期律預(yù)測(cè)硒的性質(zhì).

在化學(xué)平衡移動(dòng)原理中存在的一般規(guī)律是勒夏特列原理，法國化學(xué)家勒夏特列提出當(dāng)改變濃度、壓強(qiáng)、溫度、參加反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度之一時(shí)，化學(xué)平衡向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng).學(xué)生應(yīng)用這一原理可以解決化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡、水的電離平衡、鹽類水解平衡、難溶物沉淀溶解平衡等平衡移動(dòng)的問題，充分體現(xiàn)了從一般到個(gè)別的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生演繹推理的邏輯思維能力.

近年來，高考命題從考查學(xué)生解題向考查學(xué)生解決問題和做事的方向上進(jìn)行改革.簡答題的開放性和能力素養(yǎng)的考查功能，無疑可以詮釋這一理念.因此，教師在教學(xué)的過程中，要多創(chuàng)設(shè)開放性的問題，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)， 運(yùn)用科學(xué)的邏輯思維方法，多角度的思考、分析、解答開放性的問題，并指導(dǎo)學(xué)生有條理、有邏輯的進(jìn)行表達(dá) ，提升學(xué)生邏輯思維的能力，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的素養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)做題和做事.

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（收稿日期：2019-12-31）