高考化學簡答的邏輯思維分析及教學啟示

孫迪 陳穎 陳昊 任寶華

摘 要：高考化學簡答的問題具有開放性，學生作答時，若能有科學的邏輯思維分析方法，就能有邏輯地表達由證據進行推理的思維過程，體現化學學科的證據推理素養.本研究針對高考化學試題并結合高中化學的新課標對高考化學簡答進行了全面的分析，進而把握今后的高考簡答的特點和邏輯思維的思路，為今后中學化學教學提供一定的建議和思考.

關鍵詞：高考化學簡答;邏輯思維分析;中學化學教學

高考化學試題中有一種設問形式——簡答，高考化學簡答的問題具有開放性，具有較大的思維容量，旨在考查學生發現問題、提出問題的能力，同時展示學生解決問題時分析推理的思維過程.學生在做簡答時，要結合題給信息和已有知識（證據）推理解決實際問題或學科問題，并且要文字表述推理過程，體現了對證據推理素養的考查.學生實際作答情況存在兩種現象：一種是推理過程的思維鏈短缺;另一種是學生堆砌信息和結論，缺乏從信息到結論的推理過程.邏輯思維是科學思維的一種，因此，本文重點從科學的邏輯思維方法討論化學簡答的邏輯思維過程，并且引發對化學教學的思考.

1 高考化學簡答中邏輯思維的類型和功能

1.1 對化學簡答中邏輯思維類型的界定

簡答是評估學生讀取信息和結論之間潛在邏輯關系的思維能力，它展示學生邏輯推理的思維過程，推理（Reasoning）是一種高級的認知過程.依據邏輯思維方法，將化學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，創新性，即溯因可導向新知識;第二，邏輯性，即溯因是一種推理.化學簡答中的溯因推理是運用物質變化分析原理、解釋原因的推理過程[1].

歸納推理（Inductive Reasoning）和演繹推理（Deductive Reasoning）是根據前提與結論的性質及其關系可劃分的兩種推理形式[2].歸納推理是指從特定的事件、事實向一般事件或事實進行推論的過程，是從已經（或當前）觀察到的現象推及即將觀察到的未知現象的心理過程.演繹推理是在某些前提成立的條件下推測必然會出現的特定結論，是做合乎邏輯的推論的過程[3].從定義上看，歸納推理是從個別到一般的推理過程，而演繹推理則是從一般到個別的推理過程.化學簡答中的歸納推理是指由具體事實推導出一般結論的過程.同理，演繹推理是指由一般原理、規律作用于具體事實進行推導的過程.

比較推理（Comparing Reasoning）、類比推理（Analogy Reasoning）是科學研究中常用的方法.比較就是對兩個或兩個以上的事物的相互關系進行研究，是認識對象間的相同點或相異點的邏輯方法[4].類比推理是根據兩個或兩類對象有部分屬性相同，從而推出它們的其它屬性也相同的推理.化學簡答中的比較推理就是對試題中兩個或兩個以上相類似的信息進行比較，比較其相似性或差異性，并進行推理.類比推理就是將試題中所給陌生物質進行分類，與學過的同類物質進行比較，將已知物質性質遷移至陌生物質中進行推理.

1.2 高考化學簡答中常見的推理類型

筆者將2017～2019年北京高考理綜化學試題和全國高考（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ卷）理綜化學試題進行分析，發現北京高考化學試題用簡答形式的設問較多，而在全國高考化學試題涉及很少. 依據上述設定的推理類型，對北京高考化學試題中的簡答設問進行統計見表1.

由表1發現在北京高考化學試題中，北京高考化學試題比較注重以簡答的形式考查學生的邏輯思維推理過程，類型主要體現在溯因推理、演繹推理和比較推理，從統計看沒有出現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知識、原理的學習過程.

2.3 高考化學試題中設置簡答的功能

簡答可以展現學生完整的推理過程，在推理過程中可以評估學生邏輯思維的能力，如：是否能抓住問題的本質核心，是否能以信息和已有知識作為證據進行合理推理，是否能將合理推理過程進行有邏輯的、完整的表達.由此可見，簡答能夠基于證據、通過分析推理建立觀點、結論與證據之間的邏輯關系，證據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生完成從證據到結論的邏輯推理過程，在評估學生邏輯思維分析的能力的同時，可以很好地體現學生的證據推理素養.

2 高考化學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）化學小組用如下方法測定經處理后的廢水中苯酚的含量（廢水中不含干擾測定的物質）.

Ⅰ.用已準確稱量的KBrO3固體配制一定體積的amol·L-1 KBrO3標準溶液;

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標準溶液滴定Ⅳ中溶液至淺黃色時，滴加2滴淀粉溶液，繼續滴定至終點，共消耗Na2S2O3溶液V3 mL.

……

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

分析過程

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

變化：i.BrO-3+ 5Br-+ 6H+3Br2 + 3H2O

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

角度：多個反應中物質的定量關系（過量）.

分析：依據問題需要先提取出該定量實驗中的這兩個氧化還原反應，運用得失電子守恒進行配平，繼而得出恰好完全反應時的定量關系：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n（KI）=6n（KBrO3）時，KI恰好反應完全;當n（KI）>6n（KBrO3），KI是過量的.

（2）有苯酚影響的復雜實際模型.

由題給信息可知廢水中含有少量的苯酚，而苯酚會消耗一定量Br2繼而生成2，4，6-三溴苯酚，該有機反應為第三小問進行鋪墊： 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：反應物用量存在關系：KBrO3～3Br2～6KI，若無苯酚時，消耗KI物質的量是KBrO3物質的量的6倍，因有苯酚消耗Br2，所以當n（KI）≥6n（KBrO3）時，KI一定過量.

推理方法 化學簡答溯因推理方法結構如圖1所示.

使用策略

（1）溯因推理的關鍵是將簡答設問轉換成“為什么”的問題.準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.簡答設問一般會把要問的問題進行概括后用簡潔的文字表達出來，這樣就有可能使問題不夠具體明確，因此，將簡答設問轉換成更明確的問題是溯因推理的關鍵步驟.

（2）溯因推理的基礎是找到完整的物質變化體系，通過物質微?；蛘咝畔⒄胰邢嚓P的物質變化（包括化學反應和化學平衡），才有可能運用角度判斷反應之間的關系.假如只看到個別反應，那么在運用角度分析時，思維的邏輯鏈就會有偏差或斷裂.當體系中有多個反應或平衡的時候，要進行編號，有利于簡潔地表達.

（3）溯因推理的邏輯源于角度（如圖1所示），有了正確的角度，就有可能找到各個化學變化之間的邏輯鏈條，多因素中會找到解釋原因的主要因素，進而找到本質的原因.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，能夠較好地轉換問題，就說明已經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熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲.過程如圖2所示.

對反應Ⅱ，在某一投料比時，兩種壓強下，H2SO4在平衡體系中物質的量分數隨溫度的變化關系如圖所示.

p2? p1（填“>”或“<”），得出該結論的理由.

分析過程

規律：其他條件不變時，增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動.

平衡：反應Ⅱ 3SO2（g） + 2H2O（g） 2H2SO4（l） + S（s） ，其他條件不變時，增大壓強，平衡正向移動，n（H2SO4）增大，n（總）減小，H2SO4的物質的量分數增大.

推導結果 p2 > p1 .

答案 反應Ⅱ是氣體物質的量減小的反應，溫度一定時，增大壓強使反應正向移動，H2SO4的物質的量增大，體系總物質的量減小，H2SO4的物質的量分數增大.

推理方法 化學簡答演繹推理方法結構如圖4所示.

使用策略

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

（2）演繹推理的關鍵是將原理、規律應用到試題所給平衡中進行推理，學生在思考和回答問題的過程中，往往不會先有意識地回想規律，而是直接對給出的平衡進行分析.正是這種思維過程的缺失，會造成學生回答問題時缺少邏輯或邏輯混亂，甚至導致結果錯誤.

3 研究高考化學簡答的邏輯思維方法對教學的啟示

高考簡答通過展示學生分析問題、解決問題的邏輯思維過程，對學生邏輯思維能力和證據推理素養進行考查 .因此，化學教師要有意識地將高考與高中化學教學進行銜接，使考試要求的能力和素養在平時的教學中得以落實.

3.1 溯因推理是科學探究過程的具體體現

溯因是不斷追問為什么的過程，是具有創造性的推理過程，可以使人類的知識不斷擴展深化.科學家在發現新的現象或實驗結果時經常會提出質疑，并圍繞問題進行科學探究.他們首先發現有價值的問題，選取研究對象，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， 最終得到研究結果，形成研究報告.據此，在中學化學教學中，教師可以引導學生提出有價值的問題，像科學家一樣開展實驗探究.將溯因推理融入其中，在實驗探究中不斷提升學生的邏輯思維能力和證據推理素養.

元素化合物性質的學習幾乎都可以圍繞實驗探究并運用“溯因推理”、“類比推理”等方法來進行教學，即從實驗現象或實際問題找出具體物質作為研究對象，按照物質類別和價態來預測物質性質，通過實驗驗證或數據支持得到結論.以研究氮和硫的氧化物為例，氮、硫化合物與實際生活緊密相關，教學通常以實際問題情境引入，如引導學生們關注空氣質量報告中的氮硫化合物，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及其轉化;在研究每一種物質的時候，需要調用物質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的性質及轉化的過程，學生需找出污染物的來源，發現污染問題，為解決污染問題提供方案，而且提升了學生的環保意識、社會責任感.在真實復雜問題的探討過程中，學生需分清主次因素，權衡利弊，培養學生的溯因推理的邏輯思維能力.

3.2 演繹推理提升應用知識解決實際問題的能力

學生學習化學課程的目標不僅是為了積累更多的知識，而且需要將理論應用于實際.在高中化學反應原理的教學過程中，學生會學到了許多基本概念和基本規律，將其應用到解決實際問題中時，實現從一般到個別的“演繹推理”過程，從而提升學生應用知識解決實際問題的能力和邏輯思維的能力.

元素周期律的學習在高中階段具有承上啟下的重要作用，對于學習元素化合物具有指導意義，對預測陌生物質的性質提供了新的角度，學生可以通過元素周期律分析預測具體物質的結構和性質，如運用周期律預測硒的性質.

在化學平衡移動原理中存在的一般規律是勒夏特列原理，法國化學家勒夏特列提出當改變濃度、壓強、溫度、參加反應的化學物質的濃度之一時，化學平衡向能夠減弱這種改變的方向移動.學生應用這一原理可以解決化學平衡、弱電解質的電離平衡、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的問題，充分體現了從一般到個別的應用，培養學生演繹推理的邏輯思維能力.

近年來，高考命題從考查學生解題向考查學生解決問題和做事的方向上進行改革.簡答題的開放性和能力素養的考查功能，無疑可以詮釋這一理念.因此，教師在教學的過程中，要多創設開放性的問題，讓學生有更多的機會， 運用科學的邏輯思維方法，多角度的思考、分析、解答開放性的問題，并指導學生有條理、有邏輯的進行表達 ，提升學生邏輯思維的能力，培養學生證據推理的素養，讓學生學會做題和做事.

參考文獻：

[1]C.S.Peirce.Collected Papers of Charles Sanders Peirce[M].Ed.Charles Hartshorne and Paul Weiss， vol. 5. Cambridge， Mass：Harvard University Press， 1935：25-236.

[2]Goel， V.， Gold， B.， Kapur， S.， & Houle， S. The seats of reason？ An imaging study of deductive and inductive reasoning. Neuroreport， 1997，8（05）：1305-1310.

[3]Kuipers B. Qualitative Simulation as Causal Explanation[J]. IEEE Transactions on Systems Man & Cybernetics， 1987， 17（03）： 432-444.

[4]刁開盛， 黃忠京， 張衛民.邏輯思維方法在有機化學教學中的應用[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2011，17（03）：101-105+108.

（收稿日期：2019-12-31）