例談“科學(xué)解釋類”試題的解題策略

周存軍

（常州市田家炳高級中學(xué) 江蘇 常州 213004）

隨著2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布、全國分批次實施新的高考招生考試制度和新版高中化學(xué)教材的使用，高考化學(xué)試卷越來越重視對科學(xué)解釋能力的考查。近年來，江蘇省高考化學(xué)試卷的科學(xué)解釋類試題一直保持著較高比例，科學(xué)解釋類試題突出考查科學(xué)解釋能力，考查在已有知識和給定的試題信息中尋找證據(jù)，通過歸納、演繹、類比、遷移等對問題進(jìn)行科學(xué)解釋的能力。研究如何提高科學(xué)解釋能力，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要研究內(nèi)容。

一、何謂科學(xué)解釋

科學(xué)解釋是指運用科學(xué)規(guī)律、定律等，說明科學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因或發(fā)生過程，說明事物間聯(lián)系的行為。［1］科學(xué)解釋是一項重要的科學(xué)研究能力，科學(xué)解釋主要包括主張、證據(jù)和推理。主張是基于對現(xiàn)象或者問題的分析，通過歸納、演繹等邏輯推理過程得出的結(jié)論。證據(jù)是用來支持結(jié)論的論據(jù)，論據(jù)來源可以是觀察得到的現(xiàn)象、調(diào)查的數(shù)據(jù)、已有文獻(xiàn)或科學(xué)規(guī)律、定律等。推理是運用歸納、演繹等邏輯推理過程，由證據(jù)推導(dǎo)出主張，將證據(jù)和主張聯(lián)系起來，使用證據(jù)和科學(xué)原理解釋主張的過程。

解釋指在閱讀或觀察等活動的基礎(chǔ)上，說明事物變化的原因、事物之間的聯(lián)系、事物變化發(fā)展的規(guī)律等。解釋的類型包括：演繹-規(guī)律解釋，即用包含著普遍規(guī)律的前提演繹被解釋事件；歸納-概率解釋，前提并不邏輯必然地包含被解釋的陳述，而是以一定統(tǒng)計規(guī)律的概率支持結(jié)論的成立；目的論解釋或功能解釋，用某種預(yù)期的目的或用系統(tǒng)的某種功能來解釋某個事件或規(guī)律；發(fā)生學(xué)解釋，用系統(tǒng)的過程，客觀論證。

二、科學(xué)解釋類試題出現(xiàn)的背景與意義

科學(xué)解釋在科學(xué)研究中起著重要的作用，它既可以是科學(xué)研究的目標(biāo)，也可以是科學(xué)理論的應(yīng)用，還可以是形成科學(xué)知識的一個重要手段。在科學(xué)研究和科學(xué)教育中，科學(xué)解釋都發(fā)揮了重要的作用。學(xué)生要利用科學(xué)解釋，從而實現(xiàn)發(fā)展。

根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)提出能對具體物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)變化做出解釋或預(yù)測；“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)提出運用理論模型解釋或推測物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，能解釋證據(jù)和結(jié)論之間的關(guān)系，能對復(fù)雜情境中關(guān)鍵的化學(xué)問題要素進(jìn)行分析，建構(gòu)相應(yīng)的模型，能選擇不同模型綜合解釋或解決化學(xué)問題。［2］

《中國高考評價體系》及其說明指出，學(xué)科素養(yǎng)包括學(xué)習(xí)掌握、實踐探索、思維方法等三個指標(biāo)，包含了理解掌握、知識整合、科學(xué)思維等多個子指標(biāo)，這其中多項包含了科學(xué)解釋的內(nèi)容?！吨袊呖荚u價體系》及其說明指出，要通過設(shè)置真實的問題情境，考查學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生多角度回答問題，降低題海戰(zhàn)術(shù)、死記硬背等低效教學(xué)活動的收益?？茖W(xué)解釋類試題是考查學(xué)生必備知識的基礎(chǔ)、關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)的重要載體。

科學(xué)解釋類試題需要學(xué)生有足夠的必備知識、關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)，按照不同的思維層次，選擇主張或證據(jù)、提出主張或證據(jù)、進(jìn)行科學(xué)解釋。培育科學(xué)解釋能力是化學(xué)教學(xué)的一個重要目標(biāo)，如何提升和評估學(xué)生的科學(xué)解釋能力，是化學(xué)教學(xué)的一個重要課題。

三、科學(xué)解釋類試題的考查分類

真實具體的情境是學(xué)生核心素養(yǎng)形成發(fā)展的重要平臺，也是考試評價的重要載體。高考化學(xué)的情境素材分為五類：日常生活情境、生產(chǎn)環(huán)保情境、學(xué)術(shù)探索情境、實驗探索情境和化學(xué)史料情境。［3］科學(xué)解釋是建立在創(chuàng)設(shè)真實具體的情境，提取有效信息的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)理論或科學(xué)方法來闡述可能發(fā)生的自然現(xiàn)象的原因或發(fā)生機理的過程。科學(xué)解釋類試題包括預(yù)測可能發(fā)生的現(xiàn)象或變化（Ⅰ）、推測事件發(fā)生的原因（Ⅱ）、闡明特定路徑的機理或現(xiàn)象本質(zhì)（Ⅲ）等方面。表1是2019-2021年江蘇省高考化學(xué)試卷中主觀題部分科學(xué)解釋類試題的分布情況：

表1 科學(xué)解釋類試題分布情況

由表1可知，近三年江蘇省高考試題中主觀題部分有關(guān)科學(xué)解釋類試題的分值大約占卷面分值的20%。試題的設(shè)問基于真實問題情境，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；基于新情境的實際問題，考查了學(xué)生靈活運用化學(xué)知識和方法的思維水平，避免了“題海戰(zhàn)術(shù)”造成的刷題優(yōu)勢。

四、例談科學(xué)解釋類試題的解題思路

根據(jù)科學(xué)解釋常見的類型，如預(yù)測可能發(fā)生現(xiàn)象或變化、推測事件發(fā)生原因、闡明特定路徑的機理等，解題中采取系統(tǒng)的觀點進(jìn)行分析，包括認(rèn)識主體、變化與現(xiàn)象、運用科學(xué)理論三個角度?？茖W(xué)解釋類試題關(guān)注到認(rèn)識對象的主體性，強調(diào)理解和解釋發(fā)生的變化與現(xiàn)象，并表達(dá)對科學(xué)理論的認(rèn)識。

馬克思主義哲學(xué)包括辯證唯物論、唯物辯證法、辯證唯物主義認(rèn)識論、唯物史觀等。辯證唯物論指出世界的本質(zhì)是物質(zhì)的，唯物辯證法的聯(lián)系觀要求我們用聯(lián)系的觀點看問題，從科學(xué)解釋類試題來看，確立解題策略的第一個角度是物質(zhì)。無論參與的物質(zhì)是一種還是多種，都可以認(rèn)為是研究的主體。唯物辯證法的矛盾觀指出矛盾就是對立統(tǒng)一、矛盾具有斗爭性等基本屬性，從化學(xué)變化的本質(zhì)來看，物質(zhì)間能發(fā)生反應(yīng)，是事物（物質(zhì)）間存在矛盾的斗爭性，而單一物質(zhì)如碳酸鈣常溫下穩(wěn)定，高溫下分解，更是反映了矛盾具有斗爭性和同一性的雙重屬性。從科學(xué)解釋類試題來看，確立解題策略的第二個角度是物質(zhì)發(fā)生的變化（相互作用）。唯物辯證法的發(fā)展觀指出，事物是變化發(fā)展的，要求用發(fā)展的觀點看問題，反對用靜止的觀點看問題。事物可能隨著時間改變，也可能隨著環(huán)境的改變而改變。從科學(xué)解釋類試題來看，確立解題策略的第三個角度是環(huán)境影響（條件的改變）。綜上所述，科學(xué)解釋類試題的解答可以從物質(zhì)（主體）-變化（相互作用）-環(huán)境影響（條件）三個角度分析。

根據(jù)海德提出的歸因理論，將歸因分為內(nèi)部歸因和外部歸因。［4］物質(zhì)（主體）、變化（相互作用）可以屬于內(nèi)部歸因，而環(huán)境影響（條件的改變）屬于外部歸因。

1.物質(zhì)（主體）角度

根據(jù)馬克思主義哲學(xué)，主體和客體是反映被反映、改造被改造相互作用的關(guān)系。主體和客體的相互作用是通過主體對象化和客體主體化的雙向運動而實現(xiàn)的。在化學(xué)試題中，存在單一物質(zhì)或多種物質(zhì)間的變化，這個與哲學(xué)上主體和客體的關(guān)系基本一致，可以認(rèn)為是主體客體化或客體主體化的。這其中涉及到主體的性質(zhì)與客體環(huán)境的一致性。從主體（物質(zhì)）角度思考問題，需要關(guān)注的要素有：反應(yīng)物與生成物的物理性質(zhì)（狀態(tài)、揮發(fā)性、吸附性、溶解度等）、化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等。例如，2021年江蘇高考化學(xué)試題第15題（4）將硫化后的固體在N2∶O2=95∶5（體積比）的混合氣體中加熱再生，在280～400℃范圍內(nèi)，固體質(zhì)量增加的主要原因是_________。［5］根據(jù)題目信息，硫化后的固體為ZnS和FeS，在一定溫度和氧氣存在的條件下，硫化物發(fā)生怎樣的變化？本題涉及主體物質(zhì)硫化物的強還原性，混合氣體中的氧氣也是本題的本體物質(zhì)，本題隱含了對可能的物質(zhì)亞硫酸鹽強還原性的考查。在280～400℃范圍內(nèi)，ZnS和FeS吸收氧氣，ZnS和FeS部分被氧化為硫酸鹽，固體質(zhì)量增加。本題屬于因果解釋，由果釋因，探討反映了主體物質(zhì)的何種性質(zhì)。同樣從主體（物質(zhì)）角度思考問題的還有試題（年份-試題號，小題號）：2019-18（1）（2）、2019-20（1）（2）、2019-21A（3）、2020-18（2）、2020-20（3）、2021-15（4）等。

2.變化（相互作用）角度

根據(jù)馬克思主義哲學(xué)，主體在認(rèn)識和改造客體的過程中，在受到客體制約的同時，又能使主體自身得到發(fā)展，超越現(xiàn)實客體，從而使主客體同時得到改造、發(fā)展和完善。化學(xué)研究的對象是物質(zhì)，研究物質(zhì)間變化生成的新物質(zhì)和引起的能量變化，物質(zhì)變化和能量變化是化學(xué)研究的目標(biāo)。物質(zhì)間的反應(yīng)需要關(guān)注的要素包括：反應(yīng)類型（復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、可逆反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、水解反應(yīng)等）、化學(xué)反應(yīng)速率（濃度、溫度、壓強、催化劑、接觸面積等）、化學(xué)平衡（可逆反應(yīng)的平衡移動等）。例如，2020年江蘇高考化學(xué)試題第18題（1）用于環(huán)境殺菌消毒的NaClO溶液須稀釋并及時使用，若在空氣中暴露時間過長且見光，將會導(dǎo)致消毒作用減弱，其原因是_______。［6］題目突出或強調(diào)了在空氣中暴露，意味著與空氣中的氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣等可能存在作用。次氯酸鈉溶液長期暴露在空氣中，會與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，產(chǎn)生HClO，因HClO具有不穩(wěn)定性，在受熱或光照條件下會分解產(chǎn)生HCl和O2，導(dǎo)致次氯酸鈉失效。故答案為：NaClO溶液吸收空氣中的CO2后產(chǎn)生HClO，HClO見光分解，導(dǎo)致消毒作用減弱。同樣從物質(zhì)間的變化角度思考問題的試題還有（年份-試題號，小題號）：2019-19（2）、2020-16（2）（3）、2020-18（1）、2021-15（3）、2021-16（4）等。

物質(zhì)間可能存在多種變化，可視現(xiàn)象或變化推導(dǎo)出主要變化和次要變化。如關(guān)于0.1mol·L-1的Na2S溶液與0.1mol·L-1的FeCl3溶液的反應(yīng)猜想，可能發(fā)生三種反應(yīng)情況：復(fù)分解反應(yīng)、雙水解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)?？梢罁?jù)探究實驗現(xiàn)象和理論分析，在不同的滴加順序（環(huán)境不同）、不同用量、不同濃度條件下，發(fā)生的反應(yīng)是什么，或者發(fā)生的主要反應(yīng)和次要反應(yīng)分別是什么。以上案例是基于理論分析可能的反應(yīng)原理，通過實驗探究可能的反應(yīng)原理，是由現(xiàn)象反向推導(dǎo)出可能的反應(yīng)原理。

如果研究對象不是學(xué)習(xí)過的物質(zhì)，或者是不熟悉的物質(zhì)，那么可以借助遷移類比解釋，相當(dāng)于現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用。2021年江蘇高考化學(xué)試題第16題（4）E→F中有一種分子式為C15H14O4的副產(chǎn)物生成，該副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式為_____。［5］根據(jù)題目信息，主產(chǎn)物中涉及苯環(huán)與甲基之間的醚鍵變?yōu)榉恿u基，相當(dāng)于-OCH3變?yōu)?OH，主產(chǎn)物的分子式為C14H12O4，副產(chǎn)物比主產(chǎn)物少了一個CH2，根據(jù)遷移原則，-OCH3變?yōu)?OH，正好少了一個CH2，因此物質(zhì)E轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)F，應(yīng)是物質(zhì)E中的2個苯環(huán)與甲基之間的醚鍵都變?yōu)榉恿u基。

3.環(huán)境影響（條件的改變）角度

根據(jù)馬克思主義哲學(xué)，要求用發(fā)展的觀點看問題，反對用靜止的觀點看問題，主體與環(huán)境之間相互區(qū)別，又相互聯(lián)系、相互作用。環(huán)境條件的改變關(guān)注的要素包括：酸堿度對存在形式、氧化性和還原性、水解、電離、沉淀、反應(yīng)類型的影響，濃度對氧化性和還原性、放電次序、速率的影響，溫度對氧化性還原性、穩(wěn)定性、速率的影響，酸堿度、溫度等對催化劑的影響等。如HClO的性質(zhì)包括不穩(wěn)定性、弱酸性、強氧化性等性質(zhì)，其中不穩(wěn)定性與光照、溫度、酸堿性環(huán)境等有關(guān)，強氧化性也與環(huán)境有關(guān)，如酸性環(huán)境下、堿性環(huán)境下氧化性的差異。例如，2020年江蘇高考化學(xué)試題第20題（2）CO2催化加氫。在密閉容器中，向含有催化劑的KHCO3溶液（CO2與KOH溶液反應(yīng)制得）中通入H2生成HCOO-，其他條件不變，反應(yīng)溫度在40℃～80℃范圍內(nèi)，HC轉(zhuǎn)化為HCOO-催化加氫的轉(zhuǎn)化率迅速上升，其主要原因是__________。［6］本題考查了溫度對反應(yīng)速率的影響以及溫度對催化劑的影響。本題反應(yīng)的離子方程式為由于該反應(yīng)ΔS＜0，而反應(yīng)可以自發(fā)，因此ΔH＜0。也可從80℃以上升溫，HC催化加氫的轉(zhuǎn)化率曲線變化可知該反應(yīng)放熱。反應(yīng)溫度在40～80℃范圍內(nèi)時，隨著體系的溫度升高，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增多，化學(xué)反應(yīng)速率加快，同時隨著溫度的升高，催化劑的催化活性也得到增強，因此HC的催化加氫速率迅速上升。該題存在的問題是容易混淆考查的是熱力學(xué)問題還是動力學(xué)問題，最好是增加“單位時間內(nèi)”或“一定時間內(nèi)”。同樣從環(huán)境（條件）的改變角度思考問題的試題還有（年份-試題號，小題號）：2019-16（3）、2019-19（3）、2019-20（3）、2020-16（1）（3）、2020-19（1）（3）、2020-20（1）、2021-18（2）（3）等。

五、科學(xué)解釋類試題的答題步驟及注意事項

科學(xué)解釋包括多元性科學(xué)解釋、遷移類比解釋、因果解釋、科學(xué)解釋的語用學(xué)。［1］答題步驟可分為：閱讀和理解題目，獲取有效信息，初步確定答題的方向性→根據(jù)證據(jù)或結(jié)論，建立核心概念與現(xiàn)象間的邏輯關(guān)系，確信推理的邏輯性→準(zhǔn)確進(jìn)行文本等形式的表達(dá)，確保答案的完整性?？茖W(xué)解釋類試題的答題注意事項包括：

1.重視閱讀的目的性

信息獲取能力是科學(xué)研究必備的一項基本技能，閱讀文本圖表等是獲取有效信息的首要步驟。答題時，應(yīng)該閱讀并理解題干，獲取有效信息，初步確定解題的方向。但有時試題的解題方向并未直接呈現(xiàn)，需要對題干進(jìn)一步剖析與理解，轉(zhuǎn)化為有效的信息，為科學(xué)解釋提供明確的證據(jù)。

2.強調(diào)概念的理解與運用

概念是思維基本的表達(dá)形式，也是構(gòu)成知識體系的最核心成分。通過科學(xué)概念的學(xué)習(xí)，促進(jìn)對科學(xué)知識的理解，完善知識體系的形成，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。在進(jìn)行科學(xué)解釋的時候，需要建立化學(xué)現(xiàn)象與核心概念、規(guī)律之間的聯(lián)系。要了解科學(xué)解釋的基本結(jié)構(gòu)，回答完整，能從恰當(dāng)?shù)慕嵌惹腥朐囶}，明白試題考查的理論和知識點。

3.熟悉答題的框架

完整的科學(xué)解釋需要包含論據(jù)、推理、論點三個基本結(jié)構(gòu)。論據(jù)是指由科學(xué)文獻(xiàn)信息、數(shù)據(jù)組成的、用來支持論點的依據(jù)。推理是利用歸納、演繹、遷移等科學(xué)方法連接論據(jù)與論點的橋梁。論點是根據(jù)論據(jù)，經(jīng)過推理所得出的初步結(jié)論。

4.掌握多樣化表達(dá)

科學(xué)解釋類試題需要用學(xué)科語言表達(dá)和交流，用文字、圖表等形式表述過程或結(jié)果。多樣化的文本表達(dá)包括文字類表達(dá)、圖表類表達(dá)等。培養(yǎng)書面表達(dá)與交流能力，有效的方式是通過練習(xí)多樣化的文本表達(dá)，對比不同的文本表達(dá)，找出其中的優(yōu)缺點，豐富表達(dá)方式，提升表達(dá)的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性。