淺談證據(jù)推理與模型認(rèn)知類試題備考策略——以2021年全國(guó)卷化學(xué)試題為例

廣東 劉凱釗 韓鳳偉

在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中明確指出“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的內(nèi)涵包括：“具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽；建立起觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律?！被谧C據(jù)推理與模型認(rèn)知而進(jìn)行的問題解答是一個(gè)完整的邏輯思維過程，能很好的培養(yǎng)學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的思想與方法，并且體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)于問題的遞進(jìn)式思考過程。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》頒布以后，化學(xué)核心素養(yǎng)以及“素養(yǎng)為本”的教學(xué)成為關(guān)注的熱點(diǎn)。對(duì)本區(qū)域內(nèi)76位高中化學(xué)教師進(jìn)行問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，100%的教師都認(rèn)為有必要開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，但真正實(shí)踐過的少之又少，只有16.4%，對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行深入研究的也只有8人。所以大部分學(xué)生得不到有針對(duì)性的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

開展“素養(yǎng)為本“的高三教學(xué)研究前應(yīng)先研究高考題對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，明確“素養(yǎng)為本”的高三復(fù)習(xí)課應(yīng)如何設(shè)計(jì)。

一、證據(jù)推理與模型認(rèn)知考查試題統(tǒng)計(jì)

1.試題題號(hào)與分值統(tǒng)計(jì)

對(duì)2019—2021年高考化學(xué)全國(guó)卷中體現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的試題的題號(hào)、分值統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 2019—2021年高考化學(xué)全國(guó)卷中體現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的內(nèi)容統(tǒng)計(jì)

從表1統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，近3年來，高考對(duì)證據(jù)推理與模型認(rèn)知這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查分值占比逐年增加，由21分提升到27分，選擇題均有一道題考查這一核心素養(yǎng)，分值為6分，非選擇題的分值也從15分提升到21分。

2.考查知識(shí)點(diǎn)、考查學(xué)科能力及學(xué)業(yè)質(zhì)量水平統(tǒng)計(jì)

本文從情境素材、考查知識(shí)點(diǎn)、學(xué)科能力、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平等方面對(duì)側(cè)重考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知的典型選擇題和非選擇題分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2和表3所示，旨在揭示高考化學(xué)全國(guó)卷證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的命題及考查特點(diǎn)。

表2 2019—2021年高考化學(xué)全國(guó)卷中側(cè)重考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的選擇題統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

表3 2019—2021年高考化學(xué)全國(guó)卷中側(cè)重考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的非選擇題統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

從表2可知，每年選擇題均有一道與原子結(jié)構(gòu)及元素周期律有關(guān)的試題，考查學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

從表3涉及的知識(shí)點(diǎn)來分析，可知近3年高考化學(xué)全國(guó)卷考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)常關(guān)聯(lián)的知識(shí)為：研究化學(xué)的基本思路和方法、化學(xué)反應(yīng)的基本原理和基本理論、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)、分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、結(jié)構(gòu)模型與理論模型等。

二、高考化學(xué)全國(guó)卷側(cè)重考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知類試題舉例分析

【例1】(2021·全國(guó)乙卷·11)我國(guó)嫦娥五號(hào)探測(cè)器帶回1.731 kg的月球土壤，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其構(gòu)成與地球土壤類似，土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z，原子序數(shù)依次增大，最外層電子數(shù)之和為15。X、Y、Z為同周期相鄰元素，且均不與W同族。下列結(jié)論正確的是

( )

A.原子半徑大小順序?yàn)閃>X>Y>Z

B.化合物XW中的化學(xué)鍵為離子鍵

C.Y單質(zhì)的導(dǎo)電性能弱于Z單質(zhì)的

D.Z的氧化物的水化物的酸性強(qiáng)于碳酸

【答案】B

【分析】本題通過元素的推斷考查了考生對(duì)原子結(jié)構(gòu)和元素周期律、元素性質(zhì)遞變規(guī)律等基本理論以及對(duì)短周期元素單質(zhì)和化合物性質(zhì)的理解和掌握。從題干中得到關(guān)鍵信息，也就是證據(jù)：“短周期元素W、X、Y、Z，原子序數(shù)依次增大，最外層電子數(shù)之和為15。X、Y、Z為同周期相鄰元素，且均不與W同族”，可假設(shè)X的最外層電子數(shù)為x，則Y和Z的最外層電子數(shù)分別為x+1和x+2，W最外層電子數(shù)為y，則3x+3+y=15，3x+y=12，當(dāng)x=1時(shí)，y=9，不符合客觀事實(shí)；x=3時(shí)，y=3，不符合題中信息；因此當(dāng)x=2，y=6時(shí)滿足題干要求，從而推出X是Mg、Y是Al、Z是Si、W是O。

【解析】原子半徑大小順序?yàn)閄>Y>Z>W，A項(xiàng)錯(cuò)誤；MgO中活潑金屬與活潑非金屬形成的化學(xué)鍵為離子鍵，B項(xiàng)正確；Al是兩性金屬，導(dǎo)電性強(qiáng)于非金屬單質(zhì)Si，C項(xiàng)錯(cuò)誤；硅酸酸性比碳酸弱，且非金屬性強(qiáng)弱須通過最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物比較，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

本題考查的知識(shí)點(diǎn)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中最基本又很重要的基本概念和基本理論，題目要求考生熟悉化學(xué)基本概念，了解原子的構(gòu)成，掌握金屬非金屬元素的位置及其性質(zhì)的遞變規(guī)律，這些都是《課程標(biāo)準(zhǔn)》的基本要求?？忌枰ㄟ^清晰的邏輯推理。得到各個(gè)字母的代表元素，在此過程中，主要考查考生嚴(yán)謹(jǐn)縝密的思維能力。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”主題的發(fā)展重點(diǎn)表現(xiàn)為：構(gòu)建“位-構(gòu)-性”關(guān)系認(rèn)知模型，并發(fā)展對(duì)元素及其化合物化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)知模型，從“各類物質(zhì)的一般性質(zhì)→氧化性和還原性”二維模型發(fā)展到“各類物質(zhì)的一般性質(zhì)→氧化性和還原性→相似性和遞變性”三維模型。

三、以“原子結(jié)構(gòu)和元素周期律”高三復(fù)習(xí)為例談?wù)勛C據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)

證據(jù)推理實(shí)際上是一個(gè)逆向思維的過程，而模型認(rèn)知強(qiáng)調(diào)的是用模型的方法形成解決新問題的基本思路。對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的學(xué)習(xí)，高三復(fù)習(xí)教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)事實(shí)等證據(jù)素材來理解知識(shí)，幫助學(xué)生利用元素周期律分析和解釋元素和物質(zhì)的性質(zhì)，建立“位-構(gòu)-性”的系統(tǒng)思維模型，提高模型認(rèn)知意識(shí)。

1.逐級(jí)建構(gòu)“位置-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”認(rèn)識(shí)模型，發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知與證據(jù)推理素養(yǎng)

建構(gòu)“位-構(gòu)-性”認(rèn)識(shí)模型是模型認(rèn)知與證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在本專題的具體體現(xiàn)，高三一輪復(fù)習(xí)中采用“逐級(jí)建構(gòu)”的思路組織內(nèi)容、設(shè)計(jì)活動(dòng)，能有效發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

表4 證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)落實(shí)課程設(shè)計(jì)

2.將“類-價(jià)”二維認(rèn)識(shí)模型發(fā)展為三維認(rèn)識(shí)模型

高三復(fù)習(xí)中要使學(xué)生對(duì)元素化合物的認(rèn)識(shí)工具從“類-價(jià)”二維認(rèn)識(shí)模型發(fā)展為如圖1所示三維認(rèn)識(shí)模型。能從元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)、元素的性質(zhì)這三個(gè)角度認(rèn)識(shí)元素，從物質(zhì)類別、元素化合價(jià)、元素在元素周期表中的位置三個(gè)角度認(rèn)識(shí)含某元素的物質(zhì)的性質(zhì)，預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)。

圖1

學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，教師要有計(jì)劃有意識(shí)的在各模塊內(nèi)容的教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在有機(jī)物的學(xué)習(xí)過程中，可以通過模型拼插的活動(dòng)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)物中碳原子的成鍵特點(diǎn)及分子的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而探討共線共面問題；在電化學(xué)的學(xué)習(xí)中，充分利用教材中出現(xiàn)的素材，如帶鹽橋的電池、鉛蓄電池、氫氧燃料電池、電解氯化銅溶液、電解飽和食鹽水的氯堿工業(yè)等，促使學(xué)生提高對(duì)電化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，建立電化學(xué)的分析思路模型。元素化合物知識(shí)的教學(xué)對(duì)于幫助高中學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系有著至關(guān)重要的作用，如果教師能幫助學(xué)生建立相關(guān)的研究模型，那么學(xué)生在考試中遇到陌生的物質(zhì)，自然而然地就會(huì)從分類的角度明確其所屬的物質(zhì)類別，然后根據(jù)類別推測(cè)它們可能有的性質(zhì)，進(jìn)而根據(jù)性質(zhì)推測(cè)其在人類生產(chǎn)生活中的用途?？傊?，在高三復(fù)習(xí)課堂教學(xué)中，教師應(yīng)時(shí)時(shí)刻刻注意引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)獲取證據(jù)，形成模型，發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。