高考化学简答的逻辑思维分析及教学启示

孙迪 陈颖 陈昊 任宝华

摘 要：高考化学简答的问题具有开放性，学生作答时，若能有科学的逻辑思维分析方法，就能有逻辑地表达由证据进行推理的思维过程，体现化学学科的证据推理素养.本研究针对高考化学试题并结合高中化学的新课标对高考化学简答进行了全面的分析，进而把握今后的高考简答的特点和逻辑思维的思路，為今后中学化学教学提供一定的建议和思考.

关键词：高考化学简答;逻辑思维分析;中学化学教学

高考化学试题中有一种设问形式——简答，高考化学简答的问题具有开放性，具有较大的思维容量，旨在考查学生发现问题、提出问题的能力，同时展示学生解决问题时分析推理的思维过程.学生在做简答时，要结合题给信息和已有知识（证据）推理解决实际问题或学科问题，并且要文字表述推理过程，体现了对证据推理素养的考查.学生实际作答情况存在两种现象：一种是推理过程的思维链短缺;另一种是学生堆砌信息和结论，缺乏从信息到结论的推理过程.逻辑思维是科学思维的一种，因此，本文重点从科学的逻辑思维方法讨论化学简答的逻辑思维过程，并且引发对化学教学的思考.

1 高考化学简答中逻辑思维的类型和功能

1.1 对化学简答中逻辑思维类型的界定

简答是评估学生读取信息和结论之间潜在逻辑关系的思维能力，它展示学生逻辑推理的思维过程，推理（Reasoning）是一种高级的认知过程.依据逻辑思维方法，将化学简答的推理类型归为溯因推理、演绎推理、归纳推理、比较推理、类比推理等.

溯因推理（Abduction Reasoning）来源于溯因，被皮尔斯称为是“唯一一种可以引入新观念的逻辑操作”，赋予了溯因两大属性：第一，创新性，即溯因可导向新知识;第二，逻辑性，即溯因是一种推理.化学简答中的溯因推理是运用物质变化分析原理、解释原因的推理过程[1].

归纳推理（Inductive Reasoning）和演绎推理（Deductive Reasoning）是根据前提与结论的性质及其关系可划分的两种推理形式[2].归纳推理是指从特定的事件、事实向一般事件或事实进行推论的过程，是从已经（或当前）观察到的现象推及即将观察到的未知现象的心理过程.演绎推理是在某些前提成立的条件下推测必然会出现的特定结论，是做合乎逻辑的推论的过程[3].从定义上看，归纳推理是从个别到一般的推理过程，而演绎推理则是从一般到个别的推理过程.化学简答中的归纳推理是指由具体事实推导出一般结论的过程.同理，演绎推理是指由一般原理、规律作用于具体事实进行推导的过程.

比较推理（Comparing Reasoning）、类比推理（Analogy Reasoning）是科学研究中常用的方法.比较就是对两个或两个以上的事物的相互关系进行研究，是认识对象间的相同点或相异点的逻辑方法[4].类比推理是根据两个或两类对象有部分属性相同，从而推出它们的其它属性也相同的推理.化学简答中的比较推理就是对试题中两个或两个以上相类似的信息进行比较，比较其相似性或差异性，并进行推理.类比推理就是将试题中所给陌生物质进行分类，与学过的同类物质进行比较，将已知物质性质迁移至陌生物质中进行推理.

1.2 高考化学简答中常见的推理类型

笔者将2017～2019年北京高考理综化学试题和全国高考（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ卷）理综化学试题进行分析，发现北京高考化学试题用简答形式的设问较多，而在全国高考化学试题涉及很少. 依据上述设定的推理类型，对北京高考化学试题中的简答设问进行统计见表1.

由表1发现在北京高考化学试题中，北京高考化学试题比较注重以简答的形式考查学生的逻辑思维推理过程，类型主要体现在溯因推理、演绎推理和比较推理，从统计看没有出现归纳推理和类比推理等.究其原因溯因推理、演绎推理和比较推理更适合于解决问题的过程，归纳推理和类比推理更适合于化学知识、原理的学习过程.

2.3 高考化学试题中设置简答的功能

简答可以展现学生完整的推理过程，在推理过程中可以评估学生逻辑思维的能力，如：是否能抓住问题的本质核心，是否能以信息和已有知识作为证据进行合理推理，是否能将合理推理过程进行有逻辑的、完整的表达.由此可见，简答能够基于证据、通过分析推理建立观点、结论与证据之间的逻辑关系，证据推理需要逻辑分析的路径，溯因推理、演绎推理方法可以帮助学生完成从证据到结论的逻辑推理过程，在评估学生逻辑思维分析的能力的同时，可以很好地体现学生的证据推理素养.

2 高考化学简答的逻辑思维分析方法和策略

2.1 溯因推理方法

例1 （2019北京高考26-5）化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量（废水中不含干扰测定的物质）.

Ⅰ.用已准确称量的KBrO3固体配制一定体积的amol·L-1 KBrO3标准溶液;

Ⅱ.取V1 mL上述溶液，加入过量KBr，加H2SO4酸化，溶液颜色呈棕黄色;

Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入V2 mL废水;

Ⅳ.向Ⅲ中加入过量KI;

Ⅴ.用b mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定Ⅳ中溶液至浅黄色时，滴加2滴淀粉溶液，继续滴定至终点，共消耗Na2S2O3溶液V3 mL.

……

（5）KI与KBrO3物质的量关系为n（KI）≥6n（KBrO3）时，KI一定过量，理由是.

分析过程

问题：为什么KI与KBrO3物质的量关系为n（KI）≥6n（KBrO3）时，KI一定过量？

变化：i.BrO-3+ 5Br-+ 6H+3Br2 + 3H2O

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

角度：多个反应中物质的定量关系（过量）.

分析：依据问题需要先提取出该定量实验中的这两个氧化还原反应，运用得失电子守恒进行配平，继而得出恰好完全反应时的定量关系：n（KI）=6n（KBrO3）.再分类讨论如下.

（1）无苯酚影响的简单理想化模型.

当n（KI）=6n（KBrO3）时，KI恰好反应完全;当n（KI）>6n（KBrO3），KI是过量的.

（2）有苯酚影响的复杂实际模型.

由题给信息可知废水中含有少量的苯酚，而苯酚会消耗一定量Br2继而生成2，4，6-三溴苯酚，该有机反应为第三小问进行铺垫： 苯酚和KI共同消耗了步骤II中生成的Br2，需要的KI的量有所减少，当n（KI）≥6n（KBrO3），KI一定是过量的，且过量程度比无苯酚影响的简单理想化模型更多.

答案：反应物用量存在关系：KBrO3～3Br2～6KI，若无苯酚时，消耗KI物质的量是KBrO3物质的量的6倍，因有苯酚消耗Br2，所以当n（KI）≥6n（KBrO3）时，KI一定过量.

推理方法 化学简答溯因推理方法结构如图1所示.

使用策略

（1）溯因推理的关键是将简答设问转换成“为什么”的问题.准确找到具体的需要解释的问题，就找到了明确的方向，沿着问题思考，才能追溯到真正的原因.简答设问一般会把要问的问题进行概括后用简洁的文字表达出来，这样就有可能使问题不够具体明确，因此，将简答设问转换成更明确的问题是溯因推理的关键步骤.

（2）溯因推理的基础是找到完整的物质变化体系，通过物质微粒或者信息找全所有相关的物质变化（包括化学反应和化学平衡），才有可能运用角度判断反应之间的关系.假如只看到个别反应，那么在运用角度分析时，思维的逻辑链就会有偏差或断裂.当体系中有多个反应或平衡的时候，要进行编号，有利于简洁地表达.

（3）溯因推理的逻辑源于角度（如图1所示），有了正确的角度，就有可能找到各个化学变化之间的逻辑链条，多因素中会找到解释原因的主要因素，进而找到本质的原因.那么如何能够找到正确的角度呢？角度一般隐藏在问题和信息中，能够较好地转换问题，就说明已经初步有了分析问题的角度，找到用于分析问题的信息，就能完善分析问题的角度.

2.演绎推理方法

例2 （2018年北京高考27-2）近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储.过程如图2所示.

对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示.

p2  p1（填“>”或“<”），得出该结论的理由.

分析過程

规律：其他条件不变时，增大压强，平衡向体积缩小的方向移动.

平衡：反应Ⅱ 3SO2（g） + 2H2O（g） 2H2SO4（l） + S（s） ，其他条件不变时，增大压强，平衡正向移动，n（H2SO4）增大，n（总）减小，H2SO4的物质的量分数增大.

推导结果 p2 > p1 .

答案 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，H2SO4的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大.

推理方法 化学简答演绎推理方法结构如图4所示.

使用策略

（1）演绎推理在高考化学简答中有比较明显的特征，它主要集中在化学平衡及其影响因素的试题中. 通过对平衡移动方向的分析，判断条件改变，或者反之，通过改变条件判断平衡移动的方向，推导平衡常数的变化等.

（2）演绎推理的关键是将原理、规律应用到试题所给平衡中进行推理，学生在思考和回答问题的过程中，往往不会先有意识地回想规律，而是直接对给出的平衡进行分析.正是这种思维过程的缺失，会造成学生回答问题时缺少逻辑或逻辑混乱，甚至导致结果错误.

3 研究高考化学简答的逻辑思维方法对教学的启示

高考简答通过展示学生分析问题、解决问题的逻辑思维过程，对学生逻辑思维能力和证据推理素养进行考查 .因此，化学教师要有意识地将高考与高中化学教学进行衔接，使考试要求的能力和素养在平时的教学中得以落实.

3.1 溯因推理是科学探究过程的具体体现

溯因是不断追问为什么的过程，是具有创造性的推理过程，可以使人类的知识不断扩展深化.科学家在发现新的现象或实验结果时经常会提出质疑，并围绕问题进行科学探究.他们首先发现有价值的问题，选取研究对象，并确定一些要素来建立研究问题的角度，依次将要素作用于研究对象来判断影响的主次，找到解决问题的主要原因， 最终得到研究结果，形成研究报告.据此，在中学化学教学中，教师可以引导学生提出有价值的问题，像科学家一样开展实验探究.将溯因推理融入其中，在实验探究中不断提升学生的逻辑思维能力和证据推理素养.

元素化合物性质的学习几乎都可以围绕实验探究并运用“溯因推理”、“类比推理”等方法来进行教学，即从实验现象或实际问题找出具体物质作为研究对象，按照物质类别和价态来预测物质性质，通过实验验证或数据支持得到结论.以研究氮和硫的氧化物为例，氮、硫化合物与实际生活紧密相关，教学通常以实际问题情境引入，如引导学生们关注空气质量报告中的氮硫化合物，提出问题：“为什么含氮和硫元素的化合物会污染空气？”.此问题具有开放性，在解答的过程中，涉及到含氮、硫元素的一系列物质及其转化;在研究每一种物质的时候，需要调用物质类别通性和氧化还原的分析角度.之后在纵观含氮一系列物质的性质及转化的过程，学生需找出污染物的来源，发现污染问题，为解决污染问题提供方案，而且提升了学生的环保意识、社会责任感.在真实复杂问题的探讨过程中，学生需分清主次因素，权衡利弊，培养学生的溯因推理的逻辑思维能力.

3.2 演绎推理提升应用知识解决实际问题的能力

学生学习化学课程的目标不仅是为了积累更多的知识，而且需要将理论应用于实际.在高中化学反应原理的教学过程中，学生会学到了许多基本概念和基本规律，将其应用到解决实际问题中时，实现从一般到个别的“演绎推理”过程，从而提升学生应用知识解决实际问题的能力和逻辑思维的能力.

元素周期律的学习在高中阶段具有承上启下的重要作用，对于学习元素化合物具有指导意义，对预测陌生物质的性质提供了新的角度，学生可以通过元素周期律分析预测具体物质的结构和性质，如运用周期律预测硒的性质.

在化学平衡移动原理中存在的一般规律是勒夏特列原理，法国化学家勒夏特列提出当改变浓度、压强、温度、参加反应的化学物质的浓度之一时，化学平衡向能够减弱这种改变的方向移动.学生应用这一原理可以解决化学平衡、弱电解质的电离平衡、水的电离平衡、盐类水解平衡、难溶物沉淀溶解平衡等平衡移动的问题，充分体现了从一般到个别的应用，培养学生演繹推理的逻辑思维能力.

近年来，高考命题从考查学生解题向考查学生解决问题和做事的方向上进行改革.简答题的开放性和能力素养的考查功能，无疑可以诠释这一理念.因此，教师在教学的过程中，要多创设开放性的问题，让学生有更多的机会， 运用科学的逻辑思维方法，多角度的思考、分析、解答开放性的问题，并指导学生有条理、有逻辑的进行表达 ，提升学生逻辑思维的能力，培养学生证据推理的素养，让学生学会做题和做事.

参考文献：

[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]刁开盛， 黄忠京， 张卫民.逻辑思维方法在有机化学教学中的应用[J].广西民族大学学报（自然科学版），2011，17（03）：101-105+108.

（收稿日期：2019-12-31）