浅谈证据推理与模型认知类试题备考策略——以2021年全国卷化学试题为例

广东 刘凯钊 韩凤伟

在《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中明确指出“证据推理与模型认知”的内涵包括：“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立起观点、结论和证据之间的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。”基于证据推理与模型认知而进行的问题解答是一个完整的逻辑思维过程，能很好的培养学生形成化学学科的思想与方法，并且体现了学生对于问题的递进式思考过程。

《普通高中化学课程标准(2017年版)》颁布以后，化学核心素养以及“素养为本”的教学成为关注的热点。对本区域内76位高中化学教师进行问卷调查发现，100%的教师都认为有必要开展“素养为本”的教学，但真正实践过的少之又少，只有16.4%，对化学学科核心素养进行深入研究的也只有8人。所以大部分学生得不到有针对性的核心素养培养。

开展“素养为本“的高三教学研究前应先研究高考题对学科核心素养的考查，明确“素养为本”的高三复习课应如何设计。

一、证据推理与模型认知考查试题统计

1.试题题号与分值统计

对2019—2021年高考化学全国卷中体现证据推理与模型认知的试题的题号、分值统计如表1所示。

表1 2019—2021年高考化学全国卷中体现证据推理与模型认知的内容统计

从表1统计的数据可知，近3年来，高考对证据推理与模型认知这一化学学科核心素养的考查分值占比逐年增加，由21分提升到27分，选择题均有一道题考查这一核心素养，分值为6分，非选择题的分值也从15分提升到21分。

2.考查知识点、考查学科能力及学业质量水平统计

本文从情境素材、考查知识点、学科能力、学业质量水平等方面对侧重考查证据推理与模型认知的典型选择题和非选择题分别进行统计，结果如表2和表3所示，旨在揭示高考化学全国卷证据推理与模型认知素养的命题及考查特点。

表2 2019—2021年高考化学全国卷中侧重考查证据推理与模型认知素养的选择题统计

续表

表3 2019—2021年高考化学全国卷中侧重考查证据推理与模型认知素养的非选择题统计

续表

从表2可知，每年选择题均有一道与原子结构及元素周期律有关的试题，考查学生证据推理与模型认知素养。

从表3涉及的知识点来分析，可知近3年高考化学全国卷考查证据推理与模型认知素养常关联的知识为：研究化学的基本思路和方法、化学反应的基本原理和基本理论、原子结构与元素性质、分子间作用力与物质性质、晶体结构与性质、结构模型与理论模型等。

二、高考化学全国卷侧重考查证据推理与模型认知类试题举例分析

【例1】(2021·全国乙卷·11)我国嫦娥五号探测器带回1.731 kg的月球土壤，经分析发现其构成与地球土壤类似，土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z，原子序数依次增大，最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素，且均不与W同族。下列结论正确的是

( )

A.原子半径大小顺序为W>X>Y>Z

B.化合物XW中的化学键为离子键

C.Y单质的导电性能弱于Z单质的

D.Z的氧化物的水化物的酸性强于碳酸

【答案】B

【分析】本题通过元素的推断考查了考生对原子结构和元素周期律、元素性质递变规律等基本理论以及对短周期元素单质和化合物性质的理解和掌握。从题干中得到关键信息，也就是证据：“短周期元素W、X、Y、Z，原子序数依次增大，最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素，且均不与W同族”，可假设X的最外层电子数为x，则Y和Z的最外层电子数分别为x+1和x+2，W最外层电子数为y，则3x+3+y=15，3x+y=12，当x=1时，y=9，不符合客观事实；x=3时，y=3，不符合题中信息；因此当x=2，y=6时满足题干要求，从而推出X是Mg、Y是Al、Z是Si、W是O。

【解析】原子半径大小顺序为X>Y>Z>W，A项错误；MgO中活泼金属与活泼非金属形成的化学键为离子键，B项正确；Al是两性金属，导电性强于非金属单质Si，C项错误；硅酸酸性比碳酸弱，且非金属性强弱须通过最高价氧化物对应水化物比较，D项错误。

本题考查的知识点是中学化学教学中最基本又很重要的基本概念和基本理论，题目要求考生熟悉化学基本概念，了解原子的构成，掌握金属非金属元素的位置及其性质的递变规律，这些都是《课程标准》的基本要求。考生需要通过清晰的逻辑推理。得到各个字母的代表元素，在此过程中，主要考查考生严谨缜密的思维能力。

证据推理与模型认知化学学科核心素养在“物质结构与化学反应规律”主题的发展重点表现为：构建“位-构-性”关系认知模型，并发展对元素及其化合物化学性质的认知模型，从“各类物质的一般性质→氧化性和还原性”二维模型发展到“各类物质的一般性质→氧化性和还原性→相似性和递变性”三维模型。

三、以“原子结构和元素周期律”高三复习为例谈谈证据推理与模型认知素养的培养

证据推理实际上是一个逆向思维的过程，而模型认知强调的是用模型的方法形成解决新问题的基本思路。对于物质结构与化学反应规律的学习，高三复习教学中启发学生运用数据、实验事实等证据素材来理解知识，帮助学生利用元素周期律分析和解释元素和物质的性质，建立“位-构-性”的系统思维模型，提高模型认知意识。

1.逐级建构“位置-结构-性质”认识模型，发展学生模型认知与证据推理素养

建构“位-构-性”认识模型是模型认知与证据推理化学学科核心素养在本专题的具体体现，高三一轮复习中采用“逐级建构”的思路组织内容、设计活动，能有效发展学生的证据推理与模型认知化学学科核心素养。

表4 证据推理与模型认知素养落实课程设计

2.将“类-价”二维认识模型发展为三维认识模型

高三复习中要使学生对元素化合物的认识工具从“类-价”二维认识模型发展为如图1所示三维认识模型。能从元素在周期表中的位置、原子结构、元素的性质这三个角度认识元素，从物质类别、元素化合价、元素在元素周期表中的位置三个角度认识含某元素的物质的性质，预测元素及其化合物的性质。

图1

学生的证据推理与模型认知素养的培养是一个长期的过程，教师要有计划有意识的在各模块内容的教学环节中设计活动培养学生的核心素养。在有机物的学习过程中，可以通过模型拼插的活动帮助学生认识有机物中碳原子的成键特点及分子的空间结构，进而探讨共线共面问题；在电化学的学习中，充分利用教材中出现的素材，如带盐桥的电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池、电解氯化铜溶液、电解饱和食盐水的氯碱工业等，促使学生提高对电化学本质的认识，建立电化学的分析思路模型。元素化合物知识的教学对于帮助高中学生构建完整的知识体系有着至关重要的作用，如果教师能帮助学生建立相关的研究模型，那么学生在考试中遇到陌生的物质，自然而然地就会从分类的角度明确其所属的物质类别，然后根据类别推测它们可能有的性质，进而根据性质推测其在人类生产生活中的用途。总之，在高三复习课堂教学中，教师应时时刻刻注意引导学生学会获取证据，形成模型，发展学生的“证据推理与模型认知”的核心素养。