淺議化學教學中的類比法

王 超

（南京外國語學校 江蘇 南京 210008）

類比是將一種特殊對象的知識推移到另一特殊對象的思維方法。通常情況下，類比是依據兩個對象已知相似性，有目的性的將人們對其中一個對象的特殊屬性認識推移到另一個對象上去，從而加深對后一對象的認識或推測該對象可能也具備前者的某些屬性。類比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是結論，那么類比思維的過程就是一個推理過程。類比之所以能夠“由此及彼”，之間經過了一個歸納和演繹程序，即：從已知的某個或某些對象具有某情況，經過歸納得出某類所有對象都具有這情況，然后再經過一個演繹得出另一個對象也具有這個情況。類比是一種科學猜測的方法，被廣泛地運用于邏輯思維和認知過程中，類比法可以不受現成原理和研究范圍的限制，而只要兩類對象在某些方面相同或相似，就可以進行類比。從這個層面而言，類比法能顯示其獨特的優越性。

一般而言，在學習者不熟悉領域的教學中，通常需要教育者通過相似關系而舉出學習者熟悉領域中的實例，以幫助學習者對新知識的理解和認識。由于化學學科教學內容相對抽象，所以在化學學科教學中教學類比的作用顯得尤為突出。在知識經濟時代的今天，知識創新需要創新思維，而類比思維由于其特有的思維跳躍性而格外引人注目。所以在教學中有目的地培養學生的類比思維，使學生逐步掌握類比的思維方法是十分必要的。

“培養學生像科學家一樣思考問題”是當今理科教育的重要目標之一，也是新課程改革的重要口號之一，了解科學家在科研中的思維特點對于化學學科教學具有極為重要的指導意義。縱觀歷史，我們可以看出，類比思維是科學家們在實際科研中常用且十分重要的一種思維方式。科學家們的工作往往需要用簡練的語言或公式來表述科學理論，設計實驗并解釋實驗的結果。科學家們面臨的問題是這些工作本身是無章可循的，而他們必須走在自己已知的科學的前面。這就意味著在研究某一個科研課題的最初階段，科學家們所掌握的課題相關的信息資料的數量有限、深度較淺，不足以運用歸納法進行推理，更沒有現成的定理、規則可供科學家在科研中演繹，在這種情況下，類比推理常常成為科學家們思路的源泉。

1962年，英國化學家巴特列（N．Bartlett）通過實驗，發現 PtF6可將氧分子（O2）氧化成 O2+［PtF6］-，他想，O2失電子不容易，每摩爾O2轉化為O2+吸收1175．7 kJ能量，而氙（Xe）失電子也同樣困難，每摩爾Xe轉化為Xe+吸收 1171．5 kJ能量，另外 O2與 Xe、Xe+和 O2+半徑大致相同，由此，他大膽類推PtF6也能將Xe氧化，使之形成特殊的化合物XePtF6。當他將PtF6蒸氣與過量的Xe在室溫下混合時，立即生成一種桔黃色的晶體，經X射線分析，該化合物的確是XePtF6，這是人類首次合成的“惰性”元素化合物。巴特利在公開的科學文獻上報導了他的發現，他這篇報導像任何其他重要的科學發現一樣，對同一領域或相近領域的研究工作產生了巨大影響。從事氟化學研究的化學家立刻將他們的注意力轉移到用F2（已知氧化能力最強的元素）來合成稀有氣體的氟化合物上來。這實際上也是一種類比的思想，使用強氧化劑PtF6和F2的效果應該有相似之處啊。1962年8月（離巴特利的發現僅5個月），美國阿貢（Argonne）實驗室的無機化學家們制備成功XeF4。同年德國化學家和南斯拉夫化學家分別報導了XeF2和XeF4的問世。世界范圍內稀有氣體化學的研究在一年時間內取得長足的進展。

我們能從這個案例中總結出科學家成功類比思維的一些必備條件：廣博的知識經驗儲備、敏銳的洞察力、大膽猜想和科學驗證。通過類比得到的結論只能是比喻性的、假設性的，而不是確切的科學結論。科學家們在科研中大量運用類比推理的同時，也會做大量的有針對性的實驗來驗證結論，防止類比推理的或然性導致的錯誤結論。類比法是科學家用來填補知識空白和聯想實驗策略的一個非常有力的方法。用類比法建立形象化、直觀的模型，不僅對于科學家的科研工作有極大的推動作用，對于理科教育和科學普及工作也有著不可忽視的作用。培養類比思維能力應作為培養學生科學思維能力的一個重要組成部分而加以重視。

在化學學科教學中，類比更起著重要作用，合理地運用教學類比有利于培養學生的創造性思維，減輕學生的認知負擔，提高知識的理解和記憶水平。學生在剛開始一個章節的課程內容學習時，必然要經歷一個相關經驗匱乏、對所學內容難以理解的階段。教師在類比思維方面對學生給予一定的啟發和幫助是十分必要的。

實際上，教材的編寫已經注意到這一點，我們可以以人教版的《物質的量》的這一節的內容的編寫為例，來看看編者在編寫時是怎樣運用類比的。在該節的引言中，編者是這樣敘述的：在日常生活、生產和科學研究中，人們常常根據不同需要使用不同的計量單位。例如，用米、厘米等來計量長度；用千克、毫克等來計量質量；等等。同樣，人們用摩爾作為計量原子、離子或分子的微觀粒子的“物質的量”的單位。從中我們可以看出，教材從日常生活入手，把物質的量與米、厘米等學生所熟知的單位作類比，用米、厘米等計量長度的單位；用克、千克計量質量的單位。同樣，人們用摩爾計量“物質的量”的單位引導學生知道“物質的量”這個概念，并且指出“物質的量”是計量微觀粒子的物理量。同樣，在新的人教版化學教材選修4中引入“化學平衡狀態”這個概念的時候有如下引言：如果把溶質（不限于固體）在溶液中形成飽和溶液時的狀態稱為溶解平衡狀態，對于化學反應體系來說，就應當稱作化學平衡狀態。溶解平衡所具有的許多特點，在化學平衡體系中都可以找到。例如，在反應體系中同時存在著正逆反應兩個過程，當這兩個過程的速率不相等時，常常只能觀察到某個方向的變化。從引文中我們可以看出，教材從學生已經熟悉的概念“溶解平衡狀態”作為類比源，將“化學平衡狀態”作為目標概念，使學生在原有的類比源上建立目標概念，從而理解化學平衡也具有溶解平衡的許多特點。從教師的角度來說，在講授新課的階段常常會遇到授課內容遠離學生已有的知識經驗的情況，很多教師更傾向于運用類比的方法，引入學生相當熟悉的事物作為類比原型來講解教學內容，這樣做的目的就是為了盡量降低學生的認知難度。

中學化學課程中涉及大量微觀層面的化學知識，如原子結構、分子結構、立體結構、化學反應中電子得失等，這些內容既抽象又遠離學生的生活經驗，學生在學時一般感覺難度較大，教師在講解這些知識的過程也常有“只可意會不可言傳”的困難感覺。在教授這些知識的過程中，教師適當地使用模擬法和比擬化教學能有效的降低學生聽課的難度。例如將盧瑟福原子結構與行星模型類比，將白磷的分子結構與金字塔類比，將聚合反應類比成“手拉手”。在學習元素化合物時，這種類比法就更加有實用價值了，例如不熟悉的元素的性質可根據元素周期表找到熟悉的相似元素進行類比，例如金屬鉀的性質，就可以與鈉類比。化合物也是如此，SO2可與CO類比，PH3可與NH3類比，有機化學中的同系物的化學性質存在顯著的相似性，也可應用類比法。在化學基本理論的教學中，也處處閃耀著類比法的光芒，如在講解“難溶電解質的溶解平衡”時，教師可主動引導學生復習“電離平衡”、“化學平衡”等類似的知識點，通過這些相似學科內類比，可以較快速地將一系列的相關知識點聯系起來，找出它們的共性、差異性和特殊性。這樣既增強了學生的記憶效果減輕記憶負擔、加深了學生對知識點的理解，又能在一定程度上鍛煉學生的思維能力。相對而言，運用類比思維組織課堂教學內容還可以增加知識量，可謂一舉多得。