類比在概念教學(xué)中對學(xué)生影響的調(diào)查研究

摘要：類比有助于學(xué)生理解，也有助于培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考社會生活中的化學(xué)現(xiàn)象和分析解決社會生活中簡單化學(xué)問題的能力。文字——圖像類比更加有利于學(xué)生熟悉目標(biāo)概念和類比源之間的聯(lián)系，并且使學(xué)生產(chǎn)生更多的聯(lián)想，因此也就更容易建構(gòu)新的知識網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：概念；類比；文字類比；圖像類比；文字—圖像類比

文章編號：1008-0546（2013）03-074-02 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.03.030

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在教科書編寫建議中提出：“教科書的編寫要充分利用學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)他們理解和體會知識的產(chǎn)生過程，自主構(gòu)建知識體系，增強(qiáng)進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。”

由于化學(xué)是一門深入原子、分子層次研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化及變化規(guī)律的科學(xué)，因而不少學(xué)生感到概念抽象、難懂。什么樣的教學(xué)方法可以幫助學(xué)生較順利地掌握這些概念？

二、概念界定

類比：類比是人們根據(jù)兩個(gè)或兩類對象在某些方面具有相同的屬性而發(fā)現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系和完成某些推理的一種思維方式。根據(jù)呈現(xiàn)方式的不同，可以將類比分為文字類比、圖像類比、文字—圖像類比。

文字類比：文字類比是借助文字的形式陳述目標(biāo)物、類比物，并說明它們之間的相似性。

圖像類比：圖像類比要求圖像以日常事物或生活情景為主要內(nèi)容，且能實(shí)現(xiàn)類比作用。

文字—圖像類比：文字—圖像類比中的圖像編排方式應(yīng)與一般的插圖相同。除了圖題外，圖像應(yīng)配有簡要說明的文本，即形成“文字—圖像類比”。這樣不僅能夠引起學(xué)習(xí)者對圖像類比的注意，也有助于學(xué)習(xí)者對圖像內(nèi)容形成正確、迅速的理解。

三、研究方法

1. 被試選擇

高一和高二的學(xué)生，參加測試的學(xué)生共60人。

2. 研究工具

“原子核組成的調(diào)查研究”，該調(diào)查問卷的初稿是在分析了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的基礎(chǔ)上，結(jié)合原子核相關(guān)概念的特點(diǎn)編制而成的。經(jīng)小范圍預(yù)測后，又對問卷初稿做了進(jìn)一步的修改，形成了最終的問卷。

3. 數(shù)據(jù)分析

本研究數(shù)據(jù)分析采用SPSS11.0軟件。

四、結(jié)果與分析

1. 文字類比對學(xué)生的影響

在研究文字類比對學(xué)生的影響時(shí)，以“原子結(jié)構(gòu)的行星模型”為研究對象，分別向控制組和實(shí)驗(yàn)組提供了兩段文字材料（見材料一和材料二）。

材料一：1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，提出了帶核的原子結(jié)構(gòu)模型：原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核帶正電荷，位于原子中心，電子帶負(fù)電荷，在原子核周圍空間做高速運(yùn)動。原子核外所有電子的質(zhì)量總和只占原子質(zhì)量的極小部分，原子質(zhì)量主要集中在原子核上。

材料二：“經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原子結(jié)構(gòu)與太陽行星模型有著一定的相似性（見表1）。”

在兩組學(xué)生用相同時(shí)間閱讀材料之后，要求兩組學(xué)生在相同時(shí)間內(nèi)完成下列問題。

問題：在下列原子模型中你認(rèn)為最符合的是（ ）不符合的是（ ）

原子由 和 構(gòu)成，原子核位于原子的 位置，原子核的相對質(zhì)量 （填“較大”或“較小”），電子的相對質(zhì)量 （填“較大”或“較小”），原子的質(zhì)量主要集中在 上，電子占據(jù)的空間 （填“很大”或“很小”），電子的運(yùn)動有規(guī)律嗎？ （填“有”或“無”）。

實(shí)驗(yàn)組和控制組的成績經(jīng)SPSS11.0處理的結(jié)果見表2。

進(jìn)行這樣的類比，不僅有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且有助于學(xué)生理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考社會生活中的化學(xué)現(xiàn)象和分析解決社會生活中簡單化學(xué)問題的能力。

2. 圖像類比對學(xué)生的影響

圖像類比要求圖像以日常事物或生活情景為主要內(nèi)容，且能實(shí)現(xiàn)類比作用。經(jīng)問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對手性分子的理解，高一有超過80%的學(xué)生選擇了通過圖像類比的方式來理解這一概念。經(jīng)過對學(xué)生的訪談發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)也與教材對概念的呈現(xiàn)方式相關(guān)。蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第66頁在呈現(xiàn)手性分子概念時(shí)向?qū)W生展示的一幅圖（見圖3）具有簡潔、直觀、易于理解的特點(diǎn)，所以多數(shù)學(xué)生對手性分子理解時(shí)采用了圖像類比的方法。

訪談過程記錄：

教師：你知道手性分子的定義嗎？

學(xué)生2：不太清楚了。

教師：能說說自己對手性分子的理解嗎？

學(xué)生2：能，手性分子象手一樣，相互對稱但不能重疊。

教師：你是借助什么來理解手性分子的？

學(xué)生2：因?yàn)闀嫌羞@個(gè)圖。這個(gè)圖比較簡單，容易記。

結(jié)合調(diào)查和訪談結(jié)果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對概念的理解與教材中概念的呈現(xiàn)方式密切相關(guān)。

3. 文字—圖像類比對學(xué)生的影響

在研究文字—圖像類比對學(xué)生的影響時(shí)，以“電子躍遷”為研究對象，分別向控制組和實(shí)驗(yàn)組提供了以下兩段文字材料（見材料三和材料四）。

材料三：不同的原子軌道具有不同的能量，軌道能量的變化是不連續(xù)的，即量子化的。當(dāng)電子吸收了能量后，就會從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道上。處于能量較高軌道的電子不穩(wěn)定，會回到能量較低的軌道上，當(dāng)電子從能量較高的軌道回到能量較低的軌道時(shí)會發(fā)散出光子，發(fā)出光的波長取決于兩個(gè)軌道的能量之差。

材料四：電子遷移就像爬梯子（見圖3）。如果你要上下梯子，就必修一檔一檔地爬。原子中電子在不同能級之間的運(yùn)動，也像爬梯子一樣。就像你的腳只能擱在梯子的橫檔上一樣，電子也只能處在一定的能級上，而不能處于兩個(gè)能級之間。當(dāng)電子吸收了某個(gè)特定的能量后，就可躍遷到相對高級的能級上。這個(gè)量就是電子躍遷的兩個(gè)能級之間的能量差。當(dāng)電子返回到相對低級的能級時(shí)，就以光的形式將兩個(gè)能級之間的能量差釋放出來。

在兩組學(xué)生用相同時(shí)間閱讀材料之后，要求兩組學(xué)生在相同時(shí)間內(nèi)完成下列問題。

問題：原子軌道的形狀是 。離原子核較近的原子軌道（能級）能量 （填“較高”或“較低”），從離原子核較近的原子軌道躍遷到較遠(yuǎn)的原子軌道會 能量（填“吸收”或“放出”），原子軌道是連續(xù)的嗎？ （填“是”或“不是”）。原子軌道的能量是連續(xù)的嗎？ （填“是”或“不是”）。

實(shí)驗(yàn)組和控制組的成績經(jīng)SPSS11.0處理的結(jié)果見表3。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)文字—圖像類比更加有利于學(xué)生熟悉目標(biāo)概念和類比源之間的聯(lián)系，并且使學(xué)生更易產(chǎn)生更多的聯(lián)想，因此也就更容易建構(gòu)新的知識網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槲淖诸惐戎形淖值臏?zhǔn)確解釋將優(yōu)化、提高圖像類比的教學(xué)功能。

五、啟迪與思考

如果其他的抽象概念（如電子遷移、可逆反應(yīng)、共用電子對的偏移、催化劑的作用、化學(xué)平衡、濃度和反應(yīng)速率、酶的催化作用）能夠根據(jù)類比的有關(guān)思想設(shè)計(jì)成文字、圖像、文字—圖像類比，必定對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生更強(qiáng)大的認(rèn)知促進(jìn)作用。

類比并不適合所有的化學(xué)概念，類比得出的結(jié)論具有一定的或然性。當(dāng)不加分析地把熟悉的概念擴(kuò)展到新的題材時(shí)，很容易犯下嚴(yán)重的錯(cuò)誤。一般化學(xué)概念的解釋都無必要使用類比。只有復(fù)雜、抽象的或?qū)儆谖⒂^領(lǐng)域的概念才適用文字、圖像、文字—圖像類比。。

在類比教學(xué)中應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生從自身對類比物的體驗(yàn)出發(fā)，以便進(jìn)行有意義的理解，盡可能避免機(jī)械的記憶。

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