類比思維能力的培養及在提升物理化學教學效果中的應用

韓璐 羅世永 李路海

摘要：針對物理化學教學學內容中凸顯的概念抽象、枯燥且容易混淆等問題，本文主張在教學實踐中著重培養學生的類比思維能力，利用熟知的已有知識，幫助學生對物理化學新知識的理解和認知。教學實踐證明，類比法對重點、難點知識的講解能夠達到由淺入深、化難為易的教學效果，可極大程度調動學生的興趣和學習主動性，對提升物理化學教學效果具有重要的意義。

關鍵詞：類比思維；物理化學；教學效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0238-02

在材料、化學、化工、生物、制藥、冶金等相關專業中，學生對物理化學知識的掌握程度影響到對其他課程知識點的把握。同時物理化學也是諸多大學研究生入學的專業考試課程。但是，在物理化學課程具有課程起點高、知識點密集、知識點抽象、難度大的特點。這也使得物理化學“教”與“學”的難度都較高。如何提升教學效果，一直是物理化學教學中研究的一個重要課題。

在具體教學中，通過聯想、分析、比較、歸納，把已經熟悉的知識模型、知識規律與所研究的各種現象和過程相聯系，找出它們在某些方面的相似之處，并用類似的方法處理稱為類比思維方法。類比思維曾經幫助人類獲得大量的知識，很多物理學家如開普勒、牛頓、麥斯偉爾都運用類比思維解決了很多物理學難題，可見，類比思維能力是進行學習和研究的基本素質之一。

根據認知心理學原理，在學生學習新的知識，尤其是比較抽象的知識時，最好能找到新舊知識之間的聯系。對于物理化學教學而言，通過相似關系舉出學生熟悉的領域中的實例，可以幫助學生對新知識的理解和認知。由于物理化學教學內容相對抽象，類比思維可對學生學習該課程提供直接的指導和啟發。另外，類比思維也是一種科學的思維方法，運用類比有助于迅速地把握處理問題的關鍵，變通物理化學規律，提高分析問題和解決問題的能力。

一、與熟悉的形象化的事物進行類比

物理化學教學內容中有很多抽象的概念，比如焓、熵函數、活度、相律等。這些概念不易理解，但是用學生熟悉的形象化的事物去類比，可幫助學生較快地理解與掌握這些概念的含義。這種類比思維方法的基本過程是，確定要類比的目標問題對象，然后確定類比源對象；之后對目標問題對象與類比源對象進行比較，進而找出他們之間的類似關系；根據目標問題對象的已知信息，對其相似關系進行重整化處理。

例如，學生在學習熱力學第二定律章節內容中利用熵判據ΔS≥0來判斷隔離系統的方向與限度時，普遍感到不好掌握，我們就類比生活中的現象來進行解釋。即讓同學試想自己生活的房間，如果平時不注意清潔和整理，用過的東西隨意丟棄擺放，用不了多長時間房間就會變得很混亂。這樣，同學們在理解熵增加的本質即系統內部自然發生的隨機過程打破了原有的狀態限制，使得系統內部元素的狀態更多，就會感到抽象的內容更加形象化，更易于理解與接受。

所以，利用類比法，使抽象、陌生的概念變為具體、熟悉的知識，降低接受抽象概念的難度，提高了學生學習物理化學的興趣。這種思維方式通過選取合適的類比源對象和目標問題對象以直觀的、形象的圖景映入學生腦海中，使其具有形象思維的特征。

二、與其他課程內容進行類比

學習類比思維主要是讓學生知道很多知識點之間不是孤立的，而是相互聯系、相互促進的。類比思維的培養，既依賴于形象思維，因為只有通過想象作必要的類比示意圖，才能將原來不同的兩種物理模型、物理規律之間相互聯系起來。同時又借助于抽象思維，因為只有抽象思維才揭示出兩個事物的共同特征，抓住事物的本質。

在具體的課程實踐中，除了與形象化的事物進行對比，物理化學的知識點還可以與很多其他課程內容進行類比，以此來幫助學生靈活地運用已掌握的知識來解決遇到的新的物理化學問題。特別是物理化學與其他課程，比如大學物理、大學化學乃至高中物理和化學之間都有部分相似的教學內容，那么就可以采用類比教學法，利用學生較為熟悉、已經掌握的舊知識，去啟迪學生理解和掌握物理化學中新的知識。

例如，熱力學第一定律和熱力學第二定律是大學物理課程中的內容，同時也是物理化學中的內容；那么，在講授物理化學中的熱力學第一定律和熱力學第二定律這兩節內容時，就可以采用類比法，指出與大學物理所學內容的相同之處，同時強調二者存在的差異，如此循序漸進同學們更容易接受新知識。

在具體的教學實踐中，我們指出，不管是大學物理還是物理化學，熱力學第一定律解決的都是系統在變化過程中的能量問題，包括功、熱和熱力學內能或稱內能等。但不同的是，大學物理課程內容中，僅針對理想氣體這一簡單的系統，計算過程也相對簡單；而物理化學的相關內容里，系統不僅包括理想氣體還包括液態、固態物質，而且系統經歷狀態復雜，不僅有恒溫、恒壓還有相變化以及化學反應等復雜的過程，同時相應的引入了新的概念，如摩爾相變焓Δ■■■H■、摩爾反應焓Δ■H■■等，所以計算過程相對復雜。這樣，通過類比就讓學生在新、舊知識之間架起了一座“橋梁”，讓新舊知識之間互相溝通。

三、對課程內部知識之間進行類比

物理化學課程中有很多非常相似的知識點，這些知識點集中以大量類似的化學方程式來呈現。面對大量的物理化學化學方程式，學生往往感覺記憶困難。巧妙運用類比法，會讓方程式記憶變得輕松并且深刻。

例如，范德霍夫滲透壓公式被認為是物理化學界的經典理論之一，被寫在世界各國的物理化學教科書中，范德霍夫的滲透壓方程式表述為ΠV=n■RT，但是其概念不容易掌握。我們可對比學生們所熟知的理想氣體狀態方程pV=nRT，發現二者具有相似的組成，比例常數與氣體狀態方程式中的常數R也基本一致，所以可對比這兩個公式的特點來幫助同學們進行理解、掌握與記憶。

再比如，物理化學中有些方程式的導出過程也可采用類比的方法進行推導。比如真實氣體的范德華方程式（P+■）（V■-b）=RT，就是通過與理想氣體狀態方程（PV■=RT）進行對比，添加了壓力修正項（■）和體積修正項（b）而得出的。類似地，在多相多組分熱力學章節中，提出了“偏摩爾量”這一重要概念，解決了體系中多相、多組分的組成變化對體系狀態影響的問題。采用類比思維，只要將純物質的任一廣度量替換成偏摩爾量，則可根據純物質的熱力學函數關系，寫出多組分系統中任一組分的熱力學函數關系。

物理化學課程方程式繁多、復雜，看似難以理解和記憶，然而從整體上去把握，就會發現不同章節的方程式只不過是同一個方程式在不同條件下的演變形式而已。因此，在講授基本原理和基本方程式的過程中，靈活運用類比或比較的方法，也有助于培養學生的發散思維。另外通過類比來找出各個方程式之間的共同點和關聯性，既加深對物理化學本學科知識點的理解，也使學生對自然規律的普遍適用性有了更深入的認識。

四、如何引導學生正確運用類比思維

類比思維是一種富有創造性的思維形式，類比推理的過程是形象思維、抽象思維、直覺思維的辯證統一的過程。從某種程度上講，類比思維是類比推理過程中的各種思維形式的總稱。要引導學生正確運用類比思維，需要從以下幾點進行規范。

首先，通過向學生介紹類比思維在科學發展史上做出重大貢獻的歷史事件，讓學生深刻體會到類比思維的重要性。比如愛因斯坦從引力場幾何化的成功作類比推理，致力于電磁場的幾何化，進而建立“統一場論”的思想，這樣的類比案例可以幫助學生樹立正確的科學觀，以及實事求是的科學態度與科學精神，從而激勵并增強學生運用類比思維解決新問題的勇氣。

其次，教師在具體的教學過程中，要根據學生的情況選用學生熟悉的“類比源”。雖然類比思維既可以近親類比，還可以邊緣類比。但是教師與學生在生活經驗、知識積累等方面還存在著一定的差異。特別在當前的互聯網時代，教師與學生的生活環境、成長經歷、心理特征都呈現出較大的不同。部分教師在追求專業知識精深的同時卻對當前大學生的生活方式和時代背景少有了解，這可能造成教師在進行類比教學時難以找到合適的類比原型。另外，部分學生生活經驗的匱乏可能導致他們在理解類比源時產生一定的困難。這都需要教師要主動地積累深厚而廣博的知識，盡可能廣泛地涉獵目前時代發展的特征和其他領域的知識。這樣類比源的選擇范圍越廣泛，類比的形式越靈活，也越能發揮類比的作用。

最后，類比法中雖然包含了許多辨證的關系，如相似與相同、同一和差異、偶然聯系和必然聯系，現象相似與本質相似等等，但是教師應該適時地提醒學生，類比思維作為一種形式邏輯思維方法，它不同于從一般到特殊的推理，也不同于從特殊到一般的歸納，它的結論具有偶然性。因此，采用類比思維學習新知識的時候，必須事先提醒學生注意到各種差異對類比結果的影響。教師在物理化學教學中要注意類比法的局限性，引導學生準確地應用類比思維接受新知識，指導學生進行科學類比。

實踐證明，采用類比思維教學法，不僅有利于學生對新知識的學習、理解，還有利于對復雜物理化學概念、過程的具體化、形象化，能幫助學生通過類比聯想尋求思維的線索，獲取理解、掌握知識的方法以及解決問題的途徑，對于提升物理化學教學效果具有非常重要的現實意義。

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