“類比推理法”在高中化學教學中的功能及其應用

張瑞芳 吳曉紅 蘇義梅

[摘要]類比推理法能夠為科學家提供發明和發現的靈感，在中學化學教學中，此法同樣能夠讓學生進發思維想象。在高中化學實際教學中分析類比推理法所體現的發現、遷移、模擬、鑒別、試誤五個功能，培養學生的“證據推理與模型認知”核心素養，展示類比推理法在化學教學中的價值。

[關鍵詞]類比推理法，高中化學教學，功能，核心素養

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）11-0054-03

一、問題的提出

類比推理是指兩個或兩個以上的對象雖然有差異，但是在某種程度上，它們之間有著相同的性質和聯系，以此作為依據，由已知對象的性質或關系來獲取未知對象的性質或關系。在化學史發展的歷程中，“類比推理法”占有舉足輕重的地位，化學家利用“類比推理法”發現和證明了許多令人驚艷的定律和原理。

2017年版高中化學課程標準的修訂，更加注重開展“素養為本”教學，對學生“證據推理與模型認知”核心素養提出了更高的要求，這與“類比推理法”能夠實現的教學功能不謀而合。我們通過“類比推理法”可達到新課標所要求的對學生“證據推理與模型認知”核心素養的培養。

二、“類比推理法”在高中化學教學中的功能體現

用“類比推理法”指導高中化學教學，主要表現在對以下五個功能的應用上。

1.類比推理的發現功能

在科學研究中，常常通過借助類比推理，提出新的觀點，建立新的理論。在中學化學教學中，類比推理的發現功能主要是指通過類比去引導學生創建和聯想新舊知識間的聯系，進而更好地理解和掌握所學知識（如圖1）。

例如，在講授高中化學必修1“離子反應”這一內容時，可與初中已經學過的復分解反應的概念進行類比分析。在初中階段，學生已經了解和掌握了酸、堿、鹽之間會發生復分解反應，復分解反應的實質就是參與反應的化合物能夠在水溶液中電離生成離子，離子間再重新組合成新的化合物。那么，在教學高中化學的離子反應概念時，從學生熟悉的復分解反應概念引入，回顧復分解反應的定義和實質，創建復分解反應和離子反應概念之間的聯系，則可減少學生學習該部分相關概念的障礙。

2.類比推理的遷移功能

類比推理的遷移功能主要表現在通過類比活化人們頭腦中貯存的知識信息，從一些表面上不相關的對象之間找出共性的橫向聯系。“模型認知”核心素養要求學生能夠通過分析、推理等方法，來掌握研究對象的構成要素、本質特征及其相互關系，構建認知模型，并能夠運用模型解釋化學現象，揭示現象中的本質和規律。類比推理遷移功能的體現過程，同時驗證了學生是否已建立穩固的認知模型。因此，類比推理的遷移功能充分滿足了“模型認知”核心素養的培養要求，是該核心素養培養的有力手段。

具體的遷移步驟如圖2所示：

如“陌生方程式的書寫”，這類題型是根據題干提供的信息書寫化學（或離子）方程式，是近幾年新課標高考中出現的一種新題型。這類題型通常的應試對策為：首先審清題目信息，避免思維定式;再定性、定量分析，深刻掌握變化;最后根據信息類比遷移寫出陌生方程式。

例如，2019年高考化學全國Ⅱ卷的第26題（節選）：

立德粉ZnS·BaSO₄（也稱鋅鋇白），是一種常用白色顏料。回答下列問題：

（2）以重晶石（BaSO₄）為原料，可按圖3所示工藝生產立德粉：

通過對2019年高考題的類比分析解答，“陌生方程式書寫”題型的解析過程條理更加清晰，同時促進學生“模型認知”核心素養的培養，實現從已知知識到陌生知識的遷移，提高學生解決含有陌生信息的習題的能力。

3.類比推理的模擬功能

物理模擬，不僅具有形象直觀、能把一些難以表現的現象顯現出來的特點，還能通過將抽象的對象類比為生活日常來鞏固學生記憶和激發學生的學習興趣。在教學過程中，把熟悉的直觀現象與陌生的化學知識形成類比，能為學生的思維提供支撐基礎，降低學習難度，使學生更加容易接受新知識。

如在學習有機化學知識時，把像D-丙氨酸和L-丙氨酸（如圖6）具有這樣結構的分子，即不能與自身鏡像重疊者，稱為手性分子。把這種手性分子類比為人的左右手，其中一只手只有在鏡像中才能與另一只手完全重疊。學生已經學過成像原理，了解鏡子中的成像和實物之間的聯系與特點，將手性分子的結構特點與鏡像原理進行類比，既建立了知識的聯系，又為有機化學知識的后續學習提供了新的途徑和方法。

在教學中，將新知識和被類比的知識建立聯系，利用二者之間的相似特征，把抽象教學內容具象化，有助于學生對知識的掌握以及“證據推理”核心素養的提升。

4.類比推理的鑒別功能

在化學學習中，常常需要對一些表面相似或相近而在本質上卻迥然不同的概念、公式、定律等加以比較，從而分清其差異，認識其特征，這體現了類比的鑒別功能。在這個過程中，提出觀點并提供證據來支撐，進而建立邏輯關系。“證據推理”核心素養強調要培養學生的證據意識，能夠利用證據對物質結構、組成及其變化提出一些可能的假設，而后通過分析推理來證實其正確性或驗證其錯誤性，同時建立證據、觀點和結論之間的邏輯關系。

具體的鑒別步驟如圖7所示：

例如，共價鍵的極性和分子的極性，同樣都是關于“極性”的概念，卻不是同一種“極性”，兩個概念既有區別又有聯系，學生很容易將二者混淆，認為有極性鍵的分子就是極性分子。

教學過程中，先給出分子極性和共價鍵極性的概念，從“極性”出發來進行類比。在雙原子分子中如果原子之間存在極性共價鍵，那么形成的分子就是極性分子。而確定共價鍵的極性要對共用電子對是否發生偏移進行判斷。指出混淆點：含有極性共價鍵的雙原子分子一定是極性分子，但是含有極性共價鍵的多原子分子的極性不單單只由共價鍵的極性來決定，還需要由整個分子的空間排布方式來共同決定。

最后讓學生分析實例，強化已形成的正確認知。如CCl₄中的C-Cl鍵是極性共價鍵，其分子構型見圖8.由于其對稱的分子構型，使鍵的極性相互抵消，偶極矩為零，因此它是非極性共價化合物。而H₂O的分子構型是不對稱的（如圖9），所以偶極矩非零，因此為極性共價化合物。

5.類比推理的試誤功能

在類比推理的過程中，通過類比了解未知對象與類比對象的共性，有時容易忽視未知對象的特性，錯誤地理解未知對象的性質。在教學中，恰到好處地利用類比的這一特點，不事先規避強調，而是在學生出現錯誤的時候，糾正錯誤，可使學生加深對知識的印象。類比推理的鑒別功能是讓學生證實觀點，而試誤功能則是證偽，設置陷阱和誤區，引導學生提出錯誤的假設，再去親身驗證，去反思錯誤及出現錯誤的原因，深刻認識類比對象之間的聯系，強化知識的掌握和能力的提升，深化“證據推理”核心素養的培養。

具體的試誤步驟如圖10所示：

例如，學生在學完Fe能夠把Cu從其水溶液中置換出來，即Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄后，得知Fe和CuSO₄之間能夠反應是因為Fe的活動性比Cu強，并得出一般規律：金屬活動性順序表里排前的金屬能把排后的金屬置換出來。教師進行類比試誤，引導學生類比：Na的金屬活動性也強于Cu，Na是否也能將Cu從其鹽溶液中置換出來呢？如果Na能把Cu從CuSO₄溶液中置換出來，那么溶液中應該有紅色固體析出，但是真實的實驗現象卻是先有氣泡產生，后有藍色沉淀析出。那么究竟是什么導致了類比的失誤呢？

教師帶著學生一起分析金屬活動性順序表，判斷金屬和鹽溶液置換反應發生的限制條件。雖然金屬活動性順序排前的金屬能把排后的金屬置換出來，但是K、Ca、Na除外，且參與置換反應的反應物一定要是可溶性鹽，能夠形成溶液。那么為什么要把金屬K、Ca、Na排除在外呢？這是因為金屬離子與這三種活潑金屬反應的速率遠遠小于H₂O與它們反應的速率。因此，把Na放入CuSO₄溶液中，Na先和H₂O發生置換反應，而產生的NaOH又和CuSO₄發生復分解反應，反應化學方程式為：2Na+2H₂O+CuSO₄=Cu（OH）₂↓+Na₂SO₄+H₂↑。

通過以上五大功能的分析舉例，證明“類比推理法”不管是在以前的化學史認識過程和方法論的研究過程中，還是在當下的化學教學實踐中，它都發揮著重要作用。利用“類比推理法”在新舊事物之間建立某種聯系，能夠化抽象為形象，化枯燥為生動，化陌生為熟悉，促進學生正確建構科學概念，進一步提高教學的效率。