淺議化學(xué)教學(xué)中的類比法

王 超

（南京外國語學(xué)校 江蘇 南京 210008）

類比是將一種特殊對象的知識(shí)推移到另一特殊對象的思維方法。通常情況下，類比是依據(jù)兩個(gè)對象已知相似性，有目的性的將人們對其中一個(gè)對象的特殊屬性認(rèn)識(shí)推移到另一個(gè)對象上去，從而加深對后一對象的認(rèn)識(shí)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(jié)論，那么類比思維的過程就是一個(gè)推理過程。類比之所以能夠“由此及彼”，之間經(jīng)過了一個(gè)歸納和演繹程序，即：從已知的某個(gè)或某些對象具有某情況，經(jīng)過歸納得出某類所有對象都具有這情況，然后再經(jīng)過一個(gè)演繹得出另一個(gè)對象也具有這個(gè)情況。類比是一種科學(xué)猜測的方法，被廣泛地運(yùn)用于邏輯思維和認(rèn)知過程中，類比法可以不受現(xiàn)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(jìn)行類比。從這個(gè)層面而言，類比法能顯示其獨(dú)特的優(yōu)越性。

一般而言，在學(xué)習(xí)者不熟悉領(lǐng)域的教學(xué)中，通常需要教育者通過相似關(guān)系而舉出學(xué)習(xí)者熟悉領(lǐng)域中的實(shí)例，以幫助學(xué)習(xí)者對新知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。由于化學(xué)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容相對抽象，所以在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中教學(xué)類比的作用顯得尤為突出。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的今天，知識(shí)創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)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(xué)中有目的地培養(yǎng)學(xué)生的類比思維，使學(xué)生逐步掌握類比的思維方法是十分必要的。

“培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問題”是當(dāng)今理科教育的重要目標(biāo)之一，也是新課程改革的重要口號(hào)之一，了解科學(xué)家在科研中的思維特點(diǎn)對于化學(xué)學(xué)科教學(xué)具有極為重要的指導(dǎo)意義?？v觀歷史，我們可以看出，類比思維是科學(xué)家們在實(shí)際科研中常用且十分重要的一種思維方式?？茖W(xué)家們的工作往往需要用簡練的語言或公式來表述科學(xué)理論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并解釋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。科學(xué)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(xué)的前面。這就意味著在研究某一個(gè)科研課題的最初階段，科學(xué)家們所掌握的課題相關(guān)的信息資料的數(shù)量有限、深度較淺，不足以運(yùn)用歸納法進(jìn)行推理，更沒有現(xiàn)成的定理、規(guī)則可供科學(xué)家在科研中演繹，在這種情況下，類比推理常常成為科學(xué)家們思路的源泉。

1962年，英國化學(xué)家巴特列（N．Bartlett）通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) 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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)他將PtF6蒸氣與過量的Xe在室溫下混合時(shí)，立即生成一種桔黃色的晶體，經(jīng)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(xué)文獻(xiàn)上報(bào)導(dǎo)了他的發(fā)現(xiàn)，他這篇報(bào)導(dǎo)像任何其他重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)一樣，對同一領(lǐng)域或相近領(lǐng)域的研究工作產(chǎn)生了巨大影響。從事氟化學(xué)研究的化學(xué)家立刻將他們的注意力轉(zhuǎn)移到用F2（已知氧化能力最強(qiáng)的元素）來合成稀有氣體的氟化合物上來。這實(shí)際上也是一種類比的思想，使用強(qiáng)氧化劑PtF6和F2的效果應(yīng)該有相似之處啊。1962年8月（離巴特利的發(fā)現(xiàn)僅5個(gè)月），美國阿貢（Argonne）實(shí)驗(yàn)室的無機(jī)化學(xué)家們制備成功XeF4。同年德國化學(xué)家和南斯拉夫化學(xué)家分別報(bào)導(dǎo)了XeF2和XeF4的問世。世界范圍內(nèi)稀有氣體化學(xué)的研究在一年時(shí)間內(nèi)取得長足的進(jìn)展。

我們能從這個(gè)案例中總結(jié)出科學(xué)家成功類比思維的一些必備條件：廣博的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備、敏銳的洞察力、大膽猜想和科學(xué)驗(yàn)證。通過類比得到的結(jié)論只能是比喻性的、假設(shè)性的，而不是確切的科學(xué)結(jié)論?？茖W(xué)家們在科研中大量運(yùn)用類比推理的同時(shí)，也會(huì)做大量的有針對性的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證結(jié)論，防止類比推理的或然性導(dǎo)致的錯(cuò)誤結(jié)論。類比法是科學(xué)家用來填補(bǔ)知識(shí)空白和聯(lián)想實(shí)驗(yàn)策略的一個(gè)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(xué)家的科研工作有極大的推動(dòng)作用，對于理科教育和科學(xué)普及工作也有著不可忽視的作用。培養(yǎng)類比思維能力應(yīng)作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的一個(gè)重要組成部分而加以重視。

在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，類比更起著重要作用，合理地運(yùn)用教學(xué)類比有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，提高知識(shí)的理解和記憶水平。學(xué)生在剛開始一個(gè)章節(jié)的課程內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，必然要經(jīng)歷一個(gè)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)匱乏、對所學(xué)內(nèi)容難以理解的階段。教師在類比思維方面對學(xué)生給予一定的啟發(fā)和幫助是十分必要的。

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

中學(xué)化學(xué)課程中涉及大量微觀層面的化學(xué)知識(shí)，如原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)中電子得失等，這些內(nèi)容既抽象又遠(yuǎn)離學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)時(shí)一般感覺難度較大，教師在講解這些知識(shí)的過程也常有“只可意會(huì)不可言傳”的困難感覺。在教授這些知識(shí)的過程中，教師適當(dāng)?shù)厥褂媚M法和比擬化教學(xué)能有效的降低學(xué)生聽課的難度。例如將盧瑟福原子結(jié)構(gòu)與行星模型類比，將白磷的分子結(jié)構(gòu)與金字塔類比，將聚合反應(yīng)類比成“手拉手”。在學(xué)習(xí)元素化合物時(shí)，這種類比法就更加有實(shí)用價(jià)值了，例如不熟悉的元素的性質(zhì)可根據(jù)元素周期表找到熟悉的相似元素進(jìn)行類比，例如金屬鉀的性質(zhì)，就可以與鈉類比?；衔镆彩侨绱?，SO2可與CO類比，PH3可與NH3類比，有機(jī)化學(xué)中的同系物的化學(xué)性質(zhì)存在顯著的相似性，也可應(yīng)用類比法。在化學(xué)基本理論的教學(xué)中，也處處閃耀著類比法的光芒，如在講解“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”時(shí)，教師可主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)“電離平衡”、“化學(xué)平衡”等類似的知識(shí)點(diǎn)，通過這些相似學(xué)科內(nèi)類比，可以較快速地將一系列的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，找出它們的共性、差異性和特殊性。這樣既增強(qiáng)了學(xué)生的記憶效果減輕記憶負(fù)擔(dān)、加深了學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解，又能在一定程度上鍛煉學(xué)生的思維能力。相對而言，運(yùn)用類比思維組織課堂教學(xué)內(nèi)容還可以增加知識(shí)量，可謂一舉多得。