類比推理試誤功能在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

齊蓓蓓 吳曉紅

摘? 要 類比推理作為一種教學(xué)手段和學(xué)習(xí)方法，不僅為科學(xué)家提供了發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的靈感，對學(xué)生的成長與發(fā)展也有一定的促進(jìn)作用。圍繞類比推理的試誤功能展開研究，將其與具體的高中化學(xué)內(nèi)容相結(jié)合并設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動(dòng)力，提高教學(xué)效率與學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞 類比推理;試誤功能;化學(xué)教學(xué);核心素養(yǎng);過氧化鈉

中圖分類號(hào)：G632.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）17-0067-03

0? 引言

在化學(xué)史中，化學(xué)家利用類比推理發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了許多現(xiàn)象和規(guī)律。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也提到對學(xué)生類比思維和能力的培養(yǎng)[1]。除此之外，新高考也開始重視對學(xué)生類比推理能力的考查，推測未知物的結(jié)構(gòu)、陌生化學(xué)方程式的書寫等題型比例逐年增高。

類比推理是指兩個(gè)或兩個(gè)以上對象之間雖然存在差異，但在某種程度上，它們之間有著相同的性質(zhì)或關(guān)系，以此為依據(jù)，由已知對象的性質(zhì)或關(guān)系來獲取未知對象的性質(zhì)或關(guān)系[2]。類比推理功能是指將類比推理的科學(xué)方法運(yùn)用于實(shí)際教學(xué)中，在教學(xué)過程中體現(xiàn)出來的功能與效果。類比推理的試誤功能是指將類比推理融入化學(xué)教學(xué)的試誤技能中。試誤技能是指教師在教學(xué)中修正學(xué)生的錯(cuò)誤，推動(dòng)嘗試的一類行為。其構(gòu)成要素有四點(diǎn)：教師推動(dòng)學(xué)生嘗試;設(shè)置知識(shí)陷阱;教師適時(shí)糾正學(xué)生錯(cuò)誤;教師確切評價(jià)學(xué)習(xí)過程。類比推理與試誤技能的結(jié)合點(diǎn)在于教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行錯(cuò)誤類比，學(xué)生在探究環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)矛盾、糾正錯(cuò)誤，加深對化學(xué)概念或反應(yīng)原理等內(nèi)容的理解。這種教學(xué)方法更加符合新教學(xué)理念的要求，能有效提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，但也對教師的專業(yè)素養(yǎng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提出更高層次的要求。

1? 類比推理試誤功能的內(nèi)涵

通過類比推理了解未知對象與類比對象的共性，很容易忽視未知對象的特性，錯(cuò)誤地理解或判斷未知對象的性質(zhì)[3]。所以教師在教學(xué)中不事先規(guī)避強(qiáng)調(diào)，而是引導(dǎo)學(xué)生誤入知識(shí)陷阱，繼而鼓勵(lì)他們通過探究發(fā)現(xiàn)矛盾，找到錯(cuò)誤所在，最后加以改正，從而加深對知識(shí)的理解。將類比推理的科學(xué)方法融入試誤技能，實(shí)質(zhì)是在試誤技能的層面更加強(qiáng)調(diào)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。以正確的方法作指引，才能凸顯試誤技能的教學(xué)效果。試誤功能實(shí)則是證偽。教師先設(shè)置陷阱和誤區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生錯(cuò)誤假設(shè)，再去親身驗(yàn)證，在驗(yàn)證的過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，反思錯(cuò)誤點(diǎn)及出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因，深刻認(rèn)識(shí)類比對象之間的聯(lián)系，強(qiáng)化知識(shí)的掌握和能力提升，深化對證據(jù)推理意識(shí)的培養(yǎng)。類比推理試誤功能具體步驟見圖1。

以Fe和CuSO4溶液反應(yīng)為例，F(xiàn)e比Cu活潑，前者可以將后者從它的水溶液中置換出來，即Fe+CuSO4==Cu+FeSO4。教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)金屬活動(dòng)性順序表中排在前面的金屬可以將排在后面的金屬從它的鹽溶液中置換出來的規(guī)律類比推理，Na的金屬性也強(qiáng)于Cu，類比推理的結(jié)論應(yīng)該是Na 能把Cu從它的水溶液中置換出來。然而實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，此推理結(jié)果并不正確。若Cu能被Na從CuSO4溶液中置換出來，反應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)該是溶液中有紅色固體析出，而不是先有氣泡產(chǎn)生，后有藍(lán)色沉淀析出。金屬K、Ca、Na投入到可溶性鹽溶液中，先是與水發(fā)生置換反應(yīng)生成NaOH，上一步的產(chǎn)物再和鹽溶液繼續(xù)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。因此，要在理解的基礎(chǔ)上牢記金屬跟鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)的三個(gè)條件。最后讓學(xué)生思考：足量的Na投入Al2（SO4）3 溶液中可能發(fā)生的離子反應(yīng)是什么？這樣的自主探究過程能夠讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的根源，及時(shí)糾正，深層次理解化學(xué)反應(yīng)原理，從而牢固掌握知識(shí)。

2? 類比推理試誤功能的應(yīng)用

2.1? 教學(xué)目標(biāo)分析

2.1.1? 核心知識(shí)? 掌握Na2O2和CO2的反應(yīng)現(xiàn)象、原理、方程式的書寫等;類比掌握SO2和Na2O2的反應(yīng)現(xiàn)象、原理、方程式的書寫等。

2.1.2? 核心能力? 將試誤技能與類比推理相結(jié)合，先引導(dǎo)學(xué)生錯(cuò)誤類比，在自主探究過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤糾正錯(cuò)誤，理解并掌握實(shí)質(zhì)，提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。

2.1.3? 核心品質(zhì) 通過類比書寫SO2與Na2O2的化學(xué)反應(yīng)方程式來體驗(yàn)類比推理的思想和方法，并通過錯(cuò)誤類比警示學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中需要具體問題具體分析。

2.2? 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中《化學(xué)（必修1）》第三章第二節(jié)第1課時(shí)，學(xué)生為高一年級學(xué)生。以游戲的方式導(dǎo)入課堂，可以激發(fā)學(xué)生興趣，通過分析可燃物初步培養(yǎng)學(xué)生的類比意識(shí)。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生回顧C(jī)aO的性質(zhì)，類比推理學(xué)習(xí)Na2O和Na2O2的化學(xué)性質(zhì)。為了將試誤技能與類比推理結(jié)合教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生類比CO2和Na2O2的化學(xué)反應(yīng)方程式，推理書寫SO2和Na2O2的化學(xué)反應(yīng)方程式。學(xué)生慣性思維犯錯(cuò)，教師鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證SO2和Na2O2的反應(yīng)產(chǎn)物是否與預(yù)測產(chǎn)物一致。學(xué)生在自主探究過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、糾正錯(cuò)誤，有利于加深對反應(yīng)原理的理解和掌握，并培養(yǎng)自主探究的意識(shí)和能力。教師再用考試中常見的類似試題做檢測，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比推理的方法解決、總結(jié)、歸納，避免犯錯(cuò)。

以上環(huán)節(jié)可幫助學(xué)生理解知識(shí)內(nèi)涵，而非停留在知識(shí)表面，教師教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該集中在培養(yǎng)學(xué)生自主探究意識(shí)和能力。具體教學(xué)思路見圖2。

2.3? 教學(xué)活動(dòng)過程

環(huán)節(jié)一：培養(yǎng)類比意識(shí)

【游戲?qū)搿咳煞萃耆粯拥拿撝?，第一份不作任何處理，第二份包裹一種不知名的物質(zhì)。將兩份脫脂棉分別置于石棉網(wǎng)上，用一根塑料管緩慢連續(xù)地分別向脫脂棉吹氣，第一份脫脂棉無現(xiàn)象，第二份脫脂棉劇烈燃燒。

教師提問：“此現(xiàn)象能說明什么問題？”

學(xué)生回答：“第二份脫脂棉中有可燃物，達(dá)到了著火點(diǎn)且有助燃劑。”

教師追問：“請同學(xué)們思考可燃物是什么？助燃劑是什么？達(dá)到著火點(diǎn)又說明了什么呢？”

【引導(dǎo)分析】人體呼出的氣體主要成分是CO2，說明第二份脫脂棉中的未知物能與CO2發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)放熱，而且能夠生成O2。教師提示：這種未知物是一種金屬氧化物。

環(huán)節(jié)二：引出類比對象

繼續(xù)追問：“請同學(xué)們回憶學(xué)過的哪種金屬氧化物能與CO2發(fā)生反應(yīng)呢？”

【舊知回顧】CaO+CO2==CaCO3。

教師分析：“CaO是一種常見的金屬氧化物，初中就學(xué)習(xí)過，它能與CO2發(fā)生反應(yīng)放出熱量。但細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，此反應(yīng)并未生成O2。顯然，這種未知物并不是CaO。”

【啟發(fā)類比】在物質(zhì)分類課中學(xué)過，物質(zhì)組成相似則性質(zhì)相似。鈣是常見的金屬單質(zhì)，除鈣以外，鈉也是常見金屬。那未知物會(huì)不會(huì)是Na2O呢？

學(xué)生類比：“Na2O+CO2==Na2CO3?！?/p>

【實(shí)驗(yàn)演示】此反應(yīng)能夠發(fā)生，但并不生成O2。

自然過渡：“老師給大家介紹一種特殊的氧化物——過氧化鈉，它的化學(xué)式是Na2O2。細(xì)心的同學(xué)可以發(fā)現(xiàn)它與Na2O的不同之處在于它比Na2O多了一個(gè)氧原子。我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證Na2O2是不是未知物?！?/p>

【實(shí)驗(yàn)演示】在脫脂棉中包裹適量的Na2O2粉末，置于石棉網(wǎng)上，用一根塑料管緩慢連續(xù)地向脫脂棉吹氣，脫脂棉劇烈燃燒了。

【探究總結(jié)】2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2。

環(huán)節(jié)三：嘗試錯(cuò)誤類比

自然過渡：“我們類比了Na2O和CaO的性質(zhì)，其實(shí)化學(xué)中像這樣的類比很多，如初中我們學(xué)習(xí)了CO2，知道它是一種酸性氣體;高中我們又接觸到了SO2。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)SO2和CO2在組成上很相似，且都屬于酸性氧化物，滿足酸性氧化物的通性?！?/p>

引導(dǎo)犯錯(cuò)：“CO2能和Na2O2發(fā)生以上反應(yīng)，通過類比，我們推測SO2應(yīng)該也可以發(fā)生類似反應(yīng)。請同學(xué)們嘗試寫出SO2與Na2O2的化學(xué)反應(yīng)方程式?！?/p>

學(xué)生作答：“2Na2O2+2SO2==2Na2SO3+O2?！?/p>

教師分析：“下面我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下SO2和Na2O2

的反應(yīng)是否和我們推測的一致。”

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】將SO2氣體通入盛有Na2O2的試管中，用帶火星的小木條在試管口檢驗(yàn)是否有O2產(chǎn)生，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【分析現(xiàn)象】通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SO2和Na2O2反應(yīng)并沒有生成O2。那另一種產(chǎn)物是不是也不相同呢？

【檢驗(yàn)產(chǎn)物】用HNO3酸化過的AgNO3溶液檢驗(yàn)產(chǎn)物。

【結(jié)果分析】有白色且不溶于硝酸的沉淀生成，說明產(chǎn)物中并不是亞硫酸根，而是硫酸根。

教師提問：“難道是類比過程出問題了？”

教師啟發(fā)：“SO2中的硫顯+4價(jià)，硫酸根中的硫顯示+6價(jià)，顯然，反應(yīng)前后硫元素的化合價(jià)升高，被氧化，Na2O2做氧化劑，具有強(qiáng)氧化性。

環(huán)節(jié)四：糾正錯(cuò)誤類比

學(xué)生糾誤：“具有還原性的SO2與具有強(qiáng)氧化性的Na2O2 會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，故反應(yīng)產(chǎn)物是Na2SO4，而不是推測的Na2SO3，即SO2+Na2O2==Na2SO4?！?/p>

教師總結(jié)：“并不是結(jié)構(gòu)相似、性質(zhì)相似的物質(zhì)就能夠類比，類比過程中還應(yīng)該注意反應(yīng)物中是否有強(qiáng)氧化性或強(qiáng)還原性物質(zhì)，這類物質(zhì)易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，影響類比推理的結(jié)果?！?/p>

環(huán)節(jié)五：練習(xí)強(qiáng)化正確內(nèi)容

總結(jié)歸納：“習(xí)題中經(jīng)常碰到這種書寫方程式的陷阱，請同學(xué)們課下查閱歸納整理：哪些反應(yīng)容易從氧化還原的角度在類比過程中設(shè)置障礙？我們下節(jié)課一起來查漏補(bǔ)缺、整理成冊，避免以后犯錯(cuò)。”

2.4? 教學(xué)反思

類比推理的試誤功能符合新的教育理念，即培養(yǎng)學(xué)生自主探究的思維與能力。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，類比推理的試誤功能可以幫助學(xué)生克服慣性思維，有效避免考卷中所設(shè)的陷阱。并且在教師引導(dǎo)學(xué)生犯錯(cuò)又改錯(cuò)的過程中，學(xué)生的探究精神和本能也被激發(fā)，這不論是對于學(xué)生以后的學(xué)習(xí)還是素養(yǎng)的培養(yǎng)，都具有重要的意義。

3? 結(jié)語

本文通過對類比推理試誤功能的分析說明類比推理在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。利用類比推理在新舊知識(shí)間建立聯(lián)系，能夠化抽象為形象、化枯燥為生動(dòng)、化陌生為熟悉，促進(jìn)學(xué)生正確建構(gòu)科學(xué)概念，提高教學(xué)效率[4]。而將類比推理這種科學(xué)方法巧妙地與試誤功能相結(jié)合，是一種很新穎的教學(xué)策略。首先，它能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情;其次，學(xué)生在教師引導(dǎo)下進(jìn)行錯(cuò)誤類比，并通過自主探究驗(yàn)證，此過程可以培養(yǎng)自主探究的意識(shí)與能力;最后，學(xué)生在教師的講授中糾正錯(cuò)誤，獲取新知識(shí)，進(jìn)一步理解化學(xué)概念或反應(yīng)原理。

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