淺析類(lèi)比推理法在科普教育中的應(yīng)用

侯易飛

[摘?要?]類(lèi)比推理法是一種古老且思辨的科學(xué)方法，對(duì)于新知識(shí)、新概念的學(xué)習(xí)和理解有著很強(qiáng)的適用性。該文簡(jiǎn)述了類(lèi)比推理法的特點(diǎn)與發(fā)展，闡述了其與科普教育的契合之處，論述了其在科普教育領(lǐng)域如何為教育者傳播科學(xué)知識(shí)以及受教育者理解科學(xué)知識(shí)提供有效幫助，并基于案例分析了該方法在科普教育中的應(yīng)用情景，說(shuō)明了使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)，為科普工作者使用此種方法提供參考。

[關(guān)鍵詞?]類(lèi)比推理法?科普教育?應(yīng)用情景?建構(gòu)主義?學(xué)科交叉

[中圖分類(lèi)號(hào)?]G315

一、類(lèi)比推理法的起源與發(fā)展

“類(lèi)比”這一詞匯最早出現(xiàn)在古希臘，其本義為“按比例”。類(lèi)比推理法則最早應(yīng)用自數(shù)學(xué)領(lǐng)域：古希臘數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)規(guī)律，兩個(gè)尺寸不同的三角形如果三條邊的比例關(guān)系相同，那么這兩個(gè)三角形就是相似三角形。類(lèi)比推理法是由兩個(gè)或兩類(lèi)對(duì)象之間在某些方面的相似或相同，從而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗨苹蛳嗤囊环N邏輯思維方法。相互類(lèi)比的兩個(gè)事物（或現(xiàn)象）間必定存在某些相同或相似之處，將這兩種事物（或現(xiàn)象）間具有相同、相似的一些特征、性質(zhì)等因素放在一起加以對(duì)照和比較，對(duì)熟悉事物（或現(xiàn)象）的已有經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)，可遷移到對(duì)不熟悉事物（或現(xiàn)象）的認(rèn)知?[1?]。

類(lèi)比推理法是以世界的物質(zhì)統(tǒng)一性為基礎(chǔ)的，它立足于已有知識(shí)，把未知事物（或現(xiàn)象）和已知事物（或現(xiàn)象）相對(duì)比，把陌生事物（或現(xiàn)象）和熟悉事物（或現(xiàn)象）相對(duì)比，把抽象事物（或現(xiàn)象）和具象事物（或現(xiàn)象）相對(duì)比，從而進(jìn)一步發(fā)掘新的知識(shí)，熟悉新的概念。

經(jīng)過(guò)不同領(lǐng)域的學(xué)者們不斷研究、發(fā)展和完善，現(xiàn)今的類(lèi)比推理法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它曾經(jīng)的領(lǐng)域范疇，拓展到多種學(xué)科的方方面面。在語(yǔ)文修辭中，類(lèi)比推理法可以化身為將一種事物對(duì)照為另一種事物的比喻手法。在仿生學(xué)中，類(lèi)比推理法又可以利用生物系統(tǒng)的特性，將機(jī)械工程與自然界生物進(jìn)行模擬;在我國(guó)公務(wù)員考試中，類(lèi)比推理法帶來(lái)的邏輯推理題又成為考生們樂(lè)此不疲的難關(guān)挑戰(zhàn)。類(lèi)比推理法更是科學(xué)研究中常用的方法之一，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，科學(xué)家往往利用已知概念（或現(xiàn)象）類(lèi)比有近似之處的未知概念（或現(xiàn)象），從而得到新的科學(xué)知識(shí)。時(shí)至今日，類(lèi)比推理法已經(jīng)潛移默化地滲透在人們生活的方方面面，但大多數(shù)情況我們已經(jīng)不會(huì)意識(shí)到自己是在使用這種古老且具有思辨精神的科學(xué)方法了。

二、類(lèi)比推理法與科普教育的契合點(diǎn)

《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》明確指出，在強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量層面，要“加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、注重原始創(chuàng)新，優(yōu)化學(xué)科布局和研發(fā)布局，推進(jìn)學(xué)科交叉融合”;在建設(shè)高質(zhì)量教育體系層面，要“健全學(xué)校家庭社會(huì)協(xié)同育人機(jī)制”?[2?]。其中所涉及的對(duì)學(xué)科融合、協(xié)同教育的指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)類(lèi)比推理法在科普教育中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用。

科普教育作為我國(guó)青少年素質(zhì)教育中不可或缺的一環(huán)，是指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)思維、弘揚(yáng)科學(xué)精神的重要途徑，也是社會(huì)教育的重要組成部分?？破张c科研的不同之處在于，科研更多的是人與物之間的對(duì)話(huà)，而科普是人與人之間的對(duì)話(huà)，而且是一種自上而下的對(duì)話(huà)，包含了教育學(xué)、心理學(xué)、傳播學(xué)等層面技巧。如何能讓科普對(duì)象真正理解科普的內(nèi)容并非易事。某個(gè)前沿領(lǐng)域科技術(shù)語(yǔ)的解釋往往伴生出更多的術(shù)語(yǔ)，不了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域背景很難將其理解清楚。這種情況不僅在科普教育過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，在學(xué)科教育中也時(shí)常困擾著教師，因?yàn)榍嗌倌甑闹R(shí)背景、認(rèn)知體系都較為淺顯，想要說(shuō)得清楚、說(shuō)得明白較為不易。

在現(xiàn)代教育學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的建構(gòu)主義理論認(rèn)為，青少年的認(rèn)知發(fā)展是一種“自我建構(gòu)”的過(guò)程：他們?cè)诔砷L(zhǎng)過(guò)程中，不斷將自身獲得的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境因素和社會(huì)活動(dòng)帶來(lái)的外部經(jīng)驗(yàn)相協(xié)同、平衡，達(dá)到自我建構(gòu)的目的?[3?]。我們也可以這樣理解：每個(gè)青少年都并不是一張白紙，他們各自的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)與外部經(jīng)驗(yàn)都會(huì)形成獨(dú)特的認(rèn)知架構(gòu)。因此，如果能夠找到特定青少年群體共有的認(rèn)知架構(gòu)，并準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)厥褂妙?lèi)比推理法，就有可能更好地幫助青少年架設(shè)新舊知識(shí)之間的橋梁，幫助他們更好地認(rèn)知未知的科學(xué)領(lǐng)域。例如，在小學(xué)科學(xué)教材中，就有運(yùn)用類(lèi)比推理法使學(xué)生感受水和空氣兩種無(wú)色無(wú)味且具有流動(dòng)性物質(zhì)的例子;在中學(xué)生物中，類(lèi)比推理法也用“廠房”“動(dòng)力”“原料”來(lái)形容光合作用中的葉綠體、光能、二氧化碳和水的作用?[4?]。在校外教育中，科技館作為社會(huì)科普的重要場(chǎng)所，在形式多樣、內(nèi)容豐富的展品和活動(dòng)中也使用了類(lèi)比推理法。中國(guó)科技館巨大的DNA雙螺旋雕塑就是用類(lèi)比推理法將人類(lèi)手牽手的藝術(shù)創(chuàng)造形象地類(lèi)比微觀的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，利用巨大的視覺(jué)沖擊使觀眾對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生深刻印象，加深了對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的理解。這些類(lèi)比案例之所以能夠得到學(xué)校、科技館的認(rèn)同，正是由于找到了學(xué)生群體和參觀觀眾認(rèn)知架構(gòu)的共性，準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)厥褂昧祟?lèi)比推理法。

三、類(lèi)比推理法在科普教育中的應(yīng)用情境

無(wú)論是學(xué)?？破战逃€是校外科普教育，類(lèi)比推理法不僅適用于講解新概念和新規(guī)律，更可以擴(kuò)展其適用范圍，有意識(shí)地培養(yǎng)教育者甚至學(xué)生合理使用其提出的科學(xué)設(shè)想，探索科學(xué)本質(zhì)以及解釋前沿科學(xué)理論，發(fā)掘出有科學(xué)家潛質(zhì)的青少年。其應(yīng)用情境可以有以下幾種。

（一）基于已知事實(shí)，提出科學(xué)設(shè)想

在科普過(guò)程中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生在已知事實(shí)基礎(chǔ)上，使用類(lèi)比推理法來(lái)提出科學(xué)設(shè)想，可以完善學(xué)生的自我建構(gòu)，溫故而知新，培養(yǎng)科學(xué)思維，學(xué)會(huì)像科學(xué)家一樣思考問(wèn)題。類(lèi)比的過(guò)程就是尋找類(lèi)比模型，找到相似點(diǎn)，加以推理和論證，對(duì)探究式教學(xué)發(fā)展形成重要影響。

例如，在地球所在的太陽(yáng)系中，太陽(yáng)作為恒星，占有了整個(gè)太陽(yáng)系99%以上的體積，質(zhì)量卻很小，而八大行星及其他星體、物質(zhì)均圍繞著太陽(yáng)這個(gè)中心，在自己的軌道上做規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不但體積很小，質(zhì)量也同樣很小。1909年，新西蘭物理學(xué)家盧瑟福在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)同他的學(xué)生用α粒子撞擊一片薄金箔，他發(fā)現(xiàn)大部分的粒子都能通過(guò)金箔，只有極少數(shù)會(huì)跳回。因此，他將原子結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)系系統(tǒng)進(jìn)行類(lèi)比，提出了一個(gè)類(lèi)似于太陽(yáng)系行星系統(tǒng)的原子模型，認(rèn)為原子空間大都是空的，電子像行星圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，推翻了當(dāng)時(shí)所使用的梅子布丁原子模型，開(kāi)拓了研究原子結(jié)構(gòu)的新途徑，為原子科學(xué)的發(fā)展立下了不朽的功勛。

（二）基于具象物質(zhì)，理解抽象概念

類(lèi)比推理法在概念理解方面也有很強(qiáng)的應(yīng)用性，能夠讓科普對(duì)象利用具象的物質(zhì)，通過(guò)科學(xué)的視角和思維去思考科學(xué)概念甚至是哲學(xué)概念問(wèn)題，對(duì)于科學(xué)方法、科學(xué)邏輯都有良好的體現(xiàn)。

例如，國(guó)際科技館領(lǐng)域聲名顯赫的巴黎發(fā)現(xiàn)宮曾有一個(gè)探究“科學(xué)究竟是什么？”的主題活動(dòng)，使筆者備受啟發(fā)?；顒?dòng)所使用的道具非常簡(jiǎn)單，?只有一個(gè)密封住的不透明塑料盒子，無(wú)法從外部觀察到內(nèi)部情況。盒子里放置了一些硬質(zhì)顆粒，當(dāng)我們拿起盒子搖晃，就能聽(tīng)到里面“嘎啦嘎啦”的響聲。

活動(dòng)開(kāi)始時(shí)，輔導(dǎo)員會(huì)將參與人員進(jìn)行分組，每個(gè)小組3～4個(gè)人，每個(gè)小組通過(guò)傳遞使塑料盒子到達(dá)每一位組員手中。第一步，組員可以通過(guò)觀察、聆聽(tīng)、觸摸等方式對(duì)盒子進(jìn)行操作，然后將自己對(duì)盒子里面究竟放置了什么物品進(jìn)行猜測(cè)。第二步，組員們分享自己的猜測(cè)結(jié)果，并詳細(xì)闡述猜測(cè)的理由，進(jìn)行小組交流。第三步，再次傳遞和觀察盒子，綜合組員們的猜測(cè)結(jié)果，由小組形成統(tǒng)一意見(jiàn)。第四步，小組間將結(jié)果進(jìn)行全班共享，重復(fù)第三步形成最終意見(jiàn)。第五步，也是最有趣的一步，當(dāng)我們以為輔導(dǎo)員會(huì)使用特殊方式打開(kāi)盒子揭曉答案之時(shí)，輔導(dǎo)員卻一反常態(tài)，將最終的全班意見(jiàn)重點(diǎn)圈劃，告訴大家：這就是科學(xué)，科學(xué)即是人類(lèi)通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、論證、交流，根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷和取舍，對(duì)客觀世界進(jìn)行的總結(jié)和描述，而真正的客觀世界的規(guī)律就像塑料盒子里裝的物品，我們永遠(yuǎn)也無(wú)法獲取100%正確的答案，因?yàn)楹凶訜o(wú)法被打開(kāi)。

活動(dòng)的選題視角十分獨(dú)特，直接選擇了“科學(xué)是什么”這樣直擊科學(xué)本質(zhì)的概念?；顒?dòng)過(guò)程則利用無(wú)法打開(kāi)的塑料盒和能聽(tīng)不能看的未知物品進(jìn)行了類(lèi)比，選擇非常巧妙，既展現(xiàn)了科學(xué)的論證過(guò)程，又體現(xiàn)了客觀世界規(guī)律“未知”的內(nèi)核?；顒?dòng)最終結(jié)論的開(kāi)放性與辯證性十分類(lèi)似“薛定諤的貓”假設(shè)理論，展示出了科學(xué)自身不斷前進(jìn)、發(fā)展的特點(diǎn)，能引發(fā)參與者的思考，有種恍然大悟的感覺(jué)。活動(dòng)所呈現(xiàn)的對(duì)科學(xué)本質(zhì)的探究和理解恰好對(duì)應(yīng)了諾曼·萊德曼教授所提出的K-12年級(jí)學(xué)生應(yīng)該具備的科學(xué)本質(zhì)觀，體現(xiàn)了科學(xué)本質(zhì)的暫定性、主觀性、觀察與推論和科學(xué)基于論證四個(gè)維度?[5?]。

（三）基于日常生活，解釋前沿理論

類(lèi)比推理法還善于利用貼近生活的物質(zhì)、現(xiàn)象、理論去解釋前沿領(lǐng)域中的高深、晦澀的知識(shí)，降低科學(xué)理解的門(mén)檻。精準(zhǔn)使用類(lèi)比能夠展示出卓越、有效的科普效果，體現(xiàn)類(lèi)比推理法對(duì)于學(xué)科融合、領(lǐng)域交叉起到的恰當(dāng)聯(lián)結(jié)和對(duì)創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。

例如，科幻作品《三體III死神永生》中，云天明將曲率驅(qū)動(dòng)飛船在自己編造的故事中用肥皂泡包裹的小木船進(jìn)行了非常巧妙的類(lèi)比，主人公程心破譯了云天明的暗號(hào)，給人類(lèi)逃離三體控制提供了生機(jī)。我們不得不佩服作者劉慈欣在故事中使用的這個(gè)類(lèi)比案例，將深?yuàn)W、晦澀的科學(xué)前沿理論與有趣且容易實(shí)施的物理小實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不僅完成了小說(shuō)中故事情節(jié)的準(zhǔn)確塑造，同時(shí)又對(duì)讀者進(jìn)行了生動(dòng)的科普，達(dá)到了一舉兩得的效果。這之后，很多國(guó)內(nèi)的科技場(chǎng)館、科學(xué)媒體、科普公眾號(hào)也都利用視頻對(duì)該類(lèi)比案例進(jìn)行了復(fù)原，實(shí)驗(yàn)效果顯著。

四、類(lèi)比推理法應(yīng)用注意事項(xiàng)

通過(guò)上述案例分析可以看出，類(lèi)比推理法在提出科學(xué)設(shè)想、理解抽象概念以及解釋前沿理論方向的效果非常顯著。對(duì)于教育者而言，類(lèi)比推理法是很好的科普工具，能夠?qū)⒊橄?、微觀或未知的理論或案例進(jìn)行生動(dòng)形象、便于理解的轉(zhuǎn)化;對(duì)于受教育者而言，類(lèi)比推理法又是一種很好的科學(xué)方法，能夠幫助對(duì)象舉一反三、學(xué)科交叉，從科學(xué)的視角觀察問(wèn)題，用科學(xué)的邏輯解決問(wèn)題。

綜合類(lèi)比推理法在學(xué)科教學(xué)和科學(xué)探究上的優(yōu)勢(shì)，學(xué)校和科普?qǐng)鏊梢杂幸庾R(shí)地準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行使用，但使用過(guò)程中也要注意以下幾點(diǎn)。

（一）正確認(rèn)知類(lèi)比對(duì)象之間的屬性異同

在選取類(lèi)比對(duì)象時(shí)要深入理解比對(duì)雙方的屬性關(guān)系，充分學(xué)習(xí)、全面考慮，減少科學(xué)性錯(cuò)誤的發(fā)生。例如惠更斯在研究光時(shí)，曾經(jīng)因?yàn)楣夂吐暡ň邆渲本€(xiàn)傳播、反射、折射等相似現(xiàn)象而類(lèi)比推理出了光的波動(dòng)性，卻因?yàn)楹雎粤硕叻謩e為橫、縱波的差異特質(zhì)，導(dǎo)致學(xué)說(shuō)失敗，間接造成了人類(lèi)對(duì)光認(rèn)知產(chǎn)生了延滯?[6?]。

（二）正確認(rèn)知科普對(duì)象的知識(shí)架構(gòu)

在面對(duì)學(xué)生等科普對(duì)象時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)遵循建構(gòu)主義原則，充分調(diào)研學(xué)生的知識(shí)架構(gòu)，了解學(xué)生的生活習(xí)慣、愛(ài)好，還要考慮年齡差距、地域文化差異、城鄉(xiāng)差異等客觀條件因素，選取恰當(dāng)?shù)念?lèi)比對(duì)象，以避免信息傳遞出現(xiàn)不對(duì)等，產(chǎn)生認(rèn)知偏差。

（三）正確利用實(shí)踐檢驗(yàn)推理結(jié)論

類(lèi)比推理法同樣有著自身的缺陷，即所推論的結(jié)論缺乏實(shí)踐驗(yàn)證，越是前沿領(lǐng)域?qū)ο蟮念?lèi)比，越是難以用可行的手段進(jìn)行驗(yàn)證，因此在結(jié)論論述時(shí)一定要慎重，并且應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，時(shí)刻關(guān)注前沿科學(xué)概念和理論的修正。

總而言之，類(lèi)比推理法作為一種重要的物理思想方法，其特質(zhì)非常適合運(yùn)用在科普教育中，但也要認(rèn)清其優(yōu)缺點(diǎn)，正確、準(zhǔn)確地應(yīng)用該方法，要符合物質(zhì)的客觀事實(shí)，貼合學(xué)生的知識(shí)體系建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的運(yùn)用和對(duì)科學(xué)思維的理解，嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)地為科普教育提供良好途徑。

參考文獻(xiàn)

[1?]沈強(qiáng)運(yùn)用類(lèi)比法促進(jìn)初中科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略研究?[D?]杭州：杭州師范大學(xué)，2016

[2?]新華社中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議?[EB/OL?]?[2020-11-03?]https：//baijiahaobaiducom/s？id=1682348904309598011

[3?]隋俊宇，石卉建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論簡(jiǎn)析?[J?]教育現(xiàn)代化，2019（98）：33-35

[4?]雷明類(lèi)比法在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值?[J?]求學(xué)，2021（3）：37-38

[5?]李秀菊，薛松，崔鴻低學(xué)段小學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀現(xiàn)狀調(diào)查研究——以四省調(diào)查結(jié)果為例?[J?]上海教育科研，2020（11）：39-44

[6?]徐付林“雙刃劍”類(lèi)比教學(xué)法的運(yùn)用與約束修正?[J?]物理教學(xué)，2016（4）：22-24