張瑞芳 吳曉紅 蘇義梅

[摘要]類比推理法能夠?yàn)榭茖W(xué)家提供發(fā)明和發(fā)現(xiàn)的靈感，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，此法同樣能夠讓學(xué)生進(jìn)發(fā)思維想象。在高中化學(xué)實(shí)際教學(xué)中分析類比推理法所體現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)、遷移、模擬、鑒別、試誤五個(gè)功能，培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)，展示類比推理法在化學(xué)教學(xué)中的價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]類比推理法，高中化學(xué)教學(xué)，功能，核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）11-0054-03

一、問題的提出

類比推理是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)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(zhì)和聯(lián)系，以此作為依據(jù)，由已知對(duì)象的性質(zhì)或關(guān)系來獲取未知對(duì)象的性質(zhì)或關(guān)系。在化學(xué)史發(fā)展的歷程中，“類比推理法”占有舉足輕重的地位，化學(xué)家利用“類比推理法”發(fā)現(xiàn)和證明了許多令人驚艷的定律和原理。

2017年版高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂，更加注重開展“素養(yǎng)為本”教學(xué)，對(duì)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)提出了更高的要求，這與“類比推理法”能夠?qū)崿F(xiàn)的教學(xué)功能不謀而合。我們通過“類比推理法”可達(dá)到新課標(biāo)所要求的對(duì)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、“類比推理法”在高中化學(xué)教學(xué)中的功能體現(xiàn)

用“類比推理法”指導(dǎo)高中化學(xué)教學(xué)，主要表現(xiàn)在對(duì)以下五個(gè)功能的應(yīng)用上。

1.類比推理的發(fā)現(xiàn)功能

在科學(xué)研究中，常常通過借助類比推理，提出新的觀點(diǎn)，建立新的理論。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，類比推理的發(fā)現(xiàn)功能主要是指通過類比去引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)建和聯(lián)想新舊知識(shí)間的聯(lián)系，進(jìn)而更好地理解和掌握所學(xué)知識(shí)（如圖1）。

例如，在講授高中化學(xué)必修1“離子反應(yīng)”這一內(nèi)容時(shí)，可與初中已經(jīng)學(xué)過的復(fù)分解反應(yīng)的概念進(jìn)行類比分析。在初中階段，學(xué)生已經(jīng)了解和掌握了酸、堿、鹽之間會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是參與反應(yīng)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(xué)高中化學(xué)的離子反應(yīng)概念時(shí)，從學(xué)生熟悉的復(fù)分解反應(yīng)概念引入，回顧復(fù)分解反應(yīng)的定義和實(shí)質(zhì)，創(chuàng)建復(fù)分解反應(yīng)和離子反應(yīng)概念之間的聯(lián)系，則可減少學(xué)生學(xué)習(xí)該部分相關(guān)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(xiàn)在通過類比活化人們頭腦中貯存的知識(shí)信息，從一些表面上不相關(guān)的對(duì)象之間找出共性的橫向聯(lián)系。“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)要求學(xué)生能夠通過分析、推理等方法，來掌握研究對(duì)象的構(gòu)成要素、本質(zhì)特征及其相互關(guān)系，構(gòu)建認(rèn)知模型，并能夠運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象中的本質(zhì)和規(guī)律。類比推理遷移功能的體現(xiàn)過程，同時(shí)驗(yàn)證了學(xué)生是否已建立穩(wěn)固的認(rèn)知模型。因此，類比推理的遷移功能充分滿足了“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，是該核心素養(yǎng)培養(yǎng)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(jù)題干提供的信息書寫化學(xué)（或離子）方程式，是近幾年新課標(biāo)高考中出現(xiàn)的一種新題型。這類題型通常的應(yīng)試對(duì)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(jù)信息類比遷移寫出陌生方程式。

例如，2019年高考化學(xué)全國Ⅱ卷的第26題（節(jié)選）：

立德粉ZnS·BaSO₄（也稱鋅鋇白），是一種常用白色顏料?；卮鹣铝袉栴}：

（2）以重晶石（BaSO₄）為原料，可按圖3所示工藝生產(chǎn)立德粉：

通過對(duì)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(shí)促進(jìn)學(xué)生“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)從已知知識(shí)到陌生知識(shí)的遷移，提高學(xué)生解決含有陌生信息的習(xí)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(xiàn)的現(xiàn)象顯現(xiàn)出來的特點(diǎn)，還能通過將抽象的對(duì)象類比為生活日常來鞏固學(xué)生記憶和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中，把熟悉的直觀現(xiàn)象與陌生的化學(xué)知識(shí)形成類比，能為學(xué)生的思維提供支撐基礎(chǔ)，降低學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生更加容易接受新知識(shí)。

如在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)知識(shí)時(shí)，把像D-丙氨酸和L-丙氨酸（如圖6）具有這樣結(jié)構(gòu)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(xué)生已經(jīng)學(xué)過成像原理，了解鏡子中的成像和實(shí)物之間的聯(lián)系與特點(diǎn)，將手性分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與鏡像原理進(jìn)行類比，既建立了知識(shí)的聯(lián)系，又為有機(jī)化學(xué)知識(shí)的后續(xù)學(xué)習(xí)提供了新的途徑和方法。

在教學(xué)中，將新知識(shí)和被類比的知識(shí)建立聯(lián)系，利用二者之間的相似特征，把抽象教學(xué)內(nèi)容具象化，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握以及“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的提升。

4.類比推理的鑒別功能

在化學(xué)學(xué)習(xí)中，常常需要對(duì)一些表面相似或相近而在本質(zhì)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(rèn)識(shí)其特征，這體現(xiàn)了類比的鑒別功能。在這個(gè)過程中，提出觀點(diǎn)并提供證據(jù)來支撐，進(jìn)而建立邏輯關(guān)系?！白C據(jù)推理”核心素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，能夠利用證據(jù)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成及其變化提出一些可能的假設(shè)，而后通過分析推理來證實(shí)其正確性或驗(yàn)證其錯(cuò)誤性，同時(shí)建立證據(jù)、觀點(diǎn)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系。

具體的鑒別步驟如圖7所示：

例如，共價(jià)鍵的極性和分子的極性，同樣都是關(guān)于“極性”的概念，卻不是同一種“極性”，兩個(gè)概念既有區(qū)別又有聯(lián)系，學(xué)生很容易將二者混淆，認(rèn)為有極性鍵的分子就是極性分子。

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

最后讓學(xué)生分析實(shí)例，強(qiáng)化已形成的正確認(rèn)知。如CCl₄中的C-Cl鍵是極性共價(jià)鍵，其分子構(gòu)型見圖8.由于其對(duì)稱的分子構(gòu)型，使鍵的極性相互抵消，偶極矩為零，因此它是非極性共價(jià)化合物。而H₂O的分子構(gòu)型是不對(duì)稱的（如圖9），所以偶極矩非零，因此為極性共價(jià)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(duì)象與類比對(duì)象的共性，有時(shí)容易忽視未知對(duì)象的特性，錯(cuò)誤地理解未知對(duì)象的性質(zhì)。在教學(xué)中，恰到好處地利用類比的這一特點(diǎn)，不事先規(guī)避強(qiáng)調(diào)，而是在學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，糾正錯(cuò)誤，可使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的印象。類比推理的鑒別功能是讓學(xué)生證實(shí)觀點(diǎn)，而試誤功能則是證偽，設(shè)置陷阱和誤區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生提出錯(cuò)誤的假設(shè)，再去親身驗(yàn)證，去反思錯(cuò)誤及出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因，深刻認(rèn)識(shí)類比對(duì)象之間的聯(lián)系，強(qiáng)化知識(shí)的掌握和能力的提升，深化“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

具體的試誤步驟如圖10所示：

例如，學(xué)生在學(xué)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(yīng)是因?yàn)镕e的活動(dòng)性比Cu強(qiáng)，并得出一般規(guī)律：金屬活動(dòng)性順序表里排前的金屬能把排后的金屬置換出來。教師進(jìn)行類比試誤，引導(dǎo)學(xué)生類比：Na的金屬活動(dòng)性也強(qiáng)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(yīng)該有紅色固體析出，但是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻是先有氣泡產(chǎn)生，后有藍(lán)色沉淀析出。那么究竟是什么導(dǎo)致了類比的失誤呢？

教師帶著學(xué)生一起分析金屬活動(dòng)性順序表，判斷金屬和鹽溶液置換反應(yīng)發(fā)生的限制條件。雖然金屬活動(dòng)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(yīng)的反應(yīng)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?yàn)榻饘匐x子與這三種活潑金屬反應(yīng)的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于H₂O與它們反應(yīng)的速率。因此，把Na放入CuSO₄溶液中，Na先和H₂O發(fā)生置換反應(yīng)，而產(chǎn)生的NaOH又和CuSO₄發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)化學(xué)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(xué)史認(rèn)識(shí)過程和方法論的研究過程中，還是在當(dāng)下的化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，它都發(fā)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(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，進(jìn)一步提高教學(xué)的效率。