浅议化学教学中的类比法

王 超

（南京外国语学校 江苏 南京 210008）

类比是将一种特殊对象的知识推移到另一特殊对象的思维方法。通常情况下，类比是依据两个对象已知相似性，有目的性的将人们对其中一个对象的特殊属性认识推移到另一个对象上去，从而加深对后一对象的认识或推测该对象可能也具备前者的某些属性。类比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是结论，那么类比思维的过程就是一个推理过程。类比之所以能够“由此及彼”，之间经过了一个归纳和演绎程序，即：从已知的某个或某些对象具有某情况，经过归纳得出某类所有对象都具有这情况，然后再经过一个演绎得出另一个对象也具有这个情况。类比是一种科学猜测的方法，被广泛地运用于逻辑思维和认知过程中，类比法可以不受现成原理和研究范围的限制，而只要两类对象在某些方面相同或相似，就可以进行类比。从这个层面而言，类比法能显示其独特的优越性。

一般而言，在学习者不熟悉领域的教学中，通常需要教育者通过相似关系而举出学习者熟悉领域中的实例，以帮助学习者对新知识的理解和认识。由于化学学科教学内容相对抽象，所以在化学学科教学中教学类比的作用显得尤为突出。在知识经济时代的今天，知识创新需要创新思维，而类比思维由于其特有的思维跳跃性而格外引人注目。所以在教学中有目的地培养学生的类比思维，使学生逐步掌握类比的思维方法是十分必要的。

“培养学生像科学家一样思考问题”是当今理科教育的重要目标之一，也是新课程改革的重要口号之一，了解科学家在科研中的思维特点对于化学学科教学具有极为重要的指导意义。纵观历史，我们可以看出，类比思维是科学家们在实际科研中常用且十分重要的一种思维方式。科学家们的工作往往需要用简练的语言或公式来表述科学理论，设计实验并解释实验的结果。科学家们面临的问题是这些工作本身是无章可循的，而他们必须走在自己已知的科学的前面。这就意味着在研究某一个科研课题的最初阶段，科学家们所掌握的课题相关的信息资料的数量有限、深度较浅，不足以运用归纳法进行推理，更没有现成的定理、规则可供科学家在科研中演绎，在这种情况下，类比推理常常成为科学家们思路的源泉。

1962年，英国化学家巴特列（N．Bartlett）通过实验，发现 PtF6可将氧分子（O2）氧化成 O2+［PtF6］-，他想，O2失电子不容易，每摩尔O2转化为O2+吸收1175．7 kJ能量，而氙（Xe）失电子也同样困难，每摩尔Xe转化为Xe+吸收 1171．5 kJ能量，另外 O2与 Xe、Xe+和 O2+半径大致相同，由此，他大胆类推PtF6也能将Xe氧化，使之形成特殊的化合物XePtF6。当他将PtF6蒸气与过量的Xe在室温下混合时，立即生成一种桔黄色的晶体，经X射线分析，该化合物的确是XePtF6，这是人类首次合成的“惰性”元素化合物。巴特利在公开的科学文献上报导了他的发现，他这篇报导像任何其他重要的科学发现一样，对同一领域或相近领域的研究工作产生了巨大影响。从事氟化学研究的化学家立刻将他们的注意力转移到用F2（已知氧化能力最强的元素）来合成稀有气体的氟化合物上来。这实际上也是一种类比的思想，使用强氧化剂PtF6和F2的效果应该有相似之处啊。1962年8月（离巴特利的发现仅5个月），美国阿贡（Argonne）实验室的无机化学家们制备成功XeF4。同年德国化学家和南斯拉夫化学家分别报导了XeF2和XeF4的问世。世界范围内稀有气体化学的研究在一年时间内取得长足的进展。

我们能从这个案例中总结出科学家成功类比思维的一些必备条件：广博的知识经验储备、敏锐的洞察力、大胆猜想和科学验证。通过类比得到的结论只能是比喻性的、假设性的，而不是确切的科学结论。科学家们在科研中大量运用类比推理的同时，也会做大量的有针对性的实验来验证结论，防止类比推理的或然性导致的错误结论。类比法是科学家用来填补知识空白和联想实验策略的一个非常有力的方法。用类比法建立形象化、直观的模型，不仅对于科学家的科研工作有极大的推动作用，对于理科教育和科学普及工作也有着不可忽视的作用。培养类比思维能力应作为培养学生科学思维能力的一个重要组成部分而加以重视。

在化学学科教学中，类比更起着重要作用，合理地运用教学类比有利于培养学生的创造性思维，减轻学生的认知负担，提高知识的理解和记忆水平。学生在刚开始一个章节的课程内容学习时，必然要经历一个相关经验匮乏、对所学内容难以理解的阶段。教师在类比思维方面对学生给予一定的启发和帮助是十分必要的。

实际上，教材的编写已经注意到这一点，我们可以以人教版的《物质的量》的这一节的内容的编写为例，来看看编者在编写时是怎样运用类比的。在该节的引言中，编者是这样叙述的：在日常生活、生产和科学研究中，人们常常根据不同需要使用不同的计量单位。例如，用米、厘米等来计量长度；用千克、毫克等来计量质量；等等。同样，人们用摩尔作为计量原子、离子或分子的微观粒子的“物质的量”的单位。从中我们可以看出，教材从日常生活入手，把物质的量与米、厘米等学生所熟知的单位作类比，用米、厘米等计量长度的单位；用克、千克计量质量的单位。同样，人们用摩尔计量“物质的量”的单位引导学生知道“物质的量”这个概念，并且指出“物质的量”是计量微观粒子的物理量。同样，在新的人教版化学教材选修4中引入“化学平衡状态”这个概念的时候有如下引言：如果把溶质（不限于固体）在溶液中形成饱和溶液时的状态称为溶解平衡状态，对于化学反应体系来说，就应当称作化学平衡状态。溶解平衡所具有的许多特点，在化学平衡体系中都可以找到。例如，在反应体系中同时存在着正逆反应两个过程，当这两个过程的速率不相等时，常常只能观察到某个方向的变化。从引文中我们可以看出，教材从学生已经熟悉的概念“溶解平衡状态”作为类比源，将“化学平衡状态”作为目标概念，使学生在原有的类比源上建立目标概念，从而理解化学平衡也具有溶解平衡的许多特点。从教师的角度来说，在讲授新课的阶段常常会遇到授课内容远离学生已有的知识经验的情况，很多教师更倾向于运用类比的方法，引入学生相当熟悉的事物作为类比原型来讲解教学内容，这样做的目的就是为了尽量降低学生的认知难度。

中学化学课程中涉及大量微观层面的化学知识，如原子结构、分子结构、立体结构、化学反应中电子得失等，这些内容既抽象又远离学生的生活经验，学生在学时一般感觉难度较大，教师在讲解这些知识的过程也常有“只可意会不可言传”的困难感觉。在教授这些知识的过程中，教师适当地使用模拟法和比拟化教学能有效的降低学生听课的难度。例如将卢瑟福原子结构与行星模型类比，将白磷的分子结构与金字塔类比，将聚合反应类比成“手拉手”。在学习元素化合物时，这种类比法就更加有实用价值了，例如不熟悉的元素的性质可根据元素周期表找到熟悉的相似元素进行类比，例如金属钾的性质，就可以与钠类比。化合物也是如此，SO2可与CO类比，PH3可与NH3类比，有机化学中的同系物的化学性质存在显著的相似性，也可应用类比法。在化学基本理论的教学中，也处处闪耀着类比法的光芒，如在讲解“难溶电解质的溶解平衡”时，教师可主动引导学生复习“电离平衡”、“化学平衡”等类似的知识点，通过这些相似学科内类比，可以较快速地将一系列的相关知识点联系起来，找出它们的共性、差异性和特殊性。这样既增强了学生的记忆效果减轻记忆负担、加深了学生对知识点的理解，又能在一定程度上锻炼学生的思维能力。相对而言，运用类比思维组织课堂教学内容还可以增加知识量，可谓一举多得。