陳雪晴 王后雄

摘要：類比推理作為一種重要的思維方式，是教學(xué)中常用的有效手段之一。由于化學(xué)知識存在深、雜、混、特等特點(diǎn)，常存在缺少完整的類比系統(tǒng)，難以確定對應(yīng)的類比源，對類比對象相似性認(rèn)識模糊，過于追求類比結(jié)果的形式化，并易受思維定勢的干擾等缺陷。通過對類比的難點(diǎn)成因進(jìn)行深度分析，探尋類比推理教學(xué)的幾點(diǎn)有效策略，以期高效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造發(fā)明精神。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué)；類比推理；教學(xué)策略

文章編號：1008-0546（2015）12-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.12.000

縱觀化學(xué)發(fā)現(xiàn)史，可以發(fā)現(xiàn)類比推理是化學(xué)家建立科學(xué)假說、進(jìn)行科學(xué)探究的重要思維方式，是通往科學(xué)發(fā)現(xiàn)的階梯。[1]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》中明確提出“在化學(xué)學(xué)習(xí)中，能夠運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加工”課程目標(biāo)。[2]其中，就涉及到類比推理意識的建構(gòu)和能力的培養(yǎng)。類比推理已然成為理科教學(xué)中常用的有效教學(xué)手段之一。然而，值得強(qiáng)調(diào)的是，由于類比推理本身的局限性及化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，使其運(yùn)用于教學(xué)時存在較多障礙。本文結(jié)合自身有限的教學(xué)探索和參考文獻(xiàn)，分析導(dǎo)致類比推理的幾點(diǎn)難因，并針對這幾點(diǎn)難因提出相應(yīng)的優(yōu)化策略。

一、 類比推理概念的界定

在邏輯學(xué)上，類比推理是指：從兩個或兩類事物某些屬性相似或相異出發(fā)，根據(jù)其中某個或某類事物有或沒有某些屬性，進(jìn)而推出另一個或另一類事物也有或沒有某些屬性的思維過程。[3]與演繹推理和歸納推理不同，類比推理是由個別到個別或由特殊到特殊的推理。其前提和結(jié)論之間不具有蘊(yùn)涵關(guān)系。作為一種或然性推理，類比推理有其局限性。其最常見的類比模式為：

A對象有屬性a，b，c；

B對象有屬性a′，b′；

所以B對象也可能有屬性c′。

二、 類比推理的難因分析

固然，在教學(xué)中，運(yùn)用類比教學(xué)法可促進(jìn)學(xué)生多方面的發(fā)展，在解題中運(yùn)用類比推理也往往能達(dá)到舉一反三、觸類旁通的效果。然而，類比推理畢竟是一種或然性推理，其邏輯形式的推理是否有效與其前提內(nèi)容的真假無關(guān)，因此其結(jié)論未必正確。類比模式多樣化、對類比“生長點(diǎn)”的判斷能力不足以及對類比原理的理解不深也必然導(dǎo)致學(xué)生的隨意猜想和錯誤類比。

1. 類比模型的建構(gòu)缺乏系統(tǒng)性

印大雙指出，類比推理的二重性導(dǎo)致了它的復(fù)雜性。一方面是主觀選擇因素，另一方面是客觀因素，即推理者的已有知識和能力及兩類比物之間的客觀相似基礎(chǔ)。[4]源域之廣及主觀差異之大使其難以建立一個完整的、嚴(yán)格的類比模型。

類比推理方式極其多樣化，有時在一個課時知識中就存在多種類比。例如有老師在進(jìn)行“物質(zhì)的量”教學(xué)時就存在“量的類比”、“單位的類比”、“集合思想的類比”、“ 摩爾質(zhì)量的類比”。[5]因此在整個中學(xué)化學(xué)知識系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，類比推理的模式并不唯一。

如下，例1是水與液態(tài)SO2的性質(zhì)類比推理；例2是HCl與CO2的性質(zhì)類比；由解題思路可知，二者的類比模式截然不同，且都不是單一的性質(zhì)類比。

[例1] 已知水的電導(dǎo)率和液態(tài)SO2電導(dǎo)率相近。氫離子可以用來滴定氫氧根離子，試用推理思考SOCl2是否可以用來滴定Cs2SO3。

解答此題時，首先要明白類比的兩個對象是水和液態(tài)SO2，其次要知道類比的相似點(diǎn)是酸堿滴定原理。根據(jù)水與液態(tài)SO2電導(dǎo)率的相似，結(jié)合酸堿滴定原理，可逐步類比推理。

∵水有屬性①：H++OH-=H2O

衍生屬性②：HCl+NaOH=H2O+NaCl

又∵水與液態(tài)二氧化硫電導(dǎo)率相近

∴液態(tài)SO2有屬性①：SO2++SO32-=2SO2

屬性②：[例2] 我國古代將爐甘石（ZnCO3）、赤銅（Cu2O）和木炭混合后加熱到800℃左右，得到一種外觀似金子的合金。寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

該題并未明確指出類比對象和兩者之間的相似性，這是造成類比困難的原因所在。事實上，該題中涉及CaCO3與ZnCO3高溫分解性質(zhì)的類比，CuO 與ZnO、Cu2O碳還原性質(zhì)的類比。

類比1：CaCO3 CaO+CO2↑

ZnCO3 ZnO+CO2↑

類比2：C+CuO Cu+CO2↑

C+ZnO Zn+CO2↑

C+Cu2O Cu+CO2↑

2. 難以確定對應(yīng)的類比源

根據(jù)Gentner的結(jié)構(gòu)映射理論可知，類比推理大致要經(jīng)歷以下三個步驟：一是建構(gòu)源問題和靶問題的表征或圖式；二是建構(gòu)類比關(guān)系，映射源問題和靶問題之間的對應(yīng)關(guān)系；三是借用源問題的解決方法來解決靶問題。[6]因此在解決類比推理問題時，首先要搜索并確定記憶中可供參考的事例或解決方法——恰當(dāng)?shù)念惐仍?，這一環(huán)節(jié)可稱之為問題的類化。如下例所示，解答該題的關(guān)鍵在于學(xué)生要在類比模型中搜索到所熟知的金剛石和 SiO2晶體。

[例3] 水分子間因存在“氫鍵”的作用而彼此結(jié)合形成 （H2O）n。在冰中每個水分子被 4 個水分子包圍形成變形的正四面體，通過“氫鍵”相互連接成龐大的分子晶體，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。問1mol 冰中有 mol 的“氫鍵”。

3. 類比對象的相似性認(rèn)識模糊

在確定類比源之后，就要建構(gòu)類比關(guān)系，即將靶問題與源問題的各部分進(jìn)行匹配，產(chǎn)生解決靶問題的方法，也就是相似點(diǎn)的尋找。因此明確源問題與靶問題之間相似性也至關(guān)重要。如下例所示，解答此題時，首先要明白HCl與CO2相似性不在于常見的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等，而是二者都存在的溶解平衡這一相似性。

[例4] 已知除去HCl中的Cl2常用飽和NaCl溶液，是因為HCl溶于水時存在HCl■H++Cl，因此當(dāng)溶液中存在大量的H+或Cl-，平衡向左移動，HCl的溶解度大大降低。試問除去CO2中的SO2用什么試劑？

4. 對類比結(jié)論過于追求形式化

在邏輯學(xué)中，類比推理只關(guān)乎邏輯形式的真假性。但在具體的問題解決中，類比推理結(jié)論的可靠程度是我們最為關(guān)注的。因此，類比推理除了關(guān)注結(jié)論和形式的類比，更要強(qiáng)調(diào)思維和過程的類比，避免陷入“機(jī)械類比”——只需結(jié)論“形式上相似”即可，過于追求形式化的表象特征。如下例所示，解答本題時，不能機(jī)械地進(jìn)行化學(xué)方程式形式上的類比，否則容易得出錯誤的答案CaC2+H2O■CH4+Ca（OH）2↑，而應(yīng)該在過程上推敲，根據(jù)其化合價可知電石與水反應(yīng)生成了乙炔而不是乙烷。

[例5] 已知Mg與Ca都屬于堿土金屬，性質(zhì)類似，其中氮化鎂與水發(fā)生如下反應(yīng)Mg2N2+H2O■NH3↑+Mg（OH）2↓，試寫出電石（CaC2）與水的反應(yīng)方程式

。

5. 類比思維定勢的干擾

由于化學(xué)知識的一般規(guī)律性中往往存在特殊性，而這個特殊性也是高考中常考察的內(nèi)容。因此當(dāng)依循一般規(guī)律進(jìn)行類比時，規(guī)律性的結(jié)論常常有例外或不適用的情況，這就是形成類比定勢后容易出現(xiàn)的錯誤類比思維。

[例6] 最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示。頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，則它的化學(xué)式是（ ）。

A.TiC B.Ti6C7

C.Ti14C13 D.Ti13C14

解答此題時，學(xué)生錯答A約占67%。[7]看到此圖學(xué)生習(xí)慣性聯(lián)想到晶胞原型（《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教科書人教版第66頁、山東科技版第85頁、江蘇教育版第32頁都提供了晶胞切割計算方法），并與之類比、匹配，忽視了題中“團(tuán)簇分子”的暗示。

類似案例不勝枚舉，又如MgO和Al2O3在一定條件下熔融下都在陰極生成對應(yīng)金屬，在陽極生成氧氣。又知MgCl2熔融電解在陰陽兩極分別得到Mg和Cl2，受上述電解反應(yīng)的定勢影響，部分學(xué)生會類比推出AlCl3熔融電解在陰陽兩極分別得到Al和Cl2。事實上MgCl2為離子晶體，AlCl3屬于分子晶體，它不經(jīng)熔化即在180℃升華，在氣相時為二聚體Al2Cl6。

三、 類比推理應(yīng)用的教學(xué)策略

1. 建構(gòu)系統(tǒng)的類比模型，提升類比準(zhǔn)確性

印大雙指出，將事物的特征進(jìn)行系統(tǒng)比較，而不是單個屬性的比較，可增加類比結(jié)論的可靠性。系統(tǒng)越大，系統(tǒng)的特征匹配程度越高，則類比推理結(jié)論越可靠。[8]因此對知識進(jìn)行加工，使其系統(tǒng)化，有助于學(xué)生在頭腦中形成了清晰的模型系統(tǒng)，在解題中，進(jìn)行類比時便能針對不同類型的問題迅速在記憶中搜索可類比的模型，與之匹配，而不會束手無策、無從下手。

類比的種類繁多，可以是概念性類比、過程性類比、方法性類比，也可以是知識的橫向與縱向類比等。[9]根據(jù)其范疇的不同，可將類比分為系統(tǒng)內(nèi)類比與系統(tǒng)間類比。系統(tǒng)內(nèi)類比是指單個知識系統(tǒng)內(nèi)兩個或以上的不同對象部分屬性的對比，如元素周期表中氯與溴、碳與硅、鈉與鉀、硫與氧的性質(zhì)比較；含氧衍生物中的醛與酮、醇與酚等。系統(tǒng)間類比是指兩個不同知識系統(tǒng)之間概念、原理、性質(zhì)、組成、用途等方面比較完整的類比，如原電池與電解池、水解與電離、水解平衡與電離平衡；堿金屬與堿土金屬性質(zhì)的類比等。另外，除了化學(xué)知識內(nèi)部的類比還有化學(xué)與生活、化學(xué)與其他學(xué)科的類比，如高考分?jǐn)?shù)線下降、大學(xué)錄取率增大類似于催化劑降低活化能從而加快反應(yīng)速率，比如蓋斯定律與爬山的相似性。

2. 拓深已有知識量和質(zhì)，明確類比對象相似性

類比源既可以是已有化學(xué)知識或相關(guān)學(xué)科知識，也可以來源于日常生活經(jīng)驗。在教學(xué)中如若能引導(dǎo)學(xué)生明確類比對象以及類比的“生長點(diǎn)”，可以有效避免濫用相似屬性或者不適度地運(yùn)用相似屬性導(dǎo)致思維相似塊在化學(xué)學(xué)習(xí)中紊亂應(yīng)用。

例如，在例2、3中都未曾明確指出類比對象及其相似性，若學(xué)生知識域越廣，對物質(zhì)性質(zhì)的了解越系統(tǒng)、清晰，越有利于他在解決問題時準(zhǔn)確合理地進(jìn)行類比。

3. 強(qiáng)調(diào)思維過程的類比，防止形似神不似

類比的或然性導(dǎo)致類比的結(jié)論存在錯誤的可能性，尤其是忽略邏輯思維過程的推理直接進(jìn)行機(jī)械的形式上的類比。類比推理更注重思維過程的類比，因此在教學(xué)中一方面要鼓勵學(xué)生根據(jù)類比對象的相似性及類比規(guī)律大膽猜想，另一方面又要要嚴(yán)格要求學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)分析類比的思維過程，保證邏輯的正確性，并對之進(jìn)行檢驗。比如例5中的問題，如果忽視了類比思維的過程和本質(zhì)則容易過于追求結(jié)論的形式化，得出錯誤結(jié)論。因此類比思維過程的正確性是保證結(jié)論正確的一個重要前提。

4. “求同”與“尋異”并進(jìn)，打破類比思維定勢

類比定勢常由類比不當(dāng)引起，其特征是模仿類推、思路固化。當(dāng)兩類對象存在明顯的形同相似點(diǎn)時，往往容易掩蓋其相異處，而類比的屬性恰好為該相異屬性，則類比結(jié)論往往錯誤。這也符合類比的“或然性”特征。

因此在教學(xué)中盡量指出類比一般規(guī)律中的特例。比如在講解過氧化鈉的性質(zhì)時要區(qū)分對待其和二氧化碳、二氧化硫的反應(yīng)，特別指出SO2與CO2的不同之處——還原性。

Na2O2+CO2■Na2CO3+O2

Na2O2+SO2■Na2SO4

再比如Fe3+、Al3+ 溶液和溶液發(fā)生雙水解，因此將Fe3+、Al3+ 與 溶液發(fā)生雙水解反應(yīng)進(jìn)行類比得出Fe3++S2-+H2O■Fe（OH）3↓+H2S↑，忽略了Fe3+的氧化性。

上述貌似形同、相似，實質(zhì)相異的“反例”在中學(xué)化學(xué)中不勝枚舉，教學(xué)時應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生“求同”與“尋異”并進(jìn)，在充分運(yùn)用類比推理揭示物質(zhì)內(nèi)在聯(lián)系和共性的同時，強(qiáng)調(diào)對個性的認(rèn)識，避免思維定勢，以掌握恰當(dāng)類比的事實依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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