化学教学中类比的意义

2014-03-11李作胜

教育教学论坛 2014年28期

关键词：命名原子化合物

李作胜

（武威职业学院，甘肃武威 733000）

化学教学中类比的意义

李作胜

（武威职业学院，甘肃武威 733000）

本文基于高职学院生源的多元化特点，对化学教材中类比的现象和教学中类比的教学法进行了深入地探讨，说明了类比教学法在高职《医用化学》教学中有着重要的实际意义。

《医用化学》；类比现象；类比教学法

我国的高职教育作为一种新的教育类型，目前的状况是从理论到实践仍处于不断探索新的办学模式和新的教学理论的发展阶段。作为一线的教育工作者最能深切体会到传统的精英教育理念和教法确实已不适用于高职教育，更不要说饱受诟病的应试教育。仅从高职院校生源的角度来看就有高中理科生、文科生、三校生等，呈现出多元化的方向发展的趋势。学生的知识结构的巨大差异给授课教师提出了新的挑战，从教学理论到教学方法都必须全面调整和创新。如何用适当的教学方式完成教学目标，尤其是在学生难学、不重视的基础课上更显得突出与紧迫，笔者在化学课的教学实践中不断探索，认为类比教学法是一种有效的教学方法。

类比法，本意是根据两个或者两类对象之间在某些方面相似或者相同，从而推出它们在其他方面可能相似或相同的一种逻辑方法，显然类比是由个别到个别的推理过程[1]。类比教学法则是用学习者较熟悉的知识、经验或技能和学习者一时难以理解的新知识做联想、比较从而达到由此及彼的知识迁移的教学方法，是类比法思维的一种具体应用。因此，类比教学法的关键在于本体和类体之间有相同或相似的某些属性，并且类体是学习者较为熟悉的事物。

一、化学教材中的类比

由于近代科学技术的发展，人们的认识已远远超越了我们能直接感知到的自然世界，尤其是微观领域。纵观科学发展史，不论是科学家们的探索与研究，还是科学家要说明、表达某种思想，或是描述某种事物，都会用到类比法。1906年，英国科学家卢瑟福做了著名的α粒子散射实验，1911年由卢瑟福提出：原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域，叫原子核，电子在原子核外绕核作轨道运动。原子核带正电，电子带负电。可是原子本来就很小，现在要说明它内部复杂结构，可想在当时是何其难。卢瑟福提出的原子模型像一个太阳系，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星，于是科学界就把卢瑟福提出的原子模型也称之为“原子行星模型”。这里把宏观的可以看得见的行星和微观的看不见的原子作类比，这样让人们很容易理解卢瑟福提出的原子模型到底是怎么一回事。再如，近代化学为了描述核外电子的运动状态，而引入了电子云的概念，核外电子的运动规律是不能预言它在某一时刻究竟出现在核外空间的哪个地方，只知道它在某处出现的机会的多少。人们为描述、说明它的这种特点就用小黑点的疏密来表示单位体积内电子出现的几率，小黑点密处表示电子出现的几率密度大，小黑点疏处几率密度小。可这个形象是三维图像，用二维平面图像来表征它，总显得不那么直观，如何能让人们正确地认识电子在原子核外空间分布的几率密度分布呢。类比法显示了它的好处，用人们熟悉的云雾做类比，这样使人们很容易理解核外电子的运动特点。云是人们生活中最常见的一种形象：疏密不同的，形状各异的立体图像，不同之处是电子带负电，云雾不带电而已。于是，科学家就把核外电子出现的几率分布直接称为电子云。再如，手性分子是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。碳原子在形成有机分子的时候，4个原子或基团可以通过4根共价键形成三维的空间结构。由于相连的原子或基团不同，它会形成两种分子构型，这两种分子拥有完全一样的物理、化学性质。但是从分子的构型来看，它们依然是两种分子，这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应，由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像左手和右手那样，我们称这两种分子具有手性，又叫手性分子。显然，化学上应用了类比的方法，来定义手性分子。那么手与手性分子到底有何相似性，就是实物与镜像不能重叠。生活中每个物体都有镜像，但不是每个物体都不能和其镜像重叠，只有手这样的不具有对称面和对称点的实物才是实物和镜像不能重叠。用手性来定义具有结构上镜像对称而又不能完全重合的分子的这种特性，也是因为人人都有双手。手是人们生活中最常见随时可拿来观察与比较的实物，且左右手互为实物与镜像的关系，因此才定义为手性分子。可见，类比能让事物的表达既简单又容易理解。

二、化学教学上的类比

具体的教学过程中亦可选用恰当的类比，使学生能快速、准确地理解教材知识，同时还可达到启迪思维，建立广泛知识迁移的好习惯，培养学生建立良好的学习策略的目的。在讲授有机化合物的命名知识时，我们的教学目标是使学生掌握有机化合物的命名规则和步骤方法。纵观有机化合物的命名，它们的宗旨是统一的：唯一的名称对应唯一的物质，并且名称中要体现出有机物的结构特征。规则大致是相似的。如何让学生由特殊到一般，系统、全面地掌握所学的有机化合物的命名呢？可联想到我们日常生活中给人的命名和有机化合物的命名有可比性，教师在讲解时先从中国人的起名习惯谈起，再和有机化合物的命名做比较，让学生明白我们给事物命名时的习惯，再进一步让学生认识有机化合物的命名规则，并且让学生知道科学上的规则的制定不是由哪一个个人或者组织任意规定的，而是由相应被科学界认同的相应的权威机构规定的。一旦制定了某一规则，其他的个人或者国家都按照此规则执行，当然由于文字的不同，各国可根据自己的文字特点制定在本国适用的规则。我们现在学习的在机物命名就是我国根据我国的文字特点制定适合中文的系统命名法。例如，我先问学生，你们每个人都有自己的名字，是否想过自己为什么叫这个名字，谁给你起的，能否给自己改名字，改名字的原则是什么。这些学生最熟悉的现象让学生明白，给人起名字就是做为这个人的代表符号，但是起名的规则却是根据文化传统有一定的约定俗成的，不是可以随意地起名字；让学生明白人们在表达描述事物时要有规则的制定，好的规则是名称中要体现出事物的关键物征信息，正如中国人的姓名规则是第一个字做为姓氏，然后是第二或第三个字是排行，才有了族谱这一中华文化的特殊奇葩，我们才能知道我们的祖先是怎样演化而来的。孔夫子的第七十二代后人能够知道自己的来历，也就不奇怪了。这些都是依赖中华文化中特有的姓氏制度才能得以知晓。它在生物进化学上也有积极的意义，就是避免近亲结婚。这些知识的旁征博引，不但让学生明白了人类命名现象背后的逻辑与科学，还能启发学生对生活现象观察与思考。但是，我们的姓名规则和有机化合物命名还是有严格的区分，再以重名现象引导学生思考，使学生认识到做为人的唯一代吗。我们的姓名有一定的局限性，为了有效管理国家的公民，国家公安部给每个公民起了唯一的名称—身份证号，让学生明确身份证号中每一个数字的含义，使学生最终清楚给事物命名的较科学的规则应当是唯一的名称对应唯一的事物，名称中要体现出该事物的重要的属性信息，然后再来学习有机化合物的命名规则。这样类比，扩展了学生的视野，优化了学生的知识结构，为进一步学习有机化合物的命名的教与学做好了知识迁移的知识准备。实践证明，学生在以后有机化合物的命名的学习中，都能很好地理解、掌握各类有机化合物的命名规则。再譬如，在讲杂化轨道理论时，学生对杂化轨道理论较排斥，因为学生在结构理论中已经学习过原子轨道理论，现在学习有机化学又来一个新的轨道理论，相互纠缠在一起难以理解。为了让学生较好地接受这个思想的转变，本人尝试着用学生相对较易理解的政治学理论来类比。马克思主义的理论和俄国的十月革命的经验，在中国的革命实践中必须结合中国的实际状况，毛泽东的伟大正是较好地将马列主义和中国的实际结合起来，并创立了自己一整套指导中国革命取得胜利的理论，于是便有了“毛泽东思想”这一共产主义理论的新内容。同样，原有的结构理论已不能很好地解释有机化学上的现象时，必然会有新的理论产生来补充、完善甚至取代原有的理论，这也正是科学不断向前发展的普遍现象和正确的逻辑。这样的类比，让学生一扫原有理论对学习新理论形成的干扰和迷思，激发起学习新理论的冲动。在给学生讲解电子效应时，笔者用“近朱者赤，近墨者黑”原本是用来指人类活动的普遍现象的名言作为切入点。这一名言所说的社会现象和所包含的哲理是两个相距太近的事物必然会产生互相的影响，然后引申出这一现象在微观的分子结构中也是普遍存在的，即同一分子中相距太近的原子之间会存在相互的影响，并进一步引出电子效应的概念：在有机化合物分子中，由于原子或基团之间的相互影响，使电子云分布发生一定程度变化的现象称为电子效应。将微观的难以理解的结构理论用学生能很好理解的社会现象做类比，使学生学得轻松自然，化解教学难点于无形。