王新文

摘 要：针对高一学生元素化合物学习中方法僵硬且记不住记不准的实际困难，结合高一学生化合物知识的学习起点，运用类比思维，引导学生自主建构学习内容，可使元素化合物学习中的核心问题得到有效解决，学生的解题能力获得有效提升，也有助于学习方式的改变。

关键词：类比思维；元素化合物；教材；实践

元素与化合物知识是整个中学化学知识体系的基础，是建立与应用化学理论知识的重要载体。高中阶段元素化合物知识集中在人教版《化学》必修①，由于高一新生储存的物质信息不仅零散还相当有限，仅具备初步应用初中所学常见物质的能力，所以必修①第三、四章的元素化合物知识的教学一方面要促成学生完成知识积累，为概念形成建立例证（依据），为原理知识建立支撑；另一方面要帮助学生掌握认知物质性质的思维推理的基本方法，培养建构物质性质等的初步能力。类比思维恰是学生知识积累及学习新知的有效方法，即学生通过自主思考、推理并建构新物质性质等的类比过程，进而达到记住、记准化合物间转化知识并习得持续学习的方法。

一、类比思维的含义

类比思维，是指根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似，从而推出它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑思维方法。作为一种思维或逻辑推理的方式，类比是在两个或两类特殊事物之间进行的，它既不同于从特殊到一般的归纳方法，也不同于从特殊到特殊的一种独特的方法。归纳必须在分析研究大量特殊事物的基础上才能进行。演绎又依赖于归纳，也必须在从大量特殊事物中抽象出来的普遍原理上才能进行。如果事例太少，就难以进行归纳和推理。而类比则是在两个特殊事物之间进行分析和比较，因此它可以在科学资料积累水平较低，还不具备进行归纳和演绎的条件下进行，是一种颇有用处的方法[1]。

二、类比思维是同化物质性质的有效方法

（一）类比能有效获取物质性质

如你认为Na2O的化学性质和Fe2O3、CuO、Al2O3、CaO中“谁”的性质最为相近，陈述你的理由，并概括出Na2O的化学性质。引导学生基于对金属还原性顺序更精确地把握氧化物的性质，即钾、钙、钠是“非常活泼”的金属，那么把CaO的化学性质迁移至Na2O更合理。学生既得到了Na2O的性质，还从方法上获得了知识合理“扩容”的途径。有了这种推理思维意识就不会对探究Al2O3、Al（OH）3和强碱溶液的反应感到突兀，因为铝就能和强碱溶液反应（元素与物质），也不会盲目对Fe2O3和NaOH溶液是否反应产生“质疑”。这样的类比切近学生认知物质性质的能力，又能有效避开枝蔓知识，提高了“记住”“记准”的精确度。

对金属活泼性形成精细分类正是教材内隐的知识，体现为Na、Al、Fe性质的横向对比学习，所以类比学习也是贴近教材意图的方式。将物质“细化”认知的主观思维能力越强，分类思维就越自觉，而且分类的价值就越高。

（二）“以类而比”要注重渐进性

细化分类建立物质性质是将认知从“有限”推向“无限”的有效方法，然而高一新生对物质性质基本是以“个案”存储的，从“个案”认知到“类”认知要先建立“类”认知基础，以类而比才有可行性。如图1中从较熟悉的Zn、CuO、Cu（OH）2的性质以此建立起Al、Al2O3、Al（OH）3的性质，有了“铝系”（铝及其化合物，下同）基础即可类比学习“铁系”。类比要注重对类比对象的“固定”，实验是帮助学生固定认知的重要手段。如稀盐酸“打磨”铝膜实验能帮助学生对金属氧化物能和酸反应形成肯定认识，再去认知FexOy的性质就很果断。若从CuO推理Al2O3再推理FexOy的性质，不仅学习难度大、枯燥且容易出错。图中碱性氧化物意指从和哪些物质间的反应建立对它们性质的规律认知，并非是要抛给学生的概念。

其实教材也非常注重对“以类而比”的方法引导，比如人教版《化学》必修①P70习题7就是类比构建“铜系”的例子。学生将物质性质“张冠李戴”的实质是认知不固定的“抛锚”现象，基本认知不牢靠，越学越多必然导致越多越乱。

三、类比思维是掌握物质制备的有效策略

物质制备是元素化合物学习的重要内容，高一新生对物质制备的系统知识相当匮乏，如何引导学生触类旁通，需对Al（OH）3制备进行精心教学设计。图2是以开启学生智慧为目的，以Al（OH）3实验室制备为主题的教学设计，教学以原理选择、方案探索为两个主要过程，先根据学生基础对物质制备知识做了必要的修齐补足，然后通过实验演示，以“发现问题→依理再究→获得结论”为主线，组织学生主动建构物质制备分析方法和相关知识，并为类比思考Fe（OH）2的制备进行了预设。

依理再究是对因Al（OH）3会溶于NaOH就提出用氨水替代NaOH的理性思维不足的再探讨。不足主要表现为易使学生形成“物质制备需要反应物100%转化为生成物”的观念，没有解决当n（Al3+）∶n（OH-）=1∶3时为什么不能制备Al（OH）3的困惑。要使图2中0.9mol/LAl2（SO4）3（近饱和浓度）生成约0.1molAl（OH）3沉淀，虽然只要控制V[NaOH（aq）]=108mL即可，但要规避Al（OH）3和OH-“见面”，就需采取“滴加”“搅拌、振荡”“沿器壁滴入”等措施，要滴入两千多滴NaOH溶液（滴管一滴约0.05mL），学生很容易体会到操作的“不便”和“不易”（0.1mol Al（OH）3是实验室制备的现实问题）。“反滴实验”（Al2（SO4）3滴入NaOH溶液）既使学生从实验“看到”反应之快，进一步感悟到“滴加”仍可能造成Al（OH）3溶解（因NaOH溶液浓度较大）。至此，经过用氨水替代NaOH溶液的实验实践，深刻理解选择通入氨气既方便快捷还确保了铝元素的转化率。

物質制备的类比重在思维方法的类比，具体在原理选择、问题与改进、操作分析等环节。围绕氢氧化铝制备中“问题”的理性思考，抓住关键原理，改进操作、试剂、仪器等具体问题，无疑引导了学生的思维方向和思维方法，也提升了物质制备的设计、分析能力。

四、类比思维是培养问题解决能力的有效途径

（一）类比思维构建怎么学

FeCl2和FeCl3展现了多价态铁元素的“实体”，二者间的转化途径是掌握同种元素不同价之间转化规律原理的“具体知识”，即Fe2+和Fe3+间转化思维是构建不同价非金属元素（第四章）化合物间转化途径的基础。单质、氧化物、碱、盐是金属及其化合物学习的主要内容，类比可知非金属及其化合物应以单质、氢化物、氧化物、酸、盐为主要学习内容，再从铁的化合物比铝的化合物多了一组氧化物、碱和盐是因铁的变价，便知只要抓住非金属“价多”特点就很容易厘清非金属及其化合物的学习脉络。再从学习方法看，图3所示的铁及其化合物在转化中体现出的“横向酸碱纵氧还”的规律，不也是非金属及其化合物转化的“范例”吗，可以说硫、氮、氯及它们的化合物均可仿照铁及其化合物的图“摆放”，并从“横”“纵”研究物质间转化方式及性质、应用。从Fe（OH）2制备中的“问题”很自然就转向了Fe2+和Fe3+间转化规律及实现途径的探究，学生所获思维方式和能力又得以在非金属部分得到应用、巩固和深化，如从酸雨转向正四价硫和正六价硫，进而引导学生学习方式的改变和学习能力的提升。

比较、类比是获得新知的重要举措，随着学习的深入，对物质间转化若辅以图4进行再梳理，那么学生记忆复杂转化关系的精度又会再上一个台阶。类比思维的应用能有效开启、激发学生自己的智慧。

物质间转换隐含着形式的、宏观的、微观的、原理的诸多规律，适时引导学生进行整理归纳能启迪学生琢磨记忆的“窍门”，如图4中隐藏的转换中的数量关系（所加物质间存在n（H+）=n（OH-）、n（e-）得= n（e-）失的内在联系），这些思考更有利于学生将非金属知识学得更快、更好、更轻松。

（二）类比思维构建解题策略

图4中NaOH和CO2、AlCl3和NaOH间的反应关系为学生提供了理解“少量”“过量”及掌握典型计算题型的典型载体。图5展示了此类计算题的基本计算思路及建立教学的主要环节。

基于Al3+和OH-反应计算问题的解决策略，可以更换载体，通过学生模仿解决OH-和CO2的计算问题，促使学生习得应有解题技能。从原理、规律、方法等方面审视“型似”知识并获取相关结论对学生自主建构也有积极的意义。OH-和CO2的图像从建立坐标系到画图显然是要复杂些，具体见图6。

图像是通过对反应过程中两种变量之间数量对应关系的描述，形成的反映物质变化趋势、关系及幅度等特点的线段及其组合，它以“数”和“型”相结合的形式揭示了反应所遵循的原理规律。故既可以根据反应的原理作出相应的图像，也可以根据图像推理得出物质反应的原理。识图能力反映了学生思维敏捷性、思维品质、信息获取与加工等学科素养，而作图无疑有助于掌握识图的关键，图5、图6的绘制过程对学生深度理解并体会“少量”“过量”的含义，“数量”与“物质”间的对应关系，微粒此消彼长的本质等作用巨大。图像正日益成为深度学习的重要途径和内容，和图6类似的图像近年在各级试题中屡屡出现。本章还有很多解题技能可以通过类比思维实现，鉴于篇幅不再赘述。

运用类比思维学习元素化合物是教材使用的深度感悟。从类比的视角看教材可以发现，钠的化合物间主要是和酸碱的转化，而铁多了氧化还原思维；从铁到非金属化合物，看似还是“横向酸碱纵氧还”的内容，但元素的化合价更丰富，物质具体形态更多，转化关系也更多，氧化还原性的强弱随温度、浓度等因素影响（如钝化、铜和浓、稀硝酸反应）又增加了氧化还原思维应用的深度等。可见，类比思维不是思维的简单复制粘贴，它隐含着思维的比对和比对中的深化。这是类比思维教学引导中需要启迪学生关注的，也是需要学生感悟并掌握的。

参考文献：

[1]王祖浩.化學中的类比思维 [EB/OL]. [2016-11-25].http：//www.cqvip.com/read/read.aspx？id=25421079.