類比在概念教學中對學生影響的調查研究

摘要：類比有助于學生理解，也有助于培養學生觀察、思考社會生活中的化學現象和分析解決社會生活中簡單化學問題的能力。文字——圖像類比更加有利于學生熟悉目標概念和類比源之間的聯系，并且使學生產生更多的聯想，因此也就更容易建構新的知識網絡。

關鍵詞：概念；類比；文字類比；圖像類比；文字—圖像類比

文章編號：1008-0546（2013）03-074-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.03.030

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準》在教科書編寫建議中提出：“教科書的編寫要充分利用學生已有的知識和經驗，引導他們理解和體會知識的產生過程，自主構建知識體系，增強進一步學習化學的興趣。”

由于化學是一門深入原子、分子層次研究物質的組成、結構、性質、變化及變化規律的科學，因而不少學生感到概念抽象、難懂。什么樣的教學方法可以幫助學生較順利地掌握這些概念？

二、概念界定

類比：類比是人們根據兩個或兩類對象在某些方面具有相同的屬性而發現對應關系和完成某些推理的一種思維方式。根據呈現方式的不同，可以將類比分為文字類比、圖像類比、文字—圖像類比。

文字類比：文字類比是借助文字的形式陳述目標物、類比物，并說明它們之間的相似性。

圖像類比：圖像類比要求圖像以日常事物或生活情景為主要內容，且能實現類比作用。

文字—圖像類比：文字—圖像類比中的圖像編排方式應與一般的插圖相同。除了圖題外，圖像應配有簡要說明的文本，即形成“文字—圖像類比”。這樣不僅能夠引起學習者對圖像類比的注意，也有助于學習者對圖像內容形成正確、迅速的理解。

三、研究方法

1. 被試選擇

高一和高二的學生，參加測試的學生共60人。

2. 研究工具

“原子核組成的調查研究”，該調查問卷的初稿是在分析了《普通高中化學課程標準（實驗）》的基礎上，結合原子核相關概念的特點編制而成的。經小范圍預測后，又對問卷初稿做了進一步的修改，形成了最終的問卷。

3. 數據分析

本研究數據分析采用SPSS11.0軟件。

四、結果與分析

1. 文字類比對學生的影響

在研究文字類比對學生的影響時，以“原子結構的行星模型”為研究對象，分別向控制組和實驗組提供了兩段文字材料（見材料一和材料二）。

材料一：1911年，英國物理學家盧瑟福根據α粒子散射現象，提出了帶核的原子結構模型：原子是由原子核和核外電子構成，原子核帶正電荷，位于原子中心，電子帶負電荷，在原子核周圍空間做高速運動。原子核外所有電子的質量總和只占原子質量的極小部分，原子質量主要集中在原子核上。

材料二：“經研究發現，原子結構與太陽行星模型有著一定的相似性（見表1）。”

在兩組學生用相同時間閱讀材料之后，要求兩組學生在相同時間內完成下列問題。

問題：在下列原子模型中你認為最符合的是（ ）不符合的是（ ）

原子由 和 構成，原子核位于原子的 位置，原子核的相對質量 （填“較大”或“較小”），電子的相對質量 （填“較大”或“較小”），原子的質量主要集中在 上，電子占據的空間 （填“很大”或“很小”），電子的運動有規律嗎？ （填“有”或“無”）。

實驗組和控制組的成績經SPSS11.0處理的結果見表2。

進行這樣的類比，不僅有助于提高學生學習興趣，而且有助于學生理解，培養學生觀察、思考社會生活中的化學現象和分析解決社會生活中簡單化學問題的能力。

2. 圖像類比對學生的影響

圖像類比要求圖像以日常事物或生活情景為主要內容，且能實現類比作用。經問卷調查發現學生對手性分子的理解，高一有超過80%的學生選擇了通過圖像類比的方式來理解這一概念。經過對學生的訪談發現，這一現象的出現也與教材對概念的呈現方式相關。蘇教版《物質結構與性質》第66頁在呈現手性分子概念時向學生展示的一幅圖（見圖3）具有簡潔、直觀、易于理解的特點，所以多數學生對手性分子理解時采用了圖像類比的方法。

訪談過程記錄：

教師：你知道手性分子的定義嗎？

學生2：不太清楚了。

教師：能說說自己對手性分子的理解嗎？

學生2：能，手性分子象手一樣，相互對稱但不能重疊。

教師：你是借助什么來理解手性分子的？

學生2：因為書上有這個圖。這個圖比較簡單，容易記。

結合調查和訪談結果，發現學生對概念的理解與教材中概念的呈現方式密切相關。

3. 文字—圖像類比對學生的影響

在研究文字—圖像類比對學生的影響時，以“電子躍遷”為研究對象，分別向控制組和實驗組提供了以下兩段文字材料（見材料三和材料四）。

材料三：不同的原子軌道具有不同的能量，軌道能量的變化是不連續的，即量子化的。當電子吸收了能量后，就會從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道上。處于能量較高軌道的電子不穩定，會回到能量較低的軌道上，當電子從能量較高的軌道回到能量較低的軌道時會發散出光子，發出光的波長取決于兩個軌道的能量之差。

材料四：電子遷移就像爬梯子（見圖3）。如果你要上下梯子，就必修一檔一檔地爬。原子中電子在不同能級之間的運動，也像爬梯子一樣。就像你的腳只能擱在梯子的橫檔上一樣，電子也只能處在一定的能級上，而不能處于兩個能級之間。當電子吸收了某個特定的能量后，就可躍遷到相對高級的能級上。這個量就是電子躍遷的兩個能級之間的能量差。當電子返回到相對低級的能級時，就以光的形式將兩個能級之間的能量差釋放出來。

在兩組學生用相同時間閱讀材料之后，要求兩組學生在相同時間內完成下列問題。

問題：原子軌道的形狀是 。離原子核較近的原子軌道（能級）能量 （填“較高”或“較低”），從離原子核較近的原子軌道躍遷到較遠的原子軌道會 能量（填“吸收”或“放出”），原子軌道是連續的嗎？ （填“是”或“不是”）。原子軌道的能量是連續的嗎？ （填“是”或“不是”）。

實驗組和控制組的成績經SPSS11.0處理的結果見表3。

在調查中發現文字—圖像類比更加有利于學生熟悉目標概念和類比源之間的聯系，并且使學生更易產生更多的聯想，因此也就更容易建構新的知識網絡，因為文字類比中文字的準確解釋將優化、提高圖像類比的教學功能。

五、啟迪與思考

如果其他的抽象概念（如電子遷移、可逆反應、共用電子對的偏移、催化劑的作用、化學平衡、濃度和反應速率、酶的催化作用）能夠根據類比的有關思想設計成文字、圖像、文字—圖像類比，必定對學習者產生更強大的認知促進作用。

類比并不適合所有的化學概念，類比得出的結論具有一定的或然性。當不加分析地把熟悉的概念擴展到新的題材時，很容易犯下嚴重的錯誤。一般化學概念的解釋都無必要使用類比。只有復雜、抽象的或屬于微觀領域的概念才適用文字、圖像、文字—圖像類比。。

在類比教學中應當讓學生從自身對類比物的體驗出發，以便進行有意義的理解，盡可能避免機械的記憶。

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