類比推理試誤功能在化學教學中的應用

齊蓓蓓 吳曉紅

摘? 要 類比推理作為一種教學手段和學習方法，不僅為科學家提供了發現和發明的靈感，對學生的成長與發展也有一定的促進作用。圍繞類比推理的試誤功能展開研究，將其與具體的高中化學內容相結合并設計相應的教學案例，激發學生的學習興趣和內在動力，提高教學效率與學習效率，培養學生化學學科核心素養，促進學生全面發展。

關鍵詞 類比推理;試誤功能;化學教學;核心素養;過氧化鈉

中圖分類號：G632.4? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）17-0067-03

0? 引言

在化學史中，化學家利用類比推理發現和證實了許多現象和規律。《普通高中化學課程標準（2017年版）》也提到對學生類比思維和能力的培養[1]。除此之外，新高考也開始重視對學生類比推理能力的考查，推測未知物的結構、陌生化學方程式的書寫等題型比例逐年增高。

類比推理是指兩個或兩個以上對象之間雖然存在差異，但在某種程度上，它們之間有著相同的性質或關系，以此為依據，由已知對象的性質或關系來獲取未知對象的性質或關系[2]。類比推理功能是指將類比推理的科學方法運用于實際教學中，在教學過程中體現出來的功能與效果。類比推理的試誤功能是指將類比推理融入化學教學的試誤技能中。試誤技能是指教師在教學中修正學生的錯誤，推動嘗試的一類行為。其構成要素有四點：教師推動學生嘗試;設置知識陷阱;教師適時糾正學生錯誤;教師確切評價學習過程。類比推理與試誤技能的結合點在于教師引導學生進行錯誤類比，學生在探究環節發現矛盾、糾正錯誤，加深對化學概念或反應原理等內容的理解。這種教學方法更加符合新教學理念的要求，能有效提高教師的教學效率和學生的學習效率，促進學生全面發展，但也對教師的專業素養和學生的學習能力提出更高層次的要求。

1? 類比推理試誤功能的內涵

通過類比推理了解未知對象與類比對象的共性，很容易忽視未知對象的特性，錯誤地理解或判斷未知對象的性質[3]。所以教師在教學中不事先規避強調，而是引導學生誤入知識陷阱，繼而鼓勵他們通過探究發現矛盾，找到錯誤所在，最后加以改正，從而加深對知識的理解。將類比推理的科學方法融入試誤技能，實質是在試誤技能的層面更加強調科學的學習方法。以正確的方法作指引，才能凸顯試誤技能的教學效果。試誤功能實則是證偽。教師先設置陷阱和誤區，引導學生錯誤假設，再去親身驗證，在驗證的過程中發現錯誤，反思錯誤點及出現錯誤的原因，深刻認識類比對象之間的聯系，強化知識的掌握和能力提升，深化對證據推理意識的培養。類比推理試誤功能具體步驟見圖1。

以Fe和CuSO4溶液反應為例，Fe比Cu活潑，前者可以將后者從它的水溶液中置換出來，即Fe+CuSO4==Cu+FeSO4。教師引導學生依據金屬活動性順序表中排在前面的金屬可以將排在后面的金屬從它的鹽溶液中置換出來的規律類比推理，Na的金屬性也強于Cu，類比推理的結論應該是Na 能把Cu從它的水溶液中置換出來。然而實驗驗證發現，此推理結果并不正確。若Cu能被Na從CuSO4溶液中置換出來，反應現象應該是溶液中有紅色固體析出，而不是先有氣泡產生，后有藍色沉淀析出。金屬K、Ca、Na投入到可溶性鹽溶液中，先是與水發生置換反應生成NaOH，上一步的產物再和鹽溶液繼續發生復分解反應。因此，要在理解的基礎上牢記金屬跟鹽溶液發生置換反應的三個條件。最后讓學生思考：足量的Na投入Al2（SO4）3 溶液中可能發生的離子反應是什么？這樣的自主探究過程能夠讓學生主動發現錯誤的根源，及時糾正，深層次理解化學反應原理，從而牢固掌握知識。

2? 類比推理試誤功能的應用

2.1? 教學目標分析

2.1.1? 核心知識? 掌握Na2O2和CO2的反應現象、原理、方程式的書寫等;類比掌握SO2和Na2O2的反應現象、原理、方程式的書寫等。

2.1.2? 核心能力? 將試誤技能與類比推理相結合，先引導學生錯誤類比，在自主探究過程中發現錯誤糾正錯誤，理解并掌握實質，提高學生靈活運用知識的能力。

2.1.3? 核心品質 通過類比書寫SO2與Na2O2的化學反應方程式來體驗類比推理的思想和方法，并通過錯誤類比警示學生在化學學習中需要具體問題具體分析。

2.2? 教學設計思路

本節內容選自人教版高中《化學（必修1）》第三章第二節第1課時，學生為高一年級學生。以游戲的方式導入課堂，可以激發學生興趣，通過分析可燃物初步培養學生的類比意識。在教師引導下，學生回顧CaO的性質，類比推理學習Na2O和Na2O2的化學性質。為了將試誤技能與類比推理結合教學，教師引導學生類比CO2和Na2O2的化學反應方程式，推理書寫SO2和Na2O2的化學反應方程式。學生慣性思維犯錯，教師鼓勵學生通過實驗探究驗證SO2和Na2O2的反應產物是否與預測產物一致。學生在自主探究過程中發現錯誤、糾正錯誤，有利于加深對反應原理的理解和掌握，并培養自主探究的意識和能力。教師再用考試中常見的類似試題做檢測，引導學生運用類比推理的方法解決、總結、歸納，避免犯錯。

以上環節可幫助學生理解知識內涵，而非停留在知識表面，教師教學的重點應該集中在培養學生自主探究意識和能力。具體教學思路見圖2。

2.3? 教學活動過程

環節一：培養類比意識

【游戲導入】取兩份完全一樣的脫脂棉，第一份不作任何處理，第二份包裹一種不知名的物質。將兩份脫脂棉分別置于石棉網上，用一根塑料管緩慢連續地分別向脫脂棉吹氣，第一份脫脂棉無現象，第二份脫脂棉劇烈燃燒。

教師提問：“此現象能說明什么問題？”

學生回答：“第二份脫脂棉中有可燃物，達到了著火點且有助燃劑。”

教師追問：“請同學們思考可燃物是什么？助燃劑是什么？達到著火點又說明了什么呢？”

【引導分析】人體呼出的氣體主要成分是CO2，說明第二份脫脂棉中的未知物能與CO2發生反應，該反應放熱，而且能夠生成O2。教師提示：這種未知物是一種金屬氧化物。

環節二：引出類比對象

繼續追問：“請同學們回憶學過的哪種金屬氧化物能與CO2發生反應呢？”

【舊知回顧】CaO+CO2==CaCO3。

教師分析：“CaO是一種常見的金屬氧化物，初中就學習過，它能與CO2發生反應放出熱量。但細心的同學會發現，此反應并未生成O2。顯然，這種未知物并不是CaO。”

【啟發類比】在物質分類課中學過，物質組成相似則性質相似。鈣是常見的金屬單質，除鈣以外，鈉也是常見金屬。那未知物會不會是Na2O呢？

學生類比：“Na2O+CO2==Na2CO3。”

【實驗演示】此反應能夠發生，但并不生成O2。

自然過渡：“老師給大家介紹一種特殊的氧化物——過氧化鈉，它的化學式是Na2O2。細心的同學可以發現它與Na2O的不同之處在于它比Na2O多了一個氧原子。我們通過實驗來驗證Na2O2是不是未知物?！?/p>

【實驗演示】在脫脂棉中包裹適量的Na2O2粉末，置于石棉網上，用一根塑料管緩慢連續地向脫脂棉吹氣，脫脂棉劇烈燃燒了。

【探究總結】2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2。

環節三：嘗試錯誤類比

自然過渡：“我們類比了Na2O和CaO的性質，其實化學中像這樣的類比很多，如初中我們學習了CO2，知道它是一種酸性氣體;高中我們又接觸到了SO2。通過觀察可以發現SO2和CO2在組成上很相似，且都屬于酸性氧化物，滿足酸性氧化物的通性。”

引導犯錯：“CO2能和Na2O2發生以上反應，通過類比，我們推測SO2應該也可以發生類似反應。請同學們嘗試寫出SO2與Na2O2的化學反應方程式。”

學生作答：“2Na2O2+2SO2==2Na2SO3+O2?！?/p>

教師分析：“下面我們通過實驗來驗證一下SO2和Na2O2

的反應是否和我們推測的一致?！?/p>

【實驗驗證】將SO2氣體通入盛有Na2O2的試管中，用帶火星的小木條在試管口檢驗是否有O2產生，觀察實驗現象。

【分析現象】通過實驗發現SO2和Na2O2反應并沒有生成O2。那另一種產物是不是也不相同呢？

【檢驗產物】用HNO3酸化過的AgNO3溶液檢驗產物。

【結果分析】有白色且不溶于硝酸的沉淀生成，說明產物中并不是亞硫酸根，而是硫酸根。

教師提問：“難道是類比過程出問題了？”

教師啟發：“SO2中的硫顯+4價，硫酸根中的硫顯示+6價，顯然，反應前后硫元素的化合價升高，被氧化，Na2O2做氧化劑，具有強氧化性。

環節四：糾正錯誤類比

學生糾誤：“具有還原性的SO2與具有強氧化性的Na2O2 會發生氧化還原反應，故反應產物是Na2SO4，而不是推測的Na2SO3，即SO2+Na2O2==Na2SO4?！?/p>

教師總結：“并不是結構相似、性質相似的物質就能夠類比，類比過程中還應該注意反應物中是否有強氧化性或強還原性物質，這類物質易發生氧化還原反應，影響類比推理的結果?！?/p>

環節五：練習強化正確內容

總結歸納：“習題中經常碰到這種書寫方程式的陷阱，請同學們課下查閱歸納整理：哪些反應容易從氧化還原的角度在類比過程中設置障礙？我們下節課一起來查漏補缺、整理成冊，避免以后犯錯?！?/p>

2.4? 教學反思

類比推理的試誤功能符合新的教育理念，即培養學生自主探究的思維與能力。通過實踐發現，類比推理的試誤功能可以幫助學生克服慣性思維，有效避免考卷中所設的陷阱。并且在教師引導學生犯錯又改錯的過程中，學生的探究精神和本能也被激發，這不論是對于學生以后的學習還是素養的培養，都具有重要的意義。

3? 結語

本文通過對類比推理試誤功能的分析說明類比推理在化學教學實踐中發揮著重要作用。利用類比推理在新舊知識間建立聯系，能夠化抽象為形象、化枯燥為生動、化陌生為熟悉，促進學生正確建構科學概念，提高教學效率[4]。而將類比推理這種科學方法巧妙地與試誤功能相結合，是一種很新穎的教學策略。首先，它能夠有效激發學生的學習興趣和熱情;其次，學生在教師引導下進行錯誤類比，并通過自主探究驗證，此過程可以培養自主探究的意識與能力;最后，學生在教師的講授中糾正錯誤，獲取新知識，進一步理解化學概念或反應原理。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2，89.

[2]劉宗寅，呂志清著.化學發現的藝術：化學探索中的智慧聚合[M].山東：中國海洋大學出版社，2002，449-488.

[3]許建華，吳文中.探究鎂、鋁與氯化銅溶液反應差異性[J].中學化學教學參考，2020（19）：39-42.

[4]周建秋.點化策略：一種促進學生有效學習的方法[J].現代中小學教育，2016，32（1）：57-59.