绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇化学中的类比法范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4772(2013)10-050-01
所谓类比,一般需要两个具有一定相似性的对象,人们可以通过认识其中一个对象的某些特性,进而推断出另一对象的特性,当两个对象一个抽象一个具体时,类比在科学探究上表现出的价值就更加高了。
(一)基本类比思维模式
从类比的定义,不难推测出其基本的思维模式。以认识对象A为例,假设我们事先已经知道A对象具备①、②、③三个特性,而已知的B对象同样具备有①、②、③三个特性(或者具备三个类似的特性),同时还具备有特性④,那么我们就能推测出A对象同样具备特性④(或者具备类似的特性)。
其重点在于,我们首先要已知到对象A的部分特性,并能找到具备同样或类似特性的对象B.
(二)类比方法在化学中的重要意义
由于类比能够将未知事物的性质转换为已知事物的性质,或者将抽象事物的性质转换为具体事物的性质以供我们探究,因此,类比方法在化学中具有很深刻的意义。
1. 通过类比,我们可以提出科学的化学假设,并针对性地进行验证。原子结构模型的提出,正是一个类比的良好应用,以汤姆生和卢瑟福为代表的化学家将原子结构与西瓜、太阳系进行了类比,提出了符合当时社会认知水平的原子结构模型,进而通过科学的实验探究,才终于得到了最终的原子结构。
2. 通过类比,我们可以根据已知物质的特性,探索未知物质。不少科学家通过元素周期表,类比同族元素,得到了不少未知元素的化学性质,这就是类比法在探索未知物质上的应用。一个有代表性的例子就是稀有气体真化合物Xe+[PtF6]-的发现,巴特列正是通过类比氧气与氙气的相似性,推测出既然存在有化合物O2+[PtF6]-,那么就可能存在有Xe+[PtF6]-,才最终得出了该成果。
3. 通过类比,我们可以通过已知的化学知识,解决未知的化学问题。一个很简单的例子,就是可以通过氧化物与硫化物间的相似性,根据氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠,推测出硫化钠与二硫化碳反应可以生成三硫代碳酸钠。当然,通过类比得出的结论,不经过有效的验证,是不能够成为最终结论的,例如,氢碘酸与氢溴酸也有部分类似特性,但如下推断是不成立的:
Fe(OH)3+3HBr=FeBr+3H2O Fe(OH)3+3Hl=Fel+3H2O
可见,类比方法的应用极具意义。既然类比方法、类比思维在化学知识的探索中有如此深刻地应用,那么将其融入到教学中,自然会产生良好的效果,既能保证学生准确理解了化学知识,又能保证其掌握类比这一科学的探索认知手法。
二、类比方法在化学教学中的应用
(一)类比方法在概念教学中的应用
概念,尤其是化学概念,一般都是非常抽象的,这种时候采取类比的方式,将抽象转化为具体,就能够保证学生理解透相关概念。例如,在教授“物质的量”相关章节时,可以将其与“长度”这一概念类比,在教授“同位素”相关概念时,又可将其与“元素”这一概念类比等,学生往往难以接受新事物,但对“长度”与“元素”这些旧事物却有很好地理解,这样简单地类比,学生自然就能够理解摩尔与物质的量的关系就是米与长度的关系,氕氘氚又同为氢元素的同位素了。
(二)类比方法在规律教学中的应用
虽然不少化学反应规律可以通过实验教学的方式展现在学生眼前,但碍于条件限制,更多的反应是不可能通过实验进行教学的,这时,我们就可以通过类比法,将未知的化学反应与已知的化学反应相结合。举一个简单的例子,在讲解化学可逆反应的平衡概念时,完全可以通过类比已经为学生掌握的溶解沉淀平衡现象,使学生了解这是一个动态平衡。
(三)将化学知识与实际现象类比
学生最熟悉的永远都是自己的日常生活,那么将抽象知识与日常生活类比,必定能使学生更好地理解这些知识。例如,在讲解共价链的极性与非极性时,可以以书桌上常见的“分界线”作为类比对象,位于中间的分界线就是非极性共价键,而偏向一侧的就是离子键。这样一来,学生就比较容易理解相关知识了。
三、结束语
总之,类比方法是一种科学有效的知识获取手段,在化学教学中有其显著的优势,事实上,不少化学原理就是通过类比方法得到的,这就说明,我们有必要培养出学生的类比思维,在日常教学中积极运用常见的类比方法与类比模型,只有这样,才能保证学生能够有效吸收抽象的知识,并养成类比的科学思维习惯。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李伟.类比思维在中学化学教学中的应用研究[D].东北师范大
学,2009.
[2] 卢为民,金汝来.试谈类比思维与化学学习[J].新课程研究,
2010(05).
类比法也被称作类推法,是不同的物质间具有类似的特征,从而获得其他的类似的特征也存在的推理法,科学中的大量假设均是由类比法得出的,具有独特的思维逻辑方式以及独特的价值。化学是一门应用性很强的科学,与实际生活联系密切。因此,运用类比法进行教学,采用生活中的现象对学生进行教学,既能提高课堂教学效率,而且还可以培养学生的科学思维,因此,笔者结合长期的教学实践,就高中化学教学中类比法的应用进行研究。
一、化学教学生活化
教学活动与生活存在天然的关系,陶行知的“生活教育”与杜威的“教育即生活”启示我们:生活本身具有教育意义,而且教学活动本身具有生活意义。因此在教学活动中,必须注重联系社会和生活实践,加强高中课程教学与生活的联系,注重引导学生运用知识去关心社会实际。在新课标的要求中,教学活动需要从学生已有的经验出发,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注与化学相关的社会问题,从而培养学生的参与意识、社会责任感和决策能力。实现高中化学教学生活化具有多种方式,在实际教学中需要根据学生群体、知识的类型等进行方法的选择。采用类比法进行教学,将课堂上的化学与生活实际相统一,既能起到化难为易、深入浅出的效果,获得较好的教学效果,也能够在过程中培养学生的思维能力。
二、类比法在化学教学生活化中的应用
1.用生活常识类比化学知识。比如对于元素的氧化性、还原性问题教学,采用生活常识类比法,可以帮助学生形象地理解相关概念。采用“登山原理”比拟高价元素表现出氧化性、中间价态的元素往往既有氧化性又有还原性、低价元素表现出还原性的概念,以人在山谷、山腰以及山顶的状态为例,可以让学生很形象地理解元素的氧化还原的概念。
2.用其他学科来类比化学。比如在进行碱金属活泼性对比的教学中,因为从Li到Cs的电子层数增加,失去电子的能力加强,从而表现出碱性加强的规律。为了向学生解释该原理,采用“天高皇帝远”的观念来解释碱金属的活泼性,将原子核比作皇帝,而核外电子比作将军,因为将在外君命有所不受,所以越是离核远的电子,显得更加不受控制,也更加容易失去。用这样的现象解释化学原理,既能够使学生了解到化学的魅力,也能够使学生增长其他的相关知识,获得较为深刻的印象。
3.用现实生活的宏观现象来类比化学中的抽象微观知识。比如在进行微观物质的教学中,采用宏观生活的概念,能够使学生获得相对直观的认识。采用具体的实例类比看不见摸不着的微观知识,使学生理解自己的学习内容。比如在进行摩尔体积的教学中,学生们对于摩尔体积的规定并不理解,笔者采用篮球类比气体分子,解释因为气体分子之间的距离远远大于分子本身的大小,所以在标准状态下气体分子的体积可以忽略不计,最终等物质量的气体的体积相同。
三、类比法教学的成效
1.有利于训练学生的思维。科学的方法是学习和研究科学知识的最好工具,类比法是基于科学探究中假设的最好方法之一,能够使化学知识的学习变得简单。在高中化学的教学过程中,采用类比法进行教学,不仅让学习变得简单,学生的科学思维能力也得到培养。
2.有利于基础知识和基本技能的理解和应用。将化学与社会生活相联系,能够调动学生的积极性,掌握基础知识与生活的基本技能。联系生活中的问题,可以让学生加深理解。采用生活常识进行学习,有利于知识的牢固和提高学生处理实际问题的能力。
3.有利于改善学习方式方法。化学教学“贴近生活、贴近社会”,采用类比法进行教学,将化学教学与生活化联系在一起,激活了学生的思维,开阔了学生的视野,有助于学生养成良好的学习习惯。
4.有利于促进学生对生活的理解与责任感。化学的最终问题是为了解决人类生存的问题,在高中化学教学中,采用生活类比,使学生了解到能源危机、臭氧空洞、白色污染等社会问题,不仅能够让学生了解到化学在生活中的应用,也能够让学生了解到化学的责任,从而树立终身学习的理念。
四、结语
高中化学的教学方法有很多,可以采用不同的方法将化学教学生活化。类比法作为科学研究的常用方法之一,能够有效地将化学教学与生活联系起来,深入浅出地进行教学,同时能够激发学生的思维能力,使学生体会到化学学习的乐趣和化学的责任感,有助于学生学习方式的改进和责任感的提升。
参考文献
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)22-0238-02
在材料、化学、化工、生物、制药、冶金等相关专业中,学生对物理化学知识的掌握程度影响到对其他课程知识点的把握。同时物理化学也是诸多大学研究生入学的专业考试课程。但是,在物理化学课程具有课程起点高、知识点密集、知识点抽象、难度大的特点。这也使得物理化学“教”与“学”的难度都较高。如何提升教学效果,一直是物理化学教学中研究的一个重要课题。
在具体教学中,通过联想、分析、比较、归纳,把已经熟悉的知识模型、知识规律与所研究的各种现象和过程相联系,找出它们在某些方面的相似之处,并用类似的方法处理称为类比思维方法。类比思维曾经帮助人类获得大量的知识,很多物理学家如开普勒、牛顿、麦斯伟尔都运用类比思维解决了很多物理学难题,可见,类比思维能力是进行学习和研究的基本素质之一。
根据认知心理学原理,在学生学习新的知识,尤其是比较抽象的知识时,最好能找到新旧知识之间的联系。对于物理化学教学而言,通过相似关系举出学生熟悉的领域中的实例,可以帮助学生对新知识的理解和认知。由于物理化学教学内容相对抽象,类比思维可对学生学习该课程提供直接的指导和启发。另外,类比思维也是一种科学的思维方法,运用类比有助于迅速地把握处理问题的关键,变通物理化学规律,提高分析问题和解决问题的能力。
一、与熟悉的形象化的事物进行类比
物理化学教学内容中有很多抽象的概念,比如焓、熵函数、活度、相律等。这些概念不易理解,但是用学生熟悉的形象化的事物去类比,可帮助学生较快地理解与掌握这些概念的含义。这种类比思维方法的基本过程是,确定要类比的目标问题对象,然后确定类比源对象;之后对目标问题对象与类比源对象进行比较,进而找出他们之间的类似关系;根据目标问题对象的已知信息,对其相似关系进行重整化处理。
例如,学生在学习热力学第二定律章节内容中利用熵判据ΔS≥0来判断隔离系统的方向与限度时,普遍感到不好掌握,我们就类比生活中的现象来进行解释。即让同学试想自己生活的房间,如果平时不注意清洁和整理,用过的东西随意丢弃摆放,用不了多长时间房间就会变得很混乱。这样,同学们在理解熵增加的本质即系统内部自然发生的随机过程打破了原有的状态限制,使得系统内部元素的状态更多,就会感到抽象的内容更加形象化,更易于理解与接受。
所以,利用类比法,使抽象、陌生的概念变为具体、熟悉的知识,降低接受抽象概念的难度,提高了学生学习物理化学的兴趣。这种思维方式通过选取合适的类比源对象和目标问题对象以直观的、形象的图景映入学生脑海中,使其具有形象思维的特征。
二、与其他课程内容进行类比
学习类比思维主要是让学生知道很多知识点之间不是孤立的,而是相互联系、相互促进的。类比思维的培养,既依赖于形象思维,因为只有通过想象作必要的类比示意图,才能将原来不同的两种物理模型、物理规律之间相互联系起来。同时又借助于抽象思维,因为只有抽象思维才揭示出两个事物的共同特征,抓住事物的本质。
在具体的课程实践中,除了与形象化的事物进行对比,物理化学的知识点还可以与很多其他课程内容进行类比,以此来帮助学生灵活地运用已掌握的知识来解决遇到的新的物理化学问题。特别是物理化学与其他课程,比如大学物理、大学化学乃至高中物理和化学之间都有部分相似的教学内容,那么就可以采用类比教学法,利用学生较为熟悉、已经掌握的旧知识,去启迪学生理解和掌握物理化学中新的知识。
例如,热力学第一定律和热力学第二定律是大学物理课程中的内容,同时也是物理化学中的内容;那么,在讲授物理化学中的热力学第一定律和热力学第二定律这两节内容时,就可以采用类比法,指出与大学物理所学内容的相同之处,同时强调二者存在的差异,如此循序渐进同学们更容易接受新知识。
在具体的教学实践中,我们指出,不管是大学物理还是物理化学,热力学第一定律解决的都是系统在变化过程中的能量问题,包括功、热和热力学内能或称内能等。但不同的是,大学物理课程内容中,仅针对理想气体这一简单的系统,计算过程也相对简单;而物理化学的相关内容里,系统不仅包括理想气体还包括液态、固态物质,而且系统经历状态复杂,不仅有恒温、恒压还有相变化以及化学反应等复杂的过程,同时相应的引入了新的概念,如摩尔相变焓Δ■■■H■、摩尔反应焓Δ■H■■等,所以计算过程相对复杂。这样,通过类比就让学生在新、旧知识之间架起了一座“桥梁”,让新旧知识之间互相沟通。
三、对课程内部知识之间进行类比
物理化学课程中有很多非常相似的知识点,这些知识点集中以大量类似的化学方程式来呈现。面对大量的物理化学化学方程式,学生往往感觉记忆困难。巧妙运用类比法,会让方程式记忆变得轻松并且深刻。
例如,范德霍夫渗透压公式被认为是物理化学界的经典理论之一,被写在世界各国的物理化学教科书中,范德霍夫的渗透压方程式表述为ΠV=n■RT,但是其概念不容易掌握。我们可对比学生们所熟知的理想气体状态方程pV=nRT,发现二者具有相似的组成,比例常数与气体状态方程式中的常数R也基本一致,所以可对比这两个公式的特点来帮助同学们进行理解、掌握与记忆。
再比如,物理化学中有些方程式的导出过程也可采用类比的方法进行推导。比如真实气体的范德华方程式(P+■)(V■-b)=RT,就是通过与理想气体状态方程(PV■=RT)进行对比,添加了压力修正项(■)和体积修正项(b)而得出的。类似地,在多相多组分热力学章节中,提出了“偏摩尔量”这一重要概念,解决了体系中多相、多组分的组成变化对体系状态影响的问题。采用类比思维,只要将纯物质的任一广度量替换成偏摩尔量,则可根据纯物质的热力学函数关系,写出多组分系统中任一组分的热力学函数关系。
物理化学课程方程式繁多、复杂,看似难以理解和记忆,然而从整体上去把握,就会发现不同章节的方程式只不过是同一个方程式在不同条件下的演变形式而已。因此,在讲授基本原理和基本方程式的过程中,灵活运用类比或比较的方法,也有助于培养学生的发散思维。另外通过类比来找出各个方程式之间的共同点和关联性,既加深对物理化学本学科知识点的理解,也使学生对自然规律的普遍适用性有了更深入的认识。
四、如何引导学生正确运用类比思维
类比思维是一种富有创造性的思维形式,类比推理的过程是形象思维、抽象思维、直觉思维的辩证统一的过程。从某种程度上讲,类比思维是类比推理过程中的各种思维形式的总称。要引导学生正确运用类比思维,需要从以下几点进行规范。
首先,通过向学生介绍类比思维在科学发展史上做出重大贡献的历史事件,让学生深刻体会到类比思维的重要性。比如爱因斯坦从引力场几何化的成功作类比推理,致力于电磁场的几何化,进而建立“统一场论”的思想,这样的类比案例可以帮助学生树立正确的科学观,以及实事求是的科学态度与科学精神,从而激励并增强学生运用类比思维解决新问题的勇气。
其次,教师在具体的教学过程中,要根据学生的情况选用学生熟悉的“类比源”。虽然类比思维既可以近亲类比,还可以边缘类比。但是教师与学生在生活经验、知识积累等方面还存在着一定的差异。特别在当前的互联网时代,教师与学生的生活环境、成长经历、心理特征都呈现出较大的不同。部分教师在追求专业知识精深的同时却对当前大学生的生活方式和时代背景少有了解,这可能造成教师在进行类比教学时难以找到合适的类比原型。另外,部分学生生活经验的匮乏可能导致他们在理解类比源时产生一定的困难。这都需要教师要主动地积累深厚而广博的知识,尽可能广泛地涉猎目前时展的特征和其他领域的知识。这样类比源的选择范围越广泛,类比的形式越灵活,也越能发挥类比的作用。
最后,类比法中虽然包含了许多辨证的关系,如相似与相同、同一和差异、偶然联系和必然联系,现象相似与本质相似等等,但是教师应该适时地提醒学生,类比思维作为一种形式逻辑思维方法,它不同于从一般到特殊的推理,也不同于从特殊到一般的归纳,它的结论具有偶然性。因此,采用类比思维学习新知识的时候,必须事先提醒学生注意到各种差异对类比结果的影响。教师在物理化学教学中要注意类比法的局限性,引导学生准确地应用类比思维接受新知识,指导学生进行科学类比。
实践证明,采用类比思维教学法,不仅有利于学生对新知识的学习、理解,还有利于对复杂物理化学概念、过程的具体化、形象化,能帮助学生通过类比联想寻求思维的线索,获取理解、掌握知识的方法以及解决问题的途径,对于提升物理化学教学效果具有非常重要的现实意义。
参考文献:
1.运用类比,建立概念
利用熟悉的浅显易懂的概念,推广到新概念的建立可以起到由浅入深由表及里事半功倍的效果,老师易教,学生易懂乐学。
例如初中化学中有有关“原子量”的教学,由于“原子量”属于表征物质特殊性质的一类概念,学生较难理解。此时就可以用学生熟知的粮食的子粒作类比:现有四种粮食的子粒,它们每粒种子的实际平均质量是:高粱3×10-5 Kg,谷子2.5×10-6Kg,玉米2.5×10-4Kg,小麦4.5×10-5 Kg,假定需经常书写和使用这些数字则很不方便,若取一粒高粱种子的实际质量的1/12(2.5×10-6)作标准,其他粮食种子的实际质量与这个标准相比较,就会得出一种便于书写和使用的简单比值:高粱12、玉米100、小麦18,而一种碳原子的质量是一粒谷子的1/1.25×10-20,这样小的数字,书写和使用时更加不方便,此时学生的心理上产生一种愿望,要求用简便的数字来表示原子的质量,我紧接着讲原子量的概念,学生不但记得快而且记得牢。
2.运用类比,学会化学知识的迁移
在物质的化学性质的教学中,运用类比推理方法,可以使学生的知识上一个新台阶。
例如Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4,由Cl2与Br2相似性类推得:
Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4,Cl2+H2O2=2HCl+O2,8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2,又如初中有CO2与Ca(OH)2的一系列反应,运用类比法可知SO2在跟石灰水反应时的现象和过程几乎是一样的。
CO2少量时溶液浑浊Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
CO2过量时溶液澄清CO2+CaCO3+H2O=Ca(HCO3)2
SO2少量时溶液浑浊Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O
SO2过量时溶液澄清SO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2
3.运用类比,利于理解
初中在讲授氢原子结构中为什么没有中子时,可以类比联想到“劝架”的例子:质子带正电,质子与质子会相斥――打架,但氢原子核中只有一个质子,没有其他质子与之“打架”所以也就不需要“劝架”者――中子了。因此,氢原子核内没有中子。这样进行类比,不仅有助于提高学生学习兴趣,而且有助于学生进行理解。
4.运用类比,提高解决问题的能力
例如。卤代烃在氢氧化钠溶液中水解,这是一个典型的取代反应。其实质是带负电的原子团(例如OH-阴离子)取代了卤代烃中的卤原子。
例如:CH3CH2CH2-Br+OH-(或NaOH)CH3CH2CH2-OH+Br-,类比写出下列反应方程式:(1)溴乙烷跟NaHS的反应;
(2)由碘甲烷、无水乙醇和金属钠合成甲乙醚。
解析:抓住题给信息,取代反应的实质是带负电的原子团取代卤代烃中的卤原子,即:R-X+Y-R-Y+X-与OH-的相似点,可写出化学方程式:
(1)C2H5Br+HS-C2H5SH+Br-
(2)2C2H5OH+2Na2C2H5O-+2Na++H2
C2H5O-+CH3ICH3-O-C2H5+I-
5.运用类比,拓宽解题思路
一种解题方法,是从某一性质(或反应)通过类比,可应用于其他方面。差量法,它的数学基础是比例的性质--分比定律。而在化学反应中,物质之间的质量成正比,因而当题意中出现质量的差值的时候,应用差量法会使思路更简洁。
例如:将某Na2CO3和NaHCO3混合物2.74g加热到质量不再变化时,剩余物质的质量为2.12g,求混合物中 Na2CO3的质量分数?
解:设混合物中的NaHCO3的质量为X,则Na2CO3为(2.74-X)
2NaHCO3==Na2CO3+CO2+H2O m
168 62
X 2.74-2.12
X=1.08g
则Na2CO3的质量为2.74-1.68=1.06g
其质量分数为1.06/2.74×100%=38.7%
答:混合物中 Na2CO3的质量分数为38.7% .
二、正确运用类比,防止定势思维造成类比负迁移
由于类比具有或然性,即有时类比的属性恰好是两者的相异点。故很容易由于类比定势造成类比错误。类比定势常由类比不当引起,其特征是模仿类推、思路固化。当两个对象之间存在明显的相似或相同之处时,往往容易掩盖其相异点。学生通过不恰当的类比推理从而造成知识的负迁移。因此,在对问题进行类比时,即要比较问题的共性,又要注意其个性和特殊性,从而恰当运用类比法。应当指出,类比应该符合实际。
例如学生在日常生活看到的金属多为固态,感觉比较坚硬,有的学生认为“金属都是固态的”,多数同学认为“金属是硬的、比较坚固、比较重”等,甚至有学生认为“金刚石是金属”。又如受日常用语的影响。少数学生认为“盐”是“食盐”的简称、“金”即“金属”。上述貌似一致、实质相异的“反例”在中学化学中屡见不鲜,教学时应引导学生“求同”与“寻异”并进,在充分运用相似联想揭示事物之间的内在联系和共性的同时,强化对个性的认识,以掌握恰当类比的事实依据。
又例如,卤素单质在常温下跟水的反应,教材中有:Cl2+H2O=HCl+HClO
学生极易用类比法推出F2、Br2、I2与H2O的反应也按上式进行,从而得出错误的结论。事实上F2却不按上式进行,其实际反应为:2F2+2H2O=4HF+O2
一、背景
中学化学在高中阶段多而杂,被学生形象地比喻为“理科中的文科”,主要原因是很多教师教学方法陈旧,以“注入式”“灌输式”的教学为主,学生因此失去了学习的兴趣。但在教学中,教师要敢于尝试新的教学方法,在教学过程中善于培养学生的思维,可在很大程度上提升学生的知识理解能力和学习的积极主动性。当学生观察到物质发生变化和产生一些化学现象时,会自觉不自觉地把这些观察到的东西与已有的知识经验结合起来,这就是一个思维过程。鉴于此,笔者在教学过程中就培养学生思维做了一些探索和尝试。本文拟以分类思维、类比思维、创造性思维这三种典型思维形式为例谈谈思维方法在教学中的应用。
二、典型思维的应用
1.分类思维
分类思维是化学学习中一种常用的思维方法。分类的方法可以根据一类物质之间的共同点或不同点,更有效地学习同一类物质的性质。当问题出现多种可能情况不能一概而论时,按照出现的所有情况来分别讨论,得出不同情况下相应的结论。如在高三教学中,对于有机实验复习,由于实验繁多,我们可以根据仪器的使用情况对其进行有针对性的分类:有冷凝装置的实验和需要水浴加热的实验,据此,我们可以得到有冷凝装置的实验有:制取溴苯、乙酸乙酯、硝基苯、酚醛树脂、石油分馏、醇与氢卤酸反应等;需要水浴加热装置的有:银镜反应、乙酸乙酯水解、蔗糖的水解、纤维素水解、制酚醛树脂和硝基苯等。在此基础上,我们还可以对上述实验进一步分类,如将乙酸乙酯制取和醇与氢卤酸反应归为一类,将硝基苯与酚醛树脂的制取归为一类等等,都有利于学生在高三复习教学中达到事半功倍的效果。
2.类比思维
类比思维是根据两种或多种物质在某一方面具有的相似性,把一种物质的某些特征推广到另一物质的方法。巧妙地运用类比思维,能使陌生问题变得熟悉,复杂问题变得简单,从而达到触类旁通、以点带面、事半功倍的学习效果。因而在教学过程中,我有意识地加强了类比思维的应用。如在运用元素周期表解决下列问题时,我们可有效地采用类比思想:如科学实验证明,同主族元素的单质或化合物,其性质相似,如硫化物的性质类似于氧化物,过硫化物的性质类似于过氧化物,试写出下列反应的化学方程式:
(1)CS2与Na2S溶液一起振荡,水溶液由无色变为有色:
。
(2)As2S6溶于Na2S溶液中: 。
(3)Na2S2溶液中加入盐酸产生淡黄色沉淀: 。
解析:根据同主族元素的单质或化合物性质相似的规律,运用类比思维即可解决问题。
(1)类比CO2与Na2O的反应得:CS2+Na2S=NaCS3
(2)类比P2O5与Na2O的反应得:As2S5+3Na2S=2Na3AsS4
(3)类比Na2O2与盐酸的反应得:Na2S2+2HCl=2NaCl+H2S+S
当然,类比的种类有很多,如相似类比、模拟类比、定性类比、定量类比等,所以在教学过程中,应因材施教,以提高学生学习的积极性和主动性。
3.创造性思维
创造性思维是人类思维的高级水平,它以强烈的兴趣和丰富的知识为基础,通过有关事物的启示触发联想,从而达到认识上的“顿悟”与飞跃的心理活动。
如新教材选修课程化学反应原理的第2章第2节“化学反应的限度”中用二氧化氮与四氧化氮相互转化的演示实验来研究压强对化学平衡的影响。教材的做法是:给注射器中气体加压,通过用颜色的变化来表征平衡的移动。可是当加压时,由于体积的变化,针管内二氧化氮的浓度会加大,颜色会加深。考虑化学平衡的移动,颜色应该变浅。所以要观察到二氧化氮因为化学平衡的移动生成四氧化氮使气体颜色变浅并不太容易。这时老师就可以向同学们提出这样一个思考问题:不观察颜色变化,能不能说明化学平衡的移动呢?我们要研究的是化学平衡的移动而不是颜色的变化啊?然后让学生思考,学生顺着思路往下想,应该可以想到:看压强的变化行不行?然后就可以讨论怎样改进创新才可以得到明显的结论。最后的解决办法是:在两个注射器中分别装入相同体积的二氧化氮和空气并与一个U型压强计两端相连接,同时推动这两个注射器增大压强,观察U型管内液面的变化。这样就很容易看到压强对化学平衡的影响。在本实验中,先带领同学们共同分析实验的不足之处,然后鼓励学生去改进实验,设计合理的方案,这样不仅可以培养学生的创新思维能力,而且还会激励学生敢于创新。
三、研究意义
每种化学思维方法都有其独特之处,都有着其他化学思维方法所不能替代的地方,因此我们在实际运用中要切实根据每种化学思维方法的特性来运用,就能达到意想不到的效果。主要体现为:
1.提高审题效率,激发学习兴趣
合理运用思维方法,可以让学生在审题过程中尽快达到对知识的深层理解,尤其针对一些难点知识,在特定思维充分作用下可让学生更易找到入手点,降低了解题所需的时间,从而大大提升了学生学习的信心,也激发了学习兴趣和主动性。
2.简化教学,提高教学质量
中图分类号:G424 文献标识码:A
Use of Analogical Thinking in Chemistry Classroom Teaching
ZHANG Wanping
(Gong 'An NO.3 Middle School, Jingzhou, Hubei 434309)
Abstract Analogical reasoning in the middle school chemistry analogies, wide scope of application, and this paper expounds the features of analogical thought from four aspects, and illustrates the application of analogy in chemistry teaching.
Key words chemistry; analogy; classroom teaching
1 类比思维的特点
类比法属于逻辑思维方法,类比是根据两个(或两类)对象之间在某些属性上的相同或相似,类推出它们的其他属性可能相同或相似的一种逻辑方法,其形成结构是“个别个别”,这种方法既借助已有知识,又超越其框架,将两个看似不相干的事物联系起来,进而产生新的信息、提出新的假设。类比推理在中学化学中类比形式多,应用范围广。教师善于类比,可引导学生从已知过渡到解决未知,从熟悉的过渡到解决生疏的,从明显的过渡到解决隐晦的,实现信息转移,从而发现新的原理。
2 类比思维在中学化学教学中的运用
2.1 运用类比思维,培养学生基础类比的能力
善用类比来理解概念。在讲授必修1《氧化还原反应》一节时,为使学生较快建立还原剂和氧化剂的概念,可引导学生回忆初中所学“干燥剂”的概念,刻意从定义和内涵、外延三个层面进行比较。
干燥剂:本身被潮解,能干燥其他物质的物质,例如生石灰因为吸水可以做干燥剂。
氧化剂:本身被还原,能氧化其他物质的物质,例如氧化铜在反应中失氧做氧化剂。
还原剂:本身被氧化,能还原其他物质的物质,例如氢气在反应中得氧做氧化剂。
“剂”作为化学中的特有称呼即物质,在“剂”前面的词,指该物质所具有的特性,如此这般,学生很容易突破了氧化剂与还原剂这个难点。
善用类比来深化概念。在讲到“同系物”这个概念时,已经学习了同分异构体,同素异形体,同位素,此时要把这些概念进行比较,才能使这些概念得到理解和深化,知道概念的内涵及外延。在高三进行复习时,更要把一些相近、相似的概念、定义进行类比,可使学生加深理解这些概念,且能收到较好的复习效果,提高复习效率。如:复习概念:电解质、非电解质,强电解质、弱电解质,四种平衡,五大常数等,这些概念都是成双成对地出现,进行类比复习效果较好。
2.2 运用类比思维,培养学生知识迁移的能力
在元素及化合物的教材编排中,采用了从个别到一般的演绎法。如《碱金属》中安排了钠作为代表物,《卤素》中安排了氯作代表物,知识的安排就是每一章节,先学习代表物的性质,然后根据同主族性质的相似性、递变性,推出其它同族元素的性质。这样就不仅仅学了一种元素的性质,而是整族元素的性质。在学习有机物时,也有类似安排,学习烷烃时,以甲烷性质类推烷烃性质,以乙烯性质类推烯烃性质,基本原理都是根据同系物结构的相似性,类推出其它同系物的性质。
在具体学习元素性质,二氧化硫化学性质的教学中,运用类化推理的方法,CO2与Ca(OH)2这一系列反应,学生是已知的。教师可充分利用从已知知识迁到未知知识。
通过这样知识的迁移,学生在回答“如何区别CO2与 SO2”时,会用澄清石灰水的方法进行检验。
3 运用类比思维,培养学生深化知识的能力
运用类比思维深化知识。在讲解高一化学《钠的性质》,讲解钠与水反应时,往往要补充钠与硫酸铜反应,此时要充分利用学生的已知知识:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,知道在金属活动顺序表中,排在前面的金属可置换出排在后面的金属,为此可设问:“把铁片放入硫酸铜溶液中可置换铜,现在如果把钠块放在硫酸铜溶液中能否置换出铜呢?”学生回答“能”,当学生发现实验结果与预期的结果有很大出入时,引发学生深入思考,自然明白钠与硫酸铜与铁和硫酸铜反应的不同之处,更能理解钠的活泼,若不引入铁与硫酸铜的反应,不会收到理想效果,在讲到《气体摩尔体积》时,先设问:“1L酒精与1L水混合,能不能得到2L 溶液?”再设问:“在标准状况下,1LN2与1LO2混合后,能否得到2L混合气体?”进行类比教学。在讲到浓硫酸的性质时,可列相应表格进行类比。一可通过比较得出浓硫酸的“氧化性”,二可通过比较得出“氧化性酸”,通过这样的类比来深化知识,例子还有很多,只有通过类比教学后,才能把知识深化巩固。
运用类比思维解决习题。不论在高考中,还是在竞赛中,往往会碰到一些题目,是从课本知识深化而来,这些题目从学生熟悉或似曾相似的题目、知识点衍变而来,这需学生用类比的方法解之,且在平时解题更需向学生讲授类比思维。如:
例1.科学实验证明,同主族元素的单质或化合物,其性质相似,例如,硫化物的性质类似于氧化物,过硫化物的性质类似于过氧化物,试写出下列反应的化学方程式:
(1)CS2与Na2S溶液一起振荡,水溶液由无色变为有色:__________________。
(2)As2S6溶于Na2S溶液中:__________________________________。
(3)Na2S2溶液中加入盐酸产生淡黄色沉淀:___________________________。
解析:根据同主族元素的单质或化合物性质相似的规律,运用类比思维即可解决问题。
(1)类比CO2与Na2O的反应得:CS2+Na2S=Na2CS3
(2)类比P2O5与Na2O的反应得:As2S5+3Na2S=2Na2AsS4
(3)类比Na2O2与盐酸的反应得:Na2S2+2HCl=2NaCl+H2S+S
在高考、竟赛中有许多题目是由平时常见的普通题目或课本知识改变而来,培养学生运用类比思维可以避免题海战术。
4 运用类比思维时,要防止知识的负迁移
图1
事物本身往往具有两面性,“类比方法”的使用也不例外,即有时类比的属性恰好是两者的相异点,例如:同族元素性质的递变性和物质的某些特殊性,极易造成类比错误,且这种错误具有强烈的诱导性,学生往往会屡犯不止,因此在对此类问题进行类比时,既要比较问题的共性,又要注意个性和特殊性,从而可以恰当运用类比法,应当指出类比应该符合实际情况。
例2.已知KMnO4与浓HCl在常温下反应能产生Cl2。若用图1所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气,并试验它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置,其中有错误的是( )
A.①和②处 B.只有②处
C.②和③处 D.②③④处
作为一道新题,很多同学第一反应,这个制取氯气的原理没有学过,对于①只有靠“蒙”了,后续的②③装置还能判断。说明这些学生在分析问题时,抓不住问题的本质(制取氯气的原理本质是氧化还原反应),往往停留在表象(这个反应我没有见过),以上判断很简单,同学不是不会,而是没有想到。本题的隐含信息是:选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件(加热与否),所以它们的发生装置与教材上介绍的应该相同,对于“常温下”这个信息更是视而不见。说明对有关联的知识或相似性问题进行类比推理过程中,一定要注意问题的差异性,不能忽略其本质特点,否则容易出错。
比如在必修1“硝酸和硝酸的氧化性”的教学中,有些学生利用九年级化学中盐酸的性质作出推断:因盐酸不跟铜反应,所以硝酸也不与铜反应;还有学生类比硫酸的性质作出猜想:浓硝酸与铜会反应但没有氢气产生,而稀硝酸与铜不反应。这是负迁移的极好的例证。通过比较、类推,自主建构硝酸可能具有的性质的猜想与假设。之后通过实验证实其合理性,进而产生新的信息,稀硝酸与稀硫酸的性质又有差异(稀硝酸与Cu却能反应),从而提出新的猜想。整堂课学生始终处于探究的兴奋之中,学习热情很高。
类比思维即通过探索事物之间的内在联系,找出事物间相同的特点来并将其进行对比的一种思维方法.其核心内容是将两个或两个以上的事物进行比较,找出其间的相似性,根据相似性推理出其他方面的类似性.类比思维的含义包括两个方面:一是联想,就是由新的知识联想到旧的知识;二是类比,也就是在新知识和旧知识之间找到它们的相似点或不同点.类比思维在数学教学中的运用,不仅能够促进学生多向性思维的建立,更能够有效地激发学生的学习兴趣,提高其学习的自主积极性.因此,笔者就类比思维在高中数学教学中及解题中的应用进行分析和探究.
一、类比思维应用于高中数学教学与解题中的作用
1.有利于学生自主学习数学新知识
类比推理作为科学的研究方法,它不仅有利于学生掌握学习的知识,还为学生学习新知识提供了新的思路和方法,学生在掌握一种知识的基础上能够去探索新的知识.例如,在学习抛物线知识的时候,教师可以根据掌握的抛物线知识运用类比推理的方法去探索、教授双曲线和椭圆的知识,因为它们之间的知识点和解题思路是基本相通的.因此,运用类比推理的教学方法,可以让学生自主学习和掌握新旧知识.
2.有利于学生探求新结论
类比推理在自主学习新知识和探求新结论方面,都给学生提供了一种新的思路方法.比如,探索空间问题的某些结论时,教师就可以利用在平面中得到的一些结论,然后利用类比推理的办法得出空间问题的新结论.像是把平面中的知识类比到空间知识中,将二维思维转换为立体思维,再去想象空间中的点、线、面、角的关系,依据平面中的相关知识得出结论,从而推出空间结论.通过这种类比推理办法能够发散学生思维,培养学生的数学思维素养.
3.有利于帮助学生树立解题新思路
类比推理在高中数学中的应用意义不仅仅是在于教给学生一种新的解题方法,更是在于为了让学生掌握这种新的思路解题.使学生即使碰到其他的难题,只要掌握了这种思路和观念就能通过类比找到解决办法.类比推理的具体方式有以下几种:一是结构类比,这种方式主要是在类比过程中发现两者之间在结构上的相似性,从而找到解决方法;二是结论类比,主要是在类比过程中将已解决或是易解决的问题的结论和难以解决的问题进行类比,从而解决问题;三是降维类比,其主要应用在空间结构中,当遇到维度较多的问题时把它们转化为平面图形或者是维度较小的图形就可以很轻松得出结论.
二、高中数学教学与解题过程中类比思维的具体运用
1.加强了新旧知识的对比
高中数学教学和解题中,类比思维的运用可以加强学生的新旧知识间的沟通,不断丰富、深化教学内容,并且激发出学生的创造力和联想力,培养学生的创造性思维,有利于学生巩固所学知识,且在学习的过程中形成自己新的知识结构网.比如教师在对球的概念进行教学时,可以引入圆的概念与之进行类比教学,从而引导学生探究其中的内在联系,使学生有效地理解并掌握球的概念.
2.促进知识的条理化
随着高中数学知识的不断深入化和系统化,学生需要将自己掌握的知识进行系统化整合,形成知识网络体系,使得学生的知识和能力都能够得到质的飞跃,因此,要通过类比教学法的运用,建立知识网络,使学生知识条理化.如在学习向量知识的时候 我们需要注意共线向量、共面向量和空间向量这三个知识点之间的联系和异同.教师在教学过程中可以采取循序渐进的方法,先让学生理解掌握共线向量的知识点,再通过类比推理的办法让学生学习和掌握平面向量,最终达到掌握空间向量知识的目的.
3.深化学生的解题思想
类比思维在高中数学解题教学中可以提高学生的探究能力和创新能力,并且能够深化学生对数学解题思路的开发.比如在讲解一元二次不等式的解法时,为强化学生的解题能力,教师可以在课下准备收集不同类型的习题,在学生掌握了解一元二次不等式的定义及一般解法后,再让学生进行拓展性训练,通过类比学习的解题练习,从而发现解题的具体规律.
4.发散学生思维,提高创新能力
在初中化学教学中,概念教学几乎每章每节都有。所谓化学概念,是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性认识,它是已经剥离了现象的一种更高级的思维形态。在化学教学中,概念教学是重要的组成部分。在教学实践中,广大教师形成了化学概念的教学一般过程:概念建立概念理解概念应用的方法。这种传统的概念教学方法,导致学生接受概念情感不积极,学习思维不顺畅,理解不准确,领会不深刻,运用不灵活。那么,作为一名化学老师,应如何上好概念教学。
1.讲清概念中关键的字和词
为了深刻领会概念的含义,教师不仅要注意对概念论述时用词的严密性和准确性,同时还要及时纠正某些用词不当及概念认识上的错误,这样做有利于培养学生严密的逻辑思维习惯。例如,在讲“单质”与“化合物”这两个概念时,一定要强调概念中的“纯净物”三个字。因为单质或化合物首先应是一种纯净物,即是由一种物质组成的,然后再根据它们组成元素种类的多少来判断其是单质或者是化合物,否则学生就容易错将一些物质如金刚石、石墨的混合物看成是单质(因它们就是由同种元素组成的物质),同时又会误将食盐水等混合物看成是化合物(因它们就是由不同种元素组成的物质)。
又如在初中教材中,酸的概念是“电解质电离时所生成的阳离子全部是氢离子的化合物叫做酸。”其中的“全部”二字便是这个概念的关键了。因为有些化合物如NaHSO4它在水溶液中电离是既有阳离子H+产生,但也有另一种阳离子Na+产生,阳离子并非“全部”都是H+,所以它不能叫做酸。因此在讲酸和碱的定义时,均要突出“全部”二字,以区别酸与酸式盐、碱与碱式盐。
2.通过实验等直观形象教学,帮助学生导出并形成概念
由于刚进入九年级的学生,思维能力的发展正处于从形象思维向抽象思维的过渡时期,形象思维多于抽象思维,再加上初中学生刚接触化学,缺乏理解接受化学概念的基础,往往对概念印象淡薄,理解不深,对抽象概念的学习离不开感性材料的支持,在形成概念时要做相关实验加以验证;同时要照顾到化学概念形成的特殊性,要遵循学生从感性认识到理性认识的规律,不可急于求成,化学教学中教师应尽可能采取各种直观手段,如实验、模型、幻灯、图表、录像、多媒体等形象教学模式,积极启发,给学生提供丰富的感性认识,帮助学生形成概念。
3.通过分类归纳教学法,帮助学生形成概念体系
教学中将分散在2册化学课本里比较零碎的20多个关于物质的概念按其的组成、结构、性质、用途等进行相应分类,并将同一类概念按其相互关系归纳在一起,让学生形成概念体系,使教材中零散的知识连成有序的知识网络,可突出概念的系统性和各概念中的包容关系,便于学生掌握。如物质类概念可归纳为:混合特、纯净物、单质、金属、非金属、化合物、无机物、酸、碱、盐、合成材料、复合材料、塑料、纤维、橡胶、蛋白质、脂肪、淀粉、维生素、溶液、乳浊液、悬浊夜、合金等,也可以让几位学生到黑板上把这些概念用“树状”分类法整理板演出来,从而构建层次清晰、简明扼要、科学规范的“概念图”。这样通过知识回顾、信息筛选、为知识构建做好铺垫,能用化学的眼光认识丰富多彩的物质世界,为学好化学概念进行系统归纳总结,帮助学生形成化学概念体系。
4.通过应用类比教学法,帮助学生加深对概念的理解
教学时,为了帮助学生加强理解记忆,对某些概念常常采取类比教学。如教学“原子”和“离子”的区别时,先明确定义:原子是化学变化中的最小微粒,离子是带电的原子或原子团。一是从结构上时行类比:
4.1 原子的核电荷数“等于”核外电子数;
4.2 阳离子的核电荷数“大于”核外电子数、阴离子的核电荷数“小于”核外电子数。
二是从性质(颜色、化学性质、带电与否)上进行类比(以Na和Na+为例),钠原子(Na):
1、金属钠呈银白色;
【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)09-0094-01
《普通高中化学课程标准》(实验)提出了知识与能力、过程与方法以及情感态度价值观的三维教学目标。要实现化学课程的有效教学,可以有多种方法和途径,其中类比思维有着不可替代的作用。下面结合高中化学新课程教学实践案例,就类比思维的开发利用作一探讨。
一、在化学学科教学中多角度利用类比思维
1.类比思维使化学知识系统化。化学学科的特点是知识零碎,需要记忆的知识多,学生即使记住了,也不一定会运用。为此,老师应该寻找化学知识之间的相似处进行总结,使学生记住一些知识就能回忆起与之相关的其它知识。
案例一:在物质的漂白性教学中,我们发现H2O2、Na2O2、O3、浓硝酸都因具有强氧化性,而能漂白物质。其实,通过类比不难发现,它们在一定条件下都能反应释放出O2,因此,老师可引导学生得出结论:在一定条件下能反应释放出O2的物质一般具有漂白性。
这样,可使学生在学习化学知识时,举一反三,触类旁通。
2.类比思维使化学知识模型化。一般来说,一个研究对象从不同角度看会有不同的特征。
案例二:等效平衡一直是学生学习化学反应平衡的难点,为此,老师可引导学生把诸多等效平衡问题归纳为如下三个模型。
模型。憾ㄎ拢t)定容(v)条件下,对于一般的可逆反应,改变起始加入情况,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量与原平衡相等,则两平衡等效。
模型:在定温(t)、定容(v)情况下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变起始加入情况,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量之比与原平衡相等,则两平衡等效。
模型#涸诙ㄎ拢t)、定压(p)条件下,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相等,则两平衡等效。
师生共同建模后,学生在解决实际问题时,只要通过类比找出问题间的对应特征,然后“对症下药”就可以了。这样,学生在学习等效平衡时就会充满自信,取得事半功倍的效果。
3.联系生活,类比思维使化学知识形象化。根据“最近发展区”学习理论,新知识的学习要以学生原有的知识为基础,因此,在认知学习中新旧知识的类比是必须的。在学习比较难懂的化学原理时,教师如能联系生活经验,就可使深奥的原理浅显易懂,同时增强学生学习化学的兴趣。
4.联系学科间知识,类比思维使化学知识本源化。类比思维不仅可使本学科的知识得到归纳和融合,也可以使学科间的知识进行融合。
案例三:勒夏特例原理指出:改变影响化学平衡的一个因素,平衡将能够减弱这种改变的方向移动。这一高度概括的化学原理,学生往往理解起来比较费力。其实,对于理化班的学生来说,这一原理并不陌生,相似的原理在物理中也存在,就是楞次定律。楞次定律指出:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
两原理都是“由静到动”的规律,在本质上融合得相当完美,教师只要对这两定律稍加点拨,理化班学生就可以很快理解。再如,学生在理解离子键和金属键的强弱问题时,教师可以引导学生联系物理中的库伦定律,阴阳离子(金属阳离子和自由电子)电荷数相当于点电荷的电量,阴阳离子(金属阳离子)半径大小相当于点电荷间距离。这样,学生不难理解,阴阳离子(金属阳离子和自由电子)电荷数越大,阴阳离子(金属阳离子)半径越小,离子键和金属键越强。又如,学生在理解物质所具有的能量越小,该物质越稳定这一规律时,教师可以让学生体会物体累积越高,该物体具有的势能就越大,那么该物体倾倒的可能性也越大。这样,借助物理原理一下子就可以使学生理解上述规律。
通过学科间知识的类比,学生不仅可利用非化学学科的知识加深理解化学学科的知识,而且可使学生体会到化学学科不是孤立的,自然界物质运行规律在本质上有许多相通之处,可启迪学生的思维,提高学生的思维品质,使学生的思维从感性思维上升到理性思维,使学生在哲学层面上深层次理解物质世界,探索物质世界的本源性。
5.类比思维使学生思维更具创造性。培根说过:“类比联想支配发明”,运用类比常会产生新的发现和发明。将两个以上的事物或信息进行对照,交合类比,双方可以是同类,也可以不同类,甚至风马牛不相及,但在两种事物的交界边缘上可能就会取得创造性的突破。如鲁班发明锯子,就是从一棵带刺的小草上得到的灵感。
二、运用类比思维的几点建议
类比思维的运用是以客观事实为基础的,对象之间存在相关性是运用的前提,结论具有或然性,因此需要经过实践检验,具有一定的局限性。在运用类比思维时我们应注意以下几点:
1.要深入实质,力戒机械类比。在运用类比思维的时候,不能机械类比,一定要注意一些物质的特殊性,防止得出错误的结论。例如,已知Fe3+、Al3+与CO3在溶液中均可发生双水解反应,在溶液中Al3+与S2-混合也能发生双水解反应,由此类就推出在溶液中Fe3+与S2-也发生双水解反应。这一推断忽视了Fe3+的氧化性,与事实不符。教师要特别注意事物之间的差异性,切忌仅凭表面的相似甚至假相似就运用类比,否则只能得出错误的结论。
所谓类比思维是指根据不同物质在某一方面具有的相似性,把一种物质的某些性质类比迁移到另一种或另一类物质的逻辑推理方法。在学习有机化学的过程中若能巧妙地运用类比思维,能使陌生问题变得熟悉,复杂问题变得简单,从而达到触类旁通、以点带面、事半功倍的学习效果。比如在多官能团化合物的性质、有机合成与推断等题时,对陌生物质往往有的同学感到无从下手,实际上只要我们熟练理解简单有机物的化学性质,将该物质与熟知的含相同官能团的有机化合物相类比就可以轻松解决问题。
例1 有关图1所示化合物的说法不正确的是
A. 既可以与Br2的CCl4溶液发生加成反应,又可以在光照下与Br2发生取代反应
B. 1 mol该化合物最多可以与3 mol NaOH反应
C. 既可以催化加氢,又可以使酸性KMnO4溶液褪色
D. 既可以与FeCl3溶液发生显色反应,又可以与NaHCO3溶液反应放出CO2气体
解析:本题旨在考查多官能团化合物的性质。类比联想乙烯、甲烷的特征反应可知A正确;类比乙酸乙酯、苯酚的性质可知B正确;类比乙烯的化学性质比较容易判断C正确;有机物能与NaHCO3反应产生气体的一定含-COOH,就不难判断D错误了。
二、 有序思考,严谨周密
为了把复杂问题简单化,我们思考问题时必须按一定的顺序思考并且条理清晰、思维严密,即有序思维。应用有序思维在解决有机化学问题时,主要用于解决书写同分异构体以及同分异构体种数的判断等题型。书写同分异构体一般按碳链异构、官能团位置异构、官能团类别异构的顺序思考,同时考虑碳链的对称性和等效性,以免重复或遗漏。
例2 某有机物B结构简式为,其符合以下3个条件的同分异构体的数目有 个。
(1) 含有邻二取代苯环结构;(2) 与B有相同官能团;(3) 不与FeCl3溶液发生显色反应。写出其中任意一个同分异构体的结构简式 。
解析:根据判断同分异构体的一般思路,首先据条件(1)可确定碳架含邻二取代苯环;据条件(2)可以确定官能团为羧基和醇羟基;据条件(3)可知不含酚羟基。可得B的同分异构体结构简式:、、。
三、 逆向突破,克服定势
逆向思维即打破常规思维,从问题的反面进行探究,由结果反推进行反向思考的一种思维方式。逆向思维有助于克服思维定势的局限性,是发现问题、分析问题和解决问题的重要方式,主要适用于有机推断和有机合成路线的设计型综合应用题。
例3 图2中的A、B、C、D、E、F、G均为有机物。
据图2回答问题:
(1) D的化学名称是 ;
(2) 反应③的化学方程式是:
(有机物须用结构简式表示);
(3) B的分子式是: ,
A的结构简式是 ,反应①的反应类型是 ;
(4) G是重要的工业原料,用化学方程式表示G的一种工业用途 。
解析:本题属于典型的有机推断题,信息主要集中于框图中,宜用逆向推断的方法突破。易知以G(乙烯)为突破口逐步逆推知D为乙醇,C为乙酸,F为乙酸乙酯,由E逆推B为,结合反应①条件逆推得A为。这样就能顺利解决其余问题。
有机合成与推断应熟练掌握常见官能团的化学性质及反应条件,一般突破口可以是特征反应条件、特征转化关系、特征数字等。同时还需细心审题,严格按题目要求作答,以防会的做不对。
例4 已知:
①
②
写出以苯酚和乙醇为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用)。合成路线流程图例如下:
解析:根据逆合成分析法可知
将上述过程倒过来并注明合适的反应条件即可得到相应的合成路线如下:
四、 多向发散,殊途同归
发散思维是创造性思维的主要特点,即从一个目标出发,沿着各种不同的途径去思考,探求多种答案的思维,与聚合思维相对。发散思维的运用有利于培养学生思维的广阔性,克服解题过程中的思维定势。由于引入官能团方法的多样性,在设计有机化合物的合成方案时,就可以采用发散思维。如有机合成中引入羟基的方法有多种:烯烃的水化、卤代烃的水解、酯的水解、醛与氢气的加成反应等。另外,我们也可以通过一题多解、多题一解来培养学生思维的发散性。
例5 甲烷和乙烯的混合气体完全燃烧时,消耗相同状况下的氧气是混合气体体积的2.4倍,则甲烷和乙烯的体积比是
A. 1∶1 B. 1∶3 C. 2∶3 D. 3∶2
解法1:关系式法
设甲烷和乙烯的物质的量分别为x、y,由CH4~2O2,C2H4~3O2,易知甲烷和乙烯分别耗氧2x、3y,则2x+3y=2.4(x+y)。可解得x∶y=3∶2。
解法2:十字交叉法
同温同压下,体积比等于物质的量之比,即1mol混合气体消耗2.4molO2。1molCH4消耗2molO2,
1molCH2 CH2消耗3molO2。则
五、 空间想象,顺势迁移
为帮助学生理解化学键、晶体结构及有机化合物的结构特征,学习化学还必须注重空间想象能力的培养。
例6 下列化合物的分子中,所有原子都处于同一平面的有
A. 乙烷 B. 甲苯 C. 氟苯 D. 四氯乙烯
解析:共平面问题是近年来高考热点,这类题切入点是平面型结构。中学化学中常见平面型分子有乙烯、苯和甲醛等。这些分子结构中的氢原子位置即使被其他原子取代,替代的原子仍共平面。所以,在学习有机化学的开始就应该帮助学生理解常见烃的分子构型:甲烷呈正四面体构型、乙烯平面形分子、乙炔直线型分子、苯平面正六边形分子。A、B分子均无平面形结构单元,易知答案选C、D。
六、 等效转化,柳暗花明
所谓等效转化思维即等价转化的方法在化学解题中的应用,适用于解决化学平衡、同分异构体种数的判断以及看似缺数据的计算等问题。
例7 甲苯(C7H8)和甘油(C3H8O3)组成的混合物中,若碳元素的质量分数为60%,那么可以推断氢元素的质量分数约为
在学习中,巧妙运用已学知识类比,不仅使学生复习巩固了已有知识,而且使学生在新旧知识类比中加深了对学习内容的理解,开拓思路,激发了学生自主学习的兴趣,利于开发学生的创造性思维。如学习功率概念时,可以通过学生已有的速度概念形成过程进行类比:要比较运动快慢可用相等时间比路程,也可用相等路程比时间,但在时间和路程都不等时怎样比较快慢?就要看单位时间内通过路程的多少,从而定义了速度。要比较做功快慢可用相等时间比做功多少,也可用做相同的功比较所用的时间,在时间和功的多少都不等时,看单位时间内所做的功多少而定义了功率。初中物理中压强、密度等概念均采用了类似比值法定义的。再如:将分子动能和势能与物体的动能和势能类比;将判断磁场存在的方法与用转换法判断电流的存在方法类比等。通过类比使学生领略“类比”这一科学方法,并引导学生自主发现探索新旧知识间的横向联系,从而更好地理解和掌握新知识。
二、类比生活体验
学生在日常生活中积累了一定的生活经验,用学生身边的事例进行类比,活化学生头脑中贮存的生活信息,可调动学生学习的积极性和主动性,利于培养学生在生活中观察和分析问题的能力。如把电流与生活中水流比较,从系统结构、能源作用、形成原因、流动方向、强度大小等方面类比,促进知识的正迁移。再如把照相机成像的原理与人的眼睛类比;把声波与学生熟悉的水波和弹簧中产生疏密波类比。这样的类比将抽象知识用形象事物来理解,能发挥学生的主观能动性,学生遇到新的概念和事物能自主作类比分析,既能激发学习兴趣,又进行科学思维和方法的训练,丰富了学习内容。
三、类比其他学科
用学生已学过的其他学科知识进行类比,活化学生头脑贮存的知识信息,使学生能动地认识、理解并掌握知识,让学生在学习知识的同时,提高获取知识的能力,掌握科学的思维方法。如把物理图像与数学函数图像类比;凸透镜、凹透镜的外形特点类比于字凸凹形状;量筒、量杯的刻度特点类比于筒中的“同”刻度均匀和杯中的“不”刻度不均匀。这样类比,易于使学生理解和掌握知识,逐渐形成知识网络,并能有效探索获取新知识,有利于培养学生的理解能力、思维能力、分析归纳能力和创造性思维能力。
四、类比实物模型