论化学教学的比喻艺术

　　摘要：化学教学比喻艺术是教师在教学过程中运用精巧的比喻并充分发挥其艺术魅力，从而提高教学艺术效果和水平的活动。它具有化枯燥为有趣、化抽象为具体、化微观为宏观、化深奥为简明等功能，主要分为：实物比喻、体态比喻、事例比喻、图像比喻及诗词比喻。化学教学比喻艺术应遵循：生活性、同构性、新颖性、针对性、审美性和有限性等基本原则。
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　　关键词：化学教学；比喻艺术
　　文章编号：1005?C6629（2014）7?C0031?C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
　　1 化学教学比喻艺术的内涵
　　柏拉图《理想国》中“洞穴囚徒”的寓言，开了借助隐喻式类比哲学理论模型的先河。就哲学来说，这则寓言是“化陌生为熟悉”，意在说明他关于这所谓理性世界与现实世界，灵魂与躯体的深奥思想[1]。《现代汉语词典》对比喻的解释是：“用某些有类似点的事物来比拟想要说的某一事物，以便表达得更加生动鲜明。[2]”这里讲了比喻的含义和作用。比喻是利用不同事物的抽象的“相似点”来“打比方”，是为了使事物或道理说得形象或具体而采取的修辞手法。一般是把不常见的事物用同它有相似的别的事物表达出来，或者把抽象的道理用同它有相似点的别的道理表达出来。其作用一是使描写的事物具体生动，二是使说明的道理深入浅出。被比喻的事物或道理叫做本体，用来比喻的事物或道理叫做喻体，连接本体和喻体的词叫做比喻词。性质相异事物的抽象的共性像纽带将它们自然巧妙地联系起来。作为一种修辞手法，它说理则理趣浑然，状事则事情昭然，绘物则物态宛然，抒情则情意剀然，素来为人们所青睐，被誉为辞格中的“巨无霸”[3]。
　　比喻不仅是一种文学修辞，也是一种认知方式，还具有独特的艺术魅力。比喻的认知方式是：“通过把不同的认知领域相互联系起来，刺激、导引认知主体采取有效的认知策略，唤醒记忆储存比喻与知觉表象，调动丰富的联想与想象，展开敏锐的对比与推理，将某一领域的知识、经验投射映现到另一个领域，用熟悉具体的经验结构去说明阐释陌生抽象的经验域，并由此引起相应的情绪体验，最终达到对要认知的目标领域的事物做出正确的识别、判断与评价的认知目的。[4]”比喻的艺术魅力在于生动形象，丰富多彩，感情色彩浓厚，包容量大，辐射面广，使用频率高，以其独特的艺术，创造出语言的鲜活力和感染力。欣赏比喻的艺术魅力可以让我们尽情感受它的精妙、神奇、隽美和旨趣。
　　使用比喻的目的是要通过喻体来表现、说明、解说本体。按照比喻“以易喻难”、“以浅喻深”的基本规律。我们考察的比喻中，喻体一般都是具有形象感的具体事物。刘勰《文心雕龙?比兴》篇中说：“凡斯切象，皆比义也。”唐代诗僧皎然《诗式?用事》云：“取象曰比，取义曰兴。”正是说明比喻主要通过喻体增加本体的形象感。
　　化学教学比喻艺术是教师在教学过程中运用精巧的比喻并充分发挥其艺术魅力，从而提高教学艺术效果和水平的活动。它是一种令师生感到愉快的化学教学艺术。它是把比喻这种修辞手法移植到课堂中，利用学生已知事物与新知识之间相似的特征作比较，解释说明新知识的疑难之处，并配合正面讲解，以实现教学目的。
　　示例：双分子亲核取代反应（SN2机理的立体化学）
　　实验表明，溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应，其反应速率与溴甲烷和碱浓度都有关系，动力学表现为二级反应，说明反应过程中最慢的一步两个分子都参加了反应，即为双分子的亲核取代反应（SN2机理）。其反应过程如图1。
　　讲SN2反应历程时，先介绍“瓦尔登转化犹如大风吹翻了雨伞一样”，如此概括性的画龙点睛式的比喻，首先在学生心里点亮了一盏明灯，然后在此基础上，循循善诱，层层展开，当亲核试剂OH-由离去基团Br的背面进攻碳时，HO-C-Br就构成了一条直线，好比伞的中心轴杆，四面体的碳上的其余三个价键的空间取向组成了雨伞的正常支撑状态。随着OH-与碳的逐渐接近（大风渐起），则碳上的三个基团被向后排斥（受到风的侵袭），经过渡态之后，HO-C键形成，Br-离去，重新组合的三个基团的空间取向转为向后翻转（伞被刮翻），碳恢复另一构型的四面体，构型转化完成。与原料相比，碳的构型犹如“大风将伞的喇叭口吹翻到另一边”。
　　教师运用比喻来自于学生熟悉的、已有的生活经验――雨伞的翻转，非常亲切，让学生“如临其境”，可激起学生的认知联想，从而突破了教学难点。
　　化学教学中存在很多比喻的实例。以下是一些教学经验的总结[5]。
　　分子很小――如果把水分子与乒乓球之体积相比，它的比例大小就好像乒乓球与地球体积之比。
　　能量低的电子，通常在离核近的区域运动。能量高的电子通常在离核远的区域运动――把原子核比喻成鸟巢，把核外电子比喻成小鸟。刚刚孵化出的小鸟能量较低，只能在窝边走走；及至稍大些，翅膀硬了，能量大了些，就能飞远些；等到真正长大了，能量更大时，就能飞得更远了。
　　电子云――我们假设有一架特殊的照相机，能够给氢原子照相，当我们连续给氢原子拍了成千上万张照片，每张照片表示一种可能性，并把这些照片一一对比研究后，就会得出这样一种印象：氢原子的核外电子运动状态似乎是毫无规律的，但无数张照片叠加，就给人一种有一团电子云笼罩在原子核外的印象。
　　核外电子总是尽可能先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外，依次排布在能量逐步升高的电子层里。――水总是要往低处流的，因为水位越低，能量越小，就越稳定。
　　物质的分类――数以万计的化学物质和反应需要进行分类研究，正如图书馆的书要按照一定标准进行分类。
　　化学平衡――有一水桶，其上方有一水龙头在往里注水，下方有个小洞在往外漏水。开始时，注水快（正反应速率），出水慢（逆反应速率），桶内水位不断升高。随着水位的升高，水漏出的速度增大。水位升到某一高度时，注入水的量跟流出水的量相等（正逆反应速率相等），桶内的水位就保持不变，但其中的水是在不断更换的。 　　半透膜及渗析原理――用米筛筛米时，直径大于筛孔的米粒通不过筛孔而留在筛里，而米糠则因直径小于筛孔而通过筛孔被筛掉。半透膜的孔隙大小与胶粒、离子、分子直径的关系就像米筛和米粒、糠的关系一样，胶体的直径大于半透膜的孔隙而不能透过半透膜，而离子、分子等的直径因小于半透膜的孔隙而能通过半透膜。
　　一对对映体结构如手性――一对对映体结构相似，互为镜像，不能完全重叠，犹如左手和右手外形相似但却不能重叠。
　　盖斯定律――反应热和反应的途径没有关系，和反应体系的始末状态有关，正如无论从什么途径上山，山的高度都不会变。
　　熵增原理――在密闭条件下，体系从有序自发地转变为无序的倾向，犹如把火柴盒里整齐排列的火柴丢在地上，散落状态是杂乱无章的。
　　2 化学教学比喻艺术的功能
　　2.1 化枯燥为有趣
　　化学课堂教学中，有的教师非常注重化学知识的科学性、逻辑性，但是生动性、趣味性不足，没能达到预想的教学效果。教师若运用化学教学比喻艺术，则能使所描述的事物更加生动形象。例如，用“电子云”来描述核外电子运动状态；用“好像失去了价电子的金属离子，沉浸在自由电子的海洋里”来比喻金属键；用“洋葱式结构”比喻为电子层；用“螺壳的螺旋”比喻为元素周期性的周期发展；用“蜂巢里的蜂室”比喻为晶体中的晶胞；淀粉酶只对淀粉起催化作用，如同一把钥匙开一把锁一样。这些描述，生动形象，可以活跃课堂气氛，增进师生间的互动，给学生以深刻的印象，激发学习心向。
　　2.2 化抽象为具体
　　经验表明，学生学习诸如氧气、氢气、氯气、金属钠等物质性质时，成绩相对较好，可一旦遇到相对抽象的内容时，如：物质结构、物质的量、溶解度、化学平衡等，学习会比较困难，产生成绩分化。解决上述问题的方法之一是教师要善于把那些概念化的或理论化的内容，通过比喻艺术将抽象的教学内容具体化。例如，用“弹簧”比喻原子间的化学键；用“水往低处流”的原理比喻电子处于低能级时较稳定；用“进出容器的水流速度相等时的状态”比喻动态平衡；用“水能变化的图示”比喻为化学能变化；手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成，可以比喻成握手――手性催化剂像迎宾的主人伸出右手，被催化合成的分子像客人，总是伸出右手去握手，等等。这些比喻使抽象概念或原理具体化，以起到化抽象为具体、“化无形为有形”的效果。
　　2.3 化微观为宏观
　　化学教育的一个重要任务就是使学生能够建立物质的微粒性，能从微观的角度认识一些自然现象，形成对物质及其变化的科学认识。中学生的微粒作用观是在宏观认识积累和微观理解不断交替的过程中发展的。其中，分子和原子是两个核心科学概念，是物质微粒观建立的基础。要认识这些概念，可用形象化的比喻来实现由宏观世界领域进入微观世界领域。用“黄豆之间有间隔，小米跑到黄豆的间隔中使得一碗黄豆+一碗小米≠两碗”比喻成分子间是有间隔的，水分子跑到酒精分子的间隔中，10 mL水+10 mL酒精≠20 mL。描述原子核与原子大小程度的比较时：“如果假设原子是一座庞大的体育场，而原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。”如此，把宏观现象和微观粒子有机地联系起来，化微观为宏观，促进学生对微观领域的理解。
　　2.4 化深奥为简明
　　限于学生已有知识经验的不足，化学课程中的有些内容深奥，难以理解但又非常重要。例如，化学反应的方向一直是中学化学教学中被忽视的问题，在高中化学课程标准中特别增加了关于化学反应方向的要求。标准提出“能用焓变和熵变说明化学反应的方向”。基于这一阶段学习的学生，相关数学和物理知识欠缺，对化学反应方向本质原因难以准确把握。化学反应方向的原理可以表述为：如果反应的产物比起始的物质更不稳定（具有更高的能量）时，这样的反应将不会发生。就像岩石会滚“下山”而不会滚“上山”一样，化学反应将自发地“滚下山”到达低能量的状态（能量低不是唯一的考虑，因为化学反应也会向着使混乱度变得最大的方向进行。化学家称后者为熵，一个简单的比喻是，洗一付新牌使其变得次序混乱，继续洗牌也不能使它重新变成有序）。如此，可促进学生理解化学反应发生的总趋向是体系能量降低和熵的增加。
　　3 化学教学比喻艺术的分类
　　在传统修辞手法中，比喻分为明喻、暗喻和借喻三大类。以这种分类法对于化学教学比喻艺术进行分类，则较为复杂，笔者为简便起见，根据喻体的特点与类型，将化学教学比喻艺术分为5类。
　　3.1 实物比喻
　　实物是现实的具体的东西。实物比喻艺术是将实物的特征作为喻体，说明本体的特征。关于sp3杂化轨道的理论，是化学教学中的难点。讲解这一理论时，要强调杂化后的4个新轨道成分都相同，能量都相等，都含有1/4的s轨道，3/4的p轨道，为了让学生清楚地理解这一点，教师可举白面和玉米面混合做成饼子的生活常识的比喻。用一碗白面和三碗玉米面混合，做成4个饼子，每个饼子都合有了1/4的白面和3/4的玉米面。一碗白面好比1个s轨道，3碗玉米面就相当3个p轨道，做成的4个饼子就好像4个杂化后新的sp3杂化轨道，这就是说，每个饼子就含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分，进而我们可以把4个饼子的营养相同，看作是4个sp3杂化轨道的能量相等。类似方法还可用作比喻sp杂化和sp2杂化。
　　演示酸碱中和滴定时，有的教师将滴定过程先快后慢，描绘为“沙，犹如飞流直下；滴……滴……犹如雨过屋檐之滴水；半滴，半滴，犹如饱蚕贪嚼桑叶”这种解说十分生动，富有诗情画意。实物比喻艺术要求把理论知识与现实生活中常用的实物联系起来，促进知识的理解，以加强无意识记忆。
　　3.2 体态比喻
　　体态比喻艺术是指师生在教学中创造性地运用体态语作为喻体，进行教学表达的活动。在化学课堂教学过程中，师生的身体就是一个形象的比喻工具，方便快捷，可以成为一种精湛的表演艺术。例如，在讲σ键、π键时，用“头碰头”、“肩并肩”的文字来形容的同时，再加手势模拟比喻效果会更好。教师用两只手（一只手代表一个原子），手握成拳伸出拇指、食指、中指（且三指彼此垂直），分别代表两个原子的三个相互垂直的p轨道（即px、py、pz轨道），当两只手的中指“头碰头”接近时，即这两个原子的两个px轨道形成σ键的同时，这两个原子的两个py两个pz轨道则分别从侧面采取“肩并肩”的方式重叠，形成两个π键（且两个π键相互垂直）。类似地，用手势语比喻，还可表示N2、NH3、P4、CH4、CCl4等分子的空间构型。如此比喻可以收到“此时无声胜有声”的教学效果。 　　3.3 事例比喻
　　事例比喻艺术是当学生面对高度抽象的化学概念和原理时，从学生已有的日常生活经验、熟知的各种事实中找出某种相似性，作为喻体，恰当应用比喻这种“言教”的艺术以取得更好的教学效果。诸如电子云、核外电子运动、泡利原理、洪特规则、杂化轨道、熵变、量子化等内容特别抽象，学生难以理解，可用通俗易懂的事实比喻说明这类抽象概念。为了帮助学生理解电子云的本质，可通过给氢原子照相的比喻，形象地说明了电子云实际上是用统计的方法对核外电子运动状态的描述。用风浪中航行的小船全空、半满、全满的对称坐法最稳定，比喻洪特规则。用晴朗的夜空星罗棋布但找不到两颗完全相同的星星比喻泡利不相容原理等。我们上楼梯，一次只能上一个台阶、二个台阶，每次只能上一个台阶的整数倍，而不可以上一个台阶的0.5倍、0.6倍。同理下楼梯也一样。总之，我们上楼（下楼）每一步上升（下降）的高度只能是一个台阶高度的整数倍，这每一个台阶的高度，不就是上楼梯（下楼梯）这个问题中的“量子”吗？借助楼梯这个司空见惯的生活事实，很容易帮助学生建立量子化观念。
　　3.4 图像比喻
　　图像比喻艺术是指将学生熟悉的日常事物或生活情景内容转化成图像，并作为喻体，比喻化学概念或原理，表达更为简洁和更直观。图像比喻可用图文并茂、丰富多彩的形式呈现。例如，画一幅高山和两座小山丘，如图2所示，用“爬山”来比喻催化反应机理，即不使用催化剂，反应的活化能高，相当于要爬一座高山，很费劲，只有极少数人能爬过去；使用催化剂，反应的活化能降低，相当于爬两个小山丘，爬过去的人就多了。
　　3.5 诗词比喻
　　古代很多诗词，能体现化学现象和原理，教学时适当的运用，不仅能说明问题，而且能增加化学学科的艺术韵味，使学生能够受到美的熏陶。诗词比喻艺术是教师引用蕴含化学知识的古今诗词，作为喻体，将化学教学诗化，通过诗歌形象来揭示化学奥秘，让学生领会和探寻化学知识，体悟化学美学价值的独创性的教学艺术。广大化学教师熟悉的我国明朝民族英雄于谦的诗《石灰吟》有云：“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。”作者以石灰历尽磨难的炼制过程，即可比喻完美人格的磨练过程，表达自己为国尽忠，不怕牺牲的意愿和坚守高洁情怀的决心。作者借石灰而言志，一语双关，直抒情怀，表明其立志要做纯洁清白的人。同时，教师可引导学生写出这首诗蕴含的石灰石反应的化学方程式。这首诗体现比喻中的借喻手法。如此诗词比喻，能使课堂充满情感的互动和交融，产生思维共振、情感共鸣的教学艺术效果。
　　4 化学教学比喻艺术的实施原则
　　4.1 生活性
　　生活性是指取材于生活实际，比喻的最终目的是为了帮助学生掌握较难理解的知识。因此，教师运用比喻应来自于学生熟悉的、已有的生活经验和生活常识，让学生“如临其境，如见其人，如闻其声”。
　　化学教学内容呈现的形式不仅要考虑信息加工理论，而且还要考虑情景认知理论。情景认知理论认为，知识并不是心理的内部表征，而是个人与社会或物理情景之间联系与互动的产物。喻体可以用图书馆、资料卡片、螺壳上的螺纹、卡通图画、社交场合中的握手礼、蜂箱和蜂巢、高山流水、火柴等。这样生活化的比喻增加了本体的形象性和趣味性。这样的学习情景与学生己有的社会生活经验紧密关联，使学生学习化学知识更主动，更有效。
　　4.2 同构性
　　比喻艺术的同构性原则是指教师在教学中运用比喻，选择的喻体必须与比喻的本体在教学所需要的特征上有相同或者相似之处。事物是具有多方面属性的，本体可以用多种事物来比喻，同一喻体也可以解释说明不同的事物。因此教师在设计教学比喻艺术之前，要深刻理解所要教授的内容，把握其本质，才能根据教学的需要从生活中找到最为恰当的喻体。在课堂上运用时还要加以解释说明，学生才能领会其中的内涵。如果喻体选择得不确切，或者牵强附会，那么不仅达不到化繁为简的功能，有可能还会误导学生，产生负面效应。
　　4.3 新颖性
　　本体与喻体必须在某些方面极其相似，但是他们却在质上完全不同，这才能构成比喻。尽管注重本体与喻体之间的相似性更能充分地解释说明教学内容，但是如果在喻体的选择上独具匠心，看似风马牛不相及的事物经过教师的解释能够建立一定的联系，便能给学生一种新奇感，吸引学生探究两者之间的内在关系。
　　4.4 针对性
　　比喻艺术的针对性要求比喻设计要针对教学目的、教学意向，也就是说所使用的比喻要和教学中的知识点具有相似性、可比拟性，能正确反映某个重点，突破某个难点，提示某种规律，不能只图生动形象，而不顾比喻是否恰当。比喻应严格遵循知识的内在规律及学生的认知规律，精心考虑何处比喻、何时比喻，通过比喻来解决什么问题，达到什么目的等，做到“有的放矢”，恰如其分。
　　4.5 审美性
　　比喻作为化学教学艺术的一朵浪花，必然要求具有审美性的特点。构成比喻修辞格的本体和喻体在一定的语境中通过一定的语言形式紧密联系在一起，使语辞呈现一种动人的魅力，“为着避免平凡，尽量在貌似不伦不类的事物之中找出相关联的特征，从而把相隔最远的东西，出人意料地结合在一起”[6]，以喻体的形象特征来加强本体形象的“可感性”；在喻体激发情感愉悦的过程中，体现比喻修辞的审美性。
　　4.6 有限性
　　一般情况下，教师在讲到知识内容的重点或难点时，学生对抽象的概念或者深奥的原理难以弄明白时，可以运用比喻的形式使得知识简化，但是比喻的作用也是有限的。本体与喻体毕竟只是在某些方面具有相似性，不可能吻合得天衣无缝。它可以帮助学生更加容易地理解一些抽象的或者深奥的概念，但是它不能完全替代对这些概念、原理的正面阐述。
　　参考文献：
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