建构类比思维模型提升“宏微素养”
摘要：“宏观辨识与微观探析”核心素养要求学生能从不同层次认识物质的多样性，并形成“结构决定性质”的观念。教师可借助核心元素化合价、物质类别、电离平衡、水解平衡、元素周期律（表）及官能团等要素，引导学生建构类比思维模型，梳理物质的性质及其转化关系，从而达成认识思路、学科知识双结构化的目的。由于类比只是一种预测陌生物质性质的认识思路，有可能出现偏差，教师还要引导学生对预测结果通过理论计算或化学实验进行验证。
关键词：类比思维模型；“宏观辨识与微观探析”核心素养；化学教学
注重核心素养的培育是当前课程改革的重要特征，而思维是核心素养的核心。比较、分类、分析与综合、抽象与概括、类比、推理、联想、想象、重组、发散、定势、辩证思维、臻美、空间认知、观察等都是重要的思维方法。
“宏观辨识与微观探析”核心素养（以下简称“宏微素养”）要求学生：能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类；能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。因此，从物质类别、微粒种类、核心元素化合价、周期律（表）、官能团等角度建构类比思维模型，有利于培养学生的分类观、微粒观、价态观、元素观、基团观。学生从宏观和微观相结合的视角去类比分析与解决实际问题，可以提升宏微素养。
类比的具体过程是：通过对两个不同的对象进行比较，找出它们的相似点，然后以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去。下面，笔者结合具体教学实践，阐述几种常见类比思维模型的建构策略，并对其应用偏差给出纠正办法，供大家参考。
一、基于“价—类—离子”三维视角的类比
通过“钠及其化合物”的学习，学生从初中时的基于事实经验和简单类比认识物质性质，发展为基于物质类别认识物质性质，并初步建构了基于物质类别研究物质性质的基本模型，即“陌生物质→所属类别→类别通性”。
通过“氧化还原反应”的学习，学生建构了基于氧化还原反应规律，根据核心元素化合价升降趋势预测物质性质的基本模型。至此，学生初步形成了认识物质的两个视角，即类别和价态。通过“铁、硫、氮等元素及其化合物”的学习，学生进一步巩固和发展了以“价—类”二维视角研究物质的思路和方法。
通过“离子反应”的学习，学生从电离的角度重新认识了酸、碱、盐及其在水溶液中的行为，建立了微粒（离子）和宏观物质性质间的对应关系，认识到物质在水溶液中发生化学反应的本质，从微观角度理解水溶液中同一类物质具有相似性质的原因。
基于以上认识，我们可以从“价—类—离子”三维视角建构认识物质的类比模型，详见图1。
基于物质类别的非氧化还原反应转化关系及基于化合价的氧化还原反应转化关系都符合强制弱规律。前者遵循强酸（碱）制弱酸（碱）的原理，而后者遵循的原理是强氧化剂制弱氧化剂。随着学习的深入，学生习得了从电离平衡、水解平衡等角度认识物质性质的新视角，知晓了通过平衡移动原理也可实现弱酸制强酸、弱还原剂制强还原剂。
通过其平衡常数的计算，我们可看出，该反应能够进行的程度非常大。
下面以NaClO与SO2反应为例说明该模型的应用。
SO2与CO2同为酸性氧化物，且与水反应后形成的H2SO3和H2CO3的酸性均强于HClO，由NaClO溶液与CO2发生复分解反应，可类比出NaClO与SO2反应生成NaHSO3和HClO。由于SO2具有还原性，HClO有强氧化性，故SO2与NaClO实际发生氧化还原反应。其类比过程详见图2。
在对具体问题进行分析的过程中，我们应综合考虑多个类比因素。如从酸性氧化物角度类比得出SO2与Ba（NO3）2溶液不反应，从元素价态角度类比得出SO2会被氧化成SO42-，继而生成BaSO4，从微观离子角度分析也可得出产生沉淀的结论。其分析过程详见图3。
二、基于元素周期律（表）视角的类比（以同主族为例）
通过“原子结构”与“元素周期律（表）”的学习，学生形成了从分子、原子等微观结构研究宏观物质性质的视角，初步建构了以“位—构—性”三维视角研究物质性质的一般模型。同主族元素最外层电子数相同，其元素的化合价、形成化合物的化学式、电子式、空间构型等具有相似性，因此我们可利用其类比预测陌生元素及其形成的化合物的相关性质。随着电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，元素及其形成的化合物的性质呈现一定的递变规律。
基于以上认识，我们可建构基于元素周期律（表）视角的类比模型，详见图4。
利用该模型，我们可根据CH4、NH3、H2O、HF的结构预测得知ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素简单氢化物的化学式依次为RH4、RH3、H2R、HR，其空间构型分别为正四面体型、三角锥形、V字形、直线形。
利用卤素原子（用X表示，下文同）与氢原子在成键方式上的相似性，我们可以将RH4、RH3、H2R、HR中的H原子替换成X原子，