高中生“化學反應速率”迷思概念的調查與轉化策略研究

周小燕王偉群

（1蘇州大學材料與化工學部　江蘇蘇州　215000；2宿遷中學　江蘇宿遷　223800）

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高中生“化學反應速率”迷思概念的調查與轉化策略研究

周小燕1，2王偉群1

（1蘇州大學材料與化工學部江蘇蘇州215000；2宿遷中學江蘇宿遷223800）

摘要：文章以有意義學習理論和概念轉變理論為指導，通過二段式測驗對高中生在選修《化學反應原理》中“化學反應速率”概念存在的迷思概念進行問卷調查。根據上述調研結果，分析學生存在哪些迷思概念，并總結迷思概念產生的原因和探討概念轉變的教學策略。

關鍵詞：化學反應速率；迷思概念；教學策略；原因

一、研究背景

教師進行教學設計的起點是知道學生在學習某知識點之前已經“知道了什么”即學生有哪些前概念。前概念也被稱為迷思概念，是指學生在學習科學概念之前即具有的直覺知識或與正統科學知識不符的概念［1］。雖然很多教師都知道學生迷思概念的重要性，但是對學生迷思概念進行研究的一線教師還較少。

一些老師能列舉出很多“學生在某些概念上存在的典型錯誤認識”，但是對于如何轉化這些迷思概念卻無計可施。我們經常能聽到有些老師的抱怨“這些學生是怎么回事，這個知識點我都講了多少遍了，他們竟然還做錯了。”但這些老師從來沒有反思是不是要改變教學策略。

奧蘇貝爾認為，有意義學習的機制是同化，而同化是以學習者原有的認知結構為基礎的。奧蘇貝爾有意義學習理論對“原有知識”的強調，使得概念轉變教學的實施有理有據，而不是主觀臆想。波斯納等學者以認識論為基礎，提出學生在進行科學概念的學習時放棄一個舊有概念轉移到接受另一個概念的過程叫做“概念轉變”。概念轉變有兩種方式，分別是同化和順應［2］。本文以有意義學習理論和概念轉變理論為指導，對高中生在“化學反應速率”概念存在的迷思概念進行問卷調查。根據調查的結果，分析學生存在哪些迷思概念并總結迷思概念產生的原因和探討概念轉變的教學策略。

二、研究的對象和方法

高二學生在學習《化學反應原理》之前，已經在必修二中學習化學反應速率的基本概念及影響因素，對于化學反應速率有了一些初步的認識，同時也存在一些迷思概念。筆者在參考浙江師范大學朱曉婷的碩士論文《5E學習環模式應用于高中化學教學的研究》附錄3相關試題基礎上，根據《普通高中化學課程標準（實驗）》和蘇教版《化學反應原理》中相關內容，選擇了如下幾個概念：化學反應速率的概念及簡單計算、溫度、濃度、壓強、催化劑對化學反應速率的影響，設計了調查問卷。

筆者于2015年4月底，對宿遷中學2013級高二年級選修物理化學兩個平行班的學生進行關于“化學反應速率迷思概念二段式診斷測驗”的問卷調查，共發放問卷119份，收回115份，回收率96.7%。

“化學反應速率迷思概念診斷測驗”為二段式問卷，該問卷的每一道題目分為兩個部分，第一部分為有關化學反應速率相關概念的選擇題（單選題），第二部分（單選題）為作出第一部分選擇的理由。學生只有把一道題兩部分都選擇正確才能說明不存在迷思概念。本問卷共14題。

三、問卷調查結果與分析

本研究通過Wps表格進行統計分析，對照調查問卷中的題目和學生作答的百分率，逐題分析學生對于“化學反應速率”存在的迷思概念分布情況。

1.化學反應速率的概念及簡單計算

第1題和第2題測查了學生“化學反應速率的概念及簡單計算”存在的迷思概念：

（1）反應4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g）在10L密閉容器中進行，30s后，H2O（g）的物質的量增加了0.45mo1，則此反應的平均速率v（H2O）可表示為

（ ）

A. 0.015mo1·L-1B. 0.9mo1·h-1

C. 0.0015mo1·L-1·s-1D.0.045mo1·L-1

（2）對于第1題，你選擇上述答案的原因是（ ）

A.H2O（g）產生了0.45mo1，時間為半分鐘，v（H2O）= 0.9mo1.h-1

B.H2O（g）在10L容器中增加0.45mo1，1L容器中就增加0.045mo1

C.和路程除以時間相似，v（H2O）應為單位時間內H2O（g）物質的量的變化多少

D.30s內，每秒H2O（g）的濃度增加了0.0015mo1·L-1

第1題的答案為C，正確率97.3%；2.7%的學生選擇A，認為化學反應速率可以用單位時間內物質的量的變化來表示。第2題是作答第1題的理由，答案為D，正確率為72.6%；11.5%的學生選擇了B，認為“H2O（g）在10L容器中增加0.45mo1，1L容器中就增加0.045mo1”；14.2%的學生選擇C，認為“和路程除以時間相似，v（H2O）應為單位時間內H2O（g）物質的量的變化”。對于上述概念學生存在主要迷思概念：化學反應速率是單位時間內反應物或生成物物質的量的變化。

2.濃度對化學反應速率的影響

第3題和第4題測查了學生對于“濃度對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（3）向兩個放有4.0g NaHCO3粉末的燒杯中，分別加入50mL 1.0mo1·L-1的鹽酸和50mL 0.1mo1·L-1的鹽酸，哪個燒杯中產生CO2速度快（ ）

A.加入50mL 1.0mo1·L-1的鹽酸的燒杯中反應快

B.兩個燒杯中反應一樣快

C.加入50mL 0.1mo1·L-1的鹽酸的燒杯中反應快

D.無法判斷

（4）對于第3題，你選擇上述答案的原因是（ ）

A.NaHCO3與鹽酸的反應本質是HCO3-+H+= H2O+CO2，HCO3-的量固定，酸是過量的，與濃度無關

B.酸越稀，水的含量越高，使NaHCO3更易溶解為離子與HC1反應

C.HC1物質的量只能決定反應最后消耗的NaHCO3的量，與反應的速率無關

D.HC1是反應物，1.0mo·1L-1的鹽酸中HC1的濃度大

第3題的答案為A，正確率95.6%，2.7%的學生選擇了C。第4題是作答第3題的理由，答案為D，正確率97.3%；0.9%的學生選擇A，1.8%的學生選擇了C。第3、4題均選擇正確的學生高達91.3%，說明學生對于“濃度對化學反應速率的影響”存在的迷思概念很少。

3.溫度對化學反應速率的影響

第5題和第6題測查了學生對于“溫度對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（5）取兩份6.5g的鋅粉，分別放入裝有200mL 2mo1·L-1的鹽酸的試管中，一支試管加熱，一支不加熱，哪個試管中反應速率快（ ）

A.不加熱的試管中，反應速率快

B.加熱的試管中，反應速率快

C.兩支試管中，反應速率一樣快

D.無法判斷

（6）對于第5題，你選擇上述答案的原因是

（ ）

A.常溫即可發生的反應，加熱不重要

B.鹽酸易揮發，加熱鹽酸揮發，反應速率變慢

C.升高溫度，化學反應速率變快

D.這個反應的反應速率快慢是從產生氣體的速度來判斷的。加熱的情況下，無法判斷氣泡是反應產生的還是由于加熱造成的，因此，無法判斷

第5題的答案為B，正確率85%；4.4%的學生選擇A，認為“不加熱的試管中，反應速率快”；2.7%的學生選擇C，認為“兩支試管中，反應速率一樣快”；8.0%的學生選擇D，這部分學生認為“無法判斷哪支試管中反應速率快”。第6題是作答第5題的理由，答案為C，正確率87.6%；4.4%的學生選擇B，認為“鹽酸易揮發，加熱鹽酸揮發，反應速率變慢”；8.0%的學生選擇D，認為“這個反應的反應速率快慢是從產生氣體的速度來判斷的。加熱的情況下，無法判斷氣泡是反應產生的還是由于加熱造成的，因此，無法判斷”。對于上述概念學生存在的主要迷思概念有：溫度升高化學反應速率加快，但是同時反應物鹽酸易揮發導致鹽酸濃度下降化學反應速率變慢，因此無法判斷化學反應速率的變化。

4.接觸面積對化學反應速率的影響

第7題和第8題測查了學生對于“接觸面積對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（7）質量相同的塊狀大理石和粉末狀大理石，分別與體積相等的同濃度的稀鹽酸反應，哪個反應速率快

（ ）

A.塊狀大理石與稀鹽酸反應更快

B.大理石粉末與稀鹽酸反應更快

C.反應一樣快

D.無法判斷

（8）對于第7題，你選擇上述答案的原因是（ ）

A.物質的量是一樣的，所以反應一樣快

B.形狀不同，但是物質是相同的，因此不影響反應速率

C.粉末狀比塊狀固體的表面積大，反應速率快

D.不知道大理石與稀鹽酸的量分別是多少，所以無法判斷

第7題答案為B，正確率95.6%；0.9%的學生選擇A；3.5%的學生選擇C。第8題是作答第7題的理由，答案為C，正確率98.2%；1.8%的學生選擇B。第7、8題均選擇正確的學生高達95.6%，說明學生對于上述概念存在的迷思概念很少。

5.氣體的濃度對化學反應速率的影響

第9題和第10題測查了學生對于“氣體的濃度對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（9）在1L的密閉容器中（容積不變），對于反應N2+3H2?2NH3，在容器中通入一定量的N2，反應速率

（ ）

A.變快B.變慢C.不變D.無法判斷

（10）對于第9題，你選擇上述答案的原因是

（ ）

A.該反應中，H2的量是一定的，反應速率不變

B.通入氣體，反應物濃度變大，反應速率變快

C.通入氮氣，壓強增大，反應速率快

D.反應中氣體體積一直在不斷變化，因此無法判斷反應速率

第9題的答案為A，正確率96.5%；0.9%的學生選擇B，認為“在該容器中通入一定量的N2，反應速率變慢”；2.7%的學生選擇C，認為“在該容器中通入一定量的N2，反應速率不變”。第10題是作答第9題的理由，正確答案為B，正確率82.3%；2.7%的學生選擇A，認為“該反應中，H2的量是一定的，反應速率不變”；14.2%的學生選C，認為“通入氮氣，壓強增大，反應速率快”；0.9%的學生選擇D，認為“反應中氣體壓強一直在不斷變化，因此無法判斷反應速率”。對于上述概念學生存在的主要迷思概念有：只有所有反應物的濃度都變大，化學反應速率才會加快；恒溫恒容時對于有氣體參加的可逆反應，通入某種氣體反應物，容器內氣壓增大，化學反應速率加快。

6.恒容容器中充入稀有氣體對化學反應速率的影響

第11題和第12題測查了學生對于“恒容容器中充入稀有氣體對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（11）在1L的密閉容器中（容積不變），對于反應N2+3H2?2NH3，在容器中通入一定量的氦氣，反應速率（ ）

A.變快B.變慢C.不變D.無法判斷

（12）對于第11題，你選擇上述答案的原因是

（ ）

A.氦氣不參加反應，但是仍占了容器中的空間，使反應速率變慢

B.容器內氣體壓強增大，反應速率變快

C.通入氦氣，壓強增大，體積不變，各反應物和生成物的濃度都不改變，反應速率不變

D.通入氦氣，壓強增大，氣體濃度變大，反應速率變快

第11題的正確答案為C，正確率97.3%；1.8%的學生選擇了A；0.9%的學生選擇了D。第12題是學生作答第11題的理由，正確答案為C，正確率96.5%；0.9%的學生選擇A；2.7%的學生選擇了B。第11、12題均選擇正確的學生高達93%，說明學生對于上述存在的迷思概念很少。

7.催化劑對化學反應速率的影響

第13題和第14題測查了學生對于“催化劑對化學反應速率的影響”存在的迷思概念：

（13）雙氧水自身分解較慢，當加入MnO2時，反應速Mn 率C1 會+C 加1快↑，+2 在H 制O，氯在氣這的兩反個應反，4應H C中1，（M濃n O ）+M 的n作O2用=是2222

（ ）

A.都作為反應物

B.都作為催化劑

C.催化劑，反應物

D.都既作催化劑，又作反應物

（14）對于第13題，你選擇上述答案的原因是

（ ）

A.MnO2就是一種催化劑，只有催化作用

B.催化劑在反應過程中不參與化學反應

C.催化劑能夠改變化學反應速率，而自身的質量和化學性質在反應前后沒有改變

D.MnO2在兩個反應中都參與了反應，因此都是作為反應物

第13題的正確答案為C，正確率94.7%；0.9%的學生選擇A；3.5%的學生選擇B。第14題是作答第13題的理由，正確答案為C，正確率80.5%；2.7%的學生選擇A，認為“MnO2就是一種催化劑，只有催化作用”；10.6%的學生選擇B，認為“催化劑沒有參與化學反應”；2.7%的學生選擇D，認為“MnO2在兩個反應中都參與了反應，因此都是作為反應物”。對于上述概念學生存在的主要迷思概念有：MnO2在化學反應中只能作為催化劑；不能準確區分催化劑與反應物；催化劑不參與化學反應，在反應前后無任何變化。

三、原因分析

1.思維定勢

學生從初三開始學習化學，最早學習的化學反應有氧氣的實驗室制法：MnO2催化雙氧水分解。受思維定勢的影響，一些學生看到MnO2，立即想到它是一種催化劑。

2.不恰當的類比遷移

學生在物理學科中學習過速度的概念，速度是用來描述物體運動快慢的物理量，可以用單位時間內物體通過路程的多少來表示。將速度的概念不恰當類比遷移到化學反應速率，認為化學反應速率是單位時間內反應物或生成物的物質的量的變化量。

3.記憶的混淆

學生在“化學平衡移動的條件”時，學習過對于有氣體參加的化學反應，增大壓強平衡向氣體分子數較小的方向移動；在“化學反應速率”學習中，知道增大反應物的濃度，化學反應速率變大。學習過這兩部分內容之后，有的學生將兩者混淆起來認為：恒溫恒容下對于有氣體參加的可逆反應，通入某種氣體反應物，容器內氣壓增大，化學反應速率加快。

4.不能抓住主要矛盾

對于鋅粒和稀鹽酸的反應，很多學生考慮到加熱會使化學反應速率加快，但是加熱會使鹽酸中的氯化氫揮發，從而降低反應物的濃度使化學反應速率減慢。還有學生認為在這兩個因素的作用下，無法判斷化學反應速率的變化。這些學生思維較縝密，但不能把握主要矛盾。該反應中由于鋅粒和稀鹽酸的反應速率比較快，而且鹽酸濃度稀揮發出的氯化氫很少，因此在這種情況下加熱會使化學反應速率加快。

五、轉變對策

1.通過探究實驗豐富學生的感覺和知覺

感覺和知覺同屬于認識過程的感性階段，它們都是對事物的直接反應［3］。感覺和知覺屬于人們對事物的感性認識，是轉變迷思概念的基礎。學生通過探究實驗可以獲得生動形象的感性認識，在動腦設計實驗方案和動手做實驗的過程中，發現原有認識和實驗現象的沖突，從而轉變迷思概念。比如：對于鋅粒和稀鹽酸的反應，加熱后該反應的化學速率如何變化?有的學生認為溫度升高化學反應速率加快。有的學生認為加熱鹽酸中的氯化氫易揮發，導致反應物濃度降低使化學反應速率變慢。還有學生認為在上述兩種因素的作用下，無法判斷反應速率如何變化?對于這樣的問題，學生在課堂發生了唇槍舌戰，誰也說服不了對方。這時教師提出實驗是檢驗化學原理的唯一標準，提供不同濃度的稀鹽酸如：1mo1·L-1鹽酸、2mo1·L-1鹽酸、3mo1·L-1鹽酸、鋅粒、酒精燈等，請學生探究不同濃度的稀鹽酸與鋅粒在常溫與加熱的情況下，反應速率的快慢比較。實驗結果顯示稀鹽酸與鋅粒在加熱后化學反應速率變快。

2.通過小組合作學習引發認知沖突實現認知同化和順應

不同學生成長經歷和知識背景不同，對同一個化學概念的認識往往不盡相同，有的較深刻、有的較膚淺、有的片面、有的全面。在小組合作學習中，學生間會產生不同觀點的碰撞，從而引發認知沖突［4］。比如在化學反應速率概念的建構過程中，教師提出問題串引發學生思考：①化學反應有沒有快慢之分呢?②如何定性表示化學反應的快慢?③如何定量表示化學反應的快慢，有哪些不同的方法?請學生先獨立思考一分鐘，然后小組交流討論并匯報展示。各小組均認為化學反應有快慢之分，不同小組提出不同的定性表示化學反應快慢的特征，如：冒氣泡、固體溶解、顏色的變化、溫度的變化、聲音的大小等。對于定量表示方法，學生提出可以用：①單位時間內反應物量的減少或生成物量的增多表示；②單位時間內反應物質量的減少或生成物質量的增多表示；③單位時間內氣體的體積的變化來表示；④單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示等。通過小組的交流討論及傾聽其他小組的匯報，學生認識到自己的解釋與他人的解釋不完全相同，引起內在的認知沖突，為了解決這種不平衡狀態，學生想去尋找更權威的信息來消除這種不確定。這時，教師可以利用學生已有的概念來實現認知同化，指出學生的想法都是正確的，只是在高中階段我們只研究化學反應速率常見的一種表達方式即單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示。同時告訴學生他們在今后的深造或生活中，會碰到化學反應速率其他的表達方式。這樣教師通過提問了解了學生的已有概念，通過小組交流匯報引發了認知沖突，通過利用已有認識同化科學概念，轉變迷思概念，建構了科學概念。

化學概念是化學的基礎，掌握好

化學概念是學生學習好高中化學的基礎。研究表明高中對于化學概念存在很多迷思概念，這些迷思概念澆滅了學生學習化學的熱情。作為教師，可以通過課堂提問、作業反饋、問卷調查等方式，有針對性了解學生化學概念學習中存在的迷思概念，并采取有針對性的策略實現概念轉化。本文主要利用二段式測驗診斷了高中生對于“化學反應速率”存在的迷思概念并提出相應的轉化策略。學生對于“化學反應速率”存在的迷思概念相對較少，那么對于相對抽象的化學概念如化學平衡、鹽類的水解、難溶電解質的沉淀溶解平衡、弱電解質的電離等，學生存在的迷思概念更加廣泛復雜，如何采用合適教學方案實現概念轉變，需要更多教師的關注和研究。

參考文獻

［1］蔡鐵權，姜旭英，胡玫.概念轉變的科學教學［M］.北京：教育科學出版社，2009：63，73，226

［2］章志光.心理學［M］.北京：人民教育出版社，2002：118

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.023

文章編號：1008-0546（2016）02-0072-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B