葉華濤　許招會(huì)　李瑜玨

摘要：由于許多化學(xué)概念本身存在高度抽象性以及教材對(duì)部分概念定義的不完善性，導(dǎo)致學(xué)生極易產(chǎn)生迷思概念，對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響。以魯科版和人教版高中化學(xué)教材中對(duì)概念的定義方式及語(yǔ)義描述為著手點(diǎn)，對(duì)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》熱化學(xué)部分內(nèi)容可能產(chǎn)生的相關(guān)迷思概念進(jìn)行探析。不僅可幫助學(xué)生解除迷思概念、提高對(duì)概念的認(rèn)識(shí)深度，還能促進(jìn)學(xué)生形成正確的知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高思維能力。

關(guān)鍵詞：迷思概念;熱化學(xué);化學(xué)反應(yīng)原理;概念定義類型

文章編號(hào)：1005-6629（2021）04-0081-06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

科學(xué)概念是構(gòu)成科學(xué)理論體系的基礎(chǔ)，是學(xué)生形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基石，所以任何學(xué)習(xí)都離不開對(duì)概念的認(rèn)識(shí)。化學(xué)概念是化學(xué)事實(shí)的結(jié)晶，是化學(xué)學(xué)者站在化學(xué)歷史發(fā)展的角度將化學(xué)事實(shí)性知識(shí)通過(guò)類比分析、歸納比較、科學(xué)抽象以及高度概括而形成的理性知識(shí)，它是對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)闡述，是化學(xué)學(xué)科理論體系的骨架，同時(shí)也是學(xué)生深度把握化學(xué)知識(shí)、發(fā)展核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在。正因?yàn)榭茖W(xué)概念具有高度概括、抽象的特點(diǎn)，所以學(xué)生在認(rèn)識(shí)化學(xué)核心概念時(shí)易產(chǎn)生迷思概念（Misconception）。“迷思概念”是由我國(guó)臺(tái)灣學(xué)者翻譯英文而來(lái)，而對(duì)于它的理解和界定，不同學(xué)者有不同的看法：Bransford認(rèn)為迷思概念是指學(xué)生不正確的已有概念;Disessa認(rèn)為迷思概念是學(xué)生頭腦中片段的、零散的、簡(jiǎn)單的、有待形成網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的概念;Watts D.M.和Gilbert J.K.認(rèn)為迷思概念是學(xué)生在進(jìn)階性學(xué)習(xí)建構(gòu)中由于理解偏差或缺乏有機(jī)聯(lián)系而形成的有礙于新概念形成的知識(shí)或認(rèn)識(shí);Gunstone認(rèn)為迷思概念是一種似是而非的理解，是學(xué)生的概念和科學(xué)概念之間的差異性概念，這種差異概念可作為教學(xué)的基點(diǎn)。盡管不同學(xué)者對(duì)迷思概念的解釋有所不同，但這些解釋的內(nèi)涵大體一致，即迷思概念是不完善的、有瑕疵的、甚至是錯(cuò)誤的有待轉(zhuǎn)變成科學(xué)概念的已有概念。

熱力學(xué)在化學(xué)學(xué)科中扮演著十分重要的角色，是選擇化學(xué)學(xué)科的學(xué)生必學(xué)的重要內(nèi)容之一，因其具有高度的抽象性，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)熱化學(xué)相關(guān)內(nèi)容時(shí)極易產(chǎn)生迷思概念，阻礙學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。作為教師，要幫助學(xué)生解除迷思概念，促進(jìn)學(xué)生正確理解化學(xué)概念，使學(xué)生深度把握化學(xué)知識(shí)的同時(shí)發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。針對(duì)迷思概念，本文以人教版及魯科版高中化學(xué)教材為依據(jù)，基于教材中概念的表達(dá)形式及其本質(zhì)特征就選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》熱化學(xué)部分的內(nèi)容淺談個(gè)人看法。

1化學(xué)概念定義類型

概念是通過(guò)語(yǔ)言對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的總結(jié)，隨著認(rèn)識(shí)的發(fā)展而發(fā)展且具有高度的抽象性和概括性。有學(xué)者根據(jù)不同的認(rèn)識(shí)水平總體上把概念分為：常識(shí)概念、具體概念及抽象概念，而熱化學(xué)相關(guān)概念幾乎全為抽象概念，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)熱化學(xué)相關(guān)內(nèi)容時(shí)極易產(chǎn)生迷思概念。一個(gè)完整概念的最基本特征便是它的內(nèi)涵和外延，內(nèi)涵指向事物的本質(zhì)屬性，外延則規(guī)定概念固有的范圍。因此傳統(tǒng)的概念定義方法是以“屬概念加種差”的形式進(jìn)行的，如“在水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物叫做電解質(zhì)”這一定義中屬概念是“化合物”，種差是“在水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電”，這里就揭示了電解質(zhì)與其他化合物的本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)的概念定義方式并不能囊括所有，因而有學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸。武衍杰、王秀紅總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)并基于化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)將化學(xué)概念定義類型分為內(nèi)涵定義、外延定義及語(yǔ)詞定義，其中內(nèi)涵定義包括本質(zhì)定義（揭示事物本質(zhì)特征）、發(fā)生定義（揭示事物現(xiàn)象產(chǎn)生過(guò)程）、關(guān)系定義（揭示不同概念問(wèn)的特殊關(guān)系）及功用定義（揭示事物的特殊功能）;外延定義包括列舉定義（列舉概念所包含的對(duì)象）;語(yǔ)詞定義則包括規(guī)定性定義（以“規(guī)定”的形式下定義）、上下文定義（引證上文具體示例）、說(shuō)明性定義（對(duì)專用名詞做出說(shuō)明）及類比定義（與熟悉的現(xiàn)象進(jìn)行類比）。不同的定義方法會(huì)影響學(xué)生對(duì)概念的理解，例如舊人教版高中化學(xué)教材將“共價(jià)鍵”定義為“共價(jià)鍵是常見的化學(xué)鍵之一，它的本質(zhì)是在原子之間形成共用電子對(duì)”，根據(jù)概念定義類型可以判斷其為本質(zhì)定義，但是這樣的“共價(jià)鍵”定義有很大的問(wèn)題，常常使學(xué)生產(chǎn)生以下迷思概念：（1）共價(jià)鍵其實(shí)就是共用電子對(duì);（2）之所以形成共價(jià)鍵是由于形成共用電子對(duì)的需要。顯然，學(xué)生這樣對(duì)共價(jià)鍵的理解是錯(cuò)誤的，共價(jià)鍵是兩個(gè)原子核對(duì)共用電子對(duì)所形成的負(fù)電區(qū)域的吸引力，其本質(zhì)應(yīng)為靜電作用力。化學(xué)概念定義類型的總結(jié)如圖1所示。

2魯科版和人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》熱力學(xué)相關(guān)的概念統(tǒng)計(jì)

從本質(zhì)上看，兩個(gè)版本的高中化學(xué)教材對(duì)熱化學(xué)相關(guān)概念的內(nèi)涵闡述基本一致，但從形式上看，不同版本教材對(duì)相關(guān)概念的語(yǔ)義描述有所差異，而概念的形成和鞏固要靠詞語(yǔ)的幫助，詞語(yǔ)是概念的“形”，概念是詞語(yǔ)的“心”。因此，盡管內(nèi)涵相同，不同的表達(dá)形式也會(huì)影響學(xué)生對(duì)概念的理解，從而使學(xué)生產(chǎn)生迷思概念。在人教版高中化學(xué)教材中，熱力學(xué)內(nèi)容主要集中在選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》的第一章“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”及第二章第3節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的方向”中;在魯科版高中化學(xué)教材中，熱力學(xué)內(nèi)容主要集中在《化學(xué)反應(yīng)原理》的第一章第1節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”及第二章第1節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的方向”中，兩版教材中熱化學(xué)相關(guān)概念及其定義類型的歸納統(tǒng)計(jì)如表1所示。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，魯科版選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》中涉及熱化學(xué)并有較為明確的定義闡述的概念共10個(gè)，其中“熱容”“比熱”“體積功”及“自由能變”以非正文形式出現(xiàn);人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》中涉及熱力學(xué)并且有一定闡述的概念共有9個(gè)，其中“自由能變”以“資料卡片”欄目方式呈現(xiàn)。對(duì)兩版本教材中出現(xiàn)的熱化學(xué)概念進(jìn)行整合，統(tǒng)計(jì)其概念定義類型分布情況如圖2所示。

相較于人教版教材，魯科版教材增添了“熱容”“比熱”及“體積功”的概念，在“焓變”的解釋上強(qiáng)調(diào)能量轉(zhuǎn)化形式問(wèn)題，其條件化的描述更加準(zhǔn)確;對(duì)于“燃燒熱”及“自發(fā)過(guò)程”，魯科版教材未做相關(guān)定義闡述，而人教版則有一定的解釋說(shuō)明，并用類比定義的方式呈現(xiàn)自發(fā)過(guò)程;“熱化學(xué)方程式”在魯科版教材中是以功用定義的方式出現(xiàn)，在人教版中則是以上下文定義的方式出現(xiàn)，魯科版教材強(qiáng)調(diào)了物質(zhì)變化和焓變化的共時(shí)性，其概念闡釋更加科學(xué)。在對(duì)“內(nèi)能”的概念描述上，魯科版教材結(jié)合了微觀視角，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)微觀粒子能量總和，而人教版僅從宏觀物質(zhì)視角呈現(xiàn);對(duì)于“反應(yīng)熱”“蓋斯定律”“熵”及“自由能變”概念，兩個(gè)版本的描述幾乎一致。從概念認(rèn)識(shí)水平的角度來(lái)看，熱化學(xué)相關(guān)概念多為抽象概念，因此大多數(shù)定義類型為“內(nèi)涵定義”，而內(nèi)涵定義中屬“關(guān)系定義”居多，可見相關(guān)概念環(huán)環(huán)相扣、聯(lián)系緊密。對(duì)于有些化學(xué)概念，因其定義本身的復(fù)雜性以及定義分類標(biāo)準(zhǔn)的不完善性，導(dǎo)致這些概念可能從屬于多種概念定義類型，如人教版教材中“燃燒熱”的定義為“在101 kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時(shí)所放出的熱量”，它既可以是規(guī)定性定義，也可以為發(fā)生定義，前者表明該概念處在一種規(guī)定的情形，后者則表明它的屬概念為“熱量”，種差為“在101kPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物”，這里筆者將其劃分為規(guī)定性定義。雖然這種劃分有一定的模糊性，但總體上能夠反映教材中概念定義的類型。

3相關(guān)迷思概念分析

3.1反應(yīng)熱、熱量以及能量之間相關(guān)迷思概念的思考

對(duì)“反應(yīng)熱”“焓變”“內(nèi)能”及“鍵能”等概念的掌握是學(xué)生中學(xué)階段學(xué)習(xí)熱化學(xué)的重要基礎(chǔ)，而理清反應(yīng)熱、熱量以及能量三者之間的關(guān)系能夠使學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)化學(xué)熱效應(yīng)，學(xué)生只有深刻把握這些概念之后方能進(jìn)行下一步的學(xué)習(xí)。然而由于這些概念本身的抽象性以及教材中概念描述的不完整性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者很可能會(huì)產(chǎn)生迷思觀念。

盡管反應(yīng)熱與熱量以及能量之間的邏輯關(guān)系不是中學(xué)熱化學(xué)核心知識(shí)點(diǎn)，但它們卻是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱化學(xué)的重要基礎(chǔ)。倘若在教學(xué)實(shí)踐中適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生理解它們之間的關(guān)系，使學(xué)生建立正確的符號(hào)表征觀念，無(wú)疑會(huì)幫助學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)相關(guān)概念，有助于學(xué)生進(jìn)一步深入地學(xué)習(xí)。

3.2反應(yīng)熱與焓變相關(guān)迷思概念的思考

對(duì)于“焓變”的定義，魯科版和人教版均采用關(guān)系定義的方法。人教版教材從反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系入手進(jìn)行“焓變”概念的描述，其語(yǔ)言表達(dá)首先規(guī)定的是“等壓”這一關(guān)鍵條件，其次再闡明“反應(yīng)熱等于焓變”;與人教版不同，魯科版除了闡明“等壓”這一條件外，還強(qiáng)調(diào)了“沒(méi)有電能、光能等其他形式的能量轉(zhuǎn)化”，在條件的表述上更加嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生比較容易理解反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系。但是，為什么要引入“焓”？“焓”有什么樣的物理意義？這里，想必會(huì)有學(xué)生產(chǎn)生諸如此類的疑問(wèn)——對(duì)“焓”本質(zhì)認(rèn)識(shí)的不足將會(huì)導(dǎo)致學(xué)生后面學(xué)習(xí)的困難，學(xué)生帶著模模糊糊的概念往后學(xué)習(xí)將會(huì)導(dǎo)致更多迷思概念的出現(xiàn)。

3.3與“自發(fā)反應(yīng)”相關(guān)的迷思概念分析

什么是自發(fā)反應(yīng)？一般認(rèn)為，自發(fā)反應(yīng)在某種特定條件下，不需要外在助力就可以自動(dòng)進(jìn)行。而在魯科版和人教版教材中沒(méi)有明確的定義，其中對(duì)于自發(fā)過(guò)程人教版倒是有所涉及：“自然界中存在著一些具有方向性的自發(fā)過(guò)程。例如，水總是自發(fā)地從高處流向低處，而相反的過(guò)程卻不能自發(fā)”。顯然，這是采用類比定義的方式描述自發(fā)過(guò)程，使學(xué)生較為容易地理解什么是自發(fā)過(guò)程。但是當(dāng)把這種自發(fā)過(guò)程遷移到自發(fā)反應(yīng)時(shí)，學(xué)生往往會(huì)混淆“自發(fā)反應(yīng)”和“自動(dòng)發(fā)生”、“一定條件”和“外界幫助”的關(guān)系，產(chǎn)生“自發(fā)反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行”的迷思概念。

化學(xué)上的自發(fā)反應(yīng)與自然界中的一些自發(fā)現(xiàn)象是有一定的差異的，因此不可等同而言。一些化學(xué)反應(yīng)需要在一定的體系環(huán)境中方能進(jìn)行，而非在“常態(tài)”下就能自動(dòng)發(fā)生。譬如，碳酸鈣的分解CaCO₃（s）=CaO（s）+CO₂（g）在常溫（25℃）下無(wú)法進(jìn)行，在高溫條件下可以自發(fā)進(jìn)行，那么這個(gè)高溫條件屬于“外界幫助”嗎？所謂外界幫助，是指除維持一定的熱量交換及體積功之外的其他形式的能量輸入，是推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行的非環(huán)境因素如通電、光照等，而加熱改變的是反應(yīng)體系的起始狀態(tài)，當(dāng)溫度達(dá)到某一點(diǎn)，反應(yīng)不需外界幫助便能自發(fā)進(jìn)行，于反應(yīng)而言，此刻反應(yīng)條件是確定的，因此溫度的改變不屬于外界幫助，它并未改變反應(yīng)本身，只是為反應(yīng)創(chuàng)造條件環(huán)境;“一定條件”指的是反應(yīng)發(fā)生所需要的體系環(huán)境，如溫度、壓強(qiáng)等。綜上，學(xué)生混淆“自發(fā)反應(yīng)”概念的根本原因是學(xué)生未認(rèn)識(shí)到條件的重要性，自發(fā)反應(yīng)不一定能自動(dòng)發(fā)生，但在一定條件下可以自發(fā)進(jìn)行。在實(shí)際教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生理清“一定條件”和“外界幫助”“自發(fā)反應(yīng)”和“自動(dòng)發(fā)生”的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)自發(fā)反應(yīng)的正確觀念，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成，解除學(xué)生的迷思觀念。

3.4與“熵”相關(guān)的迷思概念分析

“熵”在熱化學(xué)當(dāng)中占有十分重要的地位，深刻認(rèn)識(shí)“熵”是學(xué)生建構(gòu)熱化學(xué)觀念以及通過(guò)熵增原理認(rèn)識(shí)世界、感悟人生并形成辯證思維的關(guān)鍵。魯科版教材通過(guò)探討固體在水中溶解的共性即體系的有序程度降低、無(wú)序程度增大，引出物理量熵的概念;人教版教材以功能定義的方式呈現(xiàn)熵的概念，圍繞自發(fā)反應(yīng)的條件和一些宏觀現(xiàn)象逐步引出熵，把熵看做是描述一定體系混亂度的狀態(tài)函數(shù)，使學(xué)生較易理解熵的內(nèi)涵。我們知道熵的表達(dá)公式：S=klnΩ，在實(shí)際教學(xué)中，教師可以適當(dāng)?shù)匾肓Ｗ拥奈⒂^狀態(tài)數(shù)Ω，通過(guò)排列組合的方式模擬微粒的排列方式，使學(xué)生更加直觀地感受微觀狀態(tài)數(shù)對(duì)熵的影響，引導(dǎo)學(xué)生從微觀的視角認(rèn)識(shí)熵，再結(jié)合相應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，使學(xué)生能夠從宏微結(jié)合的視角認(rèn)識(shí)熵，提升學(xué)生對(duì)熵的認(rèn)識(shí)深度。熵增原理的重要的前提——“孤立體系/絕熱體系”，學(xué)生往往會(huì)忽略這一重要條件而產(chǎn)生“任何體系的自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致熵的增大”的錯(cuò)誤觀念。人教版教材對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明，指明了孤立體系或絕熱體系的先決條件。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以將熵增原理與生活實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到熵增對(duì)社會(huì)產(chǎn)生的不利影響，體會(huì)到個(gè)人的自律、社會(huì)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展在某種意義上是克服熵增、從無(wú)序到有序的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生在日常生活及學(xué)習(xí)中克服熵增、力求熵減。

4結(jié)語(yǔ)

學(xué)生產(chǎn)生迷思概念的根本原因在于未理解概念的內(nèi)在邏輯，往往只知其然而不知其所以然。教材中所呈現(xiàn)的化學(xué)概念定義會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生影響，其中不完善、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母拍蠲枋龈菚?huì)直接誤導(dǎo)學(xué)生，促使學(xué)生產(chǎn)生迷思概念。在熱化學(xué)概念的文字表達(dá)方面，兩個(gè)不同版本的教材可能會(huì)有不足之處，如在“化學(xué)反應(yīng)的方向”這一節(jié)中，對(duì)于“自發(fā)過(guò)程”及“自發(fā)反應(yīng)”的闡述有些模糊，學(xué)生很可能會(huì)產(chǎn)生一些疑惑或迷思概念。因此，作為化學(xué)教育研究者，要不斷地研究化學(xué)概念，不必拘泥于一種概念定義類型，應(yīng)結(jié)合多種呈現(xiàn)方式去表達(dá)概念，從多種角度去詮釋化學(xué)概念。在實(shí)際教學(xué)中要靈活多變，不囿于教材所呈現(xiàn)的內(nèi)容，在概念教學(xué)中要做到溯本求源，使學(xué)生知其然也知其所以然。