高中生“化学反应速率”迷思概念的调查与转化策略研究

周小燕王伟群

（1苏州大学材料与化工学部　江苏苏州　215000；2宿迁中学　江苏宿迁　223800）



高中生“化学反应速率”迷思概念的调查与转化策略研究

周小燕1，2王伟群1

（1苏州大学材料与化工学部江苏苏州215000；2宿迁中学江苏宿迁223800）

摘要：文章以有意义学习理论和概念转变理论为指导，通过二段式测验对高中生在选修《化学反应原理》中“化学反应速率”概念存在的迷思概念进行问卷调查。根据上述调研结果，分析学生存在哪些迷思概念，并总结迷思概念产生的原因和探讨概念转变的教学策略。

关键词：化学反应速率；迷思概念；教学策略；原因

一、研究背景

教师进行教学设计的起点是知道学生在学习某知识点之前已经“知道了什么”即学生有哪些前概念。前概念也被称为迷思概念，是指学生在学习科学概念之前即具有的直觉知识或与正统科学知识不符的概念［1］。虽然很多教师都知道学生迷思概念的重要性，但是对学生迷思概念进行研究的一线教师还较少。

一些老师能列举出很多“学生在某些概念上存在的典型错误认识”，但是对于如何转化这些迷思概念却无计可施。我们经常能听到有些老师的抱怨“这些学生是怎么回事，这个知识点我都讲了多少遍了，他们竟然还做错了。”但这些老师从来没有反思是不是要改变教学策略。

奥苏贝尔认为，有意义学习的机制是同化，而同化是以学习者原有的认知结构为基础的。奥苏贝尔有意义学习理论对“原有知识”的强调，使得概念转变教学的实施有理有据，而不是主观臆想。波斯纳等学者以认识论为基础，提出学生在进行科学概念的学习时放弃一个旧有概念转移到接受另一个概念的过程叫做“概念转变”。概念转变有两种方式，分别是同化和顺应［2］。本文以有意义学习理论和概念转变理论为指导，对高中生在“化学反应速率”概念存在的迷思概念进行问卷调查。根据调查的结果，分析学生存在哪些迷思概念并总结迷思概念产生的原因和探讨概念转变的教学策略。

二、研究的对象和方法

高二学生在学习《化学反应原理》之前，已经在必修二中学习化学反应速率的基本概念及影响因素，对于化学反应速率有了一些初步的认识，同时也存在一些迷思概念。笔者在参考浙江师范大学朱晓婷的硕士论文《5E学习环模式应用于高中化学教学的研究》附录3相关试题基础上，根据《普通高中化学课程标准（实验）》和苏教版《化学反应原理》中相关内容，选择了如下几个概念：化学反应速率的概念及简单计算、温度、浓度、压强、催化剂对化学反应速率的影响，设计了调查问卷。

笔者于2015年4月底，对宿迁中学2013级高二年级选修物理化学两个平行班的学生进行关于“化学反应速率迷思概念二段式诊断测验”的问卷调查，共发放问卷119份，收回115份，回收率96.7%。

“化学反应速率迷思概念诊断测验”为二段式问卷，该问卷的每一道题目分为两个部分，第一部分为有关化学反应速率相关概念的选择题（单选题），第二部分（单选题）为作出第一部分选择的理由。学生只有把一道题两部分都选择正确才能说明不存在迷思概念。本问卷共14题。

三、问卷调查结果与分析

本研究通过Wps表格进行统计分析，对照调查问卷中的题目和学生作答的百分率，逐题分析学生对于“化学反应速率”存在的迷思概念分布情况。

1.化学反应速率的概念及简单计算

第1题和第2题测查了学生“化学反应速率的概念及简单计算”存在的迷思概念：

（1）反应4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）在10L密闭容器中进行，30s后，H2O（g）的物质的量增加了0.45mo1，则此反应的平均速率v（H2O）可表示为

（ ）

A. 0.015mo1·L-1B. 0.9mo1·h-1

C. 0.0015mo1·L-1·s-1D.0.045mo1·L-1

（2）对于第1题，你选择上述答案的原因是（ ）

A.H2O（g）产生了0.45mo1，时间为半分钟，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.和路程除以时间相似，v（H2O）应为单位时间内H2O（g）物质的量的变化多少

D.30s内，每秒H2O（g）的浓度增加了0.0015mo1·L-1

第1题的答案为C，正确率97.3%；2.7%的学生选择A，认为化学反应速率可以用单位时间内物质的量的变化来表示。第2题是作答第1题的理由，答案为D，正确率为72.6%；11.5%的学生选择了B，认为“H2O（g）在10L容器中增加0.45mo1，1L容器中就增加0.045mo1”；14.2%的学生选择C，认为“和路程除以时间相似，v（H2O）应为单位时间内H2O（g）物质的量的变化”。对于上述概念学生存在主要迷思概念：化学反应速率是单位时间内反应物或生成物物质的量的变化。

2.浓度对化学反应速率的影响

第3题和第4题测查了学生对于“浓度对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（3）向两个放有4.0g NaHCO3粉末的烧杯中，分别加入50mL 1.0mo1·L-1的盐酸和50mL 0.1mo1·L-1的盐酸，哪个烧杯中产生CO2速度快（ ）

A.加入50mL 1.0mo1·L-1的盐酸的烧杯中反应快

B.两个烧杯中反应一样快

C.加入50mL 0.1mo1·L-1的盐酸的烧杯中反应快

D.无法判断

（4）对于第3题，你选择上述答案的原因是（ ）

A.NaHCO3与盐酸的反应本质是HCO3-+H+= H2O+CO2，HCO3-的量固定，酸是过量的，与浓度无关

B.酸越稀，水的含量越高，使NaHCO3更易溶解为离子与HC1反应

C.HC1物质的量只能决定反应最后消耗的NaHCO3的量，与反应的速率无关

D.HC1是反应物，1.0mo·1L-1的盐酸中HC1的浓度大

第3题的答案为A，正确率95.6%，2.7%的学生选择了C。第4题是作答第3题的理由，答案为D，正确率97.3%；0.9%的学生选择A，1.8%的学生选择了C。第3、4题均选择正确的学生高达91.3%，说明学生对于“浓度对化学反应速率的影响”存在的迷思概念很少。

3.温度对化学反应速率的影响

第5题和第6题测查了学生对于“温度对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（5）取两份6.5g的锌粉，分别放入装有200mL 2mo1·L-1的盐酸的试管中，一支试管加热，一支不加热，哪个试管中反应速率快（ ）

A.不加热的试管中，反应速率快

B.加热的试管中，反应速率快

C.两支试管中，反应速率一样快

D.无法判断

（6）对于第5题，你选择上述答案的原因是

（ ）

A.常温即可发生的反应，加热不重要

B.盐酸易挥发，加热盐酸挥发，反应速率变慢

C.升高温度，化学反应速率变快

D.这个反应的反应速率快慢是从产生气体的速度来判断的。加热的情况下，无法判断气泡是反应产生的还是由于加热造成的，因此，无法判断

第5题的答案为B，正确率85%；4.4%的学生选择A，认为“不加热的试管中，反应速率快”；2.7%的学生选择C，认为“两支试管中，反应速率一样快”；8.0%的学生选择D，这部分学生认为“无法判断哪支试管中反应速率快”。第6题是作答第5题的理由，答案为C，正确率87.6%；4.4%的学生选择B，认为“盐酸易挥发，加热盐酸挥发，反应速率变慢”；8.0%的学生选择D，认为“这个反应的反应速率快慢是从产生气体的速度来判断的。加热的情况下，无法判断气泡是反应产生的还是由于加热造成的，因此，无法判断”。对于上述概念学生存在的主要迷思概念有：温度升高化学反应速率加快，但是同时反应物盐酸易挥发导致盐酸浓度下降化学反应速率变慢，因此无法判断化学反应速率的变化。

4.接触面积对化学反应速率的影响

第7题和第8题测查了学生对于“接触面积对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（7）质量相同的块状大理石和粉末状大理石，分别与体积相等的同浓度的稀盐酸反应，哪个反应速率快

（ ）

A.块状大理石与稀盐酸反应更快

B.大理石粉末与稀盐酸反应更快

C.反应一样快

D.无法判断

（8）对于第7题，你选择上述答案的原因是（ ）

A.物质的量是一样的，所以反应一样快

B.形状不同，但是物质是相同的，因此不影响反应速率

C.粉末状比块状固体的表面积大，反应速率快

D.不知道大理石与稀盐酸的量分别是多少，所以无法判断

第7题答案为B，正确率95.6%；0.9%的学生选择A；3.5%的学生选择C。第8题是作答第7题的理由，答案为C，正确率98.2%；1.8%的学生选择B。第7、8题均选择正确的学生高达95.6%，说明学生对于上述概念存在的迷思概念很少。

5.气体的浓度对化学反应速率的影响

第9题和第10题测查了学生对于“气体的浓度对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（9）在1L的密闭容器中（容积不变），对于反应N2+3H2⇌2NH3，在容器中通入一定量的N2，反应速率

（ ）

A.变快B.变慢C.不变D.无法判断

（10）对于第9题，你选择上述答案的原因是

（ ）

A.该反应中，H2的量是一定的，反应速率不变

B.通入气体，反应物浓度变大，反应速率变快

C.通入氮气，压强增大，反应速率快

D.反应中气体体积一直在不断变化，因此无法判断反应速率

第9题的答案为A，正确率96.5%；0.9%的学生选择B，认为“在该容器中通入一定量的N2，反应速率变慢”；2.7%的学生选择C，认为“在该容器中通入一定量的N2，反应速率不变”。第10题是作答第9题的理由，正确答案为B，正确率82.3%；2.7%的学生选择A，认为“该反应中，H2的量是一定的，反应速率不变”；14.2%的学生选C，认为“通入氮气，压强增大，反应速率快”；0.9%的学生选择D，认为“反应中气体压强一直在不断变化，因此无法判断反应速率”。对于上述概念学生存在的主要迷思概念有：只有所有反应物的浓度都变大，化学反应速率才会加快；恒温恒容时对于有气体参加的可逆反应，通入某种气体反应物，容器内气压增大，化学反应速率加快。

6.恒容容器中充入稀有气体对化学反应速率的影响

第11题和第12题测查了学生对于“恒容容器中充入稀有气体对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（11）在1L的密闭容器中（容积不变），对于反应N2+3H2⇌2NH3，在容器中通入一定量的氦气，反应速率（ ）

A.变快B.变慢C.不变D.无法判断

（12）对于第11题，你选择上述答案的原因是

（ ）

A.氦气不参加反应，但是仍占了容器中的空间，使反应速率变慢

B.容器内气体压强增大，反应速率变快

C.通入氦气，压强增大，体积不变，各反应物和生成物的浓度都不改变，反应速率不变

D.通入氦气，压强增大，气体浓度变大，反应速率变快

第11题的正确答案为C，正确率97.3%；1.8%的学生选择了A；0.9%的学生选择了D。第12题是学生作答第11题的理由，正确答案为C，正确率96.5%；0.9%的学生选择A；2.7%的学生选择了B。第11、12题均选择正确的学生高达93%，说明学生对于上述存在的迷思概念很少。

7.催化剂对化学反应速率的影响

第13题和第14题测查了学生对于“催化剂对化学反应速率的影响”存在的迷思概念：

（13）双氧水自身分解较慢，当加入MnO2时，反应速Mn 率C1 会+C 加1快↑，+2 在H 制O，氯在气这的两反个应反，4应H C中1，（M浓n O ）+M 的n作O2用=是2222

（ ）

A.都作为反应物

B.都作为催化剂

C.催化剂，反应物

D.都既作催化剂，又作反应物

（14）对于第13题，你选择上述答案的原因是

（ ）

A.MnO2就是一种催化剂，只有催化作用

B.催化剂在反应过程中不参与化学反应

C.催化剂能够改变化学反应速率，而自身的质量和化学性质在反应前后没有改变

D.MnO2在两个反应中都参与了反应，因此都是作为反应物

第13题的正确答案为C，正确率94.7%；0.9%的学生选择A；3.5%的学生选择B。第14题是作答第13题的理由，正确答案为C，正确率80.5%；2.7%的学生选择A，认为“MnO2就是一种催化剂，只有催化作用”；10.6%的学生选择B，认为“催化剂没有参与化学反应”；2.7%的学生选择D，认为“MnO2在两个反应中都参与了反应，因此都是作为反应物”。对于上述概念学生存在的主要迷思概念有：MnO2在化学反应中只能作为催化剂；不能准确区分催化剂与反应物；催化剂不参与化学反应，在反应前后无任何变化。

三、原因分析

1.思维定势

学生从初三开始学习化学，最早学习的化学反应有氧气的实验室制法：MnO2催化双氧水分解。受思维定势的影响，一些学生看到MnO2，立即想到它是一种催化剂。

2.不恰当的类比迁移

学生在物理学科中学习过速度的概念，速度是用来描述物体运动快慢的物理量，可以用单位时间内物体通过路程的多少来表示。将速度的概念不恰当类比迁移到化学反应速率，认为化学反应速率是单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化量。

3.记忆的混淆

学生在“化学平衡移动的条件”时，学习过对于有气体参加的化学反应，增大压强平衡向气体分子数较小的方向移动；在“化学反应速率”学习中，知道增大反应物的浓度，化学反应速率变大。学习过这两部分内容之后，有的学生将两者混淆起来认为：恒温恒容下对于有气体参加的可逆反应，通入某种气体反应物，容器内气压增大，化学反应速率加快。

4.不能抓住主要矛盾

对于锌粒和稀盐酸的反应，很多学生考虑到加热会使化学反应速率加快，但是加热会使盐酸中的氯化氢挥发，从而降低反应物的浓度使化学反应速率减慢。还有学生认为在这两个因素的作用下，无法判断化学反应速率的变化。这些学生思维较缜密，但不能把握主要矛盾。该反应中由于锌粒和稀盐酸的反应速率比较快，而且盐酸浓度稀挥发出的氯化氢很少，因此在这种情况下加热会使化学反应速率加快。

五、转变对策

1.通过探究实验丰富学生的感觉和知觉

感觉和知觉同属于认识过程的感性阶段，它们都是对事物的直接反应［3］。感觉和知觉属于人们对事物的感性认识，是转变迷思概念的基础。学生通过探究实验可以获得生动形象的感性认识，在动脑设计实验方案和动手做实验的过程中，发现原有认识和实验现象的冲突，从而转变迷思概念。比如：对于锌粒和稀盐酸的反应，加热后该反应的化学速率如何变化?有的学生认为温度升高化学反应速率加快。有的学生认为加热盐酸中的氯化氢易挥发，导致反应物浓度降低使化学反应速率变慢。还有学生认为在上述两种因素的作用下，无法判断反应速率如何变化?对于这样的问题，学生在课堂发生了唇枪舌战，谁也说服不了对方。这时教师提出实验是检验化学原理的唯一标准，提供不同浓度的稀盐酸如：1mo1·L-1盐酸、2mo1·L-1盐酸、3mo1·L-1盐酸、锌粒、酒精灯等，请学生探究不同浓度的稀盐酸与锌粒在常温与加热的情况下，反应速率的快慢比较。实验结果显示稀盐酸与锌粒在加热后化学反应速率变快。

2.通过小组合作学习引发认知冲突实现认知同化和顺应

不同学生成长经历和知识背景不同，对同一个化学概念的认识往往不尽相同，有的较深刻、有的较肤浅、有的片面、有的全面。在小组合作学习中，学生间会产生不同观点的碰撞，从而引发认知冲突［4］。比如在化学反应速率概念的建构过程中，教师提出问题串引发学生思考：①化学反应有没有快慢之分呢?②如何定性表示化学反应的快慢?③如何定量表示化学反应的快慢，有哪些不同的方法?请学生先独立思考一分钟，然后小组交流讨论并汇报展示。各小组均认为化学反应有快慢之分，不同小组提出不同的定性表示化学反应快慢的特征，如：冒气泡、固体溶解、颜色的变化、温度的变化、声音的大小等。对于定量表示方法，学生提出可以用：①单位时间内反应物量的减少或生成物量的增多表示；②单位时间内反应物质量的减少或生成物质量的增多表示；③单位时间内气体的体积的变化来表示；④单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示等。通过小组的交流讨论及倾听其他小组的汇报，学生认识到自己的解释与他人的解释不完全相同，引起内在的认知冲突，为了解决这种不平衡状态，学生想去寻找更权威的信息来消除这种不确定。这时，教师可以利用学生已有的概念来实现认知同化，指出学生的想法都是正确的，只是在高中阶段我们只研究化学反应速率常见的一种表达方式即单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。同时告诉学生他们在今后的深造或生活中，会碰到化学反应速率其他的表达方式。这样教师通过提问了解了学生的已有概念，通过小组交流汇报引发了认知冲突，通过利用已有认识同化科学概念，转变迷思概念，建构了科学概念。

化学概念是化学的基础，掌握好

化学概念是学生学习好高中化学的基础。研究表明高中对于化学概念存在很多迷思概念，这些迷思概念浇灭了学生学习化学的热情。作为教师，可以通过课堂提问、作业反馈、问卷调查等方式，有针对性了解学生化学概念学习中存在的迷思概念，并采取有针对性的策略实现概念转化。本文主要利用二段式测验诊断了高中生对于“化学反应速率”存在的迷思概念并提出相应的转化策略。学生对于“化学反应速率”存在的迷思概念相对较少，那么对于相对抽象的化学概念如化学平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡、弱电解质的电离等，学生存在的迷思概念更加广泛复杂，如何采用合适教学方案实现概念转变，需要更多教师的关注和研究。

参考文献

［1］蔡铁权，姜旭英，胡玫.概念转变的科学教学［M］.北京：教育科学出版社，2009：63，73，226

［2］章志光.心理学［M］.北京：人民教育出版社，2002：118

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.023

文章编号：1008-0546（2016）02-0072-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B