高中生化学平衡迷思概念的调查研究，本文主要内容关键词为：迷思论文,化学平衡论文,调查研究论文,概念论文,高中生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、调查目的
本调查旨在了解高中学生在化学平衡学习过程中是否普遍存在迷思概念的现象，并通过调查找出迷思概念产生的原因，为改革我国传统的化学课堂教学提供理论和实践依据。
二、调查方法
1.调查对象
此实验的被试取白玉环县实验学校2003级高二年级2个教学班的学生，省重点中学楚门中学2003级高二年级2个教学班的学生，省级重点中学玉城中学2003级高二年级3个教学班的学生。共计2003级高二年级7个教学班的学生，每班按42人抽样，共294人取样进行测试。其中有效答卷282份。被试年龄分布为16～17周岁。被调查学生均已学过化学平衡的相关知识。
2.测查工具
(1)自编“化学平衡问题迷思概念诊断测查”问卷。问卷编写参考台湾学者的“高中学生应用勒沙特列原理判断化学平衡的迷思概念探讨”的研究成果，并结合自己多年来的教学经验，针对学生易混淆、易出现“迷思”的问题编写而成的诊断性试题。测试题均为选择题，测试时间为2004年 4月上旬。
(2)依据(1)设计访谈用的问题，以探知学生产生迷思概念的原因。
3.调查项目设计
限于篇幅，下面只对调查项目的考察目的进行说明。本调查研究中共有五大项目，并且分别分散在15个问题中。
项目1：考查学生对动态平衡的判断。
项目2：考查学生对浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡的影响的分析与判断。
项目3：考查学生对浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡反应速率的影响的分析与判断。
项目4：考查学生对盐类对溶解平衡的影响的分析.与判断。
项目5：考查学生对惰性气体对化学平衡的影响的分析与判断。
三、调查项目作答例析
本调查问卷的形式为二段式选择题，第一段要求学生选出答案，第二段再针对第一段的答案选出理由。测验试题设计是以固态、液态、气态三相彼此相互反应的化学方程式为主，内容则探讨在浓度、压强、温度等条件下，学生应用勒沙特列原理判断平衡移动时产生的迷思概念类型。根据测验的结果，逐题分析学生的作答。
第一题下列例题各为独立系统，请指出是否为动态平衡状态，并请说明理由。
1.瓦斯炉上一锅沸腾的水。
(1)是(2)否
2.回答上题时，你所依据的理由是（）
(1)蒸发速率等于凝结速率。
(2)水蒸气散发的能量等于瓦斯燃烧放出的能量。
(3)水一直在加热使得蒸发速率大于凝结速率。
(4)沸腾的水会激烈运动，一直消耗热量。
(5)平衡为密闭系统。
(6)其他：____
第一题是为了了解学生对于动态平衡系统的判断，学生选项正确的所占人数比率为79.1%；对于动态平衡的首要条件，在定温下且为密闭系统，学生持认同的占24.1%。答否的同学中有45.4%所持理由为蒸发速率＞凝结速率，此概念为正确，因为反应达平衡时正反应速率必等于逆反应速率。因此学生在此题中判断动态平衡时能确切了解平衡条件，定温下、密闭系统及正反应速率等于逆反应速率，所占比为69.5%（即45.4%+ 24.1%）。有5.0%（即3.9%+1.1%）同学以不正确的反应当成正、逆反应，如水蒸气散发的能量等于瓦斯燃烧放出的能量。
3.定温下装有足量樟脑丸的密闭容器。
(1)是 (2)否
4.回答上题时，你所依据的理由是（ ）
(1)樟脑丸升华速率等于凝华速率。
(2)樟脑丸被封在密闭容器中，不与潮湿空气作用，所以不会有汽化现象。
(3)樟脑丸会挥发，但挥发后的气体却不能变回樟脑丸。
(4)密闭容器中，物质不会扩散到外部，而保持平衡。
(5)在容器充满樟脑气体之前，樟脑丸会持续升华。
(6)其他：____
本题是为了解学生对于动态平衡系统的判断，学生选项正确的所占人数比例73.8%；对于动态平衡的首要条件，在定温下且为密闭系统，学生在第一题中判断动态平衡时能确切了解平衡条件，“定温下”“密闭系统”及“正反应速率等于逆反应速率”，所占比例为67.0%（即22.7%+ 44.3%），但亦有21.6%(2.1%+19.5%)的学生认为定温下密闭容器内，足量的樟脑丸会挥发，但挥发后的气体不会变回樟脑丸，即认为平衡反应是单向进行的，其次也有2.5%(1.4%+1.1%)同学认为樟脑丸被封在密闭容器中，不与潮湿空气作用，所以不会升华。
本题目的在探讨学生是否了解动态平衡的真正意义，相对地也是测知学生对平衡的先备知识是否正确。结果显示以本样本为例，有67.0%以上的同学能确切判别动平衡与静平衡或稳定状态的差异。
第二题 溴化铵为结晶固体，加热会分解，
，此分解过程为吸热反应。取一些固体溴化铵置于一真空容器中，温度保持400℃，系统最后达成平衡。
1.若定温定容下，加入
到容器中，则下列各项将如何改变？
a.平衡（）
(1)向左移动 (2)向右移动 (3)保持不变
b.回答a题时，你所依据的理由是（）
(1)加入，体系压强增大。
(2)加入,分压增加，使逆反应速率＞正反应速率。
(3)加入，平衡常数变大，移动可恢复原来的平衡常数，使系统达成平衡。
(4)加入，反应向减少该物质的物质的量的方向移动。
(5)
和HBr的计量数之比为1:1，只加而没有加HBr不会影响平衡。
(6)其他：____
第二题1—a、1—b，探究固态、气态系统中在定温定容下，当反应物的浓度改变时，学生如何应用勒沙特列原理判断平衡的移动。学生答案正确的占86.5%。在答案正确的同学中有12.8%的同学认可在浓度改变时，以反应体系压强判断平衡移动，是正确的思考观念。另有12.8%的同学以固态、气态反应加入气体，造成浓度改变，分压变大，平衡向气体总物质的量少的方向移动，这观念也是正确的。但其中有18.4%的同学呈现迷思概念如下：反应物总浓度的改变会造成平衡常数改变，必须以平衡的移动恢复平衡常数。此外，从 10.6%答错的同学显示有浓度改变并不改变平衡移动的迷思概念，这其中有7.0%同学认为若仅是一种反应物的浓度改变，其他反应物的浓度没有依比例改变，将不会影响平衡移动。
2.，定温下，若容器的体积突然加倍，则下列各项将如何改变？
c.当平衡再建立时，正反应速率比最初达平衡时的正反应速率（）
(1)增加(2)减少(3)保持不变
d.当平衡再建立时，逆反应速率比最初达平衡时的逆反应速率（）
(1)增加(2)减少(3)保持不变
e.回答c、d题时，你所依据的理由是（）
(1)体积加倍，活动空间变大，碰撞机会变小，正、逆反应速率改变。
(2)温度保持不变，正、逆反应速率不会改变。
(3)反应达平衡状态，无论如何改变，其正、逆反应速率恒为一定值。
(4)正、逆反应速率受反应物体系压强的影响。
(5)正、逆反应速率受平衡移动方向的影响。
(6)其他：____
第二题中的2-c、2-d、2-e，本题探讨固态、气态的化学平衡，当容器体积（压强）改变，平衡发生移动，反应速率如何改变？答对同学占50.4%，答错占49.6%，显示在压强改变的情况下，平衡移动与反应速率的改变，对一半以上的同学而言是困难的！就如同前面浓度对速率的改变一样，在压强的变化下，大半的同学缺乏反应速率与时间的关系，导致无法正确判别化学平衡反应前后正、逆反应速率的差异；在答错的同学中20.9%的同学认为体积加倍，碰撞机会变小，正、逆反应速率改变。在答对的同学中19.9%的同学认为温度不变，持正、逆反应速率不会改变的错误概念；另有 21.6%的同学错误认为反应达平衡状态，无论如何改变，其正、逆反应速率恒为一定值。
(6)其他：____
第三题中的1、2，探究在定温下微溶性的盐类的溶解平衡，结果显示，在微溶性盐类的电离平衡中，当加入可溶性盐类电离时浓度改变，使平衡移动，有71.3%的同学能正确的以勒沙特列原理判定移动方向。其所持理由，生成物
浓度增加，反应向左占60%；以同离子效应观念解释者占 7.9%，此概念亦是正确的，属于较高层次的正确认识。在错误的28.7%的学生中，有9.6%同学理由是对的，但应用勒沙特列原理判断方向却是错误的，显示部分同学对勒沙特列原理并非真正理解，另有10.1%的同学，无法判定盐类是可溶或微溶，只是单纯认定只要是加入固体就不影响平衡体系内的浓度，这是重大的迷思概念。
(6)其他：____
第三题中的3、4，仍是探究定温下，微溶性盐类的溶解平衡，但改变的因素是加入难溶性盐类，结果显示仅45.7%同学能作正确判定。错误同学中有43.2%(13.1%+30.1%)认为难溶性盐类易电离或是以为盐类皆可溶，使浓度改变，平衡向右。学生的迷思概念仍是无法判断盐类是否可溶或是易电离。
四、调查结果汇总
从以上的二段式选择题的问卷调查和对学生的访谈中，发现学生在化学平衡学习中存在的迷思概念相当稳定。现依据诊断测验和访谈结果，在五大中心概念下，学生在学习化学平衡内容时所存在的迷思概念讨论汇总如下。
1.动态平衡的判断
诊断测验的一—1、一—4小题探讨动态平衡的概念，在一—2题共有5.0%的同学以水蒸气散发的能量等于瓦斯燃烧放出的能量作为判断动态平衡的标准；一—1题共有20.9%的及一—3题共有26.2%的同学无法判别平衡状态；一—4题中共有21.6%的同学将平衡视为单向反应；共有 2.5%的同学认为樟脑丸被封在密闭容器中不与潮湿空气作用，所以不会有汽化现象。
大部分学生能了解动态平衡的3项条件：定温，密闭系统，正、逆反应速率相等，但部分同学具有下列迷思概念：
(1)平衡是单向进行的反应。
(2)以不正确的反应当成正、逆反应。
(3)樟脑丸在密闭系统中不与潮湿空气作用，不会有汽化现象。
2.浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡的影响
诊断测验的二—1—a、二—1—b、二—2—a、二—2—b、二—3—a、二—3—b、四—1、四—2等小题讨论浓度、温度、压强等因素对平衡移动的影响，二—1—a题中10.6%的同学具有浓度改变并不改变平衡移动的迷思概念；二—2—b题中共有 36.2%的同学认为压强改变不影响平衡移动；二—1—b的题中共有7.7%的同学认为若只改变反应体系中的一种物质的浓度，其他反应物浓度没有依比例改变，将不会影响平衡移动；二—2—b题中共有33.0%的同学认为在化学平衡中若反应物中有固体存在，因为没有分压，平衡不移动；二—3—b题中共有26.9%的同学认为温度下降，平衡应向吸热反应的方向移动，共有6.0%的同学认为温度下降造成压强改变，从而使平衡移动；四—2题中共有31.9%的同学认为温度上升，平衡向放热反应的方向移动；在二—1—b题中共有 20.5%的同学认为反应物浓度的改变，造成平衡常数K改变，致使平衡移动；在二—2—b题中共有12.8%的同学认为体积增加，压强变小，Kp下降，造成反应物量的改变。学生具有的迷思概念汇总如下：
(1)反应物浓度改变会造成平衡常数改变，必须以平衡的移动恢复平衡常数。
(2)浓度改变并不改变平衡移动。
(3)单一物质浓度改变，其他物质浓度没有依比例改变，将不会影响平衡移动。
(4)压强（体积）的改变，致使平衡常数改变，平衡才跟着改变。
(5)化学平衡中若反应物中有固体存在，因其没有分压，平衡不移动，也不会产生任何量的变化。
(6)温度下降，平衡向吸热反应的方向进行；温度上升，平衡向放热反应的方向移动。
(7)温度下降，造成压强改变而使平衡移动。
学生无法定义影响平衡状态相关与不相关因素，而常误用勒沙特列原理判断平衡。从以上统计结果发现有33.0%的学生认为在固态—气态化学平衡中如果存在固体反应物，将因为没分压，平衡不移动，也不会产生任何量的变化；因为学生大多以直观方式判定相关因素，如固体存在就不影响平衡，正是产生迷思的主因。
3.浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡反应速率的影响
诊断测验的二—1—c、二—1—d、二—1—e、二—2—c、二—2—d、二—2—e、二—3—c、二— 3—d、二—3—e等题讨论各项因素的改变对反应速率的影响，在二—2—e题中共有31.9%的同学具有体积增加，体系分子活动空间变大，碰撞机会变小，正、逆反应速率改变的迷思概念；二—1—e题中共有9.0%的同学具有温度不变，正、逆反应速率不会改变的迷思概念；二—2—e题中共有21.7%的同学具有温度一定，体积改变不影响正、逆反应速率的迷思概念；二—1—e题中共有20.1%的同学具有浓度改变不影响反应速率，反应速率只会因温度、催化剂和反应本身的性质的改变而改变的迷思概念；在二—1—e、二—2—e、二—3—e题中各共有35.1%、24.4%、17.5%的同学具有反应达平衡状态，无论浓度、压强（体积）、温度如何改变，正、逆反应速率恒为一定值的迷思概念。学生具有的迷思概念汇总如下：
(1)不论反应物种的浓度是否改变，认为平衡前的正、逆反应速率分别等于平衡后的正、逆反应速率。
(2)反应达平衡状态，无论如何改变，其正、逆反应速率恒为一定值。
(3)浓度改变，不影响反应速率，反应速率只会因温度、催化剂和反应本身的性质而改变。
(4)体积加倍，活动空间变大，碰撞机会变小，正、逆反应速率改变。
(5)正反应速率减少，相对的逆反应速率就会增加。
(6)在水溶液的化学平衡中加入溶质并不影响反应速率。
(7)平衡被破坏时或定温定容下，正、逆反应速率必须相等。
(8)加入溶质溶解于水，改变溶液浓度，使反应速率改变。
(9)溶质在水中电离后，会与水中的
互相吸引，使反应速率改变。
(10)液、气态产生互变时，反应速率不同。
(11)温度不变，正、逆反应速率不会改变。
关于平衡再建立时的正、逆反应速率的比较，学生认为当正反应速率减少，逆反应速率就增加，即在化学平衡中，若状态改变，其他反应速率降低时，相对的反应速率会增加，因为学生认为正反应与逆反应是独立的。其次，液、气态产生互变时，反应速率不同的迷思概念。
4.盐类对溶解平衡的影响
诊断测验的三—1、三—8题均是探讨不同固体溶质及溶剂对盐类溶解平衡的影响，测验结果显示，在三—2、三—6题中各共有10.4%、18.7%的同学认为只要是加入固体，就不会影响平衡系统中溶质的浓度；在三—2题共有4.3%的同学以盐类中所含金属的活动性大小判断平衡的移动；在三—3、三—4题中各共有19.1%、30.8%的同学无法辨别可溶性或难溶性固体盐类对化学平衡的影响；三—2、三—6题中各共有10.1%、8.8%的同学仅以同离子效应概念判断化学平衡移动的方向，在三—8题中共有17.8%的同学认为加入溶剂不影响化学平衡。学生具有的迷思概念汇总如下：
(1)学生单纯地认定只要是加入固体就不影响平衡系统内各溶质的浓度。
(2)难溶性盐类易电离或是以为盐类皆可溶，使浓度改变，平衡移动。
(3)加入溶剂，体积变大，平衡向物质的量多的一方移动。
(4)加入溶剂不影响平衡。
(5)以盐类中所含金属的活动性大小判断平衡移动的方向。
盐类溶解度的概念是学生学习感到困难的地方，因为在化学平衡中，学生应用勒沙特列原理判断时有很大障碍，再加上不能判别影响平衡的相关或不相关因素，学生通常的迷思概念是在回答固体的改变量时，误用了勒沙特列原理。由上述研究可了解，在学习盐类的溶解平衡后，加入固体离子对于浓度变化的影响与量的关系，对学生而言是困难的。加上学生必须具备盐类可溶、微溶、难溶的先备知识才可作正确判断，因此无形中又多一层困难。
学生无法意识某些物质在一些化学反应中显现固定或恒定的浓度；增加固体产物的量会改变它们的浓度，而有的固体不会影响化学平衡，因为它们的浓度保持固定。本样研究的迷思概念显示，只要盐类是固体，就不影响平衡体系的各物质的浓度，其中关键概念是不了解盐类是否具有可溶性。若可溶，电离后将会改变浓度而影响平衡；因此学生在这里主要是无法判断盐类是否可溶或易电离。
其次，学生认为溶剂的加入不影响平衡；另外的迷思概念：加入溶剂，体积变大，平衡向总物质的量多的一方移动，这是典型的勒沙特列原理误用。
5.惰性气体对化学平衡的影响
诊断式测验的四—3、四—4、四—6、四—8等题讨论加入惰性气体对化学平衡影响的迷思概念，测验结果显示在四—4题中共有19.4%的同学认为加入惰性气体不会影响平衡的移动，共有 21.6%的同学认为定温定容下加入惰性气体，系统总压强变大，造成平衡发生移动；在四—6题中共有8.9%的同学认为定压下加入惰性气体，反应物的分压变大，使得平衡发生移动，共有12.4%的同学认为定压下加入惰性气体，系统浓度变大，使得平衡发生移动；在四—8题中共有35.4%的同学认为在定温下加入惰性气体，平衡移动至新平衡建立后，反应物种浓度改变（增加或减少）。学生具有的迷思概念汇总如下：
(1)定容、定压下加入惰性气体不影响平衡移动。
(2)定容下加入惰性气体，系统总压强变大，平衡向物质的量少的一方移动。
(3)定容下加入惰性气体，造成反应物的分压变大或变小。
(4)定压下加入惰性气体，造成气体的分压变大或不变。
(5)定压下加入惰性气体，系统浓度增加，平衡向总物质的量的一方移动。
(6)定温下在加入惰性气体，平衡移动至新平衡建立后，反应物种浓度改变。
五、重要迷思概念产生的原因
从学生的调查问卷以及访谈结果得知本调查研究2项显著且最重要的迷思概念产生的原因分述如下：
(1)不论反应物种的浓度改变与否，认为平衡前正反应速率等于平衡后正反应速率，同理逆反应速率也前、后相等，产生原因为：
①学生对化学平衡定义扩充解释，达平衡时正逆反应速率相等，扩大推论到起始平衡正、逆反应速率分别等于新平衡的正、逆反应速率。
②学生以物理概念错位地模拟到化学概念，例如能量守恒概念，物体动能增加位能相对减少，学生模拟推论化学平衡的正反应速率加快，逆反应速率减慢，才可达平衡。
(2)难溶性盐类易电离或以为盐类都是可溶，使浓度改变，平衡移动，产生原因为：
①学生把勒沙特列原理应用只限于参与化学反应的反应物或生成物本身。
②学生受传统化学计量的观念影响，固体浓度为定值，加入不会改变浓度，不影响平衡。
③学生不了解固体盐类特性，对其是否属难溶性、可溶性盐类缺乏认知，只直接判定是固体而浓度固定，就不影响平衡。
六、调查揭示的问题
从以上的学生化学平衡迷思概念的诊断性测试和相关问题的访谈中不能不说明学生的迷思概念确实是根深蒂固，生命力极强，同时也说明迷思概念也在困扰着、干扰着学生，使得他们难以建立起科学的正确的化学概念。若教师不了解学生这样或那样的想法，只是按照课本的内容，生搬硬套一些理论，虽完成了教学进度，但很难改变学生的迷思概念，无论老师讲多少遍，学生还是不会内化为自己的知识。建构主义认为，任何学科的学习和理解都不像是在白纸上画画那样。学习总是要涉及到学习者原有的认知结构，学习者总是以其自身的经验来解释和建构新的知识和信息，学生要运用其自身原有的知识来整合新的知识。如果学生没有适当的原有知识用以统整新的知识到其原有的知识结构时，不管他听或读多少遍，这些知识都无法真正地被学生了解。建构主义还认为，任何人都不能替代别人学习。学习应该是一种自主活动的过程，只有学习者自愿主动积极的学习，才会有具体的效果。
长期以来化学教学论界多是从认识论角度进行研究，概括形成了化学概念教学的“感知—理解—巩固—应用”学习模式和“提出问题—提供实验事实—分析总结下定义—应用巩固练习”的教学模式。这种做法事实上有意无意地将学生的头脑当成了一块“白板”，我们教师可以在上面构画出各种各样的化学知识图景。化学演示实验一直作为教学手段而起着配合化学知识讲授的作用，考虑的重点自然是如何通过实验把一个抽象的问题具体化、形象化。而从以上的调查研究结果得知，这种有意无意地把学生的头脑当成一块“白板”的做法是很难真正使学生理解、掌握即将要学习的新知识。只有认真了解、分析和研究学生的迷思概念，弄清它产生的原因及其特征，研究、设计纠正这些迷思概念的对策、实现概念的转变是非常必要的。
七、化学平衡教学建议
(1)由本研究的分析结果，发现学生在学习化学平衡时存在的迷思概念共计32项，若能针对学生的迷思概念设计教学，也许可降低学生迷思概念比例，提高学生学习的有效性。
(2)在从事教学前先了解学习主题主要的迷思概念类型，并区分其特质，接着提供学生相关的正确概念，以弥补先备知识不足，教师再详细讲解课程内容，较能使学生达到正向的学习效果，因为从学生访谈结果得知，学生常以物理概念不当模拟推论到化学概念，而产生迷思。
(3)在本研究中发现，在探讨浓度、压强（体积）、温度等因素对化学平衡反应速率的比较，学生感觉困难；学生答错比例都比较高，超过55%，从访谈知道学生无论从浓度、压强（体积）或者从温度去判断平衡的正、逆反应速率变化，皆有一半以上同学产生错误认知；研究者建议化学教师在进行平衡前后反应速率比较的教学，可利用反应速率对时间作图的方式教学，让学生从作图的概念中体会速率与时间的变化关系，以帮助建立正确反应速率概念，接着再分别依浓度、压强（体积）、温度等，作速率对时间的相对图形，如此学生较易学到正确的概念。