黎夢麗　 鄧峰　董娟　 劉睿琪

摘要： 從迷思概念的測查、成因分析以及教學策略研究三個方面梳理了國外“化學平衡”主題的教學研究。研究表明： （1）不同年級、層次的學生群體持有相似的迷思概念;（2）導致學生形成迷思概念的原因是多方面的;（3）已開發(fā)的教學策略包括： 概念轉(zhuǎn)變策略、模型教學策略、類比教學策略、論證式教學策略以及計算機教學策略等。據(jù)此談及了國外已有研究對我國化學平衡主題教學及其研究的啟示。

關鍵詞： 化學平衡; 迷思概念; 教學策略; PCK

文章編號： 1005-6629（2020）03-0018-06

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題的提出

“化學平衡”是最重要的化學主題之一，是學生理解其他化學主題的重要基礎，如氧化還原、酸堿化學和化學計量等等都與化學平衡有著千絲萬縷的聯(lián)系[1～3]。近年來，我國課程對“化學平衡”的重視日益增加，并以核心素養(yǎng)“變化觀念與平衡思想”顯化在化學新課程標準當中，明確要求學生能用動態(tài)平衡的觀點來看待和分析化學反應[4]。

然而，已有的研究表明，任何年級和層次的學生在學習化學平衡概念時，都面臨著許多困難，學生往往不能準確理解化學平衡的特點及其變化規(guī)律[5]。為了攻克“化學平衡”主題的教學難關，國內(nèi)外許多學者都進行了深入的研究，并取得了豐富的研究成果。雖然已有文獻對國內(nèi)相關的碩士論文研究進行了梳理，但對國外相關研究的梳理卻相對欠缺。基于此，本文對國外關于“化學平衡”主題的教學研究進行了整理歸納，以期為我國化學教師實踐和研究提供有益參考。

基于研究主題，筆者首先運用關鍵詞法，以“Chemical equilibrium”作為關鍵詞，并規(guī)定年限為近20年以及研究層次為基礎教育和高等教育（師范專業(yè)）后，在Web of Science、 ERIC等數(shù)據(jù)庫上進行文獻搜索，而后運用溯源法，在閱讀文獻過程中補充二次文獻。經(jīng)過上述文獻檢索后，再從內(nèi)容相關性角度進行人工篩選，最終確定與化學平衡教與學相關的文獻共23篇。然后，對文獻的研究對象、研究目的以及研究方法等進行梳理和編碼，在此基礎上采取自下而上的方法對文獻進行觀點抽取和歸類，確定從“迷思概念測查研究”“迷思概念成因分析”以及“教學策略研究”等三個方面對文獻進行綜述。

2? 國外“化學平衡”迷思概念的測查研究

迷思概念是指學生對某一科學概念的錯誤理解或是疑惑所在。迷思概念的形成會干擾學生對正確科學原理以及外界信息的處理[6]，因此展開關于預防和糾正迷思概念的研究對指導教學是有重要意義的。在筆者選擇的23篇文獻中，接近一半的文獻（11篇）涉及到了迷思概念的測查，并且文獻中明確提出的測查方法包括問卷法（頻次10）、訪談法（頻次6）和詞語聯(lián)想法（頻次1）。其中大部分測查研究采用了問卷調(diào)查法、訪談法或兩者相結(jié)合的方法。問卷的題目主要是自編的與化學平衡主題相關的測試題，最典型的是二段式選擇題[7～9]，這與國內(nèi)許多研究者所采用的研究方法相一致[10]。二段式選擇題要求學生不僅要選擇問題的正確答案，還需要回答選擇的理由。這有利于幫助研究者了解學生解題時的推理過程，更清晰地了解學生對某一概念的理解程度[11]。

測查結(jié)果表明，不同學生群體持有許多相似的迷思概念，主要體現(xiàn)為對“化學平衡的建立過程”“化學平衡狀態(tài)及其特征”“外界條件對化學平衡的影響”“勒夏特列原理的應用”“平衡常數(shù)”等五個基本概念的誤解。

2.1? 有關“化學平衡建立過程”的迷思概念

學生通常認識到反應在達到平衡的過程中各物質(zhì)濃度的變化規(guī)律，但對于化學反應的可逆性以及反應速率的變化往往是存在誤解的，具體表現(xiàn)為： （1）學生往往用割裂的視角看待可逆反應當中兩個方向的反應，認為正向反應先進行完全，然后逆向反應才開始進行[12～15]。（2）有一部分學生認為可逆反應是可以反應完全的，即反應物可以完全轉(zhuǎn)化為生成物[16]。（3）大多數(shù)學生無法準確解釋在達到平衡的過程中正向和逆向反應速率的變化方式。最常見的迷思概念是，正逆反應速率都隨時間的變化而增加[17～20]。

2.2? 有關“化學平衡狀態(tài)及其特征”的迷思概念

學生一般能夠認識到平衡狀態(tài)會因條件的改變而發(fā)生變化，但是對于化學平衡狀態(tài)及其動態(tài)性都存在一定誤解，具體表現(xiàn)為： （1）大多數(shù)學生能夠認識到一旦達到平衡，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度保持不變，然而他們卻錯誤地認為反應物濃度與生成物濃度之間存在著固定的定量關系，最常見的觀點是認為兩者相等[21～25]。（2）有部分學生沒有認識到化學平衡狀態(tài)的動態(tài)性，認為在平衡狀態(tài)下沒有發(fā)生任何反應[26～28]。

2.3? 有關“外界條件對化學平衡的影響”的迷思概念

隨著條件的改變，化學平衡會表現(xiàn)出復雜的變化規(guī)律，這需要學生綜合定性和定量的角度進行判斷。因此，學生對“外界條件對化學平衡的影響”這一概念往往持有較為豐富的迷思概念。具體為： （1）學生都確定當溫度改變時，平衡會發(fā)生移動。但卻認為移動的方向與反應吸熱還是放熱無關，而且通常認為溫度增大時反應物粒子會獲得更多動能，從而有效碰撞次數(shù)更多，因此更多的反應物就會轉(zhuǎn)化為生成物，平衡正向移動[29～31]。（2）學生往往會混淆濃度和質(zhì)量對平衡移動的影響，例如在多相平衡系統(tǒng)中，當體系達到平衡狀態(tài)且固液共存時，加入固體物質(zhì)，只是增加了物質(zhì)的質(zhì)量而不改變濃度，但是學生卻仍然認為平衡發(fā)生了移動[32～34]。（3）一部分學生認為，若在平衡狀態(tài)下增加某反應物的濃度，當體系達到新的平衡狀態(tài)后，該反應物濃度等于先前平衡狀態(tài)的濃度[35]。（4）對于催化劑的影響，有部分學生認為加入催化劑也會導致平衡發(fā)生移動，因為他們認為催化劑會同時影響正逆反應速率但是影響程度不同，或是催化劑只影響了正反應速率而不影響逆反應速率[36～38]。（5）有學生認為當條件改變時，優(yōu)勢反應的速率會增加，而另一個反應速率則總是降低。例如在放熱反應中，升高溫度會增加逆反應的反應速率，而正反應速率則會降低[39～41]。

2.4? 有關“勒夏特列原理的應用”的迷思概念

有研究表明，許多師生都十分依賴勒夏特列原理來判斷平衡的移動。然而，在勒夏特列原理的應用上，不同的學生群體都持有一定的迷思概念。具體如下： （1）勒夏特列原理只適用于平衡狀態(tài)，但是學生卻常常用來預測一組物質(zhì)在達到平衡前的物質(zhì)轉(zhuǎn)化[42]。（2）勒夏特列原理只適用于均相平衡體系，然而學生卻錯誤地用來預測多相平衡體系的變化[43～45]。

2.5? 有關“平衡常數(shù)”的迷思概念

平衡常數(shù)是解決平衡移動問題的重要依據(jù)，也是提高平衡知識結(jié)構(gòu)化的關鍵所在[46]。然而學生對于平衡常數(shù)的恒常性及其應用都存在一定誤解，具體如下： （1）學生往往是機械地記憶平衡常數(shù)的計算公式，而不理解其本質(zhì)。這導致學生認為平衡常數(shù)會受到濃度和體積的影響。他們認為，平衡常數(shù)是反應物和生成物濃度的比值，當體積改變導致濃度發(fā)生改變時，平衡常數(shù)也會改變[47，48]。（2）大部分學生都意識到平衡常數(shù)會受溫度影響，但是卻錯誤地認為，當溫度增大時，不管反應吸熱還是放熱，平衡常數(shù)都會增大[49]。（3）有部分學生錯誤地認為當平衡常數(shù)越大，反應速率也會越大[50，51]。

總體而言，對比發(fā)現(xiàn)國外的測查結(jié)果與國內(nèi)的具有較高的相似性[52]，這也體現(xiàn)了迷思概念具有普遍性這一特點。然而，值得一提的是，迷思概念僅是對學生學習結(jié)果的一種碎片化的反映，并不能表征學生認知當中系統(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)[53]。因此，要想更全面了解學生關于化學平衡的學習情況，其認知結(jié)構(gòu)還需要被進一步探查。

3? 國外“化學平衡”迷思概念成因的分析

為了找到更有針對性的解決策略，國外許多學者對學生和教師繼續(xù)展開了追蹤訪談，發(fā)現(xiàn)學生常常用自己的生活經(jīng)驗來解釋自己的錯誤觀點，同時還有研究者提出教材內(nèi)容設計和教師的行為都是導致學生迷思概念的重要原因，不難發(fā)現(xiàn)大部分研究者主要從客觀因素和主觀因素兩個方面進行了討論。

3.1? 知識層面的成因

化學平衡知識通常都是微觀的，往往無法直觀地體驗，這就造成了學生理解上的困難。例如，化學平衡狀態(tài)是動態(tài)的，然而在平衡狀態(tài)下物質(zhì)的組成、顏色等等都不會發(fā)生變化，學生觀察不到任何宏觀現(xiàn)象的改變，這導致學生無法感受到即使在平衡狀態(tài)下反應也仍在進行，因此難以將平衡狀態(tài)和動態(tài)性聯(lián)系起來[54～57]。

3.2? 教師層面的成因

許多研究者都談及了教師這一角色對學生概念理解的影響，筆者通過對文獻的梳理發(fā)現(xiàn)，無非都體現(xiàn)在了教師PCK（Pedagogical Content Knowledge，學科教學知識）對學生學習的影響。已有的研究主要討論了教師的學科知識（Subject Matter Knowledge， SMK）、關于學生的知識（Knowledge of Learners， KoL）、關于教學策略的知識（Knowledge of Strategies， KoS）[58]等三個PCK組分的影響。

3.2.1? 教師的學科知識（SMK）

教師對化學平衡主題知識也存在一定的誤解，例如Chani（2018）提到，部分教師不能準確把握溫度、濃度、壓強等因素對平衡移動的影響，這導致他們會過度依賴勒夏特列原理來解決問題。然后教師會在教學過程中無意識地將自己的誤解傳遞給學生，從而導致學生也產(chǎn)生類似的迷思概念[59，60]。

3.2.2? 教師關于學生的知識（KoL）

即使已經(jīng)有研究者對教師的KoL進行測查，并且發(fā)現(xiàn)教師對學生已有的知識或是可能產(chǎn)生的迷思概念有較好的把握[61]。但是不難發(fā)現(xiàn)，教師對學情的關注僅僅停留在知識維度，而較少關注學生的認知方式和能力水平。例如Chani（2018）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教師往往認為中學生的語言理解能力較好，因此在教授化學平衡的過程不需要特別的策略來解決內(nèi)容問題，但恰恰相反的是，化學平衡主題會涉及許多專業(yè)術語，這對于學生來說是難以把握的[62]。因此教師KoL的缺失也造成了學生的學習困難。

3.2.3? 教師關于策略的知識（KoS）

不少研究者提出，教師沒有采取恰當?shù)牟呗砸矔е聦W生產(chǎn)生迷思概念。例如，zmen（2008）提到傳統(tǒng)的講授式教學方法往往不能幫助學生理解微觀上的物質(zhì)變化，這會導致學生在理解平衡狀態(tài)的形成和移動時遇到較大的困難[63]。另外，即使有些教師有意識要采取相應的類比策略或概念轉(zhuǎn)變策略等，但由于使用了不恰當?shù)乃夭幕蚴菦]有很好地實施策略，最終也會導致學生產(chǎn)生一系列迷思概念[64～66]。

3.3? 教材層面的成因

3.3.1? 課程內(nèi)容銜接

化學平衡概念的引入是在可逆反應的基礎上進行的，然而，可逆反應的學習需要學生修正原有的關于化學反應的認識，例如“物質(zhì)轉(zhuǎn)化是不完全的”“正逆反應是同時發(fā)生的”等等。而大多數(shù)研究者發(fā)現(xiàn)，教科書并沒有將這兩個概念很好地銜接起來，這會引起學生的困惑，從而引起誤解[67]。

3.3.2? 科學術語

Pedrosa（2000）通過實證研究發(fā)現(xiàn)，教科書用語與學生迷思概念的產(chǎn)生有密切相關。這是因為，教科書上所采用的科學術語，在生活當中往往會有其他的含義[68]。例如“移動”一詞在現(xiàn)實生活中表示宏觀物質(zhì)的空間位置發(fā)生了變化，然而在教科書中則是指體系狀態(tài)發(fā)生了變化，釋義不同往往導致了學生概念的混淆[69]。

3.4? 學生層面的成因

除了對客觀因素進行分析，許多研究者也對學生自身的主觀因素進行了探查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)導致學生產(chǎn)生迷思概念的主觀原因包括學生的生活經(jīng)驗、前科學概念和思維能力等。

3.4.1? 學生的生活經(jīng)驗

學生對科學概念的理解往往會受到生活經(jīng)驗的影響[70，71]。例如生活當中，學生會接觸到許多“平衡”的事例，如蹺蹺板的平衡或是物理中的受力平衡等等。學生根據(jù)這些經(jīng)驗形成的關于“平衡”的印象是“一切平等時達到平衡”“平衡時什么都不動”。這些經(jīng)驗就干擾了學生對“動態(tài)平衡”的理解[72，73]。

3.4.2? 學生的前科學概念

國外許多研究者都關注到了學生前科學概念對學生概念理解的重要影響，并且對學生與化學平衡相關的前科學概念持有相似的看法[74～79]。學生之前學習化學反應概念的時候，往往根據(jù)反應的現(xiàn)象來判斷反應的發(fā)生和終止，據(jù)此，學生所了解到的化學反應是單向的、完全進行的。而這固有的概念就極大阻礙了學生關于化學平衡動態(tài)性、可逆性的學習。

綜上所述，國外學者不僅從不同層面對迷思概念的成因進來了討論，還清晰論述了這些因素的影響機理。然而，與國內(nèi)研究結(jié)果相比，國外學者似乎還忽略了一些主觀因素對學生概念理解的影響，例如學生所采取的學習方法和策略以及學習動機等非智力因素的影響[80]。

4? 國外“化學平衡”教學策略的實證研究

為幫助教師解決學生關于化學平衡的學習困難，國外研究者開發(fā)了許多頗有成效的教學策略。總體來說，主要包括兩大類型。一是不少研究者基于建構(gòu)主義學習理論提出的概念轉(zhuǎn)變教學、模型教學和論證式教學等策略;二是有研究者著眼于解決知識的抽象性問題，提出了類比教學和計算機輔助教學等策略。

4.1? 概念轉(zhuǎn)變策略

不少研究采用準實驗研究的方法證明了概念轉(zhuǎn)變策略的有效性，如Atasoy（2009）通過對比傳統(tǒng)教學和概念轉(zhuǎn)變教學對中學生學習化學平衡概念的影響，發(fā)現(xiàn)后者更有利于減小迷思概念產(chǎn)生的幾率，并且許多研究也得到了相同的結(jié)果[81～85]。另外國外的研究者還提出了概念轉(zhuǎn)變該策略的四大關鍵要素[86～89]，即： （1）要讓學生對自己現(xiàn)有的概念感到不滿;（2）新概念必須是學生易于理解的;（3）新概念必須符合邏輯，學生能夠接受;（4）新概念必須要有解釋新情境的潛力。要促進學生的概念轉(zhuǎn)變，這四個要素是缺一不可的。

4.2? 模型教學策略

主張模型教學的研究者也提出了建模過程的幾個關鍵要素[90]，即： （1）學生要進行思維體驗;（2）學生要有機會修改思維模型;（3）要以合適的方式表達新模型。研究者認為通過這幾個活動，不僅能幫助學生拓展原有的知識，形成對新概念的理解，也有利于促進學生科學思維的發(fā)展，形成良好的科學素養(yǎng)[91，92]。另外，Canpolat（2006）的研究表明，模型教學可以通過采用直觀化模型幫助學生更容易地理解化學平衡概念的微觀內(nèi)涵[93]，使得學生更易理解抽象的科學概念，這也與Maia（2009）的研究結(jié)果相呼應[94]。

4.3? 論證式教學策略

論證被學者定義為學習者通過基于證據(jù)的理性判斷來構(gòu)建、支持、評估或驗證觀點的一種活動。論證活動可以將化學課堂的焦點從死記硬背轉(zhuǎn)移到讓學生參與到復雜的科學實踐中，學生可以在這種實踐中自主構(gòu)建并證明知識主張[95，96]。因此進行論證式教學，可以幫助學生體驗科學知識形成的過程，更有利于促進學生整合先前知識，反思知識的可信度，從而在證明和辯駁的過程中形成對新概念的理解和發(fā)展科學思維。這一觀點也在Aydeniz（2016）的研究中得到支持[97]。

4.4? 類比教學策略

許多研究都提到類比作為一種解釋工具，可以有效地將一個對象或情況與另一個對象或情況進行比較，并在這一過程中傳遞兩者的異同及其關系的信息，并且類比活動允許學生將抽象的平衡概念與現(xiàn)有知識和有形經(jīng)驗進行比較來理解，因此有利于降低學生學習新概念的難度[98～101]。然而，也有研究者提出了對類比教學的擔憂，因為用于類比的例子與真實的科學概念是相似的，卻不完全相同[102～104]。如化學平衡主題中，常常被引用的蹺蹺板平衡的例子，這是一個靜止的平衡，這可能會誤導學生認為化學平衡狀態(tài)也是靜止的。所以，教師在使用類比教學時，需要謹慎選擇類比的素材[105～107]。

4.5? 計算機輔助教學策略

計算機軟件最突出的貢獻在于它可以有效模擬一些無法觀察的科學現(xiàn)象和事件，使抽象概念可視化[108]。例如Hameed（1993）設計了一款軟件，通過動態(tài)圖片以及視頻的形式提供化學平衡系統(tǒng)的實驗模擬和微觀原子層面的化學反應模擬，從而提高學生對抽象概念的可視化，極大減弱了學生的學習難度[109]。另外也可以通過計算機軟件簡化相關的實驗，讓學生借此來理解抽象的平衡概念[110]。因此計算機輔助對于抽象的科學概念教學具有重要的意義。

整體而言，國外大多數(shù)研究不僅設計并驗證了具體的教學策略，同時，還基于實證結(jié)果對其理論基礎進行了討論或補充，最終得出更具體的理論體系。然而，反觀國內(nèi)的實證研究，大多數(shù)都只是提出了策略的實施步驟，往往缺乏更深入的反思和總結(jié)?；诖耍瑖鴥?nèi)研究者需要重視“陳述性”結(jié)果的提煉，以提高研究成果的普適性，降低遷移應用的難度。

5? 對我國化學平衡主題教學及其研究的啟示

如前所述，目前國外有關于化學平衡主題的教學研究主要涉及迷思概念的測查、成因分析以及教學策略的探析等三個方面。因此，可以從教學實踐和研究兩個方面對國外已有研究進行借鑒或進行拓展。

5.1? 對國外已有研究的借鑒

近年來，國外已有不少關于概念轉(zhuǎn)變策略的教學研究，并且逐步發(fā)展了較為系統(tǒng)的理論支撐，提出了該策略的四個必要因素[111]。反觀國內(nèi)的教學現(xiàn)狀，僅有少數(shù)人關注到了概念轉(zhuǎn)變策略的可行性和有效性[112]，并且，國內(nèi)有學者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多化學師范生對概念轉(zhuǎn)變教學的認識仍有待提高[113]。因此，國內(nèi)化學教育工作者可以嘗試借鑒國外關于概念轉(zhuǎn)變策略的研究成果，開發(fā)更適用于國內(nèi)化學教學的概念轉(zhuǎn)變策略。

不難發(fā)現(xiàn)，國外相關研究的對象具有涉及范圍廣的特點，不僅關注到不同年級中學生的學習現(xiàn)狀，同時還關注到了職前化學教師以及在職化學教師的概念理解情況和教學行為[114]。不過，國內(nèi)對于化學平衡主題的研究主要集中在中學生的學習現(xiàn)狀上，鮮有研究者關注到教師群體[115]。但從前面的分析我們知道，學生學習困難的產(chǎn)生和教師的概念理解水平以及教學行為有著密不可分的聯(lián)系。因此，國內(nèi)研究者可以借鑒國外已有的研究方法，將研究的目光轉(zhuǎn)向不同層次的教師，爭取在教師這一層面減少學生學習困難產(chǎn)生的可能[116]。

5.2? 對國外已有研究的拓展

化學平衡知識由于涉及到許多微觀層面的內(nèi)容，因此該主題具有高度抽象性，這是許多研究者都認可的觀點。甚至有研究者提出，要真正解決這一問題，就需要借助多重表征并且要使學生明白不同表征之間的關系[117]。遺憾的是，并沒有研究者開發(fā)出具體的多重表征策略或是教學材料。因此，可以在國外已有研究的基礎上，嘗試發(fā)展并實踐具體的多重表征策略，以便更好地解決學生的學習困難。

如前所述，國內(nèi)外研究者都不約而同地采取了相似的方法來測查學生的迷思概念，即訪談和書面測試題的方法，并據(jù)此得到較為相近的測查結(jié)果。然而，Akaygun（2014）曾經(jīng)分別采用畫圖和書面表達的方法對同一批學生關于化學平衡的心理模型進行測查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的表達媒介會給學生不同的啟發(fā)，從而產(chǎn)生不同的結(jié)果，其中通過畫圖表達的結(jié)果往往包含更多微觀層面和動態(tài)化的信息[118]。因此，研究者可以以此為啟發(fā)，嘗試發(fā)展更加多樣化的測查方法，以求得到可信度更高的結(jié)果。

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