江西玉山一中 劉麗華 洪 杰

整合教材厘清概念，提高思辨力
——以“焓變反應(yīng)熱”概念教學(xué)為例

江西玉山一中 劉麗華 洪 杰

通過對不同教學(xué)版本教材和文獻(xiàn)有關(guān)熱化學(xué)中“焓變、反應(yīng)熱”概念定義的查閱與整合，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和已有的知識基礎(chǔ)，優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)效率。幫助學(xué)生理解焓變、反應(yīng)熱的概念內(nèi)涵和掌握其外延應(yīng)用，提高學(xué)生的思維辨析能力。

焓變 反應(yīng)熱 概念 整合優(yōu)化 思維辨析能力

一、問題的提出

在保證基礎(chǔ)的前提下，新課程提供了多樣的、可供選擇的課程模塊，同時兼顧了學(xué)生個性發(fā)展的多樣化需求。目前以高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)教育課程改革綱要為指導(dǎo)編寫的，經(jīng)全國中小學(xué)教材審定委員會初審?fù)ㄟ^的新版高中化學(xué)教材共有三種，分別是由人民教育出版社出版（宋心琦主編，以下簡稱人教版），江蘇教育出版社出版（王祖浩主編，以下簡稱蘇教版），山東科技出版社出版（王磊主編，以下簡稱山東科技版）。它們所包含的知識體系大致一樣，但在呈現(xiàn)具體知識點(diǎn)的內(nèi)容和風(fēng)格上卻存在著較大的區(qū)別。那么，廣大一線教師在備課的過程中，應(yīng)如何充分地利用好這些教材資源，以提高教學(xué)的有效性，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)呢？

二、教材教學(xué)分析

1.反應(yīng)熱與焓變的概念辨析。

筆者在對人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》第一章“化學(xué)反應(yīng)與能量”中的有關(guān)知識進(jìn)行備課時，參考了其所配套的教學(xué)參考書。要達(dá)到反應(yīng)熱與焓變的知識目標(biāo)（本章說明中的教學(xué)目標(biāo)第3項(xiàng)“了解反應(yīng)熱和焓變的涵義”和第4項(xiàng)“認(rèn)識熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式”），這就要求在教學(xué)過程中需要教師充分地整合利用教材資源，幫助學(xué)生較為明確地區(qū)分反應(yīng)熱與焓變的概念。當(dāng)筆者重新研讀教材時發(fā)現(xiàn)教材中并沒有反應(yīng)熱的明確概念定義，而對于焓變的概念則是這樣予以呈現(xiàn)：“焓（H）是與內(nèi)能有關(guān)的物理量。在一定條件下，某一化學(xué)反應(yīng)時吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，由生成物與反應(yīng)物的焓值差即焓變(ΔH)決定。”和“在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中，通常遇到的反應(yīng)是在敞口容器中進(jìn)行的，反應(yīng)系統(tǒng)的壓力與外界壓力（大氣壓）相等。也就是說，反應(yīng)是在恒壓的條件下進(jìn)行的。此時反應(yīng)的熱效應(yīng)等于焓變。在這里，我們用ΔH表示反應(yīng)熱。ΔH的單位常用kJ/mol(或kJ· mol-1)”。然而，對于閱讀完教材的這兩段文字，許多教師都有這樣的疑問：（1）教材中并沒有明確反應(yīng)熱的概念定義，如何在教學(xué)中展開這一概念的教學(xué)？（2）對于這兩段文字中的有關(guān)反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系描述，學(xué)生是否會認(rèn)為反應(yīng)熱就是焓變？將兩者概念混淆甚至將其捆綁而產(chǎn)生迷思概念。（3）對于反應(yīng)熱和焓變的概念是否要涉及，如何把握教學(xué)知識的深廣度？（4）對于焓變的單位如何解釋，以便學(xué)生更好地認(rèn)識熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義和正確書寫熱化學(xué)方程式？以上的種種疑惑將在對各種版本的教材資源整合的過程中逐一地被解決。在蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1，第一單元“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”中，有關(guān)反應(yīng)熱和焓變的概念都給出了較明確的定義。這也就是說，對于有關(guān)反應(yīng)熱和焓變的概念教學(xué)中，我們必須給出較為明確的定義來幫助學(xué)生了解和區(qū)分反應(yīng)熱和焓變的涵義。以免學(xué)生將兩者概念混淆甚至將其捆綁而產(chǎn)生迷思概念。但有關(guān)反應(yīng)熱和焓變概念的關(guān)系，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：系統(tǒng)在過程中的熱力學(xué)能（舊稱內(nèi)能）變化“ΔU”等于傳給系統(tǒng)的熱量“Q”與外界對系統(tǒng)所作功“W”之和，即：ΔU=Q+W。當(dāng)系統(tǒng)處于恒壓過程時，則有：ΔU=QP+W若系統(tǒng)在反應(yīng)過程中只有體積功，即：W=－P(V2－V1)=－（P2V2－P1V1），則有：ΔU=QP－（P2V2－P1V1）依據(jù)焓（H）的定義：H=U+PV，顯然：QP=(U2－U1)+（P2V2－P1V1）=(U2+P2V2）－（U1+P1V1) =H2－H1=ΔH即有：QP=ΔH式中“QP”叫恒壓熱，是指封閉系統(tǒng)不做除體積功以外的其他功時，在恒壓過程中吸收或放出的熱量。上式表明，恒壓熱等于系統(tǒng)焓的變化。所以，在高中化學(xué)所研究的反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化范圍之內(nèi)，Q=QP=ΔH，這就是新教材中引入ΔH的依據(jù)。但需注意的是，限于高中化學(xué)學(xué)生的知識水平和接受能力，教材不便引入焓的概念，而稱“ΔH”為反應(yīng)熱。以免加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。因此，利用好各版本的教材資源，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，對實(shí)際的教學(xué)過程的優(yōu)化是很有意義的。

2.反應(yīng)熱和焓變的單位問題。

對于有關(guān)反應(yīng)熱和焓變的單位（kJ/mol），筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，如北京師大五院校合編的《無機(jī)化學(xué)》（高等教育出版社1996版）第253頁上的解釋是：這里的反應(yīng)熱 ΔH就是摩爾焓變（298K、101kPa時，下同），表示某反應(yīng)按給定的反應(yīng)方程式進(jìn)行1mol反應(yīng)，即反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol時的焓變。因反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的量綱是mol，故△H的單位是kJ/mol。還有與人教版教科書配套的人教社版教師教學(xué)參考書第26-27頁上的解釋：ΔH的單位用kJ/mol。焓是容量性質(zhì)，ΔH的大小與物質(zhì)的量成正比。在書寫反應(yīng)化學(xué)方程式時須注意焓變值應(yīng)該與一定的反應(yīng)式相對應(yīng)（如在298K）。H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l) ΔH=-286 kJ/mol而2 H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-572 kJ/mol在此mol-1已不是指1 mol H2或1mol O2，而是指“1mol反應(yīng)”。所謂1mol反應(yīng)可以是1 mol H2和1/2 mol O2起反應(yīng)，也可以是2 mol H2和1mol O2起反應(yīng)，前者放熱286 kJ，后者放熱572 kJ。這種單位表示方法是1977國際純粹與應(yīng)用化學(xué)（IU PA C）物理化學(xué)分會所推薦的。所以ΔH應(yīng)和化學(xué)方程式相對應(yīng)，以使“1mol反應(yīng)”有明確的含義，籠統(tǒng)地說反應(yīng)熱是多少kJ/mol容易引起誤解。盡管上述對“反應(yīng)熱ΔH的單位用kJ/mol”闡述得很清楚，教材P4頁中也對mol-1涵義進(jìn)行了簡要的文字說明。但過于抽象的概念著實(shí)讓高中生不得其要領(lǐng)，這必然會導(dǎo)致學(xué)生們在具體運(yùn)用（特別是對后續(xù)熱化學(xué)方程式的書寫）時無所適從。

三、教學(xué)過程的優(yōu)化

通過對不同教學(xué)版本教材和相關(guān)文獻(xiàn)有關(guān)熱化學(xué)中“反應(yīng)熱焓變”概念定義的查閱與整合，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和已有的知識，在對此概念的辨析過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)，若想使學(xué)生了解和區(qū)分“反應(yīng)熱、焓變”概念的內(nèi)涵和認(rèn)識熱化學(xué)反應(yīng)方程式的意義并能正確書寫熱化學(xué)方程式（即外延應(yīng)用）。其必須使學(xué)生把握以下兩個前提：（1）概念形成的條件。即反應(yīng)熱是在恒溫條件所規(guī)范下的反應(yīng)的熱效應(yīng)。而焓變則是恒溫恒壓下的反應(yīng)熱。（2）單位物質(zhì)的量的具體反應(yīng)體系。所以在教學(xué)過程中，如何解說這兩個前提，直接影響到學(xué)生對這兩個概念的把握和區(qū)分。所以，受以上對教材資源整合和知識優(yōu)化的啟示，但又限于高中生的知識水平和接受能力，教學(xué)中我們可以將反應(yīng)熱ΔH的概念變通為：在恒溫恒壓條件下，單位物質(zhì)的量的具體反應(yīng)體系所吸收或放出的熱量。這樣既區(qū)分了反應(yīng)熱與焓變的概念，又為后面熱化學(xué)方程式ΔH的單位kJ/mol給出了合理的解釋。但必須注意的是，在教學(xué)解說有關(guān)單位物質(zhì)的量的具體反應(yīng)體系時，為了避免給學(xué)生帶來不必要的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，我們不必引入反應(yīng)進(jìn)度（ξ）。我們可以充分地利用教材P4頁中對ΔH的單位中mol-1的解說資料結(jié)合物質(zhì)的量內(nèi)涵（即物質(zhì)的量的描述對象之一為特定組合體）進(jìn)行完美解說：對于某一單位物質(zhì)的量的具體反應(yīng)體系mol-1（a A+b B=c C+d D），我們可以看成對于一個單位數(shù)量的特定組合體（a A+b B）進(jìn)行了NA（NA為阿伏伽德羅常數(shù)值）個單元的反應(yīng)，當(dāng)其全部轉(zhuǎn)化生成NA（NA為阿伏伽德羅常數(shù)值）個單元（c C+d D）時，我們就說該反應(yīng)進(jìn)行了1mol。例如，對于2H2(g) +O2(g)=2H2O(l)ΔH=-572 kJ/mol熱化學(xué)方程式而言，相當(dāng)于氫氣和氧氣按2個H2分子和1個O2為一個單元進(jìn)行了NA（NA為阿伏伽德羅常數(shù)值）個單元的反應(yīng)，即進(jìn)行了1mol的反應(yīng)，放出572 kJ的熱量。但必須強(qiáng)調(diào)的是此時使用的物質(zhì)的量所描述的對象及其與此相關(guān)的其他物理量都必須指明具體的化學(xué)方程式，否則是無意義的。例如，說“氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水蒸氣的焓變?yōu)椋害=-572 kJ/mol是不明確的”。其實(shí)這也是為后續(xù)學(xué)生對熱化學(xué)方程式書寫規(guī)則的理解提供了理論依據(jù)。

因此，廣大一線教師在備課的過程中，要充分整合教材資源，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，優(yōu)化教學(xué)過程，從而提高教學(xué)的有效性。

[1]宋心琦.化學(xué)反應(yīng)原理[M].人民教育出版社出版.2007：3

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[3]王祖浩.化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社出版.2006：2

[4]曹錫章、宋天佑、王查喬.無機(jī)化學(xué)（上冊）[M].高等教育出版社.1994：248

[5]毛建春、包朝龍.深度研究教材，把握教學(xué)過程[J].化學(xué)教學(xué)2010（3）74-76

本論文系江西省課題《培養(yǎng)學(xué)生變形能力的研究》的階段性研究成果之一。課題編號：SRHX 2015-011。課題負(fù)責(zé)人：洪杰

毛巾 棉布 木板不加砝碼加100克砝碼加200克砝碼不加砝碼側(cè)放

對比這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以幫助學(xué)生很容易總結(jié)出滑動摩擦力在相同的表面上、相同質(zhì)量的物體在不同粗糙程度的表面上以及和接觸面積之間的大小關(guān)系，總結(jié)出壓力和物體表面粗糙的關(guān)系，更好地揭示事物的本質(zhì)，使教學(xué)效果事半功倍?？梢?，這樣的教學(xué)費(fèi)時不多，卻效果明顯，能有效幫助學(xué)生感受新知、突破教學(xué)難點(diǎn)，更能培養(yǎng)學(xué)生的觀察思考能力，凸顯學(xué)生的主體地位。

總之，實(shí)驗(yàn)是物理知識的主要源泉，也是物理學(xué)的基本研究方法。在大力提倡素質(zhì)教育的今天，我們物理教師應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要地位，做好演示實(shí)驗(yàn)，增加探究和對比實(shí)驗(yàn)，誘發(fā)學(xué)生積極思維，使學(xué)生善于思維、觀察和分析，促進(jìn)學(xué)生良好思維品質(zhì)的形成，從而更好地落實(shí)新課改理念，使初中物理概念教學(xué)收到滿意效果。

參考文獻(xiàn)：

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