整合教材厘清概念，提高思辨力
——以“焓變反應熱”概念教學為例

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“焓變反應熱”概念教學為例

江西玉山一中 劉麗華 洪 杰

通過對不同教學版本教材和文獻有關熱化學中“焓變、反應熱”概念定義的查閱與整合，結合學生的認知水平和已有的知識基礎，優化教學過程，提高教學效率。幫助學生理解焓變、反應熱的概念內涵和掌握其外延應用，提高學生的思維辨析能力。

焓變 反應熱 概念 整合優化 思維辨析能力

一、問題的提出

在保證基礎的前提下，新課程提供了多樣的、可供選擇的課程模塊，同時兼顧了學生個性發展的多樣化需求。目前以高中化學課程標準和基礎教育課程改革綱要為指導編寫的，經全國中小學教材審定委員會初審通過的新版高中化學教材共有三種，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，但在呈現具體知識點的內容和風格上卻存在著較大的區別。那么，廣大一線教師在備課的過程中，應如何充分地利用好這些教材資源，以提高教學的有效性，減輕學生的學習負擔呢？

二、教材教學分析

1.反應熱與焓變的概念辨析。

筆者在對人教版《化學反應原理》第一章“化學反應與能量”中的有關知識進行備課時，參考了其所配套的教學參考書。要達到反應熱與焓變的知識目標（本章說明中的教學目標第3項“了解反應熱和焓變的涵義”和第4項“認識熱化學反應方程式的意義并能正確書寫熱化學方程式”），這就要求在教學過程中需要教師充分地整合利用教材資源，幫助學生較為明確地區分反應熱與焓變的概念。當筆者重新研讀教材時發現教材中并沒有反應熱的明確概念定義，而對于焓變的概念則是這樣予以呈現：“焓（H）是與內能有關的物理量。在一定條件下，某一化學反應時吸熱反應還是放熱反應，由生成物與反應物的焓值差即焓變(ΔH)決定。”和“在化學實驗和生產中，通常遇到的反應是在敞口容器中進行的，反應系統的壓力與外界壓力（大氣壓）相等。也就是說，反應是在恒壓的條件下進行的。此時反應的熱效應等于焓變。在這里，我們用ΔH表示反應熱。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熱的概念定義，如何在教學中展開這一概念的教學？（2）對于這兩段文字中的有關反應熱與焓變的關系描述，學生是否會認為反應熱就是焓變？將兩者概念混淆甚至將其捆綁而產生迷思概念。（3）對于反應熱和焓變的概念是否要涉及，如何把握教學知識的深廣度？（4）對于焓變的單位如何解釋，以便學生更好地認識熱化學反應方程式的意義和正確書寫熱化學方程式？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《化學反應原理》專題1，第一單元“化學反應中的熱效應”中，有關反應熱和焓變的概念都給出了較明確的定義。這也就是說，對于有關反應熱和焓變的概念教學中，我們必須給出較為明確的定義來幫助學生了解和區分反應熱和焓變的涵義。以免學生將兩者概念混淆甚至將其捆綁而產生迷思概念。但有關反應熱和焓變概念的關系，根據熱力學第一定律：系統在過程中的熱力學能（舊稱內能）變化“ΔU”等于傳給系統的熱量“Q”與外界對系統所作功“W”之和，即：ΔU=Q+W。當系統處于恒壓過程時，則有：ΔU=QP+W若系統在反應過程中只有體積功，即：W=－P(V2－V1)=－（P2V2－P1V1），則有：ΔU=QP－（P2V2－P1V1）依據焓（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，恒壓熱等于系統焓的變化。所以，在高中化學所研究的反應與能量轉化范圍之內，Q=QP=ΔH，這就是新教材中引入ΔH的依據。但需注意的是，限于高中化學學生的知識水平和接受能力，教材不便引入焓的概念，而稱“ΔH”為反應熱。以免加重學生的學習負擔。因此，利用好各版本的教材資源，優化知識結構，對實際的教學過程的優化是很有意義的。

2.反應熱和焓變的單位問題。

對于有關反應熱和焓變的單位（kJ/mol），筆者查閱了相關文獻，如北京師大五院校合編的《無機化學》（高等教育出版社1996版）第253頁上的解釋是：這里的反應熱 ΔH就是摩爾焓變（298K、101kPa時，下同），表示某反應按給定的反應方程式進行1mol反應，即反應進度ξ=1mol時的焓變。因反應進度(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參考書第26-27頁上的解釋：ΔH的單位用kJ/mol。焓是容量性質，ΔH的大小與物質的量成正比。在書寫反應化學方程式時須注意焓變值應該與一定的反應式相對應（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”。所謂1mol反應可以是1 mol H2和1/2 mol O2起反應，也可以是2 mol H2和1mol O2起反應，前者放熱286 kJ，后者放熱572 kJ。這種單位表示方法是1977國際純粹與應用化學（IU PA C）物理化學分會所推薦的。所以ΔH應和化學方程式相對應，以使“1mol反應”有明確的含義，籠統地說反應熱是多少kJ/mol容易引起誤解。盡管上述對“反應熱ΔH的單位用kJ/mol”闡述得很清楚，教材P4頁中也對mol-1涵義進行了簡要的文字說明。但過于抽象的概念著實讓高中生不得其要領，這必然會導致學生們在具體運用（特別是對后續熱化學方程式的書寫）時無所適從。

三、教學過程的優化

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

因此，廣大一線教師在備課的過程中，要充分整合教材資源，優化知識結構，優化教學過程，從而提高教學的有效性。

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[3]王祖浩.化學反應原理[M].南京：江蘇教育出版社出版.2006：2

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本論文系江西省課題《培養學生變形能力的研究》的階段性研究成果之一。課題編號：SRHX 2015-011。課題負責人：洪杰

毛巾 棉布 木板不加砝碼加100克砝碼加200克砝碼不加砝碼側放

對比這些實驗數據，可以幫助學生很容易總結出滑動摩擦力在相同的表面上、相同質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系，總結出壓力和物體表面粗糙的關系，更好地揭示事物的本質，使教學效果事半功倍。可見，這樣的教學費時不多，卻效果明顯，能有效幫助學生感受新知、突破教學難點，更能培養學生的觀察思考能力，凸顯學生的主體地位。

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

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