對(duì)活化能相關(guān)模型的反思

鄒國(guó)華　童文昭　楊梓生

摘要：模型與建模在科學(xué)教育中具有重要地位，以活化能相關(guān)模型作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)活化能相關(guān)模型教學(xué)中存在未正確理解模型內(nèi)涵，導(dǎo)致迷思概念以及固守已有模型形成思維定勢(shì)等問(wèn)題。分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，對(duì)活化能相關(guān)的模型教學(xué)進(jìn)行反思，為科學(xué)模型教學(xué)提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：科學(xué)模型;活化能;模型教學(xué)

文章編號(hào)：1005-6629（2021）05-0091-06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

模型與建模的研究由來(lái)已久，其外顯的思想溝通和表達(dá)作用以及強(qiáng)大的解釋和預(yù)測(cè)功能，使其受到科學(xué)研究者的廣泛重視，而模型和建模對(duì)于科學(xué)研究的重要性在很大程度上決定了其在科學(xué)教育中的重要地位?？茖W(xué)家在科學(xué)研究中常通過(guò)科學(xué)建模來(lái)記錄、描述研究成果，以便更好地理解和運(yùn)用成果;在教育領(lǐng)域，教育家也提出要通過(guò)科學(xué)模型和建模來(lái)提升教師和學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，提高他們對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決能力。王磊認(rèn)為，科學(xué)模型是對(duì)于一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和抽象表示，目的是用來(lái)解釋或者預(yù)測(cè)某些科學(xué)現(xiàn)象;科學(xué)建模指產(chǎn)生科學(xué)模型的過(guò)程，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的歷程，通常包括建構(gòu)、應(yīng)用、評(píng)估和修正四個(gè)方面。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次將“模型認(rèn)知”寫入其中，并將其歸為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。此后，化學(xué)學(xué)科關(guān)于模型與建模的研究受到前所未有的重視，相關(guān)研究成果如雨后春筍般涌現(xiàn)。模型在科學(xué)認(rèn)識(shí)中具有描述、解釋和預(yù)測(cè)等功能，是理論發(fā)展的一種重要方式，教學(xué)中模型的使用能促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念、科學(xué)本質(zhì)的理解。從教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，科學(xué)模型的教學(xué)方面還存在一些值得思考和改進(jìn)的問(wèn)題，下面以與活化能相關(guān)的幾個(gè)模型為例進(jìn)行分析探討。

1活化能相關(guān)模型教學(xué)中存在的問(wèn)題及討論

1.1未理解模型內(nèi)涵，導(dǎo)致迷思概念

教學(xué)建模的目的之一是將科學(xué)知識(shí)、規(guī)律等內(nèi)容深入淺出地進(jìn)行表征，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。正確理解教學(xué)中的模型，應(yīng)先厘清各概念的內(nèi)涵與外延，梳理概念與概念之間的聯(lián)系，否則，可能因未正確理解模型，導(dǎo)致迷思概念，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)造成一定的困擾。

魯科版化學(xué)必修第二冊(cè)第2章第2節(jié)“化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化”中，教材為了闡述反應(yīng)過(guò)程中鍵能與能量變化的關(guān)系，呈現(xiàn)了如圖1所示的模型，并注釋“E₁為破壞舊化學(xué)鍵吸收的能量，E₂為形成新化學(xué)鍵釋放的能量”。人教版化學(xué)反應(yīng)原理第二章第一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率”中，以圖2所示模型解釋反應(yīng)物、生成物的能量與活化能的關(guān)系，文中解釋“E₁表示反應(yīng)的活化能，E₂表示活化分子變成生成物分子放出的能量”，圖1和2是高中階段常見模型，在作業(yè)、試題中頻繁出現(xiàn)。表面上看，圖1和2基本相同，而E₁在圖1代表破壞舊化學(xué)鍵吸收的能量，在圖2代表活化能。交談中發(fā)現(xiàn)，不少教師、學(xué)生由圖1和圖2總結(jié)出“破壞舊化學(xué)鍵吸收的能量等于活化能”“反應(yīng)物的總鍵能等于活化能”等結(jié)論。那么，反應(yīng)物的總鍵能是否等于活化能？鍵能與活化能之間有怎樣的聯(lián)系？為此，筆者開展了相應(yīng)的科學(xué)模型教學(xué)的研究。

1.1.1正確理解活化能的科學(xué)模型

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》關(guān)于活化能內(nèi)容要求為：知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。活化能具體內(nèi)涵不屬于高中化學(xué)課程的要求，各版高中化學(xué)教材也未做深入介紹，而高中常出現(xiàn)與活化能相關(guān)的科學(xué)模型，學(xué)生容易因未正確理解而產(chǎn)生困惑。作為教師，應(yīng)先理解活化能的科學(xué)模型，在學(xué)生存在困惑時(shí)深入淺出地進(jìn)行解惑。

1.1.2厘清鍵能、活化能兩個(gè)模型間的關(guān)聯(lián)

高中階段將“101.3 kPa、298 K條件下，斷開1molAB（g）分子中的化學(xué)鍵，使其分別生成氣態(tài)A原子和氣態(tài)B原子所吸收的能量稱為A—B鍵的鍵能”，從定義可知，鍵能與活化能之間有區(qū)別，通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)鍵能粗略估算活化能。