膠體本質的探究性教學設計

彭偉橋

文章編號：1005－6629(2009)01－0042－03中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

教學背景

從教材內容安排上，“膠體”緊隨“晶體結構”之后。從知識體系上，膠體與之前學過的溶液、濁液一起都屬于“分散系”，而晶體結構與之前學過的分子結構、原子結構一起都屬于“物質結構”體系，這看似分立的兩塊知識之間卻有著深層的關系，因為一個研究的是物質的構成形式，一個研究的是物質的分散形式，都與“粒子”有關。因此進行膠體一節(jié)的教學時，晶體結構自然成為膠體研究的基礎之一。

溶液、濁液是學生已有的認知，當然也是進行膠體教學的基礎。

教學設計思考（說課）

1教學方法

基于教學背景分析，本節(jié)教學設計主要利用對比法，在研究過程中主要與學生已認知的溶液進行對比，讓學生在對比探究中發(fā)現(xiàn)新的知識，然后在此基礎上通過實證法認識新的知識——膠體的本質。

2教學引入

同樣基于上面的背景分析，本節(jié)教學選擇以晶體的構成為基礎，通過設問的方式，引入本節(jié)的教學：晶體是由微粒（分子、離子、原子等）構成的，那么晶體在一定條件下分散時，能否分散為單個的分子或離子呢？（由此讓學生回憶起“溶液”知識）；進一步設問：那么晶體分散時是否只能以單個的分子或離子形式分散呢？（由此讓這生回憶起“濁液”的知識）。

設計這樣的方式引入教學，一方面是為了讓學生意識到本章要學習的知識，與上一章是逆向的。上一章是研究物質的構成，本章是研究物質的分散，既然是逆向的，就必然有聯(lián)系。從而讓學生感覺到在晶體結構之后進行本章知識的學習是順理成章，這樣既能強化知識間的聯(lián)系，又能激發(fā)學生的求知欲。另一方面是為了讓學生回憶已學過的關于物質分散的知識（溶液、濁液），從而為學習膠體的知識作準備。

3教學準備

為了有利學生作對比探究，在引入本節(jié)教學后，順勢引導學生對溶液和濁液進行了對比式的復習準備，通過這種準備：

1.適時引出分散系的概念;

2.為學生比較粒子直徑大小作實驗方法上的準備（過濾、光照）。

4 教學情景

作了以上的教學準備后，及時將教材上制備Fe（OH）₃膠體的演示實驗作為教學情景推出，學生眼前會呈現(xiàn)一外觀透明、均一的紅褐色液體。

面對該情景，問題自然就產(chǎn)生了：該紅褐色的透明液體是溶液嗎？溶質又是什么？

5 問題探究

面對從情景中產(chǎn)生的問題，設計了兩個探究步驟：

5.1引導學生在探究該問題的過程中產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)——存在一個新的分散系。方法——對比法。

5.2然后引導學生進一步通過探究去認識該“新發(fā)現(xiàn)”的本質。方法——實證法

第1個步驟的探究設計以原理分析和對比實驗相結合。

第2個步驟的探究設計時以相關的化學史知識啟發(fā)學生。

在整個探究過程中，為學生活動提供了一個寬松的對話交流環(huán)境，學生在過程中興趣和能力都能得到發(fā)展。

教學目標

1.知識：（1）認識膠體的本質;

（2）建立分散系概念并初步建立分散系的知識結構。

技能：培養(yǎng)學生的實驗設計能力和分析能力。

2.過程與方法：

（1）形成用“對比”和“實證”的方式探究問題的方法；

（2）學會從化學發(fā)展史中獲得啟發(fā)和靈感。

3.情感態(tài)度與價值觀：

（1）讓學生形成善于質疑和發(fā)現(xiàn)的品質；

（2）培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。

教學重難點

重點：膠體的本質。

難點：膠體中膠粒直徑與溶液中分散介質粒子直徑的比較。

教學方法

對比法、實證法

課時安排

1課時

教學流程設計及課堂教學實錄

1教學引入

在上一章中通過對晶體結構的學習，我們認識到物質是由微粒（分子、離子或原子等）依靠一定的作用構成的。那么反過來當物質在一定條件下分散時，可能以什么樣的形式分散呢？這就本章要討論的問題。

2教學準備

2.1知識準備

［復習引導］ 設問１： 一種物質向另一種物質中分散時，能否一直分散到單個的分子或離子形式？舉例說明。

［過程實錄：學生想到了溶液，并舉出了NaCl溶液和蔗糖溶液等］

設問2：一種物質在另一種物質中分散時，是否只能以單個分子或離子形式分散呢？舉例說明。

［過程實錄：在稍作提示下，學生想到了濁液，并舉出了ＣaCO₃懸濁液等；我作了補充：如植物油分散到水中形成的乳濁液］

［教師講解］化學上，把一種（或幾種）物質以粒子的形式分散到另一種物質中形成的混合物統(tǒng)稱為分散系。

2.2 實驗技能準備

［教師引導］設問3：如果要用實驗來證明懸濁液中分散相粒子（固體小顆粒）直徑比溶液中分散介質粒子（分子或離子）直徑大，你會想到什么操作？

［過程實錄：學生想到了“過濾”］

設問4：我們知道“溶液透明，濁液渾濁”，如果一束入射光分別照射它們，結果會是怎樣？

實驗設置１：一束入射光分別照射：①CuSO₄溶液； ②Fe（OH）₃懸濁液（臨時用FeCl3溶液和NaOH溶液反應混合配制）。

現(xiàn)象：CuSO₄溶液——入射光正前方能觀察到透過來的亮點， Fe(OH)₃濁液——無此現(xiàn)象。

[過程實錄：學生分析得出，區(qū)別是由于分散質粒子直徑不同造成的，由于懸濁液中分散質小顆粒直徑大，對光產(chǎn)生反射現(xiàn)象。]

[教師講解]這種光學實驗方法也可以用來比較粒子直徑的大小。

復習板書：

1. 分散系：一種（或幾種）物質以粒子的形式分散到另一種物質中形成的混合物統(tǒng)稱為分散系。分散相——分散成粒子的物質，分散介質——起分散作用的物質。

2.溶液、濁液比較

3教學情景及問題產(chǎn)生

實驗設置2：將1～2mL FeCl3飽和溶液滴加到盛有20mL沸水的小燒杯中，加熱煮沸一段時間。

現(xiàn)象：（原來）黃色的液體轉化為透明的紅褐色液體。

問題產(chǎn)生：該透明的紅褐色液體是溶液嗎？溶質是什么物質呢？

4問題的探究

4.1從原理角度探究

[環(huán)境設計]在此設計一個學生交流對話的環(huán)境，讓學生從理論上進行充分的分析、討論。

[過程實錄：有學生認為是溶液，理由是：①該液體外觀透明；②紅褐色是 Fe(OH)₃的顏色；③加熱促進鐵離子水解，產(chǎn)生的是Fe(OH)₃；

也有學生反對，理由是Fe(OH)₃在水中不溶，液體的顏色不可能這么深；

我也參與討論中，提出：如果是溶液，那么分散相粒子應該是單個的離子或分子，從顏色上看，可能全部以Fe³⁺和OH-形式分散嗎？從晶體類型上看，可能以單個Fe(OH)₃分子形式分散嗎？]

[學生質疑]學生開始產(chǎn)生質疑，難道在溶液與濁液之外存在新的分散系？

4.2從實驗角度探究：

[教師引導]設問5：證明該紅褐色液體與溶液是否存在區(qū)別，通常用的實驗方法是什么？

[過程實錄：學生想到了“對比實驗”，我趁勢啟發(fā)學生在剛才的教學準備（實驗技能準備）啟發(fā)下設計實驗]

實驗設置3：一束光分別通過①CuSO₄溶液、 ②紅褐色液體。

實驗設置4：將實驗1中制得的Fe（OH）₃濁液靜置，將上層清液[對Fe（OH）₃而言，上層清液是它的飽和溶液]與紅褐色液體進行顏色對比。

[說明]：靜置Fe（OH）₃濁液，在小燒杯中的效果比試管中好，而且很快。

[過程實錄]：在實驗3中，學生觀察到紅褐色液體中出現(xiàn)了一條光路，而溶液中沒有該現(xiàn)象；在實驗4中，觀察到Fe（OH）₃飽和溶液呈無色，與紅褐色液體完全不同。

[教師講解]紅褐色液體出現(xiàn)了一條光路，是粒子對光散射的結果，該現(xiàn)象稱為丁達爾現(xiàn)象。

[學生發(fā)現(xiàn)]該紅褐色液體不同于溶液和濁液，是一個新的分散系。

[教師引導]設問6： 那么該分散系中， 分散相 Fe（OH）₃是什么形式分散呢？

[方法指導]：實證法。

1.假設

與Fe（OH）₃懸濁液中的小顆粒類似，紅褐色液體中分散相粒子也是很多Fe（OH）₃的集合體，但集合的程度小一些。

[假設依據(jù)：①加熱促進Fe³⁺水解，產(chǎn)生很多 Fe（OH）₃；②紅褐色較深卻沒有固體小顆粒；③不屬于溶液，不是以單個分子或離子形式存在]

2.實驗證明

[教師啟發(fā)]按照這種假設，該液體中分散相粒子的直徑會比溶液中單個分子或離子的大很多，請大家從這個角度討論設計實驗證明。

[過程實錄：受到前面教學準備中的啟發(fā)，學生立刻想到了“過濾”，在我說明實驗證明該粒子也能透過濾紙后，學生沉默了。]

[教師啟發(fā)]介紹相關的化學史知識以啟發(fā)學生的思維。

1861年，蘇格蘭科學家格雷姆（Graham）在研究不同物質的分子在水溶液中的擴散性質時，發(fā)現(xiàn)有的分子擴散速度很快（如甘油分子），有的則擴散較慢（如淀粉分子），并且在進行分子能否透過半透膜實驗時，證實了擴散速度較慢的分子（如淀粉分子）的直徑大得多。

實驗設置5：淀粉與食鹽的混和溶液裝入半透膜袋中，然后將半透膜浸泡在盛有蒸餾水的燒杯中進行滲析實驗。

由于在燒杯的液體中沒有檢驗到淀粉分子，而檢驗到了氯離子，說明淀粉分子不能透過半透膜，從而證明了淀粉分子直徑比氯離子大得多。

[學生活動]在教師的啟發(fā)引導下，學生設計了以下實驗來證明假設。

1.直接證明：用半透膜取代濾紙，將紅褐色液體進行滲析實驗。

2.間接證明：用一束入射光照射淀粉溶液（與紅褐色液體進行對比實驗），觀察是否能產(chǎn)生達爾現(xiàn)象。

[過程實錄]：教學中選擇的是間接證明，通過對比實驗發(fā)現(xiàn)與紅褐色液體一樣，淀粉溶液也能產(chǎn)生丁達爾現(xiàn)象，從而證明了紅褐色液體中分散相粒的直徑與淀粉分子直徑接近，比溶液中小分子或離子的直徑大得多。

[教師講解]：1、通過以上的探究，我們發(fā)現(xiàn)了一個不同于溶液和濁液的新的分散系，并認識到這個新的分散系中分散相粒子的直徑介于溶液與濁液中粒子直徑之間（1～100nm）， 科學家把這樣的分散系稱為“膠體”，其中的分散相粒子稱為“膠?！薄?/p>

2.膠體不是某些物質特有的現(xiàn)象，而是物質的一種分散狀態(tài)，如NaCl分散在水中形成溶液，而分散在酒精中可形成膠體，關鍵是分散相粒子直徑是否在1～100nm的范圍。

教學反思

這一節(jié)課的成功得益教學設計中的兩個方面：一個是教學準備的設計，既作了知識上的準備，也作了實驗技能、方法上的準備；另一個是問題探究部分的設計，設計為先發(fā)現(xiàn)再認識兩個步驟。

為了突破“溶液與濁液中分散相粒子大小比較”這一難點，課前設計中不僅設計了滲析實驗，同時也設計了從丁達爾現(xiàn)象角度來比較（從這個角度比較，實驗更簡單）。然而，在實際教學時，發(fā)現(xiàn)學生對“如何才能產(chǎn)生光的散射”以及“光的散射強度與粒子直徑的關系”并不清楚，因此課堂教學中，我立即放棄了這一設計。丁達爾現(xiàn)象這一實驗只在發(fā)現(xiàn)問題時起到了一定的作用，而在認識發(fā)現(xiàn)的問題上沒有發(fā)揮到作用，這是課前沒考慮到的。