化學核心概念對校本課程研究的指引

孫海艷

20世紀80年代末和90年代初，中國課程改革的步伐日益加快，1996年原國家教委頒發的《全日制普通高級中學課程計劃（試驗）》規定，學校應該“合理設置本學校的任選課和活動課”。近年來，課程多樣化的趨勢進一步加快，國家把選修課的決策權交給地方和學校。校本課程作為學校自主決定的課程，它的開發主體是教師。教師在實踐中，分析自己所面對的教學現狀，包括學生需求，教師個人能力以及學校的硬件設施等，確定目標，選擇與組織內容，決定實施與評價的方式。

《義務教育化學課程標準（2011年版）（以下簡稱《課程標準》）》指出：“化學是一門以實驗為基礎的學科，在教學中創設以實驗為主的科學探究活動，有助于激發學生對科學的興趣，引導學生在觀察、實驗和交流討論中學習化學知識，提高學生的科學探究能力。”《課程標準》還指出：“在教學中應密切聯系生產、生活實際，引導學生初步認識化學與環境、化學與資源、化學與人類健康的關系，逐步樹立科學發展觀，領悟科學探究的方法，增強對自然和社會的責任感，在實踐中不斷培養學生的創新意識，使其在面臨和處理與化學有關的社會問題時能做出更理智、更科學的思考和判斷。”

在化學教學中，核心概念是指那些居于學科中心、具有超越課堂持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理和方法。可以說，具體知識是化學基本觀念形成的載體，具體化學核心概念是通過平時的學習過程點滴積累的結果。因此，中學化學教學必須超越對知識本身的認識，從傳授事實、掌握知識轉變為使用事實、發展觀念，即要從“知識為本”的教學轉向“觀念建構”的教學。學生學習化學是為了進一步學習與應用，學習和思考不能與真實生活脫節，一個帶有強烈生活性以及與生產實際相關的課堂設計，可以構筑起化學知識的“主場”，可以解決、解釋生活中諸多的耳熟能詳的現象，學會用化學知識解決實際問題的能力。膠體內容從應試的角度并不是中學化學的重點內容，但對高一新生來說，這個內容恰好是學生在參與、親身體會感受化學的一個很好素材，且膠體與生產、生活實際聯系密切，讓學生充分感受到化學與生活的密不可分，對培養其學習化學的興趣提升是一個重要的機會。本節課以膠體的制備、膠體的宏觀特征和微觀解釋、創造條件實現膠體、溶液、濁液的的轉化以及對膠體在生活、生產中的應用的了解過程，著重培養學生的學科價值觀、宏微觀、實驗觀和轉化觀。

一、研究背景

學生對膠體的學習后，對于膠體的丁達爾現象、膠體分散系中的分散質粒子的直徑在1 nm～100 nm之間等知識，記憶深刻，但卻經常在牛奶是膠體還是乳濁液以及氯化鐵與濃NaOH溶液反應后能否得到氫氧化鐵膠體這樣的問題上猶豫不決，不敢定論。由此不難看出，正是因為膠體在應試中的地位“不高”，因為教學時間安排不足，一般就是半節課，所以其學習過程就顯得過于粗糙、淺顯和表面化。而校本課程作為目前學校教學活動中不可或缺的一部分，恰好可以彌補這個不足，在筆者開設的《化學與生活》的校本課程中排入了《膠體就是我身邊》這節課，通過一系列小型實驗設計，實現溶液、膠體和濁液的相互轉變，此過程中學生充分體會到膠體這個概念不是一個孤立的“新生態”，其與學生已經熟悉的溶液、濁液一樣，是一個混合體系，是一個微粒集體對另一種微粒的“容納”，但這種微粒特殊的微觀粒子（其被“容納”微粒的直徑在1 nm～100 nm之間），使其在生活、生產中有著廣泛的應用。

二、學習實踐過程

1.設計多個得到膠體的過程，培養轉化觀

化學核心素養對轉化觀要求，能從不同視角認識化學變化的多樣性；能運用對立統一思想和定性定量結合的方式揭示化學變化的本質特征；能對具體物質的性質和化學變化做出解釋或預測；能運用化學變化的規律分析說明生產、生活實際中的化學變化。

（1）通過向沸騰的蒸餾水中逐滴加入1 mL-2 mL飽和FeCl3溶液，繼續煮沸至液體呈紅褐色，停止加熱.用激光筆照射燒杯中的液體，可以看到一條光亮的“通路”，即丁達爾效應。通過對硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的對比實驗，落實丁達爾效應是膠體的特性。

（2）將牛奶、豆漿、淀粉等加水稀釋，觀察在稀釋過程中用激光筆照射這些溶液，有光亮的“通路”出現，產生丁達爾現象，實現了從濁液到膠體的轉變。再繼續加入過量水，光路會消失，繼續轉變為溶液。

（3）將制得的氫氧化鐵膠體繼續加熱，觀察其由透明澄清的紅褐色“溶液”最終轉變為紅褐色沉淀，實現了膠體向濁液的轉化。

（4）向氯化鐵溶液中加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液，觀察其產生紅褐色沉淀。

（5）將上述（4）實驗中的氫氧化鈉依次稀釋1倍、2倍、5倍、10倍后分別加入等濃度的氯化鐵溶液中，觀察其隨濃度降低，沉淀越來越少，最終不能產生沉淀；再將氯化鐵溶液，與不同濃度氫氧化鈉反應后的產物一一用激光筆照射，觀察其均有丁達爾現象產生。

（6）找找身邊的膠體。自來水、隨身攜帶的學校的直飲水以及買來的礦泉水、純凈水；水沸騰出來的水蒸氣；氯化鐵溶液、氫氧化鐵沉淀均可作為實驗對象，做丁達爾實驗。并記錄了如下的實驗現象：能產生丁達爾現象的有自來水，三氯化鐵溶液，水蒸氣，氫氧化鐵沉淀；不能產生的有直飲水，買來的礦泉水和純凈水。

通過上述一系列實驗的探究過程，深刻體會膠體與溶液、濁液的無二組成，都是一種微粒擴散到另一種體系中的混合體系，其不同只是被分散的微粒分散質粒子的直徑落在了溶液和濁液之間，處于1 nm～100 nm之間，而溶液中溶質的直徑小于1 nm，濁液中分散質的直徑大于100 nm，膠體中分散質粒子的直徑恰好處于溶液和濁液之間。通過探究明確在一定條件下，濁液和溶液可以轉變為膠體，膠體也可以轉變為濁液和溶液。所以牛奶是濁液，牛奶溶液就是膠體；淀粉溶于一定量的水得到的淀粉溶液其屬于膠體范疇；明確只要分散質粒子的直徑恰好落在1 nm～100 nm之間得到的混合液屬于膠體；比如NaCl溶于水得到溶液，因為其在水中溶解度大，溶于苯或汽油得到的就是膠體。肥皂水在陽光下呈現出五顏六色的光彩正是因為其產生了丁達爾現象，云、霧、煙是通過不同微粒分散到空氣中形成的膠體，霧霾是指直徑小于2.5微米的顆粒。如果這種顆粒分散在空氣中，也可認為是膠體，如果單純說霾，因其分散質直徑為2.5微米，就不能認為是膠體了。

布魯納曾說：“孩子們在教室里的所為和科學家在實驗室的所為只有程度不同，沒有本質區分”。通過不同層次的實驗設計，吸引學生在化學實驗的感召下，使隱含的知識顯露出來，逐步分析整體面貌，這應該是化學學科教學知識的基本內涵所在。干凈的空氣盡管是混合物，但沒有合適的分散劑，只是單一成分，所以不能稱為膠體；自來水的丁達爾現象是因為其中混有了雜質，雜質充當了分散質，水做了分散劑，形成一種分散系；房間里如果有丁達爾現象是因為大氣中的灰塵充當了分散質，現在的房間里沒有看到丁達爾現象，說明我們的房間里空氣比較清潔；有學生回憶起自來水如果長期放置后，底部會有少量的沉積物，所以自來水不能直接飲用。討論氯化鐵溶液、氫氧化鐵膠體以及氫氧化鐵沉淀都不是單一的分散系，氯化鐵溶液中混有少量膠體，因為它的水解是一直存在的，在沸水中程度會比較大，所以氯化鐵與沸水的反應成為氫氧化鐵膠體的制備方法，但也要控制條件防止得到沉淀。氯化鐵與氫氧化鈉反應得到沉淀量會比較多，會混有少量膠體，但因為混有大量的沉淀用于制備膠體就不是合適的方法。

2.嘗試從微觀組成角度解釋膠體特性，培養宏微觀

化學是在分子、原子水平上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律的基礎自然學科，培養宏微觀要求能從物質的宏觀特征入手對物質及其反應進行分類和表征，能從原子、分子水平分析常見物質及其反應的微觀特征。

PPT解析1869年，英國科學家丁達爾發現了丁達爾現象。光射到微粒上可以發生兩種情況，一是當微粒直徑大于入射光波長很多倍時，發生光的反射；二是微粒直徑小于入射光的波長時，發生光的散射，散射出來的光稱為乳光，散射光的強度，隨著顆粒半徑增加而變化。懸（乳）濁液分散質顆粒直徑太大，對于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質微粒太小，對于入射光散射很微弱，觀察不到丁達爾現象；只有溶膠才有比較明顯的乳光，這時微粒好象一個發光體，無數發光體散射結果，就形成了光的通路。散射光的強度，還隨著微粒濃度增大而增加，因此進行實驗時溶膠濃度不要太稀。

氫氧化鐵膠體的制備過程，實現了氯化鐵溶液中的溶質FeCl3轉變為＼[Fe（OH）3＼]n，＼[Fe（OH）3＼]n一種分子或其他微粒的聚集體，其大小隨濃度、溫度發生改變，其分散質粒子的直徑恰好落在1nm～100nm之間時得到的分散系被稱為膠體。

牛奶、淀粉、豆漿是化學中的大分子物質，其微觀粒子以淀粉為例可表示為（C6H10O5）n，一個分子中含有幾百到幾千個C6H10O5鏈節，在水分子作用下被分離，隨n的個數越來越少，其作為分散質微粒的直徑可以減少到1nm～100 nm之間，這時得到了膠體，因此如果說牛奶、淀粉、豆漿溶液是膠體是可以理解的，因其常見濃度下的牛奶、淀粉、豆漿溶液都能觀察到明顯的丁達爾現象，得到所謂的溶液其濃度已經非常非常小了。

把課堂還給學生，讓學生充分體驗、探究，并體會到化學的無處不在。學生層次不同，上課的方式會不同，但是融入課堂、充分體驗、聯系生活、生產實際，

總是專業學習的最終目的。

3.通過了解膠體在生活、生產中的應用，培養學科價值觀

（1）了解納米材料的應用

納米 （nanometer， nm）= 十億分之一米 （10-9 m），1 nm與1 m相比，相當于玻璃彈珠跟地球相比，當一個男人把剃須刀放下那一小段時間，胡子已經長了大約1 nm；人們發現當物質達到納米尺度以后，大約在1～100納米這個范圍空間。物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質的特殊性能的物質構成的材料，即為納米材料。 納米材料處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，既非典型的微觀系統亦菲典型的宏觀系統，是一種介觀系統，即接近于分子或原子的臨界狀態。

納米材料并不是膠體，因為它不屬于分散系，普通材料的組成微粒直徑也在1 nm～100 nm之間范圍之內時，物質的性能發生突變，出現特殊性能。膠體也有很多特性，在生活、生產中等到廣泛應用。

（2）膠體在醫藥衛生方面均有重要的應用

人體各部分的組織都是含水的膠體，因此要了解生理結構、病理原因、藥物療效等都要根據膠體化學的研究成果。

在臨床醫學，腎功能衰竭等疾病引起的血液中毒，可利用血液透析進行治療。膠體粒子直徑在1 nm—100 nm之間，不能透過半透膜（半透膜孔徑在1 nm），半透膜是人工合成的膜，小分子可以自由通過半透膜，而多肽、蛋白質等膠體顆粒則不能通過。血液透析時，透析液和血液分別位于半透膜的兩側，兩者間進行物質交換。透析能快速糾正腎衰竭時產生的高尿素氮、高肌酐、高血鉀、高血磷、酸中毒等。

血清紙上電泳利用膠體的電泳現象分離各種氨基酸和蛋白質，也是膠體在醫學上的重要應用。膠體粒子帶電荷，在電場中，粒子在分散質中能發生定向移動。血清蛋白電泳對于肝、腎疾病和多發性骨髓瘤的診斷有意義。醫學上越來越多地利用高度分散的膠體來檢驗或治療疾病，如膠態磁流體治癌術是將磁性物質制成膠體粒子，作為藥物的載體，在磁場作用下將藥物送到病灶，從而提高療效。同時，膠體溶液在急性代謝紊亂治療中也有重要的應用。

（3）膠體在工業生產中的應用

高壓除塵往往被稱為電泳現象，空氣與灰塵實際上形成了氣態膠體。靜電除塵原理是因為，灰塵本身有電荷，含塵氣體在經過高壓靜電場時，塵粒與負離子結合帶上負電后，趨向陽極表面放電而沉積.達到除塵效果。

膠體因為其獨特的微粒直徑在1 nm～100 nm之間，顆粒小比表面大，有吸附作用，常用于凈水。水混濁不清，是因為在水中有許多泥沙等污物在“游蕩”。較大的泥沙粒子很快就會沉淀下來。而小的已經成為膠體粒子了，科學家經過研究，發現泥沙膠體粒子帶的是負電荷，由于每一個泥沙膠粒帶的電荷都是一樣的，當兩個膠粒彼此靠近時，靜電斥力總是使它們分開，它們沒有機會結成較大的粒子沉淀下來。

明礬KAl（SO4）2·12H2O 是由硫酸鉀和硫酸鋁混合組成的復鹽。硫酸鋁和水起化學反應后生成白色絮狀的沉淀——氫氧化鋁。這種氫氧化鋁，也是一種膠體粒子，帶正電，它一碰到負電的泥沙膠粒彼此發生中和，失去了電荷的膠粒，很快就會聚結在一起，粒子越結越大，終于沉入水底，這樣，水就變得清澈干凈了，這就是膠體的聚沉。

膠體蓄電池的電解液是硅凝膠，大電流的放電性能很好，且具有優秀的深放電回復性、充放電利用率高、使用壽命長等優點。

膠體防滅火技術是近些年發展起來的一種良好的新型防滅火技術。 它是利用膠體制成防滅火材料，它具有性能優良、 滅火速度快、 安全可靠、 材料來源廣泛、 滅火后不易復燃和滅火工藝方便快捷等優點。

“生活即教育、社會即學校、教學做合一”是陶行知生活教育理論的重要思想，教學中，應引導學生用“化學的眼睛”觀察生活的世界，帶著生活的體驗走進化學的世界，再用化學知識知道生產生活實際，從而發揮學科功能，體驗學科價值。

校本課程的建構更加符合育人目標的課程體系，各校對課程內容進行重組和優化，構建了富有本校特點的課程結構體系，開展課程整合研究，課程實施更有效率。校本課程有利于學生實現專業發展，是對課堂教學的提升、重組，“課程整合、自主排課”項目，突破“怎么教”這個空間，進入“教什么”的空間，教師更多地要研究“選材”，研究什么是

學生最需要的，研究什么東西最有價值、最有意義。利用好校本時間，探索具有內在相關性的課程資源整合、課程內容整合、課程實施方式整合和信息技術與專題教育互為載體整合等方式。教師以極高的熱情自發地整合課程內容，開展跨學科研究，主動建構課程，教師的創造力和積極性得到了極大的發揮。學生主動參與，積極探究，勤于思考，樂于表達，學習負擔減輕了，學習效果增強了。

（收稿日期：2016-10-15）