指向學生核心素養發展的“膠體”教學設計

李啟翔

摘要：在“膠體”的教學中，引導學生認識“結構決定性質”的核心觀念，突出“宏觀辨識與微觀辨析”核心素養，從微粒視角認識膠體的典型特征。指導學生形成初步的“微粒觀”。

關鍵詞：膠體；學科核心素養；微粒觀

文章編號：1008-0546（ 2022）12x-0034-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12x.008

在膠體的教學中，教師往往會用生活中的現象引入膠體概念，然后分別討論膠體的幾個特征現象，較少用一條明確的線索串聯相關概念。學生在學習過程中被動跟隨教師，缺乏自然生成對于相關概念的理解，學科核心素養的發展缺乏條件。

“微粒觀”是重要的化學基本概念，是引導學生建立從宏觀現象和微觀本質間聯系的橋梁，[1]如何在膠體教學中突出微粒觀，使學生在循序漸進的學習過程中逐步建立化學基本觀念和思維方式，探尋化學學科的本源？以下以滬科版高中“化學必修一”“膠體”為例，展開指向微粒觀培養的教學設計。

一、教材背景分析

1．內容分析

“膠體”是上海高中化學教材在二期課改中刪減的一塊內容，上海的教師相對較為陌生。該知識點在課程標準為必修課程內容，位于“主題2：常見的無機物及其應用”。學科內容要求為認識膠體是一種常見的分散系，學業要求為能舉例說明膠體的典型特征。

“膠體”位于滬科版高中“化學必修一”第1單元“化學研究的天地”第1節“物質的分類”的第2課時（如圖1）。

本單元的教學主題是對物質的探索，內容包括認識物質的分類、計算物質的定量依據、研究物質的實驗方法。

2．單元重點

本單元內容集中表現于：宏觀物質的性質、現象和微觀粒子的結構、組合間的反復轉換。因此在本單元的教學中，重點突出的學科核心素養為“宏觀辨識與微觀探析”。使學生從不同視角體會粒子微觀結構對物質宏觀性質的影響，應作為這一單元教學的重點。

3．核心素養剖析

“膠體”課程知識與核心素養對應關系見表1。

從對膠體微觀結構的分析解讀其宏觀特征是本節課的教學重點。

二、教學設計

1．知識結構

混合物的分類討論是引出分散系概念的基礎，這一內容重點突出分類法對認識物質世界的重要性。通過運用微觀粒子的結構特征對分散系進行分類，引出膠體的概念，體現出微觀結構會影響物質的不同分類。膠體的性質與其粒子直徑大小間存在緊密聯系，這些性質包括透過性、丁達爾現象、吸附性等，它們都受膠體粒子直徑的影響，膠體的微觀結構與宏觀性質密不可分。膠體的不同性質，決定了其在不同場合下的應用。

圖2是對“膠體”知識結構的分析。

2．教學設計

通過設置問題鏈，引導學生跟隨相應的教學活動，進行學科知識的學習。通過膠體制備過程中的認知沖突，引導學生思考所制備出的分散系的成分、特征，對其性質進行討論。用激光燈分別照射三種不同分散系，[2]引發學生思考激光燈照射濁液時產生光路的原因，對膠體在一定狀態下可保持穩定性的本質進行分析，討論如何破壞膠體的穩定性。

圖3是“膠體”的教學設計。

在教學過程中，讓學生通過繪制微粒模型來解釋膠體的相關性質，“模型認知”貫穿整節課的學生活動，最終落實到“微觀探析”這一觀察物質性質的視角。在潛移默化中，學生學科核心素養得到發展。

3．教學目標

（1）了解分散系的概念，認識膠體是一種常見的分散系，能舉例說明膠體的典型特征，發展宏觀辨識與微觀探析核心素養；

（2）通過膠體的制備與性質實驗，學會從微觀視角認識溶液、膠體和濁液的分類標準，運用微粒模型解釋膠體的性質，發展證據推理與模型認知核心素養；

（3）通過膠體在生活中的應用，體會化學與生活的緊密聯系，發展科學態度與社會責任核心素養。

4．評價目標

（1）通過對膠體的性質判斷和分析，診斷并發展學生從微觀視角討論膠體性質的進階能力（物質水平、微粒水平）和認識思路的結構化水平（視角水平、內涵水平）；

（2）通過對膠體微粒模型的解讀，診斷并發展學生運用模型對膠體性質的解釋水平（驗證水平、解釋水平）；

（3）通過對膠體在生活中應用的討論，診斷并發展學生對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角）。

5．教學環節

問題一：用飽和FeCl3溶液和兩支試管中的試劑（圖4所示），可以制備出幾種不同的分散系？

學生活動：進行實驗，分別制備出了①FeCI3溶液、②Fe（OH），濁液、③Fe（OH），膠體三種分散系。并比較它們的顏色、穩定性、分散質粒子大小等特征。

問題二：③中的分散系是什么？說說你的理由。

學生活動：通過比較三種分散系的顏色，推測③中的物質是Fe（OH）3；但是因為無法被肉眼觀察到，故初步推測為膠體，其分散質粒子直徑小于濁液中的粒子直徑。

問題三：如何比較②和③中Fe（OH），的粒子直徑？

學生活動：進行過濾實驗，比較②和③中Fe（OH），的粒子，得出結論膠體中分散質粒子的直徑比濁液中分散質粒子的直徑小。

問題四：嘗試通過圖示的方式，解釋這一實驗現象。

學生活動：討論并繪制微粒模型，所繪制的膠體分散質粒子直徑小于濁液分散質粒子直徑。

問題五：根據以上實驗原理，思考區分①和③中分散質粒子大小的方法，并將微粒模型補充完整。

學生活動：討論并提出，類比過濾操作，選擇孔隙介于膠體和溶液分散質粒子直徑之間的材料，即半透膜。同時，繪制微粒模型，形成溶液、膠體、濁液三種分散系微粒大小的比較。

進行實驗，借助半透膜進行溶液和膠體的透析操作。結論：半透膜可透過溶液中的分散質粒子，不能透過膠體中的分散質粒子。

進行實驗，用激光筆照射溶液和膠體溶液。學習丁達爾現象。

問題六：如何簡便地區分溶液和膠體？并通過圖示表示該實驗的原理。

學生活動：通過實驗現象比較，發現膠體中存在丁達爾現象，而溶液中沒有。從光的波長和溶液、膠體分散質粒子直徑大小推測，可能是由于膠體粒子直徑略小于光的波長，通過將光散射，導致丁達爾現象的出現。學生分別繪制微粒模型，模擬光子分別通過溶液、膠體和濁液三種分散系發生的投射、散射和反射現象。[3'4]

結論：用丁達爾現象可用于鑒別溶液和膠體。

問題七：如何解釋激光燈從側面照射濁液的現象？

學生活動：進行實驗，用激光燈照射濁液。發現在濁液中部分區域，存在丁達爾現象。由此推測，由于濁液不均勻、不穩定，其中自上而下的分散質粒子直徑由小到大分布，因此在合適的區域可存在丁達爾現象。

問題八：為什么分散質粒子同樣是Fe（OH）3，膠體中沒有聚集成大顆粒？

學生活動：討論并推理濁液中分散質粒子體積變大的原因是較小體積的分散質粒子互相撞擊后，體積逐漸增大。膠體中的分散質粒子互相之間存在斥力，因此無法撞擊，故沒有聚集。

問題九：通過電泳現象解釋膠體粒子難以聚集的原因。并繪制模型解釋該實驗原理。

學生活動：進行實驗，驗證膠體粒子能夠吸附電荷。同種膠體粒子吸附同種電荷，其互相排斥，因此會保持距離，無法撞擊，最終無法聚集成大顆粒。繪制微粒模型，模擬膠體粒子吸附電荷后相互排斥的現象。

問題十：有什么方法可以促進膠體粒子的聚集？

學生活動：進行實驗，往Fe（OH）3膠體溶液中加入硫酸鈉溶液，有紅褐色沉淀生成（見圖5）。結論：通過滴加與膠體粒子所吸附電荷相反電性的微粒，中和其所帶電荷，使膠體粒子不再相互排斥，最終通過撞擊聚集成大顆粒。

知識點生成：膠體在通電時有電泳現象。可以通過往膠體中滴加鹽溶液、用力攪拌和過度加熱引發膠體聚沉。

小結：通過問題鏈的設計，引導學生完成膠體微粒解釋其宏觀性質的模型圖，加深學生對相關概念的理解（見圖6）。

三、反思

1．學生概念的自然生成

從課堂上學生的作品，可以發現學生通過微粒模型的繪制，自然生成了對三種分散系中分散質粒子直徑大小關系的比較。

圖7的上圖為一個學生所繪制的微粒模型，用以描述濁液和膠體在過濾實驗中的現象。多數學生在繪制時用不同大小的球代替不同的分散質粒子，但這名學生是用小黑點代表膠體粒子。當學習了膠體和溶液的分散質粒子在半透膜中不同實驗現象后，該學生發現此時如果依舊用小黑點代表膠體粒子，則無法描述直徑小于它們的溶質粒子。為了解決這一矛盾，這位學生將上一幅圖片中膠體粒子的大小繼續擴大，完成了大、中、小三種微粒模型的繪制（見圖7的下圖）。

本節課通過分離操作，由所選過濾材料的間隙與三種分散系的分散質粒子直徑大小間建立的聯系。在兩種分散系變為三種的過程中，在模型繪制的修改中，學生的思維獲得了重大突破。在這種低結構的圖示方法中實現了學生的深度思維、高階思維。[5]通過模型繪制，也評價了學生由宏微模型認知物質世界的進階水平。

2．指向學生核心素養的培養

本課通過一表三線的設計，在教學過程中完成了知識圖譜的構建。促進了學生的學科核心素養的發展（見圖8）。

參考文獻

[1] 陳俊芳，通過“寫”“做”“畫”建構微粒觀[J].化學教學，2019（8）：38-41．

[2] 雷建云，高中化學教材中幾個重要演示實驗的改進研究[J]．發明與創新·職業教育，2021（7）：35-36．

[3] 林建芬．基于文獻統計和教材比較視角分析高中化學“膠體”教學[J]．教學月刊·中學版（教學參考），2017（5）：37- 42．

[4]王小利，汪歡，伍曉春，丁達爾效應能區分溶液和膠體嗎？[J]．中學化學教學參考，2018（6）：67-68．

[5] 陳永平，徐凱里，“高結構設計與低結構實施”：高效課堂的思與行[J]．現代教學，2015（ 21）：4-5．