學科本質認知視角下的初高中化學銜接教學研究

摘要：初高中化學銜接教學具有轉變學生學習方式的重要功能。以“膠體及膠體性質”教學為例，教師應基于學科本質設計教學目標與引領性學習任務，探究銜接課設計角度、方法及實踐策略，通過實驗探究成敗原因、知識橫向和縱向維度的創新應用及學生自主設計作業、思維導圖等方式，引導學生研究知識的學科本質，建立結構化的知識體系，自主學習、主動探究，理解高中化學學習的特點。

關鍵詞：初高中化學銜接教學；學習方式；實驗探究成敗原因分析；學科本質

化學學科本質為：從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質。“膠體及膠體性質”是常見無機物及其應用主題下的學習內容，《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《高中化學課程標準》）要求學生“認識膠體是一種常見分散系，了解膠體的丁達爾實驗。”在學生開始高中化學的學習時，“分散系”“膠體”是學生在初始階段接觸到較為簡單易懂的知識內容。教師應抓住初高中化學銜接教學契機，充分創設真實問題解決情境，引導學生基于學科本質轉變學習方式。教師可應用“膠體知識”為引領性學習任務線索，幫助學生建立較為完整的高中化學學習與探索路徑，形成旨在充分調動、發揮學生主體性的、多樣化的學習方式，促進學生在教師的指導下自主學習、合作學習、探究學習，從而為學生高中階段化學學習方式的轉變奠定良好基礎。

一、教學主題內容及教學現狀分析

一縷晨光傾瀉而下，在窗口照射出一條光亮的通路；鹵水滴入豆漿，很快結成豆腐；形成黃河三角洲的主要原因是含硅酸鹽膠體的黃河水遇到海水中的鹽分后發生了膠體聚沉現象。以上與人類生產生活息息相關的宏觀現象都與膠體有關。“膠體及膠體性質”是人教版高中化學教材必修一的內容，豐富多樣的膠體性質及其應用展現出化學與地理環境、生產生活和生命奧秘千絲萬縷的聯系，是教師進行初三、高一學段化學銜接教學的良好素材。教師可帶領學生從“微粒的不同尺度導致物質性質變化”認知角度出發，宏微結合、科學探究、創新應用和解決問題，轉變學習方式。

膠體屬于分散系統，其分散質粒子的直徑在1～100納米。膠體的性質主要包括電泳現象、吸附現象、丁達爾效應、布朗運動、聚沉等。傳統的膠體教學中無電泳、吸附現象的原因探究，學生不清楚膠體性質不同于溶液與濁液的本質原因，對“粒子尺度變化導致物質性質改變”理解不清晰。實踐活動“明礬凈水”并沒有對吸附性能進行深入探究，學生缺乏對膠體吸附性本質原因的理解。丁達爾效應演示實驗常采用膠體和純凈水對照的方法，通過激光筆照射，對比觀察有無明亮“通路”出現，沒有探究丁達爾效應與膠體結構的關聯。學生對膠體的其他重要應用不了解，就很難將知識應用于解決實際問題。

以上問題導致學生未能對“結構決定性質”觀念進一步建構。教師可從引領學生認知學科本質角度進行膠體性質的學習，并借此設計膠體性質探究與應用的引領性學習任務。學生通過設計實驗進行膠體性質研究，對膠體的電泳現象、吸附現象、丁達爾效應等性質進行深入理解。教師依據橫向的跨學科設計、縱向的化學科學研究兩個維度設計學習任務，推動學生在理論指導下進行深度學習、遷移運用、設計實驗、交流探討、獲取結論等學習方式的轉變，發展“宏觀辨識與微觀探析”素養，產生初高中化學銜接教學的良好效果。

二、教學思想與教學創新點

學生的知識應在與現實世界互動的過程中主動獲取，而不應被動地從教師或教材中接受。教師可從兩個維度設計“膠體及膠體性質”教學，保證以學生為主體的引領性學習任務順利開展。橫向維度：可將膠體相關知識與其他學科進行整合（如工農業等社會熱點問題），實現跨學科的聯系；縱向維度：可將膠體知識與社會問題（如產品制備、應用、污染處理等）聯系起來，引導學生深入思考實際問題背后所涉及的化學學習與社會發展之間的關聯。

教師可對傳統的“膠體及膠體性質”教學做出兩個方面的重要改變：一是適當橫向拓展，鼓勵學生結合其他學科，將膠體相關知識與學生的基本認知角度進行聯系。比如，農業上，膠體在農藥載體、土壤改良劑、植物生長調節劑、農產品抗菌保鮮劑中的應用。二是加深縱向拓展，教師展示制備納米材料的方法及其在各個領域的應用。比如，金納米顆粒（生物傳感器、藥物輸送）的應用、二氧化鈦納米顆粒（光催化、太陽能電池）的應用。教師應鼓勵學生從多角度深入了解膠體知識在科學技術發展、社會發展及生活中的重要功能與價值，培養學生投身科研創新的責任感與使命感。

三、教學目標和教學流程

根據《高中化學課程標準》中“促進學生學習方式改變”這一銜接課程功能，筆者確定如下五點教學目標。基本知識目標：理解分散系的分類、膠體的定義、膠體的丁達爾現象。進階知識目標：了解膠體介穩性、聚沉、電泳等性質的化學本質（結構決定性質觀念建構）。基本概念目標：不同尺度下物質性質發生改變的客觀事實、宏微結合分析物質性質及其原因的認知角度（宏微結合思想）。基本技能目標：利用實驗設計與實踐簡單制備、性質探究實驗。素養目標：通過對膠體性質本質的探究發展“宏觀辨析和微觀探析”；通過橫向跨學科探索、縱向學科深度學習培養“科學探究和創新意識”素養；通過解決實際問題培養社會責任感；通過學習過程體驗，轉變學習方式。教師結合教學目標可以確定教學流程（見下頁表1）。

四、教學實踐探索

（一）認知膠體的定義

教師提供資料：一種物質或者幾種物質高度分散到另一種物質（稱為分散介質）中所形成的體系叫做分散系。分散系=分散相（或分散質）+分散劑。分散系主要分為三類：溶液、膠體和濁液。應用手電筒照射三種分散系，現象如圖1所示。

學生通過資料確定三種分散系的分類標準，即分散質粒子直徑（溶液 < 1納米、膠體1 ～ 100納米、濁液 > 100納米）。膠體在手電筒照射后，有一條光亮“通路”，稱之為“丁達爾效應”。出現以上現象的原因為：可見光波長范圍為400～700納米，大于膠體與溶液中的分散質粒子直徑。當可見光與這些粒子相遇時，會環繞粒子而向其四周散射，形成散射光。對于溶液體系，由于其中的粒子尺寸很小，散射光的強度會明顯減弱。粒子尺寸稍大的膠體中光的散射作用更明顯，從而體現為丁達爾效應。濁液由于其粒子尺寸過大，光的傳播被完全隔斷，完全沒有光“通路”出現。因此，可以通過丁達爾效應鑒別分散系是否為膠體。

教師提供資料：膠體不帶電但單獨的膠體粒子（簡稱膠粒）是帶有電荷的，帶有正電荷或負電荷的離子包裹其外，形成多層核狀結構，而膠粒具體是帶正電還是負電取決于正負離子的比例，需要根據膠體結構判斷某類膠體粒子的電性（如圖2）。

學生通過圖示可以判斷氫氧化鐵膠核吸附了正電離子團，后因靜電作用再次吸引少量負電離子，另外一部分負電離子在外擴散。呈現出氫氧化鐵膠體的膠粒帶有正電性，氫氧化鐵膠體整體不帶電的現象。教師以問題和實驗搭建學習階梯，以假設和推理促進學生的思維發展，從而發展學生的化學核心素養。

（二）推斷膠體的性質

教師提供支撐：出示布朗運動示意圖（布朗運動指懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規則運動，如圖3）；布置引領性學習任務：根據以上膠體的結構特點，分析膠體與溶液、濁液的穩定性區別，判斷膠體在電場下的運動狀態，推斷膠體轉化為濁液的方法。

學生小組活動與匯報：膠體粒子同樣存在布朗運動，膠體粒子本身直徑大于溶液中的分散質，故溶液最穩定，膠體粒子帶有相同電性而存在斥力，故其相撞很難使粒子直徑大于100納米，最終確定膠體粒子穩定性介于溶液和濁液之間。小組活動1：因膠體粒子帶有電荷，在電場作用下會發生定向移動，向異性電極移動。小組活動2：膠體粒子本身具備的介穩性本質原因為膠體粒子帶相同電荷，很難聚集為沉淀。可以通過攪拌、加熱——使膠體粒子剛性碰撞增大分散質粒子直徑，還可以通過加入大量電解質——用異性電荷中和膠體粒子電性，使介穩性消失等方法。

教師提出新問題“膠體具有吸附性，可用于凈水嗎”，并提供資料：明礬凈水原理——明礬在水中電離出鋁離子，鋁離子和水反應生成了氫氧化鋁膠體；膠體粒子通過分子間作用力等微粒間作用吸附水中的雜質離子或分子。

學生在初中化學中學習過“明礬凈水”相關知識，通過教師提供的資料進行初高中化學知識的銜接分析：氫氧化鋁膠體吸附了污染水體中的雜質離子，說明明礬凈水應用了膠體相關知識。

教師應引導學生建構基于化學學科本質的“結構決定性質”觀念理解；對膠體性質的“介穩性、電泳、聚沉、吸附性”等四個基本知識和概念進行深度理解。

（三）設計探究實驗

創設生動活潑的教學情境是化學新課程對化學實驗教學提出的新要求，教師可基于學科本質的自主探索規律、設置引領性任務：根據膠體的介穩性和明礬凈水原理，設計實驗室制取氫氧化鐵膠體的實驗方案；根據膠體中粒子的直徑大小設計實驗，分離淀粉膠體和稀氯化鈉溶液；設計實驗，證明氫氧化鐵膠粒帶正電；向制取所得的氫氧化鐵膠體中加入濃鹽酸，預測實驗現象并驗證。實驗支撐：以上四個實驗的必備實驗器材與藥品。

學生根據膠體性質與信息加工，設計并完成實驗，分析實驗成敗結果，班級交流歸納實驗報告（見下頁表2）。

（四）橫向拓展

教師構建跨學科學習情境：膠體在各行業應用廣泛，作用巨大。比如，膠體及其性質應用在農業方面的“土壤改良劑”“植物生長調節劑”中。教師提供資料：膠漿可以形成穩定的土壤骨架，改善土壤的團聚體結構，提高土壤的抗侵蝕性和抗旱能力；膠漿可以減少土壤中的大空隙，增加小空隙，改善土壤的保水能力和透氣性能；膠漿可以增強土壤的吸附能力，提高土壤對養分的保持能力，減少養分的損失。教師設計引領性學習任務：設計一種膠漿，應用于農業生產。

學生探討需求：膠體+植物營養劑；得出方案：結合淀粉液位膠體進行分析，可以利用回收而來的紙張，將纖維素顆粒處理為1～100納米范圍，加入土壤中與水作用形成膠體分散系，同時纖維素能有效為作物提供一定的營養物質。

（五）縱向拓展

教師構建深度學習下的問題解決情境：納米科學在近年來發展迅速，科研人員利用膠體本質及其性質，在該尺度中開發了很多新型功能性材料，實用意義非凡。教師提供資料：金納米粒子尺寸范圍為1～100 納米，其比較微小的結構使這些顆粒比小分子更能積聚在炎癥或腫瘤增長部位，具有高效的光轉熱屬性的金納米顆粒，可以被應用于特異性消融感染或患病組織；二氧化鈦是一種半導體材料，具有良好的光電性能，納米二氧化鈦磁性強、熱導性強、高效、成本低、不造成二次污染，還具有良好的抗菌作用，又因其光催化活性高，化學性質穩定，毒副作用小等優點而被廣泛應用于光催化領域。教師設計引領性學習任務：課下查詢資料，設計一份基于以上資料中納米材料的試題，班級整合與確定評價標準后應用于作業，以自主研究與設計作業的逆向思維推動學生對知識本質的理解。

（六）歸納與總結

教師引導學生用思維導圖的形式，建立結構化與體系化的膠體知識譜系，并進行交流。教師提示：思維導圖要呈現“結構決定性質，性質反映結構并決定用途”的思維觀念。

學生小組合作、討論后完成思維導圖。學生交流后，教師選取最為科學、簡潔、美觀的作品進行展示（如圖4）。

初高中課程銜接有重要功能與價值，在此階段是學生理解“化學科學”研究對象、研究方法、思維路徑和知識建構的奠基時期，教師應充分研讀《高中化學課程標準》、教材、高考評價體系、核心素養培育等相關材料，理解初高中化學銜接最重要的功能為“轉變學生學習方式”。在設計化學銜接課程時，教師應基于學科本質角度出發，從素養主線發展設計引領性學習任務，幫助學生認知化學教育對自身發展的重要意義，學會學習化學，形成學習化學知識、建構結構化知識體系的一般思路與方法。

“膠體及膠體性質”是基于不同尺度進行化學學習與研究的科學范例，教師依據教學內容合理設計教學目標、活動及評價，讓學生充分體會高中化學學習的特點、方法及路徑，能為學生的高中化學學習創造良好開端。

參考文獻：

［1］王松.新形勢下學生化學學習方式轉變探究［J］.基礎教育課程，2014（2）.

［2］韓建豐，高凌蕊.素養導向視域下的初高中化學銜接課探究：以“金屬冶煉的奧秘”單元教學為例［J］.遼寧教育，2023（13）.

［3］王青崗.實驗探究分析推理發展素養：“膠體”教學設計［J］.中學化學教學參考，2020.

［4］韓建豐，高凌蕊.素養為本的深度學習作業設計：以“化學反應限度的認知”作業設計為例［J］.中小學教學研究，2023（2）.

（責任編輯：楊強）