基于分類觀和變化觀的教學設計

摘" "要：分散系的學習是發展分類觀的重要知識載體，但學生易產生豆漿、牛奶所形成的分散系一定是膠體的思維定勢，這對學生變化觀的發展起到了阻礙作用。文章設計通過實驗引發認知沖突，解決認知沖突，深入探索膠體本質，打破思維定勢，幫助學生從變化角度認識分類。

關鍵詞：高中化學；膠體；實驗探究；變化觀念

培養學生的“分類觀”和“變化觀”是化學學科核心素養對高中學生發展的具體要求[ 1 ]。“物質的分散系”是2019蘇教版高中必修一專題一第三單元的內容，是發展學生分類觀的重要知識載體，旨在培養學生從物質分類角度研究事物的性質及其應用，從分類角度認識世界。喻詩琪[ 2 ]基于真實情境教學，實現了膠體的深度學習。王婷[ 3 ]以“新冠病毒的自我檢測與防護”為主題，設置遞進式問題驅動建構膠體概念，發展學生的核心素養。

在物質的分散系的教學中，普遍存在的問題是：教師過于重視對分散系分類概念的講授，使學生產生不同物質之間分類是嚴格界定的錯誤認知，卻忽視了事物與事物之間的變化關系。這導致學生常出現豆漿、牛奶所形成的分散系一定是膠體的思維定勢，對學生變化觀的發展起到了阻礙作用。因此，在實際教學中處理好分類和變化之間的關系對于培養學生的核心素養具有重要意義。

1" 設計理念

本研究設計理念是發展學生分類觀和變化觀，通過實驗產生認知沖突，幫助學生從變化觀念認識分類，深入探索膠體本質。從趣味視頻“水中花園”出發引出主題，以實驗探究為主線，任務線為導向，引導學生通過實驗發現問題，產生認知沖突，問題鏈并進，促進分類觀發展和變化觀的思維發展。

2" 創新點

2.1" 設計實驗探究活動，凸顯實驗功能

利用課本中的驗證性實驗引導學生進行探究性實驗，實驗思路如圖1所示，獲得宏觀證據，培養學生實驗探究的意識。

2.2" 設計認知沖突，實現深度學習

通過實驗探究引發認知沖突，引導學生認識到分類并不能嚴格受限，認知思維轉化如圖2所示，搭建變化觀和分類觀的橋梁，發展學生變化觀念和平衡思想。

2.3" 任務線為導向，問題鏈并進

任務線和問題鏈相結合，促進素養發展和思維轉化，教學思路如圖3所示。通過問題鏈引導、進階任務式學習展開教學，利用實驗活動，由淺到深，在問題解決中突出學生的主體地位，實現深度學習。

3" 教學內容分析

3.1" 課標分析

新課標對膠體的內容要求是認識膠體是一種常見的分散系，學業要求是能舉例說明膠體的典型特征，課程內容中建議開展膠體性質的實驗，學習活動建議是開展膠體的丁達爾效應。因此教師應從實驗探究角度開展相關教學。

3.2" 教材分析

膠體位于蘇教版必修一專題一第三單元“物質的分散系”第二課時。前面學生學習了分散系概念，溶液、膠體、濁液的本質區別，這些內容為本節課的教學奠定了基礎。而后續即將展開的化學平衡相關概念較為抽象，需要學生能從變化的角度去認識新知識。因此，膠體的教學內容在教材中無疑扮演著承上啟下的重要角色。物質分散系的學習不僅是分類思想發展的核心內容，更是易影響學生未來變化思想的發展，承載著培養學生五大核心素養的重任。

3.3" 學情分析

在學習本節課內容之前，學生已經學習分散系概念，溶液、膠體、濁液的本質區別等基礎知識，而且具備了一定實驗動手能力以及分析、推理、歸納、總結、創造能力，這些將為學生分組實驗探究與分析、探索膠體本質提供可行性。

4" 教學與評價目標

4.1" 教學目標

（1）通過所學知識解密水中花園現象，學以致用，讓學生利用所學知識解決生產、生活中的實際問題，培養科學態度與社會價值。

（2）通過實驗探究及討論，知道三種分散系的本質區別，發展實驗探究能力，體會宏觀辨識與微觀探析思想。

（3）通過解決實驗沖突，深入探究丁達爾效應本質，發展學生變化觀念與分類思想。

4.2" 評價目標

（1）通過實驗探究，診斷并發展學生實驗探究水平。

（2）通過對實驗現象的推理和分析，診斷并發展學生的變化觀念。

（3）通過對問題的解決，診斷并發展學生的變化觀念與分類思想。

5" 教學片段

5.1" 任務1：宏觀辨識——初步感受膠體

【情境導入】播放“水中花園”視頻。

向硅酸鈉溶液中加入金屬鹽固體，等待片刻就可以長出美麗的水中花園（如圖4）。

【資料卡片】Na₂SiO₃ + MnCl₂ = 2NaCl + MnSiO₃（膠體）

固液表面形成半透膜。

【問題】水中花園是怎么產生的？

【學生討論】生成半透膜和膠體，粒子直徑在1-100 nm之間，不能通過半透膜，好像有了固定的形狀，而形成了水中花園。

設計意圖：從趣味視頻“水中花園”出發，激發學生學習興趣。引出問題，聯系已有知識解決問題，宏觀初步感受膠體。

5.2" 任務2：實驗探究——認識膠體性質

【教師】水中花園形成的膠體在外觀上和溶液與濁液是有很明顯的不同。但常見膠體如氫氧化鐵膠體、氫氧化鋁膠體從外觀上是很難判斷是否為膠體。

【實驗探究1】有沒有簡單的方法能鑒別膠體？

實驗材料：硫酸銅溶液、氫氧化鐵膠體、泥水、激光筆。

實驗步驟：用激光筆從側面照射燒杯。

【實驗現象】當一束光透過膠體時可以觀察到膠體里出現一條明亮的“通路”，而溶液和濁液中沒有出現這個現象。

【總結】這類現象被稱作丁達爾效應，可以用丁達爾效應來鑒別膠體。

設計意圖：引導學生通過實驗感受丁達爾效應，進一步認識膠體性質，培養學生科學探究與創新意識。

5.3" 任務3：發現問題——引發認知沖突

【問題】學以致用，豆漿是膠體嗎？

【實驗探究2】豆漿能否產生丁達爾效應？

【學生小組1】豆漿可以產生丁達爾效應。

【學生小組2】豆漿不可以產生丁達爾效應。

【實驗現象】有的小組可以觀察到丁達爾效應，而有的小組沒有觀察到丁達爾效應。

【發現問題】對于同一物質進行實驗，得出了不同的實驗結論。

【引導】這兩個小組實驗操作有沒有什么不同？

【學生猜想】產生丁達爾效應的小組在照射之前將豆漿攪拌均勻。

【實驗探究3】攪拌對膠體有否影響？

【實驗結論】不攪拌的稀豆漿可以產生丁達爾效應，攪拌后的濃豆漿不會產生丁達爾效應。

【問題】為什么稀豆漿能產生丁達爾效應，而濃豆漿不能產生丁達爾效應？

設計意圖：通過實驗引發認知沖突，打破思維定勢，引導學生深入學習產生丁達爾效應的原因。

5.4" 任務4：微觀探析——理解現象本質

【資料卡片】 粒子顆粒的光路現象（表1）。

粒子顆粒 ＜ 100 nm會發生光的透射。

粒子顆粒為1-100 nm之間會發生光的散射，產生丁達爾效應。

粒子顆粒 ＞ 100 nm會發生光的反射。

【學生猜想1】攪拌后粒子顆粒聚集變大，大于100 nm了，發生了光的反射，就沒有丁達爾效應。

【資料卡片】展示粒子的微觀動畫。

【結論】攪拌讓小粒子聚集成了更大的粒子，由于粒子聚集大小的不同，從膠體轉化成了濁液。溶液膠體濁液是可以相互轉化的。

設計意圖：培養學生基于證據和資料進行分析推理的能力。引導學生思考分散系本質，培養學生科學探究與創新意識核心素養。根據實驗現象得到證據，合理推理得出結論。

5.5" 任務5：宏微結合——感受變化觀念

【實驗探究4】各小組利用不同濃度、不同方法制作水中花園，實驗方案如表2所示，感受溶液、膠體和濁液的變化。

【問題】為什么水中花園成功要使用25%濃度硅酸鈉？

【總結】對于同樣組成的分散系，都有可能形成溶液、膠體、濁液，膠體只是物質的一種存在狀態，而不是固有的狀態。

【總結】這也可以解釋為什么既有氫氧化鐵膠體，又有氫氧化鐵沉淀。分類的學習是更好地了解事物，但分類并不能嚴格受限。同種事物并不是一成不變的，所以要用變化動態的角度去觀察事物。

設計意圖：從宏觀到微觀，再從微觀到宏觀，充分發展學生宏觀辨識與微觀探析核心素養，做到知識學以致用，聯系生活。

6" 小結

從趣味小實驗“水中花園”引入，激發學生好奇心，通過實驗讓學生掌握膠體能產生丁達爾效應這一性質。再引導學生學以致用，分組探索豆漿是否為膠體，增強學生證據意識。通過實驗引發認知沖突，從微觀角度解釋丁達爾效應產生的原因，引導學生回看實驗步驟的區別，發現兩組實驗的差別，從而解決學生認知沖突——豆漿不一定是膠體。從而合理推理得出結論，因為粒子聚集狀態不同，導致分散質直徑大小不同，分散系之間可以相互轉化。

從實驗學習性質，從實驗發現問題，發展學生證據推理與模型認知核心素養。從探究膠體產生丁達爾效應本質問題出發，知識線、活動線、素養線多線并進。從宏觀到微觀，由表及里，使學生在變化觀和分類觀之間架起一座橋梁。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：3-4.

［2］ 喻詩琪.指向深度學習的“膠體”教學設計[J].中學化學教學參考，2023（34）：17.

［3］ 王婷.滲透跨學科概念的學科融合教學探索：以“分散系及其分類”為例[J].化學教學，2023（5）：38.