指向学生核心素养发展的“胶体”教学设计

李启翔

摘要：在“胶体”的教学中，引导学生认识“结构决定性质”的核心观念，突出“宏观辨识与微观辨析”核心素养，从微粒视角认识胶体的典型特征。指导学生形成初步的“微粒观”。

关键词：胶体；学科核心素养；微粒观

文章编号：1008-0546（ 2022）12x-0034-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

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

在胶体的教学中，教师往往会用生活中的现象引入胶体概念，然后分别讨论胶体的几个特征现象，较少用一条明确的线索串联相关概念。学生在学习过程中被动跟随教师，缺乏自然生成对于相关概念的理解，学科核心素养的发展缺乏条件。

“微粒观”是重要的化学基本概念，是引导学生建立从宏观现象和微观本质间联系的桥梁，[1]如何在胶体教学中突出微粒观，使学生在循序渐进的学习过程中逐步建立化学基本观念和思维方式，探寻化学学科的本源？以下以沪科版高中“化学必修一”“胶体”为例，展开指向微粒观培养的教学设计。

一、教材背景分析

1．内容分析

“胶体”是上海高中化学教材在二期课改中删减的一块内容，上海的教师相对较为陌生。该知识点在课程标准为必修课程内容，位于“主题2：常见的无机物及其应用”。学科内容要求为认识胶体是一种常见的分散系，学业要求为能举例说明胶体的典型特征。

“胶体”位于沪科版高中“化学必修一”第1单元“化学研究的天地”第1节“物质的分类”的第2课时（如图1）。

本单元的教学主题是对物质的探索，内容包括认识物质的分类、计算物质的定量依据、研究物质的实验方法。

2．单元重点

本单元内容集中表现于：宏观物质的性质、现象和微观粒子的结构、组合间的反复转换。因此在本单元的教学中，重点突出的学科核心素养为“宏观辨识与微观探析”。使学生从不同视角体会粒子微观结构对物质宏观性质的影响，应作为这一单元教学的重点。

3．核心素养剖析

“胶体”课程知识与核心素养对应关系见表1。

从对胶体微观结构的分析解读其宏观特征是本节课的教学重点。

二、教学设计

1．知识结构

混合物的分类讨论是引出分散系概念的基础，这一内容重点突出分类法对认识物质世界的重要性。通过运用微观粒子的结构特征对分散系进行分类，引出胶体的概念，体现出微观结构会影响物质的不同分类。胶体的性质与其粒子直径大小间存在紧密联系，这些性质包括透过性、丁达尔现象、吸附性等，它们都受胶体粒子直径的影响，胶体的微观结构与宏观性质密不可分。胶体的不同性质，决定了其在不同场合下的应用。

图2是对“胶体”知识结构的分析。

2．教学设计

通过设置问题链，引导学生跟随相应的教学活动，进行学科知识的学习。通过胶体制备过程中的认知冲突，引导学生思考所制备出的分散系的成分、特征，对其性质进行讨论。用激光灯分别照射三种不同分散系，[2]引发学生思考激光灯照射浊液时产生光路的原因，对胶体在一定状态下可保持稳定性的本质进行分析，讨论如何破坏胶体的稳定性。

图3是“胶体”的教学设计。

在教学过程中，让学生通过绘制微粒模型来解释胶体的相关性质，“模型认知”贯穿整节课的学生活动，最终落实到“微观探析”这一观察物质性质的视角。在潜移默化中，学生学科核心素养得到发展。

3．教学目标

（1）了解分散系的概念，认识胶体是一种常见的分散系，能举例说明胶体的典型特征，发展宏观辨识与微观探析核心素养；

（2）通过胶体的制备与性质实验，学会从微观视角认识溶液、胶体和浊液的分类标准，运用微粒模型解释胶体的性质，发展证据推理与模型认知核心素养；

（3）通过胶体在生活中的应用，体会化学与生活的紧密联系，发展科学态度与社会责任核心素养。

4．评价目标

（1）通过对胶体的性质判断和分析，诊断并发展学生从微观视角讨论胶体性质的进阶能力（物质水平、微粒水平）和认识思路的结构化水平（视角水平、内涵水平）；

（2）通过对胶体微粒模型的解读，诊断并发展学生运用模型对胶体性质的解释水平（验证水平、解释水平）；

（3）通过对胶体在生活中应用的讨论，诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角）。

5．教学环节

问题一：用饱和FeCl3溶液和两支试管中的试剂（图4所示），可以制备出几种不同的分散系？

学生活动：进行实验，分别制备出了①FeCI3溶液、②Fe（OH），浊液、③Fe（OH），胶体三种分散系。并比较它们的颜色、稳定性、分散质粒子大小等特征。

问题二：③中的分散系是什么？说说你的理由。

学生活动：通过比较三种分散系的颜色，推测③中的物质是Fe（OH）3；但是因为无法被肉眼观察到，故初步推测为胶体，其分散质粒子直径小于浊液中的粒子直径。

问题三：如何比较②和③中Fe（OH），的粒子直径？

学生活动：进行过滤实验，比较②和③中Fe（OH），的粒子，得出结論胶体中分散质粒子的直径比浊液中分散质粒子的直径小。

问题四：尝试通过图示的方式，解释这一实验现象。

学生活动：讨论并绘制微粒模型，所绘制的胶体分散质粒子直径小于浊液分散质粒子直径。

问题五：根据以上实验原理，思考区分①和③中分散质粒子大小的方法，并将微粒模型补充完整。

学生活动：讨论并提出，类比过滤操作，选择孔隙介于胶体和溶液分散质粒子直径之间的材料，即半透膜。同时，绘制微粒模型，形成溶液、胶体、浊液三种分散系微粒大小的比较。

进行实验，借助半透膜进行溶液和胶体的透析操作。结论：半透膜可透过溶液中的分散质粒子，不能透过胶体中的分散质粒子。

进行实验，用激光笔照射溶液和胶体溶液。学习丁达尔现象。

问题六：如何简便地区分溶液和胶体？并通過图示表示该实验的原理。

学生活动：通过实验现象比较，发现胶体中存在丁达尔现象，而溶液中没有。从光的波长和溶液、胶体分散质粒子直径大小推测，可能是由于胶体粒子直径略小于光的波长，通过将光散射，导致丁达尔现象的出现。学生分别绘制微粒模型，模拟光子分别通过溶液、胶体和浊液三种分散系发生的投射、散射和反射现象。[3'4]

结论：用丁达尔现象可用于鉴别溶液和胶体。

问题七：如何解释激光灯从侧面照射浊液的现象？

学生活动：进行实验，用激光灯照射浊液。发现在浊液中部分区域，存在丁达尔现象。由此推测，由于浊液不均匀、不稳定，其中自上而下的分散质粒子直径由小到大分布，因此在合适的区域可存在丁达尔现象。

问题八：为什么分散质粒子同样是Fe（OH）3，胶体中没有聚集成大颗粒？

学生活动：讨论并推理浊液中分散质粒子体积变大的原因是较小体积的分散质粒子互相撞击后，体积逐渐增大。胶体中的分散质粒子互相之间存在斥力，因此无法撞击，故没有聚集。

问题九：通过电泳现象解释胶体粒子难以聚集的原因。并绘制模型解释该实验原理。

学生活动：进行实验，验证胶体粒子能够吸附电荷。同种胶体粒子吸附同种电荷，其互相排斥，因此会保持距离，无法撞击，最终无法聚集成大颗粒。绘制微粒模型，模拟胶体粒子吸附电荷后相互排斥的现象。

问题十：有什么方法可以促进胶体粒子的聚集？

学生活动：进行实验，往Fe（OH）3胶体溶液中加入硫酸钠溶液，有红褐色沉淀生成（见图5）。结论：通过滴加与胶体粒子所吸附电荷相反电性的微粒，中和其所带电荷，使胶体粒子不再相互排斥，最终通过撞击聚集成大颗粒。

知识点生成：胶体在通电时有电泳现象。可以通过往胶体中滴加盐溶液、用力搅拌和过度加热引发胶体聚沉。

小结：通过问题链的设计，引导学生完成胶体微粒解释其宏观性质的模型图，加深学生对相关概念的理解（见图6）。

三、反思

1．学生概念的自然生成

从课堂上学生的作品，可以发现学生通过微粒模型的绘制，自然生成了对三种分散系中分散质粒子直径大小关系的比较。

图7的上图为一个学生所绘制的微粒模型，用以描述浊液和胶体在过滤实验中的现象。多数学生在绘制时用不同大小的球代替不同的分散质粒子，但这名学生是用小黑点代表胶体粒子。当学习了胶体和溶液的分散质粒子在半透膜中不同实验现象后，该学生发现此时如果依旧用小黑点代表胶体粒子，则无法描述直径小于它们的溶质粒子。为了解决这一矛盾，这位学生将上一幅图片中胶体粒子的大小继续扩大，完成了大、中、小三种微粒模型的绘制（见图7的下图）。

本节课通过分离操作，由所选过滤材料的间隙与三种分散系的分散质粒子直径大小间建立的联系。在两种分散系变为三种的过程中，在模型绘制的修改中，学生的思维获得了重大突破。在这种低结构的图示方法中实现了学生的深度思维、高阶思维。[5]通过模型绘制，也评价了学生由宏微模型认知物质世界的进阶水平。

2．指向学生核心素养的培养

本课通过一表三线的设计，在教学过程中完成了知识图谱的构建。促进了学生的学科核心素养的发展（见图8）。

参考文献

[1] 陈俊芳，通过“写”“做”“画”建构微粒观[J].化学教学，2019（8）：38-41．

[2] 雷建云，高中化学教材中几个重要演示实验的改进研究[J]．发明与创新·职业教育，2021（7）：35-36．

[3] 林建芬．基于文献统计和教材比较视角分析高中化学“胶体”教学[J]．教学月刊·中学版（教学参考），2017（5）：37- 42．

[4]王小利，汪欢，伍晓春，丁达尔效应能区分溶液和胶体吗？[J]．中学化学教学参考，2018（6）：67-68．

[5] 陈永平，徐凯里，“高结构设计与低结构实施”：高效课堂的思与行[J]．现代教学，2015（ 21）：4-5．