基于核心素養(yǎng)的膠體教學設計與思考

摘 要：以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為本，確立了膠體的教學內(nèi)容，剖析了膠體教學內(nèi)容的化學價值，以實驗探究為主線，系統(tǒng)設計膠體課時，引導學生基于實驗證據(jù)進行推理，主動建構(gòu)微觀模型，幫助學生深入理解膠體本質(zhì)特征和性質(zhì)，體會“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學科思想，初步建構(gòu)“結(jié)構(gòu)→性質(zhì)→用途”的物質(zhì)認知模型，促進化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；膠體；教學設計

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。《普通高中化學課程標準（2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）提出“以發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)為主旨”的課程目標體系，倡導教師遵循“素養(yǎng)為本”組織開展課堂教學[1]。因此如何以膠體教學內(nèi)容為載體，通過有效的教學活動設計真正促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，是值得研究的問題。

化學實驗不僅具有教育教學功能，而且具有發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的功能，在發(fā)展學生科學本質(zhì)觀、科學實踐觀和科學價值觀方面均發(fā)揮著不可替代的作用[2]。基于此，在“膠體”的課堂教學中，筆者設計了層層遞進的科學探究實驗，引導學生理解膠體的本質(zhì)，探究學習膠體的性質(zhì)，并結(jié)合2023年諾貝爾化學獎拓展納米科技的應用，加深學生對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一重要化學觀點的認識。

一、教學內(nèi)容分析

“膠體”這一部分位于《課程標準》中必修課程“主題2：常見的無機物及其應用”中的內(nèi)容。內(nèi)容要求為：認識膠體是一種常見的分散系；學業(yè)要求為：能舉例說明膠體的典型特征。

“膠體”位于人教版（2020版）高中化學必修一第一章物質(zhì)及其變化第一節(jié)物質(zhì)的分類及轉(zhuǎn)化中。根據(jù)課程標準和初高中課程銜接的需要，第一節(jié)安排了物質(zhì)的分類和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化兩部分內(nèi)容。通過該節(jié)內(nèi)容的學習，學生能夠主動建構(gòu)分類觀、轉(zhuǎn)化觀、微粒觀等化學觀念，如圖1所示。

第一節(jié)中以初中所學的溶液和濁液作為基礎，進一步優(yōu)化學生的知識體系，介紹了分散系及其分類，重點介紹了膠體的概念，通過實驗引出了膠體的重要性質(zhì)——丁達爾效應，最后介紹其應用。通過“資料卡片”欄目對丁達爾效應的光學原理進行了簡要分析。教材以物質(zhì)的分類和轉(zhuǎn)化為線索，適當引入新知識，突出分類方法在化學研究中的應用，對概念的分析清晰明確，使學生能夠更好地理解研究對象的共同點和差異性。

二、化學價值及核心素養(yǎng)分析

要實現(xiàn)從知識向能力和素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化與飛躍，關鍵是要認真分析科學知識對于學生的學習而言到底具有怎樣的價值，并進一步解決如何在科學教育中最大程度地挖掘和發(fā)揮科學知識所具有的多重價值[3]。《課程標準》中的“價值”一詞出現(xiàn)了86次，可見《課程標準》對價值培養(yǎng)的重視。

《課程標準》在附錄2中的兩個教學與評價案例中提到了要從學科價值和社會價值視角培養(yǎng)學生的化學價值。因此，筆者根據(jù)新課標中化學價值的培養(yǎng)要求和化學價值的內(nèi)涵模型，從學科價值、社會價值兩個視角分析“膠體”課程知識的化學價值，如圖2所示。

“膠體”課程知識與核心素養(yǎng)對應關系見表1。

三、教學現(xiàn)狀分析

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)近年來發(fā)表了多篇值得學習借鑒有關膠體教學的高質(zhì)量研究成果[4-9]，但目前的膠體教學依然存在以下問題：①缺少明確線索串聯(lián)相關概念，基于當前學生認知特點和知識發(fā)展水平，課堂教學還需要對教材內(nèi)容深入挖掘并進一步加工[10]；②學生對于牛奶和豆?jié){等混合體系是否屬于膠體依然較為困惑[11]；③在膠體的教學中，通過膠體的聚沉實驗可以使學生認識到膠體可以轉(zhuǎn)化為濁液，但濁液也可以轉(zhuǎn)化為膠體這一內(nèi)容鮮有涉及，從而導致學生對于“膠體只是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，而不是該物質(zhì)的固有狀態(tài)”的理解不夠深入；④在學科價值和社會價值培育方面，往往集中于靜電除塵、鹵水點豆腐等生活應用，從膠體的微觀粒徑出發(fā)，對當前的科技熱點和前沿領域聯(lián)系的較少。

四、教學設計

（一）圍繞核心知識，構(gòu)建知識的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，助力核心素養(yǎng)的思維孕育

核心素養(yǎng)的形成需以具體的核心知識為載體。膠體課程中包括膠體的性質(zhì)、本質(zhì)、宏觀轉(zhuǎn)化等知識點，這些知識之間有著內(nèi)在的邏輯關系（如圖3所示）。膠體的微觀實質(zhì)是膠體的宏觀性質(zhì)（丁達爾效應、膠體的聚沉等）的解釋，膠體的宏觀性質(zhì)又體現(xiàn)了膠體的微觀本質(zhì)；膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)化本質(zhì)是分散質(zhì)粒子直徑大小的變化，因此膠體的微觀本質(zhì)是膠體宏觀轉(zhuǎn)化的依據(jù)，膠體的宏觀轉(zhuǎn)化又體現(xiàn)了膠體的微觀本質(zhì)。

基于此，膠體的本質(zhì)是本節(jié)課的核心知識，通過膠體粒子的直徑特征解釋膠體的宏觀性質(zhì)，培育學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念；通過親自動手探究膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)化，培育學生“變化觀念和平衡思想”的核心素養(yǎng)，進而幫助學生從宏微相結(jié)合的視角加深對于膠體本質(zhì)特征的認識。因此，在教學中要緊緊圍繞膠體的本質(zhì)特征這一核心知識，重視知識的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

（二）以實驗為載體，自主構(gòu)建知識體系，支撐核心素養(yǎng)的有效落地

建構(gòu)主義學習觀認為，學習不是從外界吸收知識的過程，而是學習者主動建構(gòu)的過程?！墩n程標準》也指出，在教學設計和實施中，教師應設計和開展多種形式的實驗探究活動，使學生在解決問題的活動中逐步發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)?；诖?，在膠體的教學過程中，通過情境創(chuàng)設提出具有思考價值的問題，圍繞問題開展實驗探究，依據(jù)實驗結(jié)論進行推理，自主得出結(jié)論，實現(xiàn)知識的主動建構(gòu)。

五、教學目標

①通過引導學生探究丁達爾效應產(chǎn)生的原因，幫助學生總結(jié)并理解膠體的本質(zhì)，培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”的學科核心素養(yǎng)。

②通過繪制丁達爾效應的微觀模型，探究稀釋后的豆?jié){和泥水、NaCl的乙醇溶液的丁達爾效應的實驗，幫助學生進一步加深對“膠體不是物質(zhì)固有狀態(tài)”的理解和認識，加深學生對于膠體、濁液、溶液相互轉(zhuǎn)化的理解，培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。

③通過引導學生完成4個實驗任務，培養(yǎng)學生的科學探究能力；通過拓展納米科技在生活中的應用，加深學生對“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一重要化學觀點的認識，培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”的學科核心素養(yǎng)。

④通過引導學生學習教科書的“一字之差”，培養(yǎng)學生“嚴謹求實、敢于質(zhì)疑、勇于探索”的科學精神；在拓展應用中，體會化學科學的社會價值，增強學好化學造福人類的信念，培養(yǎng)學生“科學精神與社會責任”的核心素養(yǎng)。

六、教學過程

（一）小組展示生活中的丁達爾效應

[創(chuàng)設情境]在課前請學生們用激光筆尋找生活中能夠產(chǎn)生丁達爾效應的分散系。接下來請他們現(xiàn)場展示自己發(fā)現(xiàn)的生活中的丁達爾效應。

[小組展示]學生演示自己的發(fā)現(xiàn)（煙、水霧、飲料、肥皂水、印章）。

[導入課題]剛剛所展示的可以產(chǎn)生丁達爾效應的分散系就是今天要學習的新的分散系類型——膠體。

[講述]根據(jù)膠體的分散劑的狀態(tài)可以把膠體分為：氣溶膠、液溶膠和固溶膠。

[設疑]剛才所展示的生活中的膠體，都分別屬于哪種類型呢？

[學生回答]氣溶膠：煙、水霧；液溶膠：飲料、肥皂水；固溶膠：印章。

[小結(jié)]還可以根據(jù)膠體的分散質(zhì)和分散劑的狀態(tài)，把膠體進一步細分為：氣氣溶膠、氣液溶膠、固液溶膠、液氣溶膠、液液溶膠、液氣溶膠等九種類型。

（二）宏微結(jié)合構(gòu)建膠體的本質(zhì)特征

[實驗探究]請各學習小組用激光筆判斷（泥水、豆?jié){、NaCl溶液、淀粉膠體、Fe（OH）3膠體）等分散系是否具有丁達爾效應。

[學生匯報實驗現(xiàn)象]泥水、豆?jié){、NaCl溶液都沒有丁達爾效應，淀粉膠體、Fe（OH）3膠體具有丁達爾效應。

[設疑]為什么會產(chǎn)生丁達爾效應呢？

[播放]用激光筆照射空氣中的淀粉顆粒的發(fā)光實驗視頻（視頻截圖如圖4所示）。

[提問]用激光筆分別照射空氣中的面粉顆粒和面粉膠體產(chǎn)生的現(xiàn)象有什么區(qū)別？

[學生回答]淀粉膠體中產(chǎn)生的光路是連續(xù)的，空氣中的淀粉顆粒產(chǎn)生的光路是斷斷續(xù)續(xù)的，是由空氣中的無數(shù)個“發(fā)紅光”的淀粉顆粒匯聚成了光亮的通路。

[追問]淀粉顆粒本身就是“發(fā)光”的嗎？如果不是，為什么淀粉顆粒會變成“發(fā)光”的小顆粒？這是物理光學中的什么現(xiàn)象？請閱讀書本第9頁資料卡片，嘗試回答以上問題。

[學生回答]可見光的波長為400nm ～ 700nm，膠體粒子的直徑為1～100nm，能使光波發(fā)生散射。

[追問]為什么NaCl溶液、泥水沒有丁達爾效應呢？

[學生回答]溶液也發(fā)生光的散射，但是溶液中粒子的直徑小于1nm，散射極其微弱。而濁液的分散質(zhì)粒子直徑大于100nm，能使光的波長發(fā)生反射。所以，當光束通過膠體時可以觀察到丁達爾效應，而通過溶液和濁液時則看不到這種現(xiàn)象。

[過渡]請你嘗試通過圖示的方式，解釋這一實驗現(xiàn)象。

[學生活動]討論并繪制丁達爾效應產(chǎn)生的微觀模型，如圖5所示。

[學以致用]如何區(qū)分膠體和溶液？

[總結(jié)]膠體鑒別的原理：利用丁達爾效應。

[講述]當光束通過膠體時，可以在與光束垂直的方向觀察到一條光亮的“通路”，這種現(xiàn)象叫做丁達爾效應。

[過渡]除了課前所尋找到的分散系以外，常見的晨霧、煙、白云、煙水晶、有色玻璃等都是膠體。

[提問]請結(jié)合丁達爾效應產(chǎn)生的原因和書本閱讀材料，總結(jié)膠體與溶液和濁液的本質(zhì)區(qū)別是什么？

[學生回答]膠體的本質(zhì)：分散質(zhì)粒徑在1nm～100nm之間。

（三）動手實驗，在實驗中升華認識

[實驗探究]剛剛已經(jīng)通過實驗證明泥水和豆?jié){沒有丁達爾效應，那么如果將泥水和豆?jié){稀釋，會不會產(chǎn)生丁達爾效應呢？請同學們完成實驗探究。

[學生匯報實驗現(xiàn)象]稀釋后的泥水和豆?jié){具有丁達爾效應，如圖6所示。

[提出問題]基于以上實驗事實，你對膠體有什么新認識？

[學生回答]膠體只是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，不是一種固有狀態(tài)，同一種分散系在某些條件下不是膠體，但改變條件后可能是膠體。

[展示]2012年和2015年不同版本的教材（如圖7所示）。

[提問]教科書內(nèi)容的改變，你有什么樣的感受和思考？

[學生回答]要樹立敢于質(zhì)疑權(quán)威的理念和意識，敢于探索、敢于求知的科學精神以及要尊重客觀實驗事實的科學研究的基本理論素養(yǎng)。

[設疑] NaCl水溶液沒有丁達爾效應，那NaCl在其他分散系中也沒有丁達爾效應嗎？

[實驗探究]請配制NaCl的乙醇溶液，完成實驗探究。

[學生匯報實驗現(xiàn)象] NaCl的乙醇溶液具有丁達爾效應，如圖8所示。

[提問]請結(jié)合實驗現(xiàn)象思考，你對膠體還有沒有新的認識？

[學生回答]同一種分散質(zhì)在不同的分散劑中，可能是膠體。

（四）小組合作，再探膠體的性質(zhì)

[設疑]膠體還有哪些性質(zhì)呢？請同學們回憶溶液和濁液的性質(zhì)，結(jié)合膠體的粒徑特征，推測膠體的性質(zhì)。

[學生回答]膠體的粒徑大小在溶液和濁液之間，因此我推測膠體的穩(wěn)定性介于溶液和濁液之間。

[講述]溶液具有穩(wěn)定性，而濁液具有不穩(wěn)定性。而膠體的穩(wěn)定性介于溶液和濁液之間，屬于介穩(wěn)體系，具有介穩(wěn)性。

[設疑]我們發(fā)現(xiàn)豆?jié){稀釋后能得到膠體，說明濁液可以變成膠體，那么膠體能不能變成濁液呢？你覺得可以用什么方法呢？

[小組討論后并回答]攪拌、加熱。

[播放]教師錄制的攪拌和加熱使膠體聚沉的視頻。

[過渡]除了攪拌、加熱，你還能想到其他方法嗎？

[實驗探究]有學生提出可以嘗試加入“某些物質(zhì)”，那么加入什么物質(zhì)可以使膠體聚沉呢？請完成將飽和的Na2SO4溶液加入Fe（OH）3膠體之中，觀察實驗現(xiàn)象。

[學生匯報實驗結(jié)果] Fe（OH）3膠體發(fā)生了聚沉。

[過渡]我們把膠體粒子聚集成為較大的顆粒，從而形成沉淀從分散劑里析出的過程稱為膠體的聚沉。而該實驗中所加入的Na2SO4就是我們在第二節(jié)要學習的電解質(zhì)。

[總結(jié)]膠體聚沉的3種方法。

[聯(lián)系生活]請用膠體聚沉的知識解釋鹵水點豆腐和江河入海處形成沙洲的原理。

（五）聯(lián)系前沿，拓展視野

[設疑]分散質(zhì)粒子直徑的大小對分散系的性質(zhì)會有影響嗎？

[展示]《2023年諾貝爾化學獎解讀：量子點點亮未來》（科普中國出品）。

[總結(jié)]量子點的大小決定它發(fā)出什么樣的光。例如天然的硒化鎘和納米級的硒化鎘存在著不同的顏色（展示圖片）。因此物質(zhì)的性質(zhì)與它的尺度具有密切的聯(lián)系，即所謂尺度效應。

[過渡]事實上，我們把材料尺寸在0. 1nm～ 100nm之間的材料稱為納米材料。那你知道納米材料在生活中有哪些應用嗎？

[學生回答]納米材料在生活中的應用，例如納米衣服、納米餐具、納米涂料、納米輪胎等。

[過渡]除了在日常生活中，納米材料在醫(yī)療等前沿科技領域也有著重要應用。

[播放]中科院科普創(chuàng)意短片《基于納米材料的腫瘤診斷與治療技術(shù)》。

（六）重走膠體的探索之路

[歸納]梳理學習過程并介紹膠體的發(fā)展歷史（如圖9所示）。

[升華]通過本節(jié)課學習過程和膠體發(fā)展歷史過程的比對，我們會發(fā)現(xiàn)今天每一個學習進程都是人類文明發(fā)展進程的縮影。

[提問]膠體的發(fā)展歷史對你有什么啟示？

[學生回答]膠體的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展是眾多科學家團結(jié)一心、奮力探索的結(jié)果；膠體的發(fā)展史中深刻體現(xiàn)了科學家嚴謹求實的科學態(tài)度、迎難而上的探索精神和創(chuàng)新精神；化學對人類文明和社會發(fā)展做出了巨大的貢獻。

[布置作業(yè)]自主設計主題為“膠體與化學”的手抄報。

七、收獲與反思

本節(jié)課圍繞膠體的教學內(nèi)容和核心素養(yǎng)的培育，設計了層層遞進的實驗探究活動，注重實驗證據(jù)的推理以實現(xiàn)知識的主動建構(gòu)，營造了平等、和諧、自由的探究氛圍，使得核心素養(yǎng)得到了有效地落實和滲透。相比于教學行為的反思，筆者思考得更多的是如何幫助高一的學生更好地成長。

（一）注重價值引領，落實課程思政

高中階段是學生精神生命發(fā)育發(fā)展的特殊時期和關鍵時期，需要對其進行必要的、健康的價值引領。價值引領的目的是培養(yǎng)學生正確的價值觀。高中化學學科中蘊含著具體豐富、不盡相同的價值內(nèi)容及形態(tài)。因此教師要充分挖掘化學學科的育人資源，幫助學生明確什么是有價值的、有意義的，什么是值得追求的、堅守的、效仿的。例如本節(jié)課筆者以膠體的發(fā)展歷史和納米科技的廣泛應用作為價值引領的材料，使學生感悟到科學的艱辛和曲折，培養(yǎng)學生的為社會和國家貢獻力量的責任感。

（二）注重思維啟迪，主動建構(gòu)知識

人的思維具有開放性、生成性的特點。高一學生正處于高中思維構(gòu)建的關鍵節(jié)點，其思維一旦模式化、格式化，就不可能有創(chuàng)新和能力的發(fā)展。教師要從根本上改變知識授課的教學方式和“記—練—考”的教學模式，讓學生有更多的機會直接面對原生態(tài)的問題情境。化學學科是一門實踐性非常強的學科，教師要注重實驗探究，充分發(fā)揮學生的主動性，在實驗中幫助學生建構(gòu)核心知識，培養(yǎng)學生科學的思維方式，實現(xiàn)核心素養(yǎng)的有效落地。本節(jié)課在實驗探究中，學生從微觀結(jié)構(gòu)和原理出發(fā)解釋丁達爾效應的宏觀現(xiàn)象，繪制微觀模型，落實“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生學會用事實進行推理和論證的思維能力，使學生加深對膠體的理解，認識到膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)化及實質(zhì)（粒徑大小的變化），形成對立與統(tǒng)一的化學觀念，樹立科學探究的意識，使得“變化觀念與平衡思想”“科學探究與創(chuàng)新意識”得到了落實。

（三）注重品格塑造，培育優(yōu)秀品質(zhì)

衡量一個人是否是“受過教育的人”的根本標準，不在知識，而在各種良好的行為習慣和品德。高中化學的課堂學習不僅是知識輸入的過程，也是學生行為習慣和個人修養(yǎng)養(yǎng)成的過程。因此教師要在課堂教學中注意學習方法和道德品質(zhì)的培養(yǎng)。本節(jié)課中引導學生通過自主閱讀書本歸納丁達爾效應產(chǎn)生的原因，塑造學生自主學習的良好品質(zhì)；通過教科書之中的“一字之差”，使學生樹立了“尋求真理、尊重事實、敢于質(zhì)疑”的優(yōu)秀品質(zhì)，使得學生的辯證思維得到了發(fā)展。

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（責任編輯：加順花）