陳媛媛 樊亞軍 楊海艷

摘要：將膠體制備、膠體丁達爾效應(yīng)、膠體透析、膠體凝聚等實驗進行了主題化、系列化的設(shè)計與整合。本系列實驗將知識性、趣味性、可視化、生活化進行了較好地融合，運用于高中化學(xué)拓展類課程中，能作為對課堂教學(xué)的有效彌補與拓展，也能顯著地激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習、探究興趣，為上海新高考背景下高中化學(xué)拓展課的開發(fā)提供思路。

關(guān)鍵詞：高考改革;拓展課;實驗設(shè)計;膠體實驗;趣味實驗

文章編號：1008-0546（2021）09-0058-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.015

一、問題的提出

距新高考改革方案在上海落地實施已過去四年。作為一線化學(xué)教師，我們見證了四屆學(xué)生在高考新政下學(xué)習策略的轉(zhuǎn)變，也見證了化學(xué)學(xué)科的起落。據(jù)復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)教師曾德琨報道，該校在以往“3+1”模式下選考化學(xué)的學(xué)生數(shù)占年級總?cè)藬?shù)的300-/0左右，而2017年這個數(shù)字則躍升至72%[1]。2018年，在有關(guān)部門相繼公布了“建立物理選考科目保障機制”“2020年擬在滬招生普通高校本科專業(yè)選考科目要求”[2]等文件后，這一局面又發(fā)生了陡轉(zhuǎn)。新選考要求中，物理必選的專業(yè)數(shù)量從2018屆的57個陡增至2020屆的366個，甚至出現(xiàn)了物理系必選物理，化學(xué)系卻可以物理、化學(xué)二選一的要求。這就意味著不選物理等于自動放棄29%的專業(yè)選擇機會。加之大部分學(xué)生都選擇在高二考掉生物、地理兩門科目以減輕高三備考的壓力，最終導(dǎo)致很大一部分學(xué)生在物理、化學(xué)兩門科目中選擇物理而放棄化學(xué)。從化學(xué)學(xué)科發(fā)展的角度出發(fā)，這使我們失去了很多優(yōu)秀的生源，甚至有教師擔憂未來會出現(xiàn)因選考化學(xué)學(xué)生人數(shù)大幅減少而無學(xué)生可教的局面。

另一方面，“普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）”（以下簡稱“新課標”）在“課程內(nèi)容”中也明確列出了各類課程下的學(xué)生必做實驗——必修課程9個、選擇性必修課程8個，甚至給出了相應(yīng)的學(xué)習活動建議[3]。當下，“新高考”“新課標”“新教材”一同將上海的實驗教學(xué)推至了前所未有的位置，上海高中實驗教學(xué)也因此日益向規(guī)范化靠攏[4-6]。但同時，一些在傳統(tǒng)高考制度下衍生出來并遺留下來的實驗教學(xué)習慣也依然存在。例如：上海雖然已經(jīng)在全市范圍內(nèi)普及了高中學(xué)生實驗，但平均每學(xué)期僅有1～2課時，課時嚴重不足;各高中雖然開設(shè)了“新課標”規(guī)定的學(xué)生實驗，但實驗的創(chuàng)新程度不夠，絕大多數(shù)實驗的訓(xùn)練目標依然局限在滿足實驗操作合格考的要求?，F(xiàn)行的高中實驗教學(xué)方式遠遠不能滿足實際需求，以至于很多性質(zhì)、現(xiàn)象變成了學(xué)生口中的“傳說中的某某物質(zhì)”。長此以往不僅使得學(xué)生學(xué)習化學(xué)的興趣降低，更將實驗教學(xué)陷入了為應(yīng)付考試而“講實驗、背實驗”的尷尬境地。實驗現(xiàn)象越背越熟，實驗結(jié)論卻越背越死，這正與化學(xué)等級考對實驗題的考察趨勢背道而馳。例如，在2018年上海高中化學(xué)等級考中考查到向飽和食鹽水中滴加少量濃鹽酸，有白色固體析出，問該固體是什么。一部分學(xué)生回來反饋說“感覺是氯化鈉，但是不敢寫，覺得這可能嗎？”看似再熟悉不過的實驗和物質(zhì)，一旦出現(xiàn)新的情境或組合方式學(xué)生便不知所措，這正是由于他們大部分時間是“背實驗”而非“做實驗”。

二、我們的思考

新高考改革方案的實施的確給化學(xué)學(xué)科帶來了不小的挑戰(zhàn)，但是改革已經(jīng)是中國基礎(chǔ)教育發(fā)展至今的必行之勢，那么在當下較為嚴峻的學(xué)科環(huán)境之下，我們教師能做什么？在“新高考”“新課標”“新教材”的多重背景下，筆者認為現(xiàn)階段能夠最快落實并且每一位教師都能找到著手點的方法就是讓化學(xué)重返它的本真——用實驗的魅力喚醒、留住更多真正熱愛化學(xué)、對化學(xué)探究抱有熱情的學(xué)生?；叵肫鹉阄易畛醣弧盎瘜W(xué)”這兩個字吸引的原因難道不正是其變幻豐富的實驗現(xiàn)象嗎？基于以上思考，筆者認為適當?shù)乩猛卣拐n將多個實驗按主題整合為學(xué)生實驗，一方面可以作為對課內(nèi)知識點的補充使知識系統(tǒng)化，讓學(xué)生感受到化學(xué)的魅力和化學(xué)的真實性，從而激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習、探究興趣，另一方面希望借此為化學(xué)如何走出當下嚴峻的學(xué)科環(huán)境提供一個思路。我們嘗試了將滬科版高中化學(xué)教材中多次出現(xiàn)的有關(guān)“膠體”的實驗進行整合，設(shè)計出如下一組實驗，并在拓展課上實踐，在學(xué)生中收到了良好的反饋。

三、以“膠體實驗的趣味化設(shè)計”為例來開發(fā)拓展實驗

滬科版高中化學(xué)教材第七章鹽類的水解、第八章金屬的性質(zhì)中分別提到鐵離子、鋁離子能夠水解得到膠體，并提及生成的膠體對水中雜質(zhì)有吸附作用，能夠用作凈水劑。在水解平衡一節(jié)還涉及到解釋將氯化鐵溶液滴入沸水中制備氫氧化鐵膠體的原理。教材中多次出現(xiàn)膠體及其性質(zhì)的內(nèi)容，并且均與重要知識點相關(guān)聯(lián)。因此，我們對課內(nèi)出現(xiàn)過的膠體實驗進行整合并開發(fā)了層層遞進的系列實驗作為校本拓展課內(nèi)容，也作為對課堂教學(xué)的補充，這有利于提高學(xué)生的動手能力，使學(xué)生建立立體的化學(xué)學(xué)科觀。

1.實驗設(shè)計思路

當分散劑是液體時，根據(jù)分散質(zhì)粒子的直徑，分散系可分為溶液、膠體和懸濁液。溶液中分散質(zhì)粒子的直徑小于1nm，膠體中分散質(zhì)粒子的直徑在1～100nm之間，而當分散質(zhì)粒子的直徑大于100nm時則形成懸濁液。溶液、膠體和懸濁液的本質(zhì)區(qū)別是分散質(zhì)粒子直徑的差別，也正是這一差別賦予了三種體系各自不同的性質(zhì)。其中，膠體具有獨特的光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和介穩(wěn)性質(zhì)等。

（1）丁達爾效應(yīng)

膠體微粒由于其特殊的粒徑而對光線有散射作用，因此當光束透過膠體時可看到一條“光路”，這種現(xiàn)象叫丁達爾效應(yīng)。而在溶液或懸濁液中，分別因為分散質(zhì)粒子直徑太小而對入射光的散射作用很微弱或分散質(zhì)粒子直徑太大而使入射光發(fā)生反射，均無“光路”出現(xiàn)。因此，丁達爾效應(yīng)常被用來區(qū)分溶液與溶膠。

（2）凝聚作用

溶液、膠體和懸濁液的另一個主要區(qū)別體現(xiàn)在體系的穩(wěn)定性上，相比于溶液均一而穩(wěn)定的特點和懸濁液快速沉降的特點，膠體則在一定條件下能夠穩(wěn)定存在較長的時間。而當加入電解質(zhì)、加熱或者加入異性電荷膠團時會導(dǎo)致溶膠的聚沉。

以上幾個方面的性質(zhì)在中學(xué)實驗條件下相對便于實踐與觀察。因此，我們從上述角度出發(fā)設(shè)計、整合了下列的系列實驗。學(xué)生通過制備多種膠體，依次實現(xiàn)了對膠體的丁達爾效應(yīng)、滲析作用和凝聚作用的觀察，最后將膠體知識進一步延伸至生活中使用的奶酪.納米碳等制作中，讓學(xué)生切實感受到學(xué)與用、課堂與生活的真實關(guān)聯(lián)。

2.膠體的制備與性質(zhì)觀察

（1）氫氧化鐵、氫氧化鋁膠體的制備——觀察丁達爾效應(yīng)

氫氧化鐵膠體的制備與觀察：向一50mL的燒杯中加入25mL蒸餾水并加熱煮沸，向沸水中滴入5滴飽和氯化鐵溶液，繼續(xù)加熱至溶液呈紅褐色后停止加熱，便得氫氧化鐵膠體。將制得的氫氧化鐵膠體與等量的硫酸銅溶液對照，用激光筆照射，可以看到氫氧化鐵膠體中呈現(xiàn)“光路”，而硫酸銅溶液中沒有“光路”。

氫氧化鋁膠體的制備與觀察：明礬溶于水后電離出的鋁離子與碳酸鈉溶于水后電離出的碳酸根發(fā)生雙水解，生成氫氧化鋁膠體。取一個100mL的燒杯，加入50mL蒸餾水，然后向其中滴入7滴飽和明礬水溶液、3滴飽和碳酸鈉溶液。可以看到體系的透明度立即下降，并能觀察到丁達爾效應(yīng)。

（2）淀粉膠體的制備——觀察滲析作用

半透膜是一種具有一定孔隙的薄膜。受孔隙直徑的限制，半透膜對透過物質(zhì)具有選擇性，一般只允許離子和小分子物質(zhì)通過，而生物大分子、膠體顆粒等不能自由通過半透膜。玻璃紙就屬于半透膜的一種。利用膠體顆粒不能透過半透膜的性質(zhì)，可以用半透膜把膠體中的分子、離子通過滲析而分離出去，這是一種分離、提純膠體的方法。

將淀粉膠體與1mL氯化鈉溶液放入玻璃紙中并懸掛在盛有蒸餾水的燒杯中，靜置10分鐘后取出玻璃紙，分別向紙中、燒杯中滴加兩滴碘水和硝酸銀溶液，觀察現(xiàn)象。可以清楚地看到紙中體系變藍色，燒杯中出現(xiàn)白色渾濁，說明紙中的氯化鈉穿過半透膜到達了燒杯中而淀粉膠體不能（見圖1）。

3.生活中的膠體

（1）檸檬奶酪的制作——膠體的凝聚

將檸檬切片備用;向250mL燒杯中倒入150mL的牛奶并加熱到50℃;向其中擠入檸檬汁并攪拌，可以觀察到牛奶膠體逐漸發(fā)生變化，最終凝聚成顆粒，靜置冷卻;將紗布鋪在燒杯口，把已經(jīng)凝聚的牛奶緩慢倒人、過濾，然后提起紗布將水擠出，就得到清新香甜的檸檬奶酪啦（見圖2）。

（2）納米碳的提取——膠體的制備

乙炔是學(xué)生在高中化學(xué)中接觸到的一種具有代表性的不飽和烴，且在生活中有著廣泛而重要的用途?，F(xiàn)行高中教材中都提及用碳化鈣與水反應(yīng)制取乙炔，并點燃制得的乙炔來觀察明亮火焰及大量黑煙。關(guān)于黑煙的產(chǎn)生，教材中解釋為由于乙炔分子中碳的質(zhì)量分數(shù)很高，導(dǎo)致碳元素燃燒不充分而產(chǎn)生大量碳顆粒。其實，據(jù)有關(guān)報道顯示這種碳顆粒的粒徑處在納米級別[7]，恰在膠體的粒徑范圍之內(nèi)。因此，可以將乙炔燃燒的固體產(chǎn)物收集，并根據(jù)相似相溶的原理，將碳顆粒分散于低極性有機溶劑中，從而得到炭黑膠體。這一設(shè)計將多個課內(nèi)實驗——乙炔的制備與性質(zhì)實驗、溶解過濾操作、膠體的性質(zhì)實驗等進行了融合，讓學(xué)生在一個實驗之內(nèi)對多種化學(xué)實驗操作得到完整的訓(xùn)練。

具體操作步驟：在圓底燒瓶中放幾小塊碳化鈣，旋開分液漏斗活塞，使水慢慢滴下，用排水法收集多支試管的乙炔氣體[8]，并用橡膠塞塞緊試管口。用火柴點燃收集到的乙炔氣體，并迅速用橡膠塞輕輕蓋住試管口（虛掩即可），發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)生的黑絮大都落于試管底部。然后用少量甲苯將炭黑溶解，過濾除去不溶物即得到炭黑膠體。用激光筆照射觀察丁達爾效應(yīng)。

四、反思

1.實驗達到的效果

該實驗設(shè)計是對課堂教學(xué)內(nèi)容——水解、水解平衡、金屬的性質(zhì)、乙炔的性質(zhì)的補充與拓展，將散布在多個模塊內(nèi)的瑣碎知識點進行了整合，得到一個具有系列性的學(xué)生實驗方案。本系列實驗將知識性、趣味性、可視化、生活化進行了較好地融合，應(yīng)用于高中化學(xué)拓展類課程，不僅能作為對課堂教學(xué)的有效彌補與拓展，也能顯著地激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習、探究興趣。

學(xué)生通過親自動手實驗不僅深化了對膠體的認識，同時也體會到化學(xué)與生活、生產(chǎn)的聯(lián)系。在豐富、有趣的實驗氛圍中，學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了鍛煉，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)也得到了提升。

2.實驗存在的不足及展望

為了在“膠體”的框架下豐富拓展課內(nèi)容，本實驗設(shè)計在膠體制備、膠體丁達爾效應(yīng)和透析效應(yīng)觀察的基礎(chǔ)上增加了膠體的凝聚實驗。雖然膠體的凝聚實驗操作簡單、現(xiàn)象直觀明顯，但其背后所涉及的膠體體系性質(zhì)、膠體雙電層理論是滬科版高中化學(xué)教材中不包含的內(nèi)容。學(xué)生對這部分內(nèi)容相對陌生，對雙電層的形成、破壞等理論的理解存在一定障礙。因此這一個實驗只能做到讓學(xué)生從感官上感受膠體的這一點特性，不能做到深入地理解和挖掘。

因此，在課程實施上重在膠體基礎(chǔ)知識的講解和體會，著力培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的價值觀和情感態(tài)度。對于一部分未來有可能選考化學(xué)或有志于從事化學(xué)研究的學(xué)生可考慮由教師帶領(lǐng)繼續(xù)以課題的形式進行探究式學(xué)習。具體形式可以是結(jié)合上海市高中學(xué)生綜合素質(zhì)評價中的研究型課題展開，也可以是結(jié)合教師所開展的相關(guān)教科研課題展開。

參考文獻

[1] 曾德琨.應(yīng)對上?；瘜W(xué)等級考試的思路轉(zhuǎn)換和教學(xué)策略[J].化學(xué)教學(xué)，2017，3：89-92

[2] 2020年擬在滬招生普通高校本科專業(yè)選考科目要求[Z].上海市教育考試院，2018-05-30

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

[4]劉麗君，宋曉紅.上海市楊浦區(qū)高中化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查與分析[J].化學(xué)教育，2015，13：59-62

[5]衛(wèi)澤敏.高中化學(xué)實驗思想與方法教學(xué)研究現(xiàn)狀調(diào)查[J].課程教育研究，2015，19：171

[6] 焦蓉.建立綠色化的高中化學(xué)實驗及實驗教學(xué)新體系[J].化學(xué)教學(xué)，2007，11：6-9

[7] 重慶天然氣化工研究所.天然氣濃乙炔制乙炔炭黑[J].天然氣化工（Cl化學(xué)與化工），1980，2：48

[8]上海市中小學(xué)（幼兒園）課程改革委員會.高級中學(xué)課本化學(xué)高中二年級第二學(xué)期（試用本）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008：30