化學(xué)核心概念對校本課程研究的指引

孫海艷

20世紀(jì)80年代末和90年代初，中國課程改革的步伐日益加快，1996年原國家教委頒發(fā)的《全日制普通高級中學(xué)課程計(jì)劃（試驗(yàn)）》規(guī)定，學(xué)校應(yīng)該“合理設(shè)置本學(xué)校的任選課和活動課”。近年來，課程多樣化的趨勢進(jìn)一步加快，國家把選修課的決策權(quán)交給地方和學(xué)校。校本課程作為學(xué)校自主決定的課程，它的開發(fā)主體是教師。教師在實(shí)踐中，分析自己所面對的教學(xué)現(xiàn)狀，包括學(xué)生需求，教師個(gè)人能力以及學(xué)校的硬件設(shè)施等，確定目標(biāo)，選擇與組織內(nèi)容，決定實(shí)施與評價(jià)的方式。

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）》指出：“化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)探究活動，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力?！薄墩n程標(biāo)準(zhǔn)》還指出：“在教學(xué)中應(yīng)密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識化學(xué)與環(huán)境、化學(xué)與資源、化學(xué)與人類健康的關(guān)系，逐步樹立科學(xué)發(fā)展觀，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，增強(qiáng)對自然和社會的責(zé)任感，在實(shí)踐中不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使其在面臨和處理與化學(xué)有關(guān)的社會問題時(shí)能做出更理智、更科學(xué)的思考和判斷?！?/p>

在化學(xué)教學(xué)中，核心概念是指那些居于學(xué)科中心、具有超越課堂持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理和方法。可以說，具體知識是化學(xué)基本觀念形成的載體，具體化學(xué)核心概念是通過平時(shí)的學(xué)習(xí)過程點(diǎn)滴積累的結(jié)果。因此，中學(xué)化學(xué)教學(xué)必須超越對知識本身的認(rèn)識，從傳授事實(shí)、掌握知識轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂檬聦?shí)、發(fā)展觀念，即要從“知識為本”的教學(xué)轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”的教學(xué)。學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)是為了進(jìn)一步學(xué)習(xí)與應(yīng)用，學(xué)習(xí)和思考不能與真實(shí)生活脫節(jié)，一個(gè)帶有強(qiáng)烈生活性以及與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的課堂設(shè)計(jì)，可以構(gòu)筑起化學(xué)知識的“主場”，可以解決、解釋生活中諸多的耳熟能詳?shù)默F(xiàn)象，學(xué)會用化學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。膠體內(nèi)容從應(yīng)試的角度并不是中學(xué)化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，但對高一新生來說，這個(gè)內(nèi)容恰好是學(xué)生在參與、親身體會感受化學(xué)的一個(gè)很好素材，且膠體與生產(chǎn)、生活實(shí)際聯(lián)系密切，讓學(xué)生充分感受到化學(xué)與生活的密不可分，對培養(yǎng)其學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣提升是一個(gè)重要的機(jī)會。本節(jié)課以膠體的制備、膠體的宏觀特征和微觀解釋、創(chuàng)造條件實(shí)現(xiàn)膠體、溶液、濁液的的轉(zhuǎn)化以及對膠體在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用的了解過程，著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科價(jià)值觀、宏微觀、實(shí)驗(yàn)觀和轉(zhuǎn)化觀。

一、研究背景

學(xué)生對膠體的學(xué)習(xí)后，對于膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象、膠體分散系中的分散質(zhì)粒子的直徑在1 nm～100 nm之間等知識，記憶深刻，但卻經(jīng)常在牛奶是膠體還是乳濁液以及氯化鐵與濃NaOH溶液反應(yīng)后能否得到氫氧化鐵膠體這樣的問題上猶豫不決，不敢定論。由此不難看出，正是因?yàn)槟z體在應(yīng)試中的地位“不高”，因?yàn)榻虒W(xué)時(shí)間安排不足，一般就是半節(jié)課，所以其學(xué)習(xí)過程就顯得過于粗糙、淺顯和表面化。而校本課程作為目前學(xué)校教學(xué)活動中不可或缺的一部分，恰好可以彌補(bǔ)這個(gè)不足，在筆者開設(shè)的《化學(xué)與生活》的校本課程中排入了《膠體就是我身邊》這節(jié)課，通過一系列小型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)溶液、膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)變，此過程中學(xué)生充分體會到膠體這個(gè)概念不是一個(gè)孤立的“新生態(tài)”，其與學(xué)生已經(jīng)熟悉的溶液、濁液一樣，是一個(gè)混合體系，是一個(gè)微粒集體對另一種微粒的“容納”，但這種微粒特殊的微觀粒子（其被“容納”微粒的直徑在1 nm～100 nm之間），使其在生活、生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。

二、學(xué)習(xí)實(shí)踐過程

1.設(shè)計(jì)多個(gè)得到膠體的過程，培養(yǎng)轉(zhuǎn)化觀

化學(xué)核心素養(yǎng)對轉(zhuǎn)化觀要求，能從不同視角認(rèn)識化學(xué)變化的多樣性；能運(yùn)用對立統(tǒng)一思想和定性定量結(jié)合的方式揭示化學(xué)變化的本質(zhì)特征；能對具體物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)變化做出解釋或預(yù)測；能運(yùn)用化學(xué)變化的規(guī)律分析說明生產(chǎn)、生活實(shí)際中的化學(xué)變化。

（1）通過向沸騰的蒸餾水中逐滴加入1 mL-2 mL飽和FeCl3溶液，繼續(xù)煮沸至液體呈紅褐色，停止加熱.用激光筆照射燒杯中的液體，可以看到一條光亮的“通路”，即丁達(dá)爾效應(yīng)。通過對硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的對比實(shí)驗(yàn)，落實(shí)丁達(dá)爾效應(yīng)是膠體的特性。

（2）將牛奶、豆?jié){、淀粉等加水稀釋，觀察在稀釋過程中用激光筆照射這些溶液，有光亮的“通路”出現(xiàn)，產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了從濁液到膠體的轉(zhuǎn)變。再繼續(xù)加入過量水，光路會消失，繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤骸?/p>

（3）將制得的氫氧化鐵膠體繼續(xù)加熱，觀察其由透明澄清的紅褐色“溶液”最終轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色沉淀，實(shí)現(xiàn)了膠體向濁液的轉(zhuǎn)化。

（4）向氯化鐵溶液中加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液，觀察其產(chǎn)生紅褐色沉淀。

（5）將上述（4）實(shí)驗(yàn)中的氫氧化鈉依次稀釋1倍、2倍、5倍、10倍后分別加入等濃度的氯化鐵溶液中，觀察其隨濃度降低，沉淀越來越少，最終不能產(chǎn)生沉淀；再將氯化鐵溶液，與不同濃度氫氧化鈉反應(yīng)后的產(chǎn)物一一用激光筆照射，觀察其均有丁達(dá)爾現(xiàn)象產(chǎn)生。

（6）找找身邊的膠體。自來水、隨身攜帶的學(xué)校的直飲水以及買來的礦泉水、純凈水；水沸騰出來的水蒸氣；氯化鐵溶液、氫氧化鐵沉淀均可作為實(shí)驗(yàn)對象，做丁達(dá)爾實(shí)驗(yàn)。并記錄了如下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：能產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象的有自來水，三氯化鐵溶液，水蒸氣，氫氧化鐵沉淀；不能產(chǎn)生的有直飲水，買來的礦泉水和純凈水。

通過上述一系列實(shí)驗(yàn)的探究過程，深刻體會膠體與溶液、濁液的無二組成，都是一種微粒擴(kuò)散到另一種體系中的混合體系，其不同只是被分散的微粒分散質(zhì)粒子的直徑落在了溶液和濁液之間，處于1 nm～100 nm之間，而溶液中溶質(zhì)的直徑小于1 nm，濁液中分散質(zhì)的直徑大于100 nm，膠體中分散質(zhì)粒子的直徑恰好處于溶液和濁液之間。通過探究明確在一定條件下，濁液和溶液可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體，膠體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闈嵋汉腿芤?。所以牛奶是濁液，牛奶溶液就是膠體；淀粉溶于一定量的水得到的淀粉溶液其屬于膠體范疇；明確只要分散質(zhì)粒子的直徑恰好落在1 nm～100 nm之間得到的混合液屬于膠體；比如NaCl溶于水得到溶液，因?yàn)槠湓谒腥芙舛却?，溶于苯或汽油得到的就是膠體。肥皂水在陽光下呈現(xiàn)出五顏六色的光彩正是因?yàn)槠洚a(chǎn)生了丁達(dá)爾現(xiàn)象，云、霧、煙是通過不同微粒分散到空氣中形成的膠體，霧霾是指直徑小于2.5微米的顆粒。如果這種顆粒分散在空氣中，也可認(rèn)為是膠體，如果單純說霾，因其分散質(zhì)直徑為2.5微米，就不能認(rèn)為是膠體了。

布魯納曾說：“孩子們在教室里的所為和科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室的所為只有程度不同，沒有本質(zhì)區(qū)分”。通過不同層次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，吸引學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的感召下，使隱含的知識顯露出來，逐步分析整體面貌，這應(yīng)該是化學(xué)學(xué)科教學(xué)知識的基本內(nèi)涵所在。干凈的空氣盡管是混合物，但沒有合適的分散劑，只是單一成分，所以不能稱為膠體；自來水的丁達(dá)爾現(xiàn)象是因?yàn)槠渲谢煊辛穗s質(zhì)，雜質(zhì)充當(dāng)了分散質(zhì)，水做了分散劑，形成一種分散系；房間里如果有丁達(dá)爾現(xiàn)象是因?yàn)榇髿庵械幕覊m充當(dāng)了分散質(zhì)，現(xiàn)在的房間里沒有看到丁達(dá)爾現(xiàn)象，說明我們的房間里空氣比較清潔；有學(xué)生回憶起自來水如果長期放置后，底部會有少量的沉積物，所以自來水不能直接飲用。討論氯化鐵溶液、氫氧化鐵膠體以及氫氧化鐵沉淀都不是單一的分散系，氯化鐵溶液中混有少量膠體，因?yàn)樗乃馐且恢贝嬖诘?，在沸水中程度會比較大，所以氯化鐵與沸水的反應(yīng)成為氫氧化鐵膠體的制備方法，但也要控制條件防止得到沉淀。氯化鐵與氫氧化鈉反應(yīng)得到沉淀量會比較多，會混有少量膠體，但因?yàn)榛煊写罅康某恋碛糜谥苽淠z體就不是合適的方法。

2.嘗試從微觀組成角度解釋膠體特性，培養(yǎng)宏微觀

化學(xué)是在分子、原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的基礎(chǔ)自然學(xué)科，培養(yǎng)宏微觀要求能從物質(zhì)的宏觀特征入手對物質(zhì)及其反應(yīng)進(jìn)行分類和表征，能從原子、分子水平分析常見物質(zhì)及其反應(yīng)的微觀特征。

PPT解析1869年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾現(xiàn)象。光射到微粒上可以發(fā)生兩種情況，一是當(dāng)微粒直徑大于入射光波長很多倍時(shí)，發(fā)生光的反射；二是微粒直徑小于入射光的波長時(shí)，發(fā)生光的散射，散射出來的光稱為乳光，散射光的強(qiáng)度，隨著顆粒半徑增加而變化。懸（乳）濁液分散質(zhì)顆粒直徑太大，對于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質(zhì)微粒太小，對于入射光散射很微弱，觀察不到丁達(dá)爾現(xiàn)象；只有溶膠才有比較明顯的乳光，這時(shí)微粒好象一個(gè)發(fā)光體，無數(shù)發(fā)光體散射結(jié)果，就形成了光的通路。散射光的強(qiáng)度，還隨著微粒濃度增大而增加，因此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)溶膠濃度不要太稀。

氫氧化鐵膠體的制備過程，實(shí)現(xiàn)了氯化鐵溶液中的溶質(zhì)FeCl3轉(zhuǎn)變?yōu)椋躘Fe（OH）3＼]n，＼[Fe（OH）3＼]n一種分子或其他微粒的聚集體，其大小隨濃度、溫度發(fā)生改變，其分散質(zhì)粒子的直徑恰好落在1nm～100nm之間時(shí)得到的分散系被稱為膠體。

牛奶、淀粉、豆?jié){是化學(xué)中的大分子物質(zhì)，其微觀粒子以淀粉為例可表示為（C6H10O5）n，一個(gè)分子中含有幾百到幾千個(gè)C6H10O5鏈節(jié)，在水分子作用下被分離，隨n的個(gè)數(shù)越來越少，其作為分散質(zhì)微粒的直徑可以減少到1nm～100 nm之間，這時(shí)得到了膠體，因此如果說牛奶、淀粉、豆?jié){溶液是膠體是可以理解的，因其常見濃度下的牛奶、淀粉、豆?jié){溶液都能觀察到明顯的丁達(dá)爾現(xiàn)象，得到所謂的溶液其濃度已經(jīng)非常非常小了。

把課堂還給學(xué)生，讓學(xué)生充分體驗(yàn)、探究，并體會到化學(xué)的無處不在。學(xué)生層次不同，上課的方式會不同，但是融入課堂、充分體驗(yàn)、聯(lián)系生活、生產(chǎn)實(shí)際，

總是專業(yè)學(xué)習(xí)的最終目的。

3.通過了解膠體在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)科價(jià)值觀

（1）了解納米材料的應(yīng)用

納米 （nanometer， nm）= 十億分之一米 （10-9 m），1 nm與1 m相比，相當(dāng)于玻璃彈珠跟地球相比，當(dāng)一個(gè)男人把剃須刀放下那一小段時(shí)間，胡子已經(jīng)長了大約1 nm；人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，大約在1～100納米這個(gè)范圍空間。物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀物質(zhì)的特殊性能的物質(zhì)構(gòu)成的材料，即為納米材料。 納米材料處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，既非典型的微觀系統(tǒng)亦菲典型的宏觀系統(tǒng)，是一種介觀系統(tǒng)，即接近于分子或原子的臨界狀態(tài)。

納米材料并不是膠體，因?yàn)樗粚儆诜稚⑾?，普通材料的組成微粒直徑也在1 nm～100 nm之間范圍之內(nèi)時(shí)，物質(zhì)的性能發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。膠體也有很多特性，在生活、生產(chǎn)中等到廣泛應(yīng)用。

（2）膠體在醫(yī)藥衛(wèi)生方面均有重要的應(yīng)用

人體各部分的組織都是含水的膠體，因此要了解生理結(jié)構(gòu)、病理原因、藥物療效等都要根據(jù)膠體化學(xué)的研究成果。

在臨床醫(yī)學(xué)，腎功能衰竭等疾病引起的血液中毒，可利用血液透析進(jìn)行治療。膠體粒子直徑在1 nm—100 nm之間，不能透過半透膜（半透膜孔徑在1 nm），半透膜是人工合成的膜，小分子可以自由通過半透膜，而多肽、蛋白質(zhì)等膠體顆粒則不能通過。血液透析時(shí)，透析液和血液分別位于半透膜的兩側(cè)，兩者間進(jìn)行物質(zhì)交換。透析能快速糾正腎衰竭時(shí)產(chǎn)生的高尿素氮、高肌酐、高血鉀、高血磷、酸中毒等。

血清紙上電泳利用膠體的電泳現(xiàn)象分離各種氨基酸和蛋白質(zhì)，也是膠體在醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用。膠體粒子帶電荷，在電場中，粒子在分散質(zhì)中能發(fā)生定向移動。血清蛋白電泳對于肝、腎疾病和多發(fā)性骨髓瘤的診斷有意義。醫(yī)學(xué)上越來越多地利用高度分散的膠體來檢驗(yàn)或治療疾病，如膠態(tài)磁流體治癌術(shù)是將磁性物質(zhì)制成膠體粒子，作為藥物的載體，在磁場作用下將藥物送到病灶，從而提高療效。同時(shí)，膠體溶液在急性代謝紊亂治療中也有重要的應(yīng)用。

（3）膠體在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

高壓除塵往往被稱為電泳現(xiàn)象，空氣與灰塵實(shí)際上形成了氣態(tài)膠體。靜電除塵原理是因?yàn)椋覊m本身有電荷，含塵氣體在經(jīng)過高壓靜電場時(shí)，塵粒與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電后，趨向陽極表面放電而沉積.達(dá)到除塵效果。

膠體因?yàn)槠洫?dú)特的微粒直徑在1 nm～100 nm之間，顆粒小比表面大，有吸附作用，常用于凈水。水混濁不清，是因?yàn)樵谒杏性S多泥沙等污物在“游蕩”。較大的泥沙粒子很快就會沉淀下來。而小的已經(jīng)成為膠體粒子了，科學(xué)家經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)泥沙膠體粒子帶的是負(fù)電荷，由于每一個(gè)泥沙膠粒帶的電荷都是一樣的，當(dāng)兩個(gè)膠粒彼此靠近時(shí)，靜電斥力總是使它們分開，它們沒有機(jī)會結(jié)成較大的粒子沉淀下來。

明礬KAl（SO4）2·12H2O 是由硫酸鉀和硫酸鋁混合組成的復(fù)鹽。硫酸鋁和水起化學(xué)反應(yīng)后生成白色絮狀的沉淀——?dú)溲趸X。這種氫氧化鋁，也是一種膠體粒子，帶正電，它一碰到負(fù)電的泥沙膠粒彼此發(fā)生中和，失去了電荷的膠粒，很快就會聚結(jié)在一起，粒子越結(jié)越大，終于沉入水底，這樣，水就變得清澈干凈了，這就是膠體的聚沉。

膠體蓄電池的電解液是硅凝膠，大電流的放電性能很好，且具有優(yōu)秀的深放電回復(fù)性、充放電利用率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

膠體防滅火技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種良好的新型防滅火技術(shù)。 它是利用膠體制成防滅火材料，它具有性能優(yōu)良、 滅火速度快、 安全可靠、 材料來源廣泛、 滅火后不易復(fù)燃和滅火工藝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。

“生活即教育、社會即學(xué)校、教學(xué)做合一”是陶行知生活教育理論的重要思想，教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生用“化學(xué)的眼睛”觀察生活的世界，帶著生活的體驗(yàn)走進(jìn)化學(xué)的世界，再用化學(xué)知識知道生產(chǎn)生活實(shí)際，從而發(fā)揮學(xué)科功能，體驗(yàn)學(xué)科價(jià)值。

校本課程的建構(gòu)更加符合育人目標(biāo)的課程體系，各校對課程內(nèi)容進(jìn)行重組和優(yōu)化，構(gòu)建了富有本校特點(diǎn)的課程結(jié)構(gòu)體系，開展課程整合研究，課程實(shí)施更有效率。校本課程有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)專業(yè)發(fā)展，是對課堂教學(xué)的提升、重組，“課程整合、自主排課”項(xiàng)目，突破“怎么教”這個(gè)空間，進(jìn)入“教什么”的空間，教師更多地要研究“選材”，研究什么是

學(xué)生最需要的，研究什么東西最有價(jià)值、最有意義。利用好校本時(shí)間，探索具有內(nèi)在相關(guān)性的課程資源整合、課程內(nèi)容整合、課程實(shí)施方式整合和信息技術(shù)與專題教育互為載體整合等方式。教師以極高的熱情自發(fā)地整合課程內(nèi)容，開展跨學(xué)科研究，主動建構(gòu)課程，教師的創(chuàng)造力和積極性得到了極大的發(fā)揮。學(xué)生主動參與，積極探究，勤于思考，樂于表達(dá)，學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)減輕了，學(xué)習(xí)效果增強(qiáng)了。

（收稿日期：2016-10-15）