新高考背景下高中化學拓展課的新探索

陳媛媛 樊亞軍 楊海艷

摘要：將膠體制備、膠體丁達爾效應、膠體透析、膠體凝聚等實驗進行了主題化、系列化的設計與整合。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，運用于高中化學拓展類課程中，能作為對課堂教學的有效彌補與拓展，也能顯著地激發學生對化學的學習、探究興趣，為上海新高考背景下高中化學拓展課的開發提供思路。

關鍵詞：高考改革;拓展課;實驗設計;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。作為一線化學教師，我們見證了四屆學生在高考新政下學習策略的轉變，也見證了化學學科的起落。據復旦大學附屬中學教師曾德琨報道，該校在以往“3+1”模式下選考化學的學生數占年級總人數的300-/0左右，而2017年這個數字則躍升至72%[1]。2018年，在有關部門相繼公布了“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選考科目要求”[2]等文件后，這一局面又發生了陡轉。新選考要求中，物理必選的專業數量從2018屆的57個陡增至2020屆的366個，甚至出現了物理系必選物理，化學系卻可以物理、化學二選一的要求。這就意味著不選物理等于自動放棄29%的專業選擇機會。加之大部分學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，最終導致很大一部分學生在物理、化學兩門科目中選擇物理而放棄化學。從化學學科發展的角度出發，這使我們失去了很多優秀的生源，甚至有教師擔憂未來會出現因選考化學學生人數大幅減少而無學生可教的局面。

另一方面，“普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）”（以下簡稱“新課標”）在“課程內容”中也明確列出了各類課程下的學生必做實驗——必修課程9個、選擇性必修課程8個，甚至給出了相應的學習活動建議[3]。當下，“新高考”“新課標”“新教材”一同將上海的實驗教學推至了前所未有的位置，上海高中實驗教學也因此日益向規范化靠攏[4-6]。但同時，一些在傳統高考制度下衍生出來并遺留下來的實驗教學習慣也依然存在。例如：上海雖然已經在全市范圍內普及了高中學生實驗，但平均每學期僅有1～2課時，課時嚴重不足;各高中雖然開設了“新課標”規定的學生實驗，但實驗的創新程度不夠，絕大多數實驗的訓練目標依然局限在滿足實驗操作合格考的要求?，F行的高中實驗教學方式遠遠不能滿足實際需求，以至于很多性質、現象變成了學生口中的“傳說中的某某物質”。長此以往不僅使得學生學習化學的興趣降低，更將實驗教學陷入了為應付考試而“講實驗、背實驗”的尷尬境地。實驗現象越背越熟，實驗結論卻越背越死，這正與化學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，一旦出現新的情境或組合方式學生便不知所措，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學科帶來了不小的挑戰，但是改革已經是中國基礎教育發展至今的必行之勢，那么在當下較為嚴峻的學科環境之下，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重返它的本真——用實驗的魅力喚醒、留住更多真正熱愛化學、對化學探究抱有熱情的學生?；叵肫鹉阄易畛醣弧盎瘜W”這兩個字吸引的原因難道不正是其變幻豐富的實驗現象嗎？基于以上思考，筆者認為適當地利用拓展課將多個實驗按主題整合為學生實驗，一方面可以作為對課內知識點的補充使知識系統化，讓學生感受到化學的魅力和化學的真實性，從而激發學生對化學的學習、探究興趣，另一方面希望借此為化學如何走出當下嚴峻的學科環境提供一個思路。我們嘗試了將滬科版高中化學教材中多次出現的有關“膠體”的實驗進行整合，設計出如下一組實驗，并在拓展課上實踐，在學生中收到了良好的反饋。

三、以“膠體實驗的趣味化設計”為例來開發拓展實驗

滬科版高中化學教材第七章鹽類的水解、第八章金屬的性質中分別提到鐵離子、鋁離子能夠水解得到膠體，并提及生成的膠體對水中雜質有吸附作用，能夠用作凈水劑。在水解平衡一節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。教材中多次出現膠體及其性質的內容，并且均與重要知識點相關聯。因此，我們對課內出現過的膠體實驗進行整合并開發了層層遞進的系列實驗作為校本拓展課內容，也作為對課堂教學的補充，這有利于提高學生的動手能力，使學生建立立體的化學學科觀。

1.實驗設計思路

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

（1）丁達爾效應

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”，這種現象叫丁達爾效應。而在溶液或懸濁液中，分別因為分散質粒子直徑太小而對入射光的散射作用很微弱或分散質粒子直徑太大而使入射光發生反射，均無“光路”出現。因此，丁達爾效應常被用來區分溶液與溶膠。

（2）凝聚作用

溶液、膠體和懸濁液的另一個主要區別體現在體系的穩定性上，相比于溶液均一而穩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定存在較長的時間。而當加入電解質、加熱或者加入異性電荷膠團時會導致溶膠的聚沉。

以上幾個方面的性質在中學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設計、整合了下列的系列實驗。學生通過制備多種膠體，依次實現了對膠體的丁達爾效應、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，讓學生切實感受到學與用、課堂與生活的真實關聯。

2.膠體的制備與性質觀察

（1）氫氧化鐵、氫氧化鋁膠體的制備——觀察丁達爾效應

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“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?？梢钥吹襟w系的透明度立即下降，并能觀察到丁達爾效應。

（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，半透膜對透過物質具有選擇性，一般只允許離子和小分子物質通過，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，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，觀察現象?？梢郧宄乜吹郊堉畜w系變藍色，燒杯中出現白色渾濁，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

乙炔是學生在高中化學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行高中教材中都提及用碳化鈣與水反應制取乙炔，并點燃制得的乙炔來觀察明亮火焰及大量黑煙。關于黑煙的產生，教材中解釋為由于乙炔分子中碳的質量分數很高，導致碳元素燃燒不充分而產生大量碳顆粒。其實，據有關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。因此，可以將乙炔燃燒的固體產物收集，并根據相似相溶的原理，將碳顆粒分散于低極性有機溶劑中，從而得到炭黑膠體。這一設計將多個課內實驗——乙炔的制備與性質實驗、溶解過濾操作、膠體的性質實驗等進行了融合，讓學生在一個實驗之內對多種化學實驗操作得到完整的訓練。

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），發現燃燒產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。

四、反思

1.實驗達到的效果

該實驗設計是對課堂教學內容——水解、水解平衡、金屬的性質、乙炔的性質的補充與拓展，將散布在多個模塊內的瑣碎知識點進行了整合，得到一個具有系列性的學生實驗方案。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，應用于高中化學拓展類課程，不僅能作為對課堂教學的有效彌補與拓展，也能顯著地激發學生對化學的學習、探究興趣。

學生通過親自動手實驗不僅深化了對膠體的認識，同時也體會到化學與生活、生產的聯系。在豐富、有趣的實驗氛圍中，學生的科學探究能力得到了鍛煉，化學學科核心素養也得到了提升。

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容，本實驗設計在膠體制備、膠體丁達爾效應和透析效應觀察的基礎上增加了膠體的凝聚實驗。雖然膠體的凝聚實驗操作簡單、現象直觀明顯，但其背后所涉及的膠體體系性質、膠體雙電層理論是滬科版高中化學教材中不包含的內容。學生對這部分內容相對陌生，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知識的講解和體會，著力培養學生科學的價值觀和情感態度。對于一部分未來有可能選考化學或有志于從事化學研究的學生可考慮由教師帶領繼續以課題的形式進行探究式學習。具體形式可以是結合上海市高中學生綜合素質評價中的研究型課題展開，也可以是結合教師所開展的相關教科研課題展開。

參考文獻

[1] 曾德琨.應對上?；瘜W等級考試的思路轉換和教學策略[J].化學教學，2017，3：89-92

[2] 2020年擬在滬招生普通高校本科專業選考科目要求[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.上海市楊浦區高中化學實驗教學現狀的調查與分析[J].化學教育，2015，13：59-62

[5]衛澤敏.高中化學實驗思想與方法教學研究現狀調查[J].課程教育研究，2015，19：171

[6] 焦蓉.建立綠色化的高中化學實驗及實驗教學新體系[J].化學教學，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化學與化工），1980，2：48

[8]上海市中小學（幼兒園）課程改革委員會.高級中學課本化學高中二年級第二學期（試用本）[M].上海：上?？茖W技術出版社，2008：30