新高考背景下高中化学拓展课的新探索

陈媛媛 樊亚军 杨海艳

摘要：将胶体制备、胶体丁达尔效应、胶体透析、胶体凝聚等实验进行了主题化、系列化的设计与整合。本系列实验将知识性、趣味性、可视化、生活化进行了较好地融合，运用于高中化学拓展类课程中，能作为对课堂教学的有效弥补与拓展，也能显著地激发学生对化学的学习、探究兴趣，为上海新高考背景下高中化学拓展课的开发提供思路。

关键词：高考改革;拓展课;实验设计;胶体实验;趣味实验

文章编号：1008-0546（2021）09-0058-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.015

一、问题的提出

距新高考改革方案在上海落地实施已过去四年。作为一线化学教师，我们见证了四届学生在高考新政下学习策略的转变，也见证了化学学科的起落。据复旦大学附属中学教师曾德琨报道，该校在以往“3+1”模式下选考化学的学生数占年级总人数的300-/0左右，而2017年这个数字则跃升至72%[1]。2018年，在有关部门相继公布了“建立物理选考科目保障机制”“2020年拟在沪招生普通高校本科专业选考科目要求”[2]等文件后，这一局面又发生了陡转。新选考要求中，物理必选的专业数量从2018届的57个陡增至2020届的366个，甚至出现了物理系必选物理，化学系却可以物理、化学二选一的要求。这就意味着不选物理等于自动放弃29%的专业选择机会。加之大部分学生都选择在高二考掉生物、地理两门科目以减轻高三备考的压力，最终导致很大一部分学生在物理、化学两门科目中选择物理而放弃化学。从化学学科发展的角度出发，这使我们失去了很多优秀的生源，甚至有教师担忧未来会出现因选考化学学生人数大幅减少而无学生可教的局面。

另一方面，“普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）”（以下简称“新课标”）在“课程内容”中也明确列出了各类课程下的学生必做实验——必修课程9个、选择性必修课程8个，甚至给出了相应的学习活动建议[3]。当下，“新高考”“新课标”“新教材”一同将上海的实验教学推至了前所未有的位置，上海高中实验教学也因此日益向规范化靠拢[4-6]。但同时，一些在传统高考制度下衍生出来并遗留下来的实验教学习惯也依然存在。例如：上海虽然已经在全市范围内普及了高中学生实验，但平均每学期仅有1～2课时，课时严重不足;各高中虽然开设了“新课标”规定的学生实验，但实验的创新程度不够，绝大多数实验的训练目标依然局限在满足实验操作合格考的要求。现行的高中实验教学方式远远不能满足实际需求，以至于很多性质、现象变成了学生口中的“传说中的某某物质”。长此以往不仅使得学生学习化学的兴趣降低，更将实验教学陷入了为应付考试而“讲实验、背实验”的尴尬境地。实验现象越背越熟，实验结论却越背越死，这正与化学等级考对实验题的考察趋势背道而驰。例如，在2018年上海高中化学等级考中考查到向饱和食盐水中滴加少量浓盐酸，有白色固体析出，问该固体是什么。一部分学生回来反馈说“感觉是氯化钠，但是不敢写，觉得这可能吗？”看似再熟悉不过的实验和物质，一旦出现新的情境或组合方式学生便不知所措，这正是由于他们大部分时间是“背实验”而非“做实验”。

二、我们的思考

新高考改革方案的实施的确给化学学科带来了不小的挑战，但是改革已经是中国基础教育发展至今的必行之势，那么在当下较为严峻的学科环境之下，我们教师能做什么？在“新高考”“新课标”“新教材”的多重背景下，笔者认为现阶段能够最快落实并且每一位教师都能找到着手点的方法就是让化学重返它的本真——用实验的魅力唤醒、留住更多真正热爱化学、对化学探究抱有热情的学生。回想起你我最初被“化学”这两个字吸引的原因难道不正是其变幻丰富的实验现象吗？基于以上思考，笔者认为适当地利用拓展课将多个实验按主题整合为学生实验，一方面可以作为对课内知识点的补充使知识系统化，让学生感受到化学的魅力和化学的真实性，从而激发学生对化学的学习、探究兴趣，另一方面希望借此为化学如何走出当下严峻的学科环境提供一个思路。我们尝试了将沪科版高中化学教材中多次出现的有关“胶体”的实验进行整合，设计出如下一组实验，并在拓展课上实践，在学生中收到了良好的反馈。

三、以“胶体实验的趣味化设计”为例来开发拓展实验

沪科版高中化学教材第七章盐类的水解、第八章金属的性质中分别提到铁离子、铝离子能够水解得到胶体，并提及生成的胶体对水中杂质有吸附作用，能够用作净水剂。在水解平衡一节还涉及到解释将氯化铁溶液滴入沸水中制备氢氧化铁胶体的原理。教材中多次出现胶体及其性质的内容，并且均与重要知识点相关联。因此，我们对课内出现过的胶体实验进行整合并开发了层层递进的系列实验作为校本拓展课内容，也作为对课堂教学的补充，这有利于提高学生的动手能力，使学生建立立体的化学学科观。

1.实验设计思路

当分散剂是液体时，根据分散质粒子的直径，分散系可分为溶液、胶体和悬浊液。溶液中分散质粒子的直径小于1nm，胶体中分散质粒子的直径在1～100nm之间，而当分散质粒子的直径大于100nm时则形成悬浊液。溶液、胶体和悬浊液的本质区别是分散质粒子直径的差别，也正是这一差别赋予了三種体系各自不同的性质。其中，胶体具有独特的光学性质、电学性质和介稳性质等。

（1）丁达尔效应

胶体微粒由于其特殊的粒径而对光线有散射作用，因此当光束透过胶体时可看到一条“光路”，这种现象叫丁达尔效应。而在溶液或悬浊液中，分别因为分散质粒子直径太小而对入射光的散射作用很微弱或分散质粒子直径太大而使入射光发生反射，均无“光路”出现。因此，丁达尔效应常被用来区分溶液与溶胶。

（2）凝聚作用

溶液、胶体和悬浊液的另一个主要区别体现在体系的稳定性上，相比于溶液均一而稳定的特点和悬浊液快速沉降的特点，胶体则在一定条件下能够稳定存在较长的时间。而当加入电解质、加热或者加入异性电荷胶团时会导致溶胶的聚沉。

以上几个方面的性质在中学实验条件下相对便于实践与观察。因此，我们从上述角度出发设计、整合了下列的系列实验。学生通过制备多种胶体，依次实现了对胶体的丁达尔效应、渗析作用和凝聚作用的观察，最后将胶体知识进一步延伸至生活中使用的奶酪.纳米碳等制作中，让学生切实感受到学与用、课堂与生活的真实关联。

2.胶体的制备与性质观察

（1）氢氧化铁、氢氧化铝胶体的制备——观察丁达尔效应

氢氧化铁胶体的制备与观察：向一50mL的烧杯中加入25mL蒸馏水并加热煮沸，向沸水中滴入5滴饱和氯化铁溶液，继续加热至溶液呈红褐色后停止加热，便得氢氧化铁胶体。将制得的氢氧化铁胶体与等量的硫酸铜溶液对照，用激光笔照射，可以看到氢氧化铁胶体中呈现“光路”，而硫酸铜溶液中没有“光路”。

氢氧化铝胶体的制备与观察：明矾溶于水后电离出的铝离子与碳酸钠溶于水后电离出的碳酸根发生双水解，生成氢氧化铝胶体。取一个100mL的烧杯，加入50mL蒸馏水，然后向其中滴入7滴饱和明矾水溶液、3滴饱和碳酸钠溶液。可以看到体系的透明度立即下降，并能观察到丁达尔效应。

（2）淀粉胶体的制备——观察渗析作用

半透膜是一种具有一定孔隙的薄膜。受孔隙直径的限制，半透膜对透过物质具有选择性，一般只允许离子和小分子物质通过，而生物大分子、胶体颗粒等不能自由通过半透膜。玻璃纸就属于半透膜的一种。利用胶体颗粒不能透过半透膜的性质，可以用半透膜把胶体中的分子、离子通过渗析而分离出去，这是一种分离、提纯胶体的方法。

将淀粉胶体与1mL氯化钠溶液放入玻璃纸中并悬挂在盛有蒸馏水的烧杯中，静置10分钟后取出玻璃纸，分别向纸中、烧杯中滴加两滴碘水和硝酸银溶液，观察现象。可以清楚地看到纸中体系变蓝色，烧杯中出现白色浑浊，说明纸中的氯化钠穿过半透膜到达了烧杯中而淀粉胶体不能（见图1）。

3.生活中的胶体

（1）柠檬奶酪的制作——胶体的凝聚

将柠檬切片备用;向250mL烧杯中倒入150mL的牛奶并加热到50℃;向其中挤入柠檬汁并搅拌，可以观察到牛奶胶体逐渐发生变化，最终凝聚成颗粒，静置冷却;将纱布铺在烧杯口，把已经凝聚的牛奶缓慢倒人、过滤，然后提起纱布将水挤出，就得到清新香甜的柠檬奶酪啦（见图2）。

（2）纳米碳的提取——胶体的制备

乙炔是学生在高中化学中接触到的一种具有代表性的不饱和烃，且在生活中有着广泛而重要的用途。现行高中教材中都提及用碳化钙与水反应制取乙炔，并点燃制得的乙炔来观察明亮火焰及大量黑烟。关于黑烟的产生，教材中解释为由于乙炔分子中碳的质量分数很高，导致碳元素燃烧不充分而产生大量碳颗粒。其实，据有关报道显示这种碳颗粒的粒径处在纳米级别[7]，恰在胶体的粒径范围之内。因此，可以将乙炔燃烧的固体产物收集，并根据相似相溶的原理，将碳颗粒分散于低极性有机溶剂中，从而得到炭黑胶体。这一设计将多个课内实验——乙炔的制备与性质实验、溶解过滤操作、胶体的性质实验等进行了融合，让学生在一个实验之内对多种化学实验操作得到完整的训练。

具体操作步骤：在圆底烧瓶中放几小块碳化钙，旋开分液漏斗活塞，使水慢慢滴下，用排水法收集多支試管的乙炔气体[8]，并用橡胶塞塞紧试管口。用火柴点燃收集到的乙炔气体，并迅速用橡胶塞轻轻盖住试管口（虚掩即可），发现燃烧产生的黑絮大都落于试管底部。然后用少量甲苯将炭黑溶解，过滤除去不溶物即得到炭黑胶体。用激光笔照射观察丁达尔效应。

四、反思

1.实验达到的效果

该实验设计是对课堂教学内容——水解、水解平衡、金属的性质、乙炔的性质的补充与拓展，将散布在多个模块内的琐碎知识点进行了整合，得到一个具有系列性的学生实验方案。本系列实验将知识性、趣味性、可视化、生活化进行了较好地融合，应用于高中化学拓展类课程，不仅能作为对课堂教学的有效弥补与拓展，也能显著地激发学生对化学的学习、探究兴趣。

学生通过亲自动手实验不仅深化了对胶体的认识，同时也体会到化学与生活、生产的联系。在丰富、有趣的实验氛围中，学生的科学探究能力得到了锻炼，化学学科核心素养也得到了提升。

2.实验存在的不足及展望

为了在“胶体”的框架下丰富拓展课内容，本实验设计在胶体制备、胶体丁达尔效应和透析效应观察的基础上增加了胶体的凝聚实验。虽然胶体的凝聚实验操作简单、现象直观明显，但其背后所涉及的胶体体系性质、胶体双电层理论是沪科版高中化学教材中不包含的内容。学生对这部分内容相对陌生，对双电层的形成、破坏等理论的理解存在一定障碍。因此这一个实验只能做到让学生从感官上感受胶体的这一点特性，不能做到深入地理解和挖掘。

因此，在课程实施上重在胶体基础知识的讲解和体会，着力培养学生科学的价值观和情感态度。对于一部分未来有可能选考化学或有志于从事化学研究的学生可考虑由教师带领继续以课题的形式进行探究式学习。具体形式可以是结合上海市高中学生综合素质评价中的研究型课题展开，也可以是结合教师所开展的相关教科研课题展开。

参考文献

[1] 曾德琨.应对上海化学等级考试的思路转换和教学策略[J].化学教学，2017，3：89-92

[2] 2020年拟在沪招生普通高校本科专业选考科目要求[Z].上海市教育考试院，2018-05-30

[3] 中华人民共和国教育部，普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020

[4]刘丽君，宋晓红.上海市杨浦区高中化学实验教学现状的调查与分析[J].化学教育，2015，13：59-62

[5]卫泽敏.高中化学实验思想与方法教学研究现状调查[J].课程教育研究，2015，19：171

[6] 焦蓉.建立绿色化的高中化学实验及实验教学新体系[J].化学教学，2007，11：6-9

[7] 重庆天然气化工研究所.天然气浓乙炔制乙炔炭黑[J].天然气化工（Cl化学与化工），1980，2：48

[8]上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.高级中学课本化学高中二年级第二学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2008：30