基于宏微结合素养的教学案例设计

摘要：利用生鸡蛋卵壳膜选择性透过的特点做水和蛋白质微粒大小的对比实验，发现生鸡蛋浸泡在水中，一周可增重37%O用自然光照射硫代硫酸钠溶液和稀硫酸的反应体系，可以看到溶液、胶体、悬浊液三种分散系的渐变过程。将胶体胶粒大小用宏观现象放大表现，例证结构决定性质是宏微结合思维的理解和应用。

关键词：胶体分散系;卵壳膜;胶原蛋白肠衣;自然光;波长

文章编号：1008-0546（2021）05-0057-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.05.015

一、问题的提出

胶体在苏教版高中《化学1（必修）》2020年第1版）专题一第三单元《物质的分散系》、沪科版高中《化学1（必修）X2021年第1版）第一章1.1《物质的分类》中，作为高中化学承接初中对物质类别的深入了解， 安排了胶体分散系的内容。对初高中化学知识有承上启下的设计，符合学生认知发展规律。其中对胶体分散系的学习，和初中化学的溶液、悬浊液体系有平行对比的关系，完善了物质按微粒大小进行分类的知识架构。

胶体是一种具有重要实际应用的分散系，影响其性质的关键点是其分散质的颗粒直径在10-9～10-7m 左右，介于溶液与浊液分散质颗粒直径之间。正因为其颗粒直径大小，决定了它具有丁达尔现象、聚沉、电泳等性质，这些性质决定了胶体的应用价值，如卤水点豆腐、静电除尘、冲击岛形成、纳米材料的特性。这个本质特征需学生经历提出问题、设计方案、实施实验、得出结论，才能真正理解并加以应用。这个建构的过程是学生证据推理、模型认知、科学探究与创新意识等素养形成的过程⑴。

本课例的设计，以学生熟悉的材料入手，设计不同实验加以体验，核心知识即认识分散质大小使学生深刻理解胶体具有不同于溶液和浊液的特殊性质及其形成原因。

二、教學设计

课堂教学流程，见图1。

1.学情分析

本节课是高一必修课第一章的内容，课时两节课。基于物质分类的角度，将溶液、悬浊液、胶体三种分散系做贯通，使知识体系更完整，以实验探究为主要课堂教学手段设计了《胶体》一课。知识背景有：高一化学反应速率的实验——硫代硫酸钠溶液和盐酸反应，从析出硫颗粒由小到大的过程可以体验三种分散系的渐变，分散系的宏观表现可以用渗析、丁达尔现象来佐证。宏观的不同表现是因为微观颗粒大小不同，教师结合过滤、渗析、光的散射等知识，引导学生将物理、生物、化学等知识做跨学科的整合。实验器材以生活中的鸡蛋、肠衣等作载体，认识生活中的材料，以真实情境、生活化的空间开展学习活动，让物质的分类更系统、完整。

2.教学目标

⑴了解胶体的定义。认识肠衣、鸡蛋内膜是半透膜。

（2）通过丁达尔现象认识溶液、胶体、悬浊液三种分散系的微观区别。

（3）利用各种材质进行化学实验，并发现其中共性的知识，形成一定的创造思维能力，达到学科的交叉融合。

（4）能够根据生活中常见现象进行宏观辨识，并进行微观探析。

3.教学准备

耗材和试剂：鸡蛋、肠衣、淀粉溶液、硫代硫酸钠溶液、盐酸、碘水、蒸璃水。

仪器和设备：烧杯、棉线、大试管、保鲜袋、激光笔、电筒、水缸。

4.教学实录

[课堂引入]学生在家里用9度白醋浸泡生鸡蛋， 将外壳去除。将已去除外壳的鸡蛋浸泡于蒸僭水中（图2），记录每天鸡蛋的质量变化（见表1），测量周期为一周。

[实物展示]一周前，将一颗去壳（用盐酸处理）的生鸡蛋浸泡在水中，记录每天的质量变化，质量增幅37%左右⑵。

[问题1]为什么鸡蛋质量增重？

[学生回答1]水进入了鸡蛋，所以变重了。

[问题2]为什么肯定只发生了水进入鸡蛋的过程呢？鸡蛋清、蛋黄有没有出来呢？

[学生回答2]甲：不会出来。因为鸡蛋膜保护了鸡蛋里的物质，不会出来。

乙：肯定是水进去了，因为茶叶蛋就是酱油渗入鸡蛋里。

丙：是的，咸鸭蛋也是这个道理。食盐溶液会钻进蛋壳。

设计意图：通过生活中熟悉的咸鸡蛋、茶叶蛋等知识，结合教师将鸡蛋浸泡在水中一周后的质量变化，以数据为客观证据，引导学生思考水分子和蛋白质分子的微粒大小，以及鸡蛋卵壳膜的孔隙大小。

[教师引导]同学们都很会观察生活。这些现象说明了水分子和蛋清这种物质有粒径大小的不同。下面请大家分小组做一个有趣的实验，可以快速、明显地看到水进入了鸡蛋。把鸡蛋大的一端敲破，剥去0.5cm2的蛋壳，当心不要弄破里面的鸡蛋膜;用锥子在鸡蛋的另一端扎破蛋壳，将毛细管插入，小心搅动，将蛋黄的膜刺破。点燃蜡烛，将烛泪滴到毛细管和蛋壳间将缝隙封住。把暴露蛋膜的一端浸泡在蒸儒水中， 静置，观察（图3）⑶。

[学生活动1]预计5分钟。实验结果：有的可以看到毛细管中有透明液体上升;有的看到毛细管和蛋壳接触的地方有蛋液流出。

[师生评价讨论]为什么有的小组没有成功？原来，如果毛细管和蛋壳间的缝隙没有用蜡烛封死，进入鸡蛋的水会将内容物从缝隙处压出，所以要保证气密性良好。

[教师解释，PPT出示效果]蛋白质是大分子，被蛋膜包住，不能透过蛋膜。但水是小分子，可以自由通过鸡蛋膜。纯水中所含水分子的数目要比同体积的鸡蛋内液多，因此在相同时间内，从纯水透过鸡蛋膜进入鸡蛋内液的水分子，比从鸡蛋内液透过鸡蛋膜进入纯水的水分子多，导致毛细管中液面升高。

[学生提问]鸡蛋里也有水吗？

[教师回应]鸡蛋里水的比例有70%左右。

[教师提供信息]一个鸡蛋如果长时间放置，也会变轻的。还会变臭，大家知道为什么吗？

[学生讨论]水可以进出鸡蛋，说明鸡蛋有气孔。空气进入鸡蛋，会腐败。水渗出挥发，鸡蛋质量会减小。

[教师提问]鸡蛋内膜的孔隙大小？

[学生讨论、提出问题]原子直径大小10^-10米，分子大小也是这个数量级，说明鸡蛋内膜孔隙比10^-10米大。但是内膜孔隙大小的上限是多大？蛋白质分子又是多大？这个能通过什么实验知道吗？有没有对应的材料做实验。

[教师提供工具]同学们通过观察，发现了鸡蛋的特点。现在提供了滤纸、保鲜袋、动物肠衣，还有淀粉溶液、碘水等材料。请同学们用这些工具做实验，比较滤纸、保鲜袋、动物肠衣的孔隙大小。

[学生设计活动2]学生商量后，取一节肠衣，用棉线扎好一端，再用漏斗将淀粉溶液灌入，再扎好另一端，放在有水的烧杯浸泡，在烧杯中滴入碘水;同样将淀粉溶液灌在保鲜袋中，扎紧，浸泡在有水的烧杯中， 在烧杯中滴入碘水。实验时间预计3?5分钟。

[学生陈述实驗现象]肠衣里的淀粉变成蓝色的了，好有趣，蓝色“香肠”（图4）。但是烧杯中还是黄色溶液，说明淀粉分子没有出来。保鲜袋里的还是原样，碘水没有渗入，没有变黄色。

[教师活动]把淀粉溶液倾入有滤纸的漏斗，发现液体顺利透过。请同学归纳，你通过实验发现了什么？

[学生阐述]说明鸡蛋内膜、动物肠衣的孔隙大小差不多，小分子和离子可以自由进出，大的微粒如蛋白质、淀粉分子就不能透过。滤纸的孔隙大，因为淀粉分子可以透过。

[学生思考]这些物质该如何分类，它们之间有什么关联？.

[教师板书]胶体。

定义：分散质微粒的直径大小在1～100nm的分散系叫做胶体。

分散剂是水或其他液体时，按分散质粒子的大小分为：溶液、胶体和浊液。分散质粒径小于1nm的是溶液，大于100nm的是浊液。（ 1nm=10^-9m）

[教师小结]通过刚才的对比实验，碘水是溶液， 其中溶质和溶剂的微粒直径小于1nm，约IO*米。蛋白质、淀粉溶液里的微粒直径大于1nm。动物肠衣、鸡蛋内膜的孔隙直径小于蛋白质、淀粉溶液的微粒， 滤纸孔隙最大，保鲜袋不透水、不透气，是否没有孔隙呢？要查阅资料。

[教师提出问题]初中学过悬浊液，按照定义，颗粒直径大于100nm，滤纸用了分离悬浊液中的溶质，说明滤纸的孔隙小于100nm。所以，蛋白质、淀粉分子直径大小就在1?100nm间，这样的推理正确吧？

[学生思考交流]可以这么推理。不过，还有没有其他测量方法测定微粒的大小呢？

[教师活动]演示实验：将0.05 mol/L硫代硫酸钠和0.1 mol/L盐酸反应倒入一水缸（方形或圆形），用手电筒（白光）照射，观察手电筒射岀的白光在水缸穿行的现象（图5）。

[教师板书]Na2S2O3+2HCl →2NaCI+S ↓+SO2+H2O

[学生观察后描述]开始光穿透了溶液，射到对面的黑纸上;随着水缸中液体逐渐浑浊，可看到液体中出现了明亮的淡蓝色光路，穿出水缸在黑纸上呈现橙色的光斑;当水缸里液体浑浊后，没有了光路，黑纸上也没有了光斑⑷。

[学生分组讨论，相互释疑]

问题1：为什么照射的白光会在水缸和纸上呈现蓝色和橙色？白光是复合光，怎么会分光的呢？

问题2：为什么光路会呈现三段不同的现象？

问题3：这个实验和胶体、鸡蛋、蓝色香肠有什么关系？

[教师回应]同学们很善于观察，也很会思考提问。我们来分析一下，一般可见光波长是400?700nmo光照射到不同大小的微粒上有四种表现：透射、反射、吸收、散射。

[教师讲解]刚才同学们从侧面看到了光路，说明光线“转弯”了，从入射光侧面的角度看到光路，这是分散系中颗粒对光发生了散射。靛蓝色（455?390nm）比橙色（597?577nm）波长短，更易被分散质散射，呈现出蓝色光路;而橙光散射得少，透过分散系投在纸上呈现橙色光斑。随着硫单质逐渐生成为大颗粒，光被大颗粒挡住了，反射。

[教师板书]丁达尔效应——当一束光线透过胶体，从垂直入射光方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”。

[学生呼应]当水缸中出现那条光路的时候，就是胶体，随着反应进行，最后是悬浊液。

[学生提问]还有什么是胶体？

[教师回应和示范]下面根据讲义，同学们再做一个实验，看看还有什么别的胶体。

[学生活动3]在大试管中加入约1/3的蒸僧水，煮沸，滴加饱和氯化铁溶液，用红色激光笔从侧面照射观察有光路出现后，即制得了 Fe （OH）3胶体。

[教师板书]FeCl3+3H2OFe（OH）3（胶体）+3HCl

[学生活动4]将Fe（OH）3胶体分到二个试管里， 一支试管继续加热，发现变浑浊（产生疑问，为什么呢？）。将氯化铁溶液、氢氧化铁胶体、氢氧化铁沉淀并排排列，用红色激光从左边照射。观察光的透过情况。从左往右依次命名试管为1号、2号、3号。

[教师和学生互动]

1.氢氧化铁胶体受热后，微粒运动剧烈，发生了聚沉，胶体是一种较稳定的分散系但通过外因可使其聚沉，以后再学习;

2.学生出示实验结果;

3.选取一组学生实验：最左边是溶液，光线直接透过，当中是胶体，光线有散射，看到光路，射到浊液上， 被反射，不透光。（图6、图7）

[教师总结]今天这节课我们学习了除溶液、悬浊液外的另外一种分散系一一胶体，而且通过工具看到了胶体里的分散质颗粒大小。同学们产生的一些疑问，可以继续学习、查阅资料。

[作业]用手电筒（或者激光笔，注意不要照射眼睛）寻找生活中的胶体;现象明显的拍照记录。

三、教学反思

本课抓住学科知识来自生活的属性，把课堂实验中采用的相关实验条件及材料做变量处理和迁移，给知识以生长点，即知识背后的知识是什么？如白光中包含了波长不同的七色光，波长较短的蓝色散射强度高，这个和解释天空、海水为什么看上去是蓝色，是同一个道理。鸡蛋卵壳膜是一种天然半透膜，用常见的鸡蛋作为教具，让学生进一步理解渗透压的概念、大分子蛋白质的胶体属性。用生活中的各种材质进行化学实验，以学生的感受为主，可使其发现生活中各类材料、现象所包含的丰富知识，体验鸡蛋卵壳、肠衣、蛋白质、淀粉等生活中常见物质的性质，可迁移到分散系这一知识体系[5.6];在此过程中，悟出如何将微观粒子用宏观实验加以放大表现的科学逻辑思维。

对于化学学科的本质特征及其价值，化学与物理、生物学的本质区别又究竟是什么，是化学家、化学哲学家和化学教育家试图回答的问题。物理、化学、生物都是“以实验为基础”的学科，2017年版普通高中化学课程标准提出了化学“从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质”，定义了“创造物质”是化学学科的独有特征⑺。胶体知识和纳米材料的创造开发利用，就符合这样的逻辑关系，物理、生物学科都在认识物质，但化学学科的创造物质更是变化之学的魅力，《胶体》放在高一开篇，有承上启下的设计。

参考文献

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