学科本质认知视角下的初高中化学衔接教学研究

摘要：初高中化学衔接教学具有转变学生学习方式的重要功能。以“胶体及胶体性质”教学为例，教师应基于学科本质设计教学目标与引领性学习任务，探究衔接课设计角度、方法及实践策略，通过实验探究成败原因、知识横向和纵向维度的创新应用及学生自主设计作业、思维导图等方式，引导学生研究知识的学科本质，建立结构化的知识体系，自主学习、主动探究，理解高中化学学习的特点。

关键词：初高中化学衔接教学；学习方式；实验探究成败原因分析；学科本质

化学学科本质为：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。“胶体及胶体性质”是常见无机物及其应用主题下的学习内容，《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《高中化学课程标准》）要求学生“认识胶体是一种常见分散系，了解胶体的丁达尔实验。”在学生开始高中化学的学习时，“分散系”“胶体”是学生在初始阶段接触到较为简单易懂的知识内容。教师应抓住初高中化学衔接教学契机，充分创设真实问题解决情境，引导学生基于学科本质转变学习方式。教师可应用“胶体知识”为引领性学习任务线索，帮助学生建立较为完整的高中化学学习与探索路径，形成旨在充分调动、发挥学生主体性的、多样化的学习方式，促进学生在教师的指导下自主学习、合作学习、探究学习，从而为学生高中阶段化学学习方式的转变奠定良好基础。

一、教学主题内容及教学现状分析

一缕晨光倾泻而下，在窗口照射出一条光亮的通路；卤水滴入豆浆，很快结成豆腐；形成黄河三角洲的主要原因是含硅酸盐胶体的黄河水遇到海水中的盐分后发生了胶体聚沉现象。以上与人类生产生活息息相关的宏观现象都与胶体有关。“胶体及胶体性质”是人教版高中化学教材必修一的内容，丰富多样的胶体性质及其应用展现出化学与地理环境、生产生活和生命奥秘千丝万缕的联系，是教师进行初三、高一学段化学衔接教学的良好素材。教师可带领学生从“微粒的不同尺度导致物质性质变化”认知角度出发，宏微结合、科学探究、创新应用和解决问题，转变学习方式。

胶体属于分散系统，其分散质粒子的直径在1～100纳米。胶体的性质主要包括电泳现象、吸附现象、丁达尔效应、布朗运动、聚沉等。传统的胶体教学中无电泳、吸附现象的原因探究，学生不清楚胶体性质不同于溶液与浊液的本质原因，对“粒子尺度变化导致物质性质改变”理解不清晰。实践活动“明矾净水”并没有对吸附性能进行深入探究，学生缺乏对胶体吸附性本质原因的理解。丁达尔效应演示实验常采用胶体和纯净水对照的方法，通过激光笔照射，对比观察有无明亮“通路”出现，没有探究丁达尔效应与胶体结构的关联。学生对胶体的其他重要应用不了解，就很难将知识应用于解决实际问题。

以上问题导致学生未能对“结构决定性质”观念进一步建构。教师可从引领学生认知学科本质角度进行胶体性质的学习，并借此设计胶体性质探究与应用的引领性学习任务。学生通过设计实验进行胶体性质研究，对胶体的电泳现象、吸附现象、丁达尔效应等性质进行深入理解。教师依据横向的跨学科设计、纵向的化学科学研究两个维度设计学习任务，推动学生在理论指导下进行深度学习、迁移运用、设计实验、交流探讨、获取结论等学习方式的转变，发展“宏观辨识与微观探析”素养，产生初高中化学衔接教学的良好效果。

二、教学思想与教学创新点

学生的知识应在与现实世界互动的过程中主动获取，而不应被动地从教师或教材中接受。教师可从两个维度设计“胶体及胶体性质”教学，保证以学生为主体的引领性学习任务顺利开展。横向维度：可将胶体相关知识与其他学科进行整合（如工农业等社会热点问题），实现跨学科的联系；纵向维度：可将胶体知识与社会问题（如产品制备、应用、污染处理等）联系起来，引导学生深入思考实际问题背后所涉及的化学学习与社会发展之间的关联。

教师可对传统的“胶体及胶体性质”教学做出两个方面的重要改变：一是适当横向拓展，鼓励学生结合其他学科，将胶体相关知识与学生的基本认知角度进行联系。比如，农业上，胶体在农药载体、土壤改良剂、植物生长调节剂、农产品抗菌保鲜剂中的应用。二是加深纵向拓展，教师展示制备纳米材料的方法及其在各个领域的应用。比如，金纳米颗粒（生物传感器、药物输送）的应用、二氧化钛纳米颗粒（光催化、太阳能电池）的应用。教师应鼓励学生从多角度深入了解胶体知识在科学技术发展、社会发展及生活中的重要功能与价值，培养学生投身科研创新的责任感与使命感。

三、教学目标和教学流程

根据《高中化学课程标准》中“促进学生学习方式改变”这一衔接课程功能，笔者确定如下五点教学目标。基本知识目标：理解分散系的分类、胶体的定义、胶体的丁达尔现象。进阶知识目标：了解胶体介稳性、聚沉、电泳等性质的化学本质（结构决定性质观念建构）。基本概念目标：不同尺度下物质性质发生改变的客观事实、宏微结合分析物质性质及其原因的认知角度（宏微结合思想）。基本技能目标：利用实验设计与实践简单制备、性质探究实验。素养目标：通过对胶体性质本质的探究发展“宏观辨析和微观探析”；通过横向跨学科探索、纵向学科深度学习培养“科学探究和创新意识”素养；通过解决实际问题培养社会责任感；通过学习过程体验，转变学习方式。教师结合教学目标可以确定教学流程（见下页表1）。

四、教学实践探索

（一）认知胶体的定义

教师提供资料：一种物质或者几种物质高度分散到另一种物质（称为分散介质）中所形成的体系叫做分散系。分散系=分散相（或分散质）+分散剂。分散系主要分为三类：溶液、胶体和浊液。应用手电筒照射三种分散系，现象如图1所示。

学生通过资料确定三种分散系的分类标准，即分散质粒子直径（溶液 < 1纳米、胶体1 ～ 100纳米、浊液 > 100纳米）。胶体在手电筒照射后，有一条光亮“通路”，称之为“丁达尔效应”。出现以上现象的原因为：可见光波长范围为400～700纳米，大于胶体与溶液中的分散质粒子直径。当可见光与这些粒子相遇时，会环绕粒子而向其四周散射，形成散射光。对于溶液体系，由于其中的粒子尺寸很小，散射光的强度会明显减弱。粒子尺寸稍大的胶体中光的散射作用更明显，从而体现为丁达尔效应。浊液由于其粒子尺寸过大，光的传播被完全隔断，完全没有光“通路”出现。因此，可以通过丁达尔效应鉴别分散系是否为胶体。

教师提供资料：胶体不带电但单独的胶体粒子（简称胶粒）是带有电荷的，带有正电荷或负电荷的离子包裹其外，形成多层核状结构，而胶粒具体是带正电还是负电取决于正负离子的比例，需要根据胶体结构判断某类胶体粒子的电性（如图2）。

学生通过图示可以判断氢氧化铁胶核吸附了正电离子团，后因静电作用再次吸引少量负电离子，另外一部分负电离子在外扩散。呈现出氢氧化铁胶体的胶粒带有正电性，氢氧化铁胶体整体不带电的现象。教师以问题和实验搭建学习阶梯，以假设和推理促进学生的思维发展，从而发展学生的化学核心素养。

（二）推断胶体的性质

教师提供支撑：出示布朗运动示意图（布朗运动指悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动，如图3）；布置引领性学习任务：根据以上胶体的结构特点，分析胶体与溶液、浊液的稳定性区别，判断胶体在电场下的运动状态，推断胶体转化为浊液的方法。

学生小组活动与汇报：胶体粒子同样存在布朗运动，胶体粒子本身直径大于溶液中的分散质，故溶液最稳定，胶体粒子带有相同电性而存在斥力，故其相撞很难使粒子直径大于100纳米，最终确定胶体粒子稳定性介于溶液和浊液之间。小组活动1：因胶体粒子带有电荷，在电场作用下会发生定向移动，向异性电极移动。小组活动2：胶体粒子本身具备的介稳性本质原因为胶体粒子带相同电荷，很难聚集为沉淀。可以通过搅拌、加热——使胶体粒子刚性碰撞增大分散质粒子直径，还可以通过加入大量电解质——用异性电荷中和胶体粒子电性，使介稳性消失等方法。

教师提出新问题“胶体具有吸附性，可用于净水吗”，并提供资料：明矾净水原理——明矾在水中电离出铝离子，铝离子和水反应生成了氢氧化铝胶体；胶体粒子通过分子间作用力等微粒间作用吸附水中的杂质离子或分子。

学生在初中化学中学习过“明矾净水”相关知识，通过教师提供的资料进行初高中化学知识的衔接分析：氢氧化铝胶体吸附了污染水体中的杂质离子，说明明矾净水应用了胶体相关知识。

教师应引导学生建构基于化学学科本质的“结构决定性质”观念理解；对胶体性质的“介稳性、电泳、聚沉、吸附性”等四个基本知识和概念进行深度理解。

（三）设计探究实验

创设生动活泼的教学情境是化学新课程对化学实验教学提出的新要求，教师可基于学科本质的自主探索规律、设置引领性任务：根据胶体的介稳性和明矾净水原理，设计实验室制取氢氧化铁胶体的实验方案；根据胶体中粒子的直径大小设计实验，分离淀粉胶体和稀氯化钠溶液；设计实验，证明氢氧化铁胶粒带正电；向制取所得的氢氧化铁胶体中加入浓盐酸，预测实验现象并验证。实验支撑：以上四个实验的必备实验器材与药品。

学生根据胶体性质与信息加工，设计并完成实验，分析实验成败结果，班级交流归纳实验报告（见下页表2）。

（四）横向拓展

教师构建跨学科学习情境：胶体在各行业应用广泛，作用巨大。比如，胶体及其性质应用在农业方面的“土壤改良剂”“植物生长调节剂”中。教师提供资料：胶浆可以形成稳定的土壤骨架，改善土壤的团聚体结构，提高土壤的抗侵蚀性和抗旱能力；胶浆可以减少土壤中的大空隙，增加小空隙，改善土壤的保水能力和透气性能；胶浆可以增强土壤的吸附能力，提高土壤对养分的保持能力，减少养分的损失。教师设计引领性学习任务：设计一种胶浆，应用于农业生产。

学生探讨需求：胶体+植物营养剂；得出方案：结合淀粉液位胶体进行分析，可以利用回收而来的纸张，将纤维素颗粒处理为1～100纳米范围，加入土壤中与水作用形成胶体分散系，同时纤维素能有效为作物提供一定的营养物质。

（五）纵向拓展

教师构建深度学习下的问题解决情境：纳米科学在近年来发展迅速，科研人员利用胶体本质及其性质，在该尺度中开发了很多新型功能性材料，实用意义非凡。教师提供资料：金纳米粒子尺寸范围为1～100 纳米，其比较微小的结构使这些颗粒比小分子更能积聚在炎症或肿瘤增长部位，具有高效的光转热属性的金纳米颗粒，可以被应用于特异性消融感染或患病组织；二氧化钛是一种半导体材料，具有良好的光电性能，纳米二氧化钛磁性强、热导性强、高效、成本低、不造成二次污染，还具有良好的抗菌作用，又因其光催化活性高，化学性质稳定，毒副作用小等优点而被广泛应用于光催化领域。教师设计引领性学习任务：课下查询资料，设计一份基于以上资料中纳米材料的试题，班级整合与确定评价标准后应用于作业，以自主研究与设计作业的逆向思维推动学生对知识本质的理解。

（六）归纳与总结

教师引导学生用思维导图的形式，建立结构化与体系化的胶体知识谱系，并进行交流。教师提示：思维导图要呈现“结构决定性质，性质反映结构并决定用途”的思维观念。

学生小组合作、讨论后完成思维导图。学生交流后，教师选取最为科学、简洁、美观的作品进行展示（如图4）。

初高中课程衔接有重要功能与价值，在此阶段是学生理解“化学科学”研究对象、研究方法、思维路径和知识建构的奠基时期，教师应充分研读《高中化学课程标准》、教材、高考评价体系、核心素养培育等相关材料，理解初高中化学衔接最重要的功能为“转变学生学习方式”。在设计化学衔接课程时，教师应基于学科本质角度出发，从素养主线发展设计引领性学习任务，帮助学生认知化学教育对自身发展的重要意义，学会学习化学，形成学习化学知识、建构结构化知识体系的一般思路与方法。

“胶体及胶体性质”是基于不同尺度进行化学学习与研究的科学范例，教师依据教学内容合理设计教学目标、活动及评价，让学生充分体会高中化学学习的特点、方法及路径，能为学生的高中化学学习创造良好开端。

参考文献：

［1］王松.新形势下学生化学学习方式转变探究［J］.基础教育课程，2014（2）.

［2］韩建丰，高凌蕊.素养导向视域下的初高中化学衔接课探究：以“金属冶炼的奥秘”单元教学为例［J］.辽宁教育，2023（13）.

［3］王青岗.实验探究分析推理发展素养：“胶体”教学设计［J］.中学化学教学参考，2020.

［4］韩建丰，高凌蕊.素养为本的深度学习作业设计：以“化学反应限度的认知”作业设计为例［J］.中小学教学研究，2023（2）.

（责任编辑：杨强）