“分散系及其分类”的教学与思考

AiChemi 2020-05-02

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理性思维帮助形成基本观念

——“分散系及其分类”的教学与思考

《中学化学教学参考》2012.4

“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。”^[1]基本观念是在学生对核心概念和典型事实深刻理解的基础上，通过不断地抽象概括而形成的。因此，基本观念的形成需要学生主动地参与深层次的思维活动。这种思维活动就是科学理性思维。因为它有明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括。而在化学学科中，基本观念的形成更与理性思维有着天然的联系。因为化学是在分子原子水平上研究物质的，而理性思维属于代理思维，它是以微观物质思维代理宏观物质思维的。因此，在化学课堂教学中借助化学概念帮助学生形成化学基本观念的过程，就是帮助学生深入理解化学本质、发展理性思维能力的良好契机。在课堂教学中教师应先于学生进行基于具体事实、核心概念的观念性理解，对具体知识进行选择性使用，把它们作为形成基本观念的教学素材。教师需要精心设计便于课堂开展的探究活动，设置充满理性思考的问题，才能使学生主动参与深层次的有学科特色的理性思维活动。

当前，不以理性思维来建构化学概念，以习题教学代替概念教学的现象比较普遍。因此，如果所教概念不是高考考查的重点（如“胶体”、“分散系”等）时，很多教师在教学时便因无题可做而无话可说，潦草处理，更谈不上以理性思维来帮助形成化学观念。本文以人教版必修1第二章第一节中“分散系及其分类”的教学以例，谈谈这一高中化学 “非重点”概念的教学处理。

一、为什么我们的视角从纯净物转向了混合物？

课本中的“分散系及其分类”这一内容是在“分类”的背景下呈现的。让学生不解的是“物质”的树状分类图中纯净物的类别下枝繁叶茂、内容丰富，而混合物的类别下孤孤单单，以往的化学课专注于纯净物的研究，可是真正在生活中遇到的却大多是混合物。如果混合物仅仅是纯净物的机械相混，性质的简单叠加，那的确没有必要作为研究对象。那么研究分散系这类混合物的意义何在？研究胶体的意义何在？教学中如果对这一问题避而不谈，似乎缺少了思维上的逻辑性，过于突兀。“为什么要研究这一课题”常常是进行科学研究的第一步就必须要回答的问题，因为理性思维的特点就是“有据有理”，充满逻辑性。因此，明白“为什么要研究这一课题”也是理性思维的起点。本课的教学便是从引发学生对这方面的思考开始的。

问题1：怎样才能让混合物混得均匀？

在我们生活中，混合物比纯净物更为常见，而且我们经常还需要制造混合物，比如烧菜时既放糖又放盐。（演示蔗糖、食盐固体混合。）能混得均匀吗？为什么？怎样才能混匀？为什么加水后搅拌就混得十分均匀？

这里，从学生熟悉的生活现象出发，引发对混合物的思考：怎么才能混匀？希望学生透过宏观现象，看到微观本质，这就是以微观物质思维代理宏观物质思维的理性思维。学生联想到是由于水作了介质（连续相），将糖和盐分散成极小的分子、离子等微粒（分散相），才会混匀的。正因为混得十分均匀，体系十分稳定，所以这一混合体系才有了作为一个整体研究的必要性。这就是分散质粒子小于1nm的溶液分散系统。

此时可向糖盐水溶液中继续加入泥沙，通过观察大颗粒悬浮及下沉的现象，联想到粒子大于100nm的浊液是不均匀、不稳定的，因而也没有研究的必要性。这样，从思维的连续性来看，介于两者之间的胶体系统便自然出现了。它的较均匀、较稳定也是学生们所能预测的。而它作为一个系统整体的独特性正是我们所感兴趣的和需要认识的。生活中经常需要制造胶体这种分散系统，如豆浆、油漆、有色玻璃等，一是希望得到均匀、稳定的混合物，二是希望应用这一混合物整体的独特性质（如纳米材料）。因此，引导学生将视角从纯净物转向混合物，关注到分散系统是有意义的，它有助于学生形成更广阔的看待物质世界的视角。

二、怎样理解胶体与具体物质的关系？

在根据分散质粒子大小界定胶体的概念后，接下来通常的做法就应当是认识胶体的性质。而目前教材上要求学生了解的胶体的主要性质只有丁达尔效应。从知识目标看，这很容易达成，告知便可，无从探究。那我们接下来教学的着眼点在哪里呢？课本上以“科学探究”的栏目呈现了制备Fe(OH)₃胶体的实验，以丁达尔效应区分Fe(OH)₃溶胶与CuSO₄溶液的实验，过滤分离胶体与浊液的实验，但这似乎并没有能“探”出什么究竟来，反倒引起高一学生许多疑惑：Fe(OH)₃在初中认识时不是沉淀吗？怎么又变成了胶体？如果FeCl₃溶液与H₂O能制得Fe(OH)₃ 胶体，那Fe(OH)₃ 怎么不和生成的盐酸反应？因此，实际教学中不顾学生的认知现状，一味盲从教材是不妥当的。没有充足证据、没有充分理由就下结论是与理性思维相悖的。教师需要依据对学生的了解，重新设计富有理性思维特色的、有教育价值的教学活动，帮助学生形成看待物质世界的新眼光。基于上述考虑，安排了如下的教学活动。

问题2：能否利用食盐水和酒精制得胶体？

这是个开放性的问题，答案自然要试了才知道。教学中给学生提供浓食盐水、无水酒精等药品，让学生自由探究。学生们都知道要将两者混和在一起，至于如何混和，滴加顺序、滴加剂量等，那就各有各的想法和做法了。实践下来，学生们的实验方案和结果果然是各不相同，有些因滴加得过多过快，使得大量固体NaCl析出，有些因较好地控制了滴入量（2~3mL无水酒精中滴入1滴浓食盐水），并充分振荡，得到了NaCl胶体。这里，“丁达尔效应”只是检验是否得到胶体的工具。

这是个很有意思的教学环节。学生们探究时的“混乱”、“五花八门”，正是教师希望看到的，因为“科学探究”本身就意味着尝试，尝试就意味着成功与失败并存。而在接下来的相互交流中学生们会自觉地从自己与他人的成功或失败中反省原因，深入思考。这是一种理性的思考，它以自己的实验现象以及他人实验现象作为证据，在大脑中进行逻辑推理（因为成功失败的情形都有，推理的证据则更为充分），这是“润物细无声”的科学理性教育。同时，他们在这一过程中看到了NaCl溶液、NaCl胶体、NaCl浊液，这些现象应当对他们有所触动：NaCl不总是形成溶液嘛！这里已经为后面理解胶体与具体物质的关系，形成三种分散系间存在联系的基本观念埋下了伏笔。

问题3：能否利用NaCl溶液和AgNO₃溶液制得AgCl胶体？

如果说从NaCl溶液到NaCl胶体已经开始引发学生对胶体与具体物质间关系的思考的话，那从熟悉的AgCl浊液到AgCl胶体便是进一步将这种思考引向深入。课堂提供给学生饱和NaCl溶液、0.01%NaCl溶液、2%AgNO₃溶液、0.01%AgNO₃溶液。同样，让学生自由探究。选择哪种浓度、多少剂量、何种顺序，一切都是试出来的。很明显，有了前次经验后，学生们大多学会了有意识地去控制AgCl颗粒大小了。这种“有意识地控制”显然也是理性思维的结果。他们发现低浓度、小剂量、慢慢加，可以较好地得到AgCl胶体。

经历了以上两个探究环节后，教师再提出“怎样理解胶体与具体物质的关系”这一问题便是水到渠成。胶体只是物质的一种存在状态，而不是哪个物质的固有的状态。物质的性质不仅与物质的结构有关，还与物质的存在状态有关。这些已经是属于观念层面的认识了，这些观念是隐藏在具体的化学事实背后的，即使教师把上述结论板书出来讲给学生听，那它还只是“知识”，没有成为学生的“观念”。因此这一认识必须也只能是学生自己“探”出来、“思”出来的。理性思维帮助他们形成观念，他们通过对具体事实进行思维加工后，再经概括整合升华出来才能获得上位的观念性认识，教师的作用只能是设计充满理性思维的活动与问题。

三、不同分散系之间存在联系吗？

世界是普遍联系的，这是哲学层面的基本观念。那么在分散系的教学中，我们有机会从化学的视角形成这一基本观念吗？机会其实就在简单的实验中。在学生制备NaCl胶体、AgCl胶体的探究活动中，总能找到一些留有NaCl浊液、AgCl浊液这些“失败”产品的试管，从上至下照射这些上层为清液、下层为沉淀的试管，发现只有中间部分丁达尔效应最为明显。振荡试管，形成明显的浊液，再照射时也能观察到光路。这一现象说明在浊液这一分散系中也是存在着胶体颗粒的。如何从微观角度理解这一现象？Ag⁺和Cl^-相遇生成AgCl分子，许许多多的AgCl分子在溶液中聚集最终得到大颗粒，表现为AgCl浊液，而聚集的过程就一个颗粒不断“长大”的动态过程。既然存在着颗粒的生成与长大，那各种大小的颗粒同时共存便不难理解（见附图）。三种分散系之间是存在联系的，因而也是可以相互转化的。我们可以控制条件，使颗粒主要“长成”我们需要的大小。

附图 AgCl颗粒在溶液中生成与长大示意图

这是一个再次寻找证据进行理性思维的过程。通过简单的实验以及对实验现象的深入思维，我们体会到分散系之间的联系与转化，这是多么生动直观！化学的基本观念如微粒观、联系观、变化观等就是在这些思维活动中不断地形成、修正和完善的。

四、分而又合，合而又分，分散系中各成份保持其独立性。

以上对胶体的认识更多是关注了胶体分散系作为系统整体的独特性，那么作为混合物，其中的各成份不是还应保持其独立性吗？这一点是不是也该让学生有所认识呢？毕竟，“混合”并不等同于“化合”。本节教学中教师演示了固体酒精的制备与燃烧。将2~3滴饱和醋酸钙溶液滴入10mL无水乙醇中，即可制得果冻状的固体酒精，这属于凝胶。将其置于石棉网上，可被点燃，燃烧后剩下了白色的醋酸钙固体。通常，教师只将其作为趣味实验进行演示，但这没有很好地挖掘出实验的教育功能，其根本原因在于没有围绕实验设计出渗透理性思维的问题。什么在燃烧？什么被剩下？这样的问题虽然简易答，但会引发学生的深入思考：凝胶中的乙醇保持着原有的能燃烧的性质，而醋酸钙不能燃烧，因此剩下。胶体中的各成份还是保持着各自的独立性的。这是对分散系认识的进一步加深，初步形成对分散系分而又合，合而又分的观念性认识。

五、几点反思

所谓化学基本观念，不是化学知识，也不是化学知识的简单组合，它是学生通过化学学习在头脑中留存的，在考察它周围的化学问题时所具有的基本的观念性的东西，也可以认为是学生获得的对化学的总观性的认识。当具体知识逐渐被遗忘之后，基本观念将长久相伴，影响人的理解、判断、决策。因此教学中帮助学生形成正确的化学观念的重要性不言而喻。遗憾的是，在如今的教育大环境下，化学基本观念因为难以进行纸笔考查而难以进入化学教师的视野。能在考卷上书写出来的答案，就算是属于观念层面的，也可能只是学生的“知识”而不是头脑中的真正“观念”。如果能在教学中对理性思维的给予真正关注，就不会会简单化地将“观念”变成新的“知识”教给学生。因为与理性思维相适的，是批评地力求充分证据的思维方式。虽然''证据''不可能完全客观，但理性思维对此可以进行反复批判、分析、验证、纠错，找到一定条件下最充分的理由或依据。因此，虽然''充分''和''证据''并非无疑，然而批评地力求充分证据的理性思维方式，与依靠权威、信仰、偏见、情绪，以及杂乱无章的思维方式仍有根本的区别。这种批判求真的过程正是理解科学本质，形成科学观念的过程。