1.1.3核心素养视域下胶体的丁达尔效应实验探究 教学设计 2025-2026学年高一上学期化学人教版必修第一册

核心素养视域下胶体的丁达尔效应实验探究 一、项目教学内容分析 本节内容为《必修第一册》中关于胶体性质的重要实验课内容。 胶体是物质的一种重要聚集状态，丁达尔效应是胶体的独特性质，是区分胶体与溶液的重要方法。高中化学课程标准中指出：“通过实验探究胶体的性质，引导学生认识物质的聚集状态对性质的影响，建立宏观现象与微观本质的联系，发展学生的宏观辨识与微观探析素养。” 同时，课程标准在高中化学实验教学部分提出了 “跨学科、绿色化、微型化、信息化等” 相关要求，为本课程的设计提供了方向。 二、项目教学现状分析 在当前的教学实践中，多数教师对于丁达尔效应实验的教学，多停留在让学生观察到现象即可，学生往往只是机械地记住 “胶体有丁达尔效应，溶液没有” 这一结论，对丁达尔效应产生的微观本质理解不深刻。学生在学习后，存在一些相异构想，比如认为只要是胶体就一定能观察到明显的丁达尔效应，只要不是胶体就一定观察不到丁达尔效应，不理解浓度等因素对丁达尔效应的影响；将胶体与溶液、浊液的区别简单归结为外观是否澄清，未能从分散质粒子直径这一本质角度进行区分。学生在学习过程中，“宏观辨析与微观探析”“证据推理与模型认知” 等化学学科核心素养未能得到充分体现。 三、项目教学目标分析 基于以上教学现状分析，拟设置基于化学学科核心素养视域的科学观念及科学实践协同发展科学态度的总教学目标。 1. 通过实验探究，引导学生掌握丁达尔效应的概念，理解其产生的微观原因，能利用丁达尔效应区分溶液和胶体。 2. 以丁达尔效应实验为载体，引导学生打破学科壁垒，结合物理光学中光的散射知识，从跨学科角度理解丁达尔效应，发展学生的知识迁移能力和综合思维能力。 3. 以生活中的丁达尔效应现象为真实情境，让学生认识到化学知识与生活的密切联系，了解丁达尔效应在实际生活中的应用，培养学生的科学态度与社会责任。 4. 通过设计系列探究实验，如不同浓度胶体的丁达尔效应对比、浊液在不同条件下的丁达尔效应观察等，引导学生关注变量控制的科学研究方法，发展学生的实验探究与创新意识，培养严谨求实的科学态度。 5. 在实验过程中，通过对宏观实验现象的观察，结合微观粒子运动的分析，帮助学生建立宏观与微观之间的联系，发展 “宏观辨识与微观探析” 素养，同时引导学生构建物质分散系的认知模型，提升 “证据推理与模型认知” 素养。 四、项目教学框架建构 基于以上教学目标，对本节教学框架进行以下建构： 图1 项目教学框架 五、项目教学具体实施 5.1 任务 1-- 丁达尔效应概念建构 5.1.1 情境创设与问题导向 【创设情境】播放视频：清晨森林中的阳光通路、电影院放映时的光柱等生活中常见的丁达尔效应现象。 【问题导向】引导学生思考这些现象产生的原因，为什么会出现这样光亮的通路？结合物理光学知识，光在传播过程中遇到不同物质会发生哪些现象？ 【学生观点】光在传播过程中可能会发生反射、折射、散射等现象。这些生活中的现象可能与光的散射有关。 【设计意图】通过生活中的真实情境，激发学生的学习兴趣，引导学生将化学知识与物理学科知识相联系，打破学科壁垒，为后续理解丁达尔效应的微观本质奠定基础，发展学生的证据推理素养。 5.1.2 实验探究与概念建立 【实验设计】教师引导学生进行实验，使用激光笔分别照射淀粉溶液和硫酸铜溶液，观察实验现象。 【学生操作】学生分组进行实验，仔细观察并记录现象：淀粉溶液中出现一条光亮的通路，而硫酸铜溶液中没有。 【问题导向】为什么淀粉溶液和硫酸铜溶液会出现不同的现象？这两种分散系有什么本质区别？ 【学生讨论】结合之前学过的溶液、胶体和浊液的概念，学生讨论得出：可能与分散质粒子的大小有关，淀粉溶液中的分散质粒子直径较大，可能属于胶体；而硫酸铜溶液中的分散质粒子直径较小，属于溶液。 【概念建构】教师总结：当一束光线通过胶体时，从垂直入射光方向可以观察到一条光亮的 “通路”，这种现象叫做丁达尔效应。丁达尔效应是胶体特有的性质，可以用来区分溶液和胶体。 【设计意图】通过实验探究，让学生直观感受丁达尔效应，从宏观现象入手，逐步建立丁达尔效应的概念，培养学生的宏观辨识素养。 5.2 任务 2-- 丁达尔效应微观本质探析 5.2.1 动画展示与原理分析 【教师活动】教师通过动画展示胶体粒子对光的散射现象，对比溶液粒子和浊液粒子对光的作用情况。 【问题导向】为什么胶体粒子会产生光的散射，而溶液粒子和浊液粒子不会或不明显？ 【学生观点】胶体粒子的直径在 1-100nm 之间，这个直径范围与可见光的波长相近，当光照射到胶体粒子上时，就会发生散射；而溶液粒子直径太小，对光的散射非常微弱，无法观察到；浊液粒子直径太大，会发生反射或阻挡光线，也不会产生明显的丁达尔效应。 【设计意图】通过动画展示，将微观粒子的运动和作用过程可视化，帮助学生理解丁达尔效应产生的微观本质，建立宏观现象与微观本质的联系，发展学生的微观探析素养。 5.2.2 胶体制备与性质验证 【实验活动】学生自行动手制备氢氧化铁胶体：向沸水中滴加几滴饱和氯化铁溶液，继续煮沸至液体呈红褐色，停止加热。然后用激光笔照射制备好的氢氧化铁胶体，观察丁达尔效应。 【学生操作】按照实验步骤进行制备和观察，记录实验现象。 【问题导向】在制备氢氧化铁胶体的过程中，为什么要用蒸馏水？为什么不能用玻璃棒搅拌？过度加热会有什么影响？ 【学生讨论】结合实验注意事项，学生讨论得出：使用蒸馏水是为了避免杂质离子影响胶体的形成；搅拌会使胶体粒子碰撞聚集，导致胶体聚沉；过度加热也会破坏胶体的稳定性，使胶体聚沉。 【设计意图】通过学生亲自动手制备胶体并观察其丁达尔效应，让学生进一步感受胶体的性质，理解实验操作的注意事项对实验结果的影响，培养学生的实验操作能力和严谨求实的科学态度。 5.3 任务 3-- 丁达尔效应影响因素探究 5.3.1 胶体浓度对丁达尔效应的影响 【问题导向】豆浆是一种胶体，但为什么有时观察不到明显的丁达尔效应？ 【实验设计】教师展示：使用激光笔照射浓豆浆，观察现象；然后将豆浆稀释，再次用激光笔照射，记录现象。 【学生观察】浓豆浆中丁达尔效应不明显，稀释后的豆浆中能观察到明显的光亮通路。 【学生分析】胶体的浓度会影响丁达尔效应的明显程度，浓度过高时，胶体粒子过多，可能会对光产生阻挡作用，导致丁达尔效应不明显；稀释后，胶体粒子分布相对均匀，光的散射作用更易观察。 【设计意图】通过对比实验，让学生认识到胶体浓度对丁达尔效应的影响，理解胶体的性质并非绝对，而是受多种因素影响，发展学生的变化观念素养。 图1 浓豆浆观察不到丁达尔效应 图2 稀释豆浆的丁达尔效应 5.3.2 浊液与丁达尔效应 【问题导向】泥水是浊液，能否观察到丁达尔效应？如果改变条件，是否会出现丁达尔效应？ 【实验设计】教师展示：使用激光笔照射浑浊的泥水，记录现象；将泥水沉降一段时间后，取上层清液，再次用激光笔照射，记录现象。 【学生观察】浑浊的泥水中看不到丁达尔效应；沉降后的上层清液中可能观察到微弱的丁达尔效应。 【学生分析】泥水是浊液，分散质粒子直径较大，会阻挡光线，无法产生丁达尔效应；沉降后，上层清液中可能含有一些直径较小的粒子，接近胶体粒子的大小，因此可能产生微弱的丁达尔效应。 【总结】胶体不是产生新的物质，而是物质的一种聚集状态，分散质粒子直径在 1-100nm 之间是胶体的本质特征，也是产生丁达尔效应的关键。 【设计意图】通过实验探究，让学生明确胶体与浊液的区别，进一步理解胶体的本质特征，培养学生的证据推理和模型认知素养。 图1 浑浊泥水 图2沉降后泥水 5.4 任务 4-- 生活中的丁达尔效应 【教师引导】学生思考生活中还有哪些丁达尔效应现象，除了之前提到的森林中的阳光、电影院的光柱，还有哪些？ 【学生分享】学生结合自己的生活经验，分享见到的丁达尔效应现象，如雾天的车灯光柱、清晨的阳光透过窗户照进房间形成的光柱等。 【教师展示】播放 PPT 图片展示更多常见的丁达尔效应，如果冻、烟等，并且展示视频，用激光笔照射用瓶子收集起来的烟，从下至上，丁达尔效应越来越明显，引导学生分析这些现象产生的原因。 【设计意图】将课堂知识与生活实际紧密联系，让学生认识到化学知识在生活中的广泛应用，提高学生的生活观察能力和学习兴趣，培养学生的科学态度与社会责任。 5.5 项目成果整合 【学生活动】绘制关于丁达尔效应的思维导图，内容包括丁达尔效应的概念、产生原因、影响因素、在生活中的应用、与其他分散系的区别等。 【学生课后任务】查阅资料，了解丁达尔效应在科学研究、工业生产等领域的应用，如在化学分析、环境监测等方面的应用，并撰写一份简短的报告。 【设计意图】通过绘制思维导图，帮助学生梳理和整合所学知识，构建系统的知识体系，发展学生的模型认知素养。通过课后任务，引导学生拓展知识视野，体会化学知识的实际应用价值，激发学生的探究欲望。 六、项目教学反思 本项目教学过程中，学生首先通过生活中的丁达尔效应现象引发思考，然后通过实验探究建立丁达尔效应的概念，再深入分析其微观本质，接着探究影响丁达尔效应的因素，最后联系生活实际了解其应用。整个过程层层递进，让学生经历了 “观察 - 提问 - 假设 - 实验 - 论证 - 总结” 的科学探究过程，发展了学生的化学学科核心素养。 从项目成果来看，学生能够准确理解丁达尔效应的概念和产生原因，能利用丁达尔效应区分溶液和胶体，并且对生活中的丁达尔效应现象有了更深刻的认识。通过跨学科知识的融合，学生的综合思维能力得到了提升。 在实验过程中，也发现了一些问题：如制备氢氧化铁胶体时，加热至沸腾所需时间较长，影响了课堂进度；部分学生在实验操作中不够规范，如酒精灯的使用等。在今后的教学中，需要进一步优化实验流程，合理分配时间，加强对学生实验操作的指导和规范。 通过本次教学，学生真切感受到了化学实验的魅力，提高了学习化学的兴趣，培养了科学探究能力和严谨求实的科学态度，为今后的化学学习奠定了良好的基础。 学科网（北京）股份有限公司 $$