《中学化学教学参考》 发表于 2013 年第 8 期
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让学生体验与自然的交流
从《胶体》的教学实践谈对学科教学的思考（上）
江敏 （南京市金陵中学 210005）
摘要 本文以《胶体》的教学实践为例，说明在化学教学过程中试图能将学生对
自然的认知起点，在已有知识的基础上，穿越承载知识的文字，逐渐地向自然的本身
接近，此时对物质及物质变化的自然属性的认识和形成知识的过程中所采用的科学方
法，将有机地融合在自然科学的教学之中。这将既是自然科学教学中的物质观和发展
观的体现，同时又是教学有效性的真正意图之所在。
关键词 实验 联系 想象 有序
许多年前，阅读有关美国著名物理学家查理德·费曼的书籍，其中有一个片段，
费曼先生在经历为时一年的巴西讲学以后，是这样评价巴西的教育的：“教师的教学，
是将课本上的知识搬到黑板上；学生的学习是将黑板上的文字记录在笔记本上；考试
是学生将笔记本上的文字腾挪到试卷上。但是文字表达的意义是什么，可能有很多学
生全然不知。”
[1]
费曼先生对巴西教育体制和教育方法的批评，是很令人震惊的，同
时也引发了我们对自身教学的反思。
作为以实验为基础的化学学科，其知识的形成与实验过程中的感性观察与想象、
理性分析与归纳、严密逻辑推理和演绎等思维与实证过程具有密切的相关性。然而，
现今在中学化学教学中对学习“效率”的追求，使学校的教学活动逐渐演变为对记载
着表达物质存在和变化规律的“文字”的认识，甚至仅仅成为对人为“制造”出的习
题教学。因此，在化学学习中逐渐被削弱甚至丧失的是最丰富而生动的化学知识内容，
以及知识形成过程中最具有想象力的思维过程，这最终将使学生在解决实际问题时会
表现出能力的缺失。
现以《胶体》的教学案例为例，以此阐述对中学化学教学乃至化学的知识结构的
一些思考。
从传授知识的角度看，老教材中《胶体》的有关知识是比较系统的，它涉及到分
散系的分类、胶体的制备、提纯以及胶体的性质等相关内容。而新教材中《胶体》是
作为物质分类过程中一种物质存在状态而加以介绍的，涉及的知识内容比较简单，只
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是简单地与分散系的类型、胶体的丁达尔现象以及胶体的稳定性等有关知识相关，同
时从教材选择的教学内容与实际生活相联系的角度看，胶体这种分散系也恰好契合了
现代科学技术之一的纳米材料研究范围。
然而，从体验方法和培养能力的角度看，知识虽然是简单的，但是知识的教育功
能依旧可以在教学过程中体现出来。即通过化学教学让学生真切体会科学概念的形成
并理解其具体物理意义，体会宏观与微观之间的相互联系，理解有序的思维方法在认
识问题的过程中所发挥的作用。
基于这样的想法，教学过程就是通过以下的几个环节展开的。
1. 从物质的分类引发对分散系概念的最初认识
教师与学生的交流延续着前一节课所学的物质分类的内容。话题从有关物质的树
状分类图示开始：
如果这是一颗茁壮生长的大树，面对着以上树的形象，同学们会有怎样的感觉？
由纯净物所衍生出的一枝枝繁叶茂，而混合物的一枝则较为单薄。
其实，这张图示的不完美性，还不仅仅在于此。环顾四周，在真实的物质世界中，
绝大多数物质都是以混合物的形式存在的。如果用上述图示说明对自然界的认识，显
然对混合物的认识存在明显的不足。（教师的语言蕴含着同学在自然科学的学习中学
会用学科的眼光观察世界的期待。）
虽说研究纯净物的性质是认识混合物行为的基
础。但是一旦迈进混合物的门槛，又将如何对混合物
进行研究呢？
可以仿照研究纯净物的方法对混合物进行分类。
图 2 从物质的状态对分散系进行分类
固体 固体
液体 液体
气体 气体
分散质的状态 分散剂的状态
物质
混合物
纯净物
单质
化合物
金属 …
非金属…
无机化合物
氧化物 …
酸 …
碱 …
盐 …
图 1 在初中化学基础上，所形成的对物质分类的认识
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面对周围物质世界数量和形态繁多的混合物，
如何分类呢？
可以从形成分散系的各物质状态的角度对分散系进行分类（这是同学们能够想到
的最直观的因素）。
然而，当分散质分散于分散剂中时，原有的分散质状态依旧能够保持吗？
对溶液已有的知识，使得同学们发现上述分类方法存在明显缺陷，即当物质溶解
在溶剂中之后，溶质就不再保持原有的物质状态。而这样的问题已经将学生的视线从
对分散系的宏观认识层面向微观结构层面转移。这就自然进入第二个环节的学习。
2 在实验、想象及思辨中形成对分散系概念的细化
2.1 溶液、胶体、悬浊液的初步认识
对物质在分散剂中的存在形态的研究，是从一组学生分组实验开始的。
取三个试管分别加入 5mL 蒸馏水，向其中一个试管（将编号为①）中加入 6 滴
饱和 FeCl
3
溶液，（得到棕黄色的溶液）；向另一试管（将编号为③）中同样加入 6 滴
饱和 FeCl
3
溶液，然后加入 1mL6mol/L 的 NaOH 溶液（足量，产生红褐色的沉淀）。
观察两试管中混合物的形态，指出分散剂和分散质的成分，并用图式的方式，表
示出你所观察到和想象的两试管中分散质颗粒的相对大小。
右图显示出的是学生在黑板上表示的
溶液和悬浊液中分散质颗粒大小的示意图。
溶液和悬浊液中的颗粒大小是如此悬殊，曾
让同学感到有点夸张（课堂中一片哄笑）。
接着教师要求同学们将第三个盛有蒸馏水的试管（编号为②）加热至沸腾，再加
入 6 滴饱和 FeCl
3
溶液。
学生实验操作的结果是：从表面上看形成一种红褐色的溶液。
教师请同学们将三只试管排列成序，此时三个试管中就呈现出渐变的实验现象。
图 3 学生在黑 板上画 出 的 表 征 FeCl
3
溶液和
Fe(OH)
3
悬浊液中分散质颗粒相对大小的示意图。
①
②
Fe
3+
Fe(OH)
3
黑板
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表 1 对三种分散系中分散质成分的认识
试管①
试管②
试管③
操
作
加入水的体积（温度）
5mL（常温）
5mL（沸水）
5mL（常温）
加入饱和 FeCl
3
溶液的体积
6 滴
6 滴
6 滴
加入 2mol/LNaOH 溶液
——
——
1mL（足量）
现象
棕黄色溶液
红褐色溶液
红褐色沉淀
分散质的成分
Fe
3+
、Cl
-
Fe(OH)
3
、
Fe
3+
、Cl
-
Fe(OH)
3
、
Na
+
、Cl
-
依据上述现象的观察和比较，你对试管②中分散质的成分有怎样的认识和想象？
在试管②中有 Fe(OH)
3
生成，因为分散系的颜色发生了改变，且更接近于 Fe(OH)
3
沉淀的颜色。
在试管②中，当 Fe
3+
转化为 Fe(OH)
3
时，分散质的微粒在体积方面发生了怎样的
变化？
在水溶液中分散质的颗粒变大了。因为仅是 Fe
3+
和 OH
-
离子相互结合形成 Fe(OH)
3
颗粒，其体积就将变大。[虽然 Fe(OH)
3
的沉淀并不是一两个 Fe
3+
和 OH
-
的简单叠合，
但是同学们以对 Fe(OH)
3
沉淀的朴素认识，对分散质颗粒的体积判断是合理的。]
我们能进一步用实验证实吗？
教师的追问将学生的思维从微观重又引向宏观。
2.2 从思辨到实证
对分散质微粒相对大小的实证实验，是从一个工具 — 激光笔的介绍开始的。将
激光笔照射在天花板或屏幕上的某个地方，可以看到一个小红点；如果在激光笔和屏
幕之间用手挡住，屏幕上的小红点就转移到手掌心。
这又引发了教师和学生的一段对话与交流：
从激光笔发射出的光在抵达屏幕的过程中，这束光穿越了多少空气中存在的 N
2
和 O
2
分子，为什么我们不能看见这些分子？
这是因为 N
2
或 O
2
分子太小。
为什么我们的手能够阻挡激光的前行？
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是因为手的体积较大。
现在用激光笔照射试管中的液体水，有什么现象？
激光直接穿过了水，看不见光路。
为什么？
水分子也是太小，不能看见。
如果用激光笔依次照射在上述三个试管中的分散系，又会看到怎样的情景？
实验的结果：激光透过了试管①中的溶液，而在试管②中产生了清晰的光路（丁
达尔现象），但是在试管③中可看到一条粗壮而且边缘粗糙的强烈光路。
如果将光照射物体的观察与思考与上述现象联系起来，你能对以上三种分散系中
的分散质微粒大小作出基本判断吗？
将观察到的颜色变化、激光笔照射后的光学现象联系起来，同学们真切地感受到
以上三种均以水为分散剂、由 FeCl
3
形成的分散质的分散系中分散质的微粒大小在逐
渐增大。
表 2 对三种分散系的光学性质的认识
试管 1
试管 2
试管 3
分散系的状态
棕黄色溶液
红褐色溶液
红褐色沉淀
用激光笔照射后的现象
光线透过
清晰的光路
强烈反射
分散质的微粒大小
小 大
此时的同学们认识的就不只是一种仅与胶体相关的丁达尔现象，而是将光学现象
的变化与分散系中分散质微粒所具有的独特大小直接形成了联系。（此时的同学们虽
然还不能从科学的角度对上述光学现象加以解释，但是建立光学现象与微粒大小之间
的联系，恰恰是对自然本质的认识。）
进一步将上述分散系分别加以过滤，同学们惊奇地发现试管②的红褐色液体可以
顺利地通过滤纸渗下，且渗出的液体依旧具有丁达尔现象；而试管③中的混合液经过
滤后，滤下的液体呈无色，过滤器中滤纸上留有红褐色的沉淀，且滤纸的背面都呈清
晰的白色。上述现象强烈地给同学们以这样的印象，就是 Fe(OH)
3
沉淀不能透过滤纸！
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面对三种均是由 FeCl
3
制备而得到的分散系以及它们在上述实验中的性质，同学
们惊奇地发现在溶液和悬浊液之间竟然还存在一种具有独特性质的新分散系。
如果说这种新分散系被称之为胶体，那么同学们对胶体的基本性质就已经很熟悉
而不再陌生了。即胶体能够发生丁达尔现象、且分散质颗粒可以穿过滤纸。
表 3 对三种分散系机械分离性质的初步认识
2.3 对分散系新的分类方法的认识
此时，同学们已经逐渐清晰地意识到依据分散质在分散剂中的存在形态进行分
类，将是更为科学的方法。这种存在形态与分散质微粒的相对大小有关，并直接与分
散系的性质发生关联。
如果再兼顾到分散剂的状态，有关分散系的新的分类方法就此产生了。利用交叉
分类的方法，同学们很快就能判断出可以有九种不同形态的分散系。
试管 1
试管 2
试管 3
分散系的状态
棕黄色溶液
红褐色溶液
红褐色沉淀
用激光笔照射后的现象
光线透过
清晰的光路
强烈反射
分散质微粒是否能透过滤纸
能
能
不能
分散系的名称
溶液
胶体
悬浊液
激光笔照射
激光笔照射
图 4 Fe(OH)
3
胶体和 Fe(OH)
3
浊液过滤时的现象差异
分散系
分散质
分散剂
颗粒大小
直径(D)
D < 1 nm — 溶液
1nm < D < 100 nm — 胶体
100nm < D — 悬浊液
分散剂的状态
气态
液态
固态
图 5 从分散质微粒的相对大小和分散剂的状态对分散系进行的分类
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3．形成三种分散系之间的联系
在随后进行的教学过程中，教师又提出新的问题：如何利用 NaCl 和 AgNO
3
溶液
间的反应，来制备 AgCl 胶体？接着教师向学生们演示了向 2 mol/L NaCl 溶液中滴加
AgNO
3
溶液，有大量的白色沉淀产生的情景。
先前建立的对分散系的认识，有助于同学们在此问题中的观察、理解和想象：溶
液中密集存在的 Cl
-
和 Ag
+
在瞬间相互反应聚集形成了较大的沉淀颗粒。然而就在人们
能够目睹沉淀颗粒出现的同时，是否关注到溶液中 Ag
+
和 Cl
-
的物质的量浓度在发生变
化？
此时同学们恍然明白：随着沉淀的生成，溶液中 Ag
+
和 Cl
-
的物质的量浓度在逐渐
减小、Ag
+
和 Cl
-
之间的距离也将逐渐加大。达到一定限度时，沉淀颗粒就将逐渐停止
生长。因此如果希望控制生成沉淀颗粒的大小，就可以采用降低溶液中的 Ag
+
或 Cl
-
浓度的方法而得以实现。
为证实以上想法的合理性，教师建议同学们将原有的 2mol/L NaCl 溶液，按 1:4
的方法依次稀释为一系列的 NaCl 溶液（即取 1mLNaCl 溶液加水稀释至 5mL；再从上
述 5mL 溶液中取出 1mL，加水稀释至 5mL；重复上述操作 5 次，这样顺序排列的 5
个试管中的溶液浓度以 1/5 的梯度递减）。
分别向上述系列的 NaCl 溶液中滴加 AgNO
3
溶液，同学们可以清晰地观察到试管
中产生的沉淀浑浊现象明显在逐渐降低。再用激光笔照射上述一系列的分散系，可见
光路的“粗糙”程度在逐渐降低，而“清晰”程度逐渐增强。同学们欣喜地发现：利
用调节反应物浓度来控制沉淀颗粒大小的方法真的按预想方式实现了。
图例：Ag
+
Cl
-
(a)Ag
+
和 Cl
-
的混合
图例：Ag
+
Cl
-
(d)溶液中离子浓度显著降低
图例：Ag
+
Cl
-
(c)AgCl 颗粒逐渐长大
图例：Ag
+
Cl
-
(b)Ag
+
和 Cl
-
相互结合，开始聚集
图 6 想象中的 AgCl 沉淀形成过程
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有趣的是，实验并不仅止于此，“时间”还创造出新的动态实验现象：当用激光
笔照射到最后一个试管时，最初是没有明显现象的，同学们以为此时 Cl
-
浓度太低，
以至不能与 Ag
+
反应产生沉淀。但是随着时间的推移，在溶液中逐渐产生了一条清晰
的光路。可以想象，此时的同学们真的“看见了”沉淀颗粒逐渐长大的情景。此时在
同学们大脑里呈现的胶体形成，是有控制的利用沉淀反应时分散质颗粒“由小长大”
的动态过程，而不是仅仅将分散质颗粒定格于 10
-9
m~10
-7
m 的那一瞬间。
当再次回望整个反应序列中的现象时，让同学们感到意外的现象又发生了。在同
学们想象中，此时观察到的实验整体形象，应该是在反应序列的各试管中，呈现由浑
浊到澄清的景象。“时间”再次创造了观察与思考的机会：①号试管中上部的液体已
经变得比较澄清，②号试管中上部仅有一薄层的清液、③号试管几乎不发生变化，反
而显得是最为浑浊、④号和⑤号试管依旧保持着原有的形成的胶体状态（当然，⑤号
试管的光路更加细腻清晰）。如果再用激光笔照射①号试管，从上向下，光路表现出
由清晰到模糊的过程。
可以理解试管中展示的现象，与形成的 AgCl 颗粒大小有关。在 c(Cl
-
)渐次降低的
各试管中，滴加 AgNO
3
以后生成的沉淀的颗粒也在逐渐变小。而沉淀颗粒最大的试
管①中，最先出现澄清的现象，说明比较大的 AgCl 颗粒沉降速率较快，其余试管中
图 7 随着 c(Cl
-
)逐渐降低，滴加 AgNO
3
溶液后，呈现出沉淀的颗粒由大到小
① ② ③ ④ ⑤
图 8 实验中观察到的分散质颗粒的沉降速度与大小之间的关系
① ② ③ ④ ⑤
图 9 由于沉降速度的不同，
大小不同的分散质颗粒在试管
①中随高度的分布
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的浑浊现象，恰恰说明较小的 AgCl 颗粒沉降速率较慢，以至呈现出胶体的稳定性（由
试管⑤加以说明）。
此时，同学们不仅直观地感受到微粒的沉降速度与微粒的大小有关（及至在社会
生活中，他们能够很清晰地理解测定空气中 PM2.5 的意义及 PM2.5 的危害），而且在
渐次展开的实验观察和理解中，逐渐形成了对三种典型分散系的基本认识。
表 4 对三种分散系的整体认识
试管 1
试管 2
试管 3
分散系的表观状态
均匀的混合物
均匀的混合物
红褐色沉淀
用激光笔照射后的现象
光线透过
清晰的光路
强烈反射
分散质微粒是否能透过滤纸
能
能
不能
分散系的稳定性
稳定
亚稳定
不稳定
回眸激光笔在试管①中的现象，理解是多层次的：由于其沉降速率的不同，使得
不同粒径微粒在空间的分布产生差异。而这些由 Ag
+
和 Cl
-
相互结合形成大小不一的
AgCl 颗粒，恰恰在此说明 AgCl 沉淀形成中的“生长”过程。
结合对实验的分析，同学们可以很清晰地理解制备胶体与其它两种分散系之间的
关系：一种是聚集法（在控制条件的情况下，使小颗粒聚集成适度的大颗粒）；一种
是分散法（采取适当的方法，将大颗粒变为小颗粒）。同样如果有合适的方式，也可
以将胶体中的分散质进一步聚集转化为悬浊液或进一步分散变为溶液。这也体现出三
种分散系之间的相互转化。
4 赋予胶体微粒以直观的物理意义
以上只是从几何学尺度上研究了三种分散系之间的关系。而化学是从原子、分子
的层面上研究物质的结构和变化，如果将胶体的几何学特征转化到原子层面上，将又
会形成怎样的认识？
教师向同学们提出了一个关键的问题：是否可以想象，一个胶体微粒是由多少个
原子聚集而成的？如果假设每个原子的直径近似的为 0.1nm，那么一个胶体微粒将有
多少个原子聚集而成？
离子
聚集
较小的固体颗粒
聚集
较大的固体颗粒
（溶液）
（胶体）
（悬浊液）
图 7 沉淀颗粒的“生长”过程
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胶体分散系中分散质微粒直径在 1~100nm 之间。利用数学知识，同学们不难推断
出在上述假设的前提下，一个胶体微粒中大约含有 10
3
~10
9
个原子。想象这样数量的
集合，同学们有点震感了。原来感觉比较小的胶体微粒竟然聚集了如此多的原子。
此时，再看曾经被同学们视为夸张的
黑板上用以表征 FeCl
3
溶液和 Fe(OH)
3
悬
浊液中分散质颗粒的相对大小的示意图。
右边的以为表示了悬浊液中分散质微粒的
相对大小，其实只不过才刚刚达到胶体微
粒的粒度范围而已。
回顾本节课的学习内容，同学们发现已经对混合物的类别与性质有了初步而清晰
的认识。下图示展示的应该是同学们更新后的知识结构体系的外显。
胶体除了在以上的学习中所体现的有别于溶液和悬浊液的性质以外，其独特的几
何学、光学和表面的性质，将赋予了它许多独特的性质，这就是现今纳米材料的研究
领域。
教师的引导激起同学们了解纳米材料的兴趣，他们充分利用所具备的网络搜索能
力，主动查寻有关纳米材料在科技和生活中的应用并共同分享。这就自然地拓展了学
生的学习空间，将学习从课堂延伸至课外。
中学化学教学的意义，就是要让学生在学习化学过程中，不仅习得知识，更重要
的是能够在化学学习中感受到人对自然的认识过程，以及人在与自然的交流过程中所
进行的那些合乎认知规律的创造过程，进而获得内心的愉悦并形成参与社会生活的愿
望与信心。因此，教学不再仅仅是教学策略的问题，而且应体现教育哲学的基本理念：
物质
混合物
纯净物
单质
化合物
金属 …
非金属…
无机化合物
有机化合物 ……
氧化物 …
酸 …
碱 …
盐 …
图 11 对物质分类的新认识
均相混合物 — 溶液
非均相混合物 — 悬浊液
胶体 — 纳米材料的研究领域
图 10 图中表示的是学生在黑板上画出的表征
FeCl
3
溶液和 Fe(OH)
3
悬浊液中分散质颗粒的相
对大小的示意图。
①
②
Fe
3+
Fe(OH)
3
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教学“效率”的体现不是以短期的分数为衡量的唯一标准，而应以学生现今的认识水
平和长远发展相联系为教学的出发点，使学生接受学校教育的过程中，学会学习、尊
重自然、协调发展。