基于化学学科核心素养的实验教学
—以“卤化银甘油溶胶的制备及其感光实验教学”为例
1
指导思想
《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个维度的化学学科核心素养。化学实验教学是践行“素养为本”教学理念、转变教学行为的学科教学关键领域。
以重视开展“素养为本”的教学这一基本理念为指导思想，充分认识化学实验的独特价值，开展多种实验探究活动。在教学过程中充分发挥化学实验的教学功能有助于学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，培养学生的科学态度和价值观[1]，使化学学科核心素养的培育与鲜活的知识、灵动的教学紧密结合。以创新实验“卤化银甘油溶胶的制备及其感光实验”为例，实施基于学生化学学科核心素养培养的实验教学。
2
教学背景
中学化学教材中常见的卤化银包括AgCl、AgBr、AgI，它们都具感光性，常被用于制备感光材料，在摄影、医疗、军事等领域有广泛的应用。苏教版必修1专题2
第一单元的资料卡，旨在介绍卤素单质的部分性质、简单卤素阴离子X-
(X-=Cl-、Br-、I-，下同)的检验和卤化银在实际生产、生活中的部分应用[2]。人教版必修1同样介绍了AgCl的相关知识。然而各版本教材中并没有关于卤化银感光性的演示实验，缺乏影响卤化银感光分解速率的探究实验，所以在平时的学习中，学生对卤化银的认知往往只能停留在制备、溶解性和颜色相对差异、以及卤化银用途的简单记忆，缺乏对感光性的直观感受。平常教学中，探讨化学反应速率的影响因素时，也少有关于接触面积、光照强度对化学反应速率影响的演示实验。
因此，有必要设计一个简便、演示效果良好的创新实验，帮助学生直观感受卤化银的感光性，以强化该知识点的掌握，同时直观感受接触面积、光照强度对化学反应速率的影响。然而，在实验中发现，粒径较大的卤化银沉淀即使经强光照射，也很难分解。从接触面积对化学反应速率的影响角度分析，并提出设想，若要达到良好的演示效果，可将卤化银制备成胶体，增大比表面积，以增强粒子的活性，进而增强感光性。
甘油常作为分散介质用于胶体的制备，在教师的指导下，引导学生以甘油作分散介质制备的卤化银甘油溶胶，经多次试验验证，具有感光性能好、不易沉降等优点，可以满足课堂演示的需求。
3
教学目标
3.1通过实验探究，了解卤化银的物理性质、化学性质；通过控制变量的方法，探究影响卤化银光解速率的影响因素。
3.2在创新实验设计与实施过程中，增强学生文献分析与概括能力，增强学生实验记录与数据处理能力，体会研究物质的思路和方法。
3.3在知识体系构建与实验能力提升的基础上，从各个维度培养学生化学学科核心素养。
4教学流程
4.1课前准备
药品：甘油、0.1mol/L
AgNO3溶液、0.1mol/L
NaCl溶液、0.1mol/L
NaBr溶液、0.1mol/L
NaI溶液
仪器：试管、烧杯、玻璃棒、激光笔
文献：利用甘油制备溶胶或乳液的相关文献
4.2
实施过程
【创设情境】展示变色眼镜镜片在强光照射下颜色变深，在暗室中颜色变淡的过程，让学生猜想镜片中可能包含的物质以及物质可能具备的化学性质。学生讨论，得出结论，教师点评、揭秘：由于AgBr的感光性造成了变色眼镜颜色的变化，卤化银皆有感光性。
设计意图：创设生活情境，激发学生探究兴趣，实时问题驱动，引导学生根据宏观现象，推测物质的组成和可能具备的性质。让学生了解化学与生活密切的联系，感受化学的学科价值，同时，让学生观察到化学不仅可以带来神奇的现象，更重要的是通过化学学习可以感受科学思维的魅力。从而培养学生“宏观辨识与微观探析”、“科学态度与社会责任”等方面的化学学科核心素养。
【任务驱动】要求学生在课本没有演示实验的情况下，怎样利用实验室现有的药品与仪器展示卤化银的感光性？
学生已经了解卤化银具有感光性，根据已有的经验，猜想用硝酸银溶液与NaCl等溶液直接混合制备卤化银。然而在实验过程中用此方法制备的卤化银形成沉淀，即使在光照强的室外也很难光解，从而形成认知冲突，教师可以借助认知冲突设置问题。
【问题驱动】卤化银具备感光分解的性质，那么为什么我们制备的卤化银却观察不到感光性？原因是什么？怎么改进？并组织学生讨论。
学生经讨论形成结论：由于变色眼镜中的卤化银是均匀分布在镜片中的，可充分吸收光的能量，而我们制备的卤化银是沉淀的形式，吸收光能量效果差。只要将卤化银均匀分布在溶液各个部分就可以满足实验需要了。
设计意图：利用任务驱动和问题驱动，引导学生根据已有的知识和经验，根据物质的组成、性质，独立思考、提出猜想、合作交流，设计实验方案，借助实验结果验证猜想的真伪。在认知冲突的基础上进行问题驱动，进一步引发学生思考，优化实验方案，
从“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”
等方面提升化学学科核心素养。
然而卤化银除了氟化银外都是难溶的，很难将卤化银均匀地分散在水中。鉴于学生的认知水平，很难想到将卤化银均匀分布在液体中的方法，需要教师提供帮助，展示提前准备好的文献，供学生参考。
【文献节选】节选以甘油为分散介质制备溶胶的论文《甘油分散含银溶胶的制备及抑菌性能研究》为学生提供思路。节选内容如下[3]：
“可以设想，若能将纳米银的制备与无水甘油体系相结合，直接在无水甘油体系中，以甘油作为分散介质，可能获得稳定无水甘油分散溶胶体系”。
设计意图：当学生由于认知水平受限,使方案设计陷入困境时，教师及时提供相关文本资源，扩展学生认知水平，同时提升学生对文献内容进行分析、概括、点评的能力。通过知识和技能的迁移，优化实验方案，解决实际问题，增强学生实验操作能力,强化学生创新意识。
经过分析讨论，制定方案，以甘油为分散介质，制备卤化银甘油溶胶：
（1）取三支试管，分别倒入5mL甘油；向每支盛有甘油的试管中分别滴入3滴0.1mol/L
AgNO3溶液，振荡，使之混合均匀，得到混合液。
（2）向上述三支试管中分别滴入3滴0.1mol/L
NaCl溶液、0.1mol/L
NaBr溶液、0.1mol/L
NaI溶液，振荡，可以观察到卤化银溶胶的生成。
（3）用激光笔照射新制的卤化银溶胶，观察实验现象。
观察上述过程中制备的卤化银甘油溶胶，可发现从氯化银甘油溶胶、溴化银甘油溶胶到碘化银甘油溶胶，颜色依次加深，由白色逐渐过渡到黄色。在红光的照射下产生明显的丁达尔效应（实验所得的溶胶在暗室中保存数周后，仍难沉降，具有较好的稳定性）。
【启迪思维】用红光照射卤化银甘油溶胶时，可以看到明显的丁达尔效应，但是移去光源，却很难观察到卤化银光解的现象，再次产生了认知冲突。教师引导学生从光的能量角度思考，并引导学生改用波长较短的蓝光照射卤化银甘油溶胶。
实验证明：用波长较短的蓝光照射卤化银甘油溶胶时，可以带来一个有趣的现象：产生银斑。蓝光照射溶胶数秒后移去光源，可清晰地观察到：试管中光通过的地方，卤化银感光分解，并产生大量细小的黑色银颗粒，这些银颗粒聚集形成一条“黑色地带”(如图2所示)，类似胶卷的效果，记录了光路信息，在课堂演示中，学生称之为“试管胶卷”。倒掉试管中的溶胶后，可以观察到试管壁上有银斑附着。
另外，激光笔照射卤化银甘油溶胶时，引发学生进一步思考：为什么在红光的照射下容易观察到丁达尔效应，而蓝光则容易使卤化银感光分解，进而促使学生探索光的波长与能量之间的关系、光的波长、光的散射与丁达尔效应之间的关系，用物理知识解释化学现象，建立物理、化学学科之间的联系，扩展学生思维空间，提升学生综合探究能力，从而提升学生综合素质。
【实验探究】因新制的卤化银甘油溶胶经光照都可产生银斑，所以通过控制变量的方法，对比银斑形成所需的时间，探究卤化银溶胶光解速率的影响因素。
探究1
物质种类对卤化银光解速率的影响
在相同条件下，15℃时，根据不同溶胶形成银斑所需的时间，判断物质种类对卤化银光解速率的影响。如表1所示，在相同条件下，物质的光解速率为：溴化银>氯化银>碘化银，结论与相关报道吻合[4]。
表1
15℃时，相同条件下，不同溶胶形成银斑所需的时间
物质种类
氯化银甘油溶胶
溴化银甘油溶胶
碘化银甘油溶胶
银斑形成时间/s
8
5
22
探究2温度对卤化银光解速率的影响
在室温为5℃的情况下，采用水浴加热的方法，先将试管中的5mL甘油、所需的银氨溶液、NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液同时分别加热到15℃、25℃、35℃、45℃，然后按上述步骤制备不同温度下的卤化银甘油溶胶。用蓝光照射这一系列溶胶，通过对比形成银斑所需的时间，即可判断温度对感光分解速率的影响。通过实验发现，随着温度的升高卤化银光解速率逐渐加快（如图3所示）。温度超过35℃时，氯化银甘油溶胶与溴化银甘油溶胶形成银斑所需的时间已经相差不大，45℃时，溴化银甘油溶胶产生银斑所需的时间甚至少于1s。
图3温度变化对银斑产生所需时间的影响
探究3
其他因素对卤化银光解速率的影响
其他因素比如光照强度、离子浓度等都对卤化银光解速率存在影响。光照强度越大卤化银光解速率越大，实验过程中，将新制备的卤化银甘油溶胶由暗室移至室外，可看到卤化银迅速曝光形成银溶胶。
实验过程中还发现，离子浓度逐步增大时，卤化银存在的状态可由溶胶转变为乳浊液，光解速率也同时加快[5]，与相关报道一致。
设计意图：进一步挖掘创新实验的教学价值。通过设计方案，控制变量，完成实验操作，并对观察记录的实验信息进行加工,获得结论。能从内因与外因、量变与质变等角度分析化学反应速率的影响因素，培养学生观察和记录实验信息的能力，尊重事实和证据，培养学生严谨求实的科学态度，从“变化观念与平衡思想”“科学态度与社会责任”等多维度培养学生化学学科核心素养。
【总结归纳】梳理整节课的知识脉络，构建知识体系，使化学知识的学习，科学探究能力的形成，化学学科核心素养的培养有机结合。
5
教学反思
化学学科核心素养内隐在化学教学活动中，各有侧重，相辅相成，不同的教学内容对核心素养的培育侧重点不同，切不可将这些教学内容承担的任务孤立、切割[6]。实验教学过程中，始终贯穿着证据推理和创新意识等化学学科核心素养的培养，需要从学科思想、实践层面、价值追求整体全面地认识化学学科核心素养。
在卤化银甘油溶胶的制备和感光实验展示过程中，新奇的实验现象容易激发学生的求知欲，促使学生发现问题，在思考、探究和解决问题过程中，逐步提升学习能力。另外，学生通常会认为金属银只能呈现银白色，而通过这个实验可以让学生了解，银单质在一定状态下还可呈现黑色，丰富了学生的化学知识。实验所需药品用量少、重复率高，有助于培养学生环保意识。教学过程中，教师充分挖掘实验的教学功能，培养学生“理论推断—实践论证—理论深化”的认知能力和学科素养。
学生化学学科核心素养的培养是自我构建、循序渐进的过程，教师应长期坚持“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，开展实验探究活动，使学生在化学知识学习的过程中逐渐形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版
社，2018：1-6.
[2]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].江苏教育出版社，2007：47.
[3]
郑寅，陈硕平，王苏展，等.甘油分散含银溶胶的制备及抑菌性能研究[J].材料导报B：研究篇，2017，31（6）：30—32.
[4]
李群燕.关于卤化银化学分解实验的设计[J].化学教育，2000，11：41.
[5]
傅广生，杨少鹏，李晓苇，等.卤化银感光材料光作用动力学研究进展[J].感光科学与光化学，2002，20（1）：66.
[6]
陈进前.关于化学学科核心素养的三个建议[J].中学化学教学参考，2018，9：3.
聚集的
银颗粒
蓝光
图2
银颗粒聚集形成的“黑色地带”(共17张PPT)
基于化学学科核心素养的实验教学
—以“卤化银甘油溶胶的制备及其感光实验教学”
为例
指
导
思
想
教
学
背
景
教
学
目
标
教
学
流
程
教
学
反
思
说
课
内
容
一、指导思想
宏观辨识与微观探析
变化观念与平衡思想
证据推理与模型认知
科学探究与创新意识
科学态度与社会责任
充分认识化学实验
独特价值
精心设计实验
探究活动
素养为本
二、教学背景
苏教版化学必修1专题2
人教版化学必修1第二章
无卤化银感光性演示实验
缺卤化银光解速率影响因素的探究实验
3
、知识体系构建与实验能力提升的基础上，从各个维度培养学生化学学科核心素养
教
学
目
标
1
、通过实验探究，让学生了解卤化银的物理性质、化学性质及光解速率的影响因素
2
、增强学生文献分析与概括能力，增强学生实验记录与数据处理能力
知识
技能
素养
四、教学流程
药品：甘油
0.1mol/L
AgNO3溶液、0.1mol/L
NaCl溶液
0.1mol/L
NaBr溶液、0.1mol/L
NaI溶液
1、课前准备
文献：利用甘油制备溶胶或乳液的相关文献
仪器：试管、烧杯、玻璃棒、激光笔
创设
情境
任务
驱动
实验
验证
引发
冲突
原因
分析
通过变色眼镜引入主题，体验化学的学科价值；宏微结合预测分析物质组成，性质
利用实验室现有条件，
展示卤化银感光性
AgNO3溶液+NaX溶液
制备卤化银沉淀
（X=Cl、Br、I）
卤化银沉淀感光性差，
即使强光照射也不分解
与变色眼镜相比，
卤化银沉淀中粒子堆积，
不能均匀分散
证据推理
科学探究
四、教学流程
2、溶胶制备
文献支持
直接在无水甘油体系中，
以甘油作为分散介质......
可能获得稳定无水甘油
分散溶胶体系
分析、概括文献内容，
知识迁移
1
2
3
3滴硝酸银溶液+5mL甘油+
3滴0.1mol/LNaBr溶液
3滴硝酸银溶液+5mL甘油+
3滴0.1mol/LNaCl溶液
3滴硝酸银溶液+5mL甘油+
3滴0.1mol/LNaI溶液
定性
定量
光解速率的
影响因素
物质种类
温度
浓度
光照强度
丁达尔效应
银斑
红光
依据：银斑形成所需要时间
方法：控制变量
四、教学流程
变化观念
3、实验探究
跨学科
蓝光
溴化银分解最快，氯化银次之，碘化银最弱。
热稳定性：
HCl
>
HBr
>
HI
光解速率：
AgI>
AgBr
>
AgCl
？
尊重事实
科学态度
1、物质种类的影响
2、温度的影响
记录和处理数据
科研体验
温度越高
速率越快
由溶胶渐变为乳液，银斑形成的速度更快。
逐渐增大Ag+与X-浓度
3、浓度的影响
暗室
室外
光照强度越大，光解速率越快
4、光照强度的影响
知识
五、教学反思
技能
素养
课题任务
优化方案
实验探究
得出结论
提出方案
价
值
实验验证
流
程
1.创新实验流程与价值
宏观辨识
微观探析
变化观念
平衡思想
证据推理
模型认知
科学探究
创新意识
科学态度
社会责任
核心素养
2.化学学科核心素养内在的联系
各有侧重、有机统一
自我构建、循序渐进
坚持“素养为本”
敬请指正，谢谢！
