严建华++崔素萍++王志宏++柏晓强++韩策++徐玉茹

摘要：對粘土结构和粘土-水系统性能进行了辩证解析。基于电荷平衡的性质，结合库仑定律，从科学角度和辩证角度对粘土荷电性质进行了分析。在此基础上对粘土结构和粘土-水系统相关性质，即粘性、可塑性、悬浮性的辩证内涵进行了分析。对课程教学中引导学生进行辩证思维以帮助学生提高学习效率的教学方法进行了探索。

关键词：粘土结构；荷电性质；粘土-水系统性质；辩证思维；教学方法

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0085-02

粘土是无机材料的重要原料，粘土的结构与性能是无机材料科学基础的重要内容和重点内容之一，牵涉到无机材料的结构、陶瓷的成型工艺和烧成工艺等。而牵涉成型工艺的粘土泥浆和泥团性质，由于其内涵丰富、牵涉面广且和生活、工程密切相关，是无机材料课程教学的重点内容和精彩内容之一。如何在学生已有的知识基础上，通过辩证思索理解其中的理论内涵以及延伸出对理论知识点的理解，是本部分内容教学中值得思考和探索的问题。在这样的一种考虑下，本文尝试对《无机材料科学基础》的粘土结构、泥浆和泥团的课程知识进行一些辩证法解释，并探讨辩证教学在本部分内容的本科教学中实施的必要性和措施。

一、粘土结构和胶团的辩证分析

伊利石结构和蒙脱石结构均属于二层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体的复合层结构。复合层中间的铝离子起到了平衡层状硅氧网络阴离子因为断网而产生的部分负电荷，而尚未平衡的部分负电荷，由氢离子悬挂于硅氧网络的非桥氧上，形成化学结合水。层状硅氧网络阴离子和作为构成硅酸盐中“盐”的“碱”组分来源的铝离子和氢离子一道，构成一个电荷平衡体系，这是伊利石（水云母）类矿物和蒙脱石类矿物的共同特征。蒙脱石类矿物是在该三层复合结构的铝氧八面体中以低价的镁离子对铝离子取代而得到，而伊利石是在该三层复合结构中的表面硅氧层中以铝离子对硅离子的取代而获得，这两种取代产生的层内负电荷，均需要复合层间的阳离子来平衡。但由于二者复合层内负电荷的源头和复合层表面的距离不同，从而产生了不同的性质。在有了上述结构方面的基础知识之后，可以借用辩证分析的方法来进一步理解二者在吸水性方面的差异。根据库仑定律可以得出，伊利石复合层间用于平衡复合层内负电荷的阳离子和复合层内负电荷的吸引力较蒙脱石大。因而，伊利石不容易吸水，蒙脱石容易吸水且产生膨润的效果。二者的区别可用水分子进入复合层间的动力和阻止水分子进入复合层间的阻力这对矛盾加以分析。就动力而言，通过考察复合层间的情况，可以看出，其一，复合层间有氧离子，和水分子存在氢键的作用；其二，复合层间的阳离子容易形成水合阳离子，对水有一定的结合力；其三，复合层间的水分子和复合层面的原子存在范德华力。就阻力而言，复合层间阳离子和复合层内负电荷的作用力有使层间域变窄、将水挤出的作用。对伊利石而言，因为其复合层内负电荷和复合层间阳离子的作用力较大，因而阻力是矛盾的主要方面。而对于蒙脱石而言，水进入复合层间的作用是矛盾的主要方面。而水分子进入层间动力和阻力的矛盾，还可以细分为复合层间阳离子形成水合离子的动力和复合层间阳离子和复合层内负电荷吸引力的矛盾，复合层面上氧离子通过氢键结合水的动力和复合层间阳离子和复合层内负电荷吸引力的矛盾，以及复合层面上的原子和水分子的范德华力与复合层间阳离子和复合层内负电荷吸引力的矛盾。对于膨润土和伊利石的吸水性而言，第一个矛盾是主要矛盾，第二、三个矛盾是次要矛盾。而矛盾不同方面所占据的主导地位不同，导致了吸水能力的差异。

二、粘土-水系统的工程应用实例的辩证分析

粘土-水系统的工程应用和粘土在水中形成胶团有密切关系。当粘土颗粒处于有水的环境中时，复合层间的阳离子将由于和水结合而与层内负电荷距离增大，根据库仑定律，复合层间阳离子和粘土颗粒吸引力降低。当水分足够多时，就形成了水合阳离子和带负电的粘土颗粒所组成的胶团，构成了新的电荷平衡体系。胶团的存在，根据含水量的不同，使粘土泥团具有可塑性、使粘土泥浆具有稳定性。而胶团中负电核心颗粒和外围水合离子的静电引力作用，正是粘土-水系统具有粘性的根源所在。首先考虑粘土泥团的可塑性。可塑性的定义为加力可以变形而撤除力后可抵抗重力的作用而形状得到保持。泥团受力变形的原因为胶团带来的水膜提供的润滑作用，而力撤除后形状得到保持的原因在于粘土泥团的内聚力。水的作用，起着调节矛盾运动过程的重要作用。水少时，粘土颗粒的内聚力大，但此时，水膜比较薄，泥团变形容易开裂。反之，水多时，水膜比较厚，泥团容易变形，水分足够大时，粘土胶团之间还有自由水存在，不能保持变形后的形状。对粘土泥团变形后又可抵抗重力作用而保持形状的这样一个性质进行矛盾分析，可以看出，既有泥团内聚力和重力之间的矛盾，也有水膜破裂和变形量之间的矛盾。而前者又可以细化为重力和粘土层内负电荷与周围阳离子之间作用力的矛盾；胶团内部的氢键和重力的矛盾以及毛细管力和重力之间的矛盾。考虑粘土泥团基于其层间阳离子而带来的较大的可塑性，可以分析得出，诸多的矛盾中，粘土层内负电荷与周围阳离子之间作用力与重力之间的矛盾是主要矛盾。而水在矛盾主次方面的转化过程中，起到了重要的作用。这里有一个有趣的问题是，当水分含量较少时，可塑泥团的毛细管力和粘土层内负电荷与周围阳离子之间作用力的作用力，到底哪个对泥团内聚力起更大的作用？而粘土的粘性，到底是毛细管力起主要作用还是静电引力起重要作用？从辩证的角度来看，目前有的教科书的观点也尚有可以探讨之处。再来考虑粘土泥浆的稳定性，这里就必须涉及到动电电位，当粘土-水系统水较多时，粘土颗粒的胶团在水中分散存在，以带负电的胶核为中心，周围吸引阳离子形成电荷平衡体系。由于含水量大，胶团之间有了距离，这就产生了胶团热运动的可能性，胶团热运动中，同样有保持电荷平衡的倾向，但与此同时，胶团外层的电荷由于和胶核负电荷的作用力较小，在胶团运动过程中，就会跟不上胶核的运动速度，因而就构成了一对矛盾。这对矛盾有诸多的转化条件，譬如温度、胶核负电荷平衡阳离子的种类。条件的变化导致了矛盾关系的变化，矛盾关系的变化则导致了动电电位的变化乃至反转。掌握了这种矛盾关系以及其转化条件，则掌握了由动电电位变化而导致的泥浆性质的变化，如聚沉、悬浮等等。

三、辩证教学的实施

基于建构主义的观点，学生的知识是在老师的指导和外界的刺激下，由学生自己而不是其他人通过一定的方式不断构建而成的，学生是学习的主导者，是内因，而老师只是一个辅助者，是外因。学习的成效如何，学生的因素始终是主要因素，这也就可以解释，为何同样处于课堂之中，同样在听课并且在认真听课，不同学生对知识的接受速度和理解程度存在很大差异。其本质上反映了学生之间思维能力的差异。实施辩证教学，其本质是帮助学生在学习课本知识的同时，学会从辩证的角度来思考问题。我国的学生有一个优势，就是通过中学和大学低年级的哲学课程的学习，对唯物辩证法的理论都有一定的掌握，因而在课堂中，只要结合科学知识进行矛盾分析进而进行更为深入的辩证分析，经过一段时间的引导，根据笔者经验，在辩证思维能力方面均会有较大提高，从而在对知识的深度思考方面取得进步。

当然，辩证的教学其实也存在需要和教学内容和教学课时的适应性问题。辩证思维的开放性尽管可以使内容变得非常丰富，但内容的丰富性其实也带来相应的复杂性。表现为两个方面，其一是知识的量以数倍的比例增长，甚至是指数增长，如果追根究底，花费的时间会和有限的课时冲突，其二是也会碰到老师也给不了所谓“正确”答案的难题。这是在教学实践中需要不断思考和解决的问题。

参考文献：

[1]曾燕伟.无机材料科学基础[M].武汉理工大学出版社，2011.

[2]邓晓辉.马克思主义基本原理概论[M].经济科学出版，2014.

[3]温彭年，贾国英.建构主义理论与教学改革——建构主义学习理论综述[J].教育理论与实践，2002，22（5）：17-22.