導(dǎo)語(yǔ)：高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1問(wèn)題的提出

STEAM教育（STEAM為Science，Technol－ogy，Engineering，Art，Mathematics首字母），其最大亮點(diǎn)就是在理工科STEM理念的基礎(chǔ)上有機(jī)融入了藝術(shù)學(xué)科，大大促進(jìn)學(xué)生的參與度，提升學(xué)生跨學(xué)科整合學(xué)習(xí)的積極性和興趣［1］。如何基于高中生已有的化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，借助STEAM的設(shè)計(jì)理念，開(kāi)發(fā)出跨學(xué)科的化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例，是一線(xiàn)教師思考的著力點(diǎn)。從初三開(kāi)始學(xué)生就對(duì)有2種價(jià)態(tài)的Fe3O4充滿(mǎn)了好奇。人教版《化學(xué)1（必修）》第三章第二節(jié)“鐵的重要化合物”中再次提到“Fe3O4是一種復(fù)雜的化合物，它是具有磁性的黑色晶體，俗稱(chēng)磁性氧化鐵”。課后有學(xué)生拿著一個(gè)在網(wǎng)上買(mǎi)的“神奇的磁流體”小玩具（見(jiàn)圖1），演示了磁流體在溶液中的各種有趣現(xiàn)象，說(shuō)瓶子里黑色物質(zhì)的成分就是Fe3O4，網(wǎng)上相關(guān)資料顯示可以通過(guò)化學(xué)方法制備。如何利用已學(xué)的化學(xué)、物理等多學(xué)科知識(shí)制備出具有特殊藝術(shù)效果的新型材料，引起了學(xué)生的極大興趣。教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生的一些奇思妙想往往會(huì)成為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的靈感。為最大限度調(diào)動(dòng)探究積極性，讓學(xué)生組成課外探究小組，通過(guò)一年半時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的反復(fù)摸索，成功制備了“神奇的磁流體”，大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，取得了良好的教育教學(xué)效果?，F(xiàn)將有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和條件介紹如下，以期與同行們進(jìn)行更深層次的討論和交流。

2實(shí)驗(yàn)原理

磁流體（又稱(chēng)磁性液體、鐵磁流體）是磁性納米粒子用表面活性劑處理后，均勻分散在溶液中形成的穩(wěn)定膠體懸浮液。它既具有液體的流動(dòng)性，又Fig．1Magneticfluidstoy圖1磁流體玩具具有固體磁性材料的磁性，是一種新型的功能材料，是材料化學(xué)與現(xiàn)代磁學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。其中水基Fe3O4磁流體由于良好的生物相容性和磁響應(yīng)性，在藥物靶向釋放、磁性生物分離和免疫傳感器等方面顯示出良好的應(yīng)用前景［2］。常見(jiàn)制備磁流體的方法有機(jī)械研磨法、微乳液法、水熱法、水解法、化學(xué)共沉淀法等［3］。在中學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件下采用化學(xué)共沉淀法可完成Fe3O4磁流體的制備［4］，首先向FeCl3和FeCl2混合液中滴加氨水，得到Fe3O4磁性顆粒。顆粒洗凈后加入四甲基氫氧化銨溶液在其表面形成包覆層，從而制備了穩(wěn)定的Fe3O4磁流體。

3實(shí)驗(yàn)探究

3．1實(shí)驗(yàn)用品。FeCl3•6H2O、FeCl2•4H2O、氨水、鹽酸、25％四甲基氫氧化銨、去離子水、托盤(pán)天平、燒杯、玻璃棒、容量瓶、圓底燒瓶、恒壓滴液漏斗、磁力攪拌器、強(qiáng)磁鐵。3．2實(shí)驗(yàn)過(guò)程。（1）配制300mL0．1，0．5，1，2，3mol／L氨水；（2）用2mol／L稀鹽酸作溶劑，分別配制50mL1mol／LFeCl3溶液和20mL2mol／LFeCl2溶液，備用；（3）取20mLFeCl3溶液和5mLFeCl2溶液于燒瓶中，開(kāi)啟磁力攪拌器，用恒壓滴液漏斗向燒瓶?jī)?nèi)加入250mL不同濃度氨水，控制每秒3滴，見(jiàn)圖2；（4）滴完后反應(yīng)10min倒入燒杯，用強(qiáng)磁鐵置于燒杯底部使Fe3O4全部沉降，將上層清液倒出，再加入蒸餾水，重復(fù)洗滌Fe3O42～3次；（5）洗滌后的Fe3O4呈黏稠膠狀，向其中加入1mL25％四甲基氫氧化銨溶液，用強(qiáng)磁鐵在燒杯底部來(lái)回運(yùn)動(dòng)2min使2者充分混合，即制得Fe3O4磁流體。

4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論

4．1溶液配制討論。（1）溶液的精確配制是進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的先決條件，本實(shí)驗(yàn)中所需一定濃度的氨水和稀鹽酸均由學(xué)生自己配制。實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生必須穿實(shí)驗(yàn)服，戴好護(hù)目鏡、手套，在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)安全教育。（2）用稀鹽酸作溶劑配制FeCl3溶液和FeCl2溶液，可以抑制2種鐵鹽的水解。4．2磁流體制備討論。（1）本實(shí)驗(yàn)采用不同濃度氨水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以探究最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。隨著不同濃度氨水的加入，溶液中產(chǎn)生沉淀的顏色和磁響應(yīng)性也各有不同，見(jiàn)表1。其中2mol／L氨水實(shí)驗(yàn)效果最好也最經(jīng)濟(jì)，沉淀顏色經(jīng)過(guò)黃色、棕黃色、紅褐色、黑色的變化后，具備了良好的磁響應(yīng)性。（2）為制備穩(wěn)定性好的磁流體，采用價(jià)格便宜的四甲基氫氧化銨作表面活性劑，將其加入可在Fe3O4粒子表面形成包覆層，削弱團(tuán)聚現(xiàn)象［5］。充分混合后，用強(qiáng)磁鐵在培養(yǎng)皿底部來(lái)回移動(dòng)，可看到Fe3O4磁流體形成了明顯的凸起，與網(wǎng)上售賣(mài)的磁流體玩具產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同（見(jiàn)圖3）。這種尖刺狀凸起立體地反映出了磁感應(yīng)線(xiàn)的分布，其形成與重力、表面張力、磁場(chǎng)等因素均有關(guān)［6］。

5實(shí)驗(yàn)反思

STEAM教育是在STEM基礎(chǔ)上延伸的一種新的教育模式，它以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，融合技術(shù)、工程教育和藝術(shù)人文教育，注重的元素更加多元化，要求的學(xué)科能力更豐富多樣，旨在讓學(xué)生以學(xué)科整合的方式認(rèn)識(shí)世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界［7］。本實(shí)驗(yàn)是在STEAM理念指導(dǎo)下讓高一學(xué)生利用課余時(shí)間，通過(guò)查閱資料、小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、反思總結(jié)進(jìn)行的化學(xué)綜合實(shí)踐探究活動(dòng)?，F(xiàn)結(jié)合本實(shí)驗(yàn)，對(duì)STEAM教育設(shè)計(jì)的反思總結(jié)如下：（1）STEAM教育設(shè)計(jì)要聯(lián)系中學(xué)生實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)探究情境。STEAM理念的活動(dòng)設(shè)計(jì)要結(jié)合學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)及身心發(fā)展水平，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的科學(xué)探究情境，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程就是解決實(shí)際問(wèn)題和完成實(shí)際項(xiàng)目的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)以學(xué)生問(wèn)題為設(shè)計(jì)靈感，緊扣教材鐵化合物內(nèi)容，對(duì)接前沿科學(xué)磁流體知識(shí)，在教師指導(dǎo)下學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案，利用中學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件自主探究Fe3O4磁流體的制備。整個(gè)過(guò)程教師將學(xué)習(xí)任務(wù)在特定情境中具體化，并與中學(xué)學(xué)習(xí)情境相融合，使整個(gè)探究活動(dòng)充滿(mǎn)生機(jī)和活力，培養(yǎng)了學(xué)生向真實(shí)生活遷移的科學(xué)精神。（2）STEAM教育的設(shè)計(jì)要融合多學(xué)科知識(shí)，增強(qiáng)解決問(wèn)題能力。STEAM課程最重要的核心特征是跨學(xué)科的整合，旨在以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識(shí)和技能，并能靈活遷移應(yīng)用，解決真實(shí)世界的問(wèn)題［8］。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生綜合利用化學(xué)、物理、納米技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，對(duì)現(xiàn)象表征、性質(zhì)驗(yàn)證展開(kāi)深入討論。有趣的是，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中不同學(xué)生把最終形成的凸起，進(jìn)行了不同的比喻：有的比作“牛角”；有的比作“尖刺”；有的比作“棗核”；有的比作“哥特式建筑”。學(xué)生通力合作順利完成了磁流體制備任務(wù)，增強(qiáng)運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（3）STEAM教育的設(shè)計(jì)要關(guān)注創(chuàng)造力激發(fā)，培養(yǎng)物化表達(dá)素養(yǎng)。STEAM課程取得成功的關(guān)鍵因素是產(chǎn)品的創(chuàng)造設(shè)計(jì)和物化。通過(guò)物化產(chǎn)品使學(xué)生習(xí)得的知識(shí)和能力得到外顯，使最終學(xué)習(xí)的結(jié)果得到外化。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生對(duì)所需試劑的性質(zhì)、類(lèi)別和潛在的危險(xiǎn)都進(jìn)行了深入的認(rèn)識(shí)和了解，并在制備中對(duì)試劑配比、加料方式等諸多因素進(jìn)行了對(duì)比分析和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終制備出Fe3O4磁流體，其磁性與網(wǎng)上售賣(mài)的磁流體產(chǎn)品相似。成功的創(chuàng)意作品是激發(fā)和維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、保持學(xué)習(xí)好奇心的重要途徑，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)的融合與遷移運(yùn)用，學(xué)生因此獲得了滿(mǎn)滿(mǎn)的成就感。

參考文獻(xiàn)

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［8］余勝泉，胡翔．開(kāi)發(fā)教育研究，2015，21（4）：13－22

作者:許亮亮 張知為 王簡(jiǎn)文 范清源 單位:南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校