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

1問題的提出

STEAM教育（STEAM為Science，Technol－ogy，Engineering，Art，Mathematics首字母），其最大亮點就是在理工科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)知識結(jié)構(gòu)，借助STEAM的設(shè)計理念，開發(fā)出跨學(xué)科的化學(xué)創(chuàng)新實驗案例，是一線教師思考的著力點。從初三開始學(xué)生就對有2種價態(tài)的Fe3O4充滿了好奇。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，俗稱磁性氧化鐵”。課后有學(xué)生拿著一個在網(wǎng)上買的“神奇的磁流體”小玩具（見圖1），演示了磁流體在溶液中的各種有趣現(xiàn)象，說瓶子里黑色物質(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)實踐中學(xué)生的一些奇思妙想往往會成為創(chuàng)新實驗開發(fā)的靈感。為最大限度調(diào)動探究積極性，讓學(xué)生組成課外探究小組，通過一年半時間對實驗條件的反復(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)該實驗的實驗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實驗原理

磁流體（又稱磁性液體、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)實驗條件下采用化學(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實驗探究

3．1實驗用品。FeCl3•6H2O、FeCl2•4H2O、氨水、鹽酸、25％四甲基氫氧化銨、去離子水、托盤天平、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實驗過程。（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，開啟磁力攪拌器，用恒壓滴液漏斗向燒瓶內(nèi)加入250mL不同濃度氨水，控制每秒3滴，見圖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)磁鐵在燒杯底部來回運動2min使2者充分混合，即制得Fe3O4磁流體。

4實驗現(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)實驗的先決條件，本實驗中所需一定濃度的氨水和稀鹽酸均由學(xué)生自己配制。實驗中要求學(xué)生必須穿實驗服，戴好護(hù)目鏡、手套，在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，強(qiáng)化實驗安全教育。（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）本實驗采用不同濃度氨水進(jìn)行對比實驗，以探究最優(yōu)實驗條件。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，見表1。其中2mol／L氨水實驗效果最好也最經(jīng)濟(jì)，沉淀顏色經(jīng)過黃色、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)皿底部來回移動，可看到Fe3O4磁流體形成了明顯的凸起，與網(wǎng)上售賣的磁流體玩具產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同（見圖3）。這種尖刺狀凸起立體地反映出了磁感應(yīng)線的分布，其形成與重力、表面張力、磁場等因素均有關(guān)［6］。

5實驗反思

STEAM教育是在STEM基礎(chǔ)上延伸的一種新的教育模式，它以項目學(xué)習(xí)、問題學(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)識世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界［7］。本實驗是在STEAM理念指導(dǎo)下讓高一學(xué)生利用課余時間，通過查閱資料、小組討論、實驗探究、反思總結(jié)進(jìn)行的化學(xué)綜合實踐探究活動?，F(xiàn)結(jié)合本實驗，對STEAM教育設(shè)計的反思總結(jié)如下：（1）STEAM教育設(shè)計要聯(lián)系中學(xué)生實際，創(chuàng)設(shè)真實探究情境。STEAM理念的活動設(shè)計要結(jié)合學(xué)生已有知識經(jīng)驗及身心發(fā)展水平，要創(chuàng)設(shè)真實的科學(xué)探究情境，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是解決實際問題和完成實際項目的過程。本實驗以學(xué)生問題為設(shè)計靈感，緊扣教材鐵化合物內(nèi)容，對接前沿科學(xué)磁流體知識，在教師指導(dǎo)下學(xué)生自主設(shè)計方案，利用中學(xué)常規(guī)實驗條件自主探究Fe3O4磁流體的制備。整個過程教師將學(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，使整個探究活動充滿生機(jī)和活力，培養(yǎng)了學(xué)生向真實生活遷移的科學(xué)精神。（2）STEAM教育的設(shè)計要融合多學(xué)科知識，增強(qiáng)解決問題能力。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)生掌握知識和技能，并能靈活遷移應(yīng)用，解決真實世界的問題［8］。本實驗學(xué)生綜合利用化學(xué)、物理、納米技術(shù)等多學(xué)科知識，對現(xiàn)象表征、性質(zhì)驗證展開深入討論。有趣的是，在實驗報告中不同學(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)運用多學(xué)科知識解決實際問題的能力。（3）STEAM教育的設(shè)計要關(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)計和物化。通過物化產(chǎn)品使學(xué)生習(xí)得的知識和能力得到外顯，使最終學(xué)習(xí)的結(jié)果得到外化。整個實驗中學(xué)生對所需試劑的性質(zhì)、類別和潛在的危險都進(jìn)行了深入的認(rèn)識和了解，并在制備中對試劑配比、加料方式等諸多因素進(jìn)行了對比分析和反復(fù)實驗，最終制備出Fe3O4磁流體，其磁性與網(wǎng)上售賣的磁流體產(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)生知識的融合與遷移運用，學(xué)生因此獲得了滿滿的成就感。

參考文獻(xiàn)

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［8］余勝泉，胡翔．開發(fā)教育研究，2015，21（4）：13－22

作者:許亮亮 張知為 王簡文 范清源 單位:南京外國語學(xué)校