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1、STEAM理念高中化学创新实验研究 摘要:介绍了基于理念下让学生制备和表征四氧化三铁磁流体的化学实验探究。采用化学共沉淀法制备了磁性纳米颗粒。在外加磁场下磁流体能出现明显凸起。本实验简单、安全、现象明显、试剂用量小、适宜于学生独立实验操作。本研究旨在通过设置科学问题，让学生体验整个科研过程，培养学生的创造力。 关键词:教育;磁流体;实验探究;创造力 问题的提出 教育（为，首字母），其最大亮点就是在理工科理念的基础上有机融入了艺术学科，大大促进学生的参与度，提升学生跨学科整合学习的积极性和兴趣。如何基于高中生已有的化学知识结构，借助的设计理念，开发出跨学科的化学创新实验案例，是一线教师思考的着力
2、点。从初三开始学生就对有种价态的充满了好奇。人教版化学（必修）第三章第二节“铁的重要化合物”中再次提到“是一种复杂的化合物，它是具有磁性的黑色晶体，俗称磁性氧化铁”。课后有学生拿着一个在网上买的“神奇的磁流体”小玩具（见图），演示了磁流体在溶液中的各种有趣现象，说瓶子里黑色物质的成分就是，网上相关资料显示可以通过化学方法制备。如何利用已学的化学、物理等多学科知识制备出具有特殊艺术效果的新型材料，引起了学生的极大兴趣。教学实践中学生的一些奇思妙想往往会成为创新实验开发的灵感。为最大限度调动探究积极性，让学生组成课外探究小组，通过一年半时间对实验条件的反复摸索，成功制备了“神奇的磁流体”，大大激发
3、学生学习化学的兴趣，取得了良好的教育教学效果。现将有关该实验的实验原理和条件介绍如下，以期与同行们进行更深层次的讨论和交流。 实验原理 磁流体（又称磁性液体、铁磁流体）是磁性纳米粒子用表面活性剂处理后，均匀分散在溶液中形成的稳定胶体悬浮液。它既具有液体的流动性，又图磁流体玩具具有固体磁性材料的磁性，是一种新型的功能材料，是材料化学与现代磁学技术的有机结合。其中水基磁流体由于良好的生物相容性和磁响应性，在药物靶向释放、磁性生物分离和免疫传感器等方面显示出良好的应用前景。常见制备磁流体的方法有机械研磨法、微乳液法、水热法、水解法、化学共沉淀法等。在中学常规实验条件下采用化学共沉淀法可完成磁流体的制
4、备，首先向和混合液中滴加氨水，得到磁性颗粒。颗粒洗净后加入四甲基氢氧化铵溶液在其表面形成包覆层，从而制备了稳定的磁流体。 实验探究 实验用品。、氨水、盐酸、四甲基氢氧化铵、去离子水、托盘天平、烧杯、玻璃棒、容量瓶、圆底烧瓶、恒压滴液漏斗、磁力搅拌器、强磁铁。实验过程（）配制，氨水；（）用稀盐酸作溶剂，分别配制溶液和溶液，备用；（）取溶液和溶液于烧瓶中，开启磁力搅拌器，用恒压滴液漏斗向烧瓶内加入不同浓度氨水，控制每秒滴，见图；（）滴完后反应倒入烧杯，用强磁铁置于烧杯底部使全部沉降，将上层清液倒出，再加入蒸馏水，重复洗涤次；（）洗涤后的呈黏稠胶状，向其中加入四甲基氢氧化铵溶液，用强磁铁在烧杯底部来
5、回运动使者充分混合，即制得磁流体。 实验现象与结论 溶液配制讨论。（）溶液的精确配制是进行化学实验的先决条件，本实验中所需一定浓度的氨水和稀盐酸均由学生自己配制。实验中要求学生必须穿实验服，戴好护目镜、手套，在通风橱中进行，强化实验安全教育。（）用稀盐酸作溶剂配制溶液和溶液，可以抑制种铁盐的水解。磁流体制备讨论。（）本实验采用不同浓度氨水进行对比实验，以探究最优实验条件。随着不同浓度氨水的加入，溶液中产生沉淀的颜色和磁响应性也各有不同，见表。其中氨水实验效果最好也最经济，沉淀颜色经过黄色、棕黄色、红褐色、黑色的变化后，具备了良好的磁响应性。 实验反思 教育是在基础上延伸的一种新的教育模式，它以
6、项目学习、问题学习为主要学习方式，融合技术、工程教育和艺术人文教育，注重的元素更加多元化，要求的学科能力更丰富多样，旨在让学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的形式改造世界。本实验是在理念指导下让高一学生利用课余时间，通过查阅资料、小组讨论、实验探究、反思总结进行的化学综合实践探究活动。现结合本实验，对教育设计的反思总结如下：（）教育设计要联系中学生实际，创设真实探究情境。理念的活动设计要结合学生已有知识经验及身心发展水平，要创设真实的科学探究情境，学生的学习过程就是解决实际问题和完成实际项目的过程。本实验以学生问题为设计灵感，紧扣教材铁化合物内容，对接前沿科学磁流体知识，在教师指导下学生
7、自主设计方案，利用中学常规实验条件自主探究磁流体的制备。整个过程教师将学习任务在特定情境中具体化，并与中学学习情境相融合，使整个探究活动充满生机和活力，培养了学生向真实生活迁移的科学精神。（）教育的设计要融合多学科知识，增强解决问题能力。课程最重要的核心特征是跨学科的整合，旨在以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能灵活迁移应用，解决真实世界的问题。本实验学生综合利用化学、物理、纳米技术等多学科知识，对现象表征、性质验证展开深入讨论。有趣的是，在实验报告中不同学生把最终形成的凸起，进行了不同的比喻：有的比作“牛角”；有的比作“尖刺”；有的比作“枣核”；有的比作“哥特式建筑”。学生通力合作顺
8、利完成了磁流体制备任务，增强运用多学科知识解决实际问题的能力。（）教育的设计要关注创造力激发，培养物化表达素养。课程取得成功的关键因素是产品的创造设计和物化。通过物化产品使学生习得的知识和能力得到外显，使最终学习的结果得到外化。整个实验中学生对所需试剂的性质、类别和潜在的危险都进行了深入的认识和了解，并在制备中对试剂配比、加料方式等诸多因素进行了对比分析和反复实验，最终制备出磁流体，其磁性与网上售卖的磁流体产品相似。成功的创意作品是激发和维持学习动机、保持学习好奇心的重要途径，促进了学生知识的融合与迁移运用，学生因此获得了满满的成就感。 参考文献 许亮亮，邹正，马嘉源化学教育（中英文），（）： 王煦漫，张彩宁，古宏晨化学工程师，（）： 王娟，沈玉华纳米材料的制备、改性及应用合肥：安徽大学硕士学位论文， ，（）： ，（）： 刘晓龙，韦宗慧，冯超，等物理实验，（）： 范文翔，张一春现代教育技术，（）： 余胜泉，胡翔开发教育研究，（）： 第 6 页 共 6 页免责声明：图文来源网络征集，版权归原作者所有。若侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本站联系，我们将及时更正、删除！谢谢！