STEAM理念高中化學創(chuàng)新實驗研究

1、STEAM理念高中化學創(chuàng)新實驗研究摘要:介紹了基于理念下讓學生制備和表征四氧化三鐵磁流體的化學實驗探究。采用化學共沉淀法制備了磁性納米顆粒。在外加磁場下磁流體能出現(xiàn)明顯凸起。本實驗簡單、安全、現(xiàn)象明顯、試劑用量小、適宜于學生獨立實驗操作。本研究旨在通過設置科學問題，讓學生體驗整個科研過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。 關鍵詞:教育;磁流體;實驗探究;創(chuàng)造力 問題的提出 教育（為，首字母），其最大亮點就是在理工科理念的基礎上有機融入了藝術學科，大大促進學生的參與度，提升學生跨學科整合學習的積極性和興趣。如何基于高中生已有的化學知識結構，借助的設計理念，開發(fā)出跨學科的化學創(chuàng)新實驗案例，是一線教師思考的著力點

2、。從初三開始學生就對有種價態(tài)的充滿了好奇。人教版化學（必修）第三章第二節(jié)“鐵的重要化合物”中再次提到“是一種復雜的化合物，它是具有磁性的黑色晶體，俗稱磁性氧化鐵”。課后有學生拿著一個在網(wǎng)上買的“神奇的磁流體”小玩具（見圖），演示了磁流體在溶液中的各種有趣現(xiàn)象，說瓶子里黑色物質的成分就是，網(wǎng)上相關資料顯示可以通過化學方法制備。如何利用已學的化學、物理等多學科知識制備出具有特殊藝術效果的新型材料，引起了學生的極大興趣。教學實踐中學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，讓學生組成課外探究小組，通過一年半時間對實驗條件的反復摸索，成功制備了“神奇的磁流體”，大大激發(fā)學

3、生學習化學的興趣，取得了良好的教育教學效果?，F(xiàn)將有關該實驗的實驗原理和條件介紹如下，以期與同行們進行更深層次的討論和交流。 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，又圖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，是材料化學與現(xiàn)代磁學技術的有機結合。其中水基磁流體由于良好的生物相容性和磁響應性，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用前景。常見制備磁流體的方法有機械研磨法、微乳液法、水熱法、水解法、化學共沉淀法等。在中學常規(guī)實驗條件下采用化學共沉淀法可完成磁流體的制備

4、，首先向和混合液中滴加氨水，得到磁性顆粒。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)定的磁流體。 實驗探究 實驗用品。、氨水、鹽酸、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、強磁鐵。實驗過程（）配制，氨水；（）用稀鹽酸作溶劑，分別配制溶液和溶液，備用；（）取溶液和溶液于燒瓶中，開啟磁力攪拌器，用恒壓滴液漏斗向燒瓶內(nèi)加入不同濃度氨水，控制每秒滴，見圖；（）滴完后反應倒入燒杯，用強磁鐵置于燒杯底部使全部沉降，將上層清液倒出，再加入蒸餾水，重復洗滌次；（）洗滌后的呈黏稠膠狀，向其中加入四甲基氫氧化銨溶液，用強磁鐵在燒杯底部來回

5、運動使者充分混合，即制得磁流體。 實驗現(xiàn)象與結論 溶液配制討論。（）溶液的精確配制是進行化學實驗的先決條件，本實驗中所需一定濃度的氨水和稀鹽酸均由學生自己配制。實驗中要求學生必須穿實驗服，戴好護目鏡、手套，在通風櫥中進行，強化實驗安全教育。（）用稀鹽酸作溶劑配制溶液和溶液，可以抑制種鐵鹽的水解。磁流體制備討論。（）本實驗采用不同濃度氨水進行對比實驗，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性也各有不同，見表。其中氨水實驗效果最好也最經(jīng)濟，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性。 實驗反思 教育是在基礎上延伸的一種新的教育模式，它以項

6、目學習、問題學習為主要學習方式，融合技術、工程教育和藝術人文教育，注重的元素更加多元化，要求的學科能力更豐富多樣，旨在讓學生以學科整合的方式認識世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界。本實驗是在理念指導下讓高一學生利用課余時間，通過查閱資料、小組討論、實驗探究、反思總結進行的化學綜合實踐探究活動。現(xiàn)結合本實驗，對教育設計的反思總結如下：（）教育設計要聯(lián)系中學生實際，創(chuàng)設真實探究情境。理念的活動設計要結合學生已有知識經(jīng)驗及身心發(fā)展水平，要創(chuàng)設真實的科學探究情境，學生的學習過程就是解決實際問題和完成實際項目的過程。本實驗以學生問題為設計靈感，緊扣教材鐵化合物內(nèi)容，對接前沿科學磁流體知識，在教師指導下學生自

7、主設計方案，利用中學常規(guī)實驗條件自主探究磁流體的制備。整個過程教師將學習任務在特定情境中具體化，并與中學學習情境相融合，使整個探究活動充滿生機和活力，培養(yǎng)了學生向真實生活遷移的科學精神。（）教育的設計要融合多學科知識，增強解決問題能力。課程最重要的核心特征是跨學科的整合，旨在以整合的教學方式培養(yǎng)學生掌握知識和技能，并能靈活遷移應用，解決真實世界的問題。本實驗學生綜合利用化學、物理、納米技術等多學科知識，對現(xiàn)象表征、性質驗證展開深入討論。有趣的是，在實驗報告中不同學生把最終形成的凸起，進行了不同的比喻：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”。學生通力合作順利完成了磁流體制備任務，增強運用多學科知識解決實際問題的能力。（）教育的設計要關注創(chuàng)造力激發(fā)，培養(yǎng)物化表達素養(yǎng)。課程取得成功的關鍵因素是產(chǎn)品的創(chuàng)造設計和物化。通過物化產(chǎn)品使學生習得的知識和能力得到外顯，使最終學習的結果得到外化。整個實驗中學生對所需試劑的性質、類別和潛在的危險都進行了深入的認識和了解，并在制備中對試劑配比、加料方式等諸多因素進行了對比分析和反復實驗，最終制備出磁流體，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)和維持學習動機、保持學習好奇心的重要途徑，促進了學生知識的融合與遷移運用，學生因此獲得了滿滿的成就感。 參考文獻 許亮亮，鄒正，馬嘉源化學教育（中英文），