導語：STEAM理念高中化學創新實驗研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:介紹了基于steam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Fe3O4納米顆粒。在外加磁場下磁流體能出現明顯凸起。本實驗簡單、安全、現象明顯、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，培養學生的創造力。

關鍵詞:STEAM教育;磁流體;實驗探究;創造力

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［1］。如何基于高中生已有的化學知識結構，借助STEAM的設計理念，開發出跨學科的化學創新實驗案例，是一線教師思考的著力點。從初三開始學生就對有2種價態的Fe3O4充滿了好奇。人教版《化學1（必修）》第三章第二節“鐵的重要化合物”中再次提到“Fe3O4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象，說瓶子里黑色物質的成分就是Fe3O4，網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新實驗開發的靈感。為最大限度調動探究積極性，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”，大大激發學生學習化學的興趣，取得了良好的教育教學效果。現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。

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，是材料化學與現代磁學技術的有機結合。其中水基Fe3O4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［2］。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［3］。在中學常規實驗條件下采用化學共沉淀法可完成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加入250mL不同濃度氨水，控制每秒3滴，見圖2；（4）滴完后反應10min倒入燒杯，用強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實驗現象與結論

4．1溶液配制討論。（1）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。（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行對比實驗，以探究最優實驗條件。隨著不同濃度氨水的加入，溶液中產生沉淀的顏色和磁響應性也各有不同，見表1。其中2mol／L氨水實驗效果最好也最經濟，沉淀顏色經過黃色、棕黃色、紅褐色、黑色的變化后，具備了良好的磁響應性。

5實驗反思

STEAM教育是在STEM基礎上延伸的一種新的教育模式，它以項目學習、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，以綜合創新的形式改造世界［7］。本實驗是在STEAM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。現結合本實驗，對STEAM教育設計的反思總結如下：（1）STEAM教育設計要聯系中學生實際，創設真實探究情境。STEAM理念的活動設計要結合學生已有知識經驗及身心發展水平，要創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容，對接前沿科學磁流體知識，在教師指導下學生自主設計方案，利用中學常規實驗條件自主探究Fe3O4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，培養了學生向真實生活遷移的科學精神。（2）STEAM教育的設計要融合多學科知識，增強解決問題能力。STEAM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［8］。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。（3）STEAM教育的設計要關注創造力激發，培養物化表達素養。STEAM課程取得成功的關鍵因素是產品的創造設計和物化。通過物化產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Fe3O4磁流體，其磁性與網上售賣的磁流體產品相似。成功的創意作品是激發和維持學習動機、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

［1］許亮亮，鄒正，馬嘉源．化學教育（中英文），2017，38（21）：55－59

［2］王煦漫，張彩寧，古宏晨．化學工程師，2007（9）：4－7

［3］王娟，沈玉華．納米材料的制備、改性及應用．合肥：安徽大學碩士學位論文，2010

［4］NicholasBA，KatieJB，DeanJC，etal．JournalofChemi－calEducation，1999，76（7）：943－948

［5］Anne－LaureD，GeraldineL，FlorenceR，etal．JournalofChemicalEducation，2018，95（1）：121－125

［6］劉曉龍，韋宗慧，馮超，等．物理實驗，2012，32（8）：6－10

［7］范文翔，張一春．現代教育技術，2018，28（3）：99－105

［8］余勝泉，胡翔．開發教育研究，2015，21（4）：13－22

作者:許亮亮 張知為 王簡文 范清源 單位:南京外國語學校