STEAM理念高中化学创新实验研究.docx

为美好的明天加油 为美好的明天加油 DAO KE ER WANG LUO KE JI YOU XIAN GONG SI 少年强 少年强#则国强 为美好的明天加油 为美好的明天加油 DAO KE ER WANG LUO KE JI YOU XIAN GONG SI 少年强，则国强 少年强，则国强 STEAM理念高中化学创新实验研究 摘要:介绍了基于s T EAM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F e 3 0 4纳米颗粒。在外加磁场下磁 流体能出现明显凸起。木实验简单、安全、现象明显、试剂用量小、适宜于学生 独立实验操作。木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：S TEAM教育;磁流体;实验探究;创造力 1问题的提出 STEA M教育（STEAM为Sc i e n c e , Techno 1 — o g y , Engineering, Art, Mathematics 首字母），其最大 亮点就是在理工科S T E M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［1 ］。如何基于高中生已有 的化学知识结构，借助STEAM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点。从初三开始学生就对有2种价态的F e 3 0 4充 满了好奇。人教版《化学1 （必修）》第三章第二节“铁的重要化合物”中再次 提到“ F e 3 0 4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1 ）,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F e 3 0 4,网上相关资料显示可以通过化学方法制备。如何利用己学的化学、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 第1页共6页 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。 2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F i g?1 M a g n e t i c f 1 u i d s t o y图1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 F e 3 0 4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［2］。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［3 ］。在中学 常规实验条件下采用化学共沉淀法可完成F e 3 0 4磁流体的制备［4 ］,首先 向F e C 1 3和F e C 1 2混合液中滴加氨水，得到F e 3 0 4磁性颗粒。颗粒 洗净后加入四甲基氢氧化镀溶液在其表面形成包覆层，从而制备了稳定的F e 3 0 4磁流体。 3实验探究 3?1实验用品。FeC13?6II2O、FeC12?4II2O、氨水、盐 酸、2 5 %四甲基氢氧化钱、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。3 . 2实验过程（1 ）配制3 0 第2页共6页 0 m L 0 . 1 , 0 . 5 , 1 , 2 , 3 m o 1 / L 氨水；（2）用 2 m o 1 / L 稀 盐酸作溶剂，分别配制50mLlmol/LFeC13溶液和2 OmL 2mo 1 / L F e C 1 2 溶液，备用；（3）取 20mLFeC13 溶液和 5 mL F e C 1 2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2 5 0 m L不同浓度氨水，控制每秒3滴，见图2 ； （ 4 ）滴完后反应1 0 m i n倒入烧 杯，用强磁铁置于烧杯底部使F e 3 0 4全部沉降，将上层清液倒出，再加入蒸 憾水，重复洗涤F e 3 0 4 2?3次；（5）洗涤后的F e 3 0 4呈黏稠胶状， 向其中加入1 m L 2 5 %四甲基氢氧化镀溶液，用强磁铁在烧杯底部来回运动2 m i n使2者充分混合，即制得F e 3 0 4磁流体。 4实验现象与结论 4?1溶液配制讨论。（1 ）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