铁砂主要成分的探究
学校门前有条河，附近不少村民在河里淘铁砂。铁砂是什么？它有什么用？它为何可以卖高价？这些问题引起师生的注意。于是，教师组织学生对铁砂的主要成分进行探究。
第一步：铁砂的收集
鉴于村民都是用一组大型磁铁淘铁砂，教师给每组学生发了一个小的磁铁。利用课间十分钟，教师带领同学一起去河边收集铁砂。有的同学用裸露的磁铁吸引铁砂，有的用废纸或手帕把磁铁包起来吸引铁砂。后者无需处理磁铁上粘着的铁砂，磁铁光亮如新，前者必须处理磁铁上的铁砂残留，显然很麻烦。教师对后一种操作的同学给予了表扬，夸他们肯动脑筋。所有的同学都情绪高涨，很快都收集到需要的铁砂。
第二步：铁砂的干燥
由于同学们收集铁砂的地点不同，收集到的铁砂有干燥的（在干燥的沙滩收集），也有潮湿的（河水边收集）。同学们将潮湿的铁砂放到干燥器里进行干燥处理。
第三步：观察铁砂
教师请各组同学观察铁砂，并描述它的物理性质。
学生1：铁砂是黑色的固体。难溶于水。
学生2：铁砂是黑色的晶体，能被磁铁吸引。难溶于水。
学生3：铁砂是黑色的粉末，能被磁铁吸引。难溶于水。
教师请同学们讨论：固体、晶体、粉末之间的区别与联系是什么？
学生4：晶体和粉末都是固体，晶体有规则的几何外形，粉末没有规则的几何外形。
学生5：粉末是描述物质形态，与物理性质没太大关系；晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体；固体一般可以分成晶体和非晶体。
它们区别与联系就是：粉末是固体的一种形态；晶体是固体的一种种类；而固体是对物质的一种状态的统称。
哪个同学说的正确并全面呢？教师请同学们回去查找资料，完成一篇科普小论文。
第四步：猜想铁砂的成分
同学讨论、交流：
学生6：铁砂是黑色的固体并且具有磁性：那么它的主要成分是铁。
学生7：铁砂不溶于水，黑色并有磁性：猜想它的主要成分是硅。
学生8：我们猜想它的主要成分是四氧化三铁。
教师拿出铁粉、硅、四氧化三铁分给各个实验小组。请他们设计实验来验证铁砂的主要成分。
第五步：实验验证
1、观察：
铁砂、铁粉、硅、四氧化三铁都是黑色固体。
2、磁性验证：
用磁铁分别吸引上述四种物质，其中硅不能被磁铁吸引。可以排除铁砂是硅的猜想。
3、溶解性实验：
取剩余三种物质少许于三支试管，加蒸馏水震荡，均不溶于水。
4、与稀硫酸的反应：
取上述三种物质少许于三支试管，分别加稀硫酸，震荡。观察：
铁粉溶解，溶液由无色变成绿色，有气泡产生。
铁砂溶解，溶液由无色变成绿色，没有产生气泡。
四氧化三铁溶解，溶液由无色变成绿色，没有产生气泡。
分别向后两个试管滴加硫氰化钾溶液2滴，溶液都由绿色变成了血红色。
结论：铁砂主要成分是四氧化三铁。
第六步：实验的质疑
质疑：根据实验结果得出了铁砂的主要成分是四氧化三铁的结论，有同学提出了几点疑问：1、在铁砂中加了稀硫酸后，溶液呈现绿色。只是亚铁离子的颜色，并没有显示铁离子的颜色。但如果说铁砂中只含亚铁离子，那么四氧化三铁中加了稀硫酸的现象与它是相同的，这是什么原因呢？
2、在空气中，亚铁离子很容易氧化成铁离子，铁离子是不是由亚铁离子氧化而来的呢？
同学讨论、交流：
铁离子是不是由亚铁离子氧化而来的，可以设计一个对比实验：氧化亚铁和稀硫酸反应后再加硫氰化钾溶液观察溶液的变化。最好是重新设计相对密封的实验装置，防止空气进入氧化亚铁离子。
同学讨论、交流：他们设计了一组符合条件的装置，其中一套装置如下：
煮沸的稀硫酸
装置如上图所示：
氧化。
用此装置，先将煮沸的稀硫酸滴入圆底烧瓶，观察现象。再轻轻挤压胶头滴管，滴2滴硫氰化钾溶液，观察现象。发现与前面的现象相同：无色的溶液先变成绿色，再变成血红色。说明溶液中的铁离子并不是由亚铁离子氧化而来。
结论：铁砂的主要成分是四氧化三铁。
原来铁砂就是铁矿石之一。难怪在我们方言中称这种沙子为铁砂，而且能够卖出高价。
虽然此实验解决了铁离子来源的疑问，但为何四氧化三铁溶液只显示绿色？是因为亚铁离子的浅绿色掩盖了铁离子棕黄色吗？但棕黄色的颜色很深，应该是它的颜色掩盖亚铁离子的浅绿色才对呀。同学们又进行了热烈的讨论。
教师打开多媒体视频，显示铁离子是紫色，它在过量的稀硫酸中显示棕黄色。
显然是溶液的绿色掩盖了紫色。
在座的同学一片哗然，在我们中学教科书中描述的铁离子的颜色都是棕黄色的，怎么会变成紫色呢？
教师请有兴趣的同学在业余时间查资料，到实验室做实验，写一篇有关铁离子颜色界定的论文。
课后反思：本节课《铁砂主要成分的探究》主要教学目的是：教会学生进行科学探究的方法。并告诉学生：科学并不是什么神秘的东西，它就发生在我们身边。在进行科学探究时，发现问题往往比解决问题更重要。利用已有的知识进行科学探究时，考虑问题必须全面合理。自然科学解决问题的重要手段之一：是在合理猜想之后，用实验来证实猜想。在实验的过程中，不能忽视实验过程中没有预见的现象和结果，这往往是科学创新的起点。教师把内容适当提高和延伸，供有兴趣的学生进一步学习。在课堂中，出现了一些预设之外的东西，比如：
固体、粉末、晶体三个概念的模糊应用；铁离子的颜色的界定等，教师没有忽略这些看似和本节课的关系不大的问题，而是带领大家去发现，但又留有很大的空间给学生自己去探究。这样处理既不会扼杀学生的学习兴趣，也不会偏离本节课的教学内容太远。从而有效控制了课堂。可能是教师把同学们猜想的几种物质都提供给他们的缘故，同学们大多做的是对比实验。只有一组同学直接利用实验验证铁砂的主要成分是四氧化三铁，并没有做对比实验。教师也注意到这个现象，并且告诉学生，科学探究的方法千千万万，只要是能达到同一目标，什么方法都可以。但要注意实验的可行性，避免盲目的操作。