創(chuàng)建納米特色課程，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

□江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)?！≈旒t偉　吳蘭蘭

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創(chuàng)建納米特色課程，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

□江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校朱紅偉吳蘭蘭

【摘要】蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校依托區(qū)域優(yōu)勢，圍繞“樹人”育人理念，獨(dú)創(chuàng)性地創(chuàng)建納米科技特色課程，營造良好的納米教育氛圍，建設(shè)了納米創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)不同年齡層次學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，巧妙地將納米知識整合在小學(xué)科學(xué)、初中生物、物理、化學(xué)等學(xué)科課程中，扎實(shí)推進(jìn)納米科技特色教育課例，讓學(xué)生在動手實(shí)驗(yàn)和探究的過程中，了解納米知識，掌握納米觀測儀器的使用，提高動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提升科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】納米科技特色課程科學(xué)素養(yǎng)

蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校圍繞“樹人”的育人理念，借助課程為抓手，聚焦學(xué)生的“道德、人文、科學(xué)、藝術(shù)、心理、體育”六大基本素養(yǎng)，努力成就每一個(gè)學(xué)生。其中科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，學(xué)校適應(yīng)當(dāng)代科技發(fā)展的潮流，依托區(qū)域內(nèi)的人文環(huán)境和豐富資源，著力打造全新的科學(xué)課程——納米科技特色課程，把納米科技引入學(xué)?？茖W(xué)教育范疇，與小學(xué)科學(xué)、初中生物、物理、化學(xué)等學(xué)科有機(jī)融合，并嘗試開發(fā)校本教材，努力提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

一、獨(dú)樹一幟，創(chuàng)新建設(shè)納米特色課程體系

近年來，我國納米科技在中小學(xué)的教育受到國家相關(guān)教育部門的重視。全國教育科學(xué)“十二五規(guī)劃”教育部重點(diǎn)課題將“中學(xué)納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”列入子課題進(jìn)行研究，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心也將“中學(xué)納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”作為提高中學(xué)理科教學(xué)手段的重要途徑。我校獨(dú)創(chuàng)性地提出了九年制納米科技特色教育課程，這是第一個(gè)整合相關(guān)學(xué)科課程中納米知識，形成以納米知識為主題的課程體系，課程內(nèi)容由淺入深，由科普到探究，由課堂到課外，分學(xué)段有序進(jìn)行，其研究成果將對我國進(jìn)行中小學(xué)納米科技教育起到一定的引領(lǐng)示范作用。

我校開展納米科技教育有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。一是地域優(yōu)勢。我校坐落于高新技術(shù)扎堆的獨(dú)墅湖科教創(chuàng)新區(qū)內(nèi)，學(xué)校周邊有眾多國家級納米技術(shù)研究院所，如中科院納米所、生物納米園、納米城——世界最大的納米產(chǎn)業(yè)基地，還有多所大學(xué)也在蘇州設(shè)立納米技術(shù)的研究生院，這些都為學(xué)校開設(shè)納米特色課程提供了非常好的學(xué)習(xí)環(huán)境，為組織學(xué)生的參觀、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)，提供了很好的條件。此外，我校也是教育部教育裝備研究與發(fā)展中心及蘇州海茲思納米科技有限公司共建的中小學(xué)納米實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地所在地，這一切都為我校建設(shè)納米科技特色學(xué)校，提供了資源、硬件和軟實(shí)力上的充分準(zhǔn)備。二是師資優(yōu)勢。教師是開發(fā)課程的主體，我校納米科技教育課程開發(fā)組的教師都是學(xué)科的教學(xué)骨干，有學(xué)科帶頭人，有省市基本功、評優(yōu)課競賽一等獎(jiǎng)獲得者，都具有很強(qiáng)的再學(xué)習(xí)能力。科研院校的專家也熱心于納米科技的普及，也是本課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員。三是學(xué)生及家長優(yōu)勢。我校很多學(xué)生是獨(dú)墅湖高教區(qū)科研單位精英或大學(xué)教師的子女，從小受到家庭的熏陶，對科學(xué)探究的興趣比較濃厚，動手能力強(qiáng)，思維活躍。同時(shí)，部分學(xué)生家長就在納米相關(guān)企業(yè)就職，這部分家長能為課程的開發(fā)提供便利條件和技術(shù)指導(dǎo)。

二、切合實(shí)際，巧妙設(shè)置納米特色課程內(nèi)容

納米科技是一門尖端科學(xué)，為有效拉近學(xué)生與“納米”的距離，在課程設(shè)置上，學(xué)校根據(jù)不同年齡層次學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，將納米科技的相關(guān)知識整合到小學(xué)科學(xué)、初中生物、物理、化學(xué)等學(xué)科課程之中，以納米科技的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為核心設(shè)計(jì)課程系列，以一種循序漸進(jìn)、螺旋上升的主題單元形式讓學(xué)生從初步了解納米科技知識到深入開展納米科技探究實(shí)驗(yàn)，掌握納米觀測工具的使用，并學(xué)會探究學(xué)習(xí)的方法，進(jìn)而開發(fā)創(chuàng)新意識、提高科學(xué)素養(yǎng)。具體課程設(shè)置如下——

小學(xué)第一學(xué)段：學(xué)生自主活動占90%，側(cè)重研發(fā)納米科普和學(xué)生自己動手實(shí)驗(yàn)的課程，力求課程表現(xiàn)手段的多樣性，比如卡通納米故事會、觀看視頻PPT、游戲、表演、動手小實(shí)驗(yàn)等，讓低年級學(xué)生直接感受生活中的納米現(xiàn)象，接觸納米科技的奇妙，激發(fā)學(xué)生興趣。

小學(xué)第二學(xué)段：學(xué)生自主活動占70%，側(cè)重教師傳授知識與學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的課程，讓學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，通過科學(xué)的方法感受現(xiàn)象后并思考其原理，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索、戶外采集、書本閱讀、觀看納米小實(shí)驗(yàn)等方式，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生探究真相的學(xué)習(xí)興趣，探索現(xiàn)象背后的納米科技知識和原理。

初中一年級：挖掘初中生物學(xué)科中的相關(guān)內(nèi)容，在教師的引導(dǎo)下，深入探究納米科技知識，側(cè)重學(xué)習(xí)使用納米觀測儀器進(jìn)入納米世界，探知驗(yàn)證課本知識，學(xué)習(xí)納米顯微鏡的初步原理，逐步掌握探究納米世界的工具的使用方法，通過直接觀察的方法，進(jìn)入納米結(jié)構(gòu)表征的認(rèn)知。

初中二年級：挖掘初中物理學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，在教師帶領(lǐng)下，開始嘗試獨(dú)立操作納米檢測儀器，進(jìn)行科學(xué)實(shí)證，深入學(xué)習(xí)納米相關(guān)知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

初中三年級：挖掘初中化學(xué)學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)觀察納米形貌的小實(shí)驗(yàn)，加深對納米科技的理解，并能將所學(xué)知識物化成模型展品、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等，通過小組探究完成納米科技實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

三、與時(shí)俱進(jìn)，借力營造納米科技教育氛圍

納米存在于我們?nèi)庋蹮o法看到的微觀世界，如何幫助學(xué)生真切地感受到它的存在呢？為此，獨(dú)墅湖學(xué)校為納米課程的開設(shè)配備了先進(jìn)的納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室里最引人注目的是兩臺世界先進(jìn)的納米實(shí)驗(yàn)儀器——教學(xué)型掃描隧道顯微鏡（T-STM）和原子力顯微鏡（T-AFM）。這兩款納米顯微鏡可以從不同角度觀察材料表面的結(jié)構(gòu)，并能將觀測到的圖像轉(zhuǎn)變成三維圖像。它們的分辨率達(dá)到納米級，而且是超微型一體化設(shè)計(jì)，是目前世界上最小、最先進(jìn)的納米教學(xué)儀器。值得一提的是，學(xué)校這間實(shí)驗(yàn)室的所有設(shè)備包括兩臺顯微鏡，全部由合作單位無償捐贈。

納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建，為學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)驗(yàn)證提供最直接有效的硬件支持，也營造了濃厚的納米科技學(xué)習(xí)氛圍。在納米課程的學(xué)習(xí)中，納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室成了學(xué)生最喜愛的學(xué)習(xí)場所。在這里，學(xué)生可以觀察到物品表面的微小結(jié)構(gòu)，去感知“原子”的真實(shí)存在，去理解納米的大小尺寸；在這里學(xué)生可以動手操作世界先進(jìn)的儀器，學(xué)會通過實(shí)驗(yàn)去進(jìn)行研究學(xué)習(xí)；在這里，學(xué)生們享受著對未知世界的探索發(fā)現(xiàn)帶來的無限樂趣……

四、有聲有色，積極開展納米探究活動課例

該課程已在初中一年級順利推進(jìn)了一年多的時(shí)間，由生物學(xué)科教師授課。任課教師結(jié)合生物學(xué)科特色和內(nèi)容設(shè)置，開發(fā)出納米相關(guān)領(lǐng)域的七大主題、共20多個(gè)課例，開展了豐富多彩的學(xué)生活動，積累了大量的圖片和文字資料。這七大主題分別是——

第一單元：什么是納米？——認(rèn)識納米。包括：“什么是納米”、“什么是納米科技”、“參觀科技長廊，探尋納米奧秘”3課。

第二單元：如何看到“納米”？——認(rèn)識觀測納米結(jié)構(gòu)的工具。包括：“認(rèn)識掃描隧道顯微鏡”、“認(rèn)識原子力顯微鏡”、“學(xué)習(xí)制作DVD樣品”、“DVD中的信息存儲在哪里”4課。

第三單元：“納米”真的存在嗎？——探究“蓮葉效應(yīng)”。包括：“自然界中的納米現(xiàn)象”、“探究蓮葉的疏水性”、“探究校園植物的疏水性”、“探究動物的疏水性”、“‘蓮葉效應(yīng)’的納米結(jié)構(gòu)觀測”5課。

第四單元：我們能制造“納米”嗎？——納米顆粒DIY。包括：“自制碳顆粒探究疏水性”、“探究碳顆粒對油的親疏性”、“碳顆粒的納米結(jié)構(gòu)觀測”3課。

第五單元：“納米”有什么用？——體驗(yàn)納米科技的應(yīng)用。包括：“觀看科普視頻暢想納米未來”、“神奇的石墨烯”、“制作石墨烯的模型”3課。

第六單元：關(guān)于納米，我想了解更多！——納米科技校本課程實(shí)踐活動。包括：“參觀納米研究所，了解納米新進(jìn)展”、“參觀江蘇納米城練習(xí)使用顯微鏡”、“家長進(jìn)校園共敘納米緣”3課。

第七單元：納米就在我身邊！——納米科技創(chuàng)新大賽。本單元為期末檢測內(nèi)容，目的是將學(xué)生所學(xué)知識物化成學(xué)生的創(chuàng)新點(diǎn)子、模型制作、創(chuàng)意海報(bào)、科幻作文等。

本學(xué)期，學(xué)校又在初中二年級物理和小學(xué)科學(xué)兩門學(xué)科中開展納米科技特色教育，不斷推進(jìn)納米科技特色課程，豐富學(xué)生活動探究課例。

五、行之有效，切實(shí)提升學(xué)生創(chuàng)新科學(xué)素養(yǎng)

我校納米科技特色課程推行探究式教學(xué)，點(diǎn)燃學(xué)生創(chuàng)新智慧的火花，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。以“納米真的存在嗎”這一單元為例，首先，教師從周敦頤的《愛蓮說》談起，讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際提出疑問：為什么蓮葉能“出淤泥而不染”、水珠能在蓮葉上滾動？為什么蓮葉的表面始終是干干凈凈的？接著組織學(xué)生分別觀察水滴在表面光滑、被曬干及表面被沙皮破壞的蓮葉上滾動后的現(xiàn)象，并對“蓮葉效應(yīng)”產(chǎn)生的原因進(jìn)行猜測；隨后讓學(xué)生選擇了校園里約10種植物的葉片，收集了蟬、蜻蜓、蝴蝶的翅膀，甲蟲的外殼，雞、鴨、鵝的羽毛等進(jìn)行探究，一方面查閱資料，一方面通過原子顯微鏡進(jìn)行觀察，同時(shí)聯(lián)系中科院電鏡所的專家，請他們幫忙測定植物表面的結(jié)構(gòu)，提供蓮葉表面的電鏡照片。

在一步步實(shí)驗(yàn)、觀察、思考、推測、論證下，蓮葉“出淤泥而不染”的原因逐漸明晰，學(xué)生明白了正是這些動植物表面具有規(guī)則排列的納米級突起，穩(wěn)定吸附了一層空氣膜，使水分子無法滲入，因而具備了疏水性，同時(shí)能自動清潔黏附在表面的雜質(zhì)，使其不被污染。

研究并未到此為止，一些善于思考的學(xué)生提出了新的疑問：如果能在普通材料表面涂上納米顆粒，那么這種材料是否也會具有與蓮葉一樣的防水防污功能呢？納米級顆粒如何制造呢？……教師推薦給學(xué)生幾本臺灣中學(xué)使用的納米教育的教材，讓學(xué)生們從中尋找靈感，于是，學(xué)生們開始了動手制造納米顆粒的新的探究……

提出問題、做出假設(shè)、尋找方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論、形成新的問題……納米課程教師為孩子們設(shè)計(jì)的探究式學(xué)習(xí)活動，例如：“納米納米什么米”“自然界中的納米現(xiàn)象”“參觀科技長廊，探尋納米奧秘”、“神奇的石墨烯”等，主要培養(yǎng)學(xué)生對信息的收集、匯總、表達(dá)交流能力；“探究校園其他植物的疏水性”強(qiáng)調(diào)學(xué)生的觀察、比較、歸類能力；“探究碳顆粒對水和油的親疏性”等鍛煉了學(xué)生提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行科學(xué)實(shí)證的探究能力；激發(fā)他們關(guān)注前沿科技，并將所學(xué)所見物化成具體的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和模型等。通過這些活動，學(xué)生開闊了視野，激發(fā)了探究欲望，提高了動手能力，提升了創(chuàng)新意識，活躍了創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

目前，我校的納米科技課程已成為我校的特色課程、品牌課程，輻射效應(yīng)明顯，成為全國開展納米科技特色課程的標(biāo)桿。目前，學(xué)校已經(jīng)接待了蘇州、常州、廣州、上海、深圳等多省市的主管教育部門、兄弟學(xué)校的參觀、學(xué)習(xí)。瑞士Nanrsurf AG首席執(zhí)行官、伊朗副總統(tǒng)國際事務(wù)顧問以及伊朗國家納米振興委員會的成員也專程到我校就納米科技特色課程進(jìn)行了交流。我們有理由相信，我校納米科技特色課程的創(chuàng)辦，將對課程改革產(chǎn)生積極影響，并為促進(jìn)學(xué)生的終身發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(作者簡介：朱紅偉，特級教師，中學(xué)高級教師，江蘇省教育督學(xué)，蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校校長；吳蘭蘭，蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校教師）