□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(shì)，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(yíng)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(shí)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(dòng)手實(shí)驗(yàn)和探究的過(guò)程中，了解納米知識(shí)，掌握納米觀測(cè)儀器的使用，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，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(lái)，我國(guó)納米科技在中小學(xué)的教育受到國(guó)家相關(guān)教育部門的重視。全國(guó)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(shí)，形成以納米知識(shí)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(duì)我國(guó)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(shì)。一是地域優(yōu)勢(shì)。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(guó)家級(jí)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(shì)。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(píng)優(yōu)課競(jìng)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(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。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(duì)科學(xué)探究的興趣比較濃厚，動(dòng)手能力強(qiáng)，思維活躍。同時(shí)，部分學(xué)生家長(zhǎng)就在納米相關(guān)企業(yè)就職，這部分家長(zhǎng)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(shí)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(shí)到深入開展納米科技探究實(shí)驗(yàn)，掌握納米觀測(cè)工具的使用，并學(xué)會(huì)探究學(xué)習(xí)的方法，進(jìn)而開發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、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(dòng)占90%，側(cè)重研發(fā)納米科普和學(xué)生自己動(dòng)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(huì)、觀看視頻PPT、游戲、表演、動(dòng)手小實(shí)驗(yàn)等，讓低年級(jí)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(dòng)占70%，側(cè)重教師傳授知識(shí)與學(xué)生動(dòng)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(guò)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(guò)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(shí)和原理。

初中一年級(jí)：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(shí)，側(cè)重學(xué)習(xí)使用納米觀測(cè)儀器進(jìn)入納米世界，探知驗(yàn)證課本知識(shí)，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(guò)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(jí)：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(cè)儀器，進(jìn)行科學(xué)實(shí)證，深入學(xué)習(xí)納米相關(guān)知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

初中三年級(jí)：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(duì)納米科技的理解，并能將所學(xué)知識(shí)物化成模型展品、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等，通過(guò)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(shí)。

三、與時(shí)俱進(jìn)，借力營(yíng)造納米科技教育氛圍

納米存在于我們?nèi)庋蹮o(wú)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(tái)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(cè)到的圖像轉(zhuǎn)變成三維圖像。它們的分辨率達(dá)到納米級(jí)，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(tái)顯微鏡，全部由合作單位無(wú)償捐贈(zèng)。

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(yíng)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(ài)的學(xué)習(xí)場(chǎng)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(dòng)手操作世界先進(jìn)的儀器，學(xué)會(huì)通過(guò)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(duì)未知世界的探索發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的無(wú)限樂(lè)趣……

四、有聲有色，積極開展納米探究活動(dòng)課例

該課程已在初中一年級(jí)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(dòng)，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(shí)納米。包括：“什么是納米”、“什么是納米科技”、“參觀科技長(zhǎng)廊，探尋納米奧秘”3課。

第二單元：如何看到“納米”？——認(rèn)識(shí)觀測(cè)納米結(jié)構(gòu)的工具。包括：“認(rèn)識(shí)掃描隧道顯微鏡”、“認(rèn)識(shí)原子力顯微鏡”、“學(xué)習(xí)制作DVD樣品”、“DVD中的信息存儲(chǔ)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(dòng)物的疏水性”、“‘蓮葉效應(yīng)’的納米結(jié)構(gòu)觀測(cè)”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(duì)油的親疏性”、“碳顆粒的納米結(jié)構(gòu)觀測(cè)”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(lái)”、“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(dòng)。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(zhǎng)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(cè)內(nèi)容，目的是將學(xué)生所學(xué)知識(shí)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(jí)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(dòng)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(ài)蓮說(shuō)》談起，讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際提出疑問(wèn)：為什么蓮葉能“出淤泥而不染”、水珠能在蓮葉上滾動(dòng)？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(dòng)后的現(xiàn)象，并對(duì)“蓮葉效應(yīng)”產(chǎn)生的原因進(jìn)行猜測(cè)；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(guò)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(qǐng)他們幫忙測(cè)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(cè)、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(dòng)植物表面具有規(guī)則排列的納米級(jí)突起，穩(wěn)定吸附了一層空氣膜，使水分子無(wú)法滲入，因而具備了疏水性，同時(shí)能自動(dòng)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(wèn)：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(huì)具有與蓮葉一樣的防水防污功能呢？納米級(jí)顆粒如何制造呢？……教師推薦給學(xué)生幾本臺(tái)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(dòng)手制造納米顆粒的新的探究……

提出問(wèn)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(wèn)題……納米課程教師為孩子們?cè)O(shè)計(jì)的探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)，例如：“納米納米什么米”“自然界中的納米現(xiàn)象”“參觀科技長(zhǎng)廊，探尋納米奧秘”、“神奇的石墨烯”等，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(duì)水和油的親疏性”等鍛煉了學(xué)生提出問(wèn)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(guò)這些活動(dòng)，學(xué)生開闊了視野，激發(fā)了探究欲望，提高了動(dòng)手能力，提升了創(chuàng)新意識(shí)，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(guó)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(guó)際事務(wù)顧問(wèn)以及伊朗國(guó)家納米振興委員會(huì)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(duì)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(jiǎn)介：朱紅偉，特級(jí)教師，中學(xué)高級(jí)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(zhǎng)；吳蘭蘭，蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校教師）