摘 要：案例教學(xué)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的教學(xué)之中，而熱點(diǎn)案例教學(xué)則是在其基礎(chǔ)之上，結(jié)合目前的熱點(diǎn)信息與科學(xué)前沿成果，促使高中化學(xué)教育與現(xiàn)實(shí)的緊密相連，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動力.本文以目前國內(nèi)外具有較強(qiáng)影響力與熱度的《三體》中“古箏行動”為案例，結(jié)合人教版高中化學(xué)教材必修二第五章第三節(jié)《無機(jī)非金屬材料》，設(shè)計(jì)納米材料的案例教學(xué).

關(guān)鍵詞：熱點(diǎn)案例教學(xué)；高中化學(xué)；教學(xué)研究

中圖分類號：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0128-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：許娟（1975—），女，江蘇省連云港人，本科，中學(xué)一級教師，從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究.

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》^[1]中強(qiáng)調(diào)，化學(xué)教學(xué)應(yīng)注重與生產(chǎn)、生活實(shí)際及社會熱點(diǎn)問題的聯(lián)系，要求教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)化學(xué)與社會發(fā)展的相互體系.傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要集中教材中的知識，對化學(xué)知識在實(shí)際生活中的應(yīng)用涉及較少，很難調(diào)動起學(xué)生對化學(xué)這門學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣與積極性.同時(shí)隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息獲取的途徑愈發(fā)廣泛，傳統(tǒng)教學(xué)中固定的教材內(nèi)容已經(jīng)無法跟上學(xué)生獲取新信息的速度，教學(xué)革新迫在眉睫.熱點(diǎn)案例教學(xué)是一種創(chuàng)新性的教學(xué)方法，教師通過選擇社會熱點(diǎn)、科技前沿成果作為教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生在分析案例的過程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識，掌握應(yīng)用知識的能力.

1 何為熱點(diǎn)案例教學(xué)

1870年，克里斯托弗·哥倫布·朗代爾（Christopher Columbus Langdell）擔(dān)任哈佛法學(xué)院院長，他大力推行案例教學(xué)法.當(dāng)時(shí)主要將案例教學(xué)應(yīng)用于法律學(xué)教育之中，他認(rèn)為法律是一門基于實(shí)踐的學(xué)科，學(xué)生應(yīng)該通過研究實(shí)際的法律案例來學(xué)習(xí)法律知識和法律推理.20世紀(jì)初，隨著工業(yè)革命的推進(jìn)和企業(yè)管理發(fā)展，案例教學(xué)法開始在商業(yè)管理領(lǐng)域得到應(yīng)用.在這個(gè)階段，教育學(xué)家和心理學(xué)家開始研究案例教學(xué)的原理、教學(xué)過程和教學(xué)效果，為案例教學(xué)法提供了理論支持，案例教學(xué)法的理論和方法也在不斷完善.20世紀(jì)中葉以后，案例教學(xué)法在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣，不僅在法學(xué)、醫(yī)學(xué)、商學(xué)等領(lǐng)域繼續(xù)深入應(yīng)用，而且逐漸被引入其他學(xué)科領(lǐng)域，如教育學(xué)、社會學(xué)、工程學(xué)等.許多國家的教育機(jī)構(gòu)和學(xué)校開始重視案例教學(xué)法，并將其納入教師培訓(xùn)和教學(xué)改革的重要內(nèi)容.與此同時(shí)，案例教學(xué)法在技術(shù)和資源方面也日益成熟.隨著信息技術(shù)的發(fā)展，案例教學(xué)資源的獲取和傳播更加便捷，互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了大量的案例數(shù)據(jù)庫和教學(xué)平臺，為教師和學(xué)生提供了豐富的案例素材和學(xué)習(xí)工具.此外，多媒體技術(shù)的應(yīng)用使得案例教學(xué)更加生動形象，通過視頻、動畫等形式展示案例內(nèi)容，增強(qiáng)了案例教學(xué)的吸引力和效果.而熱點(diǎn)案例教學(xué)則是在案例教學(xué)的基礎(chǔ)之上的進(jìn)一步發(fā)展.案例教學(xué)選取更經(jīng)典的案例進(jìn)行教學(xué)，并不具有時(shí)效性.而熱點(diǎn)案例教學(xué)通常選取當(dāng)下正在發(fā)生或剛剛發(fā)生的熱點(diǎn)事件當(dāng)作教學(xué)案例，這些案例緊扣時(shí)代脈搏，能讓學(xué)生更加直觀地感受到所學(xué)知識與現(xiàn)實(shí)生活的緊密聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣與動力^[2].

2 熱點(diǎn)案例教學(xué)在高中化學(xué)中的應(yīng)用——以《三體》中納米材料的應(yīng)用為例

2.1 《三體》中納米材料的應(yīng)用，對高中化學(xué)教學(xué)的意義

高中學(xué)生正處于身心快速發(fā)展與知識能力急劇提升的階段，此時(shí)的他們自我意識增強(qiáng)，對世界有自己的看法與思考，并開始具有深度與廣度.而科幻小說中所構(gòu)建的新奇世界能夠滿足這一階段的學(xué)生探索未知的欲望.我國杰出的物理學(xué)家楊振寧教授曾經(jīng)在采訪中表示，《神秘的宇宙》這一本科幻小說激起了他對物理的最初興趣，是他的物理啟蒙，也讓他堅(jiān)定了從事物理的決心.而近年來最著名的科幻小說莫過于《三體》，其在世界范圍內(nèi)具有驚人的銷量與熱度，同時(shí)獲得了諸多的文學(xué)大獎(jiǎng).研究表明，《三體》對科學(xué)知識的教育具有重要的輔助作用與價(jià)值^[3-4].2023年初，國內(nèi)《三體》電視劇的播出，為本來熱度不減的《三體》再添新柴.在電視劇橋段中有一重要橋段，即“古箏行動”“飛刃”將“審判日”號緩慢切割的詳細(xì)拍攝畫面獲得了一致好評.而其中“飛刃”的主要原材料，即為納米材料.

納米材料不僅在《三體》小說中有重要的應(yīng)用橋段，同時(shí)也是世界化學(xué)前沿的研究成果，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、電子、能源、環(huán)境和材料等領(lǐng)域.而在高中化學(xué)人教版教材中，納米材料也是一個(gè)重要的知識點(diǎn).

2.2 基于《三體》中“古箏行動”的納米材料案例教學(xué)設(shè)計(jì)——以人教版高中化學(xué)必修二第五章第三節(jié)《無機(jī)非金屬材料》為設(shè)計(jì)藍(lán)本

提高學(xué)習(xí)興趣是激發(fā)學(xué)生內(nèi)在動力、增強(qiáng)學(xué)生注意力與專注度、培養(yǎng)積極學(xué)習(xí)態(tài)度的重要方法.因此在教學(xué)開始前，花5～10分鐘左右的時(shí)間調(diào)查學(xué)生對《三體》的知曉程度，再播放電視劇《三體》中“古箏行動”的精彩畫面.表1為某高二年級53名同學(xué)的調(diào)查結(jié)果.

（1）教學(xué)目標(biāo)：通過對“古箏行動”案例的分析討論，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析和歸納的能力，提升從科幻情境中提取科學(xué)信息并運(yùn)用化學(xué)知識進(jìn)行解釋的能力.激發(fā)學(xué)生對納米材料這一前沿科學(xué)領(lǐng)域的濃厚興趣和探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的好奇心和求知欲.課后，學(xué)生能夠準(zhǔn)確闡述納米材料的定義與特性，特性包含尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等.深入理解納米材料在“古箏行動”中展現(xiàn)出的高強(qiáng)度、高韌性等性能與納米尺度下化學(xué)性質(zhì)變化的關(guān)聯(lián)，并能用化學(xué)原理解釋納米材料切割船體的過程.

（2）知識講解：①在激發(fā)學(xué)生濃厚的探索欲望后，教師通過PPT展示，詳細(xì)介紹納米材料的定義，并展示常見的納米材料類型圖片，包括零維的納米顆粒、一維納米線、二維納米薄膜以及三維納米復(fù)合材料，讓學(xué)生對納米材料的形態(tài)有直觀的認(rèn)識；②運(yùn)用動畫演示和實(shí)例，講解相結(jié)合的方式講解納米材料的特性，包括小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)與宏觀量子隧道效應(yīng).

（3）案例分析與討論：教師將學(xué)生分成小組，每個(gè)小組圍繞以下問題展開討論：①從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)角度分析，“古箏行動”中納米絲“飛刃”可能是由哪些物質(zhì)構(gòu)成？②為什么這些物質(zhì)能夠形成具有如此高強(qiáng)度的納米絲？③運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)原理，詳細(xì)解釋納米絲在切割船體過程中發(fā)生了哪些物理和化學(xué)變化？④考慮到納米材料的特性，納米絲在切割船體后自身是否會發(fā)生變化？

（4）小組匯報(bào)與教師總結(jié)：小組選派代表進(jìn)行發(fā)言，匯報(bào)小組討論的結(jié)果.教師認(rèn)真傾聽學(xué)生的匯報(bào)，并對每個(gè)小組的觀點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評和補(bǔ)充.①對于納米絲的可能成分，教師引導(dǎo)學(xué)生從高強(qiáng)度材料的角度思考，如碳納米管.碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，由碳原子以sp² 雜化形成的六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)卷曲而成，碳原子之間的共價(jià)鍵強(qiáng)，使得碳納米管具有極高的強(qiáng)度和韌性，能夠承受巨大的拉力而不斷裂，這與“古箏行動”中納米絲需要具備的高強(qiáng)度特性相匹配.②在解釋納米絲切割船體的化學(xué)原理時(shí)，教師結(jié)合學(xué)生的發(fā)言，詳細(xì)闡述納米絲與船體材料之間的相互作用.從力學(xué)角度看，納米絲憑借其極小的尺寸和高強(qiáng)度，在與船體接觸時(shí)，能夠在局部產(chǎn)生極大的壓力，使船體材料的原子間化學(xué)鍵受到破壞.從化學(xué)角度分析，可能存在納米絲與船體金屬材料之間的氧化還原反應(yīng)，船體是鋼鐵材質(zhì)，納米絲可能作為一種氧化劑或還原劑，與鐵原子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致鐵原子的化學(xué)鍵斷裂，從而實(shí)現(xiàn)切割.此外，納米絲的表面效應(yīng)也可能促使其與船體材料表面原子發(fā)生吸附和化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步削弱船體材料的結(jié)構(gòu)完整性.③關(guān)于納米絲切割船體后的變化，教師引導(dǎo)學(xué)生考慮納米材料的不穩(wěn)定性和活性.由于納米絲在切割過程中經(jīng)歷了巨大的應(yīng)力和可能的化學(xué)反應(yīng)，其自身結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生一些變化，如表面原子的重新排列、化學(xué)鍵的損傷等.這些變化可能導(dǎo)致納米絲的活性進(jìn)一步增強(qiáng)，對環(huán)境產(chǎn)生潛在的影響，如可能與空氣中的氧氣、水分等發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一些有害物質(zhì).教師借此強(qiáng)調(diào)納米材料在應(yīng)用過程中的安全性和環(huán)境友好性問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)倫理意識.

（5）知識拓展與遷移：①通過播放視頻和展示圖片等方式，介紹納米材料目前在科技前沿的應(yīng)用領(lǐng)域.例如：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米藥物載體能夠精準(zhǔn)地將藥物輸送到病變部位，提高藥物療效并減少副作用；電子領(lǐng)域，納米晶體管的應(yīng)用使得電子設(shè)備的性能大幅提升；能源領(lǐng)域，納米太陽能電池提高了光電轉(zhuǎn)換效率等.

（6）課堂回顧：教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)的主要內(nèi)容，包括納米材料的定義、特性以及在“古箏行動”和現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用.通過提問和學(xué)生回答的方式，檢查學(xué)生對重點(diǎn)知識的掌握情況，強(qiáng)化學(xué)生的記憶.

（7）意義強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)調(diào)納米材料在前沿科學(xué)領(lǐng)域的重要性，以及科學(xué)與科幻之間的相互促進(jìn)關(guān)系.指出科幻作品如《三體》為我們提供了想象的空間，激發(fā)了科學(xué)家們對納米材料等新技術(shù)的探索熱情，而現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)研究成果又為科幻創(chuàng)作提供了素材和依據(jù).鼓勵(lì)學(xué)生保持對科學(xué)的好奇心和探索精神，關(guān)注科學(xué)前沿動態(tài)，努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識，為未來可能參與納米材料等領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新奠定基礎(chǔ).需要提醒學(xué)生，科幻小說不僅有科學(xué)的一面，也有幻想的一面.雖然可以提起大家的學(xué)習(xí)興趣，但是部分幻想內(nèi)容存在科學(xué)破綻，與現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)研究存在較大差異，在閱讀期間需要將幻想與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行區(qū)分，不可過度沉迷.

3 結(jié)束語

以國內(nèi)外大熱的《三體》為案例，結(jié)合教材進(jìn)行案例教學(xué)，能夠?yàn)閷W(xué)生開啟一扇探索科學(xué)奧秘的新窗口.在教學(xué)過程中，從納米材料的基本概念、特性到其在實(shí)際案例中的應(yīng)用原理，學(xué)生逐步構(gòu)建起系統(tǒng)的知識體系，同時(shí)鍛煉了觀察、思考、分析和創(chuàng)新的能力.希望這種教學(xué)方式能夠持續(xù)激發(fā)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科以及科學(xué)技術(shù)的熱愛，讓他們在未來的學(xué)習(xí)和生活中，始終保持對未知世界的好奇心.

參考文獻(xiàn)：

[1] 李卿.《普通高中歷史課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》新變化[J].歷史教學(xué)（上半月刊），2020（07）：12-18.

[2] 龔勝強(qiáng).探究式教學(xué)模式在高中化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐運(yùn)用[J].江蘇教育研究，2023（22）：93-96.

[3] 丁碩儀.高中物理教學(xué)中科幻作品的應(yīng)用與價(jià)值研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2022.

[4] 張逸佳，林燕.中國式科幻及其教育價(jià)值：以劉慈欣作品為例[J].教育科學(xué)論壇，2021（22）：5-10.

[責(zé)任編輯：季春陽]