朱紅偉

（江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)東延路實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇蘇州 215000）

引 言

21世紀(jì)以來，全球納米技術(shù)突飛猛進(jìn)，納米技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科學(xué)技術(shù)、百姓生活，給醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和通信等行業(yè)帶來革命性的變革，成為新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)，極大地改變了人們的生活方式。當(dāng)前，納米科學(xué)已被列為國家發(fā)展四大重點(diǎn)學(xué)科之一。國家要想具備可持續(xù)的納米科技競爭力，納米科技人才是關(guān)鍵因素，人才的培養(yǎng)必須從基礎(chǔ)教育抓起，教育必須緊緊跟隨民族振興、科技發(fā)展的步伐，讓教育發(fā)展奠定科技發(fā)展的基石。義務(wù)教育學(xué)校對學(xué)生開展納米科學(xué)校本教育，是立德樹人教育根本任務(wù)的要求。學(xué)校要順應(yīng)科技發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，正視中小學(xué)納米科學(xué)教育的現(xiàn)狀，了解中小學(xué)納米科學(xué)教育的意義，創(chuàng)設(shè)納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，利用本地資源開展納米科學(xué)教育，點(diǎn)亮學(xué)生的納米科學(xué)夢想。

一、正視中小學(xué)納米科學(xué)教育的現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代以來，發(fā)達(dá)國家在納米科技領(lǐng)域投入了大量的資金，試圖搶占21世紀(jì)科技領(lǐng)域的制高點(diǎn)。在納米科技教育方面，伊朗把納米科技教育納入了基礎(chǔ)教育體系，構(gòu)建了十二年一貫的納米課程體系，在市區(qū)建立了納米實(shí)驗(yàn)室，供周邊學(xué)校使用。目前，我國中小學(xué)科學(xué)校本課程開發(fā)有待加強(qiáng)，尤其是義務(wù)教育階段納米科學(xué)教育校本課程的開發(fā)近乎空白，而納米科技的迅速發(fā)展和廣闊前景，以及納米創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，對中小學(xué)納米科學(xué)教育提出了迫切的需求。

二、理解中小學(xué)納米科學(xué)教育的意義

科學(xué)技術(shù)是一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志，也是一個(gè)民族振興的重要武器，偉大的中國夢首先是科技夢、人才夢。我國政府十分重視培養(yǎng)納米科技人才，國家成立了納米科學(xué)中心，專門培養(yǎng)納米技術(shù)尖端人才[1]，培養(yǎng)學(xué)生承擔(dān)民族振興的歷史責(zé)任。我校地處高新技術(shù)云集的蘇州工業(yè)園區(qū)，區(qū)域內(nèi)不乏高等院校、高科技研究所和企業(yè)，其中就有專門的納米技術(shù)院系、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)。學(xué)校的科學(xué)教育應(yīng)以納米科學(xué)教育為特色，聚焦納米科學(xué)校園特色文化建設(shè)，注重學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)，特別重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。學(xué)?；诩{米科技課程的豐厚基礎(chǔ)，進(jìn)行了積極的探索和努力，并形成了新的亮點(diǎn)。這不僅是學(xué)生成長的需要，更是時(shí)代發(fā)展的需要。

三、探索中小學(xué)納米科學(xué)教育的途徑

隨著對納米科學(xué)技術(shù)的研究，越來越多的納米科學(xué)理論轉(zhuǎn)化成技術(shù)，轉(zhuǎn)化成實(shí)踐。中小學(xué)納米科學(xué)教育是學(xué)?？萍冀逃闹匾獌?nèi)容之一。義務(wù)教育階段的納米科學(xué)教育需要從學(xué)生的生活出發(fā)，充分利用周邊豐富的資源，開展納米科學(xué)教育活動，探索納米科學(xué)教育的實(shí)施路徑[2]。

（一）建設(shè)納米科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

中國科學(xué)院2015年3月提出實(shí)施“高端科研資源科普化”，倡導(dǎo)將高端科研資源轉(zhuǎn)化為惠及中小學(xué)科普教育的設(shè)施、產(chǎn)品，給中小學(xué)科普教育提供人才支持，促進(jìn)科教融合。學(xué)校在國家納米科學(xué)中心有關(guān)專家的指導(dǎo)下，在社區(qū)熱心企業(yè)的資助下，建設(shè)了一間納米科學(xué)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，主要助力學(xué)生探索納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)室的建成為學(xué)生開發(fā)自己科學(xué)探索的內(nèi)在潛能發(fā)揮了重要的作用。實(shí)驗(yàn)室里最引人注目的是兩臺納米顯微鏡：原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡。同時(shí)建成的還有一條以納米科技為主題的文化長廊和一個(gè)納米展品展覽區(qū)，幫助學(xué)生了解當(dāng)今時(shí)代全球納米科技最新發(fā)展成果及納米科技發(fā)展的美好前景，展示中國納米科技發(fā)展的偉大成就，以及納米科技在實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國中的重要作用，鼓勵學(xué)生為了中華民族的偉大復(fù)興，立志將來成為社會主義的建設(shè)者，成為國家發(fā)展的有用之才。這為學(xué)校開展納米科技教育創(chuàng)設(shè)了必要的硬件環(huán)境，營造了納米科技校本教育文化環(huán)境。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)校納米科學(xué)教育課程

納米科技是一門尖端科學(xué)，如何讓尖端科技落地生根，讓中學(xué)生能理解課程內(nèi)容并參與到課程中來？對此，學(xué)校對納米科技課程進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)推進(jìn)，由淺入深，由科普到探究，從課堂到課外，從校內(nèi)到校外，分年級有序進(jìn)行，把納米科技引入學(xué)校課程教育范疇，與小學(xué)科學(xué)、初中生物、初中物理、初中化學(xué)、綜合實(shí)踐等課程有機(jī)融合，以項(xiàng)目主題式形式螺旋推進(jìn)，綜合提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。下面筆者通過具體的四類案例來分析學(xué)校納米科技課程實(shí)施的特點(diǎn)。

1.科普入門類

知識是技術(shù)和能力的基礎(chǔ)。對于納米科技這門全新的課程，課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)拋棄傳統(tǒng)講授形式向?qū)W生介紹納米科技知識，而是設(shè)計(jì)了調(diào)查、參觀、匯報(bào)、交流等一系列學(xué)生活動，讓學(xué)生自主、逐步認(rèn)識納米，體會納米科技在生活和生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，認(rèn)同納米科技與人類生活的密切聯(lián)系，從而自覺激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)納米科技的熱情[3]。

2.觀察實(shí)證類

納米是一個(gè)極小的長度單位，在此尺寸下研究的納米科技無法被學(xué)生直接感知和體會。課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)從自然界中的納米現(xiàn)象入手，以經(jīng)典的“蓮葉效應(yīng)”為主題，通過一個(gè)個(gè)簡單的觀察實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生真實(shí)地感知納米世界的神奇，激發(fā)學(xué)生深入研究和探索的熱情。

以觀察“蓮葉效應(yīng)”為例，教師聯(lián)系生活實(shí)際，提出疑問：為什么蓮葉能“出淤泥而不染”？為什么水珠能在蓮葉上滾動？為什么蓮葉的表面總是干干凈凈的？教師組織學(xué)生通過滴水實(shí)驗(yàn)觀察神奇的“蓮葉效應(yīng)”，然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究其他動植物是否有類似的現(xiàn)象，如常見的校園植物葉片，蝴蝶、蟬、蜻蜓等昆蟲的翅膀等。最后，教師組織學(xué)生收集自然界中的動植物具有的“蓮葉效應(yīng)”的例子，思考“蓮葉效應(yīng)”對動植物生存的意義，并在小組內(nèi)進(jìn)行匯報(bào)和交流。這些活動讓學(xué)生真實(shí)地觀察到納米現(xiàn)象在自然界中是真實(shí)存在的，并且對動植物的生存具有重要作用。

3.原理探知類

科學(xué)知識不僅要知其然，更要知其所以然。納米科技課程鼓勵學(xué)生充分運(yùn)用納米觀測儀器進(jìn)入納米世界，探知現(xiàn)象背后的原理，進(jìn)入納米結(jié)構(gòu)表征的認(rèn)知，深入學(xué)習(xí)納米相關(guān)知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用[4]。

以“解密疏水性”為例，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)蟬的翅膀、蓮葉等動植物結(jié)構(gòu)具有不沾水的特性（即疏水性），產(chǎn)生了濃厚的探究興趣，并把研究內(nèi)容確定在這些動植物組織的表面結(jié)構(gòu)上。教師指導(dǎo)學(xué)生用原子力顯微鏡、電子顯微鏡（在合作單位專家指導(dǎo)下）觀察蟬、蜻蜓、蝴蝶的翅膀和蓮葉的表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)表面都具有納米級大小的突起。那么，疏水性與這些微小突起之間是否存在直接聯(lián)系？學(xué)生還設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：在原來不具有疏水性的材料表面制備納米顆粒，觀察該種材料疏水性的變化。學(xué)生查閱文獻(xiàn)得知，蠟燭在不完全燃燒時(shí)會產(chǎn)生黑煙，而煙霧中含有納米級大小的碳顆粒。于是，他們用普通廢棄光盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在光盤的一側(cè)熏上一層碳顆粒，通過滴水實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熏了碳顆粒的一側(cè)產(chǎn)生了疏水性，而未熏碳顆粒的一側(cè)沒有產(chǎn)生疏水性，從而驗(yàn)證疏水性的產(chǎn)生確實(shí)與材料表面納米級的突起有直接關(guān)系。

4.拓展實(shí)訓(xùn)類

學(xué)校地處蘇州工業(yè)園區(qū)科教創(chuàng)新區(qū)，區(qū)域內(nèi)有300 多家納米科研單位和生產(chǎn)企業(yè)，特別是中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所是國內(nèi)該領(lǐng)域的最高科研機(jī)構(gòu)。學(xué)校與多家單位建立了共建合作關(guān)系，后者成為學(xué)校開展納米科技教育的實(shí)訓(xùn)基地，他們中的多位納米科研專家成為學(xué)校特聘指導(dǎo)教師，指導(dǎo)學(xué)校的課程建設(shè)、學(xué)生活動。利用優(yōu)越的區(qū)域優(yōu)勢，學(xué)校每學(xué)期都組織學(xué)生進(jìn)行拓展實(shí)訓(xùn)。例如，學(xué)校組織學(xué)生走進(jìn)納米顯微鏡研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，學(xué)習(xí)原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的使用和操作方法；聘請企業(yè)技術(shù)人員來學(xué)校現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)踐等。

以制備“PVA納米纖維”為例，學(xué)生課前通過調(diào)查了解和認(rèn)識“纖維”“納米纖維”的概念和用途，課上在專家的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)用靜電紡絲儀制備PVA納米纖維。如何證明制備出的纖維絲達(dá)到了納米級尺寸？學(xué)生想到用原子力顯微鏡進(jìn)行觀測。他們將制作的PVA纖維樣品，置于原子力顯微鏡下進(jìn)行觀測，獲得了清晰的掃描圖像，并且利用軟件測量觀測到的纖維絲，發(fā)現(xiàn)它們的尺寸在幾百納米不等，即納米纖維。

結(jié) 語

納米科學(xué)教育的魅力在于激發(fā)學(xué)生的好奇心與探究欲，培養(yǎng)學(xué)生探究過程中提出問題、解決問題的創(chuàng)造性思維、批判性思維。學(xué)生能夠在探究活動中，學(xué)會傾聽他人意見、樂于接受他人建議、與人合作，逐漸形成科技創(chuàng)新人才所必須具備的科學(xué)意識、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。學(xué)校應(yīng)重視納米科學(xué)教育活動的開展，潛移默化地點(diǎn)亮學(xué)生的納米科技夢想，為將來成為高素質(zhì)科技創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。