創建九年制納米科技校本課程的目的、意義及措施

吳蘭蘭

?

創建九年制納米科技校本課程的目的、意義及措施

吳蘭蘭

摘要：文章介紹了蘇州工業園區獨墅湖學校創建九年制納米科技校本課程的背景、目的、意義、措施等。納米科技校本課程在全國尚屬首次，該校本課程的開發與實施，能有效提升學生的創新意識和探究精神，推動學校的特色辦學進程，實現學校創新人才培育目標，并將對全國中小學校進行納米科技教學起到一定的引領作用。

關鍵詞：校本課程；九年制；納米科技

一、蘇州工業園區獨墅湖學校納米科技校本課程建設背景

我校是一所新創辦的九年一貫制公立學校，位于蘇州工業園區科教創新區。辦學伊始，學校就把特色發展定位于納米科技特色教育上。這不僅是因為學校擁有得天獨厚的地理優勢，更是由于學校對培養新一代創新性人才有著獨特的思考和愿景。納米技術被認為是新工業革命的主導技術，它將給醫學、制造業、材料和信息通訊等行業帶來革命性的變革，因此有人提出“得納米者得天下”。這就帶來一個問題，國家要具備可持續的納米科技競爭力，納米科技人才的儲備就是當務之急。因此，教育必須緊緊跟隨科技發展的步伐，以科技發展促進教育發展，讓教育發展成為奠定科技發展的基石。

我校地處高新技術扎堆的獨墅湖科教創新區，周邊有眾多國家級納米技術研究院所，如中科院納米所、生物納米園和世界最大的納米產業基地——納米城，以及不少國內頂尖學府的研究生院。這些都為我校開設納米特色課程提供了非常好的學習環境，為我們組織學生參觀、實驗、實訓提供了非常多的機會。

正是在這樣的背景下，我校將納米科技教育引入九年制教育體系中，建設了納米科技創新實驗室(配備有先進的掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡)，努力為學生提供獨特的、世界領先的、與高科技接軌的學習環境，以期培養出具有良好科學素養與探索精神的新一代科技創新人才。

二、對九年制納米科技校本課程的理解

我校九年制納米科技校本課程以學校納米科技創新實驗室為載體，從納米科普切入，以觀察實證為起點，結合不同年級的國家課程，對納米科技特色課程的內涵、要素、特征等進行研究，對納米科技課程的內容進行獨創性設置：在一到九年級科學、生物、物理、化學等自然科學學科中，深入挖掘與物質大小相關的知識點，將之有效整合在納米科技課程中，開發出適合各個年級學生特點的活動或課例，將之不斷優化，最終開發出一整套適合一至九年級學生所用的納米科技相關的課程體系。具體課程內容設置如下。

1.小學低年級

學生自主活動占90%，側重挖掘和研發納米科普和學生自己動手實驗的課程，力求表現手段的多樣性，比如卡通納米故事會、觀看視頻PPT、游戲、表演、動手小實驗等等，讓低年級學生直接感受生活中的納米現象，接觸納米科技的奇妙，激發學生興趣。

2.小學中、高年級

學生自主活動占70%，側重教師傳授知識與學生動手實驗相結合的課程，讓學生在教師的帶領下，通過科學的方法感受現象后并思考其原理，激發學生產生探究真相的學習興趣。具體課程設置為，從小學科學學科中挖掘納米科技知識的結合點，引導學生通過網絡搜索、戶外采集、書本閱讀、自制小實驗等方式，探索現象背后的納米科技知識。

3.初中七年級

挖掘初中生物學科中的相關內容，在教師的引導下，深入探究納米科技知識，側重學習使用納米觀測儀器進入納米世界、探知驗證課本知識的課程，開始學習掃描顯微鏡的初步原理，逐步掌握探究納米世界的工具的使用，通過直接觀察的方法，進入納米結構表征的認知。

4.初中八年級

挖掘初中物理學科的相關內容，在教師帶領下，開始嘗試獨立操作納米檢測儀器，進行科學實證，學習納米相關知識在生產生活中的應用。

5.初中九年級

挖掘初中化學學科的相關內容，引導學生自主設計觀察納米形貌的小實驗，加深對納米科技的理解，并能將所學知識物化成模型展品、創意設計等，通過課堂以及成立納米科技探究小組完成納米科技探究課程的實施，真正提高學生科學探究能力，培養學生的創新意識。

三、創建九年制納米科技校本課程的目的和意義

第一，通過開發并實施納米科技校本課程，使學生掌握納米科技的基本知識，學會觀察實驗、操作顯微鏡、設計并實施小實驗，激發學生探究欲望，提高動手能力，提升創新意識，活躍創新思維。在合作探究共同創造的過程中，培養學生學會傾聽他人意見、樂于接受他人建議，學會謙虛、友好地與人相處等能力，逐步形成科技創新人才所具備的科學意識、科學態度和科學精神。

第二，通過開發和實施納米科技校本課程，促使教師對本學科教材進行深入細致的鉆研，并通過查閱大量的文獻資料，將學科知識與納米知識有效整合，設計納米科技課程的課例，編寫納米科技教材等活動，提高教師學科把握能力、提升教師學科專業素養以及對課程的開發力和執行力。

第三，本課程基于九年一貫制學校科學學科的整合，系統梳理、充分挖掘各學科與納米科技相關的知識，從而貫通小學階段科學學科和初中階段生理化學科之間的聯系，形成九年制學校前后銜接、邏輯明晰的自然科學學科課程體系，開發納米科技課程，創新課程實施模式及評價手段，逐步加強配套硬件設施投入和環境布置，形成科技教育的濃郁氛圍，創設“獨樹一幟”的科技教育品牌。

四、創建九年制納米科技校本課程的過程

我校對創建九年制納米科技校本課程體系進行了長遠規劃和細致部署，確定了“試教先行—教案匯總—確立標準—確定課例—形成體系—成果展示”的研究思路。課程貫穿小學到初中，教學由淺入深，由科普到探究，從課內到課外，從校內到校外。

1.挖掘教學素材

各相關教師認真鉆研本學科的課程體系和內容，挖掘與物質大小相關的內容和素材，結合學生特點，開發出與本學科整合的納米科技教學課例和活動內容。

2.試教先行 確定教學模式

第一年首先在七年級開展課程，安排每星期一節納米科技教學課，由生物教師授課。授課教師采用邊實踐邊整理匯總的方式，將納米科技試講課中的教學設計、過程、學生反饋等信息收集并整理，逐步形成基本教學模式，并以此帶動后續與其他學科整合的納米科技課程的開發。

3.確立標準 形成課程體系

各學科經過約一年的實施，確定初步的課例標準，將納米教育中成功的案例進行潤色、加工、整理，確定成為標準校本課程的課例。在一定數量的課例的基礎上，尋找統一性，建立可操作和實施的課程體系。

4.總結匯總 成果展示

對各學科積累的教學課例進行系統的整理匯總，編輯成冊，形成《獨墅湖學校九年制納米科技校本課程》教材(學生用)和操作手冊(教師用)。

五、我校九年制納米科技校本課程的實施情況

1.課程內容

WANG Yulian, YIN Wanzhong, LI Ang, et al. Preparation and crystallization kinetics of nesquehonite whiskers with thermal decomposition method[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018(6):107-113.

該課程已在初一順利推進了一年多，由生物學科教師授課，結合生物學科特色和內容設置，共開發出納米科技課程的七大主題、20多個課例。

第一單元：什么是納米？——認識納米。包括：“納米納米是什么米”“參觀科技長廊 探尋納米奧秘”兩課。(注：我校建有一條長約200米的納米科技特色長廊，主要介紹納米知識、納米科技的應用以及蘇州市納米科技發展現狀等)

第二單元：如何看到“納米”？——認識觀測納米結構的工具（原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡）。包括：“認識掃描隧道顯微鏡”“認識原子力顯微鏡”“學習制作DVD樣品”“DVD中的信息存儲在哪里？”四課。

第三單元：“納米”真的存在嗎？——探究“蓮葉效應”。包括：“自然界中的納米現象”“探究‘蓮葉效應’”“探究校園植物的疏水性”“探究動物的疏水性”“‘蓮葉效應’的納米結構觀測”五課。

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”“碳顆粒對油的親疏性探究”“碳顆粒的納米結構觀測”三課。

第五單元：“納米”有什么用？——體驗納米科技的應用。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”三課。

第六單元：關于納米，我想了解更多！——納米科技校本課程實踐活動。包括：“參觀納米研究所 了解納米新進展”“參觀江蘇納米城 練習使用顯微鏡”“家長進校園 共敘納米緣”三課。

第七單元：納米就在我身邊！——納米科技創新大賽。本單元為期末檢測內容，目的是將學生所學知識物化成學生的創新點子、模型制作、創意海報、科幻作文等，并以此作為對學生學習情況、動手能力和科學素養等進行綜合評價的依據之一。

圖1

本單元是學生在學習完納米科普知識和認識了觀測納米結構的工具后，進一步開展的探究活動。在設計時，首先以日本某汽車公司研發的一款免洗汽車的廣告視頻為切入點，激起學生的好奇心和探究欲：什么是疏水性？汽車如何做到自我清潔？自然界中的動植物存在納米結構嗎？如果有，這些納米結構有何特點？能否用納米顯微鏡觀測到？然后組織學生查閱資料，尋找自然界中的納米現象。學生通過交流匯報發現，自然界中的許多動植物都具有疏水性和自我清潔功能，例如蓮葉可以“出淤泥而不染”，粽葉可以“包飯團而粘”，鴨、鵝等禽類的羽毛不沾水。接下來組織學生從觀測蓮葉的疏水性和自清潔性(即“蓮葉效應”)入手，進而探究其他常見植物特別是學生熟悉的校園植物的疏水性，將常見植物對水的親疏性進行匯總。動物是否也存在疏水性呢？組織學生對動物(包括鳥類羽毛、蟬等昆蟲的翅膀、甲蟲的殼等)進行探究，進而總結這些動物結構的共性。接下來進行科學驗證：為什么蓮葉、蟬翅等具有“蓮葉效應”呢？利用原子力顯微鏡觀測蟬翅的表面結構(植物材料由于含水量較大，不適宜觀察)，發現蟬翅表面布滿了納米級大小的突起，這些突起的間隙極小，甚至小于水分子的大小，因此水在其表面無法滲入而滾動，進而產生“蓮葉效應”。最后，組織學生開展“蓮葉效應”的應用的研究，包括創意大賽、制作相關展品和產品等，將“蓮葉效應”應用于實際生活中。

2.實施特點

在一年多的實踐探索中，我校課程開發組開展了豐富多彩的學生活動，積累了大量的圖片和文字資料，初步掌握了課程實施的過程和方法，課程實施初具特色。

(1)課程內容統籌規劃、逐步深入，符合學生的認知規律

納米科技研究的內容和范圍大大超出了初一學生現有的認識水平和能力，在課程內容設置上，要基于學生當前的認知水平。任課教師將課程內容設置成七個由淺入深、層層遞進的教學主題，讓學生由科普入門，先了解什么是納米，然后通過查閱資料和認真觀察，探尋生活中的納米現象，進而探究產生納米現象的原因，從而引出觀測工具——納米顯微鏡的使用，運用已掌握的物質觀測技術對提出的課題進行實證研究，最終將所學知識運用于實際生活中。學生被這樣的課程設計牢牢吸引，通過自主探究，逐步領悟高深的科學知識，并激發出深入探究的欲望。

(2)強調學生的分工合作和團隊意識

在探究活動中，學生通過小組分工協作，完成一個又一個有趣而富有挑戰性的任務。每個小組在組長的組織協調下開展活動，組員都有自己的定位和職責，既服從組長的安排，又吸取其他組員的意見，學生的合作意識、與人相處的能力都得到了培養。通過展示和交流，學生的語言組織和表達能力得到了鍛煉，自信心得到了提高。

(3)注重學生的動手實踐 培養學生的創新意識和探究精神

在已開展的20余個課例中，絕大多數內容都是學生活動，強調學生的動手實踐和科學探究。例如：“納米納米什么米”“自然界中的納米現象”“參觀科技長廊 探尋納米奧秘”“神奇的石墨烯”等，主要培養學生對信息的收集、匯總、表達交流能力；“探究校園植物的疏水性”強調學生的觀察、比較、歸類能力；“探究‘蓮葉效應’”“自制碳顆粒 探究疏水性”等很好地鍛煉了學生提出假設、設計實驗并進行科學實證的探究能力；“學習制作DVD樣品”“認識原子力顯微鏡”“認識掃描隧道顯微鏡”“‘蓮葉效應’的納米結構觀測”等，則要求學生動手操作，掌握實驗材料的制備和儀器設備的操作；“觀看科普視頻、暢想納米未來”“制作石墨烯結構模型” “‘納米就在我身邊’創意設計大賽”等，旨在培養學生的創新意識，激發他們關注前沿科技，并將所學所見物化成具體的創新思維、創新設計和模型等。通過這些活動，學生開闊了視野，激發了探究欲望，提高了動手能力，提升了創新意識，活躍了創新思維，為培養良好的科學素養奠定了基礎。

(4)有效整合多方資源 確保課程順利實施

學校聚合多方力量，最大限度地挖掘和整合各方優勢，確保校本課程的有效實施。首先，學校與周邊的科研機構建立合作關系，為學生走出校門學習參觀、拓寬思路、開闊視野提供盡可能多的機會。學校還聘請專家教授為學生開設納米科技講座，豐富學生知識面，提高學習納米科技的興趣。其次，與技術合作企業保持長期密切的聯系。一方面，企業為學校提供技術支持，及時調試儀器設備，排除故障，保證教學活動的順利進行。另一方面，公司技術人員不斷開發新的觀測樣品，豐富實驗課例。再次，加強與學生家長溝通，取得家長支持。我校部分學生的家長從事納米相關的工作，他們為教學活動提供了便利條件。如為學校科技長廊提供了很多納米材料展品，為一些實驗提供器材，對實驗過程提出建設性的意見等。

(5)多角度全方位的評價機制 關注每一個學生的發展

在評價方式上，本課程采用過程性評價和終結性評價相結合的方式。考核內容包括：學生在活動過程中的表現(發言積極性、小組合作性、紀律性、創新性等)，任務單完成質量，態度，正確率，作品質量，原子力顯微鏡操作的正確性和熟練程度，活動結束時實驗設備整理，實驗室衛生等多個方面。教師及時對各小組的活動情況點評、打分和選優，每一活動結束時，與學生一起選出最佳小組，并做好記錄；全部活動結束時，評選出最佳創新小組、最佳紀律小組、最佳合作小組、最佳文明小組、最佳進取小組、最佳創作小組，以此來全面地評價和表彰學生，關注每一個學生的發展。

參考文獻

[1] 黃恭福,黃利華.農村中學化學校本課程的開發、實施與管理[J].化學教育,2009,30(1):23-26.

[2] 陳紅.我們是這樣開發校本課程的[J].上海教育科研,2009(7):61-63.

[3] 胡玫.“學與做”特色課程的神塑與型塑:溫州三中特色校本課程的創建[J].上海教育科研,2013(3):69-71.

[4] 馬菁.凸顯地域文化資源激活特色歷史課堂[J].遼寧教育,2014(10):41-43.

作者信息

吳蘭蘭，碩士，中教一級。江蘇省蘇州市蘇州工業園區獨墅湖學校，215123