熱點案例教學在高中化學中的應用研究

摘 要：案例教學已經被廣泛應用于多個領域的教學之中，而熱點案例教學則是在其基礎之上，結合目前的熱點信息與科學前沿成果，促使高中化學教育與現實的緊密相連，提高學生的學習興趣與動力.本文以目前國內外具有較強影響力與熱度的《三體》中“古箏行動”為案例，結合人教版高中化學教材必修二第五章第三節《無機非金屬材料》，設計納米材料的案例教學.

關鍵詞：熱點案例教學；高中化學；教學研究

中圖分類號：G632

文獻標識碼：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，中學一級教師，從事中學化學教學研究.

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》^[1]中強調，化學教學應注重與生產、生活實際及社會熱點問題的聯系，要求教學內容體現化學與社會發展的相互體系.傳統教學內容主要集中教材中的知識，對化學知識在實際生活中的應用涉及較少，很難調動起學生對化學這門學科的學習興趣與積極性.同時隨著互聯網的發展，信息獲取的途徑愈發廣泛，傳統教學中固定的教材內容已經無法跟上學生獲取新信息的速度，教學革新迫在眉睫.熱點案例教學是一種創新性的教學方法，教師通過選擇社會熱點、科技前沿成果作為教學案例，引導學生在分析案例的過程中學習相關知識，掌握應用知識的能力.

1 何為熱點案例教學

1870年，克里斯托弗·哥倫布·朗代爾（Christopher Columbus Langdell）擔任哈佛法學院院長，他大力推行案例教學法.當時主要將案例教學應用于法律學教育之中，他認為法律是一門基于實踐的學科，學生應該通過研究實際的法律案例來學習法律知識和法律推理.20世紀初，隨著工業革命的推進和企業管理發展，案例教學法開始在商業管理領域得到應用.在這個階段，教育學家和心理學家開始研究案例教學的原理、教學過程和教學效果，為案例教學法提供了理論支持，案例教學法的理論和方法也在不斷完善.20世紀中葉以后，案例教學法在全球范圍內得到了廣泛的推廣，不僅在法學、醫學、商學等領域繼續深入應用，而且逐漸被引入其他學科領域，如教育學、社會學、工程學等.許多國家的教育機構和學校開始重視案例教學法，并將其納入教師培訓和教學改革的重要內容.與此同時，案例教學法在技術和資源方面也日益成熟.隨著信息技術的發展，案例教學資源的獲取和傳播更加便捷，互聯網上出現了大量的案例數據庫和教學平臺，為教師和學生提供了豐富的案例素材和學習工具.此外，多媒體技術的應用使得案例教學更加生動形象，通過視頻、動畫等形式展示案例內容，增強了案例教學的吸引力和效果.而熱點案例教學則是在案例教學的基礎之上的進一步發展.案例教學選取更經典的案例進行教學，并不具有時效性.而熱點案例教學通常選取當下正在發生或剛剛發生的熱點事件當作教學案例，這些案例緊扣時代脈搏，能讓學生更加直觀地感受到所學知識與現實生活的緊密聯系，增強學習的興趣與動力^[2].

2 熱點案例教學在高中化學中的應用——以《三體》中納米材料的應用為例

2.1 《三體》中納米材料的應用，對高中化學教學的意義

高中學生正處于身心快速發展與知識能力急劇提升的階段，此時的他們自我意識增強，對世界有自己的看法與思考，并開始具有深度與廣度.而科幻小說中所構建的新奇世界能夠滿足這一階段的學生探索未知的欲望.我國杰出的物理學家楊振寧教授曾經在采訪中表示，《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》，其在世界范圍內具有驚人的銷量與熱度，同時獲得了諸多的文學大獎.研究表明，《三體》對科學知識的教育具有重要的輔助作用與價值^[3-4].2023年初，國內《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》小說中有重要的應用橋段，同時也是世界化學前沿的研究成果，目前已經廣泛應用于醫學、電子、能源、環境和材料等領域.而在高中化學人教版教材中，納米材料也是一個重要的知識點.

2.2 基于《三體》中“古箏行動”的納米材料案例教學設計——以人教版高中化學必修二第五章第三節《無機非金屬材料》為設計藍本

提高學習興趣是激發學生內在動力、增強學生注意力與專注度、培養積極學習態度的重要方法.因此在教學開始前，花5～10分鐘左右的時間調查學生對《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名同學的調查結果.

（1）教學目標：通過對“古箏行動”案例的分析討論，培養學生觀察、思考、分析和歸納的能力，提升從科幻情境中提取科學信息并運用化學知識進行解釋的能力.激發學生對納米材料這一前沿科學領域的濃厚興趣和探索欲望，培養學生對科學的好奇心和求知欲.課后，學生能夠準確闡述納米材料的定義與特性，特性包含尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應等.深入理解納米材料在“古箏行動”中展現出的高強度、高韌性等性能與納米尺度下化學性質變化的關聯，并能用化學原理解釋納米材料切割船體的過程.

（2）知識講解：①在激發學生濃厚的探索欲望后，教師通過PPT展示，詳細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合材料，讓學生對納米材料的形態有直觀的認識；②運用動畫演示和實例，講解相結合的方式講解納米材料的特性，包括小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應與宏觀量子隧道效應.

（3）案例分析與討論：教師將學生分成小組，每個小組圍繞以下問題展開討論：①從化學組成和結構角度分析，“古箏行動”中納米絲“飛刃”可能是由哪些物質構成？②為什么這些物質能夠形成具有如此高強度的納米絲？③運用所學的化學原理，詳細解釋納米絲在切割船體過程中發生了哪些物理和化學變化？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生變化？

（4）小組匯報與教師總結：小組選派代表進行發言，匯報小組討論的結果.教師認真傾聽學生的匯報，并對每個小組的觀點進行點評和補充.①對于納米絲的可能成分，教師引導學生從高強度材料的角度思考，如碳納米管.碳納米管具有獨特的結構，由碳原子以sp² 雜化形成的六邊形網格結構卷曲而成，碳原子之間的共價鍵強，使得碳納米管具有極高的強度和韌性，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度特性相匹配.②在解釋納米絲切割船體的化學原理時，教師結合學生的發言，詳細闡述納米絲與船體材料之間的相互作用.從力學角度看，納米絲憑借其極小的尺寸和高強度，在與船體接觸時，能夠在局部產生極大的壓力，使船體材料的原子間化學鍵受到破壞.從化學角度分析，可能存在納米絲與船體金屬材料之間的氧化還原反應，船體是鋼鐵材質，納米絲可能作為一種氧化劑或還原劑，與鐵原子發生電子轉移，導致鐵原子的化學鍵斷裂，從而實現切割.此外，納米絲的表面效應也可能促使其與船體材料表面原子發生吸附和化學反應，進一步削弱船體材料的結構完整性.③關于納米絲切割船體后的變化，教師引導學生考慮納米材料的不穩定性和活性.由于納米絲在切割過程中經歷了巨大的應力和可能的化學反應，其自身結構可能會發生一些變化，如表面原子的重新排列、化學鍵的損傷等.這些變化可能導致納米絲的活性進一步增強，對環境產生潛在的影響，如可能與空氣中的氧氣、水分等發生反應，產生一些有害物質.教師借此強調納米材料在應用過程中的安全性和環境友好性問題，培養學生的科學倫理意識.

（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用領域.例如：在醫學領域，納米藥物載體能夠精準地將藥物輸送到病變部位，提高藥物療效并減少副作用；電子領域，納米晶體管的應用使得電子設備的性能大幅提升；能源領域，納米太陽能電池提高了光電轉換效率等.

（6）課堂回顧：教師引導學生回顧本節課所學的主要內容，包括納米材料的定義、特性以及在“古箏行動”和現實生活中的應用.通過提問和學生回答的方式，檢查學生對重點知識的掌握情況，強化學生的記憶.

（7）意義強調：強調納米材料在前沿科學領域的重要性，以及科學與科幻之間的相互促進關系.指出科幻作品如《三體》為我們提供了想象的空間，激發了科學家們對納米材料等新技術的探索熱情，而現實中的科學研究成果又為科幻創作提供了素材和依據.鼓勵學生保持對科學的好奇心和探索精神，關注科學前沿動態，努力學習科學知識，為未來可能參與納米材料等領域的研究和創新奠定基礎.需要提醒學生，科幻小說不僅有科學的一面，也有幻想的一面.雖然可以提起大家的學習興趣，但是部分幻想內容存在科學破綻，與現實中的科學研究存在較大差異，在閱讀期間需要將幻想與現實進行區分，不可過度沉迷.

3 結束語

以國內外大熱的《三體》為案例，結合教材進行案例教學，能夠為學生開啟一扇探索科學奧秘的新窗口.在教學過程中，從納米材料的基本概念、特性到其在實際案例中的應用原理，學生逐步構建起系統的知識體系，同時鍛煉了觀察、思考、分析和創新的能力.希望這種教學方式能夠持續激發學生對化學學科以及科學技術的熱愛，讓他們在未來的學習和生活中，始終保持對未知世界的好奇心.

參考文獻：

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

[2] 龔勝強.探究式教學模式在高中化學教學中的實踐運用[J].江蘇教育研究，2023（22）：93-96.

[3] 丁碩儀.高中物理教學中科幻作品的應用與價值研究[D].上海：華東師范大學，2022.

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

[責任編輯：季春陽]