創(chuàng)建九年制納米科技校本課程的目的、意義及措施

吳蘭蘭

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創(chuàng)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(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校創(chuàng)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(fā)與實(shí)施，能有效提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探究精神，推動(dòng)學(xué)校的特色辦學(xué)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)學(xué)校創(chuàng)新人才培育目標(biāo)，并將對全國中小學(xué)校進(jìn)行納米科技教學(xué)起到一定的引領(lǐng)作用。

關(guān)鍵詞：校本課程；九年制；納米科技

一、蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校納米科技校本課程建設(shè)背景

我校是一所新創(chuàng)辦的九年一貫制公立學(xué)校，位于蘇州工業(yè)園區(qū)科教創(chuàng)新區(qū)。辦學(xué)伊始，學(xué)校就把特色發(fā)展定位于納米科技特色教育上。這不僅是因?yàn)閷W(xué)校擁有得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢，更是由于學(xué)校對培養(yǎng)新一代創(chuàng)新性人才有著獨(dú)特的思考和愿景。納米技術(shù)被認(rèn)為是新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)，它將給醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和信息通訊等行業(yè)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(gè)問題，國家要具備可持續(xù)的納米科技競爭力，納米科技人才的儲(chǔ)備就是當(dāng)務(wù)之急。因此，教育必須緊緊跟隨科技發(fā)展的步伐，以科技發(fā)展促進(jìn)教育發(fā)展，讓教育發(fā)展成為奠定科技發(fā)展的基石。

我校地處高新技術(shù)扎堆的獨(dú)墅湖科教創(chuàng)新區(qū)，周邊有眾多國家級納米技術(shù)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(chǎn)業(yè)基地——納米城，以及不少國內(nèi)頂尖學(xué)府的研究生院。這些都為我校開設(shè)納米特色課程提供了非常好的學(xué)習(xí)環(huán)境，為我們組織學(xué)生參觀、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)提供了非常多的機(jī)會(huì)。

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(shè)了納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室(配備有先進(jìn)的掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡)，努力為學(xué)生提供獨(dú)特的、世界領(lǐng)先的、與高科技接軌的學(xué)習(xí)環(huán)境，以期培養(yǎng)出具有良好科學(xué)素養(yǎng)與探索精神的新一代科技創(chuàng)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(xué)校納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為載體，從納米科普切入，以觀察實(shí)證為起點(diǎn)，結(jié)合不同年級的國家課程，對納米科技特色課程的內(nèi)涵、要素、特征等進(jìn)行研究，對納米科技課程的內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)創(chuàng)性設(shè)置：在一到九年級科學(xué)、生物、物理、化學(xué)等自然科學(xué)學(xué)科中，深入挖掘與物質(zhì)大小相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，將之有效整合在納米科技課程中，開發(fā)出適合各個(gè)年級學(xué)生特點(diǎn)的活動(dòng)或課例，將之不斷優(yōu)化，最終開發(fā)出一整套適合一至九年級學(xué)生所用的納米科技相關(guān)的課程體系。具體課程內(nèi)容設(shè)置如下。

1.小學(xué)低年級

學(xué)生自主活動(dòng)占90%，側(cè)重挖掘和研發(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)等等，讓低年級學(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。

2.小學(xué)中、高年級

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，通過科學(xué)的方法感受現(xiàn)象后并思考其原理，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生探究真相的學(xué)習(xí)興趣。具體課程設(shè)置為，從小學(xué)科學(xué)學(xué)科中挖掘納米科技知識(shí)的結(jié)合點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索、戶外采集、書本閱讀、自制小實(shí)驗(yàn)等方式，探索現(xiàn)象背后的納米科技知識(shí)。

3.初中七年級

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)使用納米觀測儀器進(jìn)入納米世界、探知驗(yàn)證課本知識(shí)的課程，開始學(xué)習(xí)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(jìn)入納米結(jié)構(gòu)表征的認(rèn)知。

4.初中八年級

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)立操作納米檢測儀器，進(jìn)行科學(xué)實(shí)證，學(xué)習(xí)納米相關(guān)知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

5.初中九年級

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(shí)施，真正提高學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

三、創(chuàng)建九年制納米科技校本課程的目的和意義

第一，通過開發(fā)并實(shí)施納米科技校本課程，使學(xué)生掌握納米科技的基本知識(shí)，學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)、操作顯微鏡、設(shè)計(jì)并實(shí)施小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生探究欲望，提高動(dòng)手能力，提升創(chuàng)新意識(shí)，活躍創(chuàng)新思維。在合作探究共同創(chuàng)造的過程中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)傾聽他人意見、樂于接受他人建議，學(xué)會(huì)謙虛、友好地與人相處等能力，逐步形成科技創(chuàng)新人才所具備的科學(xué)意識(shí)、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

第二，通過開發(fā)和實(shí)施納米科技校本課程，促使教師對本學(xué)科教材進(jìn)行深入細(xì)致的鉆研，并通過查閱大量的文獻(xiàn)資料，將學(xué)科知識(shí)與納米知識(shí)有效整合，設(shè)計(jì)納米科技課程的課例，編寫納米科技教材等活動(dòng)，提高教師學(xué)科把握能力、提升教師學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)以及對課程的開發(fā)力和執(zhí)行力。

第三，本課程基于九年一貫制學(xué)?？茖W(xué)學(xué)科的整合，系統(tǒng)梳理、充分挖掘各學(xué)科與納米科技相關(guān)的知識(shí)，從而貫通小學(xué)階段科學(xué)學(xué)科和初中階段生理化學(xué)科之間的聯(lián)系，形成九年制學(xué)校前后銜接、邏輯明晰的自然科學(xué)學(xué)科課程體系，開發(fā)納米科技課程，創(chuàng)新課程實(shí)施模式及評價(jià)手段，逐步加強(qiáng)配套硬件設(shè)施投入和環(huán)境布置，形成科技教育的濃郁氛圍，創(chuàng)設(shè)“獨(dú)樹一幟”的科技教育品牌。

四、創(chuàng)建九年制納米科技校本課程的過程

我校對創(chuàng)建九年制納米科技校本課程體系進(jìn)行了長遠(yuǎn)規(guī)劃和細(xì)致部署，確定了“試教先行—教案匯總—確立標(biāo)準(zhǔn)—確定課例—形成體系—成果展示”的研究思路。課程貫穿小學(xué)到初中，教學(xué)由淺入深，由科普到探究，從課內(nèi)到課外，從校內(nèi)到校外。

1.挖掘教學(xué)素材

各相關(guān)教師認(rèn)真鉆研本學(xué)科的課程體系和內(nèi)容，挖掘與物質(zhì)大小相關(guān)的內(nèi)容和素材，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，開發(fā)出與本學(xué)科整合的納米科技教學(xué)課例和活動(dòng)內(nèi)容。

2.試教先行 確定教學(xué)模式

第一年首先在七年級開展課程，安排每星期一節(jié)納米科技教學(xué)課，由生物教師授課。授課教師采用邊實(shí)踐邊整理匯總的方式，將納米科技試講課中的教學(xué)設(shè)計(jì)、過程、學(xué)生反饋等信息收集并整理，逐步形成基本教學(xué)模式，并以此帶動(dòng)后續(xù)與其他學(xué)科整合的納米科技課程的開發(fā)。

3.確立標(biāo)準(zhǔn) 形成課程體系

各學(xué)科經(jīng)過約一年的實(shí)施，確定初步的課例標(biāo)準(zhǔn)，將納米教育中成功的案例進(jìn)行潤色、加工、整理，確定成為標(biāo)準(zhǔn)校本課程的課例。在一定數(shù)量的課例的基礎(chǔ)上，尋找統(tǒng)一性，建立可操作和實(shí)施的課程體系。

4.總結(jié)匯總 成果展示

對各學(xué)科積累的教學(xué)課例進(jìn)行系統(tǒng)的整理匯總，編輯成冊，形成《獨(dú)墅湖學(xué)校九年制納米科技校本課程》教材(學(xué)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(shí)施情況

1.課程內(nèi)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(jìn)了一年多，由生物學(xué)科教師授課，結(jié)合生物學(xué)科特色和內(nèi)容設(shè)置，共開發(fā)出納米科技課程的七大主題、20多個(gè)課例。

第一單元：什么是納米？——認(rèn)識(shí)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(shí)、納米科技的應(yīng)用以及蘇州市納米科技發(fā)展現(xiàn)狀等)

第二單元：如何看到“納米”？——認(rèn)識(shí)觀測納米結(jié)構(gòu)的工具（原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡）。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？”四課。

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‘蓮葉效應(yīng)’”“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”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(jié)構(gòu)觀測”三課。

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”“神奇的石墨烯”“制作石墨烯的模型”三課。

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”“家長進(jìn)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(chuàng)新大賽。本單元為期末檢測內(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，并以此作為對學(xué)生學(xué)習(xí)情況、動(dòng)手能力和科學(xué)素養(yǎng)等進(jìn)行綜合評價(jià)的依據(jù)之一。

圖1

本單元是學(xué)生在學(xué)習(xí)完納米科普知識(shí)和認(rèn)識(shí)了觀測納米結(jié)構(gòu)的工具后，進(jìn)一步開展的探究活動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先以日本某汽車公司研發(fā)的一款免洗汽車的廣告視頻為切入點(diǎn)，激起學(xué)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(dòng)植物存在納米結(jié)構(gòu)嗎？如果有，這些納米結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？能否用納米顯微鏡觀測到？然后組織學(xué)生查閱資料，尋找自然界中的納米現(xiàn)象。學(xué)生通過交流匯報(bào)發(fā)現(xiàn)，自然界中的許多動(dòng)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(tuán)而粘”，鴨、鵝等禽類的羽毛不沾水。接下來組織學(xué)生從觀測蓮葉的疏水性和自清潔性(即“蓮葉效應(yīng)”)入手，進(jìn)而探究其他常見植物特別是學(xué)生熟悉的校園植物的疏水性，將常見植物對水的親疏性進(jìn)行匯總。動(dòng)物是否也存在疏水性呢？組織學(xué)生對動(dòng)物(包括鳥類羽毛、蟬等昆蟲的翅膀、甲蟲的殼等)進(jìn)行探究，進(jìn)而總結(jié)這些動(dòng)物結(jié)構(gòu)的共性。接下來進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證：為什么蓮葉、蟬翅等具有“蓮葉效應(yīng)”呢？利用原子力顯微鏡觀測蟬翅的表面結(jié)構(gòu)(植物材料由于含水量較大，不適宜觀察)，發(fā)現(xiàn)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(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生“蓮葉效應(yīng)”。最后，組織學(xué)生開展“蓮葉效應(yīng)”的應(yīng)用的研究，包括創(chuàng)意大賽、制作相關(guān)展品和產(chǎn)品等，將“蓮葉效應(yīng)”應(yīng)用于實(shí)際生活中。

2.實(shí)施特點(diǎn)

在一年多的實(shí)踐探索中，我校課程開發(fā)組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，初步掌握了課程實(shí)施的過程和方法，課程實(shí)施初具特色。

(1)課程內(nèi)容統(tǒng)籌規(guī)劃、逐步深入，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

納米科技研究的內(nèi)容和范圍大大超出了初一學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)水平和能力，在課程內(nèi)容設(shè)置上，要基于學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平。任課教師將課程內(nèi)容設(shè)置成七個(gè)由淺入深、層層遞進(jìn)的教學(xué)主題，讓學(xué)生由科普入門，先了解什么是納米，然后通過查閱資料和認(rèn)真觀察，探尋生活中的納米現(xiàn)象，進(jìn)而探究產(chǎn)生納米現(xiàn)象的原因，從而引出觀測工具——納米顯微鏡的使用，運(yùn)用已掌握的物質(zhì)觀測技術(shù)對提出的課題進(jìn)行實(shí)證研究，最終將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生活中。學(xué)生被這樣的課程設(shè)計(jì)牢牢吸引，通過自主探究，逐步領(lǐng)悟高深的科學(xué)知識(shí)，并激發(fā)出深入探究的欲望。

(2)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的分工合作和團(tuán)隊(duì)意識(shí)

在探究活動(dòng)中，學(xué)生通過小組分工協(xié)作，完成一個(gè)又一個(gè)有趣而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。每個(gè)小組在組長的組織協(xié)調(diào)下開展活動(dòng)，組員都有自己的定位和職責(zé)，既服從組長的安排，又吸取其他組員的意見，學(xué)生的合作意識(shí)、與人相處的能力都得到了培養(yǎng)。通過展示和交流，學(xué)生的語言組織和表達(dá)能力得到了鍛煉，自信心得到了提高。

(3)注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探究精神

在已開展的20余個(gè)課例中，絕大多數(shù)內(nèi)容都是學(xué)生活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和科學(xué)探究。例如：“納米納米什么米”“自然界中的納米現(xiàn)象”“參觀科技長廊 探尋納米奧秘”“神奇的石墨烯”等，主要培養(yǎng)學(xué)生對信息的收集、匯總、表達(dá)交流能力；“探究校園植物的疏水性”強(qiáng)調(diào)學(xué)生的觀察、比較、歸類能力；“探究‘蓮葉效應(yīng)’”“自制碳顆粒 探究疏水性”等很好地鍛煉了學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行科學(xué)實(shí)證的探究能力；“學(xué)習(xí)制作DVD樣品”“認(rèn)識(shí)原子力顯微鏡”“認(rèn)識(shí)掃描隧道顯微鏡”“‘蓮葉效應(yīng)’的納米結(jié)構(gòu)觀測”等，則要求學(xué)生動(dòng)手操作，掌握實(shí)驗(yàn)材料的制備和儀器設(shè)備的操作；“觀看科普視頻、暢想納米未來”“制作石墨烯結(jié)構(gòu)模型” “‘納米就在我身邊’創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽”等，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，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)。

(4)有效整合多方資源 確保課程順利實(shí)施

學(xué)校聚合多方力量，最大限度地挖掘和整合各方優(yōu)勢，確保校本課程的有效實(shí)施。首先，學(xué)校與周邊的科研機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系，為學(xué)生走出校門學(xué)習(xí)參觀、拓寬思路、開闊視野提供盡可能多的機(jī)會(huì)。學(xué)校還聘請專家教授為學(xué)生開設(shè)納米科技講座，豐富學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)習(xí)納米科技的興趣。其次，與技術(shù)合作企業(yè)保持長期密切的聯(lián)系。一方面，企業(yè)為學(xué)校提供技術(shù)支持，及時(shí)調(diào)試儀器設(shè)備，排除故障，保證教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行。另一方面，公司技術(shù)人員不斷開發(fā)新的觀測樣品，豐富實(shí)驗(yàn)課例。再次，加強(qiáng)與學(xué)生家長溝通，取得家長支持。我校部分學(xué)生的家長從事納米相關(guān)的工作，他們?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)提供了便利條件。如為學(xué)?？萍奸L廊提供了很多納米材料展品，為一些實(shí)驗(yàn)提供器材，對實(shí)驗(yàn)過程提出建設(shè)性的意見等。

(5)多角度全方位的評價(jià)機(jī)制 關(guān)注每一個(gè)學(xué)生的發(fā)展

在評價(jià)方式上，本課程采用過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)相結(jié)合的方式?？己藘?nèi)容包括：學(xué)生在活動(dòng)過程中的表現(xiàn)(發(fā)言積極性、小組合作性、紀(jì)律性、創(chuàng)新性等)，任務(wù)單完成質(zhì)量，態(tài)度，正確率，作品質(zhì)量，原子力顯微鏡操作的正確性和熟練程度，活動(dòng)結(jié)束時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備整理，實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生等多個(gè)方面。教師及時(shí)對各小組的活動(dòng)情況點(diǎn)評、打分和選優(yōu)，每一活動(dòng)結(jié)束時(shí)，與學(xué)生一起選出最佳小組，并做好記錄；全部活動(dòng)結(jié)束時(shí)，評選出最佳創(chuàng)新小組、最佳紀(jì)律小組、最佳合作小組、最佳文明小組、最佳進(jìn)取小組、最佳創(chuàng)作小組，以此來全面地評價(jià)和表彰學(xué)生，關(guān)注每一個(gè)學(xué)生的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者信息

吳蘭蘭，碩士，中教一級。江蘇省蘇州市蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖學(xué)校，215123