石墨烯的發(fā)現(xiàn)給新課標(biāo)化學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)啟示

張春蘭

摘 要：英國(guó)兩位科學(xué)家僅用“膠帶”和“鉛筆”，創(chuàng)造性地用撕裂的方法成功獲得超薄材料——石墨烯，因而獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了科學(xué)界，掀起了一場(chǎng)研究石墨烯的熱潮。對(duì)于中學(xué)化學(xué)教學(xué)，新課程改革提倡運(yùn)用自主、合作、探究式的學(xué)習(xí)方式，從石墨烯的發(fā)現(xiàn)過程淺談對(duì)新課程化學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)粗淺的看法和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：石墨烯；新課程標(biāo)準(zhǔn)；化學(xué)教學(xué)；教學(xué)創(chuàng)新

幾乎人人都使用過鉛筆，大家知道鉛筆的筆芯大都是由石墨做成的。你是否知道，當(dāng)你用鉛筆在紙上盡情揮灑留下字跡的同時(shí)，一種被譽(yù)為硅“終結(jié)者”的新型超級(jí)納米材料——石墨烯因此而產(chǎn)生。

一、走近石墨烯

石墨烯是一種從石墨中剝離出來的單層碳原子二維新材料，它是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最薄、最輕卻也是最堅(jiān)硬的納米材料。它薄得讓你無法想象（厚度只有0.335 nm），僅為頭發(fā)厚度的20萬分之一，重量幾乎為零，硬度卻超過鉆石。它擁有最大的表面重量比，1 g 石墨烯的面積足以覆蓋幾個(gè)足球場(chǎng)。諾貝爾授獎(jiǎng)委員會(huì)表示，一塊1m2的石墨烯吊床可以支撐4 kg的貓，該吊床的重量?jī)H為0.77 mg，不足貓腮須的重量，肉眼根本看不到。

石墨烯是被譽(yù)為硅“終結(jié)者”的新型超級(jí)材料，它還具有很多特性：其導(dǎo)電性可以與銅媲美；導(dǎo)熱性可能比已知的任何材料都要出色得多。物理學(xué)家聲稱石墨烯很可能最終取代硅成為計(jì)算機(jī)芯片的基礎(chǔ)材料；此外，石墨烯還可以作為污染監(jiān)測(cè)的敏感材料，用于完善平板電視、制作電子產(chǎn)品柔性透明觸摸屏等。

二、石墨烯的發(fā)現(xiàn)

石墨烯，這位“草根達(dá)人”被發(fā)現(xiàn)的過程充滿傳奇色彩。早在1947年，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為石墨烯這種純粹的二維材料是不可能在自然界中獲得的。直到2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈·蓋姆教授（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）通過一種極其簡(jiǎn)單的方法首次獲得了石墨烯。他們從石墨中剝離出石墨薄片，利用普通的透明塑料膠帶對(duì)石墨片進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終通過顯微鏡在大量的薄片中尋找到了只有一層碳原子厚度的石墨烯。這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了科學(xué)界，不僅因?yàn)樗麄兇蚱屏硕S晶體無法真實(shí)存在的理論預(yù)言，更重要的是，石墨烯這一極薄的納米材料帶來了許多超乎想象的新特性，使它成為新型材料領(lǐng)域的一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。這兩位科學(xué)家在短短的6年間，因“突破性地”用撕裂的方法成功獲得超薄材料石墨烯而獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

三、石墨烯的發(fā)現(xiàn)對(duì)新課標(biāo)化學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)啟示

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》強(qiáng)調(diào)“通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”。石墨烯的發(fā)現(xiàn)并獲得諾貝爾獎(jiǎng)這一事實(shí)告訴我們，真正的發(fā)明創(chuàng)造并非墨守成規(guī)、一蹴而就的，它需要科學(xué)家有打破常規(guī)、不斷創(chuàng)新的精神。本文從石墨烯的這一簡(jiǎn)單的發(fā)現(xiàn)過程談幾點(diǎn)粗淺的看法和體會(huì)。

1.教師應(yīng)多給自己“充電”，培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)新思維解決問題的能力

化學(xué)教學(xué)的深層價(jià)值在于引領(lǐng)學(xué)生形成從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界和解決問題的思想方法，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈、自主探究、獨(dú)立思考、追求創(chuàng)新的能力。教師作為課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)者、組織者、實(shí)施者，可以多了解一些科學(xué)前沿的信息，并將這些科學(xué)成果、發(fā)現(xiàn)過程中鮮為人知的歷程作為創(chuàng)新教學(xué)的案例滲透在課堂教學(xué)中，創(chuàng)造性地與教材內(nèi)容進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)一系列具有較強(qiáng)實(shí)踐性與開放性的問題，創(chuàng)造機(jī)會(huì)讓學(xué)生廣開思路，多角度、多方位地看待問題并提高解決問題的能力，使學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng)。

2.以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主線，將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)過程中

化學(xué)最大的魅力在于能用實(shí)驗(yàn)事實(shí)說理，化學(xué)實(shí)驗(yàn)變幻莫測(cè)、多種多樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以利用學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的好奇心，創(chuàng)造性地將教材實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)，讓學(xué)生在老師的帶領(lǐng)下形成創(chuàng)新思維。一些教師對(duì)教材的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，并取得了非常好的效果。南京外國(guó)語學(xué)校許亮亮老師采用不同溶劑構(gòu)建異相、多層、不同顏色的化學(xué)彩虹，大大加深了學(xué)生對(duì)相似相溶原理的理解；同時(shí)，結(jié)合學(xué)生的奇思妙想，用不同濃度的蔗糖溶液成功構(gòu)建了同相、多層、不同顏色的化學(xué)彩虹，并對(duì)2種彩虹的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較分析，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。

重慶巴蜀中學(xué)鄭軍老師通過探究噴泉的形成動(dòng)力，對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新性的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了如下七色噴泉組合示例：

這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)讓學(xué)生體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程，提高了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.教師應(yīng)聚焦科學(xué)熱點(diǎn)，拓展教學(xué)視野

化學(xué)是一門科學(xué)，在教學(xué)中，教師應(yīng)積極挖掘社會(huì)科學(xué)熱點(diǎn)，開發(fā)課程資源為課堂教學(xué)服務(wù)。它的挖掘利用，既能增添課程教學(xué)的生動(dòng)性和新穎性，拓展學(xué)生的科學(xué)視野，還能在學(xué)業(yè)考試中發(fā)揮積極的實(shí)用價(jià)值。從近年全國(guó)各地高考試題來看，以最新科技成果為背景的試題在高考化學(xué)試卷中頻頻出現(xiàn)，體現(xiàn)了中學(xué)化學(xué)與最新科技的聯(lián)系。如2009年安徽高考試題以石墨烯為背景考查了碳及其晶體結(jié)構(gòu)的知識(shí)。試題如下：石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料（結(jié)構(gòu)示意圖如下），可由石墨剝離而成，具有極好的應(yīng)用前景。下列說法正確的是（ ）

A.石墨烯與石墨互為同位素

B.0.12g石墨烯中含有6.02×1022個(gè)碳原子

C.石墨烯是一種有機(jī)物

D.石墨烯中的碳原子間以共價(jià)鍵結(jié)合

此外，近幾年在高中化學(xué)試卷中出現(xiàn)的以納米材料為背景的試題，考查了有關(guān)化學(xué)氧化還原、晶體結(jié)構(gòu)、膠體等相關(guān)知識(shí)。如高考題：美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)出了2001年十大科技成就，名列榜首的是納米電子學(xué)，其中美國(guó)IBM公司的科學(xué)家制造了第一批碳納米晶體管，發(fā)明了利用電子波性傳遞信息的“導(dǎo)線”，已知納米材料是指微粒直徑在l～100 nm的材料。下列敘述正確的是

（ ）

A.納米碳管是一種新型的高分子化合物

B.納米碳管的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

C.納米碳管導(dǎo)電屬于化學(xué)變化

D.納米碳管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與金剛石相同

石墨烯的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的過程，但是，這一過程同時(shí)也告訴我們，真正的科技成功需要有原創(chuàng)精神，這就要求教師在教學(xué)過程中加強(qiáng)對(duì)這種創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，長(zhǎng)此以往，在新課程標(biāo)準(zhǔn)理念這一指揮棒的指導(dǎo)下，我國(guó)的基礎(chǔ)教育才會(huì)做得越來越有特色。

參考文獻(xiàn)：

許亮亮.化學(xué)彩虹[J].化學(xué)教育，2013（4）.

編輯 楊國(guó)蓉