创建九年制纳米科技校本课程的目的、意义及措施

吴兰兰



创建九年制纳米科技校本课程的目的、意义及措施

吴兰兰

摘要：文章介绍了苏州工业园区独墅湖学校创建九年制纳米科技校本课程的背景、目的、意义、措施等。纳米科技校本课程在全国尚属首次，该校本课程的开发与实施，能有效提升学生的创新意识和探究精神，推动学校的特色办学进程，实现学校创新人才培育目标，并将对全国中小学校进行纳米科技教学起到一定的引领作用。

关键词：校本课程；九年制；纳米科技

一、苏州工业园区独墅湖学校纳米科技校本课程建设背景

我校是一所新创办的九年一贯制公立学校，位于苏州工业园区科教创新区。办学伊始，学校就把特色发展定位于纳米科技特色教育上。这不仅是因为学校拥有得天独厚的地理优势，更是由于学校对培养新一代创新性人才有着独特的思考和愿景。纳米技术被认为是新工业革命的主导技术，它将给医学、制造业、材料和信息通讯等行业带来革命性的变革，因此有人提出“得纳米者得天下”。这就带来一个问题，国家要具备可持续的纳米科技竞争力，纳米科技人才的储备就是当务之急。因此，教育必须紧紧跟随科技发展的步伐，以科技发展促进教育发展，让教育发展成为奠定科技发展的基石。

我校地处高新技术扎堆的独墅湖科教创新区，周边有众多国家级纳米技术研究院所，如中科院纳米所、生物纳米园和世界最大的纳米产业基地——纳米城，以及不少国内顶尖学府的研究生院。这些都为我校开设纳米特色课程提供了非常好的学习环境，为我们组织学生参观、实验、实训提供了非常多的机会。

正是在这样的背景下，我校将纳米科技教育引入九年制教育体系中，建设了纳米科技创新实验室(配备有先进的扫描隧道显微镜和原子力显微镜)，努力为学生提供独特的、世界领先的、与高科技接轨的学习环境，以期培养出具有良好科学素养与探索精神的新一代科技创新人才。

二、对九年制纳米科技校本课程的理解

我校九年制纳米科技校本课程以学校纳米科技创新实验室为载体，从纳米科普切入，以观察实证为起点，结合不同年级的国家课程，对纳米科技特色课程的内涵、要素、特征等进行研究，对纳米科技课程的内容进行独创性设置：在一到九年级科学、生物、物理、化学等自然科学学科中，深入挖掘与物质大小相关的知识点，将之有效整合在纳米科技课程中，开发出适合各个年级学生特点的活动或课例，将之不断优化，最终开发出一整套适合一至九年级学生所用的纳米科技相关的课程体系。具体课程内容设置如下。

1.小学低年级

学生自主活动占90%，侧重挖掘和研发纳米科普和学生自己动手实验的课程，力求表现手段的多样性，比如卡通纳米故事会、观看视频PPT、游戏、表演、动手小实验等等，让低年级学生直接感受生活中的纳米现象，接触纳米科技的奇妙，激发学生兴趣。

2.小学中、高年级

学生自主活动占70%，侧重教师传授知识与学生动手实验相结合的课程，让学生在教师的带领下，通过科学的方法感受现象后并思考其原理，激发学生产生探究真相的学习兴趣。具体课程设置为，从小学科学学科中挖掘纳米科技知识的结合点，引导学生通过网络搜索、户外采集、书本阅读、自制小实验等方式，探索现象背后的纳米科技知识。

3.初中七年级

挖掘初中生物学科中的相关内容，在教师的引导下，深入探究纳米科技知识，侧重学习使用纳米观测仪器进入纳米世界、探知验证课本知识的课程，开始学习扫描显微镜的初步原理，逐步掌握探究纳米世界的工具的使用，通过直接观察的方法，进入纳米结构表征的认知。

4.初中八年级

挖掘初中物理学科的相关内容，在教师带领下，开始尝试独立操作纳米检测仪器，进行科学实证，学习纳米相关知识在生产生活中的应用。

5.初中九年级

挖掘初中化学学科的相关内容，引导学生自主设计观察纳米形貌的小实验，加深对纳米科技的理解，并能将所学知识物化成模型展品、创意设计等，通过课堂以及成立纳米科技探究小组完成纳米科技探究课程的实施，真正提高学生科学探究能力，培养学生的创新意识。

三、创建九年制纳米科技校本课程的目的和意义

第一，通过开发并实施纳米科技校本课程，使学生掌握纳米科技的基本知识，学会观察实验、操作显微镜、设计并实施小实验，激发学生探究欲望，提高动手能力，提升创新意识，活跃创新思维。在合作探究共同创造的过程中，培养学生学会倾听他人意见、乐于接受他人建议，学会谦虚、友好地与人相处等能力，逐步形成科技创新人才所具备的科学意识、科学态度和科学精神。

第二，通过开发和实施纳米科技校本课程，促使教师对本学科教材进行深入细致的钻研，并通过查阅大量的文献资料，将学科知识与纳米知识有效整合，设计纳米科技课程的课例，编写纳米科技教材等活动，提高教师学科把握能力、提升教师学科专业素养以及对课程的开发力和执行力。

第三，本课程基于九年一贯制学校科学学科的整合，系统梳理、充分挖掘各学科与纳米科技相关的知识，从而贯通小学阶段科学学科和初中阶段生理化学科之间的联系，形成九年制学校前后衔接、逻辑明晰的自然科学学科课程体系，开发纳米科技课程，创新课程实施模式及评价手段，逐步加强配套硬件设施投入和环境布置，形成科技教育的浓郁氛围，创设“独树一帜”的科技教育品牌。

四、创建九年制纳米科技校本课程的过程

我校对创建九年制纳米科技校本课程体系进行了长远规划和细致部署，确定了“试教先行—教案汇总—确立标准—确定课例—形成体系—成果展示”的研究思路。课程贯穿小学到初中，教学由浅入深，由科普到探究，从课内到课外，从校内到校外。

1.挖掘教学素材

各相关教师认真钻研本学科的课程体系和内容，挖掘与物质大小相关的内容和素材，结合学生特点，开发出与本学科整合的纳米科技教学课例和活动内容。

2.试教先行 确定教学模式

第一年首先在七年级开展课程，安排每星期一节纳米科技教学课，由生物教师授课。授课教师采用边实践边整理汇总的方式，将纳米科技试讲课中的教学设计、过程、学生反馈等信息收集并整理，逐步形成基本教学模式，并以此带动后续与其他学科整合的纳米科技课程的开发。

3.确立标准 形成课程体系

各学科经过约一年的实施，确定初步的课例标准，将纳米教育中成功的案例进行润色、加工、整理，确定成为标准校本课程的课例。在一定数量的课例的基础上，寻找统一性，建立可操作和实施的课程体系。

4.总结汇总 成果展示

对各学科积累的教学课例进行系统的整理汇总，编辑成册，形成《独墅湖学校九年制纳米科技校本课程》教材(学生用)和操作手册(教师用)。

五、我校九年制纳米科技校本课程的实施情况

1.课程内容

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.

该课程已在初一顺利推进了一年多，由生物学科教师授课，结合生物学科特色和内容设置，共开发出纳米科技课程的七大主题、20多个课例。

第一单元：什么是纳米？——认识纳米。包括：“纳米纳米是什么米”“参观科技长廊 探寻纳米奥秘”两课。(注：我校建有一条长约200米的纳米科技特色长廊，主要介绍纳米知识、纳米科技的应用以及苏州市纳米科技发展现状等)

第二单元：如何看到“纳米”？——认识观测纳米结构的工具（原子力显微镜和扫描隧道显微镜）。包括：“认识扫描隧道显微镜”“认识原子力显微镜”“学习制作DVD样品”“DVD中的信息存储在哪里？”四课。

第三单元：“纳米”真的存在吗？——探究“莲叶效应”。包括：“自然界中的纳米现象”“探究‘莲叶效应’”“探究校园植物的疏水性”“探究动物的疏水性”“‘莲叶效应’的纳米结构观测”五课。

第四单元：我们能制造“纳米”吗？——纳米颗粒DIY。包括：“自制碳颗粒 探究疏水性”“碳颗粒对油的亲疏性探究”“碳颗粒的纳米结构观测”三课。

第五单元：“纳米”有什么用？——体验纳米科技的应用。包括：“观看科普视频 畅想纳米未来”“神奇的石墨烯”“制作石墨烯的模型”三课。

第六单元：关于纳米，我想了解更多！——纳米科技校本课程实践活动。包括：“参观纳米研究所 了解纳米新进展”“参观江苏纳米城 练习使用显微镜”“家长进校园 共叙纳米缘”三课。

第七单元：纳米就在我身边！——纳米科技创新大赛。本单元为期末检测内容，目的是将学生所学知识物化成学生的创新点子、模型制作、创意海报、科幻作文等，并以此作为对学生学习情况、动手能力和科学素养等进行综合评价的依据之一。

图1

本单元是学生在学习完纳米科普知识和认识了观测纳米结构的工具后，进一步开展的探究活动。在设计时，首先以日本某汽车公司研发的一款免洗汽车的广告视频为切入点，激起学生的好奇心和探究欲：什么是疏水性？汽车如何做到自我清洁？自然界中的动植物存在纳米结构吗？如果有，这些纳米结构有何特点？能否用纳米显微镜观测到？然后组织学生查阅资料，寻找自然界中的纳米现象。学生通过交流汇报发现，自然界中的许多动植物都具有疏水性和自我清洁功能，例如莲叶可以“出淤泥而不染”，粽叶可以“包饭团而粘”，鸭、鹅等禽类的羽毛不沾水。接下来组织学生从观测莲叶的疏水性和自清洁性(即“莲叶效应”)入手，进而探究其他常见植物特别是学生熟悉的校园植物的疏水性，将常见植物对水的亲疏性进行汇总。动物是否也存在疏水性呢？组织学生对动物(包括鸟类羽毛、蝉等昆虫的翅膀、甲虫的壳等)进行探究，进而总结这些动物结构的共性。接下来进行科学验证：为什么莲叶、蝉翅等具有“莲叶效应”呢？利用原子力显微镜观测蝉翅的表面结构(植物材料由于含水量较大，不适宜观察)，发现蝉翅表面布满了纳米级大小的突起，这些突起的间隙极小，甚至小于水分子的大小，因此水在其表面无法渗入而滚动，进而产生“莲叶效应”。最后，组织学生开展“莲叶效应”的应用的研究，包括创意大赛、制作相关展品和产品等，将“莲叶效应”应用于实际生活中。

2.实施特点

在一年多的实践探索中，我校课程开发组开展了丰富多彩的学生活动，积累了大量的图片和文字资料，初步掌握了课程实施的过程和方法，课程实施初具特色。

(1)课程内容统筹规划、逐步深入，符合学生的认知规律

纳米科技研究的内容和范围大大超出了初一学生现有的认识水平和能力，在课程内容设置上，要基于学生当前的认知水平。任课教师将课程内容设置成七个由浅入深、层层递进的教学主题，让学生由科普入门，先了解什么是纳米，然后通过查阅资料和认真观察，探寻生活中的纳米现象，进而探究产生纳米现象的原因，从而引出观测工具——纳米显微镜的使用，运用已掌握的物质观测技术对提出的课题进行实证研究，最终将所学知识运用于实际生活中。学生被这样的课程设计牢牢吸引，通过自主探究，逐步领悟高深的科学知识，并激发出深入探究的欲望。

(2)强调学生的分工合作和团队意识

在探究活动中，学生通过小组分工协作，完成一个又一个有趣而富有挑战性的任务。每个小组在组长的组织协调下开展活动，组员都有自己的定位和职责，既服从组长的安排，又吸取其他组员的意见，学生的合作意识、与人相处的能力都得到了培养。通过展示和交流，学生的语言组织和表达能力得到了锻炼，自信心得到了提高。

(3)注重学生的动手实践 培养学生的创新意识和探究精神

在已开展的20余个课例中，绝大多数内容都是学生活动，强调学生的动手实践和科学探究。例如：“纳米纳米什么米”“自然界中的纳米现象”“参观科技长廊 探寻纳米奥秘”“神奇的石墨烯”等，主要培养学生对信息的收集、汇总、表达交流能力；“探究校园植物的疏水性”强调学生的观察、比较、归类能力；“探究‘莲叶效应’”“自制碳颗粒 探究疏水性”等很好地锻炼了学生提出假设、设计实验并进行科学实证的探究能力；“学习制作DVD样品”“认识原子力显微镜”“认识扫描隧道显微镜”“‘莲叶效应’的纳米结构观测”等，则要求学生动手操作，掌握实验材料的制备和仪器设备的操作；“观看科普视频、畅想纳米未来”“制作石墨烯结构模型” “‘纳米就在我身边’创意设计大赛”等，旨在培养学生的创新意识，激发他们关注前沿科技，并将所学所见物化成具体的创新思维、创新设计和模型等。通过这些活动，学生开阔了视野，激发了探究欲望，提高了动手能力，提升了创新意识，活跃了创新思维，为培养良好的科学素养奠定了基础。

(4)有效整合多方资源 确保课程顺利实施

学校聚合多方力量，最大限度地挖掘和整合各方优势，确保校本课程的有效实施。首先，学校与周边的科研机构建立合作关系，为学生走出校门学习参观、拓宽思路、开阔视野提供尽可能多的机会。学校还聘请专家教授为学生开设纳米科技讲座，丰富学生知识面，提高学习纳米科技的兴趣。其次，与技术合作企业保持长期密切的联系。一方面，企业为学校提供技术支持，及时调试仪器设备，排除故障，保证教学活动的顺利进行。另一方面，公司技术人员不断开发新的观测样品，丰富实验课例。再次，加强与学生家长沟通，取得家长支持。我校部分学生的家长从事纳米相关的工作，他们为教学活动提供了便利条件。如为学校科技长廊提供了很多纳米材料展品，为一些实验提供器材，对实验过程提出建设性的意见等。

(5)多角度全方位的评价机制 关注每一个学生的发展

在评价方式上，本课程采用过程性评价和终结性评价相结合的方式。考核内容包括：学生在活动过程中的表现(发言积极性、小组合作性、纪律性、创新性等)，任务单完成质量，态度，正确率，作品质量，原子力显微镜操作的正确性和熟练程度，活动结束时实验设备整理，实验室卫生等多个方面。教师及时对各小组的活动情况点评、打分和选优，每一活动结束时，与学生一起选出最佳小组，并做好记录；全部活动结束时，评选出最佳创新小组、最佳纪律小组、最佳合作小组、最佳文明小组、最佳进取小组、最佳创作小组，以此来全面地评价和表彰学生，关注每一个学生的发展。

参考文献

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[2] 陈红.我们是这样开发校本课程的[J].上海教育科研,2009(7):61-63.

[3] 胡玫.“学与做”特色课程的神塑与型塑:温州三中特色校本课程的创建[J].上海教育科研,2013(3):69-71.

[4] 马菁.凸显地域文化资源激活特色历史课堂[J].辽宁教育,2014(10):41-43.

作者信息

吴兰兰，硕士，中教一级。江苏省苏州市苏州工业园区独墅湖学校，215123