基于生活科普理念的校外納米科技教育課程開發研究

張鑫

摘 要 在生活中，人們對“納米”既熟悉又陌生，其實納米技術、納米材料及其相關現象就在我們的身邊。本文闡述了實施納米科技教育的意義，并針對校外課程教學的特點，分享基于生活科普理念的納米科技課程應具備的特點及開發的適合青少年兒童的校外納米科技課程及案例，以期為青少年兒童的納米科普教學模式與教學策略提供參考。

關鍵詞 生活科普 納米科技 校外教育 課程開發

0 引言

隨著科學技術的發展，納米的發現使人類在材料領域的有了重大突破，納米技術的應用代表了一場新技術的變革。如今的“納米技術”已經成了一個高頻的熱搜詞匯，它甚至已經滲透到人們日常生活中的各個領域，然而除了這些“現象”或“產品”的神奇之處外，很多人對其原理知之甚少。作為一名科技教育工作者，筆者認為科普工作和科研工作一樣重要，尤其是面對青少年兒童的科技教育，有必要將此項技術進行科學普及并形成課程。因此筆者首先闡釋了實施納米科技教育的意義，基于生活科普理念，從生活中的“納米現象”出發，分享了該課程所具備的特點。結合校外教學現狀，開發了基于生活科普理念的校外納米科技教育主題課程，并進行案例分析。

1 實施納米科技教育的意義

納米世界，桃花流水，別有洞天。載藥的納米探針、仿生的納米纖維、華為的納米芯片……如今的納米已經走進人們的生活，納米的許多關鍵技術也關乎國計民生，納米有著非凡的能力，開創了新的天地，但是了解它的人很少。因此，開發納米科技教育課程，讓納米世界在青少年的科普教育中“視而可見”，顯得十分有意義。

1.1 有助于培養學生的科學素養

納米科技課程的本質是一門科學課程，科學課程的核心價值是對學生科學素養的培養，科學素養是個人發展核心素養的關鍵，是培養促進社會和諧發展的高素質國民的重要基礎，“理性思維、批判能力、科學探究”是其三大關鍵。在納米科技的課程中，從認識“納米”這個度量單位拉開序幕，從古代的納米技術到近代科學家的發現，從生活的納米現象到學生的動手實踐，從美麗的納米圖譜到構建未來的納米藍圖，納米技術在各個領域帶來的突破與驚喜充分體現著科學素養的求真精神。在動手實驗環節中，學生將提出問題、猜想與假設、設計與實驗、記錄數據與現象、解釋、檢驗與評價、表達與交流等。學生不僅要學會制備納米材料，還要學會電子顯微鏡的圖譜分析等計算機操作，這充分提高了學生在科學探究方面的理解與實踐能力。更值得一提的是，隨著社會發展，“納米”一詞更是貼上了前衛的標簽，某些商家便打起了“納米”的主意，如“納米水杯、納米內衣、納米養生壺、納米遮陽傘、納米食品、納米防曬霜”等，實則有些產品是偽納米技術，學生學習了納米科技課程就可以學會辨別真偽，并積極地宣傳正確的納米知識。在這一過程中，學生學會運用知識判斷真假，充分鍛煉了他們的批判性思維。因此，實施納米科技教育不僅在學生的科學知識、科學能力和科學的基本價值取向等科學素養方面起到積極作用，還為納米技術的發展創造了良好的空間。

1.2 有助于提升學生的跨學科能力

科技教育的改革，旨在將學生培養成為有創新精神和實踐能力的人才，而在今天這樣一個時代，緊靠單一學科的知識欲解決問題是遠遠不夠的。學生需要在真實情景中，超越學科界限的學習，將各種學科的知識內容整合起來，學以致用、知行合一，才能夠獲得更多適應未來社會的素養。納米科技本身就是一門涉及物理、化學、數學、能源、材料、技術、工程等多領域的綜合性課程。它已不能歸附于任何一門學科的傳統領域，是一個多學科交叉融合的前沿領域。在青少年中實施納米科技教育，有利于學生建立基礎學科知識之間的聯系，豐富已有知識的廣度和深度，激發學生主動學習和探索科研的熱情。如開篇在“走進納米世界”的模塊中，通過介紹納米是一個小尺寸的概念，尺寸的概念除了和數學有關外，納米材料由于小尺寸對物理學性能也可以產生影響。在“納米與生活”模塊中，通過“眼鏡起霧”這一生活中的發現，到采用納米材料設計制作防霧眼鏡，整個活動中滲透了物理、化學、工程、設計等多個學科的知識與方法。不僅讓學生可以建立基礎學科知識之間的聯系，更重要的是在活動中，學生體會到一門技術的發現和發展是各學科之間有機融合、互相補充、相互支撐的結果，提升跨學科素養。

1.3 有助于研究型人才的儲備

我國十分重視對科技人才的培養，在2001年科技部發布的《國家納米科技發展綱要（2001-2010年）》中就明確提出，“要形成高質量的納米人才骨干隊伍。以人為本，把納米科技人才隊伍建設放在突出位置。”如何實現納米科技人才的培養？當然要從娃娃做起。一方面，通過納米課程的內容激發學生學習納米知識的興趣，如“納米的發展史”中，學生帶著好奇與疑問，思考科學家們是如何一步步揭開納米的神秘面紗，觀前人之故事，習前人之經驗，然后上下而求索。他們掌握了納米科技跨學科的學習方法，對今后學習其他學科和自身發展將產生新的格局。另一方面，在納米科技的課程中含有大量需要學生動手實踐的內容，如“不用電的發光燈、水污染處理、制備納米防曬霜和一些小課題研究內容”等。學生需要像研究員一樣進行文獻查閱、背景分析、實驗操作、分析討論、撰寫報告等一系列項目式活動，在真實的情景中體驗科學研究，加強學生對科研任務嚴謹性、艱巨性、科學性的認知，從小培養堅持不懈、追求真理的科學精神，為我國21世紀納米科技事業的發展培養后備人才。

2 基于生活科普理念的校外納米科技教育課程的主要特點

改革開放以來，校外教育與學校教育相互融合、優勢互補、彼此促進，逐漸成為我國基礎教育必不可少的部分。在校外開展納米科技課程對于學生自身素質和人才培養有著重要意義。目前的納米科技教育主要集中在高等院校，課程內容理論性強，知識結構復雜，實踐操作難度大。顯然，高校的納米科技課程并不適合青少年兒童，然而校外納米科技課程面向的學生對前沿科技興趣濃厚，并具備一定自然、科學、物理、化學等知識基礎，因此我們可以基于生活科普理念，概括起來就是“觀生活中的現象、用生活中的材料、探生活中的科學”。將納米科技教育要通過實驗教學回歸生活，從而進行科學知識普及，開發與實施適合青少年兒童的納米科技課程，進一步豐富青少年兒童的科學知識，培養科學興趣，鍛煉科學能力，并為高校輸送一些愿意在科學道路上繼續埋頭苦干的學子。因此，基于生活科普理念的校外納米科技教育課程需要具備以下特點。

2.1 課程主題生活化

教育源于生活，教育回歸于生活。“生活即教育”是陶行知先生生活教育理論的核心。如何讓科學變得不再冰冷？如何讓納米變得不再遙遠？科學家已經努力使納米技術滲透在人們的衣食住行之中，但是如何讓課程變得“接地氣”？納米科技課程的也應從科技適應生活需要，科技創新服務于生活的角度出發，課程主題需要生活化。因此，我們設計了生活化的6大主題，分別是“走進納米世界”“納米與生活”“納米與科學”“納米與藥物”“納米與軍事”“納米與時尚”。從古代的納米技術到現代納米科技大大躍進，從身邊的天然納米材料到人工合成的先進材料，從單一用途到一“金”（金納米粒子）多用的材料實驗，每個主題都和學生的日常生活緊密結合，讓學生深刻體會知識來源于生活。同時，在動手實驗操作的活動中，生活化的課程內容可直接增強學生的感受和體驗，實驗中獲得直接經驗和深切感受，從而使感性認識更好的上升為理性認識，也極大地激發學生的學習熱情。

2.2 課題材料生活化

隨著許多實驗過程中的創新和改進，實驗材料生活化的應用變得越來越多。部分納米實驗材料可采用生活中的簡單、易得材料代替，課題材料生活化使學生對活動主題印象更加深刻，實驗操作更加方便，實驗場所因地制宜。例如：認識納米“小不點”這一特性時需要理解“比表面積實驗”，教師可以用生活中豆腐或者瓊脂作為實驗材料。用塑料小刀將豆腐切成一個個大小相等的小正方體，通過運用數學表面積公式計算表面積，對比整塊豆腐的表面積和被分成一個個小方塊時的表面積之和的大小時，那么物質粒子越小，它比表面積越大這一性質就不難理解了。這些生活化實驗的引入，不僅可以讓學生樹立建模意識，而且也可以激發學生的創新意識，更讓學生體會到生活中無處不在的科學，用生活中的實驗材料也可以解決抽象的問題。

2.3 課堂情境生活化

常規的科學實驗是教師帶領學生在實驗室里完成，校外的納米科學實驗不再局限于課堂或實驗室，行走在湖邊欣賞“接天蓮葉無窮碧”的美景其實也是生活化納米科普案例。蓮花生長于淤泥之中，卻出淤泥而不染;水滴落在荷葉上，卻似“大珠小珠落玉盤”，這樣的神奇現象卻是自然界納米結構的結果——荷葉和蓮花表面微小的凹凸結構就是一種天然的超疏水納米材料，水滴在花葉上滾來滾去還可以帶走灰塵，達到自清潔的效果。當問題來自于日常生活所經歷的情境時，便會激發學生對周圍事物進行探索的主動性，在探究中通過采用合適的材料和方法進行科學實驗、科學制造、科學創造等。這種在真實的問題情境中通過生活化的實驗獲得真知，正是生活科普所倡導的。如依據蓮花效應，科學家們采用很多技術制備了眾多的仿生纖維，廣泛用于紡織業、醫藥行業，甚至是軍事行業。它的原理也是依據模擬蓮花表面的凹凸結構，增加液滴的表面張力，達到疏水憎油的自清潔效果。在活動中，學生也可以一定程度的模擬實驗、改進實驗，將疏水材料設計制成領帶或其他用途的產品。因此，應用生活化情境設計的實驗往往能讓學生收獲最直接、最深刻的科學探究體驗，激發學生對生活科普研究的熱情。

3 基于生活科普的校外納米科技課程的實踐

在基于生活科普的校外納米科技課程的實踐過程中，采用項目式教學法對納米相關的資料收集與案例教學、形成了原創的校外納米科技課程。并在原有的基礎上不斷地嘗試與改進，開發的課程不僅適用于日常的教育教學，也可以普及到科技館、社區等校外活動場地，對于青少年納米科學技術普及具有重要參考價值。

3.1 基于生活科普的校外納米技術課程開發

如表1所示，基于生活科普的校外納米科技課程主要分為七個模塊，七個模塊的主題是總—分—總的關系，這些主題充分基于生活化、情景化、跨學科等特點。每個項目設計了相應的教學案例主題，均有教學目標。模塊一是“走進納米世界”，主要面向小學高年級到高中的學員，從“納米起源”“自然界中的納米”到“納米是如何改變世界的”，主要針對納米技術、納米材料和辨別納米概念等科普知識的總體概述，其中還包含了一些“比表面積”“自清潔布”等動手實驗。模塊二到模塊六，將進一步解析納米在生活、科學、藥物、軍事、時尚等領域的有關現象與技術發展，同時遞進式的課程內容主要是針對初中到高中的學生，他們的基礎知識相對扎實，對于儀器的使用更加熟練。最后基于以上的實踐和學習，筆者設計了一些基于納米材料的小課題研究，學生將進一步體驗科學研究的方法和思維，為今后從事其他科學研究奠定基礎。

3.2 基于生活科普的校外納米技術教學設計

基于生活科普的校外納米科技課程的主要采用“5E”的項目教學模式，如圖1所示，包含引入（engage）、探究（explore）、解釋（explain）、拓展（elaborate）和評價（evaluate）五個環節。

如表2所示，以“蓮花效應”教學案例為例，從生活中的發現為引入。隨著問題的提出進行探究，學生是探究活動的主體，采取自主、合作探究的方式參與。通過“我的設計”環節，自我尋找材料、設計裝置圖、實驗方案或思維導圖、在進行實驗探究中，觀察記錄、比較分類、交流討論等形式建立事物之間的聯系。教師在探究活動中承擔指導作用，并在“解釋”環節根據探究現象揭示科學意義。隨后在“拓展”環節中進一步知識遷移或繼續實踐。“評價”是貫穿于整個教學過程不僅包括學生學習的自評，還包括教師評價、學生互評，并且整個“5E”可設置循環模式。

4 結語

生活環境中蘊含的資源是豐富多彩的，利用生活資源開展的“生活化納米實驗”，不受學校固有實驗條件的制約，不受學校所處地域、層級的限制。基于生活科普理念的納米科技課程開發與研究，能夠促進師生更進一步理解納米科學知識的內涵和意義。讓科學生活化，讓生活科學化。

參考文獻

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