朱红伟

（江苏省苏州工业园区东延路实验学校，江苏苏州 215000）

引 言

21世纪以来，全球纳米技术突飞猛进，纳米技术被广泛地运用于经济发展、科学技术、百姓生活，给医学、制造业、材料和通信等行业带来革命性的变革，成为新工业革命的主导技术，极大地改变了人们的生活方式。当前，纳米科学已被列为国家发展四大重点学科之一。国家要想具备可持续的纳米科技竞争力，纳米科技人才是关键因素，人才的培养必须从基础教育抓起，教育必须紧紧跟随民族振兴、科技发展的步伐，让教育发展奠定科技发展的基石。义务教育学校对学生开展纳米科学校本教育，是立德树人教育根本任务的要求。学校要顺应科技发展对人才培养的要求，正视中小学纳米科学教育的现状，了解中小学纳米科学教育的意义，创设纳米科学实验室，利用本地资源开展纳米科学教育，点亮学生的纳米科学梦想。

一、正视中小学纳米科学教育的现状

自20世纪90年代以来，发达国家在纳米科技领域投入了大量的资金，试图抢占21世纪科技领域的制高点。在纳米科技教育方面，伊朗把纳米科技教育纳入了基础教育体系，构建了十二年一贯的纳米课程体系，在市区建立了纳米实验室，供周边学校使用。目前，我国中小学科学校本课程开发有待加强，尤其是义务教育阶段纳米科学教育校本课程的开发近乎空白，而纳米科技的迅速发展和广阔前景，以及纳米创新人才的培养，对中小学纳米科学教育提出了迫切的需求。

二、理解中小学纳米科学教育的意义

科学技术是一个国家综合国力的重要标志，也是一个民族振兴的重要武器，伟大的中国梦首先是科技梦、人才梦。我国政府十分重视培养纳米科技人才，国家成立了纳米科学中心，专门培养纳米技术尖端人才[1]，培养学生承担民族振兴的历史责任。我校地处高新技术云集的苏州工业园区，区域内不乏高等院校、高科技研究所和企业，其中就有专门的纳米技术院系、研究机构和企业。学校的科学教育应以纳米科学教育为特色，聚焦纳米科学校园特色文化建设，注重学生核心素养培养，特别重视学生科学素养的形成与发展。学校基于纳米科技课程的丰厚基础，进行了积极的探索和努力，并形成了新的亮点。这不仅是学生成长的需要，更是时代发展的需要。

三、探索中小学纳米科学教育的途径

随着对纳米科学技术的研究，越来越多的纳米科学理论转化成技术，转化成实践。中小学纳米科学教育是学校科技教育的重要内容之一。义务教育阶段的纳米科学教育需要从学生的生活出发，充分利用周边丰富的资源，开展纳米科学教育活动，探索纳米科学教育的实施路径[2]。

（一）建设纳米科学创新实验室

中国科学院2015年3月提出实施“高端科研资源科普化”，倡导将高端科研资源转化为惠及中小学科普教育的设施、产品，给中小学科普教育提供人才支持，促进科教融合。学校在国家纳米科学中心有关专家的指导下，在社区热心企业的资助下，建设了一间纳米科学学生创新实验室，主要助力学生探索纳米技术在环境保护中的运用。实验室的建成为学生开发自己科学探索的内在潜能发挥了重要的作用。实验室里最引人注目的是两台纳米显微镜：原子力显微镜和扫描隧道显微镜。同时建成的还有一条以纳米科技为主题的文化长廊和一个纳米展品展览区，帮助学生了解当今时代全球纳米科技最新发展成果及纳米科技发展的美好前景，展示中国纳米科技发展的伟大成就，以及纳米科技在实现社会主义现代化强国中的重要作用，鼓励学生为了中华民族的伟大复兴，立志将来成为社会主义的建设者，成为国家发展的有用之才。这为学校开展纳米科技教育创设了必要的硬件环境，营造了纳米科技校本教育文化环境。

（二）系统设计学校纳米科学教育课程

纳米科技是一门尖端科学，如何让尖端科技落地生根，让中学生能理解课程内容并参与到课程中来？对此，学校对纳米科技课程进行了顶层设计和系统推进，由浅入深，由科普到探究，从课堂到课外，从校内到校外，分年级有序进行，把纳米科技引入学校课程教育范畴，与小学科学、初中生物、初中物理、初中化学、综合实践等课程有机融合，以项目主题式形式螺旋推进，综合提升学生的创新能力和科学素养。下面笔者通过具体的四类案例来分析学校纳米科技课程实施的特点。

1.科普入门类

知识是技术和能力的基础。对于纳米科技这门全新的课程，课程开发团队抛弃传统讲授形式向学生介绍纳米科技知识，而是设计了调查、参观、汇报、交流等一系列学生活动，让学生自主、逐步认识纳米，体会纳米科技在生活和生产中的广泛应用，认同纳米科技与人类生活的密切联系，从而自觉激发学生学习纳米科技的热情[3]。

2.观察实证类

纳米是一个极小的长度单位，在此尺寸下研究的纳米科技无法被学生直接感知和体会。课程开发团队从自然界中的纳米现象入手，以经典的“莲叶效应”为主题，通过一个个简单的观察实验，让学生真实地感知纳米世界的神奇，激发学生深入研究和探索的热情。

以观察“莲叶效应”为例，教师联系生活实际，提出疑问：为什么莲叶能“出淤泥而不染”？为什么水珠能在莲叶上滚动？为什么莲叶的表面总是干干净净的？教师组织学生通过滴水实验观察神奇的“莲叶效应”，然后引导学生进一步探究其他动植物是否有类似的现象，如常见的校园植物叶片，蝴蝶、蝉、蜻蜓等昆虫的翅膀等。最后，教师组织学生收集自然界中的动植物具有的“莲叶效应”的例子，思考“莲叶效应”对动植物生存的意义，并在小组内进行汇报和交流。这些活动让学生真实地观察到纳米现象在自然界中是真实存在的，并且对动植物的生存具有重要作用。

3.原理探知类

科学知识不仅要知其然，更要知其所以然。纳米科技课程鼓励学生充分运用纳米观测仪器进入纳米世界，探知现象背后的原理，进入纳米结构表征的认知，深入学习纳米相关知识在生产生活中的应用[4]。

以“解密疏水性”为例，学生在实验中发现蝉的翅膀、莲叶等动植物结构具有不沾水的特性（即疏水性），产生了浓厚的探究兴趣，并把研究内容确定在这些动植物组织的表面结构上。教师指导学生用原子力显微镜、电子显微镜（在合作单位专家指导下）观察蝉、蜻蜓、蝴蝶的翅膀和莲叶的表面结构，发现这些结构表面都具有纳米级大小的突起。那么，疏水性与这些微小突起之间是否存在直接联系？学生还设计了验证实验：在原来不具有疏水性的材料表面制备纳米颗粒，观察该种材料疏水性的变化。学生查阅文献得知，蜡烛在不完全燃烧时会产生黑烟，而烟雾中含有纳米级大小的碳颗粒。于是，他们用普通废弃光盘进行实验，在光盘的一侧熏上一层碳颗粒，通过滴水实验发现熏了碳颗粒的一侧产生了疏水性，而未熏碳颗粒的一侧没有产生疏水性，从而验证疏水性的产生确实与材料表面纳米级的突起有直接关系。

4.拓展实训类

学校地处苏州工业园区科教创新区，区域内有300 多家纳米科研单位和生产企业，特别是中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所是国内该领域的最高科研机构。学校与多家单位建立了共建合作关系，后者成为学校开展纳米科技教育的实训基地，他们中的多位纳米科研专家成为学校特聘指导教师，指导学校的课程建设、学生活动。利用优越的区域优势，学校每学期都组织学生进行拓展实训。例如，学校组织学生走进纳米显微镜研发和生产企业，学习原子力显微镜和扫描隧道显微镜的使用和操作方法；聘请企业技术人员来学校现场指导学生动手实践等。

以制备“PVA纳米纤维”为例，学生课前通过调查了解和认识“纤维”“纳米纤维”的概念和用途，课上在专家的指导下，学习用静电纺丝仪制备PVA纳米纤维。如何证明制备出的纤维丝达到了纳米级尺寸？学生想到用原子力显微镜进行观测。他们将制作的PVA纤维样品，置于原子力显微镜下进行观测，获得了清晰的扫描图像，并且利用软件测量观测到的纤维丝，发现它们的尺寸在几百纳米不等，即纳米纤维。

结 语

纳米科学教育的魅力在于激发学生的好奇心与探究欲，培养学生探究过程中提出问题、解决问题的创造性思维、批判性思维。学生能够在探究活动中，学会倾听他人意见、乐于接受他人建议、与人合作，逐渐形成科技创新人才所必须具备的科学意识、科学态度和科学精神。学校应重视纳米科学教育活动的开展，潜移默化地点亮学生的纳米科技梦想，为将来成为高素质科技创新人才奠定基础。