拓展科学视野 落实核心素养

拓展科学视野落实核心素养作者：居鸣富

来源：《化学教与学》2019年第01期

摘要：新信息材料的教学有助于提升学生对化学的兴趣，以“神奇的石墨烯”教学为例，探索如何在化学教学中落实核心素养，培养学生创新意识，拓展学生科学视野，养成学生化工产业意识，为学生将来从事化工产业打好知识和意识基础。

关键词：科学视野;核心素养;石墨烯;产业意识

文章编号：1008-0546（2019）01-0076-05 中图分类号：G633.8 文獻标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.023

核心素养是当下教育的热词，指明了未来一代的培养方向。处在江苏教育大变革的时间点，一线教师更需要思考，我们要培养什么样的学生？核心素养如何落地？

作为教师，必须要深刻理解核心素养的内涵，并且在教学实践中不断思考和探索，促进核心素养真正落实。核心素养是一个多元维度的概念，是传统知识、技能、态度的综合体现，又远比三者更宽广。学生要很好地适应未来社会，除了具有相关学科知识技能以外，还要有宽广的科学视野，具有多学科多领域知识技能和相关素养，养成科学思维方式和化学观，具有正确的人生观、世界观、价值观; [1]。

一、关于科学视野

所谓科学视野，是指从事科学学习与探究应具有面向未来面向世界的大格局，能够宏观地去理解科学技术的发展以及在社会进步过程中所起的作用。“科学技术是第一生产力”，古往今来，科学一直是人类社会进步的动力，科学的进步代表着人类文明的进步，科学技术的进步对社会发展具有明显的促进作用。“化学，人类进步的关键（西博格）”，化学学科体系的形成与发展经历了漫长而曲折的道路。它伴随着人类社会的进步而发展，而它的发展，又促进生产力的发展，推动历史的前进。

化学是一门以实验为基础的自然科学，从浩瀚宇宙的星球到微观粒子，都是化学研究的对象。作为一门基础学科，化学发展迅速，在科学技术和社会生活的方方面面正起着引领作用，可以说，化学是人类真正实现可持续发展的核心学科，在人类社会进步过程中所起的作用越来越显著。但是回顾历史，我们必须看到，化学的发展也给人类带来了各种各样的困顿，反应停、水俣病以及DDT等留给了人类惨痛的记忆，至于环境危害这样全球性大问题也与化学的发展密切相关。而我们国内化工产业技术力量薄弱以及产业同质化竞争严重的现象同样需要面向未来的中学生理解。这些都要求现代中学生在学习科学的时候培养学科素养、建立产业集群意识、洞察未来、具有科学视野和科学发展观。

二、关于石墨烯

石墨烯是近年最热新材料。随着英国曼彻斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两位教授于2004年成功用“胶带”撕出了石墨烯并测定其特殊性能，从而获得2010年诺贝尔物理学奖，石墨烯一下子进入大家视野，至今热度不减。其实石墨烯一直就存在，而且就在我们身边，铅笔划痕中就有，只不过单层石墨烯的获得很困难，相关性能的测定也很难，所以一直没有被大家熟知。

石墨烯（Graphene）的命名来自英文的graphite（石墨）+-ene（烯类结尾），又名巴基球或巴克球或“单层石墨片”，碳原子排列成二维单原子层面结构，单层石墨烯厚度只有

0.335nm，与石墨的单原子层类似，构成石墨烯的每个碳原子与其他3个碳原子通过δ键连接。这些很强的C—C键使石墨烯成为已知强度最大的材料之一。严格来说，石墨烯指单层的石墨;广义上说，层数3—10层的石墨也称为石墨烯 [2]。石墨烯具有广泛而优良的特殊性能，

其电学、力学、光学、热学等方面性能令所有研究者着迷，其潜在的广阔应用及远大的前景更是吸引全球目光，据相关专业人士介绍，我国目前已经有相当数量的石墨烯项目准备进入商业化准备期，石墨烯产业即将进入井喷期。预计到2020年全球石墨烯产业规模将超1000亿元，中国将起到主导核心作用 [3]。

石墨烯作为一种新兴材料对于中学化学教学具有典型意义。一是石墨烯的结构与性质相关知识和石墨烯工业化制备过程中涉及相关化工知识及技能在中学生掌握范围内，作为新材料，石墨烯相关教学对开拓学生科学视野，引导学生换角度深层次看世界一定会起到明显作用;二是两位教授执着科研的精神和把科研当成快乐游戏的态度值得师生效仿，石墨烯的发现看似偶然，但是其中的创新精神非常重要，只有教师在教学过程中有意识去培养和激发这种创新精神，学生的科学创新素养才能真正落实;另外，围绕石墨烯产业背后的经济现象也值得中学生去了解，我国当前的化工产业中，存在不少科技层次低同质化竞争严重的现象，作为未来一代的中学生，必须深刻理解，并建立大格局大视野，在合理科学视野的前提下，全方位学习理解化工知识，为科技兴国贡献力量。

三、学习目标与重难点分析

本节课内容属于高中化学拓展内容，通过学习物质结构相关知识和石墨烯制备过程中化学工艺相关知识，拓展学生科学视野，建立产业意识;通过了解石墨烯发现的有趣过程，理解科学研究过程中创新的重要性;介绍国际国内石墨烯产业现状，培养学生大化工思想，建立产业集群思想，了解化工产业行业特点和科学发展规划的重要性。

学习难点主要是学生对石墨烯比较陌生和相关化工生产知识与技能不熟悉。

四、教学过程

1.课堂引入

播放视频《太空电梯的构想》（1′17″），“太空电梯——从科幻小说走向未来”，本来只是科幻小说的梦想，但现在各国科学家正积极研究太空电梯，建造天梯的难度不在资金，也不是本体需要的平衡锤、升降舱、或锚定平台之类，而是缆线。缆线所用材料必须极致轻盈、极致坚韧、极致稳定、以及足够便宜。人类技术发展至今日，能达到如此苛刻标准的材料屈指可数，石墨烯被科学家认为是最有希望的缆绳材料。

【设计意图】由中学生喜欢的科幻小说引入课堂，以视频方式介绍太空电梯，引出石墨烯这一神奇材料，耗时2分钟。学习过程是一个需要积极兴趣的活动，建构主义认为，激发和维持学生学习兴趣是课堂的重要组成部分，在课程之前通过学生感兴趣内容太空电梯引发学生对神奇材料石墨烯的兴趣，激发学习动机，尤其石墨烯本身就是极具有未来感的材料，对接下来的课堂教学很有必要。

2.活动单元1——了解石墨烯