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继互联网、基因之后，纳米现象成为世人关注的又一个“焦点”， 80年代初期纳米材料这一概念形成以后，诺贝尔化学奖得主哈里·克罗托（Harry Kroto）就曾经将纳米技术的重要性与瓦特的蒸汽机相提并论.世界抢占纳米技术的热潮一浪高过一浪.从全球角度看，在纳米技术的应用上，目前日本远远强于欧美国家，居世界领先地位.我国在80年代就开始搞基础与应用研究，已将纳米技术研究列入国家“攀登计划”、“863”计划和“火炬计划”等，并且已经取得了很大成果.纳米技术看似神秘，其实，它已经走进了我们的生活.它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给日常生活、医药、能源、交通、环保、医药 和化工等领域的研究带来新的机遇.
既然，这一项新兴技术让世界各国站在同一起跑线上，我们完全可以利用我国扎实的基础教育在中学阶段开发和实践纳米课程，争取能培养更多学生对于科学的兴趣，提高学生的科学素养，并为高校输送一些愿意在科学道路上继续埋头苦干的学子.
本文笔者主要想和大家一起讨论在高中阶段开展纳米课程的一点思考，选择高中生这个群体，是因为他们已经在初中阶段学过了物理、生物、化学的一些基础知识，这样对于接受纳米知识做好了一些科学准备.幸运的是，笔者所在的学校十分重视实验室的建设，装备了纳米实验室，也为笔者进一步开发课程资源提供了近水楼台的条件.
我们可以在高中阶段对学生开发哪些纳米课程资源呢？能在中学装备纳米实验室的学校不多，高校的课程对于高中生又太难，在实践中我们只能摸着石头过河，我们相信将来随着纳米技术的普及，会有更多的学校开设这样的课程，这里我们只能是抛砖引玉，提一些自己粗浅的想法.
1 了解纳米和纳米技术
1.1 让学生知道纳米究竟是什么东西？
纳米（nm）实际上是一种计量单位，从宏观的角度上看1米等于100万微米，而1微米等于1000纳米；从微观上看，纳米是描述原子、分子等尺寸及其距离，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米.纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性.科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久.
1.2 让学生知道纳米技术应用广泛
在汽车行业，纳米技术的应用十分广阔.特别是纳米技术的集成，可以使这个传统产业产生新的亮点，拥有更清洁的能源、更好的安全性能，更强的马力等等.这些方面已经引起一些大公司的关注，预计在近期内可形成约10亿美元的市场.
在建材行业，纳米技术的全面应用，将使这个传统产业发生翻天覆地的一场革命，绿色家具、环保洁具、绿色装修、清洁能源等等，将彻底改变人类的生活.
在纺织行业，纳米技术的应用将给人类提供更加舒适的着装，提供更优良品质的功能纤维，甚至可以应用到国防技术上，从而引发纺织面料的又一次革命，提高我国纺织品的附加值和我国纺织业的整体实力水平，同时大大提高我国纤维产业在国际市场的竞争力，把我国从纺织大国变成真正的纺织强国.
在机械行业，纳米技术的应用，将解决该行业的一些难题，加速产品的升级换代，提升我国机械工业的水平，从而促进我国的加工制造业飞速发展，承担起世界加工厂的重任.
在改造传统工业部门的同时，纳米经济也在促进着新兴经济部门的不断发展和创新.下面让我们具体的来看一下纳米技术对新兴经济的作用.
在电子信息产业，纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制，制造出基于量子效应的新型纳米器件和制备技术.这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命.这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式.正如美国《新技术周刊》指出，纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌.
纳米技术将在生物医学、药学、人类健康等生命科学领域有重大应用.在纳米生物材料、微细加工、光学显示、生物信息和分子生物学等技术积累的基础上，发展生物芯片技术，形成新型生物分子识别的专家系统、临床疾病检测系统、药物筛选系统和生物工业活性监测系统等实用化技术，具有重要的社会与经济前景.
纳米技术在环保产业上的应用，将使处理“三废”的手段更有效率，使人类居住的环境得到很大程度的改善.我国为实现可持续发展战略，对新型纳米环境材料及技术也提出了新的迫切需求.
2 了解我们身边的纳米材料和纳米技术的应用
这样的例子举不胜举，完全可以让学生通过网络自己搜寻，然后再相互沟通和交流.
比如：日本的8 mm摄像机的生产，抗菌除臭冰箱、洗衣机、高性能彩打墨粉等，都是采用的纳米技术，如果在分散的纳米分子材料上经过特殊处理，再运用到纤维物体上，那么衣服就可以不粘油、不粘水，由于纳米分子非常非常小，它不会影响纤维物体的透气性和清洗效果.
又如：纳米技术用在医学上，专家们把磁性纳米复合高分子微粒用于细胞分离，或者把非常细小磁性纳米微粒，放入一种液体中，然后让病人喝下后，对人身体的病灶部位进行治疗，并且通过操纵，可使纳米微粒在人的身体病灶部位聚集进行有目标的治疗，在不破坏正常细胞的情况下，可以把癌细胞等分离出来，也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”），用于治疗脑栓塞等疾病，同时也可用纳米技术生产出纳米探针（微型机器人）深入体内治疗疾病或清理体内垃圾等.如果在火箭燃料中加入不到1%的纳米铝粉，就可将燃烧能力提高一倍，纳米技术如果应用在陶瓷上，可使陶瓷具有超塑性，大大增强了陶瓷的韧性，不怕摔，不怕碎，陶瓷坚固无比.另外，戴上涂有纳米涂料的眼镜，在寒冷的冬季，人们从室外进入室内，就能避免眼镜上蒙上一层水气.令科学家高兴的是，纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无法相比的优越性，在海水中浸泡10年不损，并具有神奇的自我修复能力和自洁性，纳米钛还作为唯一对人植物神经、味觉没有任何影响的金属，其用途广泛. 3 利用扫描隧道显微镜TSTM看微观世界并制作简单的纳米材料
3.1 了解扫描隧道显微镜的原理，学会操作扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜Scanning Tunneling Microscope缩写为STM.它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率.此外，扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具.
STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一.
扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料.就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）.一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面.当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来.电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓.在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片.
操作扫描隧道显微镜是个精细活儿，学生需要在教师指导下分步骤反复训练才能逐渐熟练起来.制作一个良好的针尖是实验成功的关键，而针尖的材料是铂金，为了让这个价格昂贵的实验耗材以后少损失，教师特别需要指导学生在实验初学好此基本功，这就如同学武功的人一定要练好马步一样.同时，学生还需要学会操作软件，记录数据和图像，因此学生需要具备一定的操作电脑的能力.
3.2 学会制作纳米材料
比如Fe纳米材料的制备方法可以分为两种：
（1）物理制备方法
具体又包含气相法、惰性气体蒸发、原位加压制备法、磁控溅射法与等离子体法等.
（2）化学制备方法
具体又包含水热法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、微乳法等.
我们可以与学生用其中一两种方法尝试制作Fe纳米材料并[HJ1.73mm]研究其性质，这需要学生具备一定的物理、化学知识功底.
4 了解假纳米和纳米技术的风险
4.1 纳米打假
纳米技术并非高不可攀，但也决非人人都能“纳”一把，因此，我们要提前做好纳米技术的打假工作，为纳米技术的发展创造良好的空间.现在只要留心大城市的市场上，打着“纳米家用电器”、“纳米防辐射衣服”、“纳米防紫外线化妆品”、“纳米太阳伞”等新奇广告招牌随处可见，就如同“绿色食品”、“基因食品”、“数字电视”等一样，“前卫”商品堂而皇之地摆在商场的柜台上，纳米技术的用途相当广泛这点不错，但还没有到广泛地应用阶段，因此，一些企业借纳米造势，趁老百姓对纳米技术的内涵还不太清楚，或把一点点皮毛的加工谎称为纳米技术，甚至置纳米材料不会释放微波这一普通常识不顾，声称自己产品能释放保健微波来欺骗消费者.
学生既然在学校学习了相应的纳米知识，应该去更多地影响身边的人，帮助大家识别真假纳米，这其实也是学生学以致用的过程，在这过程中，学生会更多地查找资料，思考讨论，更进一步提高了科学研究的能力.
4.2 纳米技术的负面效应
北京大学化学与分子工程学院刘元方院士说，随着纳米科技的迅猛发展，各种性能优异的纳米材料已经从实验室走出来，成为触手可及的商品，但除了产品功能，这些新型材料对生态环境的影响远远没有被我们了解.
目前需要解决的问题是，原来没有毒性的化学物质到了纳米尺度后是否对环境安全带来新的风险.目前有关尺度、形貌对毒性的影响，纳米材料与其他物质相互作用，外界环境如温场、光场、pH值对暴露在环境中的纳米粒子可能带来的安全风险等方面的研究甚少，基本处于空白状态.因此，需要着手建立纳米尺度有毒化学物质的数据库，进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围，以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害.
同时，在纳米改性升级产品中，对纳米材料存在引起环境安全风险的研究，也才刚刚引起人们的注意.其中最值得注意的是化工产品，如农药、化肥、杀虫剂，因为这些产品与农业关系密切.纳米材料改性后产品功能升级，提高了使用效率，但是无机纳米粒子和有机修饰的纳米粒子，以及纳米尺度的有机金属离子的络合物却直接暴露在空气、水和土壤中，它们给环境安全带来的潜在风险应引起高度重视.
虽然纳米技术的很多负面效应还在研究阶段，但是我们在高中阶段把这项内容也放在课程资源中是希望学生了解任何技术的两面性，培养“小科学家”的人文情怀.
中学纳米创新实验室受到了教育部的极大关注，教育部教育装备研究与发展中心将其作为教育部“十二五”规划重点之子课题进行研究和开发.我们利用纳米实验室为学生营造独立思考、自主探索、自由发展的空间和新型的教学环境，通过新型的教学环境的装备规范与标准的制定构建具有21世纪工作环境特征的学习系统.我们着力开发和实践纳米课程资源，也是为了保护学生的好奇心，着力培养学生用于探索的创新精神和善于解决问题的创新能力，适应第三次工业革命经济发展范式的需要.
既然，这一项新兴技术让世界各国站在同一起跑线上，我们完全可以利用我国扎实的基础教育在中学阶段开发和实践纳米课程，争取能培养更多学生对于科学的兴趣，提高学生的科学素养，并为高校输送一些愿意在科学道路上继续埋头苦干的学子.
本文笔者主要想和大家一起讨论在高中阶段开展纳米课程的一点思考，选择高中生这个群体，是因为他们已经在初中阶段学过了物理、生物、化学的一些基础知识，这样对于接受纳米知识做好了一些科学准备.幸运的是，笔者所在的学校十分重视实验室的建设，装备了纳米实验室，也为笔者进一步开发课程资源提供了近水楼台的条件.
我们可以在高中阶段对学生开发哪些纳米课程资源呢？能在中学装备纳米实验室的学校不多，高校的课程对于高中生又太难，在实践中我们只能摸着石头过河，我们相信将来随着纳米技术的普及，会有更多的学校开设这样的课程，这里我们只能是抛砖引玉，提一些自己粗浅的想法.
1 了解纳米和纳米技术
1.1 让学生知道纳米究竟是什么东西？
纳米（nm）实际上是一种计量单位，从宏观的角度上看1米等于100万微米，而1微米等于1000纳米；从微观上看，纳米是描述原子、分子等尺寸及其距离，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米.纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性.科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久.
1.2 让学生知道纳米技术应用广泛
在汽车行业，纳米技术的应用十分广阔.特别是纳米技术的集成，可以使这个传统产业产生新的亮点，拥有更清洁的能源、更好的安全性能，更强的马力等等.这些方面已经引起一些大公司的关注，预计在近期内可形成约10亿美元的市场.
在建材行业，纳米技术的全面应用，将使这个传统产业发生翻天覆地的一场革命，绿色家具、环保洁具、绿色装修、清洁能源等等，将彻底改变人类的生活.
在纺织行业，纳米技术的应用将给人类提供更加舒适的着装，提供更优良品质的功能纤维，甚至可以应用到国防技术上，从而引发纺织面料的又一次革命，提高我国纺织品的附加值和我国纺织业的整体实力水平，同时大大提高我国纤维产业在国际市场的竞争力，把我国从纺织大国变成真正的纺织强国.
在机械行业，纳米技术的应用，将解决该行业的一些难题，加速产品的升级换代，提升我国机械工业的水平，从而促进我国的加工制造业飞速发展，承担起世界加工厂的重任.
在改造传统工业部门的同时，纳米经济也在促进着新兴经济部门的不断发展和创新.下面让我们具体的来看一下纳米技术对新兴经济的作用.
在电子信息产业，纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制，制造出基于量子效应的新型纳米器件和制备技术.这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命.这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式.正如美国《新技术周刊》指出，纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌.
纳米技术将在生物医学、药学、人类健康等生命科学领域有重大应用.在纳米生物材料、微细加工、光学显示、生物信息和分子生物学等技术积累的基础上，发展生物芯片技术，形成新型生物分子识别的专家系统、临床疾病检测系统、药物筛选系统和生物工业活性监测系统等实用化技术，具有重要的社会与经济前景.
纳米技术在环保产业上的应用，将使处理“三废”的手段更有效率，使人类居住的环境得到很大程度的改善.我国为实现可持续发展战略，对新型纳米环境材料及技术也提出了新的迫切需求.
2 了解我们身边的纳米材料和纳米技术的应用
这样的例子举不胜举，完全可以让学生通过网络自己搜寻，然后再相互沟通和交流.
比如：日本的8 mm摄像机的生产，抗菌除臭冰箱、洗衣机、高性能彩打墨粉等，都是采用的纳米技术，如果在分散的纳米分子材料上经过特殊处理，再运用到纤维物体上，那么衣服就可以不粘油、不粘水，由于纳米分子非常非常小，它不会影响纤维物体的透气性和清洗效果.
又如：纳米技术用在医学上，专家们把磁性纳米复合高分子微粒用于细胞分离，或者把非常细小磁性纳米微粒，放入一种液体中，然后让病人喝下后，对人身体的病灶部位进行治疗，并且通过操纵，可使纳米微粒在人的身体病灶部位聚集进行有目标的治疗，在不破坏正常细胞的情况下，可以把癌细胞等分离出来，也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”），用于治疗脑栓塞等疾病，同时也可用纳米技术生产出纳米探针（微型机器人）深入体内治疗疾病或清理体内垃圾等.如果在火箭燃料中加入不到1%的纳米铝粉，就可将燃烧能力提高一倍，纳米技术如果应用在陶瓷上，可使陶瓷具有超塑性，大大增强了陶瓷的韧性，不怕摔，不怕碎，陶瓷坚固无比.另外，戴上涂有纳米涂料的眼镜，在寒冷的冬季，人们从室外进入室内，就能避免眼镜上蒙上一层水气.令科学家高兴的是，纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无法相比的优越性，在海水中浸泡10年不损，并具有神奇的自我修复能力和自洁性，纳米钛还作为唯一对人植物神经、味觉没有任何影响的金属，其用途广泛. 3 利用扫描隧道显微镜TSTM看微观世界并制作简单的纳米材料
3.1 了解扫描隧道显微镜的原理，学会操作扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜Scanning Tunneling Microscope缩写为STM.它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率.此外，扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具.
STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一.
扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料.就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成）.一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面.当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来.电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓.在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片.
操作扫描隧道显微镜是个精细活儿，学生需要在教师指导下分步骤反复训练才能逐渐熟练起来.制作一个良好的针尖是实验成功的关键，而针尖的材料是铂金，为了让这个价格昂贵的实验耗材以后少损失，教师特别需要指导学生在实验初学好此基本功，这就如同学武功的人一定要练好马步一样.同时，学生还需要学会操作软件，记录数据和图像，因此学生需要具备一定的操作电脑的能力.
3.2 学会制作纳米材料
比如Fe纳米材料的制备方法可以分为两种：
（1）物理制备方法
具体又包含气相法、惰性气体蒸发、原位加压制备法、磁控溅射法与等离子体法等.
（2）化学制备方法
具体又包含水热法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、微乳法等.
我们可以与学生用其中一两种方法尝试制作Fe纳米材料并[HJ1.73mm]研究其性质，这需要学生具备一定的物理、化学知识功底.
4 了解假纳米和纳米技术的风险
4.1 纳米打假
纳米技术并非高不可攀，但也决非人人都能“纳”一把，因此，我们要提前做好纳米技术的打假工作，为纳米技术的发展创造良好的空间.现在只要留心大城市的市场上，打着“纳米家用电器”、“纳米防辐射衣服”、“纳米防紫外线化妆品”、“纳米太阳伞”等新奇广告招牌随处可见，就如同“绿色食品”、“基因食品”、“数字电视”等一样，“前卫”商品堂而皇之地摆在商场的柜台上，纳米技术的用途相当广泛这点不错，但还没有到广泛地应用阶段，因此，一些企业借纳米造势，趁老百姓对纳米技术的内涵还不太清楚，或把一点点皮毛的加工谎称为纳米技术，甚至置纳米材料不会释放微波这一普通常识不顾，声称自己产品能释放保健微波来欺骗消费者.
学生既然在学校学习了相应的纳米知识，应该去更多地影响身边的人，帮助大家识别真假纳米，这其实也是学生学以致用的过程，在这过程中，学生会更多地查找资料，思考讨论，更进一步提高了科学研究的能力.
4.2 纳米技术的负面效应
北京大学化学与分子工程学院刘元方院士说，随着纳米科技的迅猛发展，各种性能优异的纳米材料已经从实验室走出来，成为触手可及的商品，但除了产品功能，这些新型材料对生态环境的影响远远没有被我们了解.
目前需要解决的问题是，原来没有毒性的化学物质到了纳米尺度后是否对环境安全带来新的风险.目前有关尺度、形貌对毒性的影响，纳米材料与其他物质相互作用，外界环境如温场、光场、pH值对暴露在环境中的纳米粒子可能带来的安全风险等方面的研究甚少，基本处于空白状态.因此，需要着手建立纳米尺度有毒化学物质的数据库，进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围，以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害.
同时，在纳米改性升级产品中，对纳米材料存在引起环境安全风险的研究，也才刚刚引起人们的注意.其中最值得注意的是化工产品，如农药、化肥、杀虫剂，因为这些产品与农业关系密切.纳米材料改性后产品功能升级，提高了使用效率，但是无机纳米粒子和有机修饰的纳米粒子，以及纳米尺度的有机金属离子的络合物却直接暴露在空气、水和土壤中，它们给环境安全带来的潜在风险应引起高度重视.
虽然纳米技术的很多负面效应还在研究阶段，但是我们在高中阶段把这项内容也放在课程资源中是希望学生了解任何技术的两面性，培养“小科学家”的人文情怀.
中学纳米创新实验室受到了教育部的极大关注，教育部教育装备研究与发展中心将其作为教育部“十二五”规划重点之子课题进行研究和开发.我们利用纳米实验室为学生营造独立思考、自主探索、自由发展的空间和新型的教学环境，通过新型的教学环境的装备规范与标准的制定构建具有21世纪工作环境特征的学习系统.我们着力开发和实践纳米课程资源，也是为了保护学生的好奇心，着力培养学生用于探索的创新精神和善于解决问题的创新能力，适应第三次工业革命经济发展范式的需要.