Главная страница «Первого сентября» • Главная страница журнала «Физика» • Содержание №22/2009

Образовательные ресурсы

Т. В. Беляева,
< b.tatyana62@mail.ru >, МОУ Высокоярская СОШ, с. Высокий Яр, Бакчарский р-н, Томская обл.

Предпрофильный курс «Первые шаги в наномир»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Современный мир бредит нанотехнологиями. С одной стороны, нанотехнологии уже нашли сферы применения, с другой – остаются для большинства областью научной фантастики. По данным социологического опроса, проведённого ВЦИОМ, 53% россиян не знают, что это такое. Сфера нанотехнологий считается во всём мире ключевой для XXI в. Возможности их разностороннего применения в таких областях, как полупроводниковая промышленность, медицина, сенсорная техника, экология, автомобилестроение, производство стройматериалов, биотехнология, химия, авиация и космонавтика, машиностроение и текстильная промышленность, несут в себе огромный потенциал. Применение продукции нанотехнологий позволит сэкономить на сырье и потреблении энергии, сократить выбросы в атмосферу и будет способствовать устойчивому развитию экономики. Значение нанотехнологий будет только расти, пробуждать интерес и стимулировать проведение исследовательских и опытно-конструкторских работ. Исходя из вышесказанного я считаю необходимым введение в школьную программу курса по нанотехнологиям.

Предлагаемая образовательная программа имеет целью повышение интереса учащихся к современной науке, новым технологиям. Курс рассчитан на учащихся 9-го класса, они уже имеют достаточный запас знаний и умений, чтобы понять суть нанотехнологий. Курс направлен на то, чтобы познакомить их с миром нанотехнологий, показать им порядок нановеличин, перспективы развития науки в этом направлении в России и в мире.

Курс открывает возможности формирования у школьников целостного представления о природе, её материальном единстве, взаимосвязи живого и неживого, взаимообусловленности природных процессов. Главным результатом обучения должна стать не сумма переданных знаний (т.е. информации), а развитие мышления учащихся, формирование представления о фундаментальном единстве естественных наук, незавершённости естествознания и возможности его дальнейшего развития, о возможности использования нанотехнологий для реализации потребностей человечества. При этом неукоснительно должны соблюдаться важнейшие принципы изложения материала: доступность для понимания и занимательность.

Основные цели курса

• Показать учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму, перспективное развитие науки и техники, а также обозначить сферы профессиональной деятельности, где им пригодятся полученные на спецкурсе знания. • Развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию. • Учить наблюдать, анализировать, логически мыслить. • Формировать элементы научного и политехнического стиля мышления, творческие способности. • Способствовать профориентационому самоопределению.

Задачи курса

• Сформулировать понятия «нанотехнология», «наноструктурирование», «наноэлектроника», «нанохимия», «нанооптика»; показать междисциплинарный характер этого направления науки, его перспективы для реализации потребностей человечества. • Познакомить с основными инструментами исследования нанотехнологических процессов: электронной микроскопией высокого разрешения, атомно-силовой, туннельной и другими видами микроскопии; оптической спектроскопией. • Познакомить с различными направлениями нанотехнологий. • Способствовать формированию познавательного интереса к естественно-научным дисциплинам, развитию творческих способностей у учащихся. • Показать междисциплинарный характер этого направления науки, его перспективы для реализации потребностей человечества. • Развивать интеллектуальную компетентность. • Совершенствовать навыки работы со справочной и научно-популярной литературой, работы в сети интернет.

Методические рекомендации

«Познание начинается с удивления» – эта древняя мудрость говорит о первом и непременном условии любого образования. Способность удивляться – великий дар природы, который помогает и учиться, и жить. В связи с этим занятия должны быть увлекательными и интересными для детей данной возрастной группы. На уроках рекомендуются различные методы и формы работы: мозговой штурм, работа в группах, решение задач, поиск информации в интернете, различные творческие задания (рисунки, эссе, исследовательские работы, создание мультимедийных презентаций).

В данном курсе наряду с установкой на развитие индивидуальных склонностей и возможностей учащихся широко использована организация коллективной деятельности и взаимопомощи. При отборе содержания курса следует руководствоваться общедидатическими и частнометодическими принципами: • единства научности и доступности • систематичности и последовательности • создания положительной мотивации • обеспечения связи с жизнью • наличию межпредметных связей.

Материально-техническое обеспечение: компьютерный класс, интерактивная доска, интернет-ресурсы, мультимедийный проектор, видеофильмы.

В подборках задач использовались задачи школьного тура всероссийской интернет-олимпиады «Нанотехнологии – прорыв в будущее» разных лет.

В расписание курс лучше ставить во втором полугодии в связи с тем, что некоторые необходимые для понимания данного курса знания учащиеся 9-го класса получают в первом полугодии.

ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

1. Что такое «нано»? Цель (Ц): дать учащимся представление о наноразмерах.

Основное содержание (ОС). Что означает приставка «нано»? Как малы наночастицы (сравнительная характеристика)?

Форма (Ф). Лекция, решение задач, направленных на развитие интеллектуальных компетентностей учащихся.

Домашнее задание (ДЗ). Нарисовать наномасштаб.

2. Нанотехнологии в природе. Ц: представить удивительный мир природы и возможности некоторых животных и растений.

ОС. Явления природы в наномире (лотос, геккон, моллюски, мухи).

Ф. Проблемно-эвристический урок-лекция с элементами беседы.

ДЗ. Подобрать свои примеры проявления нанотехнологий в природе.

3. «Нано» вокруг нас. Ц: сформировать представление о нанотехнологиях

ОС. Примеры того, как нанотехнологии уже используются в современной жизни.

Ф. Лекция, поиск в интернете.

ДЗ. Подготовить сообщение на выбранную тему

4–6. Нанотехнологии уже работают на здоровье, мобильность, энергетику, спорт и отдых. Ц: продолжить формирование представлений о нанотехнологиях; познакомить с современным состоянием дел и ближайшими перспективами применения нанотехнологий в быту, медицине, промышленности и военном деле.

ОС. Примеры использования нанотехнологий в нашей жизни.

Ф. Беседа, сообщения учащихся, семинар.

ДЗ. Продолжить работу над выбранной темой. Подобрать вырезки из газет и журналов об использовании нанотехнологий в современной промышленности.

7. Из истории нанотехнологий. Ц: познакомить с историей научных открытий в области нанотехнологий.

ОС. Краткий экскурс в историю становления нанотехнологий.

Ф. Лекция.

8. Фуллерены и углеродные нанотрубки. Ц: сформировать представление об углеродных наноструктурах, их свойствах, формах и современных методах применения.

ОС. Что такое нанотрубки и фуллерены? Как их получают? Свойства и применение.

Ф. Лекция.

ДЗ. Сделать модель фуллерена или углеродной трубки.

9–10. Наноматериалы – что это такое? Ц: сформировать представление о наноматериалах, их разнообразии, технологиях получения и уникальных свойствах.

ОС. Классификация наноматериалов: наночастицы; нанопористые структуры; нанотрубки; нанодисперсии; наноструктурированные поверхности и плёнки; нанокристаллические материалы; технологии «сверху-вниз» и «снизу-вверх»; самоорганизация и самосборка в нанотехнологиях.

Ф. Лекция. Семинар.

11–12. Инструменты нанотехнологии. Ц: сформировать представление о принципах работы электронных микроскопов – просвечивающего, растрового, ионно-полевого, сканирующего туннельного, атомно-силового, ближнепольного оптического, а также о нанолитографии.

ОС. Знакомство с электронной микроскопией высокого разрешения: атомно-силовой, туннельной и др.; оптической спектроскопией и её возможностями в мире нанотехнологий. Предел разрешения оптического микроскопа.

Ф. Лекция, семинар.

13. Наноэлектроника. Ц: сформировать представление о наноэлектронике как о направлении прикладной науки, базирующейся на принципах функционирования электронных приборов на основе нанообъектов.

ОС. Одноэлектронный транзистор. Туннельный диод. Нанокомпьютер. Квантовые компьютеры. Светодиоды. Лазеры.

Ф. Лекция.

14. Картины будущего. Ц: рассказать о перспективах развития и внедрения нанотехнологий в нашу жизнь.

ОС. Перспективы развития нанотехнологий в ближайшем и далёком будущем – в медицине, сельском хозяйстве, космонавтике.

Ф. Лекция.

ДЗ. Написать сочинение-эссе или сделать рисунок на тему «Мой дом в 2030 г.».

15. Наноиндустрия в России и мировой экономике. Ц: показать развитие наноэкономики в России и в мире, перспективы и современное состояние.

ОС. Наноэкономика, государственные программы в различных странах, направленные на развитие наноиндустрии.

Ф. Лекция.

16. Опасности, которыми не следует пренебрегать. Ц: показать возможные риски, к которым может привести необдуманное или бесконтрольное внедрение нанотехнологий.

ОС. Рассказ о мрачной картине, созданной американским нанопророком Эриком Дрекслером, который предвидит угрозу в появлении так называемого серого клея – серой массы неуправляемых нанороботов.

Ф. Лекция, беседа.

17. Как стать наноинженером. Ц: выяснить, какими качествами и знаниями должен обладать человек, решивший выбрать профессию по нанотехнологиям; в каких вузах России можно уже сейчас получить эти профессии.

ОС. Нанотехнологи – представители самых различных естественно-научных специальностей – физики, химики, биологи, инженеры.

Семинар.

Интернет-ресурсы

Литература

Нанотехнологии. Азбука для всех: Под ред. акад. РАН Ю.Д.Третьякова. – М.: Физматлит, 2009.
Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. – М.: БИНОМ–Лаборатория знаний, 2008.
Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии. – М.: БИНОМ–Лаборатория знаний, 2008.

От редакции

Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии? – М.: Просвещение, 2009.
Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии? – Физика-ПС, 2008, № 2, 6.
http://www.nanonewsnet.ru/help/nanotree
http://kbogdanov5.narod.ru

Образовательные ресурсы

Т. В. Беляева,< b.tatyana62@mail.ru >, МОУ Высокоярская СОШ, с. Высокий Яр, Бакчарский р-н, Томская обл.

Предпрофильный курс «Первые шаги в наномир»

Т. В. Беляева,
< b.tatyana62@mail.ru >, МОУ Высокоярская СОШ, с. Высокий Яр, Бакчарский р-н, Томская обл.