Нанотехнологии в школе и на внеклассных занятиях

Программа занятий кружка или лекций по нанотехнологиям для школьников

НАНО-волна докатилась до окружных департаментов образования, т.е. до школ и учеников. Учителям предлагают проводить ОПЛАЧИВАЕМЫЕ департаментом дополнительные занятия (кружки) по нанотехнологиям. Чтобы департамент стал платить руководителю кружка деньги, этот учитель должен представить в департамент программу работы кружка или темы лекций элективного курса..

Bogdanov_K_Yu.jpg

Богданов Константин Юрьевич

Автор хочет познакомить всех заинтересованных лиц со своей программой, которую он начал воплощать в жизнь с начала этого года. Любой желающий может скопировать эту программу и отнести в свой департамент образования. Ссылка на то, что программа была опубликована на таком известном НАНОсайте только поможет, т.к. чиновники всегда спрашивают – «Откуда Вы её взяли?». Кроме того, можно отвечать, что эта программа основана на серии из трёх статей «Что могут нанотехнологии», опубликованных в газете «Физика» (Изд. Дом «Первое сентября») специально для учителей.

Пояснительная записка

Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы. Нанотехнологии впитали в себя самые последние достижения физики, химии и биологии. Нанотехнологии представляют собой основу очередной технологической революции – переход от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами. О том, что такое нанотехнологии, будет рассказано на занятиях этого кружка.

Данные занятия предназначены для учащихся 11 класса общеобразовательных средних школ естественно-научного, физико-математического и подобных профилей, федеральный компонент базисного учебного плана которых включает в себя 5 часов физики в неделю. Курс основан на знаниях, полученных учащимися при изучении физики в основной и средней школе.

Занятия кружка (элективный курс) рассчитан на 34 часа (1 час в неделю), однако занятия можно провести и в одном из полугодий 11 класса по два часа в неделю. При этом наиболее эффективным было бы проведение этих занятий во втором полугодии 11 класса, так как к этому времени учащиеся уже знакомы с основными положениями квантовой физики.

С некоторыми материалами занятий этого кружка можно ознакомиться на сайтах http://www.nanometer.ru/ , http://kbogdanov1.narod.ru и в номерах газеты «Физика» (изд. дом «Первое сентября») за 2007–2008 г.г.

Цель дополнительных занятий (кружка или курса):

  • познакомить учащихся с новой отраслью знаний – нанотехнологиями.
Studenty.jpg

Основные задачи курса:

  • расширение представлений школьников о физической картине мира на примере знакомства со свойствами нанообъектов;
  • реализация межпредметных связей, т.к. для развития нанотехнологий требуются знания физики, биологии, химии и других наук;
  • приобретение знаний об истории возникновения нанотехнологий, о методиках, используемых при создании нанообъектов, об уникальных свойствах наноматериалов, об их применении и перспективах развития этой отрасли науки.

При проведении занятий целесообразны лекции и семинары. К семинарам учащиеся с помощью преподавателя находят информацию, касающуюся темы семинара, из научно-популярной литературы и сайтов Интернета. Работа учащихся по этому курсу может оцениваться в конце года по результатам зачёта.

Содержание курса (11 класс)

Введение (2 часа)

Положение нанообъектов на шкале размеров. Ричард Фейнман – пророк нанотехнологической революции. Почему освоение наномира может быть так полезно для человечества? Эрик Дрекслер и его книга «Машины созидания». Нанороботы. Нанотехнологии внутри и снаружи нас. Нанотехнологии – область знаний, где объединяются усилия физиков, химиков, биологов, врачей, инженеров – электроников, математиков и специалистов самых разных специальностей для очередного прорыва на пути человечества к прогрессу.

Инструменты и методы наномира (6 часов)

Пути создания нанообъектов: «снизу-вверх» или «сверху-вниз». Можно ли увидеть молекулы в микроскоп? Сканирующий электронный микроскоп. Как атомно-силовая микроскопия чувствует прикосновение атомов. Что такое туннельный микроскоп. Лазерный пинцет – инструмент для передвижения нанообъектов.

Наноматериалы (4 часа)

Особая роль углерода в наномире. Графен – слой графита. Фуллерены – наношарики из углерода. Углеродные нанотрубки – трубки из графена. Нанопроволоки. Дендримеры – капсулы наноразмеров. Самоорганизация нанообъектов и её использование при создании наноматериалов. Моделирование наноструктур.

Физические и химические свойства нанообъектов (6 часов)

Большое отношение поверхности к объёму – основное свойство нанообъектов. «Эффект лотоса». Отсутствие дислокаций – причина колоссальной прочности нанопроволок и нанотрубок. Почему температура плавления металлических нанообъектов уменьшается на сотни градусов? Квантовые явления в наномире. Почему электрическое сопротивление нанотрубки не зависит от её длины. Квантовые точки – искусственные атомы наномира. Зависимость цвета в наномире от размера объектов. Нанохимия – невозможное становится возможным.

Studenty1.jpg

Наноэлектроника (5 часов)

Полевой транзистор – основной элемент цифровых электронных схем. История создания и современное воплощение. Фотолитография или как рождается микросхема. Закон Мура – удвоение плотности транзисторов в микросхемах каждые два года. Современный транзистор – это уже нанотранзистор. Основная болезнь нанотранзистора – высокая температура. Углеродные нанотрубки – будущие элементы нанотранзисторов. Наносенсоры – глаза для наноэлектроники. Наномоторы – мышцы нанороботов.

Наномедицина и биотехнология (5 часов)

Генная инженерия. Использование ДНК для синтеза лекарств. Трансгенные животные и растения. Генмодифицированные продукты: за и против. Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Адресная доставка лекарств, упакованных в нанокапсулы, к больным клеткам. Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями. Нанотехнологии в диагностике. Возможные риски использования наноматериалов.

Нанотехнологии вокруг нас (4 часа)

Примеры товаров, созданных с использованием нанотехнологий и причины их уникальных свойств. Несмачиваемые и всегда чистые ветровые стёкла, диски колёс и т.п. Созданные на основе наночастиц оксида титана и серебра поверхности, обладающие бактерицидными свойствами. Нанокомпозитные материалы. Нанотехнологии в различных областях производства. Нанотехнологии в энергетике и экологии. Нанотехнологии в криминалистике и косметике. Динамика развития нанотехнологий в России и за рубежом. Перспективы мировой наноэкономики.

Аттестация учащихся (2 часа)

Работа учащихся по данному элективному курсу оценивается после их ответа на 2–3 вопроса, содержащиеся в билетах, с учётом активности и выступлений на семинарах в течение всего курса.

azbuka.jpg

Литература для учителей и учащихся

  • «Нанотехнологии. Азбука для всех» – Сборник статей под редакцией Ю. Третьякова. – М., Физматлит, 2007.
  • «Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника». – Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева. – М., Техносфера, 2006.
  • Андриевский Р.А., Рагуля А.В. «Наноструктурные материалы». – М., Академия, 2005.
  • Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий: наука & бизнес». – М., Фонд «Успехи физики», 2007.
  • Кобаяси Н. Введение в Нанотехнологию, М., Изд-во Бином, 2005.
  • Пул Ч., Оуэнс Ф. «Нанотехнологии» – М., Техносфера, 2006.
  • Ратнер М., Ратнер Д. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи» – М., Изд-во «Вильямс», 2005.
  • Харрис П. «Углеродные нанотрубы и родственные структуры» – М., Техносфера, 2003.
  • Богданов К.Ю. «Что могут нанотехнологии?» – Газета «Физика» (М., Изд. дом «Первое сентября»), №22 (2007), №2 (2008).

Интернет-сайты

http://www.nanometer.ru/ – Сайт нанотехнологического сообщества «Нанометр»

http://www.nanonewsnet.ru/ – Сайт о нанотехнологиях #1 в России

http://www.nanorf.ru/ – Журнал «Российские нанотехнологии»

http://www.nanojournal.ru/ – Российский электронный наножурнал

http://www.nanoware.ru/ – Официальный сайт потребителей нанотоваров

http://nauka.name/category/nano/ – Научно-популярный портал о нанотехнологиях, биогенетике и полупроводниках

http://kbogdanov1.narod.ru/ – «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях.

Богданов К.Ю.

http://www.nanometer.ru/…11_6152.html

Хорошее это дело. Значит, НАНО-волна докатилась до окружных департаментов образования, т.е. до школ и учеников? Учителям уже предлагают проводить ОПЛАЧИВАЕМЫЕ департаментом дополнительные занятия (кружки) по нанотехнологиям. И хорошо, что есть люди, которые обладают соответствующими знаниями и квалификацией и которые могут составить программу обучения школьников старших классов или занятий кружков на внеклассных занятиях. Логика здесь такова, что скоро у нас возникнет страшный дефицит квалифицированных кадров для развития отечественных нанотехнологий. И поэтому профориентация в этой области должна начинаться не на последних курсах вуза, когда уже делать «что-либо» очень поздно, а ещё в средней школе… Так же как ещё в средней школе нужно давать учащимся соответствующие знания в области математики, биологии, генетики, программирования и т.п. Ибо только в весьма юном возрасте человек может «загореться» чем-то по-настоящему серьёзно, и у него должно хватить времени, чтобы успеть ещё что-то и сделать. С другой стороны, если «их» как можно ранее не «зацепить» чем-то стОящим, то и вся последующая их жизнь может уйти в песок, в дискотеки, в наркотики и т.п. Словом, это хорошо, что теперь есть у нас такая программа для старших школьников и кружков. Теперь дело за энтузиастами-учителями и старшими товарищами, которые могут дать этой программе ход… И хорошо бы было, чтобы у нас получилось!..