«Программа элективного курса по физике: Введение в нанотехнологии».

Выполнила: Сафонова Оксана Владимировна

учитель физики ГБОУ СОШ№ 39 г.о. Сызрань

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Данный проект разработан с целью ознакомления учащихся старших классов с новейшими достижениями науки.

Вопросы, направляющие проект.

Основополагающий вопрос: Можно ли увидеть невидимое?!

Проблемные вопросы:

1. На сколько широко нанотехнологии распространены в нашем мире?

2. Перспективы развития нанотехнологий?

3. Как можно наблюдения нанообъекты?

4. Вводить ли предмет "нанотехнология" как отдельную дисциплину?

НАНО-волна докатилась до окружных департаментов образования, т.е. до школ и учеников. Учителям предлагают вводить элективные курсы по нанотехнологиям.

Наступил XXI век и всех, и естественно, нас волнуют вопросы о будущем, о развитии науки и техники в наступающем столетии. Удастся ли человечеству победить страшные болезни (рак, СПИД и некоторые другие), станет ли путешествия к Луне и другим планетам, привычным для человека событием обычные путешествия и как будут там выглядеть поселения? Каковы возможности развития информационных технологий, как будут решаться проблемы энергетики, электроники и экологии?

В последние годы наука и техника подошли к важному рубежу, преодоление которого может значительно изменить все условия существования человечества.

Ожидается, что преодолеть этот рубеж можно с помощью нанонауки и нанотехнологии.

Нанотехнология развивается настолько стремительно, что это приводит к настоящему потоку информации, которая к тому же очень быстро обновляется. Не за горами то время, когда знаний про нанотехнике будет не хватать специалистам, не занятым в этой отрасли, а также специалистам рабочих профессий (а возможно, и домохозяйкам). Поэтому для того, чтобы этого не произошло, необходимо уже сейчас знакомить учащихся в школе с основами нанонауки и нанотехнологий.

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.

---

Содержание программы направлено на изучение сущности таких понятий , как: нанотехнология, нанотехника, наночастицы и их получение, инструменты нанотехнологов, нанохимия и наноматериалы, наносенсоры и наноэлектроника, нанобиотехнологии, социально-экономические последствия нанотехнологической революции. Курс предусматривает проведение исследовательской работы, оформление и защита самостоятельного проекта.

Данные занятия предназначены для учащихся 10 класса общеобразовательных средних школ. Курс основан на знаниях, полученных учащимися при изучении физики в основной и средней школе.

Элективный курс рассчитан на 17 часов (1 час в две недели). При этом наиболее эффективным было бы проведение этих занятий во первом полугодии 10 класса, так как к этому времени учащиеся уже знакомы с основными положениями квантовой физики из материала 9 класса.

Цель элективного курса:

познакомить учащихся с новой отраслью знаний – нанотехнологиями.

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.

2.1 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ

В процессе обучения учащиеся могут приобрести следующие умения:

- искать нужную информации;

- проводить анализ и систематизировать собранную информацию;

- представлять результаты исследований;

- оформить творческую работу;

- защищать выполненный проект.

Перечисленные умения формируются на основе следующих знаний:

- о понятиях нанотехнологии, нанотехника, нанонаука;

- о шкале размеров в окружающем мире;

- о фундаментальных науках (химии, биологии, физики информатики и т.п.);

---

- об инструментах нанотехнологов;

- о наночастицах и свойствах;

- о способах получения наночастиц;

- о необыкновенных свойствах удивительных наноматериалов;

- о микроэлектромеханических и наноэлектромеханических системах;

- о наносенсорах;

- о наноэлектронике;

- о проблемах информатики и сохранении информации и ее решение с помощью нанотехнологии;

- о суперкомпьютерах, биокомпьютерах;

- о нанобиотехнологиях;

- о нанобиороботах и биороботах;

- о нанокапсулах и нанобиореакторах;

- об использовании нанотехнологий для создания материалов и устройств с удивительными свойствами;

- о применении нанотехнологий в медицине, экологии, электронике и других сферах человеческой деятельности;

- о социально-экономических последствиях нанотехнологической революции;

- о том, как использовать информацию

2.2. Методы обучения:

- объяснительно-иллюстрационный;

- репродуктивный;

- проблемный;

- частично-поисковый и эвристический;

- исследовательский.

2.3. Педагогические приемы:

- формирование взглядов (пример, разъяснение, дискуссия);

- организация деятельности (приучения, упражнения, показ, подражание, требование);

- стимулирование и коррекция (поощрение, похвала, соревнование, взаимопомощь, взаимооценка и оценка);

- свободного выбора направления исследовательской проектной деятельности.

Для решения задачи развития творческого потенциала обучающихся, выработки у них умений решать научно-технические и исследовательские задачи при реализации данной программы применяется метод проблемного обучения. Проблема формируется таким образом, чтобы учащийся решил новую для него задачу, на основании уже имеющихся у него знаний.

Формирование умений самостоятельно приобретать и пополнять знания – одно из актуальных задач обучения на современном этапе. Поэтому во всех формах обучения должны присутствовать элементы самостоятельности обучающихся.

3. КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ п/п	Наименование раздела и тем	Кол-во часов	Примечание
	Раздел 1. Введение в нанотехнологию	4ч
1	Тема 1.1. Что такое нанотехнологии	1
2	Тема 1.2 Наночастицы и их получение	1
3	Тема 1.3 Какие ученые занимаются нанотехнологиями	1
4	Тема 1.4 Инструменты нанотехнологов	1
	Раздел 2. Нанохимия и наноматериалы	5ч
5	Тема 2.1 Фуллерены	1
6	Тема 2.2 Нанотрубки	1
7	Тема 2.3 Кластеры	1
8	Тема 2.4 Необыкновенные свойства наночастиц	1
9	Тема 2.5 «Потеющий» металл и другие удивительные наноматериалы	1
	Раздел 3. Микроэлектромеханические системы (МЭМС), наносенсоры и наноэлектроника	5ч
10	Тема 3.1 Наноэлектромеханические системы (НЭМС)	1
11	Тема 3.2 Наносенсоры	1
12	Тема 3.3 Электронный нос	1
13	Тема 3.4 Умная пыль	1
14	Тема 3.5 Наноэлектроника	1
	Раздел 4. Нанобиотехнологии	3ч
15	Тема 4.1 Нанобиотехнологии	1
16	Тема 4.2 Нанотехнологии в природе. «Эффект лотоса»	1
17	Тема 4.3 Биокомпьютеры. Нанокапсулы	1
	Всего	17ч

---

4. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Вводное занятие.

Что означает слово «нанотехнология». История возникновения нанотехнологий. Как нанотехнологии изменят жизнь человека. Применение нанотехнологии во многих областях деятельности: в промышленности, в энергетике, в исследованиях космоса, в медицине и во многом другом. Нанотехнологии позволяют сделать фантастику реальностью.

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ В НАНОТЕХНОЛОГИЮ

Тема 1.1. Что такое нанотехнологии

Значение слов «нано» и «технологии».Нанотехнологии и как они изменяют свойства вещей. Шкала размеров объектов, существующих в природе.

Тема 1.2 Наночастицы и их получение

Понятие о наночастицах и их размеры. Два способа получения наночастиц. Первый, более простой, метод – «сверху вниз». Второй – «снизу вверх». Конструирование наноматериалов и наноустройств из наночастиц атомов, молекул. Наномир начинает работать на нас.

Тема 1.3 Какие ученые занимаются нанотехнологиями

Межпредметныйхарактем научных исследований. Использование компьютеров для моделирования наноматериалов и наноустройств в виде объемных компьютерных моделей.

Тема 1.4 Инструменты нанотехнологов

Первый нанотехнолог Левша и его «мелкоскоп». Оптический микроскоп. Появление электронного микроскопа послужило началу бурного развития нанотехнологии. Сканирующие зондовые микроскопы позволили «пощупать» наночастицы. Нанотрубки и создание наноинструментов. Нанопинцет. Нановесы. Нанотермометр. Наноскальпель и наношприц.

Наноинструменты и программы компьютерного моделирования позволяют создавать новые наноматериалы и наноустройства. Нанороботы уже не фантастика. Понятие об «ассемблерах» и «дизассемблерах».

РАЗДЕЛ 2. НАНОХИМИЯ И НАНОМАТЕРИАЛЫ

Тема 2.1 Фуллерены

Открытие фуллеренов в 1985 году. Фуллерен – наночастица, состоящая из атомов углерода. Четное количество атомов углерода в фуллеренах колеблется от 28 от 540. Форма фуллеронов. Фуллерен С60. Фуллерены как кирпичики для создания материалов прочнее алмаза, материалов для электроники, лекарств против вирусных заболеваний и СПИДа.

Тема 2.2 Нанотрубки

Углеродные нанотрубки. Обыкновенный графит как прородительнанотрубок. Удивительные свойства нанотрубок. Применение нанотрубок. Создание искусственных мускулов. Одежда для пожарных и косонавтов. Крошечные контейнеры для хранения жидких и газообразных веществ. Автомобили на водородном топливе с выхлопом обычного водяного пара. Хранение ядовитых и токсичных веществ. Топливные ячейки из нанотрубок. Нанотрубкив медицине. Нанорадио для плохо слышащих людей.

---

Тема 2.3 Кластеры

Кластеры – самостоятельнаянаночастица с упорядоченным объединением атомов и определенными свойствами. Происхождение названия «кластер». Число атомов в кластере, построенном в виде правильного 12-вершинного многогранника, равно 13, 55, 147, 309, 561 и т.д. «Магические» числа и магические кластеры. Фуллерены – это кластеры углерода с четным числом атомов. Создание российскими учеными гигантского кластера из 561 атома палладия. Объединение кластеров в сверхкластеры.

Тема 2.4 Необыкновенные свойства наночастиц

Серебро и его наночастицы. Очищение воды и воздуха. Борьба с инфекциями и вирусами (в том числе и вирусом СПИДа). Наночастицы серебра в зубной пасте и в краске для стен. Ткани с добавлением наночастиц серебра для пошива медицинской и детской одежды.

Наночастицы оксида цинка и их уникальная способность поглощать вредные для здоровья многие виды излучения. Защита глаз от ультразвукового излучения. Одежда с напылением наночастиц оксида цинка защищает человека в жаркий день и делает невидимым для приборов ночного видения.

Наночастицы диоксида кремния придают материалу удивительные свойства. Материал, к которому не пристает грязь, вода просто скатывается, унося с собой любые загрязнения. Самоочищающиеся материалы и покрытия и их применение.

Тема 2.5 «Потеющий» металл и другие удивительные наноматериалы

Мечта человека создать материал, способный сопротивляться воздействию высоких температур, сбылась. Система потоотделения человеческой кожи и создание «потеющего» металла. Применение «потеющего» металла.

Дышащие стены дома уже не фантастика.

РАЗДЕЛ 3. МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (МЭМС), НАНОСЕНСОРЫ И НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Тема 3.1 Наноэлектромеханические системы (НЭМС)

Наноэлектромеханические системы (НЭМС). Создание чрезвычайно чувствительных измерительных устройств. Как природа помогает нанотехнологам создавать (НЭМС).

Наноавтомобиль. «Наноактюатр» в качестве двигателя для наноавтомобиля. Карбораны-молекулы содержащие атомы углерода, водорода и бора. Карбораны-колеса для наноавтомобиля. Наноавтомобиль – первая движущаяся управляемая наносистема.

Тема 3.2 Наносенсоры

Смысл слова «сенсор». Сенсоры и работа органов чувств человека (слуха, зрения, обоняния, осязания и вкуса) и животных (эхолокация, инфракрасное видение, восприятие электрических и магнитных полей). Сенсоры из нескольких молекул и НЭМС. Как природа учит человека создавать сенсоры.

---

Смотрите также файлы

• Быть вину лекарством или ядом, решает доза.docx

• 2. Вставьте пропущенные гласные. Обоснуйте ответ, написав проверочное слово или сославшись на правило.doc

• Курсты жоба таырыбы Семей машина жасау зауыты.docx

• Литература стр. 14 Введение.docx

• Особенности конструирования современного урока.docx