О целях и задачах изучения школьниками элементов нанотехнологий
Международная
публикация
ART 14558
УДК
372.8
Г.
Н. НекрасоваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Некрасова
Г.
Н.,
Шигарева
Е.
Н.,
Богатырёв
А.
Н. О целях и задачах изучения школьниками элементов нанотехнологий // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – № S6. – С.
11–15. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/14558.htm.
Аннотация. В статье рассматривается вопрос о целесообразности изучения школьниками одного из направлений развития современных технологий. Представлены основные термины по нанотехнологии, исторические факты становления новой области науки и технологии, основное содержание учебной программы дополнительного образования школьников.
Ключевые слова:
нанотехнологии, графен, углеродные нанотрубки, фуллерен, технологическая подготовка школьников
Текст статьи
Богатырёв Александр Николаевич,
доктор педагогических наук, профессорФГБОУ ВПО «Московский государственныйпедагогическийуниверситет», г. Москва
Некрасова Галина Николаевна,доктор педагогических наук, профессор, декан факультета технологии и дизайнаФГБОУ ВПО «Вятский государственный гуманитарный университет», г.Кировdaw@mediaedu.ru
Шигарева Елена Николаевна,ассистент, аспирант кафедры технологии и методики преподавания технологии ФГБОУ ВПО «Вятский государственный гуманитарный университет», г. Киров6shen@rambler.ru
О целях и задачах изучения школьниками элементов нанотехнологий
Аннотация.В статье рассматривается вопрос о целесообразности изучения школьниками одного из направлений развития современных технологий. Представлены основные термины по нанотехнологии, исторические факты становления новой области науки и технологии, основное содержание учебной программы дополнительного образования школьников.Ключевые слова:нанотехнологии, графен, углеродные нанотрубки, фуллерен, технологическая подготовка школьников.Раздел:(01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
Все мы наблюдаемвозникновениеи бурноеразвитиепринципиально новой области науки и технологии–нанотехнологии. Появилась возможность работать с одиночнымимолекулами и атомами –брать их и ставить на нужное место, разработаны сборщики–наноустройства, способные работать с одиночными атомами по программам, написанным человеком, но без его участия, разработаны устройства, производящиетакие сборщики.Нанотехнологии, использующие самые современные достижения науки, относятся к высоким,или наукоемким,технологиям. Ознакомление с ними школьников предполагает рассмотрение ряда дидактических проблем, прежде всего тех, которые обозначены в теме настоящей статьи –определение целей и задач изучения нанотехнологий в школе. В силу сложности и полной новизны объекта рассматриваются только ее элементы. По тем же причинам на начальном этапе обучения нужно уделить особое внимание выбору и обоснованиюего целей. Необходимость и целесообразность изучения нанотехнологий в школетребует обоснования. Основополагающимиэлементамиразрабатываемой программы по изучению нанотехнологий являются: изучение исторических фактов становления и развития сферы нанотехнологий; размерный ряд нанообъектов; основные термины и базовые понятия нанотехнологий; нанокомпозитные материалы; оборудование, используемое для проведения исследований на наноуровне. Особенностью рассматриваемой технологии, как уже отмечалось, являетсяманипулирование с микрообъектами –молекулами и атомами, традиционно недоступными для восприятия органами чувств человека.Нанотехнологиидают возможность получить представлениео новых для человека свойствах микромира, мира НАНО. Поэтому основной целью его первоначальногоизучения являетсяповышение общеобразовательногоуровня учащихся.Например, имеется возможность уделить должноевниманиеумению использовать дольные и кратные значенияфизических величин. Например, длина измеряется в миллиметрах(103м), сантиметрах (102м), дециметрах (101м). Это привычные для повседневной жизни величины. Приставка микро используется для измерения миллионных долей метра (106м). Один нанометр (нм) –это одна миллиардная часть метра (109м). Наночастицы обычно имеют размер 1–100нанометров.Размер большинства атомов 0,1–0,2 нм.Толщина человеческого волоса примерно равна 80000 нм.Познание наномира дает возможность обучаемым расширить свое представление о научной картине мира, которая меняется на наших глазах. Одной из особенностей нанотехнологий является возможность установить точную дату и обстоятельства ее рождения. Знание соответствующих историческихфактов существенно для повышения общеобразовательного уровня школьников.В 1959 г. нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом была высказанамысль, что манипуляция атомами в принципевполне реальна и не нарушает никаких законов природы. Возможно создавать объекты, выстраивая или укладывая атомы в заданной последовательности. Первым наноустройством, изготовленнымпо конкурсу, предложенномуР. Фейнманом,был электродвигатель размером менее1/64 дюйма.Р. Фейнманом была выплачена премия в 1000 долларов. Начиная с 1993 г. за выдающиеся достижения в области нанотехнологий присуждается премия имени Р. Фейнмана. В качестве наглядного примера нанообъекта можно более подробно рассмотреть электродвигатель, выяснить, в частности, является он нанообъектом с современной точки зрения, то есть лежат ли его размеры в пределахот 1 до 100 нанометров. Проведем соответствующие расчеты. 1/64 2.5 = 0,04 см= 4 107(1дюйм примерно равен 2,5 см).Получается, что линейные размеры электродвигателя в тысячи раз больше,чем 100 нм, т.е. его нельзя считать наноустройством. Изучение свойств наномира дает прекрасную возможность познать диалектическую зависимость таких фундаментальных философских категорий,как количествои качество.Нанотехнологии имеют многочисленные возможности практическогоприменения всамых различных областях науки и техники. Их освоение составляет основное содержаниезанятий по изучению элементов нанотехнологий. Отбор содержания подобных занятий является сложной дидактической задачей, решение которой зависит, прежде всего, от уровня подготовки школьников по технологии, состояния материальной базы и разработанности методического обеспечения. Задачейотбора содержания занятий также является выбор базовых понятий, позволяющих школьникам понять применение наиболее важных нанотехнологий, например производство наноматериалов с принципиально новыми свойствами. К основным терминам и базовым понятиям относятся: графен, углеродные нанотрубки, фуллерены, нанопроволоки и др.Наиболее перспективное направлениеизучения нанотехнологий в технологической подготовке школьников связано с пониманием свойств нанокомпозитных материалов. Именно в этом направлении целесообразно в первую очередь разрабатывать содержание занятий по рассматриваемой теме.Рассмотрим, каким образом на практике реализуется изучение нанотехнологий.В настоящее время изучение нанотехнологий представлено в виде методических разработок: К. Ю. Богданов «Что могут нанотехнологии», для старшего школьного возраста[1]; В. В. Еремин, А. А. Дроздов «Нанохимия и нанотехнология», программы элективных курсов для учащихся 10–11хклассов[2]; Р.А.Зиновкин «Нанотехнологии в биологии», программы элективных курсов для учащихся 10–11х классов [3]; В.А.Озерянский «Познаем наномир: простые эксперименты», учебное пособие для учащихся 8–9хклассов, содержит краткую историю развития нанотехнологий и 14проектных работ, демонстрирующих важнейшие понятиянанотехнологий [4].Данные методические разработки в основном рассчитаны напреподаваниеучащимся старших классов[5].С 2009 г.на базе Центра детского творчества с изучением прикладной экономики (г. Киров)реализуется дополнительная образовательная программа «Удивительный мир нано» для учащихся младшего школьного возраста. Цель программы –пропедевтическое знакомство школьников с элементами нанотехнологий. При проектировании содержания и разработке методики программы основной задачей было осуществить отбор содержания для дополнительной технологической подготовки школьников и создать условия,способствующие повышению уровня развития познавательной активности обучающихся младших классов в области естественнонаучных дисциплин.Дополнительная образовательная программа включает 10 тем:1. Введение (история создания нанотехнологий и наноматериалов. Что такое нано, размерная характеристика объектов наноуровня. Области применения наноматериалов: легкая промышленность, медицина, военная промышленность, спорт и др.).2.История открытий и изобретений:знакомство школьников с наиболее значимыми открытиями и изобретениями, которые повлияли на развитие общества (огонь, колесо и повозка, письменность, бумага, парус, порох, телеграф, автомобиль, электрическая лампочка, антибиотики). Изучение современных открытий и изобретений,связанных с нанотехнологиями. Открытия и изобретения в области нанотехнологий, лауреаты Нобелевской премии в сфере нанотехнологий.3. Увидеть невидимое: занятие носит пропедевтический характер и является основой для изучения следующей темы «Путешествие в НАНОмир», которое будет направлено на рассмотрение нового оборудования,используемого для проведения исследований на наноуровне.К данному оборудованию относится сканирующий зондовый микроскоп. Микроскопы школьники будут изучать на следующем занятии, в лаборатории нанохимии и нанотехнологии. Знакомство школьников с принципами работы оптических микроскопов.4. Путешествие в НАНОмир:урокэкскурсия. Проводится в лаборатории нанохимии и нанотехнологии. Изучение оборудования для проведения исследований на наноуровне (сканирующие зондовые микроскопы) и подготовка инструментов, необходимых для работы оборудования. Знакомство с литературными источниками по нанотехнологии.5. Что открыла нам природа: знакомство с понятием «биомиметика»(создание устройств и объектов,при котором основные элементы заимствуются у живой природы). Изучение примеров биомиметики,используемых в нанотехнологических разработках.6.НАНОлитография(рисуем под микроскопом): рассматриваетсяпонятие нанолитографии и области применения метода нанолитографии. Требования к эскизамдля выполнения изображений методом нанолитографии. Последовательность выполнения изображений методом нанолитографии с использованиемсканирующегозондовогомикроскопа. Понятия «графит», «графен». Области применения графена(теоретические сведения по данному вопросу получаютсамостоятельно, в ходе выполнения практической работы).7. НАНОтехнологии вокруг нас (современные технологии в окружающем насмире): возможности развития современных технологий и их практическое применениедля разработки объектов и предметов, используемых человеком в повседневной жизни.8.НАНОведы: итоговое занятие на знание терминов по изученной программе.9.НАНОFresh:занятиевикторина, направленное на проверку уровня знаний теоретического материала по изученной программе.10.Мир профессий: прошлое, настоящее, будущее:факторы, влияющие на востребованность специалистов в определенных отраслях производства с учетом развития современных технологий и производства. Профессии прошлого, настоящего и будущего.Авторами статьи разработаны методические материалы, которые помогут педагогам в педагогической деятельности при проведении занятий по изучению элементов нанотехнологий: учебнометодическое пособие [6],в котором представлены конспекты занятий, методические рекомендации по организации научноисследовательских работ школьников, требования и критерии оценивания выполнения практических работ с учетом развития познавательной активности учащихся; тетрадь заданий на печатной основе«Путеводитель НАНОведа»[7], которая содержит бланки с четко прописанными заданиями практических работ, контрольные вопросы к изученному на уроке материалу. Из методических инновационных материалов нами используются интерактивные: сетевой проект «Создание образовательной викисреды общения по вопросам нанотехнологии и робототехники», сайт «Техноведы» (https://sites.google.com/site/tehnovedy/), электронные образовательные ресурсы, которые могут быть использованы для дистанционного обучения. В помощь учителюсуществуют специализированные сайты по нанотехнологии: www.nanometer.ru, www.ntmdt.ru, www.nanonewsnet.ruи др. Содержание сайтов может быть использовано учителем при подготовке к занятиям, а также для организации самостоятельной работы школьников.Проведение занятий по изучению нанотехнологий будет наиболее продуктивным при создании так называемых. центров коллективного пользования. Подобный центр коллективного пользования создан на базе Вятского государственного гуманитарного университета –лаборатория нанохимии и нанотехнологии.В ходе занятий школьникам предоставляется возможность посетить научноисследовательскую лабораторию, где они знакомятся с оборудованием, используемым для проведения исследований на наноуровне, подготавливаютинструменты для работы сканирующего зондового микроскопа (затачивают зонд), изучают литературу по данному направлению и т.д. Также в лаборатории проводятся практические занятия, такие как«Рисуем под микроскопом» (знакомство с методом нанолитографии), выполнение сканов различных поверхностей (традиционно это предметы окружающего нас мира: человеческий волос и CDдиск), получение и исследование свойств магнитных наночастиц. Экскурсионные и практические занятия проводятся для школьников совместно с заведующим лабораторией Д.Н.Даниловым, канд.хим.наук, доцентом химического факультета ВятГГУ.На базе лаборатории организована исследовательская работа обучающихся, результатом которой является участие школьников в конкурсах различного уровня: региональный конкурс юношеских исследовательских работ им.В.И.Вернадского, международный детский фестиваль творческих открытий и инициатив «Леонардо», фестиваль юных исследователей «Цифровые технологии в настоящем и будущем», Всероссийский конкурс компьютерных презентаций школьников по нанотехнологиям «МОЙНАНОМИР2013».Таким образом, достижение цели дополнительной образовательной программы «Удивительный мир нано» достигается в результате поставленных нами задач: расширение политехнического кругозора учащихся; развитие познавательной активности школьников кизучению дисциплин естественнонаучного цикла за счет введения нового содержания дополнительного образования; знакомство обучающихся с совершенно новой областью науки и технологии –нанотехнологиями; знакомство с перспективными технологиями преобразования материалов; воспитание и развитие качеств личности школьников, отвечающих требованиям информационного общества; реализация метапредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла (химия, физика, биология и т.д.).
Ссылки на источники1.Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии? –М.: Просвещение, 2009. –96 с.: ил. 2.Еремин В. В., Дроздов А. А. Нанохимияи нанотехнологии. 10–11 классы. Профильное обучение: учеб.пособие. –М.: Дрофа, 2009. –109с. (Элективные курсы).
3.Зиновкин Р. А. Нанотехнологии в биологии. 10–11 кл.: учеб. пособие. –М.: Дрофа, 2010. –124 с. (Элективные курсы)4.Озерянский В. А., Клецкий М. Е., Буров О. Н.Познаем наномир: простые эксперименты: учеб.пособие. –М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. –142 с.5.Некрасова Г. Н., Шигарева Е. Н. Инновационное содержание дополнительного технологического образования детей: перспективы и опыт реализации // Дополнительное образование школьников: традиции и тенденции развития: материалы Всерос. науч.практ. конф. 21–22 мая 2013 г. / под ред. Г.И.Симоновой. –Киров: Издво ВятГГУ, 2013. –С. 22–30.6.Шигарева Е. Н. Методика изучения основ современных технологий в условиях дополнительного образования школьников: учеб.метод.пособие.–Киров: Издво ВятГГУ, 2013.–87с.7.Шигарева Е. Н. Тетрадь заданий на печатной основе «Путеводитель НАНОведа». –Киров: Издво ВятГГУ, 2013.–45с.
Alexander Bogatyrev,
Doctor of Pedagogic Sciences, Professor, MoscowState Pedagogical University,Moscow
Galina Nekrasova,
Doctor of Pedagogic Sciences, Professor, Dean of the of Technology and DesignDepartment, Vyatka State University of Humanities, Kirovdaw@mediaedu.ruElena Shigareva,
PhDstudent at the chair of technology and methods of teaching technology,Vyatka StateUniversity of Humanities, Kirov6shen@rambler.ruAims and objectives of the studying elements of nanotechnologyby schoolchildren Abstract.The authorsdiscussthe feasibilityof studyingoneof the areas ofmodern technologies by schoolchildren.The basictermsof nanotechnology, historical facts of a new fieldof science and technology, the main content of the curriculumof supplementaryeducational program are presented in the article.Keywords:nanotechnology, graphene, carbon nanotubes, fullerenes, technological preparation of students.References1.Bogdanov,K.Ju. (2009) Chto mogut nanotehnologii?Prosveshhenie, Moscow, 96 p.: il. (in Russiаn).2.Eremin,V.V., Drozdov,A.A. (2009) Nanohimija i nanotehnologii. 10–11 klassy. Profil'noe obuchenie: ucheb. posobie, Drofa, Moscow,109 p. (Jelektivnye kursy)(in Russiаn).3.Zinovkin,R.A. (2010) Nanotehnologii v biologii. 10–11 kl.: ucheb. posobie, Drofa, Moscow, 124 p. (Jelektivnye kursy)(in Russiаn).4.Ozerjanskij,V.A., Kleckij,M.E., Burov,O.N.(2012) Poznaem nanomir: prostye jeksperimenty: ucheb. posobie, BINOM. Laboratorija znanij, Moscow, 142 p.(in Russiаn).5.Nekrasova, G.N., Shigareva, E.N. (2013) “Innovacionnoe soderzhanie dopolnitel'nogo tehnologicheskogo obrazovanija detej: perspektivy i opyt realizacii”, in Simonova, G. I. (ed.) Dopolnitel'noe obrazovanie shkol'nikov: tradicii i tendencii razvitija: materialy Vseros. nauch.prakt. konf. 21–22 maja 2013 g.Izdvo VjatGGU, Kirov, pp.22–30 (in Russiаn).Shigareva, E.N. (2013) Metodika izuchenijaosnov sovremennyh tehnologij v uslovijah dopolnitel'nogo obrazovanija shkol'nikov: ucheb.metod. posobie, Izd vo VjatGGU, Kirov,87 p.(in Russiаn).7.Shigareva, E.N. (2013) Tetrad' zadanij na pechatnoj osnove “Putevoditel' NANOveda”, Izd vo VjatGGU, Kirov, 45 p.(in Russiаn).
Рекомендовано к публикации:Некрасовой Г.Н., доктором педагогических наук, профессором, членом редакционной коллегии журнала «Концепт»Горевым П.М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
доктор педагогических наук, профессорФГБОУ ВПО «Московский государственныйпедагогическийуниверситет», г. Москва
Некрасова Галина Николаевна,доктор педагогических наук, профессор, декан факультета технологии и дизайнаФГБОУ ВПО «Вятский государственный гуманитарный университет», г.Кировdaw@mediaedu.ru
Шигарева Елена Николаевна,ассистент, аспирант кафедры технологии и методики преподавания технологии ФГБОУ ВПО «Вятский государственный гуманитарный университет», г. Киров6shen@rambler.ru
О целях и задачах изучения школьниками элементов нанотехнологий
Аннотация.В статье рассматривается вопрос о целесообразности изучения школьниками одного из направлений развития современных технологий. Представлены основные термины по нанотехнологии, исторические факты становления новой области науки и технологии, основное содержание учебной программы дополнительного образования школьников.Ключевые слова:нанотехнологии, графен, углеродные нанотрубки, фуллерен, технологическая подготовка школьников.Раздел:(01) педагогика; история педагогики и образования; теория и методика обучения и воспитания (по предметным областям).
Все мы наблюдаемвозникновениеи бурноеразвитиепринципиально новой области науки и технологии–нанотехнологии. Появилась возможность работать с одиночнымимолекулами и атомами –брать их и ставить на нужное место, разработаны сборщики–наноустройства, способные работать с одиночными атомами по программам, написанным человеком, но без его участия, разработаны устройства, производящиетакие сборщики.Нанотехнологии, использующие самые современные достижения науки, относятся к высоким,или наукоемким,технологиям. Ознакомление с ними школьников предполагает рассмотрение ряда дидактических проблем, прежде всего тех, которые обозначены в теме настоящей статьи –определение целей и задач изучения нанотехнологий в школе. В силу сложности и полной новизны объекта рассматриваются только ее элементы. По тем же причинам на начальном этапе обучения нужно уделить особое внимание выбору и обоснованиюего целей. Необходимость и целесообразность изучения нанотехнологий в школетребует обоснования. Основополагающимиэлементамиразрабатываемой программы по изучению нанотехнологий являются: изучение исторических фактов становления и развития сферы нанотехнологий; размерный ряд нанообъектов; основные термины и базовые понятия нанотехнологий; нанокомпозитные материалы; оборудование, используемое для проведения исследований на наноуровне. Особенностью рассматриваемой технологии, как уже отмечалось, являетсяманипулирование с микрообъектами –молекулами и атомами, традиционно недоступными для восприятия органами чувств человека.Нанотехнологиидают возможность получить представлениео новых для человека свойствах микромира, мира НАНО. Поэтому основной целью его первоначальногоизучения являетсяповышение общеобразовательногоуровня учащихся.Например, имеется возможность уделить должноевниманиеумению использовать дольные и кратные значенияфизических величин. Например, длина измеряется в миллиметрах(103м), сантиметрах (102м), дециметрах (101м). Это привычные для повседневной жизни величины. Приставка микро используется для измерения миллионных долей метра (106м). Один нанометр (нм) –это одна миллиардная часть метра (109м). Наночастицы обычно имеют размер 1–100нанометров.Размер большинства атомов 0,1–0,2 нм.Толщина человеческого волоса примерно равна 80000 нм.Познание наномира дает возможность обучаемым расширить свое представление о научной картине мира, которая меняется на наших глазах. Одной из особенностей нанотехнологий является возможность установить точную дату и обстоятельства ее рождения. Знание соответствующих историческихфактов существенно для повышения общеобразовательного уровня школьников.В 1959 г. нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом была высказанамысль, что манипуляция атомами в принципевполне реальна и не нарушает никаких законов природы. Возможно создавать объекты, выстраивая или укладывая атомы в заданной последовательности. Первым наноустройством, изготовленнымпо конкурсу, предложенномуР. Фейнманом,был электродвигатель размером менее1/64 дюйма.Р. Фейнманом была выплачена премия в 1000 долларов. Начиная с 1993 г. за выдающиеся достижения в области нанотехнологий присуждается премия имени Р. Фейнмана. В качестве наглядного примера нанообъекта можно более подробно рассмотреть электродвигатель, выяснить, в частности, является он нанообъектом с современной точки зрения, то есть лежат ли его размеры в пределахот 1 до 100 нанометров. Проведем соответствующие расчеты. 1/64 2.5 = 0,04 см= 4 107(1дюйм примерно равен 2,5 см).Получается, что линейные размеры электродвигателя в тысячи раз больше,чем 100 нм, т.е. его нельзя считать наноустройством. Изучение свойств наномира дает прекрасную возможность познать диалектическую зависимость таких фундаментальных философских категорий,как количествои качество.Нанотехнологии имеют многочисленные возможности практическогоприменения всамых различных областях науки и техники. Их освоение составляет основное содержаниезанятий по изучению элементов нанотехнологий. Отбор содержания подобных занятий является сложной дидактической задачей, решение которой зависит, прежде всего, от уровня подготовки школьников по технологии, состояния материальной базы и разработанности методического обеспечения. Задачейотбора содержания занятий также является выбор базовых понятий, позволяющих школьникам понять применение наиболее важных нанотехнологий, например производство наноматериалов с принципиально новыми свойствами. К основным терминам и базовым понятиям относятся: графен, углеродные нанотрубки, фуллерены, нанопроволоки и др.Наиболее перспективное направлениеизучения нанотехнологий в технологической подготовке школьников связано с пониманием свойств нанокомпозитных материалов. Именно в этом направлении целесообразно в первую очередь разрабатывать содержание занятий по рассматриваемой теме.Рассмотрим, каким образом на практике реализуется изучение нанотехнологий.В настоящее время изучение нанотехнологий представлено в виде методических разработок: К. Ю. Богданов «Что могут нанотехнологии», для старшего школьного возраста[1]; В. В. Еремин, А. А. Дроздов «Нанохимия и нанотехнология», программы элективных курсов для учащихся 10–11хклассов[2]; Р.А.Зиновкин «Нанотехнологии в биологии», программы элективных курсов для учащихся 10–11х классов [3]; В.А.Озерянский «Познаем наномир: простые эксперименты», учебное пособие для учащихся 8–9хклассов, содержит краткую историю развития нанотехнологий и 14проектных работ, демонстрирующих важнейшие понятиянанотехнологий [4].Данные методические разработки в основном рассчитаны напреподаваниеучащимся старших классов[5].С 2009 г.на базе Центра детского творчества с изучением прикладной экономики (г. Киров)реализуется дополнительная образовательная программа «Удивительный мир нано» для учащихся младшего школьного возраста. Цель программы –пропедевтическое знакомство школьников с элементами нанотехнологий. При проектировании содержания и разработке методики программы основной задачей было осуществить отбор содержания для дополнительной технологической подготовки школьников и создать условия,способствующие повышению уровня развития познавательной активности обучающихся младших классов в области естественнонаучных дисциплин.Дополнительная образовательная программа включает 10 тем:1. Введение (история создания нанотехнологий и наноматериалов. Что такое нано, размерная характеристика объектов наноуровня. Области применения наноматериалов: легкая промышленность, медицина, военная промышленность, спорт и др.).2.История открытий и изобретений:знакомство школьников с наиболее значимыми открытиями и изобретениями, которые повлияли на развитие общества (огонь, колесо и повозка, письменность, бумага, парус, порох, телеграф, автомобиль, электрическая лампочка, антибиотики). Изучение современных открытий и изобретений,связанных с нанотехнологиями. Открытия и изобретения в области нанотехнологий, лауреаты Нобелевской премии в сфере нанотехнологий.3. Увидеть невидимое: занятие носит пропедевтический характер и является основой для изучения следующей темы «Путешествие в НАНОмир», которое будет направлено на рассмотрение нового оборудования,используемого для проведения исследований на наноуровне.К данному оборудованию относится сканирующий зондовый микроскоп. Микроскопы школьники будут изучать на следующем занятии, в лаборатории нанохимии и нанотехнологии. Знакомство школьников с принципами работы оптических микроскопов.4. Путешествие в НАНОмир:урокэкскурсия. Проводится в лаборатории нанохимии и нанотехнологии. Изучение оборудования для проведения исследований на наноуровне (сканирующие зондовые микроскопы) и подготовка инструментов, необходимых для работы оборудования. Знакомство с литературными источниками по нанотехнологии.5. Что открыла нам природа: знакомство с понятием «биомиметика»(создание устройств и объектов,при котором основные элементы заимствуются у живой природы). Изучение примеров биомиметики,используемых в нанотехнологических разработках.6.НАНОлитография(рисуем под микроскопом): рассматриваетсяпонятие нанолитографии и области применения метода нанолитографии. Требования к эскизамдля выполнения изображений методом нанолитографии. Последовательность выполнения изображений методом нанолитографии с использованиемсканирующегозондовогомикроскопа. Понятия «графит», «графен». Области применения графена(теоретические сведения по данному вопросу получаютсамостоятельно, в ходе выполнения практической работы).7. НАНОтехнологии вокруг нас (современные технологии в окружающем насмире): возможности развития современных технологий и их практическое применениедля разработки объектов и предметов, используемых человеком в повседневной жизни.8.НАНОведы: итоговое занятие на знание терминов по изученной программе.9.НАНОFresh:занятиевикторина, направленное на проверку уровня знаний теоретического материала по изученной программе.10.Мир профессий: прошлое, настоящее, будущее:факторы, влияющие на востребованность специалистов в определенных отраслях производства с учетом развития современных технологий и производства. Профессии прошлого, настоящего и будущего.Авторами статьи разработаны методические материалы, которые помогут педагогам в педагогической деятельности при проведении занятий по изучению элементов нанотехнологий: учебнометодическое пособие [6],в котором представлены конспекты занятий, методические рекомендации по организации научноисследовательских работ школьников, требования и критерии оценивания выполнения практических работ с учетом развития познавательной активности учащихся; тетрадь заданий на печатной основе«Путеводитель НАНОведа»[7], которая содержит бланки с четко прописанными заданиями практических работ, контрольные вопросы к изученному на уроке материалу. Из методических инновационных материалов нами используются интерактивные: сетевой проект «Создание образовательной викисреды общения по вопросам нанотехнологии и робототехники», сайт «Техноведы» (https://sites.google.com/site/tehnovedy/), электронные образовательные ресурсы, которые могут быть использованы для дистанционного обучения. В помощь учителюсуществуют специализированные сайты по нанотехнологии: www.nanometer.ru, www.ntmdt.ru, www.nanonewsnet.ruи др. Содержание сайтов может быть использовано учителем при подготовке к занятиям, а также для организации самостоятельной работы школьников.Проведение занятий по изучению нанотехнологий будет наиболее продуктивным при создании так называемых. центров коллективного пользования. Подобный центр коллективного пользования создан на базе Вятского государственного гуманитарного университета –лаборатория нанохимии и нанотехнологии.В ходе занятий школьникам предоставляется возможность посетить научноисследовательскую лабораторию, где они знакомятся с оборудованием, используемым для проведения исследований на наноуровне, подготавливаютинструменты для работы сканирующего зондового микроскопа (затачивают зонд), изучают литературу по данному направлению и т.д. Также в лаборатории проводятся практические занятия, такие как«Рисуем под микроскопом» (знакомство с методом нанолитографии), выполнение сканов различных поверхностей (традиционно это предметы окружающего нас мира: человеческий волос и CDдиск), получение и исследование свойств магнитных наночастиц. Экскурсионные и практические занятия проводятся для школьников совместно с заведующим лабораторией Д.Н.Даниловым, канд.хим.наук, доцентом химического факультета ВятГГУ.На базе лаборатории организована исследовательская работа обучающихся, результатом которой является участие школьников в конкурсах различного уровня: региональный конкурс юношеских исследовательских работ им.В.И.Вернадского, международный детский фестиваль творческих открытий и инициатив «Леонардо», фестиваль юных исследователей «Цифровые технологии в настоящем и будущем», Всероссийский конкурс компьютерных презентаций школьников по нанотехнологиям «МОЙНАНОМИР2013».Таким образом, достижение цели дополнительной образовательной программы «Удивительный мир нано» достигается в результате поставленных нами задач: расширение политехнического кругозора учащихся; развитие познавательной активности школьников кизучению дисциплин естественнонаучного цикла за счет введения нового содержания дополнительного образования; знакомство обучающихся с совершенно новой областью науки и технологии –нанотехнологиями; знакомство с перспективными технологиями преобразования материалов; воспитание и развитие качеств личности школьников, отвечающих требованиям информационного общества; реализация метапредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла (химия, физика, биология и т.д.).
Ссылки на источники1.Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии? –М.: Просвещение, 2009. –96 с.: ил. 2.Еремин В. В., Дроздов А. А. Нанохимияи нанотехнологии. 10–11 классы. Профильное обучение: учеб.пособие. –М.: Дрофа, 2009. –109с. (Элективные курсы).
3.Зиновкин Р. А. Нанотехнологии в биологии. 10–11 кл.: учеб. пособие. –М.: Дрофа, 2010. –124 с. (Элективные курсы)4.Озерянский В. А., Клецкий М. Е., Буров О. Н.Познаем наномир: простые эксперименты: учеб.пособие. –М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. –142 с.5.Некрасова Г. Н., Шигарева Е. Н. Инновационное содержание дополнительного технологического образования детей: перспективы и опыт реализации // Дополнительное образование школьников: традиции и тенденции развития: материалы Всерос. науч.практ. конф. 21–22 мая 2013 г. / под ред. Г.И.Симоновой. –Киров: Издво ВятГГУ, 2013. –С. 22–30.6.Шигарева Е. Н. Методика изучения основ современных технологий в условиях дополнительного образования школьников: учеб.метод.пособие.–Киров: Издво ВятГГУ, 2013.–87с.7.Шигарева Е. Н. Тетрадь заданий на печатной основе «Путеводитель НАНОведа». –Киров: Издво ВятГГУ, 2013.–45с.
Alexander Bogatyrev,
Doctor of Pedagogic Sciences, Professor, MoscowState Pedagogical University,Moscow
Galina Nekrasova,
Doctor of Pedagogic Sciences, Professor, Dean of the of Technology and DesignDepartment, Vyatka State University of Humanities, Kirovdaw@mediaedu.ruElena Shigareva,
PhDstudent at the chair of technology and methods of teaching technology,Vyatka StateUniversity of Humanities, Kirov6shen@rambler.ruAims and objectives of the studying elements of nanotechnologyby schoolchildren Abstract.The authorsdiscussthe feasibilityof studyingoneof the areas ofmodern technologies by schoolchildren.The basictermsof nanotechnology, historical facts of a new fieldof science and technology, the main content of the curriculumof supplementaryeducational program are presented in the article.Keywords:nanotechnology, graphene, carbon nanotubes, fullerenes, technological preparation of students.References1.Bogdanov,K.Ju. (2009) Chto mogut nanotehnologii?Prosveshhenie, Moscow, 96 p.: il. (in Russiаn).2.Eremin,V.V., Drozdov,A.A. (2009) Nanohimija i nanotehnologii. 10–11 klassy. Profil'noe obuchenie: ucheb. posobie, Drofa, Moscow,109 p. (Jelektivnye kursy)(in Russiаn).3.Zinovkin,R.A. (2010) Nanotehnologii v biologii. 10–11 kl.: ucheb. posobie, Drofa, Moscow, 124 p. (Jelektivnye kursy)(in Russiаn).4.Ozerjanskij,V.A., Kleckij,M.E., Burov,O.N.(2012) Poznaem nanomir: prostye jeksperimenty: ucheb. posobie, BINOM. Laboratorija znanij, Moscow, 142 p.(in Russiаn).5.Nekrasova, G.N., Shigareva, E.N. (2013) “Innovacionnoe soderzhanie dopolnitel'nogo tehnologicheskogo obrazovanija detej: perspektivy i opyt realizacii”, in Simonova, G. I. (ed.) Dopolnitel'noe obrazovanie shkol'nikov: tradicii i tendencii razvitija: materialy Vseros. nauch.prakt. konf. 21–22 maja 2013 g.Izdvo VjatGGU, Kirov, pp.22–30 (in Russiаn).Shigareva, E.N. (2013) Metodika izuchenijaosnov sovremennyh tehnologij v uslovijah dopolnitel'nogo obrazovanija shkol'nikov: ucheb.metod. posobie, Izd vo VjatGGU, Kirov,87 p.(in Russiаn).7.Shigareva, E.N. (2013) Tetrad' zadanij na pechatnoj osnove “Putevoditel' NANOveda”, Izd vo VjatGGU, Kirov, 45 p.(in Russiаn).
Рекомендовано к публикации:Некрасовой Г.Н., доктором педагогических наук, профессором, членом редакционной коллегии журнала «Концепт»Горевым П.М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
