Е.
Н. ШигареваВ ситуации перехода от индустриального общества к постиндустриальному нарастают вызовы системе образования и социализации человека в Российской Федерации. В сложившихся условиях все актуальнее становится задача по разработке методики изучения современных технологий в рамках технологической подготовки обучающихся. К сожалению, приходится констатировать, что общеобразовательная школа не может мгновенно реагировать на изменения в производственной сфере и модернизировать содержание образования. На это потребуется достаточно длительный промежуток времени.
Решением для обозначенной проблемы будет являться возможность введения инновационного содержания по изучению современных технологий в учреждения дополнительного образования детей.
В публикациях [4,11,12,13], мы научно обосновали содержание дополнительной технологической подготовки обучающихся для изучения элементов нанотехнологий обучающимися 9-11 лет, представили результаты опытно-экспериментальной работы по внедрению инновационного содержания в учреждения дополнительного образования детей.
Изучение элементов нанотехнологий обучающимися 9-11 лет предлагается нами посредством сетевого образовательного квеста «Путеводитель НАНОведа». Сайт образовательного квеста находится в открытом доступе: https://sites.google.com/site/putevoditelnanoveda/ и организован в виде путешествия по 10 станциям: Введение в наномир, История открытий и изобретений, Увидеть невидимое, Путешествие в наномир, Что открыла нам природа, Нанолитография. Открываем тайны графита, Нанотехнологии вокруг нас, НАНОведы, НАНОFresh, Мир профессий: прошлре, настоящее, будущее .
В данной статье уделим внимание вопросу о методах формирования базовых понятий из области нанотехнологий.
Сложность «механизма» формирования какого-либо понятия заключается в том, что мы не можем передать обучающемуся понятие (его сущность и определение) в готовом виде, так как каждое понятие должно стать элементом личностного умственного развития каждого обучающегося.
Анализируя содержание элективных курсов по изучению нанотехнологий в старших классах [1,2,3,5] нами были определены базовые понятия из области нанотехнологий, пропедевтические знания о которых мы считаем целесообразным формировать у обучающихся начиная с возраста 9-11 лет.
К базовым понятиям области нанотехнологий мы относим следующие: атом, молекула, размерная характеристика наночастиц, нанотехнологии, биомиметика, графен, графит, нанолитография, сканирующий зондовый микроскоп.
Характерной чертой технологической подготовки обучающихся является их деятельность, направленная на изготовление различных изделий из традиционных материалов таких как бумага, картон, дерево, текстильные материалы.
При формировании базовых понятий из области нанотехнологий, методы используемые в технологической подготовке формального образования необходимо интегрировать с методами, применяемыми при изучении естественнонаучных направлений. Для формирования обозначенных базовых понятий мы предлагаем использование следующих методов: биографический метод, метод аналогий, научный метод познания.
Рассмотрим обозначенные методы более подробно.
Биографический метод. Данный метод является «…личностно-ориентированным, ориентированным на личность ученых и других деятелей, чьи достижения составляют содержание изучаемого предмета [10]». Этот метод может использоваться при рассмотрении примеров ярких жизненных моментов и событий ученых.
Изучая некоторые увлекательные «страницы» биографии ученых обучающиеся знакомятся с интересными фактами из их жизни, узнают, что явилось причиной и устойчивой мотивацией к научной деятельности, осознают как были сделаны те или иные открытия ученого и тем самым предполагают, какие открытия они сами могли бы сделать в будущем.
Так например, на станции «Введение в наномир» (адрес доступа: https://sites.google.com/site/putevoditelnanoveda/stancia-1-vvedenie-v-nanomir ) при формировании базового понятия «нанотехнологии», обучающиеся знакомятся с фрагментом биографии Р. Ф. Фейнмана, который в 1959 году на Рождественском обеде Американского физического общества прочитал лекцию на тему «Там внизу полным-полно места». Суть лекции [9] заключалась в убеждении ученых, что на наноуровне можно совершить еще множество открытий и изобретений, а так же в обсуждении инновационного научно-технического направления, которое в наше дни получило название «нанотехнологии». Данная лекция не только положила начало развитию нанотехнологий, но и создала предпосылки для изобретения сканирующего туннельного микроскопа.
На станции «Увидеть невидимое» (адрес доступа: https://sites.google.com/site/putevoditelnanoveda/stancia-3-uvidet-nevidimoe ), при изучение базового понятия: микроскоп, сканирующий зондовый микроскоп изучается история появления микроскопов и рассматриваются фрагменты биографий таких ученых как Иоганн (Ханс) Липперсгей (изобретатель телескопа), Захарий (Захариас) Янсен (голландский очковый мастер, которому приписывают изготовление первого микроскопа), Герд Карл Би́нниг и Генрих Рорер (изобрели сканирующий туннельный микроскоп). После знакомства с историческими и биографическими данными ученых, обучающимся предлагается в игровой форме изучить принцип работы сканирующего зондового микроскопа, а далее самим придумать микроскоп будущего и описать его назначение.
Итак, формирование базовых понятий при использовании биографического метода, основывается на изучении обучающимися факта биографии ученого и связанного с ним изучаемого понятия. При этом обучающийся совместно с ученым может участвовать в познавательном процессе и осваивать те методы, которые применяют ученые.
Метод аналогий. "Аналогия (от греч. - пропорция, соразмерность) -соответствие элементов, совпадение ряда свойств или какое-либо иное отношение между предметами (явлениями и процессами), дающее основание для переноса информации, полученной при исследовании одного предмета - модели, на другой - прототип"[7].
Наиболее наглядно, применение метода аналогий, мы можем проиллюстрировать на примере посещения обучающимися станции «Что открыла нам природа?» (адрес доступа: https://sites.google.com/site/putevoditelnanoveda/stancia-5-cto-otkryla-nam-priroda ). Базовым понятием, формируемым на данной станции является – биомиметика (бионика). На станции обучающиеся знакомятся с историческими фактами становления научного направления – биомиметика, анализируют примеры биомиметики в окружающем мире, просматривают научно-популярные мультипликационные фильмы из проекта «Волшебная лаборатория - нанотехнология». Серия научно-популярных мультипликационных фильмов помогает раскрыть сущность формируемого базового понятия, провести аналогии между имеющимися свойствами живой природы и возможность использования данных свойств для разработки наноматериалов обладающих аналогичными свойствами: текстильные наноматериалы с «эффектом лотоса», ткани-хамелеоны, наноматериалы для сбора воды из воздуха, умные материалы обладающие водонепроницаемостью, но при этом «дышашие» и др.
На основе указанного метода обучающиеся анализируют свойства объектов живой природы и разрабатывают презентации, наглядно демонстрирующие, какие из свойств окружающих нас объектов могут быть использованы в дальнейшем для создания материальных объектов.
Научный метод познания включает в себя теоретическое и эмпирическое познание явлений и процессов. Данный метод познания способствует формированию следующих базовых понятий: атом, молекула, графит, графен, нанолитография.
На станции «Нанолиторафия. Открываем тайна графита» (адрес доступа: https://sites.google.com/site/putevoditelnanoveda/stancia-6-nanolitografia ), формируются базовые понятия: нанолитография, графит, графен. Причем изучение нанолитографии происходит методом теоретического познания: текстовая информация, научно-популярные видеосюжеты о процессе выполнения нанолитографии и области ее применения. Практическое изучение процесса нанолитографии осложняется высокой стоимостью оборудования (необходимы специальные условия и наличие сканирующего зондового микроскопа).
Базовые понятия графит и графен формируются посредством эмпирического метода научного познания. Под эмпирическим познанием будем понимать, в данном случае, домашний эксперимент. Одной из задач решаемой посредством домашнего эксперимента является «воссоздание, идентификация, наблюдение и описание физических явлений и процессов [6]», кроме этого, «Применение бытовых инструментов, продуктов, привычных подручных средств, изучение их, изготовление новых, наблюдение с их помощью физических процессов – этот практический аспект имеет колоссальное воспитательное значение [6]».
При выполнении практической работы «Открываем тайны графита», обучающимся предлагается выполнить следующее: познакомиться с фрагментами биографии Нобелевских лауреатов К. Новоселоваи А. Гейма получивших премию, за проведение экспериментов над графеном; просмотреть видеосюжет о выделении графена из графита, так как это было сделано учеными в домашних условиях. Далее, обучающиеся, совместно с ученым, проводят данный эксперимент дома. Для этого им понадобится графитовый стержень, скотч, канцелярский нож и лупа.
Из описания последовательности выполнения практической работы «Открываем тайны графита» понятно, что в данном случае базовые понятия графит и графен, формируются на основе интеграции биографического метода и эмпирического метода научного познания
На основе применения метода научного познания, происходит так же формирование таких базовых понятий как атом и молекула.
Теоретическая часть данного метода заключается в изучении фрагмента поэмы [8] Лукреция «О природе вещей», которая свидетельствует о наличии мелких частиц – атомов, из которых состоят все вещи.
«…И, наконец, на морском берегу, разбивающем волны,
Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет;
Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает,
Да и не видно того, как она исчезает от зноя.
Значит, дробится вода на такие мельчайшие части,
Что недоступны они совершенно для нашего глаза…»
Тит Лукреций
Эмпирическая часть научного метода познания направлена на формулировку гипотезы о существовании мелких частиц из которых состоит все, что нас окружает; организация и проведение эксперимента (например: в блюдце налить немного воды и поставить на окно); наблюдение: через некоторое время вода из блюдца испарится; интерпретация проведенного эксперимента и подтверждение (опровержение) поставленной гипотезы (в данном случае гипотеза подтвердилась - свидетельством атомно-молекулярного строения воды явилось ее испарение с поверхности блюдца). Т. о. подтвердилось предположение о том что, существуют мелкие частицы, которые составляют основу окружающих нас предметов.
Форма контроля усвоения базовых понятий в процессе образовательного путешествия осуществляется посредством выполнения заданий соответствующих следующим критериям: ответы на контрольные вопросы станций, составление презентаций по предлагаемым темам, обсуждение работ участников образовательного путешествия. Грамотные ответы и работы обучающихся, с использованием соответствующей терминологии, позволяют сделать вывод о том, что понятия были усвоены.
В заключении отметим, что формирование базовых понятий из области нанотехнологий является сложной методической задачей, но как показывает многолетний опыт реализации сетевого образовательного квеста «Путеводитель НАНОведа», рассмотренные в статье методы позволяют сформировать базовые понятия из области нанотехнологий у обучающихся 9-11 лет на уровне понимания и применения их при решении образовательных задач.
