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.
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.
Ниже следует текст программы.
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://kbogdanov5.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.
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.
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, 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.
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, изд-во Бином, 2005.
- Пул Ч., Оуэнс Ф. «Нанотехнологии», М., Техносфера, 2006.
- Ратнер М., Ратнер Д. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи», Изд-во «Вильямс», 2005.
- Харрис П. «Углеродные нанотрубы и родственные структуры», М., Техносфера, 2003.
- Богданов К.Ю. «Что могут нанотехнологии?», газета «Физика» (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://kbogdanov5.narod.ru/ - «Что могут нанотехнологии?», научно- популярный сайт о нанотехнологиях .
