Ученики на Учителя.com


Элективный курс "Введение в нанотехнологию"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Школа №107»
Элективный курс на тему
"Введение в нанотехнологию"
(10-11 классы)
подготовила
учитель химии
Ануфриева Елена Николаевна
г. Ростов-на-Дону
2020
Пояснительная записка
В последнее время можно часто слышать слово “нанотехнология”, или во
множественном числе – “нанотехнологии”. Ученые говорят, что нанотехнологии
изменяют привычные свойства вещества, преображают мир и делают его лучше, и
обязательно найдут применение в очень многих областях деятельности: в
промышленности, в энергетике, в исследованиях космоса, в медицине и во многом
другом. Придуманы крохотные нанороботы, способные проникнуть в любую клетку
человеческого организма, которые смогут быстро лечить разные болезни и производить
такие операции, которые не под силу даже самому опытному хирургу. Благодаря
нанотехнологиям появятся “умные дома”. В них человеку практически не надо будет
заниматься скучными бытовыми хлопотами. На себя эти обязанности возьмут “умные
вещи” и “умная пыль”. В недалеком будущем люди станут носить одежду, которая не
только не пачкается, а даже сообщает хозяину, что, например, пора обедать или принять
душ. Нанотехнологии позволят изобрести компьютерную технику и мобильные телефоны,
которые можно будет складывать, как носовой платок, и носить в кармане. В этом
интересном мире будут жить уже наши дети.
В школьном курсе химии знакомство с основами нанохимии и нанотехнологии
возможно лишь в профильных классов (из-за достаточного количества часов) и то, только
при изучении темы “Аллотропные модификации углерода”. Эти знания являются
минимальными и эпизодическими. В то же время нанонаука, развивающаяся на стыке
химии, физики, математики, материаловедения и компьютерных технологий, очень
интересна для современных школьников. Достижения нанонауки служат основой для
развития нанотехнологий – технологических процессов производства и применения
нанообъектов. Нанотехнология становится не только основой техники и жизни XXI века,
это еще и удивительная, завораживающая область новой цивилизации. Однажды с ней
познакомившись, учащиеся неприменно, начнут искать новости нанотехнологии в
Интернете, книгах, статьях. Из пассивного потребителя науки и техники ребята могут
превратиться в человека, понимающего общие идеи их развития. Нанотехнология
постепенно меняет наш мир и представления о нем. Дети XXI века будут реально
овладевать нанотехнологией и развивать ее. Поэтому в рамках обучения в школе
необходимо подготовить молодое поколение к восприятию идей и методов
нанотехнологии и, возможно, к будущей работе в этой области на благо себя и своей
страны.
Данный курс разработан для учащихся 10-11 классов непрофильного уровня.
Целью курса является знакомство учащихся с основными понятиями нанохимии
и нанотехнологии.
Для реализации этой цели необходимо добиться решения следующих задач:
1. Расширить представления учащихся о физической и химической картине мира на
примере знакомства с нанообъектами.
2. Сформулировать в доступной для школьников форме основные понятия нанонауки
и нанотехнологии.
3. Способствовать приобретению знаний о свойствах наноматериалов.
4. Ознакомить учащихся с основными методами синтеза и исследования наночастиц.
5. Способствовать реализации межпредметных связей.
6. Формировать навыки работы с прибором NanoEducator.
7. Рассмотреть различные области развития нанотехнологии.
8. Формировать умение решать расчетные задачи по нанохимии.
Курс рассчитан на 16 ч, 1 ч в неделю.
Учебно-тематическое планирование
Темы
Кол-во часов
Вид занятий
1. Нанонаука и нанохимия. Классификация
нанообъектов.
1 ч
Теоретическое
2. Методы синтеза и исследования наночастиц.
3 ч
Теоретическое (1 ч);
Практическое (2 ч).
3. Наноматериалы.
1 ч
Теоретическое
4. Углеродные наноматериалы.
2 ч
Теоретическое (1 ч);
Практическое (1 ч).
5. Нанотехнология.
2 ч
Теоретическое (1 ч);
Практическое (1 ч).
6. Наноэлектроника.
1 ч
Теоретическое
7. Нанотехнология и медицина.
1 ч
Теоретическое
8. Нанотехнология в быту.
1 ч
Теоретическое
9. Нанотехнология в военном деле.
1 ч
Теоретическое
10. Нанохимия в задачах.
1 ч
Теоретическое
11. Перспективы развития нанотехнологии.
2 ч
Теоретическое
Содержание курса
ТЕМА 1. Нанонаука и нанохимия. Классификация нанообъектов.
Нанонаука и нанохимия. Наночастицы и нанокластеры. Классификация нанообъектов:
нанокластеры, нанопленки, нанонити, нанотрубки и нанопористые материалы. Квантовые
точки.
ТЕМА 2. Методы синтеза и исследования наночастиц.
Классификация методов синтеза наночастиц. Два основных подхода к синтезу
наночастиц: “снизу вверх” и “сверху вниз”. Физическое и химическое осаждение из
газовой фазы. Прекурсоры. Разнообразие химических методов синтеза “снизу вверх”.
Методы визуализации и исследования наночастиц. Сканирующий электронный
микроскоп. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп.
Практические занятия №№1, 2: Получение первого СЗМ изображения (Цели работы: 1.
Изучение основ сканирующей зондовой микроскопии; 2. Изучение конструкции и
принципов работы прибора NanoEducator; 3. Получение первого СЗМ изображения; 4.
Получение навыков обработки экспериментальных результатов).
ТЕМА 3. Наноматериалы.
Определение понятия “наноматериалы”. Нанокристаллические наноматериалы.
Нанокомпозиты. Нанопористые материалы. Нанопленки и покрытия. Методы получения
наноматериалов.
ТЕМА 4. Углеродные наноматериалы.
Аллотропные формы углерода. Наноалмазы. Фуллерены и их производные: история
открытия, структура, свойства и методы получения. Углеродные нанотрубки: открытие,
классификация, структура и свойства. Графен. Общие свойства наноформ углерода.
Использование фуллеренов и углеродных трубок, перспективы их применения.
ТЕМА 5. Нанотехнология.
Связь нанохимии и нанотехнологии. Определение понятия “нанотехнология”.
Механические наноустройства: тепловой наномотор, наномотор, работающий на энергии
света, каталитический наномотор. “Нанопешеход” и “наноавтомобиль”. Магнитные
наноматериалы. Ферромагнитные жидкости.
Практическое занятие №3: Приготовление и изучение свойств магнитной жидкости –
коллоидного раствора магнетита Fe
3
O
4
в воде.
ТЕМА 6. Наноэлектроника.
Микро- и наноэлектроника. Молекулярный компьютер. Использование углеродных
нанотрубок в наноэлектронике. Преимущества наноэлектроники по сравнению с
микроэлектроникой. Основные проблемы на пути массового производства изделий
наноэлектроники.
ТЕМА 7. Нанотехнология и медицина.
Нано- и биотехнология. Основные области применения ненотехнологии в медицине:
биодатчики (биосенсоры), имплантаты, доставка лекарств “по адресу”, диагностика
раковых опухолей, дистанционная хирургия, разработка новых наноматериалов и
лекарств, модернизация диагностических приборов и методов. Биочипы. Нанороботы-
хирурги.
ТЕМА 8. Нанотехнология в быту.
Нанотехнология в производстве средств гигиены, парфюмерии и пищевой
промышленности. Нанопокрытия стекла, ткани, бумаги. Использование нанотехнологии в
спортивных товарах: производство рам велосипедов, клюшек для гольфа, теннисных
мячей, материала для обувных стелек и мази для лыж и др. “Умная” одежда и обувь.
ТЕМА 9. Нанотехнология в военном деле.
Проект костюма солдата будущего – “костюм скорпиона”. Применение устройств
“костюма скорпиона” в костюмах спасателя, пожарника, геолога, биолога-наблюдателя.
Разработка экзоскелета. Роботизированные ноги. Противобаллистический шлем солдата.
Камуфляж “хамелеон”. Биодатчики в костюме солдата будущего. Наносредства для
защиты от химического и биологического оружия.
ТЕМА 10. Нанохимия в задачах.
Решение простых задач, в которых рассмотрены основные принципы нанохимии.
ТЕМА 11. Перспективы развития нанотехнологии.
Этапы, сопровождающие развитие новой технологии. Проблемы, связанные с развитием
нанотехнологии: социальные, политические и экономические, кадровые, экологические.
Темы исследовательских работ и рефератов:
1. Прогнозы достижений нанотехнологии в ближайшие годы.
2. Развитие нанотехнологии в России.
3. Нанотехнологии и сельское хозяйство.
4. Нанотехнологии в экологии.
5. Нанотехнологии в космосе и авиации.
6. Биороботы.
7. Фантастика становится реальностью с помощью нанотехнологий.
8. Как изменится наша жизнь с помощью нанотехнологий в конце XXIвека.
9. Нанотехнологии в производстве лекарств.
10. Нанотехнологии в произодстве продуктов питания.
11. “Умный” дом.
12. Наногород.
Методические рекомендации.
При проведении занятий можно использовать в различном сочетании все традиционные
формы и методы обучения. Однако необходимо введение в преподавание творческих
заданий, содействующих повышению познавательной активности учащихся.
Использовать различные формы самостоятельной работы учащихся, в том числе работу с
дополнительной литературой, включая Интернет, подготовку рефератов и творческих
исследовательских работ и проектов. При изучении курса учащимся предоставляется
возможность выполнять практические работы, в которые они также могут внести
элементы творчества.
Контроль знаний и умений учащихся подразделяется на текущий и итоговый. Он дает
возможность учителю совершенствовать учебный процесс. Проверяя знания учащихся,
учитель оценивает их. Оценка должна быть объективной, справедливой и понятной
ученику. Оценка имеет функцию скорее поощрения, чем порицания и является средством
воспитательного воздействия. Проверка знаний учащихся осуществляется путем устного
опроса и текущих или итоговых письменных работ (познавательных заданий, тестов,
задач, кроссвордов). Проверка УУД (универсальных учебных действий) учащихся
проводится в виде работы над итоговой исследовательской работой. Итоговая отметка за
элективный курс не выставляется.
Перечень использованной литературы.
1. Еремин В.В. Материалы курса “Нанохимия и нанотехнология”: лекции 1–4. – М.:
Педагогический университет “Первое сентября”, 2009. – 92 с.
2. Еремин В.В. Материалы курса “Нанохимия и нанотехнология”: лекции 5–8. – М.:
Педагогический университет “Первое сентября”, 2009. – 96 с.
3. Еремин В.В. Нанохимия и нанотехнология. 10-11 классы. Профильное обучение:
учеб. пособие/ В.В. Еремин, А.А. Дроздов. – М.: Дрофа, 2009. – 109 с.
4. Разумовская И.В. Нанотехнология.11 класс: учеб. пособие / И.В. Разумовская. – М.:
Дрофа, 2009. – 222 с.
5. NanoEducator. Базовый прибор для научнообразовательного процесса в области
нанотехнологии. Учебное пособие.
6. Хартманн У. Очарование нанотехнологии / У. Хартманн; пер. с нем. – М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2008. – 173 с.
7. Алфимова М.М. Занимательные нанотехнологии. – М.: БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2011. – 96 с.
8. http://www.nanometer.ru
9. http://www.nanonewsnet.ru
10. http://www.rusnano.com
11. http://popnano.ru
12. http://www.nano-edu.ulsu.ru
Скачать материал

Педагогика - еще материалы к урокам: