Применение зондового микроскопа в образовательном процессе

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей научно-исследовательской работы студента является расширение профессионального кругозора, формирование способности и готовности к выполнению профессиональных обязанностей, формирование соответствующих компетенций в области научной и профессиональной деятельности, развитие практико-действенного компонента мышления.
Объектом исследования является изучение проблем внедрения нанотехнологии в учебных процессах на современном этапе.
Предмет исследования – использование зондовых микроскопов в учебном процессе.
Задачи исследования:
1. Изучить существующие варианты внедрения нанотехналогии в учебных процессах на современном этапе.
2. Провести эксперимент «Туннельный эффект. Зондовый микроскоп» и рассмотреть его внедрения в учебном процессе.
3. Разработать методическое руководство по эксперименту «Туннельный эффект. Зондовый микроскоп».












• ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

Современная подготовка специалистов, особенно инженеров, определяет новые требования к образовательному процессу. Изменения, происходящие в сферах производства, внедрение новых технологий, таких как нанотехнологии, генные, информационные технологии, приводит к необходимости повышения уровня компетентности студентов с последующим применением полученных знаний и умений при решении профессиональных задач. Это заставляет искать новые формы, подходы к проведению занятий по изучению предметов естественнонаучного и технического профиля.
Приведем несколько вариантов использования информации о нанотехнологиях в учебном процессе.
Например, в лекции при изучении энергии включают информацию о наномоторах – молекулярных устройствах, преобразующих энергию в движение, Примеры двигательных белков, действующих внутри клеток, позволяют обратить внимание студентов на то, что знания о механизмах движения касаются различных учебных предметов и, в связи с появлением новых технологий, становятся более важными и актуальными.
Существенно расширяются возможности использования примеров, связанных с применением нанотехнологий, при изучении молекулярной физики. Приводят примеры «молекулярных манипуляторов», которые действуют в микромире, благодаря действиям которых силы межмолекулярного взаимодействия и силы Ван-дер-Ваальса становятся значительными, а силы гравитационного взаимодействия оказывают меньшее влияние. Тем более, что российская школа специалистов по ван-дер-ваальсовым взаимодействиям в микро-объектах является сильнейшей в научном мире.
При изучении гидродинамики рассматривают нанофлюидику – раздел о поведении наноструктурных жидкостей, проявляющих такие нетипичные свойства, как резкое уменьшение или увеличение вязкости в нанокапиллярах, нетипичную химическую активность на границе раздела фаз жидкости и т.д.
При изучении межмолекулярных взаимодействий дают понятие о новой науке – супрамолекулярной химии, рассматривающей более сложные химические системы, чем обычные молекулы, в аспекте технологических применений.
Приведенные выше примеры – только малая часть возможностей.
Актуальность знаний в области использования нанотехнологических решений диктуется временем. Во всем мире нанотехнология выходит на первое место в XXI веке. Нанотехнологические решения системно связаны с существующими традиционными технологиями и многими научными дисциплинами. Возникла необходимисть проведения междисциплинарных исследований на основе дополняющих друг друга наук и технологий. В результате получаются новые методы и продукция.
Развитие нанотехнологии в настоящее время охватывает такие отрасли знаний как электроника, биотехника, энергетика, другие области прикладной физики, определяет конкурентную способность наукоемкой промышленности.
Изучение возможностей нанотехнологий является важной составляющей комплекса мероприятий, направленных на качественную подготовку профессиональных кадров для промышленности. Этот комплекс включает популяризацию знаний о наносистемах, наноматериалах и нанотехнологиях. Для этого необходима популяризация знаний студентов и школьников о нанотехнологиях через образовательные программы в школах и вузах.
Первое знакомство с новыми технологиями начинают уже с начальной школы. В качестве примера можно привести элективный курс для 3-4 класса средней школы , разработанный Зайцевой А.П и Моисеевой Л.В. «Загадочный мир нанотехнологий – мир будущего», г.Екатеринбург. Курс способствует формированию общих учебных умений и способов действий. Может быть использован при изучении курса «Окружающий мир».
В старшей школе существует и активно внедряется элективный курс «Нанотехнология» Разумовской И.В. для 11 класса. Курс был впервые издан издательством Дрофа в 2011 году. Курс является междисциплинарным, может использоваться на уроках биологии и химии.
В средней школе с изучением нанотехнологий результаты не такие хорошие. Малый объем часов, отведенных для изучения естествознания, не дает возможности выделить достаточно времени для изучения наномира.
В 2011 году Федеральное агентство по образованию Российской Федерации провело конкурс по разработке учебного модуля «Введение в нанотехнологии» для школьников и учителей. Победил в конкурсе Ульяновский государственный университет. Основная идея их разработки – разделение учебного материала на отдельные предметные модули, химического, биологического, физического содержания, имеющие одну дидактическую основу. Модули превращают профильный предмет в углубленный. Развивают его содержание. Удовлетворяют интерес учащихся в разных областях деятельности. Разработанные материалы были внедрены в различных школах страны. Была разработана и запущена информационная система для учителей http://www.nano-edu.ulsu.ru и сайт по соответствующей тематике http://www.nanoschool-edu.ulsu.ru.