Вторник, 17.07.2018, 18:28
Приветствую Вас Гость

Нанотехнологии в образовании

Меню сайта
Мини-чат
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 43
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

 

 

 

 

 

Введение представлений о нанотехнологиях в курс средней общеобразовательной школы

 

Актуальность знаний в области нанотехнологий, в том числе и для школьников, диктуется временем. Нанотехнология как новая область знания в последние годы стала одной из наиболее важных и захватывающих областей знаний, находящихся на переднем крае физики, химии, биологии, технических наук. Сфера нанотехнологий считается во всем мире ключевой для технологий XXI века.  Нанотехнологии  системно связаны с множеством научных дисциплин и уже существующих технологий, и эта специфика отражается как на процессе обучения, так и на изучении структур и явлений на неметрическом уровне[5 ] .

 

Данное  направление является важнейшей составляющей целого комплекса мероприятий по повышению качества профессиональной подготовки кадров для наноиндустрии, а также для популяризации знаний в области наносистем, наноматериалов и  нанотехнологий , для поиска и поддержки, профориентации и мотивации талантливой молодежи в образовательной системе Российской Федерации. Необходимым условием развития процесса популяризации знаний является ознакомление школьников с  нанотехнологиями  через образовательные программы  в   школах  и вузах.

 

Нанотехнологии  в последние годы стали очень популярны в академических кругах, а также в высших учебных заведениях, что можно объяснить неожиданно возникшей острой потребностью в квалифицированных кадрах. Наряду со специально созданными и дополнительными учебными курсами, успешно создаются новые учебники и программы обучения для школьников. Большинство новых учебных пособий отображает разнообразие идей  нанотехнологий  и различные научно-технические особенности отдельных их областей, от электроники до молекулярной медицины. Однако для фундаментального понимания новой науки гораздо важнее знание междисциплинарных основ, объединяющих область исследований  нанотехнологий , независимо от конкретного применения. В мировой науке наблюдается  новое и очень интересное явление -- проведение междисциплинарных исследований на основе срастающихся и взаимно дополняющих друг друга наук и технологий, в результате чего неожиданно появляются новые продукты и методы. Организация современного учебно-воспитательного процесса должна быть такой, чтобы всегда побуждать ребенка к активному проявлению своих сил и возможностей, ставить его в позицию активного деятеля.

 

Целью пропедевтики знаний о нанотехнологиях является их популяризация среди школьников как мотивация заинтересованности в развитии  нанотехнологий  в России, а также ранняя ориентация детей на последующее профессиональное обучение в этой отрасли. Очень важно, чтобы занятия способствовали развитию познавательной активности и положительной мотивации учащихся. Поэтому необходимы большее количество творческих заданий, организация поисковой и частично-исследовательской деятельности, внедрение нестандартных форм проведения учебных занятий[5].

 

Ознакомление с достижениями новых технологий необходимо осуществлять уже в начальной  школе  в доступных ученикам формах через занимательные рассказы, игры, а также через общедоступную трудовую деятельность.

 

Как пример внедрения нанотехнологическиз знаний для младших школьников, можно привести курс «Загадочный мир  нанотехнологий  -- мир будущего». Он был разработан О. П. Зайцеваой  и  Л. В. Моисеевой ( г. Екатеринбург) и  предлагается к использованию как элективный курс для 3-4 классов начальной  школы . Курс может быть использован также при изучении интегрированного курса Окружающий мир, включая отдельные темы для расширения и углубления знаний, умений и навыков, а также как содержание внеклассной работы по предмету в системе дополнительного образования . Данный курс позволяет продемонстрировать ряд идей, способствующих активизации, структурированию и развитию мыслительной деятельности учащихся. Эти методологические идеи обладают возможностью переноса из одной области знания в другую, что позволяет сделать вывод об их общем характере, способствует формированию общих учебных умений и способов действий.[17]

 

В отечественном образовании традиционно сложилась предметная схема обучения, которая за десятилетия доказала свою эффективность. Однако бурное развитие межпредметных дисциплин, особенно заметное в последние годы, стало создавать противоречия внутри традиционной предметной схемы. Ее удается преодолеть лишь в непрофильных классах, где весь естественнонаучный цикл представлен единым блоком «Естествознание». При планировании такого блока необходимо выделить нанонауку и нанотехнологии в отдельный раздел, демонстрирующий горизонтальные связи между различными разделами курса. Однако малый объем часов, отводимых на преподавание естествознания крайне ограничивает знакомство школьников с наномиром. В то же время в классах естественнонаучного профиля нанонауке, как и другим дисциплинам, находящимся на стыке традиционных наук, вообще пока не нашлось своего отдельного места. В связи с этим межпредметные дисциплины приходится преподавать в форме элективных курсов (примером служит изданный в 2010 году элективный курс «Биологическая химия» Я.С. Шапиро, М., Вентана-Граф).

 

В старшей школе довольно активно в настоящее время внедряются элективные курс И.В. Разумовской «Нанотехнология» - 11 класс. М.: Дрофа, 2009 г. -  Пособие предназначенное для учащихся 11 классов, написано в соответствии с авторской программой элективного курса И. В. Разумовской «Нанотехнология».

 

 В пособии дается систематизации положений нанотехнологии. Каждая глава пособия заканчивается списком используемой литературы, вопросами для самопроверки и заданиями.  В пособии приведен словарь основных понятий. Поскольку нанотехнология является междисциплинарной наукой, материал отдельных глав может быть использован на уроках химии и биологии.

 

Ещё одним примером созданных элективных курсов является курс В.В. Еремина и  А.А. Дроздова: «Нанохимия и нанотехнология» (В.В. Еремин, А.А. Дроздов, Нанохимия и нанотехнологии, элективный курс для учащихся 10 – 11 классов, М., Дрофа, 2009). Преподавание данного курса в классах естественно-научного профиля необходимо согласовывать с программами базовых курсов химии, физики, биологии, программирования.

 

Урок по такому курсу помимо традиционного опроса и беседы учителя должен включать в себя и решение задач. Важную роль в процессе обучения занимают видеоматериалы, демонстрации (видео- или реальные) опытов, иллюстрирующих различные свойства и методы получения объектов наномира, а также самостоятельная работа школьников по написанию реферата.

 

Методические аспекты преподавания нанохимии и нанотехнологий в школе еще недостаточно отражены в специальной литературе. Этому вопросу посвящена лишь книга «Проблемы современной нанотехнологии», представляющая собой сборник учебных программ и научно-популярных статей. В то же время для организации элективного курса учителю помимо программы требуется составить поурочное планирование, связав его с программой и с учебными пособиями, которые доступны учащимся.

 

В 2011 г.  Федеральное агентство по образованию Российской Федерации провело конкурс на разработку концепции и программы учебного модуля "Введение в нанотехнологии" для старшеклассников и учителей. Победителем стал Ульяновский государственный университет (УлГУ). Основные исполнители работы – сотрудники регионального Центра нанотехнологий и материалов при УлГУ.

 

В рамках подготовки курса были выполнены следующие работы:


Разработана концепция преподавания современных знаний по нанотехнологической тематике в учреждениях основного и среднего общего образования. На всех этапах проекта к обсуждению и доработке материалов привлекались эксперты ведущих научных и образовательных организаций, ученые, преподаватели высших учебных заведений, методисты институтов повышения квалификации, учителя более чем из 20 регионов России и стран СНГ.

 

Основная идея представленного материала – естественное разделение содержания учебного материала на элементы преимущественно физического, химического и биологического содержания. Такие предметные модули, рассматривающие нанотехнологии с позиции школьных курсов естественных наук, имеют единую дидактическую основу и выполняют три функции:

 

  • надстройки профильного учебного предмета (физики, химии, биологии), превращающей его в полной мере в углубленный;
  • развития содержания одного из базовых учебных предметов, изучение которого осуществляется на минимальном общеобразовательном уровне;
  • удовлетворения познавательных интересов учащихся в различных областях науки и человеческой деятельности[25].

 

Разработаны программы учебных модулей "Введение в нанотехнологии" по физике, химии, биологии для 10–11 классов, которые соответствуют концепции и вместе с элементами тематического планирования содержат методологию современного преподавания знаний по инновационной нанотехнологической тематике в учреждениях основного и среднего общего образования.

 

Каждая программа рассчитана на 32 академических часа. Входящие в нее модули имеют организованную блочную структуру с обязательным набором блоков (общей длительностью 16 ч) и блоков по выбору (вариативная часть).

 

Вариативная часть предлагает как минимум четыре альтернативных блока, длительностью не более 4 учебных часов каждый. Вариативная часть может быть расширена за счет добавления любого числа авторских блоков по тематике нанотехнологий.

 

 Такой подход предполагает формирование различных учебных программ для различных типов классов (от общеобразовательных до классов с углубленным изучением того или иного предмета).

 

 Содержательная часть учебных модулей "Введение в нанотехнологии" по физике, химии, биологии разработана в виде элективных курсов и представлена тремя учебными пособиями. Материалы в пособиях изложены в едином стиле в соответствии с традиционным форматом школьных учебников: текст (предисловие, главы, параграфы), который должен быть понятен ученику; вопросы после параграфа для проверки усвоения материала; задания, задачи, темы рефератов, примерные планы или рекомендации по выполнению реферативной работы.

 

 Разработана программа курсов повышения квалификации учителей по учебным модулям "Введение в нанотехнологии", структура которой сформирована из инвариантных и вариативных блоков. Ядро программы составили вопросы, связанные с объектами нанотехнологии, материалами на их основе, методами исследования. В содержательное ядро программы вошел также методический блок, в котором обсуждаются общие методические подходы и ведущие методологические идеи, которые могут быть реализованы в элективном курсе. Вариативные блоки характеризуются спецификой образовательных дисциплин физики, химии, биологии и предполагают рассмотрение методов и проблем нанотехнологий с позиций различных методологий и понятийного аппарата.

 

Разработанные материалы уже внедряются в учебные программы ряда школ Ульяновска. В частности, проведен эксперимент в трех средних общеобразовательных школах города. Результаты последующей проверки знаний показали хорошее понимание и живой интерес учащихся к проблеме.

 

 Участниками проекта разработана и запущена информационная система, обеспечивающая отбор и учет научных знаний, связанных с нанотехнологиями, их экспертную оценку и методическую обработку. Для реализации данной задачи были использованы и интегрированы технология Wiki на базе программного комплекса MediaWiki и система управления контентов на основе программного комплекса PHP Fusion.

 

 В режиме реального времени осуществляется поддержка информационной системы, обеспечивающей первичный мониторинг информационного пространства, обработку, целевое перенаправление и хранение информации, а также координацию обсуждения, апробации и доработки учебно-методических материалов. Созданные для этого Интернет-сайты проекта установлены на круглосуточно функционирующем сервере УлГУ. Сопровождением и настройкой системы занимаются два администратора, обеспечивающие качественное функционирование всех сервисов и программного комплекса в целом. Обработка информации с сайтов из тематического каталога производится как администраторами сайтов, так и зарегистрированными пользователями, которые обладают необходимыми для этого средствами. Следует заметить, что раскрутка сайтов также является мощным инструментов распространения информации в сети.


Разработаны и запущены:

 

  •  информационная web-система для учителей (http://www.nano-edu.ulsu.ru/) с целью предоставления материалов к ознакомлению и обсуждения составляющих модулей и учебно-методических пособий;
  •  интерактивный сайт по нанотехнологической тематике с соответствующими новостными лентами (http://www.nanoschool-edu.ulsu.ru/).

 

 Первый – официальный сайт проекта http://nano-edu.ulsu.ru/ предназначен для представления, экспертной оценки и обсуждения учебно-методического сопровождения преподаваемых материалов курса.

 

 Второй – "Нанотехнологии в школе" http://nanoschool-edu.ulsu.ru/ имеет целью организовать "открытую среду" по обсуждению концепций, методик преподавания, доступности и перспектив внедрения такого сложного курса в 10–11 классах общеобразовательной школы.

 

 Кроме того, сайты представляют собой педагогические инструменты для проектирования и преподавания учебного курса "Введение в нанотехнологии" с использованием элементов дистанционного обучения.

 

 Опубликованы на сайтах проекта программные, учебные и учебно-методические материалы по программам модулей "Введение в нанотехнологии" в сети Интернет, отвечающие следующим требованиям:

 

  •  в режиме реального времени отражать текущее состояние материалов модуля, его оценок и результатов обсуждения, апробации и доработки;

 

  •  обеспечивать широкий охват целевой аудитории.


Разработанные в рамках проекта учебные и учебно-методические материалы для 10–11 классов по учебным модулям "Введение в нанотехнологии", в первую очередь, отображаются на первом сайте проекта, так как сайт выступает инструментом внесения изменений и доработки материалов распределенным авторским коллективом.


В состав программного комплекса, на котором реализован сайт "Нанотехнологии в школе" также входит ряд средств, позволяющих осуществлять публикацию материалов, однако в отличие от сайта "Введение в нанотехнологии" часть публикуемого материала здесь проходит стадию подтверждения со стороны администратора.

 

 Разработчики курса надеются, что полученные результаты позволят внедрить в образовательный процесс мотивационный фактор профессиональной ориентации как основу формирования кадрового резерва для высокотехнологичных отраслей экономики, в том числе, использующих нанотехнологии.

 

Все это должно позволить также обеспечить непрерывность профессионального образования "школа-вуз" и сократить разрыв между учебными планами и программами подготовки специалистов по нанотехнологическим направлениям и представлениями сегодняшних выпускников общеобразовательных учреждений о специфике областей знания, необходимых для получения соответствующего высшего образования.


Введение дополнительных разделов по программам физики, химии и биологии позволит структурировать крайне противоречивые и несистематизированные представления потенциальных абитуриентов, стремящихся получить высшее образование в области нанотехнологий, и преподавателей средней школы о нанотехнологиях.


В дальнейшем материалы по курсу "Введение в нанотехнологии" могут быть внедрены в образовательных учреждениях Российской Федерации в рамках федерального компонента образовательного стандарта (элективный курс) с целью знакомства учащихся с понятием нанотехнологий в соотношении с материалами основного курса[17].

 

Подготовка будущих специалистов в области  нанотехнологий  должна начинаться с раннего детства и стать  актуальной задачей образования в процессереализации национального проекта «Наша новая  школа», поскольку  нанотехнологии представляют собой ключевое направление  в развитии технологий XXI века.

 

 

Список  литературы

 

  1. Алферов Ж.И., Копьев П.С., Сурис Р.А., Асеев А.Л., Гапонов С.В. Панов В.И., Полторацкий Э.А., Сибельдин Н.Н. Наноматериалы и нанотехнологии // Нано- и микросистемная техника: от исследований к разработке: Сб. статей ; под ред. д-ра тех. наук, проф. П.П. Мальцева. М., 2005. С. 19.
  2. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. Уч. пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 117 с.
  3. Белая книга по нанотехнологиям: Исследования в области наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов в Российской Федерации (по материалам Первого Всероссийского совещания ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий) - М.: Издательство ЛКИ, 2008 г.
  4. Бобровский С. Сколько же места там, внизу? Нанотехнологии: от отрицания до признания - за четыре года // PC Week/RE. - 2003. - № 44 - 45. - с. 52 - 55.

5)      Брылев О.А., Гудилин Е.А. Факультет наук о материалах Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова. Российские технологии, 2008, т.3, № 9-10, с.20-29.

  1. Виг Д.Н. Технология, философия и политика // Технология и политика. Дахам и Лондон, 1988 г.
  2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. М.: Машиностроение-1. 2003. 112 с.
  3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005. 416 с.
  4. Дрекслер ”Машины Созидания”. Электронный ресурс: http://www.Ladoshki.com
  5. Кобаяси. Введение в нанотехнологию. - М.: Бином. Лаборатория базовых знаний, 2005 г.
  6. Лукьянец В. ”Нанотехнологии и их роль в судьбе цивилизации” Х.Ленк. Размышления о современной технике. М.,1996 г.
  7. Мальцев П.П. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника: мировые достижения за 2005. Издательство техносфера. 2005 г.
  8. Меньшутина Н.В. Введение в нанотехнологию. Калуга: Изд. научной литературы. 2006. 132 с.
  9. Нанотехнология в ближайщем десятилетии (под ред. М. Роко, пер. с англ. под ред. Р.А. Андриевского). – М.: Мир, 2002. – 295 с.
  10. ”Нанотехнологии, прошлое и будущее”. Гриненко Е.П., Колегов А.Л. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Электронный ресурс: http://conf.bstu.ru/articles/
  11. Поленов Ю.В., Лукин М.В. Физико-химические основы нанотехнологий. Конспект лекций. Иваново: изд. ИГХТУ. 2008. 164 с.
  12. Проблемы современной нанотехнологии: учебно-методическое пособие, М., Дрофа, 2010
  13. Роко М. ”Нанотехнологиии в ближайшем десятилетии” М.: Мир, 2002 г.
  14. Роко М. Перспективы развития нанотехнологии: национальные программы, проблемы образования // Российский химический журнал (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2012, т. XLVI, № 5, с. 90-95.
  15. Третьяков. Ю. Д. Проблема развития нанотехнологий в России и за рубежом: Вестник РАН. - 2007 г. N1.
  16. Философия техники: история и современность / Монография. РАН. Ин-т философии; Подгот. В.Г. Горохов и др.; Отв. ред. В.М. Розин. - М.
  17. Фостер Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности. – М.: Техносфера, 2011. – 352 с.
  18. Хайдеггер М. Время и бытие: Статьи и выступления: Пер. с немецкого. - М.: Республика, 1993 г.

24)  Хасанов О.Л. Конкурентность образовательных программ в области нанотехнологий. Тезисы докладов 3 Всероссийской конференции по наноматериалам. Екатеринбург 20-24 апреля 2009г. Уральское издательство, 2009, с.18-19

  1. Ч. Пул-мл., Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2009. 336 с
  2. Электронный ресурс: http://filosof.historic.ru/
  3. Энгельмейер, П.К. Философия техники / П.К. Энгельмейер. М., 1910 г.
  4. Ясперс К. Смысл и назначение истории. М., 1994 г. 

 

Вход на сайт
Поиск
Календарь
«  Июль 2018  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031
Архив записей
Друзья сайта