Программа элективного курса "Нанотехнологии"
рабочая программа (10 класс)

муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

лицей № 28

г. Таганрог Ростовской области

УТВЕРЖДАЮ

директор ________________ Т.Н.Терновая

приказ по МАОУ лицею №28  от «____»____2018г.  №____

МП

ПРОГРАММА КУРСА

«Нанотехнологии»

учителя

Дзюба Татьяны Владимировны

на 2018-2019 учебный год

уровень образования  -  среднее общее

класс – 10 (углубленная группа)

количество часов – 34 (1 час в неделю)

ПАСПОРТ

программы элективного курса

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

            Существенная роль в изучении закономерностей развития природы и взаимодействия с ней человеческой цивилизации принадлежит естественным наукам.  Особенно велика эта роль в нынешний век научного и технологического прогресса. Нанотехнологии, включающие в себя самые новые достижения физики, химии и биологии, – без сомнения  в настоящее время самое инновационное направление развития науки и техники.  Согласно указу Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. N 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации» особое внимание уделяется направлениям, тесно связанным с развитием нанотехнологической отрасли. Новые технологически ориентированные отрасли промышленности требуют не только достаточно квалифицированных служащих из числа выпускников, но и грамотных потребителей современной продукции. Современные  выпускники недостаточно готовы к жизни в нанотехнологичном обществе. Ведь в образовательных стандартах, учебниках, программах по химии, физике, биологии, математике нет разделов, посвященных нанотехнологиям.  Важным аспектом образовательной и воспитательной деятельности образовательных учреждений различных уровней в РФ  является развитие творческих способностей воспитанников, приобщение их к исследовательской работе и, в конечном результате, воспитание активной творческой личности.

Таким образом, актуальность данной программы состоит в следующем:

• программа  элективного курса «Нанотехнологии» устранить информационный пробел в знаниях обучающихся, сформировать более высокий уровень естественнонаучной грамотности;
• помогает формировать у обучающихся навыки научно-исследовательской деятельности;
• проводит профориентационную  работу в приоритетном для РФ направлении.

Следует отметить, что с 2012 г. МАОУ лицей №28 является федеральной инновационной площадкой федеральной образовательной программы «Школьная Лига РОСНАНО», целью которой является продвижение в школах Российской Федерации идей, направленных на развитие современного образования, в первую очередь – естественнонаучного образования. С 2016 г. осуществляется сотрудничество с кафедрами Института Нанотехнологий, Электроники и Приборостроения Инженерно-технологической Академии Южного Федерального Университета. Таким образом, существует потребность всех участников образовательного процесса в более глубоком изучении нанотехнологий. Занятия проводятся как на базе лицея, так и на базе ИНЭП ЮФУ. Возможен «виртуальный» доступ к лабораториям ЮФУ для обучающихся, если они не могут в данный момент посетить занятия, что обеспечивает непрерывность обучения.

Обучающиеся имеют возможность выполнять исследования в следующих лабораториях НОЦ «Нанотехнологии». Лекционный материал подготавливается при консультативной поддержке профессорско-преподавательского состава кафедры нанотехнологий и микросистемной техники, кафедры Радиотехнической электроники. Такое сотрудничество способствует развитию профессионально- педагогической компетенции педагога, повышению качества образования обучающихся в области нанотехнологий, воспитанию будущих инженерных кадров нашего города.  

В данной программе реализован личностно-ориентированный и системно-деятельностный подход. Используются такие технологии как: ИКТ, интерактивные технологии, метод проектов, осуществляется дистанционное обучение: учащиеся становятся слушателями бесплатного онлайн-курс для студентов и школьников «Введение в нанотехнологии» сайта «e-nano».

Курс учитывает межпредметные связи с химией, биологией, информатикой и предполагает такие формы работы, как урок-практикум, лекция, семинар, экскурсия,  зачёт в виде защиты проектных и исследовательских работ.  Программа предполагает широкое использование ЭОР, ЦОР, например, материалов нанотехнологического сообщества «НАНОМЕТР», медиатеки  «Школьной Лиги РОСНАНО». Применяются такие формы контроля, как устный опрос  (текущий контроль) и зачет в виде защиты проекта (итоговый контроль). После изучения каждого раздела обучающиеся заполняют «Индивидуальную карту развития» с целью формирования навыков самооценки, самоконтроля и систематизирующую таблицу по изученному материалу. Реализация программы эффективна при сочетании групповых и индивидуальных форм занятий.

На занятиях  используются следующие методы обучения: объяснительный, иллюстративный, демонстрационный, поисковый, исследовательский, проектный.

В целом,  программа  может стать эффективным инструментом формирования целостной картины мира,  метапредметных УУД,  так как в основе всех нанотехнологических разработок лежат фундаментальные научные исследования в области различных дисциплин.

Отличительной особенностью программы  курса «Нанотехнологии» можно считать следующее:

• возможность дистанционного обучения, благодаря использованию материалов онлайн-курса;
• возможность виртуального присутствия обучающихся в лабораториях ИНЭП ЮФУ, благодаря применению современных информационных технологий;
• стимулирование  учебно-исследовательской   и проектной деятельности школьников через применение авторских приемов работы с обучающимися;
• преобладание творческих форм работы, благодаря ведущей роли проектной и исследовательской деятельности и обучению в сотрудничестве;
• включение элементов занимательности в сочетании с научностью, создающее положительную мотивацию к освоению материала;
• возможность выбора обучающимися направления  лабораторных занятий на базе ИНЭП ЮФУ в соответствии с их интересами и образовательными потребностями, создавая условия для построения индивидуального образовательного маршрута обучающимися;
• применение авторских приемов работы с текстами технического содержания с целью формирования навыков смыслового чтения;
• применение карт индивидуального развития обучающимися с целью формирования навыков самоконтроля, самооценки и самоорганизации старшеклассников;
• создание базы для ориентации обучающихся  в мире современных профессий;
• обеспечивает непрерывность профессионального образования «школа-ВУЗ».

ЦЕЛИ  КУРСА

• формирование  целостной естественнонаучной картины мира с учетом достижений науки и техники в области нанотехнологий;
• углубление знаний основного курса физики и  повышение интереса к его изучению;
• формирование умения коллективно решать поставленные задачи;
• формирование личностных и метапредметных УУД;
• пробуждение интереса у обучающихся к исследовательской деятельности и инженерной работе в области нанотехнологий.

ЗАДАЧИ  КУРСА

• создать условия для развития познавательного интереса, интеллектуальных и творческих способностей учащихся в процессе самостоятельного приобретения знаний с использованием различных источников информации;
• формировать общее представление о том, что такое  нанотехнологии как отрасль науки и производства, и её потенциале для решения многих проблем человечества с помощью высокоэффективных материалов, компонентов и систем;
• показать междисциплинарный характер нанотехнологии как нового направления науки;
• познакомить учащихся с основными направлениями и методами исследований в области нанотехнологий, а, также с достижениями и перспективами развития нанотехнологий;
• формировать навыки научно-исследовательской деятельности;
• развивать умение обучающихся самостоятельно работать с научными текстами, используя навыки смыслового чтения;
• воспитывать чувство ответственности за собственные действия;
• формировать навыки самодисциплины и самоконтроля в ходе проведения исследований и создания различных проектов;
• развивать умение коллективно решать поставленные задачи;
• обучить принципам работы со сканирующим зондовым микроскопом NanоEducator;
• формировать знания о фундаментальных принципах и физических эффектах, лежащих в основе применения нанотехнологий.

МЕСТО КУРСА «НАНОТЕХНОЛОГИИ» В УЧЕБНОМ ПЛАНЕ

Прикладной элективный курс «Нанотехнологии» знакомит учащихся с важнейшими путями и методами применения знаний на практике, развивает интерес к современной технике и производству в области нанотехнологий, способствует профессиональному самоопределению обучающихся.  Данный курс дополняет углубленный курс физики в 10-11 классе, способствуя формированию целостной картины мира на разных уровнях размерности физических систем, реализации инженерного образования в лицее, инновационных идей «Школьной лиги РОСНАНО» и обеспечивая непрерывность профессионального образования «школа-ВУЗ», благодаря сотрудничеству с кафедрами Института Нанотехнологий, Электроники и Приборостроения Инженерно-технологической Академии Южного Федерального Университета.

Метапредметность курса позволяет с единых позиций рассматривать различные процессы и явления, опираясь на знания физики, химии, биологии, математики, информатики,  что способствует формированию общего научного мировоззрения. Курс будет полезен для учащихся всех профилей обучения. Для гуманитарного направления можно усилить описательную составляющую курса, для биолого-химических классов сделать дополнительные акценты на химическом и биологическом аспектах курсах.

Данный курс реализуется за счет часов части учебного плана МАОУ лицея №28, формируемой участниками образовательных отношений. Программа рассчитана на 34 часа  – 1 час в неделю. Фактически (с учетом годового календарного графика на 2017-2018 учебный год и расписания занятий) -  на 33 часа в год.

Контроль реализации программы осуществляется в форме устного опроса (текущий контроль) и защиты обучающимися проектных и исследовательских работ (итоговый контроль).

ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ КУРСА

«НАНОТЕХНОЛОГИИ»

В результате реализации данной программы обучающийся должен 

знать/понимать:

• физические основы нанотехнологий: масштабы наномира, основные представления квантовой механики, основные типы наноструктур;
• методы получения и исследования наноструктур;
• уникальные свойства наноструктур;
• применение наноразмерных систем в электронике;
• роль нанотехнологий в биологии, химии, технологии, медицине  и других науках;
• необходимость исследований, проводимых учёными в области нанотехнологий;
• ближайшие перспективы нанотехнологий и их роль в нашей жизни.

уметь:

• организовывать поиск, анализ, отбор, преобразование, систематизацию, оценку  и передачу  необходимой информации, используя различные источники;
• использовать навыки смыслового чтения для работы с научными текстами;
• владеть принципами работы со  сканирующим зондовым микроскопом NanоEducator;
• решать учебные и самообразовательные проблемы;
• оформлять, представлять  и защищать результаты своих исследований;
• сотрудничать и работать в команде;
• применять знания, полученные в ходе изучения курса, на уроках физики, химии и биологии, информатики и др. для объяснения происходящих вокруг процессов и явлений на уровне наномира.

Важно, что при организации учебного процесса учитель может варьировать виды и формы занятий, придерживаясь содержания, объёма и порядка изучения материала.

СОДЕРЖАНИЕ  КУРСА  «НАНОТЕХНОЛОГИИ».

1. Введение (1 час).  

1. История значимых событий в развитии нанотехнологий.
2. Положение нанообъектов на шкале размеров.
3. Ричард Фейнман – пророк нанотехнологической революции.

2. Нанотехнологии вокруг нас (4 часа).

1. Нанокомпьютеры и нанороботы.
2. Космический лифт.
3. Нанопорошки и нанопокрытия. Литография. Рисунки в нанотехнологиях.
4. Междисциплинарные аспекты нанотехнологий.

3. Наночастицы и наноструктуры (4 часа).

1. Классификация наноструктур.
2. Наночастицы и нанокластеры.
3. Роль поверхностных атомов.
4. Магические числа.
5. Углеродные наноструктуры.Углеродные нанотрубки-материал будущего.
6. Нанокомпозиты, нанопористые и нанофазные материалы.

4. Методы получения и исследования наноструктур (6 часов).

1. Общие характеристики физических методов.
2. Пути создания нанообъектов: технологии «сверху - вниз» и  «снизу-вверх».
3. Самоорганизация и самосборка в нанотехнологиях.
4. Электронная микроскопия.
5. Прозондируем наномир. Сканирующая туннельная микроскопия.
6. Атомно-силовая микроскопия.

5. Квантовая физика и наноструктуры (5 часов).

1. Электромагнитные волны.
2. Квантовые свойства излучения фотоны.
3. Гипотеза де Бройля.
4. Соотношения неопределённостей.
5. Квантовые представления об атоме.
6. Кристаллы и энергетические зоны.
7. Потенциальные яма и барьер.
8. Туннельный эффект.
9. Квантовые ямы, точки, проволоки.

6. Уникальные свойства наноструктур (5 часов).

1. Число «ближайших соседей» в наночастице.
2. Механическая прочность нанотрубок.
3. Температура плавления наночастиц.
4. Электросопротивление наноструктур.
5. Магнетизм наноструктур.
6. Цвет наночастиц.
7. Сверхнизкие температуры и нанообъекты.

7. Наноэлектроника (3 часа).

1. Наноэлектроника и тенденции ее развития.
2. Одноэлектронное туннелирование.
3. Резонансное туннелирование.
4. Спинтроника.
5. Сверхпроводниковая электроника.
6. Нанокомпьютеры и квантовые компьютеры.
7. Нанотехнологии в оптоэлектронике.

8. Нанобиотехнологии (4 часа).

5. Нанотехнологии в природе.
6.  Гекконы, мидии и суперклей.
7.  Биокомпьютеры.
8.  Нанобиореакторы.
9. Нанокапсулы. 
10. Проблема безопасности наноматериалов и нанотехнологий.

9. Ближайшие перспективы нанотехнологий (1 час).

10. Защита  проектов (1 час).

КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ОСНОВНЫХ ВИДОВ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

                                      Учебно-методическое обеспечение программы

1. АлфимоваМ. М. Занимательные нанотехнологии/ М. М. Алфимова.–М.: БИНОМ, 2011.
2. Белая книга по нанотехнологиям / под ред. В. И. Аржанцева идр. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008.
3. Богданов К. Ю. Что могут нанотехнологии / К. Ю. Богданов. – М.,Просвещение, 2009.
4. Зубков Ю.Н., Кадочкин А.С., Козлов Д.В., Нагорнов Ю.С, Новиков С.Г., Светухин В.В., Семенцов Д.И.Введение в нанотехнологии. Модуль «Физика». Учебное пособие для учащихся 10–11 классов средних общеобразовательных учреждений. – СПб: Образовательный центр «Участие», Образовательные проекты, 2012. (Серия «Наношкола»).
5. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большое в малом / Мария Рыбалкина. – Nanonews.net.ru, 2005.
6. Сыч В.Ф., Дрождина Е.П., Санжапова А.Ф. Введение в нанобиологию и нанобиотехнологии. – Учебноее пособие для учащихся 10-11 классов средних общеобразовательных учреждений. – СПб: Образовательный центр «Участие», Образовательные проекты, 2012 (Серия «Наношкола»).

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение образовательного процесса

Перечень №1

Литература для учителя

1. Богданов К.Ю. Что могут нано-технологии. – М: Просвещение, 2009.
2. Дрекслер Э. Машины созидания: грядущая эра нанотехнологий.
3. Зубков Ю.Н., Кадочкин А.С., Козлов Д.В., Нагорнов Ю.С, Новиков С.Г., Светухин В.В., Семенцов Д.И. Введение в нанотехнологии. Модуль «Физика». Учебное пособие для учащихся 10–11 классов средних общеобразовательных учреждений. – СПб: Образовательный центр «Участие», Образовательные проекты, 2012. – 160 с. (Серия «Наношкола»).

Перечень №2

Электронные издания, образовательные ИКТ-ресурсы

1. http://schoolnano.ru/node/4655
2. http://www.nanometer.ru/
3. http://edunano.ru/view_doc.html?mode=home
4. www.strf.ru
5. www.portalnano.ru
6. www.scincephoto.com
7. www.ntmdt.ru
8. www.microscop.ru

Перечень №3

Технические средства обучения

1. Рабочее место учителя: компьютер, экран, Internet.
2. Рабочее место ученика: компьютер, колонки, наушники, Internet.
3. Оптические  и электронные микроскопы.
4. Сканирующий зондовый микроскоп NanоEducator.