Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №2 г. Амурска
Амурского муниципального района
Хабаровского края
Программа курса «Введение в нанохимию»
Срок реализации программы 1 год
Разработала Понкратова А.С
учитель химии МБОУ СОШ № 2 г. Амурска
Амурского муниципального района
Хабаровского края
2015 год
Пояснительная записка
Актуальность программы состоит в том, что сфера нанотехнологий считается во всем мире ключевой темой для технологий XXI века. Возможности их разностороннего применения в таких областях экономики, как производство полупроводников, медицина, сенсорная техника, экология, автомобилестроение, строительные материалы, биотехнологии, химия, авиация и космонавтика, машиностроение и текстильная промышленность, несут в себе огромный потенциал роста.
Главным результатом обучения станет не сумма переданных знаний (т.е. информации), а формирование интереса учащихся к проблеме нанотехнологий, развитие их мышления, содействие формированию представлений о фундаментальном единстве естественных наук, незавершенности познания в области естествознания, возможности его дальнейшего развития, роли нанотехнологий в реализации потребностей человечества, профессиональная ориентация наиболее заинтересованной части учащихся.
Цель программы – дать ученику возможность ознакомиться с новой отраслью знаний – нанотехнологией, в частности, нанохимией, оценить свои склонности и интересы к данной области знания, как одного из условий формирования кадрового резерва для высокотехнологичных отраслей экономики через интеграцию знаний в естественно-научной области.
Основные задачи:
Распространить знания об истории возникновения нанотехнологий, о методиках, используемых при создании нанообъектов, об уникальных свойствах наноматериалов, об их применении и перспективах развития этой отрасли науки;
Формировать представление о межпредметных связях (физики, биологии, химии и других естественных наук);
Расширить представление школьников о физической и химической картине мира на примере знакомства со свойствами нанообъектов;
Познакомить учащихся с основными методами исследования в нанохимии;
Помочь в создании собственных проектов и исследовательских работ.
Требования к уровню освоения дисциплины.
Ученик должен иметь представление:
• о фундаментальном единстве естественных наук, незавершенности естествознания и возможности его дальнейшего развития;
• о соотношениях порядка и беспорядка в природе, упорядоченности строения объектов, переходах в неупорядоченное состояние и наоборот;
• об основных нанохимических системах и нанопроцессах;
• о возможности использования основных достижений нанохимии для реализации потребностей человечества.
знать:
• основы нанотехнологии и нанохимии, основные принципы нанохимии и методы ее исследования;
• основные достижения нанохимии, уникальные свойства наноматериалов, их применение и перспективы развития этой отрасли науки;
• о роли нанохимии в решении общечеловеческих проблем (экологических, медицинских, технологических и др.).
уметь:
• выполнять творческие задания для самостоятельного получения и применения знаний, писать рефераты;
• принимать участие в дискуссиях и отстаивать свою точку зрения.
приобрести навыки:
• самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой;
• вести поиск и делать обобщающие выводы.
Место в образовательном процессе: программу курса можно использовать в рамках занятий внеурочной деятельности школьников, элективных курсов, индивидуально-групповых занятий.
В курсе предусмотрено 3 лабораторных и 7 практических работ:
1. Лабораторная работа №1 «Необычные свойства жидкостей» Получение неньютоновской жидкости. Молоко и красители.
2. Лабораторная работа №2 «Получение наночастиц». Проведение экспериментов по получению наночастиц берлинской глазури и серебра.
3. Лабораторная работа №3 «От микро к нано (полиэтилен)».
4. Практическая работа №1 «Знакомство с устройством сканирующего зондового микроскопа – наноэдьюкатором II. Получение первого изображения».
5. Практическая работа №2. «Приготовление и свойства магнитной жидкости – коллоидного раствора магнетита в воде».
6. Практическая работа №3 «Получение изображения методом литографии».
7. Практическая работа № 4 «Изучение образцов углеродных нано-трубок».
8. Практическая работа №5 «Изучение образцов высокопрочного чугуна, подвергшихся пластической деформации».
9. Практическая работа №6 «Анализ поверхностей диска до и после воздействия лазера DVD-ROM».
10. Практическая работа №7 «Исследование образцов стали в условиях агрессивной среды».
Примерные темы исследовательских и проектных работ:
1. Визуализация поверхностей компакт диска до и после воздействия лазера DVD – ROM.
2. Влияние пластической деформации на микроструктуру высокопрочного чугуна.
3. Изучение строения углеродных нанотрубок и их сферы применения.
4. Исследование влияния агрессивной среды на стальные конструкции.
5. Исследование микроструктуры поверхности стали после различных режимов термообработки.
Ресурсное обеспечение дисциплины:
Основная учебно-методическая литература (рекомендуемая как обязательная)
1. Введение в нанотехнологии. УлГУ, 2008.
2. Сергеев, Г. Б. Нанохимия / Г. Б. Сергеев. – М. : Изд-во МГУ, 2007. – 336 с.
Дополнительная литература
1. Андриевский, Р.А. Рагуля, А.В. Наноструктурные материалы. – М.: Академия, 2005.
2. Баженов, С.Л., Берлин, А.А., Кульков, А.А. Полимерные композиционные материалы. - ИД «Интеллект», 2-3 квартал, 2008.
3. Генералов, М.Б. Криохимическая нанотехнология: учеб. пособие для вузов по спец. "Машины и аппараты хим. пр-в" и "Автоматизир. пр-во хим. предприятий" - М.: Академкнига, 2006. - 325 с.
4. Губин, С.П. Химия кластеров. Основы классификации и строения. – М.: Наука, 1987. – 262 с.
5. Гусев, А.И., Ремпель, А.А. Нанокристаллические материалы. /А.И. Гусев, А.А. Ремпель – М.: Физматлит. – 2000. – 224 с.
6. Мелихов, И.В. Физико-химическая эволюция твердого вещества. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006 -309 с.
7. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К. Роко. – М.: 2002.
8. Петров, Ю.И. Кластеры и малые частицы. – М.: Наука. – 1986.
9. Помогайло, А.Д., Розенберг, А.С., Уфлянд, И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. – М.: Химия. 2000. – 627 с.
10. Пул, Ч., Оуэнс, Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2004.
11. Раков, Э.Г. Нанотрубки и фуллерены: Учебное пособие. - М.: ИД Интеллект, 2008.
12. Рамбиди, Н.Г. Полимеры – молекулы и наноструктуры. - М.: ИД Интеллект, 2-3 квартал, 2008.
13. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех – М.: Nanotechnology News Network, 2005. - 444 с.
14. Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов - М.: КомКнига, 2006. - 590 c.
15. Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов - М.: КомКнига, 2006. - 590 c.
16. Фахльман, Б. Химия новых материалов и нанотехнологии - М.: ИД Интеллект, 2-3 квартал, 2008.
17. Харрис, П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века. – М.: Техносфера, 2005.
18. Шабанова, Н.А. Химия и технология нанодисперсных оксидов: учеб. пособие для вузов / Н.А. Шабанова, В.В. Попов, П.Д. Саркисов - М.: Академкнига, 2006. - 309 с.
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Обучение дисциплине подразумевает использование стандартного лабораторного оборудования: СЗМ «NanoEducator II» и оснащенный мультимедийным оборудованием учебный класс.
Календарно-тематическое планирование индивидуально-групповых занятий «Введение в нанохимию» (всего 34 ч.- 1 час в неделю)
№ п/п Тема
Лабораторные работы.
Содержание работ.
Тема 1. Основные объекты и понятия нанотехнологии. Методы исследования и получения наночастиц ( часа)
1. Что скрывается за приставкой «нано»? Основные объекты и понятия нанотехнологии.
2. История возникновения нанохимии. Нанохимия как наука.
3. Основные объекты нанохимии, их строение и уникальные свойства.
4. Методы исследования нанообъектов. Наноустройства. Лабораторная работа №1 «Необычные свойства жидкостей» Получение неньютоновской жидкости. Молоко и красители.
5-6. Практическая работа №1 «Знакомство с устройством сканирующего зондового микроскопа – наноэдьюкатором II. Получение первого изображения». Техника безопасности, эксплуатации, устройство прибора, назначение микроскопа, обслуживание, первый запуск и сканирование.
7. Уникальные физические и химические свойства наночастиц. Лабораторная работа №2 «Получение наночастиц». Проведение экспериментов по получению наночастиц берлинской глазури и серебра.
8. Методы получения наночастиц металлов. Лабораторная работа №3 «От микро к нано (полиэтилен)».
9.
Ферромагнитные материалы и их применение.
10-11. Практическая работа №2. «Приготовление и свойства магнитной
жидкости – коллоидного раствора магнетита в воде». Изучение свойств жидкости.
Тема 2. Наноматериалы и перспективы их применения (3 часа)
12. Факторы, определяющие уникальные свойства наноматериалов. Нанопорошки, нанопористый углерод, нанокомпозиты, перспективы их применения.
13. «Умные» наноматериалы и принципы их действия. Биомиметики. перспективы их применения.
14. Литография.
15-16 Практическая работа №3 «Получение изображения методом литографии». Знакомство с методом литографии и получение первых изображений.
Тема 3. Особая роль углерода в наномире (3 часа)
17. Получение углеродных наноструктур и их химические свойства.
18. Основные представители, методы получения и химические свойства углеродных нано-структур.
19-20 Практическая работа № 4 «Изучение образцов углеродных нано-трубок».
Исследование образцов углеродных нанотрубок.
Тема 4. Медицинская и экологическая нанохимия (3 часа)
21. Роль нанохимии в ранней диагностике и лечении заболеваний. Направление развития биотехнологии.
22. Нанотехнологии в борьбе за здоровье человека. Генная инженерия. Методы введения биоматериалов в живые клетки.
23-25. Практическая работа №5 «Изучение образцов высокопрочного чугуна, подвергшихся пластической деформации». Исследование образцов чугуна, сравнение показателей до и после деформации.
26-28. Практическая работа №6 «Анализ поверхностей диска до и после воздействия лазера DVD-ROM». Исследование образцов, сравнение показателей до и после воздействия лазера.
29-31. Практическая работа №7 «Исследование образцов стали в условиях агрессивной среды». Сравнение образцов стали до и после повреждения коррозией.
Тема 5. Нанохимия в задачах.
32-33. Оформление проектных, исследовательских работ.
34. Защита проектов (работы, рефераты, мультимедийные презентации, материальные или компьютерные модели (3D) кластеров, фуллеренов, производных фуллеренов, нанотрубок, графенов и других объектов нанохимии, литературные работы в прозе и стихах ).
|
