УДК 371.3:54

СИСТЕМА ИЗУЧЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ НА УРОКАХ ХИМИИ

Бекжанова Г.К.

АОО «Назарбаев интеллектуальные школы» Филиал «Назарбаев интеллектуальная школа» физико-математического направления г.Семей.  г.Семей, Республика Казахстан

This article contains material on the application of nanotechnology in schools,natural-mathematical sciences in improving the quality of students' knowledge in this field.

Данная статья содержит материал по применению нанотехнологий в школах естественно-математического направления в качестве совершенствования знаний учащихся в данной сфере.

В последнее время мы все чаще встречаем слова, начинающиеся с приставки нано-, означающей в переводе с латинского языка «карлик». Эта величина настолько мала, а именно одна миллиардная часть (10^-9). Задачи нанонауки сводятся к исследованию механических, электрических, магнитных, оптичексих и химических свойств нанообъектов – веществ и материалов. Нанохимия как одна из составляющих нанонауки занимается разработкой методов синтеза и изучением химических свойств нанообъектов. Нанотехнологии имеют мало общего с теми примерами химических производств, которые рассматриваются в школьном курсе химии. Это не удивительно – ведь нанотехнологам приходится манипулировать с объектами величиной в 1-100 нм, имеющими размер отдельных крупных молекул.

Наночастицы это объекты, физические свойства вещества, например окраска, тепло- и электропроводность, температура плавления которых зависят от размера частиц. Например, температура плавления наночастиц золота размером 5 нм оказывается на 250 ⁰С ниже, чем у обычного золота. По мере увеличения размера наночастиц температуры будут возрастать.

В школьном курсе возможно введение факультативов, элективных курсов, кружков в классах естественно-математического направления по проведению занятий по нанотехнологиям. Если нет такой возможности, то возможно введение элементов нанотехнологий на уроках химии. Такие уроки должны включать в себя решение логических задач, мысленных экспериментов. Важную роль в процессе обучения занимают видеоматериалы, демонстрационные видеоопыты, возможны и реальные опыты, показывающие различные свойства и методы получения объектов наномира, обязательно нужна организация самостоятельной работы школьников по написанию, эссе, рефератов и других видов работ. Конечно со стороны учителя требуется тщательная подготовка к такого вида урокам, так как учащиеся буквально «заваливают» вопросами. Хочется отметить большой интерес и активную работу учащихся на уроках такого типа.

Уже на первых уроках учитель должен ознакомить учащихся с общими принципами нанохимии и нанотехнологии, методами, инструментами изучения наномира, способами получения наночастиц.

В методическом плане необходимо направлять учащихся на список литературы, ресурсы-интернет, научные статьи. Список литературы не так уж велик. Нами планируется выпуск школьного лабораторно-практического практикума по нанотехнологиям с доступными реактивами и оборудованием.

Курс внедрения нанотехнологий должен строится в логической последовательности с курсом химии, тем самым дополняя и расширяя представления учащихся о веществах, явлениях, которые изучаются на уроках химии.

Необходимо продемонстрировать учащимся значение нанотехнологий в будущем.

Далее необходимо учащимся рассказать о конкретных, известных наноматериалах и сконцентрировать внимание на тех, которые имеют наибольшее значение. Учащиеся профильных классов хорошо воспринимают материал, так как они опираются на знания курса, физики, неорганической химии, строения веществ и отдельных элементов. Большинство учащихся знакомы с модификацией углерода – фуллеренами, который является нанообъектом, о нанотрубках и графене, нанолазерах.

Примеры самоорганизации можно продемонстрировать школьникам и в химических системах. Хорошо известны «химические часы» Ландольта и колебательные реакции, открытые Белоусовым и Жаботинским. В реакции Бриггса-Раушера, протекающей между иодатом калия, малоновой кислотой и сульфатом марганца(II) в сернокислотной среде окраска раствора периодически меняется от бесцветной до желтой (вызванной комплексом марганца(III)) и синей (за счет комплекса иода с крахмалом).

Систематизацию материала можно проводить путем фронтального опроса учащихся по какому-либо плану. Например: Что означает приставка «нано»?

Почему именно нанохимия выделена в особую область знаний (нет, например, миллихимии и микрохимии)? Какие подходы к получению наночастиц вы знаете и в каких методах они реализуются? Какие виды нанообъектов вы знаете? Приведите примеры. Появились ли материалы, содержащие нанообъекты, лишь в последнее десятилетие или они были получены эмпирически несколько тысячелетий назад? Что явилось предпосылкой возникновения и развития нанонауки?

Обязательно проведение лабораторных работ: Получение смеси фуллеренов из сажи. Методы получения наночастиц металлов. Получение смешанного оксида никеля (II) хрома(III). Приготовление и свойства магнитной жидкости – коллоидного раствора магнетита в воде.

В завершении курса можно провести ученическую научную конференцию, где каждый учащийся заранее получает тему для доклада, сообщение или презентацию, но оно должно быть кратким, емким, хорошо структурированным и иллюстрированным. Например, нановолокна, принцип действия молекулярного мотора, наноавтомобиль, нановесы, наноклей, нанотермометр, Казахстанские ученые-нанотехнологи, обучение нанотехнологиям в Казахстане? Гибридные наноматериалы, неуглеродные нанотрубки.