Нанотехнологии в школьном образовании

В современном мире знания в сфере нанотехнологий как никогда актуальны. Область нанотехнологий в настоящее время является одной из самых значительных областей знаний. Она располагается на переднем крае физики, химии, биологии, технических наук и является ключевой для технологий XXI века. Именно поэтому, действительно важно знакомить школьников с данным направлением современной науки.

Знания для школьников в области нанотехнологий обозначаются темпами научно-технического прогресса и возрастающим значением науки в современном мире. Обучение основам нанотехнологий в школе служит целям образования и воспитания личности: вооружать учащихся знаниями и умениями, необходимыми для их развития, подготовки к работе и продолжению образования.

Изучение нанотехнологий в рамках школьного образования предполагает написание учебников и учебных пособий, программ обучения, создание элективных курсов. На сегодняшний момент существуют учебники и учебные пособия, которые изображают разнообразие идей нанотехнологий и различные научно-технические особенности отдельных их областей, от электроники до молекулярной медицины

Для исследования осведомленности школьников о сфере нанотехнологий, мы провели опрос учащихся 5-11 классов МОУ СОШ № 15 города Челябинска. Школьникам задавали вопрос «Знаете ли вы что такое нанотехнологии?». Вот что показал опрос: из всех опрошенных точно знают что такое нанотехнологии - 0 %, что такое нано 53 человека (32%) и ничего не знают о наноиндустрии 112 обучающихся (68%).

Рисунок 1 Опрос об осведомленности учащихся в области нанотехнологий

Проведенный опрос показывает, что современные школьники недостаточно осведомлены о сфере нанотехнологий. Для того, чтобы знакомить учащихся с современной наукой, необходимо в обучении делать акцент на естественнонаучное образование, но с учетом настоящего и будущего социокультурного контекста разработок и использования высоких технологий. Учащиеся должны иметь возможность выбора собственных образовательных маршрутов, а также проектов, связанных с изучением перспективных научных исследований и их экономического потенциала. В обучении нужно ориентироваться на изучение истории естествознания и роли личной, общественной инициативы, меценатства в развитии отечественной науки и производства.

Но такая ситуация наблюдается не во всех школах. В настоящее время в некоторых образовательных учреждениях РФ (МБУ гимназия № 77 города Тольятти, МБОУ Одинцовская СОШ № 16, МОУ лицей № 10 города Белгорода) педагоги активно продвигают тему нанотехнологий: проходят элективные курсы, уроки-игры, уроки-практикумы, викторины, школьные недели, в которых учащихся знакомят с нанотехнологиями.

Ориентированы они на школьников с 1 класса обучения в школе.

Ученики начальной школы, несмотря на свой юный возраст, активно принимают участие в школьных мероприятиях, посвященным высоким технологиям. Цель уроков: в простой, доступной форме объяснить, что такое нанотехнологии и показать их значение в современном мире. Детям в младшем школьном возрасте порой трудно понять объяснение сложных явлений и процессов, поэтому в основном используются познавательные мультфильмы, которые не только усиливают интерес школьников к определенным темам, но и делают процесс обучения познавательным и запоминающимся. Например, это мультфильмы из серии «Почемучка» («Источники энергии», «Что такое радуга?», «Три состояния вещества»), в которых дети находят объяснения удивительным явлениям из окружающей их жизни, с помощью родителей и педагогов разрабатывают задания о необычных природных явлениях и представляют их своим одноклассникам, проверив их знания.

Также педагоги разрабатывают викторины, в которых ребята становятся настоящими исследователями. Как никогда актуальна демонстрация моделей из конструктора Lego, в которой школьники представляют свои любимые игрушки.

Очень популярна робототехника в данной возрастной категории, поэтому часто проводятся конкурсы, в которых ребята демонстрируют сделанные своими руками модели. Школьники данной возрастной категории делают образцы моделей, конечно, достаточно простые, собранные с помощью конструктора Lego, приводят их в движение при помощи электромоторов и рассказывают о том, как программировать робота при помощи компьютера.

 Уроки-практикумы для младших школьников с элементами исследования предполагают демонстрацию опытов. Цель их проведения заключается в развитии исследовательских навыков и логического мышления.

Таким образом, для учащихся младшей школы с целью ознакомления с нанотехнологиями могут быть использованы следующие мероприятия:

1.  урок-игра («Что такое нанотехнологии?»);

2.  урок-практикум («Удивительный нано мир», «Секреты обычных вещей»);

3.  викторина («Нано-мир»);

4.  работа в школьной лаборатории («Познай природу», «Моделирование из бумаги»);

5.  демонстрация моделей собранных из конструктора Lego;

6.  выставка моделей роботов;

7.  демонстрации («Мои первые исследования», демонстрация рабочей тетради проектировщика).

Особенностью мероприятий для школьников средней и старшей возрастных групп является то, что организаторами многих из них могут быть не только педагоги, но и школьники. Ребята получают возможность проявить свои интеллектуальные и творческие способности, представить результаты своих проектных и исследовательских работ, развивать коммуникативную компетентность.

Для 5–7 классов педагоги проводят школьные научно-практические конференции на которых ученики представляют результаты своих проектных исследовательских работ. Темы исследований самые разнообразные. Присутствующие на конференциях школьники знакомятся с результатами работы юных исследователей, получают ответы на интересующие их вопросы, обмениваются мнениями. А ребята, представляющие свои работы, выбирают направления для новых исследовательских работ.

Ученики старших классов проводят для школьников мини-лекции и мастер-классы по нанотехнологиям («Удивительный мир нано»). Ребята рассказывают об основных понятиях нанотехнологий, использовании их в разных сферах деятельности человека. Представляют характеристики и свойства некоторых наноматериалов, направления современных научных исследований в этой области. Демонстрируют опыты, показывающие свойства наночастиц и их возможное применение.

Также, старшеклассники создают новые материалы, опираясь на свои знания в области нанотехнологий. Например, ученик 10 класса МБУ гимназии № 77 города Тольятти, Демидов Матвей в домашних условиях создал гидрофобное покрытие и ферромагнитную жидкость. Ребята проводят мастер-классы для младших товарищей.

В ходе лабораторий-практикумов ученики не только самостоятельно проводят физические эксперименты, но и, работая в группах, ищут ответы на интересные вопросы.

Педагоги имеют положительное мнение о проектной и исследовательской деятельности в области нанотехнологий. Они разрабатывают очень эффективные методики проведения урока. Авторы четко планируют, разрабатывают дидактические материалы, подбирают видеофильмы. Уроки продумываются до мелочей и подробно изложены, целесообразны – все этапы урока работают на достижение его основных задач. Ребята постигают логику научного эксперимента и исследования. Они видят и обсуждают процесс реального научного исследования, начиная с выдвижения гипотез, их подтверждения или опровержения экспериментальным путём и разработки новых материалов и механизмов на основе полученных результатов.

Также в практике используется очень интересная форма уроков-игр, в которых старшеклассники встречаются с дошкольниками. Конечно, для столь юного возраста, используются подводящие к нанотехнологиям темы, например рассказы о явлениях природы. Цель таких мероприятий: расширить представления детей о явлениях природы, развивать мышление, интерес к познанию и исследовательской деятельности. Ученики демонстрируют малышам интересные опыты, загадывают загадки, отвечают на их вопросы.

Таким образом, для ознакомления и закрепления знаний учеников средних и старших классов в области нанотехнологий используются следующие формы:

1.  научно-практическая конференция;

2.  урок-погружение («Липкий геккон», «Фруктовая батарейка»);

3.  лаборатория-практикум («Экспериментальная физика»);

4.  олимпиады;

5.  мини-лекции от преподавателей университетов;

6.  мастер-классы («Удивительный мир нано», «Рисование светом»);

7.  внутришкольные соревнования по робототехнике;

8.  уроки-игры («Все о снеге и его «родственниках»);

9.  экскурсии в музеи, университеты, предприятия;

10. участие в различных конкурсах (конкурс Школьной Лиги РОСНАНО).

Таким образом, подготовка будущих специалистов в области нанотехнологий должна начинаться с раннего детства и стать актуальной задачей образования в РФ, так как нанотехнологии представляют собой ключевое направление в развитии технологий XXI века.