Методика проведения лекционных занятий по разделу

" Наноматериалы и нанотехнологии" при изучении дисциплины " Материаловедение"

Введение

Подготовка лекций по дисциплине " Материаловедение" непосредственно начинается с разработки структуры рабочего лекционного курса по данной дисциплине. Руководством здесь служит рабочая программа, учитывающая специфику содержания образования в общем и среднем профессиональном образовательном учреждении. Рабочая программа динамична, и каждый преподаватель имеет возможность внести в нее свои изменения.

Особая роль наноматериалов в научно-техническом прогрессе на современном этапе и научных представлений о нанообъектах и взаимосвязанных с ними явлениях в современном машиностроении определяют целесообразность и необходимость внедрения элементов знаний о нанотехнологиях в общее и среднее профессиональное образование.

Целью работы является разработка лекций по теме " Наноматериалы и нанотехнологии" при изучении дисциплин «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов».

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

Проанализировать литературу по проблеме развития нанотехнологий и наноматериалов для гражданской авиации.

Разработать тематический план по дисциплине " Материаловедение".

Разработать фрагмент календарно-тематического плана по теме " Наноматериалы и нанотехнологии".

Разработать планы-конспекты занятий.

Провести методический анализ разработанного занятия.

1.1 Типы лекционных занятий при проведении занятий по теме " Наноматериалы и нанотехнологии"

Лекция (от лат. lectio) - систематическое, последовательное, монологическое устное изложение преподавателем (лектором) учебного материала, как правило, теоретического характера. Как одна из организационных форм обучения и один из методов обучения лекция традиционна для учреждений, где на ее основе формируются курсы по многим предметам учебного плана.

Подготовка лекции непосредственно начинается с разработки преподавателем структуры рабочего лекционного курса по конкретной дисциплине. Руководством здесь должна служить рабочая программа, учитывающая специфику содержания образования в конкретном образовательном учреждении. Рабочая программа динамична, и каждый преподаватель имеет возможность внести в нее свои изменения. Учебный план и рабочая программа служат основой разработки рабочего лекционного курса.

Структура лекционного курса обычно включает в себя вступительную, основную и заключительную части. Количество лекций в той или иной части определяется с учетом общего количества часов, отведенных для лекционной работы, и специфики структуры изучении нанотехнологий в авиаестроении.

После определения структуры лекционного курса можно приступить к подготовке той или иной конкретной лекции. Методика работы над лекцией предполагает примерно следующие этапы:

- отбор материала для лекции;

- определение объема и содержания лекции;

- выбор последовательности и логики изложения;

- подбор иллюстративного материала;

- выработка манеры чтения лекции.

Отбор материала для лекции определяется ее темой. Для отбора материала необходимо ознакомиться с нанотехнологиями в авиастроении. Далее лектору следует тщательно ознакомиться с содержанием темы в базовой учебной литературе, которой пользуются студенты, чтобы выяснить, какие аспекты изучаемой проблемы хорошо изложены, какие данные устарели и требуют корректировки. Следует обдумать обобщения, которые необходимо сделать, выделить спорные взгляды и четко сформировать свою точку зрения на них. Лектору необходимо с современных позиций проанализировать состояние проблемы, изложенной в учебнике, составить план лекции и приступить к созданию расширенного плана лекции.

Лекции присущи три основные педагогические функции, которые определяют ее возможности в учебном процессе: познавательная, развивающая и организующая.

Познавательная функция выражается в возможности средствами лекции обеспечить слушателей основной научной информацией, необходимой для их профессиональной и исследовательской деятельности.

Развивающая функция лекции реализуется в непосредственном контакте студента с преподавателем, становлении у студентов творческой мыслительной деятельности, обеспечивающей их профессионально-личностное развитие.

Организующая функция предусматривает управление самостоятельной работой студентов, как в процессе занятия, так и во внеаудиторное время.

Лекция - экономный по времени способ сообщения студентам учреждений общего и среднего профессионального обучения значительного объема информации. Индивидуальность лектора и тот факт, что он может постоянно совершенствовать содержание лекции благодаря собственным исследованиям, знакомству с вновь принятыми нормативными актами и их проектами, актуальной литературой, научному общению с коллегами и т.п., делает лекцию практически незаменимой другими источниками учебной информации, которые, как правило, " работают" в учебном процессе с определенным запаздыванием. Так, например, в отличие от учебника лекция:

- дает непосредственное общение с лектором;

- представляет разные точки зрения;

- дает возможность повторения того, что нужно студентам и преподавателю;

- учитывает особенности ситуации;

- способствует установлению живой связи студентов с изучаемой дисциплиной.

Объем и содержание лекции зависят и от ряда классификационных характеристик лекционного занятия. Существуют классификации лекций по различным основаниям:

- месту в лекционном или учебном курсе (вводная, установочная, обзорная, итоговая и др.);

- преимущественной форме обучения (лекции при очном, заочном обучении);

- частоте общения лектора с аудиторией (разовая, систематическая, цикловая и т.п.);

- степени проблемности изложения материала (информационная, проблемная, дискуссия и т.п.).

Установочная лекция включает обзор основного материала предмета, дает студентам общие установки на самостоятельное овладение содержанием курса или его части. Лекция такого типа, как правило, носит объяснительный характер, возможно, с использованием демонстрационного материала. Лектор обобщает современные представления об изучаемом объекте, акцентирует внимание студентов на нерешенных проблемах, высказывает собственную точку зрения, дает научный прогноз относительно дальнейшего развития изучаемой отрасли. В работе на заочном отделении рекомендуется применение проблемного метода чтения данной разновидности лекций, при этом преподаватель всегда может предложить студентам найти ответы на поставленные проблемы в своей практической деятельности. Кроме того, обязательным элементом установочной лекции должна стать та или иная форма обратной связи с аудиторией. Следует указать на необходимость четкой градации материала, представленного вниманию студентов, по степени важности.

В педагогической практике понятие " установочная лекция" может иметь и другой смысл. Нередко установочными называют " фондовые" лекции, которые составляются преподавателями по всему курсу и передаются в " фонд" кафедры как базовый материал, на основе которого могут создаваться авторские курсы по данной или близкой дисциплине.

Обзорная лекция близка по своей сути к установочной, но имеет более информативный характер. На ней преобладает монолог преподавателя, материал подается в расчете на самостоятельную работу студентов. Однако, внимание студентов будет снижено, если им будет представлена только структура подлежащего изучению материала. Необходимо в конспективной форме предлагать их вниманию также базовые дефиниции, которые помогут уже на лекции составить представление об изучаемом предмете.

Итоговая (заключительная) лекция, как правило, завершает изучение курса, обобщает пройденное за весь период. При подготовке указанной разновидности лекции целесообразно учесть пробелы в знаниях студентов, выявленные на семинарских занятиях, в процессе фронтальных опросов и, как минимум, дать им установку на пути устранения пробелов, а также дальнейшее усовершенствование своей подготовки в данной области. На итоговой лекции преподаватель выделяет основные идеи курса, показывает, каким образом можно использовать полученные знания на практике и при изучении других дисциплин. Подводятся итоги изучения дисциплины, показывается ее значение в формировании научного мировоззрения, обсуждаются особенности зачета или экзамена по предмету.

Проблемная лекцияпредставляет собой лекционное занятие, предполагающее привлечение преподавателем аудитории к решению научной проблемы, определяющей тему занятия. Например, могут быть прочитаны лекции на тему: " Понятие нанотехнологии и история развития", " Нанотехнологии в авиастроении". В каждом учебно-установочном материале лектор касается сущности той или иной научной проблемы, раскрывает возможные пути ее решения, показывает теоретическую и практическую значимость достижений, то есть каждая лекция носит проблемный характер. И, тем не менее, целенаправленное включение в лекционный курс хотя бы одной проблемной лекции желательно. Это просто необходимо в тех случаях, когда научный коллектив кафедры на протяжении многих лет занимается изучением той или иной научной проблемы. Естественно, он располагает оригинальными, а возможно, и уникальными научными данными.

Возможны и другие схемы построения проблемной лекции. Студенты могут участвовать в решении проблемного вопроса, предлагая свои гипотезы или анализируя результаты. Но даже в том случае, когда решение излагается только самим преподавателем, студенты будут участниками решения.

Целостность лекции обеспечивается созданием единой ее структуры, основанной на взаимосвязи задач занятия и содержания материала, предназначенного для усвоения студентами. В тех случаях, когда на одном занятии достигнуть такой целостности не представляется возможным, это должно быть специально обосновано лектором ссылками на предыдущее или последующее изложение, на литературные и другие источники.

Научность лекции предполагает соответствие материала основным положениям современной науки, абсолютное преобладание объективного фактора и доказательность выдвигаемых положений. Каждый тезис должен быть четко сформулированным и непротиворечивым. Прежде чем приступить к доказательству, необходимо выяснить, насколько тезис усвоен студентами. В ходе всего доказательства тезис должен оставаться неизменным.

Ну и, наконец, ценность лекционной формы обнаруживается также в том, что в лекции возможно учесть и отразить то новое, что появилось в нанотехнологиях в последнее время.

1.2 Дидактические принципы лекционного занятия и методы его изложения

Дидактический принцип в обучении основан на том, что ознакомление студентов с каким-либо новым явлением или предметом начинается с конкретного ощущения и восприятия. Исследования показывают, что человек за счет зрения получает 70-80% всей информации, а лишь 20-30% за счет остальных органов чувств.

Несмотря на разнообразие наглядных пособий, при их использовании следует соблюдать некоторые общие правила. Массированное применение их на лекции ведет к повышенному утомлению студентов. Преподаватель должен очень четко представлять, на каком именно этапе лекции он будет использовать ту или иную наглядность, а также случаи отсутствия возможности ее использования по независящим от него причинам.

Демонстрационный материал во всех случаях должен играть подчиненную роль, быть одним из аппаратов лектора, а не подменять содержания лекции. В каждый момент лекции необходимо демонстрировать только тот наглядный материал, который иллюстрирует излагаемые положения. Поэтому, например, таблицы в аудитории нужно повесить стопкой и обратной стороной. Нецелесообразно их развешивать по всей аудитории. Это отвлекает внимание студентов и, как следствие, не включает механизмы запоминания информации.

Подбор иллюстративного материала по теме " Наноматериалы и нанотехнологии" может быть немаловажным этапом подготовки лекции. Таблицы, диапозитивы, рисунки, схемы необходимо не только тщательно отобрать, но определить и зафиксировать их последовательность при чтении лекции. При этом такие материалы предназначены для осмотра студентами, более тщательное изучение их во время лекции не предполагается.

Принцип научности обучения предполагает соответствие содержания образования уровню развития современной науки и техники, опыту, накопленному мировой цивилизацией. Принцип научности требует, чтобы содержание образования, реализуемое на лекционных занятиях по дисциплине " Материаловедение" было направлено на ознакомление обучаемых с объективными научными фактами, явлениями, законами, основными теориями и концепциями, приближаясь к раскрытию ее современных достижений и перспектив развития.

Имея прямое отношение к содержанию образования, принцип научности требует использования дополнительного материала, содержащего сведения о глобальных проблемах и современных достижениях. Последовательное осуществление принципа научности означает ориентацию процесса обучения на формирование у учащихся концептуального видения мира и создание его адекватного и реалистического образа.

Принцип научности имеет отношение и к методам обучения. В соответствии с ним педагогическое взаимодействие должно быть направлено на развитие у учащихся познавательной активности, креативного мышления, творчества.

Принцип фундаментальности и прикладной направленности обучения требует основательной теоретической и практической подготовки студентов. В традиционной дидактике он формулировался как связь обучения с жизнью, теории с практикой.

Фундаментальность в обучении предполагает научность, полноту и глубину знаний. Она обусловлена характером современной научно-технической революции, требующей от человека высокоинтеллектуальной мобильности, исследовательского склада мышления, желания и умения постоянно пополнять свои знания по мере происходящих в жизни и деятельности изменений. Фундаментальные знания обладают способностью медленнее устаревать, чем знания конкретные. Они апеллируют не столько к памяти, сколько к мышлению человека.

Фундаментальность обучения требует систематичности содержания по основным отраслям знаний, оптимального соотношения их теоретичности и практичности, а практическая направленность - моделирования и экстраполяции этих знаний на реальные ситуации в жизни и деятельности человека.

Организация и методика проведения лекционного занятия не могут избираться произвольно. Они регламентированы действием закономерностей психологического и педагогического характера, знание которых позволяет сформулировать организационно-методические принципы обучения: преемственности, последовательности и систематичности; единства группового и индивидуального обучения; соответствия обучения возрастным и индивидуальным особенностям обучаемых; сознательности и творческой активности; доступности при достаточном уровне трудности; наглядности; продуктивности и надежности.

Выбор последовательности и логики изложения материала – один из этапов работы над лекцией. Определяя логику построения лекции, следует четко определить, каким методом изложения вы будете пользоваться - методом индукции, дедукции или аналогии.

Индуктивный метод состоит в движении от частного к общему. Индукция может быть полной, когда обобщение делается из анализа всех без исключения характеристик, параметров или других данных об изучаемом явлении или предмете. Недостатком ее является громоздкость, так как приходится иногда оперировать с большим числом данных. Поэтому более распространена индукция неполная, когда обобщения делают на основании некоторых (не исчерпывающих, но достаточных) данных.

Дедуктивный метод изложения состоит в движении от общего к частному. Дедукцией пользуются в том случае, если известна какая-либо общая закономерность и на ее основе подлежит анализу отдельные проявления этой закономерности.

Метод аналогии основан на вынесении заключения об изучаемом явлении по сходству с другими известными явлениями. Это сходство может быть установлено по нескольким признакам, которые должны быть существенными и характеризовать явление с различных сторон.

Вместе с тем, не должно быть чрезмерного увлечения в лекции " критическим анализом", для этого имеются научные конференции и научная литература, которую следует предложить студентам для дополнительного изучения.

2. Методика проведения занятий по теме " нано материалы и нанотехнологии" со студентами учреждений общего и среднего профессионального обучения

2.1 Методика организации лекционного занятия по теме " Наноматериалы и нанотехнологии"

В педагогической литературе рекомендуется использовать лекционную модель (расширенный план лекции), которая используется при чтении лекции. Лекционная модель может печататься в нескольких экземплярах, в ней расставляются все обходимые логические ударения, помещаются нужные иллюстрации.

Вводную часть лекции целесообразно начинать с формулировки ее темы и цели, чтобы избежать ее декларативности и неопределенности в изложении материала. Сообщение плана лекции обеспечивает на 10-12% более полное запоминание материала, чем на той же лекции, но без оглашения плана.

Основная часть лекции. Необходимо максимально использовать первые 15-20 минут - период " глубокого" внимания слушателей. Далее наступают утомление и снижение внимания. Максимальное падение работоспособности студентов отмечается многими исследователями примерно к 40-й минуте лекции. Чтобы преодолеть этот критический период, в арсенале лектора должны быть свои приемы. Возможен переход на шутливый тон изложения. Можно задать вопрос аудитории и попросить любого студента ответить на него. Можно прочесть какую-либо цитату и в это время позволить слушателям сделать минутную гимнастику для пальцев и даже поговорить с соседом.

Затем необходимо вернуть аудиторию к прежнему ритму работы. Целесообразно предварительно рассчитывать скорость подачи информации. Задача лектора состоит в том, чтобы увлечь слушателей и превратить непроизвольное внимание в произвольное. Это обычно достигается через пробуждение и поддерживание у слушателей интереса к лекции и предполагает:

- включение всех теоретических суждений в систему конкретных примеров и понятий, знакомых студентам, иллюстрирующих связь излагаемого материала с практикой;

- обращение к параллельно читаемым дисциплинам;

- иллюстрацию значения конкретной дисциплины в системе научного знания;

- апелляцию к непосредственным интересам аудитории (" Курсовые работы будут строиться на основных положениях сегодняшней лекции..." ); " Материал по данной тематике отсутствует в имеющихся учебниках, по которым вы готовитесь к экзаменам..." и т.д.).

Необходимо отметить, что и поныне важным и во многом универсальным средством наглядности остается меловая доска, использование которой также имеет свои правила и преимущества. Важно помнить, что аудитория сначала обращает внимание на то, как написано, а потом - что написано на доске. Заполнять доску следует слева направо и сверху вниз так, как мы пишем на листе бумаги. Обычные размеры досок таковы, что при использовании самой нижней ее части некоторые студенты в большой аудитории (более 70 человек) вынуждены приподниматься с мест, поэтому эту часть доски следует использовать по возможности реже.

Проводить горизонтальные или слабонаклонные линии лектору труднее, чем вертикальные или круто наклонные. Объясняется это тем, что он расположен относительно чертежа несимметрично. В противном случае лектор должен был бы стоять спиной к аудитории, а это недопустимо. Надо следить за тем, чтобы горизонтальная линия не " ушла" вверх или вниз, и чтобы в ней не появился излом. Прямоугольник изобразить проще, чем окружность. Последнюю не рекомендуется вычерчивать полностью, не отрывая мела от доски. Удобнее составить ее из двух полуокружностей. Периодически следует контролировать свое написание на доске, отходя на несколько шагов назад и в сторону, чтобы увидеть доску в отдалении.

Следует помнить, что изображенное на доске, как правило, переносится слушателями в конспекты. Поэтому представляемая на доске информация должна быть в виде упрощенных схем, уменьшающих шансы аудитории запутаться в них и неправильно скопировать. Наиболее важные слова необходимо выделять рамкой, другим цветом или иным образом.

Вести запись молча нежелательно, так как при этом теряется контакт, с аудиторией и не рационально расходуется время. Более целесообразно начать объяснение одновременно с вычерчиванием. Необходимо, чтобы студенты вначале уяснили суть изображенного, а лишь после этого начали перерисовывать в конспект. Вытирать доску следует лишь слегка влажной тряпкой (поролоном), одновременно продолжая свою речь.

Для повышения познавательной активности студентов лектор может использовать ряд приемов:

- постановка перед студентами вопросов - риторических или требующих реального ответа;

- включение в лекцию элементов беседы;

- предложение сформулировать те или иные положения или определения;

- разбивка аудитории на микро группы, которые проводят краткие обсуждения и обмениваются их результатами;

- использование раздаточного материала, в том числе конспектов с печатной основой и др.

Повышению познавательной активности студентов способствует умение лектора доходчиво отвечать на вопросы. На лекции при ответах на вопросы не снижается значение особенностей публичного выступления: ответ лучше дать сразу, четко, и в расчете на реакцию всей аудитории, в значительной мере экспромтом. Один неудачный ответ может ухудшить впечатление от всей лекции. У студентов не без оснований распространено мнение, что в ответах на вопросы наиболее отчетливо проявляется эрудиция преподавателя.

Тщательно надо продумать заключительную часть лекции, повторить ее положения, а на следующей лекции начать именно с них. Заключительная часть лекции предполагает подведение итогов, обобщение прочитанного и уже знакомого из самостоятельно изученного студентами материала, формулировку выводов и т.д. Здесь преследуется цель ориентировать студентов на самостоятельную работу. Для этого может быть рекомендована литература по изучаемой проблематике, разъяснено, какие вопросы выносятся на семинарские занятия, а какие необходимо изучить самостоятельно. В самом конце лекции следует ответить на вопросы студентов, возможно поступившие в форме записок (о такой возможности надо предупредить студентов заранее). Со студентами, проявившими интерес к теме лекции, желательно побеседовать после ее окончания, пригласить их на консультацию для продолжения разговора. Отвечая на наивные или нелепые вопросы надо щадить самолюбие студента, малейшая бестактность при этом может привести к потере контакта с аудиторией. Научить же людей чему-либо можно лишь, сохраняя с ними хорошие отношения.

Обратная связь лектора и аудитории осуществляется с целью контроля прочности усвоения знаний. Первая функция такого контроля - способ получения лектором представления об учебном процессе с целью внесения необходимых корректив. Вторая - способ психологического воздействия на студентов, активизирующий их продуктивную деятельность.

При чтении лекций текущий контроль осуществляется спонтанно по типу несловесной, подсознательной обратной связи, то есть тех сигналов, которые слушатель предлагает лектору, не осознавая это (взгляды, выражение удивления, припоминания).

В аудиториях, оборудованных современными компьютерными системами, организация такой работы не вызывает особых трудностей. В случае отсутствия подобных условий можно использовать раздаточный материал (карточки, тесты, шаблоны и т.д.), которые лектор раздает перед опросом и собирает после него. Раздача и сбор карточек в потоке из 100 студентов, как показывает опыт, продолжается всего 5 минут, выполнение студентами контрольных заданий - 10-12 минут, восстановление обстановки для прочтения лекции - 1-3 минуты.

Организация текущего контроля успеваемости требует расчленения учебного материала на сравнительно небольшие дозы. При определении рационального размера этих доз руководствуются двумя факторами: интервалом между смежными опросами (частота опросов) и содержанием задания в соответствии с системой разбивки курса лекций на темы. Опыт показывает, что рациональный интервал соответствует в среднем одному опросу за 6-8 часов лекций. В тоже время желательно, чтобы каждый опрос включал одну тему целиком или одну ее часть, имеющую самостоятельное значение.

Важно очень внимательно проанализировать круг вопросов, которые должны быть усвоены студентами. К их числу следует отнести всю новую информацию, а также известную студентам, которую вы объединили в качественно новую систему.

После заключительной лекции преподаватель может подвести итоги своей работы по отзывам студентов о лекциях, а также по структуре данной оценки, с помощью которой можно в дальнейшем целенаправленно совершенствовать лекционный курс. Для достижения этого можно провести анкетирование студентов, посещавших все лекции, дающее возможность сравнительно объективно оценить основные качества всех ваших лекций.

С этой целью готовится нужное количество анкет с указанием в них всех названий лекций в той последовательности, в которой они читались. Общая оценка лекции может представлять собой сумму пяти дифференцированных оценок (1-научность, 2-доступность, 3-связь с практикой, 4-манера чтения, 5-активность аудитории). Графа " Ваши пожелания" дает слушателям возможность высказать дополнительно и нестандартные мнения о лекции. Если лекционный курс читали разные лекторы, то в анкету после графы " Название лекции" вводится графа " Фамилия лектора". На семинаре преподаватель предлагает студентам на следующее занятие принести конспекты лекций. К анкетированию лекции допускают только студентов, которые присутствовали на ней и имеют ее конспект.

Преподаватель объясняет, как нужно провести анкетирование, обратив внимание на структуру дифференцированной оценки. Высшим баллом каждой из пяти дифференцированных оценок является 1. Оценивающие могут делить его на десятые доли в зависимости от их мнения. Высшим общим баллом каждой из лекций будет 5 (отлично). Одну анкету лучше давать на всю группу. Это дает возможность студентам обсудить каждый параметр лекции и избежать необъективного суждения.

2.2. Тематическое планирование курса

При разработке тематического плана по курсу " Материаловедение" необходимо опираться на Государственный образовательный стандарт. Ниже представлен примерный тематический план для среднего профессионального образования в учебных учреждениях машиностроения.

Таблица 1. Тематический план курса " Материаловедение"

№ п/п	Наименование темы занятия	Количество часов
	Физико-химические основы материаловедения
	Методы измерения параметров и свойств материалов
	Области применения материалов. Основные сведения о производстве черных и цветных металлов и сплавов
	Основные сведения о кристаллизации и структуре расплавов
	Диаграммы состояния сплавов. Фазовые превращения
	Классификация, маркировка и область применения различных сплавов
	Порошковые и композиционные материалы. Способы обработки материалов
	Неметаллические конструкционные материалы на органической и неорганической основе
	Материалы со специальными свойствами
	Новые перспективные материалы. Наноматериалы.
	Способы обработки материалов
	Электрические методы обработки металлов
	Термическая обработка
	Итого

2.3 Планы-конспекты занятий

План- конспект занятия № 1.

Тема: Введение в наномир.

Цель: Предоставить информацию о истории развития нанотехнологий.

Задачи:

- Обучающая: Дать понятия о нанотехнологиях.

- Развивающая: развивать у учащихся память, логическое мышление, трудовые навыки, интерес к предмету.

- Воспитывающая: способствовать воспитанию целеустремленности, инициативы, самостоятельности; умению логически мыслить, самостоятельно высказывать и отстаивать свою точку зрения; сознательной дисциплины.

Тип занятия: Лекция.

Оснащение:

- МТО: компьютер

- МО: Конспект занятия, учебное пособие " Голубая мечта Доналда Рамсфелда" Аксёнов П.Н.

Структура занятия:

Организационный этап (2-3 минуты)

Этап объяснения нового материала (55 минут)

Этап закрепления изученного материала (15 минут)

Заключительный этап (5 минут).

Ход занятия:

1. Организационный момент.

Преподаватель приветствует студентов. Происходит отметка присутствующих на занятии и постановка темы занятия.

2.Этап объяснения нового материала

Преподаватель:

Английский термин " Nanotechnology" был предложен японским профессором Норио Танигучи в средине 70-х гг. прошлого века и использован в докладе " Об основных принципах нанотехнологии" (On the Basic Concept of Nanotechnology) на международной конференции в 1974 г., т. е. задолго до начала масштабных работ в этой области. По своему смыслу он заметно шире буквального русского перевода " нанотехнология", поскольку подразумевает большую совокупность знаний, подходов, приемов, конкретных процедур и их материализованные результаты – нанопродукцию.

Как следует из названия, номинально наномир представлен объектами и структурами, характерные размеры R которых измеряются нанометрами (1нм = 10–9м = 106 мм = 10–3 мкм). Сама десятичная приставка " нано-" происходит от греческого слова ν α ν ο σ – " карлик" и означает одну миллиардную часть чего-либо. Реально наиболее ярко специфика нанообъектов проявляется в области характерных размеров R от атомных (~ 0, 1 нм) до нескольких десятков нм. В ней все свойства материалов и изделий (физико-механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические, химические, каталитические и др.) могут радикально отличаться от макроскопических. Существует более десятка причин специфичного поведения и особых свойств наноструктурных материалов и нанообъектов. Причем, их свойства существенно зависят от размеров морфологических единиц и могут быть изменены в необходимую сторону путем добавления и удаления атомов (молекул) одного сорта. Нанотехнология совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба. Данная технология подразумевает умение работать с такими объектами и создавать из них более крупные структуры, обладающие принципиально новой молекулярной организацией. Наноструктуры, построенные " из первых принципов", с использованием атомномолекулярных элементов, представляют собой мельчайшие объекты, которые могут быть созданы искусственным путем. Они характеризуются новыми физическими, химическими и биологическими свойствами и связанными с ними явлениями. В связи с этим возникли понятия нанонауки, нанотехнологии и наноинженериии (нанонаука занимается фундаментальными исследованиями свойств наноматериалов и явлений в нанометровом масштабе, нанотехнология – созданием наноструктур, наноинженерия – поиском эффективных методов их использования) (см. Приложение 1)

Наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками;

Наносистемная техника полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Нанотехнологии - это принципиально новый, надотраслевой приоритет, он един для всех отраслей науки и промышленности. Фактически переход к нанотехнологиям знаменует переход цивилизации в ближайшие 10-20 лет к принципиально новому экономическому укладу.

Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления:

изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;

разработка и изготовление наномашин, т.е. механизмов и роботов размером с молекулу;

непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего существующего.

Сегодня львиная доля производственных затрат человека идут, как это ни парадоксально, на производство отходов и загрязнение окружающей среды. Если же мы будем целенаправленно создавать необходимые нам материальные объекты, конструируя их из атомов и молекул, с помощью нанотехнологий, это приведет радикальному снижению материальных и энергетических затрат общества в целом.

Таким образом, нанотехнологии - это, во-первых, технологии атомарного конструирования, во-вторых, - принципиальный вызов существующей системе организации научных исследований, и, в-третьих, - философское понятие, возвращающее нас к целостному восприятию мира на новом уровне знаний.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово " атом", что в переводе с греческого означает " нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества.

Примером первого использования нанотехнологий можно назвать – изобретение в 1883 году фотопленки Джорджем Истмэном, который впоследствии основал известную компанию Kodak.

Один нанометр (от греческого " нано" - карлик) равен одной миллиардной части метра. На этом расстоянии можно вплотную расположить примерно 10 атомов. Пожалуй, первым ученым, использовавшим эту единицу измерения, был Альберт Эйнштейн, который в 1905 г. теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру.

Но только через 26 лет немецкие физики Эрнст Руска, получивший Нобелевскую премию в 1986 г., и Макс Кнолл создали электронный микроскоп, обеспечивающий 15-кратное увеличение (меньше, чем существовавшие тогда оптические микроскопы), он и стал прообразом нового поколения подобных устройств, позволивших заглянуть в наномир.

1932 г. Голландский профессор Фриц Цернике, Нобелевский лауреат 1953 г., изобрел фазово-контрастный микроскоп - вариант оптического микроскопа, улучшавший качество показа деталей изображения, и исследовал с его помощью живые клетки (ранее для этого приходилось применять красители, убивавшие живые ткани). Интересно, что Цернике предлагал свое изобретение фирме " Цейс", но менеджеры не осознали его перспективности, хотя сегодня такие микроскопы активно применяются в медицине.

1939 г. Компания Siemens, в которой работал Руска, выпустила первый коммерческий электронный мик<

⇐ Предыдущая 1 2 34