Разработка элективного курса для школьников «Нанотехнологии и безопасность»
Кузнецова Г.А.,
студентка 4 курса института естествознания
ТГУ им. Г.Р. Державина,
руководители:
Гусев А.А.- к.б.н., зав. лабораторией биосовместимости и биобезопастности наноматериалов,
медицинского института ТГУ им. Г.Р. Державина
Немкова И.Н.- к.п.н., доцент, зам. директора по социальной и воспитательной работе
Головин Ю.И. - д.ф. - м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, директор научно – образовательного центра «Нанотехнологии и наноматериалы» ТГУ имени Г.Р. Державина
Емельянов А.В. - к.х.н., зав. кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности ТГУ им. Г.Р.Державина
Реутова Е.Б. – учитель биологии МОУ СОШ №11, г. Тамбова
Бурное развитие нанотехнологий и применение их достижений в промышленных масштабах уже в ближайшее десятилетие способно качественно изменить жизнь людей. У лекарств появляются новые свойства. Станут доступными «вечные» элементы питания, гибкие цветные дисплеи, более быстрая электроника, «умные» бытовые и строительные материалы, самовосстанавливающиеся, стойкие к загрязнениям. Предстоящая нанотехнологическая революция сулит блестящие перспективы дальнейшего развития человечества [1]. Нанотехнологии уже широко используются в микроэлектронике, медицине, косметологии, при очистки воды и других сферах. Но в то же время, по заявлению главного врача РФ Г.Г. Онищенко «…ни один вид наноматериалов не был полностью изучен на предмет безопасности».
Мир живых систем и органических соединений представляет громадное и естественное поле деятельности для нанотехнологий. Он гораздо сложнее мира неорганического, но фундаментальные подходы и законы физики применимы и к нему. Специалистам, занимающимся конкретными исследованиями какой-то группы объектов, свойственно придавать преувеличенное значение своей области знаний. Студентам или школьникам, изучающим наностуктуры и нанотехнологии с позиций отдельных дисциплин и спецкурсов, тем более трудно интегрировать эти знания и представить себе нанотехнологии в целом. Настоящий курс представляет собой попытку дать комплексное представление об идейных основах нанотехнологиях, базирующихся на самых общих системообразующих факторах [2].
Целью разрабатываемого курса является ознакомление школьников с основами современной нанонауки и нанотехнологий с учетом природоохранного аспекта.
Курс рассчитан на 10 учебных занятии и самостоятельной работе учащихся. В структуру курса входят следующие разделы:
Введение в предмет. Общие представления о нанотехнологиях.
Нанотехнологии. Состояние, направления и тенденции развития.
Нанобиотехнологии и наномедицина.
Перенос нанообъектов в организме человека и окружающей среде.
Оценка риска со стороны нанообъектов.
Лабораторное занятие «Изучение влияния углеродного наносодержащего материала на живые системы».
Защита рефератов «Нанотехнологии и окружающий нас мир».
Экскурсия в наноцентор ТГУ им. Г.Р. Державина.
Круглый стол «Нанотехнологии в нашей жизни».
В школе № 11 г. Тамбова 3 февраля 2010 года в преддверии практического внедрения курса было проведено анкетирование.
Оно содержало 12 вопросов, объединенных в 3 группы:
Информированность учащихся о теоретических основах нанотехнологий, куда входили следующие вопросы:
1. Знаете ли вы что такое наночастицы?
2. Слышали ли вы когда-нибудь, что такое нанотехнологии?
3. Если слышали, то где?
4. В каких странах зародились НТ и где сейчас больше всего ими занимаются?
5. В каких, на ваш взгляд, отраслях повседневной жизни используются, или могут использоваться НТ?
6. Сформулируете определение НТ.
Удовлетворительные знания данной тематике показало 66,67% и неудовлетворительные 33,33% учащихся.
2) Проблемы безопасности нанотехнологий, включающую следующие вопросы:
1. Как вы считаете, как влияют наночастицы на окружающую среду?
2. Наносят ли они вред здоровью?
3. Считаете ли вы совместимыми понятия нанотехнологии и безопасность? Почему?
Удовлетворительные знания данной тематике показало 20% и неудовлетворительные 80% учащихся.
В рамках третьей группы вопросов, учащимся было предложено дать прогноз развития современных нанотехнологий.
1. Какие вы видите перспективы НТ?
2. Считаете ли вы эти исследования перспективными? Почему?
3. В каких отраслях могут использоваться НТ?
Удовлетворительные знания данной тематике показало 33,67% и неудовлетворительные 63,33% анкетируемых.
При разработке курса предусмотрены такие формы работы учащихся как:
Самоконтроль по окончанию занятия.
Срез знаний по пройденному блоку тем.
Доклады по отдельным темам.
Реферативная работа.
В качестве поощрения предполагаются следующие меры:
Авторы лучших докладов будут выступать на студенческой научной конференции ТГУ.
Наиболее активные школьники посетят с экскурсией наноцентр ТГУ им. Г.Р.Державина.
Результатом курса станет осознанный выбор абитуриентами высокотехнологичных специальностей востребованных в динамично развивающихся отраслях российской экономики.
Программа предусматривает изучение нормативно-правовой базы по экологической и санитарной безопасности как общей для всех технологических процессов и производств, так и появившейся в последние годы специализированной в области безопасности нанотехнологий, учитывающей особенности нехарактерных для природной среды наноструктурных материалов. Слушатели знакомятся с современными информационными и программно-техническими средствами для решения задач анализа риска для окружающей среды и здоровья человека со стороны высокотехнологичных процессов и производств, а также последствий внедрения их продукции. Лабораторный практикум по курсу «Безопасность нанотехнологий» направлен на овладение навыками работы с современными программными комплексами для оценки экологических и санитарных последствий контакта продукции нанотехнологий с биологическими системами и окружающей средой с использованием методов имитационного моделирования. Предполагается использование баз данных для поиска свойств потенциально опасных наноматериалов, автоматизированных обучающих систем для проверки знаний по технике безопасности на высокотехнологичном производстве. В ходе лабораторных практикумов планируется освоение методик экспериментального биотестирования наноматериалов на предмет опасности для окружающей природной среды и здоровья человека.
Курс может также стать основой для разработки программы повышения квалификации преподавателей средних и высших учебных заведений, медиков, сотрудников, занятых в сфере экологического и санитарного контроля и экспертизы, специалистов в области производственной безопасности, а также работников высокотехнологичных производств.
Изучение курса «Безопасность нанотехнологий» будет способствовать интеграции знаний в области химии, физики, биологии, экологии и медицины в свете последних достижений науки и технологии, формированию у слушателей целостной естественнонаучной картины мира. Вместе с тем, для преподавателей сохраняется возможность самостоятельного создания вариативных программ, учитывающих ключевые направления подготовки конкретных категорий слушателей, в зависимости от их специализации. Перспективной целью данной программы является обеспечение рынка труда квалифицированными специалистами в области экологического и санитарного контроля высокотехнологичных производств и их продукции.
Литература:
1. Ковальчук М.В. Нанотехнологии – фундамент наукоемкой экономики 21 века, т.2, №1–2, 2007, с.6-11
2. Головин Ю.И. Введение в физику наноструктур и наноматериалов Осень 2009
3. National Nanotechnology Initiative: The Initiative and Its Implementation Plan, NSTC/NSET report, July 2000, http://www.nano.gov
.4 Гусев А.А., Емельянов А.В., Поздняков А.П. Перспективы исследовательской деятельности лаборатории по изучению воздействия наноматериалов на окружающую среду и здоровье человека на базе ТГУ им. Г.Р. Державина // Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. – Тамбов, 2008. С. 210-212.
5. Лысцов В.Н., Мурзин Н.В. Проблемы безопасности нанотехнологий.М., МИФИ, 2007г., 70 с., 22 рис., 9 таб.
Изучение стабильности существования поселений бобра в средней части бассейна р. Ворона
Старков К.А., Киреев А.А.,
студенты 5 курса ТГУ им. Державина,
руководитель – Емельянов А.В.
к.х.н., зав. кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности ТГУ им. Г.Р.Державина
Для изучения основ популяционной экологии вида необходимо располагать сведениями о численности, биотипической приуроченности, стабильности существования социальных групп животных и активности их размножения. В настоящем сообщении обсуждается проблема устойчивости поселений бобра в различных типах местообитаний. Задача состояла в определении значения индекса стабильности поселений (ИСП) для группировки и населений отдельных стаций, а также в изучении изменений ИСП во времени.
Сбор материала проводился в 1998-2008 гг. на территории госзаповедника «Воронинский» и прилежащих притоках р. Ворона. Наблюдения за бобровой группировкой начались в первые годы заповедания, что позволяет говорить об изучении процесса становления бобрового населения в средней части бассейна р. Ворона после продолжительного периода депрессии. Полевые работы начинались в октябре – ноябре и продолжались 14-18 дней. За поселение принимался участок, на котором сосредоточено скопление следов наземной активности бобров, отстоящий от подобных на расстояние более 50 м (Поярков, 1953). В работе рассматривается типология водоемов и водотоков основанная на системе Ю.В. Дьякова (1975), оценивающей комплекс гидрологических характеристик объектов. В пределах изучаемой территории было выделены следующие стации: р. Ворона, р. «Старая» Ворона, притоки и озерно-болотная стация. Индекс стабильности поселений рассчитывался как число лет существования поселений к числу лет наблюдений.
Для повышения информативности полученных данных значения ИСП распределялись по трем категориям:
< 0.3 – низкая степень стабильности;
0.3-0.6 – средняя степень стабильности;
> 0.6 – высокая степень стабильности.
При ежегодных учётах обследовалось 57.2 км русла р. Ворона, 60.1 км русел Воронинских притоков, 63 озер и болот, 20.1 км русла р. “Старая” Ворона. Продолжительность исследований – 11 лет. За период с 1998 по 2008 гг. число учтенных поселений варьировало от 33 до 79, при этом отмечено 138 мест дислокации бобровых поселений. Количество дней учета составило – 115 день; за это время пройдено около 1500 км маршрутов.
Постациальный анализ изучаемого показателя показал, что в р. Ворона отмечен рост числа нестабильных поселений на фоне сокращения стабильных (рис. 1а). Противонаправленные тренды динамики семейных территорий с различной степенью устойчивости укладываются в теорию, отводящую руслам крупных рек роль основных путей миграции (Николаев, 1984). Из этого предположения следует, что в начале колонизации бассейнов первые поселения появляются именно в русле основной реки, на наиболее комфортных участках русла. Дальнейший рост численности группировки ведет к увеличению числа расселяющихся особей и их селением в субоптимальных, а, впоследствии, и в пессимальных условиях. Русла и прибрежные пространства таких рек обладают относительно не высоким бонитетом, обусловливающим не продолжительность существования бобровых территорий вследствие быстрого снижения качества местообитаний.
Для р. «Старая» Ворона установлены сходные тенденция с таковыми в русле основной реки (рис. 1б). Исключением является стабилизация числа поселений с низкой степенью устойчивости в последние два года наблюдений. Практически полная тождественность схем распределения поселений с р. Ворона обусловлена сходством гидроморфологических и гидрологических характеристик двух водотоков.
 а)р.Ворона
в) озера и болота
 б) р. «Старая» Ворона  г)притоки
Рисунок 1. Динамика числа поселений с различными значениями ИСП
О
- низкая степень стабильности;
- средняя степень стабильности;
- высокая степень стабильности;
- число поселений.
бозначения:
Озера и болота, как следует из графика, представлены не большим числом высококачественных для бобра водоемов (рис. 1в), занятых к 2002 г. Снижение общего числа поселений и их категории с ИПС>0.6 в 2001 г. обусловлено реакцией на экстремально высокий и продолжительный зимний паводок (Емельянов, 2003). В последующие годы число стабильных поселений восстановилось и остается на высоком уровне. Примечательно, что в озерно-болотной стации за период исследований не отмечено смены водоемов, где обитают стабильные поселения. Другим важным выводом можно считать малое число комфортных для проживания бобра водоемов и рост числа поседений в стации за счет освоения низкокачественных местообитаний.
Особый интерес представляют притоки (рис. 1г) т.к., по мнению А.Н. Николаева (1998), населения этой стации формируются и развиваются за счет особей, отселяющихся из поймы основной реки. В начале периода исследований на притоках, равно как и в других стациях, отмечено минимальное за период число поселений. Но, все они существуют до сегодняшнего дня. Это свидетельствует об их обитании на участках отличающихся максимальными уровнем комфорта, под которым следует понимать не только обилие и доступность кормов, но и весь комплекс условий обусловливающих защитные свойства местообитаний, удобство сооружения убежищ, соответствие требованиям топического преферендума вида. Примечательно, что рост числа поселений со средней стабильностью произошел за счет увеличения сроков существования поселений с низкими показателями изучаемого критерия. В основе факта увеличения числа учитываемых на притоках поселений может лежать две причины: достижение семьями первичных колонистов периода максимальной репродуктивной активности, что подтверждается ростом доли семей с приплодом (не опубликованные данные), и постоянно растущая плотность бобровых поселений в пойме р. Ворона.
Таким образом, данный этап анализа учетных данных установил разнородность выделанных ранее стаций по показателю устойчивости существования поселений и, как следствие, уровня их комфорта. Дальнейшая проверка интенсивности размножающихся семей из различных местообитаний позволит выделить в изучаемой части бассейна р. Ворона экологически и динамически разнородные группировки и установить характер взаимодействия населяющих их группировок.
Используемая литература
Дьяков Ю.В Бобры европейской части советского союза. М.: Московский рабочий, 1975. 478 с.
Емельянов А.В. Анализ факторов, управляющих численностью и распределением бобра на территории Воронинского заповедника // Сб. научных трудов кафедры зоологии РГПУ. Рязань, 2003. С. 45-52.
Николаев А.Г. Формы существования микропопуляций бобров и рациональное использование вида // Научные основы боброводства. В.: Воронежский гос. университет, 1984. С. 46-49.
Николаев А.Г. Пространственная структура бобровых популяций // Состояние, перспективы хозяйственного использования и разведения бобра в СССР. Воронеж, 1989. С. 40-43.
Поярков В.С. Количественный учет речных бобров // Тр. Воронежского гос. зап. 1953. Вып. 4. С. 51-65.
|
