РАБОЧАЯ ПРОГРАММа УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Мир нанотехнологий
2011 г.
Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федеральных государственных образовательных стандартов (далее – ФГОС) для всех специальностей СПО и профессий НПО.
Организация-разработчик: ФГУ СПО «Тамбовский политехнический техникум»
Разработчик:
Сорокина Е.В.., преподаватель ФГОУ СПО «Тамбовский политехнический техникум».
Рекомендована Экспертным советом по профессиональному образованию Федерального государственного учреждения Федерального института развития образования (ФГУ ФИРО).
Заключение Экспертного совета №____________ от «____»__________20__ г.
номер
СОДЕРЖАНИЕ
|
стр.
| ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
|
4
| СТРУКТУРА и содержание УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ |
6
| условия реализации учебной дисциплины |
15
| Контроль и оценка результатов Освоения учебной дисциплины |
17
|
1. паспорт ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Мир нанотехнологий
1.1. Область применения рабочей программы
Рабочая программа учебной дисциплины «Мир нанотехнологий» является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по профессии НПО Станочник.
1.2. Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы
дисциплина является общепрофессиональной.
1.3. Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения дисциплины:
Цели:
приобретение общеучебных умений: работать со средствами информации (учебной, справочной, научно-популярной литературой, средствами дистанционного образования, текущей научной информацией в Интернете); готовить сообщения и доклады, оформлять их и представлять; обобщать знания, полученные при изучении физики, химии и биологии; использовать технические средства обучения и средства новых информационных технологий; участвовать в дискуссии;
формирование представлений об использовании различных физических свойств и особенностей наноструктур в современной технике, роли экономического и экологического факторов; о роли компьютерного моделирования в создании новых структур и материалов;
воспитание научного мировоззрения и эстетическое воспитание;
развитие у обучающихся функциональных механизмов психики – восприятия, мышления, речи, а также типологических и индивидуальных свойств личности: интересов, способностей, в том числе творческих, самостоятельности, мотивации.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:
работать со средствами информации, в том числе компьютерными (уметь искать и отбирать информацию, систематизировать и корректировать ее, составлять рефераты);
готовить сообщения и доклады и выступать с ними;
участвовать в дискуссиях;
оформлять сообщения и доклады в письменном и электронном виде, подбирать к докладам, сообщениям, рефератам иллюстративный материал и корректировать его.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:
отличительные особенности наноструктур в целом и основные примеры природных и синтезированных наноструктур;
основные достижения и перспективы применения нанотехнологии в электронике, биологии, медицине, охране окружающей среды;
историю развития нанотехнологии;
имена и основные научные достижения ученых, сделавших существенный вклад в ее развитие.
1.4. Рекомендуемое количество часов на освоение рабочей программы учебной дисциплины:
максимальной учебной нагрузки обучающегося 54 часа, в том числе:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 34 часа;
самостоятельной работы обучающегося 20 часов.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Мир нанотехноогий
2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
|
Кол-во часов
|
Максимальная учебная нагрузка (всего)
|
54
|
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
|
34
|
в том числе:
|
|
практические занятия
|
14
|
лабораторные работы
|
8
|
Самостоятельная работа обучающегося (всего)
|
20
|
в том числе:
|
|
работа с учебной и справочной литературой
|
5
|
подготовка доклада
|
6
|
подготовка реферата
|
6
|
Итоговая аттестация в форме дифференцированного зачета
|
2.2. Тематический план и содержание учебной дисциплины «Мир нанотехнологий»
Наименование разделов и тем
|
Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа обучающихся
|
Объем часов
|
Уровень освоения
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Введение
|
Нано как миллиардная доля от метра. Наноструктуры – объекты, промежуточные между молекулами и макроскопическими телами. Положение наноструктур на шкале размеров. Примеры природных и синтезированных наноструктур (ДНК, частицы природных глин, фуллерены, магнитные кластеры и др.). Почему освоение наномира может быть так полезно для человечества? Ричард Фейман.
|
1
|
1
|
Тема 1. Экспериментальные методы.
|
Содержание учебного материала
|
2
|
|
Туннельный эффект и принцип работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). История создания СТМ. Устройство СТМ. Примеры их применения.
Атомный силовой микроскоп (АСМ). Принцип работы, устройство, режимы работы. Манипулирование с помощью АСМ отдельными атомами.
Магнитный силовой микроскоп и его возможности. Оптический микроскоп ближнего поля, преодоление дифракционного предела. Оптический и магнитный пинцеты.
|
1
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Исследование поверхности различных образцов с помощью СТМ «Умка».
|
Практические занятия
|
1
|
«Определение методом АСМ структуры природных и искусственных нанообъектов»
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
2
|
Подготовка докладов:
«Растровый электронный микроскоп»
«Просвечивающий электронный микроскоп»
«Эмиссионный электронный микроскоп»
« Отражательный электронный микроскоп»
|
Тема 2. Нанообъекты и наноматериалы.
|
Содержание учебного материала
|
4
|
|
Размерный эффект, зависимость физических свойств наноструктур от их размера. Роль поверхности. Проявления квантовых эффектов. Наноатериалы. Способы получения наноматериалов (сборка «снизу – вверх», «сверху – вниз»).
Нанотехнология – основа техники 21 в. Роль самоорганизации в формировании наноструктур. Нанороботы и их самовоспроизводство. Э.Дрекслер.
|
1
|
Лабораторные работы
|
2
|
|
«Синтез наночастиц золота размером 15-20 нм».
«Изучение свойств нанокристаллических сплавов для постоянных магнитов».
|
Практические занятия
|
1
|
«Использование и изучение наноматериалов»
« использование и изучение систем и устройств, получаемых с помощью наноматериалов»
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
3
|
Подготовка рефератов:
«Нанотехнология – третья научно – техническая революция»
«Трековые мембраны»
«Магнитные жидкости»
«Нанопокрытия»
|
Тема 3. Фуллерены и нанотрубки.
|
Содержание учебного материала
|
3
|
Углеродные нанотрубки. Фуллерены и углеродные нанотрубки – новая аллотропная форма углерода. История открытия фуллеренов. Методы получения углеродных нанотрубок.
Электрические и механические свойства углеродных нанотрубок, их строение. Сверхпроводимость нанотрубок.
Неуглеродные нанотрубки, особенности их структуры и свойств. Многослойные нанотрубки.
|
1
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Изучение свойств углеродных нанотрубок».
|
|
Практические занятия
|
2
|
|
«Основные направления применения углеродных нанотрубок»
«Возможность создания наноконтейнеров на основе фуллеренов и углеродных нанотрубок и перспективы их применения»
«Применение нанотрубок в качестве весов, кантилеверов»
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
2
|
Подготовка докладов:
«Фуллерены»
«Углеродные нанотрубки»
«Неуглеродные нанотрубки»
«Многослойные нанотрубки»
|
Тема 4. Магнитные кластеры и магнитные наноструктуры.
|
Содержание учебного материала
|
3
|
Пара-, диа-, ферромагнетики.
Магнитные кластеры на основе железа и марганца, особенности их магнитных свойств (« мезоскопические магниты»).
Суперпарамагнетизм. Наноматериалы с эффектом гигантского магнитного сопротивления (магнитные мультислои), их использование для записи и чтения информации.
|
1
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Изучение свойств магнитной жидкости»
|
Практические занятия
|
1
|
«Запоминающие устройства с высокой плотностью записи информации»
«Использование магнитных кластеров, изолированных внутри нанотрубок»
«Применение магнитных нанокластеров в медицине»
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
2
|
Подготовка рефератов:
«Мезоскопические магниты»
«Магнитные мультислои»
«Магнитные нанокластеры»
|
Тема 5. Новые интеллектуальные материалы и конструкции.
|
Содержание учебного материала
|
3
|
|
Понятие интеллектуальных технологий. Сплавы с эффектом памяти (односторонняя память формы, эффект двусторонней памяти, эффект суперупругости).
Пьезоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект.
Биоактивные окна, биоматериалы третьего поколения).
Модификация, обеспечивающая связь с костью; модификация, обеспечивающая связь с кровью, антибакткриальная модификация.
|
1
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Изучение материалов с эффектом памяти формы на примере нитинола»
|
Практические занятия
|
3
|
«Применение сплавов с эффектом памяти»
«Гидравлические интеллектуальные устройства (управляемый жидкостный клапан, прогнозы эксплуатационных характеристик)»
«Интеллектуальные медицинские материалы»
«Улучшенные биоматериалы»
«Интеллектуальные покрытия»
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
2
|
Подготовка докладов:
«Сплавы с эффектом памяти»
«Гидравлические интеллектуальные устройства»
«Интеллектуальные медицинские материалы»
|
Тема 6. Квантовые точки, полупроводниковые сверхрешетки.
|
Содержание учебного материала
|
2
|
Самосборка германиевых «пирамид». Квантовые компьютеры, кубиты.
Полупроводниковые сверхрешетки – новый тип полупроводников.
Отрицательное электросопротивление.
|
1
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Синтез квантовых точек сульфида серебра в наноэмульсии»
|
Практические занятия
|
1
|
«Композиционные и легированные сверхрешетки, их использование»
|
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
1
|
|
Подготовка рефератов:
«Квантовые компьютеры»
«Композиционные сверхрешетки»
«Легированные сверхрешетки»
|
Тема 7. Фотонные кристаллы – оптические сверхрешетки.
|
Содержание учебного материала
|
2
|
Дифракционная решетка как одномерная фотонная структура. Качественное представление о дифракции на двумерной и трехмерной фотонной структуре.
«Зонная теория» для фотонов: фотонные проводники. Изоляторы, полупроводники и сверхпроводники.
|
2
|
Практические занятия
|
1
|
|
« Перспективы применения фотонных кристаллов для построения лазеров нового типа, оптических интегральных схем, хранения и передачи информации».
«История создания и исследования фотонных кристаллов. Кластерная сверхрешетка опала».
«Применение драгоценных камней в квантовых оптических технологиях 20 – 21 вв.
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
1
|
Подготовка докладов:
«Фотонные проводники»
«Фотонные изоляторы»
«Фотонные полупроводники»
«Фотонные сверхпроводники»
|
Тема 8. Консолидированные наноструктуры.
|
Содержание учебного материала
|
3
|
Наночастицы и кластеры металлов. Магические числа. Понятие о фрактальной размерности.
|
1
|
Практические занятия
|
1
|
|
«Металл – полимерные нанокомпозиты, наноструктурные твердые сплавы, наноструктурные защитные покрытия»
|
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
1
|
|
Подготовка рефератов:
«Магические числа»
«Металл – полимерные нанокомпозиты»
«Наноструктурные твердые сплавы»
«Наноструктурные защитные покрытия»
|
Тема 9. Нанотехнология в биологии и медицине, экологии, искусстве.
|
Содержание учебного материала
|
6
|
Нанороботы в организме человека. Наноактюаторы ( наномоторы), использующие биологические наноструктуры. Тканевая инженерия (создание биологических тканей). Нанотехнология изготовления ДНК – чипов и расшифровка геномов человека и растений. Нанотехнология и охрана окружающей среды (наноструктуры с иерархической самосборкой для адсорбции атомов тяжелых металлов, нанопористые материалы для очистки воды, наносенсоры и пр.).
Интеллектуальные структуры в природе. Биоподражающие интеллектуальных устройств (кожа, реакция, складчатые структуры, механические рецепторы членистоногих).
|
2
|
Лабораторная работа
|
1
|
|
«Демонстрация особенностей наноразмерных гидрофобных и гидрофильных покрытий»
| Практические занятия |
1
|
«Использование сканирующей микроскопии для исследования микроскопических структур и процессов в биологических структурах»
«Изучение нанофильтрационных керамических мембран и катализаторов для автомобилей»
«Наноарт»
|
| Самостоятельная работа обучающихся |
2
|
|
Подготовка докладов:
«Нанороботы в организме человека»
Нанодвигатель на основе белка кинезина»
«Вращательный наномотор на основе АТФазы»
«Природный бактериальный жгутиковый наномотор»
«Нанопористые материалы для очистки воды»
«Наносенсоры»
«Биоподражающие интеллектуальных устройств»
«Наноарт»
|
Тема10. Нанотехнология и энергетика.
|
Содержание учебного материала
|
1
|
Энергия. Энергосберегающие технологии. Альтернативные виды энергии. Будущие исследования. Инвестиции.
|
1
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
1
|
|
Подготовка рефератов:
«Энергосберегающие технологии»
«Альтернативные виды энергии»
|
Тема 11. Нанотехнология и военная промышленность.
|
Содержание учебного материала
|
2
|
Перспективы. Радиопоглощающие ткани. Костюм солдата будущего.
|
1
| Практические занятия |
1
|
|
Космос. Космический лифт. Геостационарная орбита. Материалы. Перспективы.
«Изучение радиоэкранирующей ткани и радиорассеивающей ткани с нанесенными металлическими нанослоями»
| Самостоятельная работа обучающихся |
1
|
Подготовка докладов:
«Радиопоглощающие ткани»
«Костюм солдата будущего»
«Космический лифт»
|
Тема 12. Развитие нанотехнологии в России и других странах мира.
|
Содержание учебного материала
|
1
|
|
Наноэкономика, авиация и космонавтика, автомобилестроение, аудио- и видеотехника, бытовая техника, вооружение и военная техника, строительство, сельское хозяйство, наука, телекоммуникации, энергетика, экология, индустрия красоты.
|
1
|
Практические занятия
|
1
|
|
«Этические проблемы нанотехнологии»
| Самостоятельная работа обучающихся |
1
|
Подготовка рефератов:
«Наноэкономика»
«Авиация и космонавтика»
«Вооружение и военная техника»
«Индустрия красоты»
«Нанотехнология для самых маленьких»
|
Тема 13. Будущее нанотехнологий.
|
Содержание учебного материала
|
2
|
Бизнес и инвестиции. Нанопровода. Клеточная терапия. Биологические угрозы. Локальные центры нанотехнологий. Международные усилия.
Нанотоксичность и общество. Международный совет по нанотехнологиям. Оценка риска. Риски и выгоды.
Перспективы нанотехнологий. Продукты и рынки. Патенты.
Перспективные будущие области применения нанотехнологий.
|
1
|
Самостоятельная работа обучающихся
|
1
|
|
Подготовка докладов:
«Нанопровода»
«Клеточная терапия»
«Биологические угрозы»
|
3. условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины
3.1. Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация учебной дисциплины требует наличия учебного кабинета «Информатика».
Оборудование учебного кабинета:
посадочные места по количеству обучающихся;
рабочее место преподавателя;
слайды;
графические иллюстрации;
комплекты заданий для тестирования и контрольных работ;
сайты в Интернете, распечатки сайтов;
научно – популярная литература;
учебники по физике, химии, биологии для старших классов средней школы;
компьютерная обучающая программа «Открытая физика».
Технические средства обучения:
интерактивная доска;
мультимедийная система;
многофункциональное устройство;
кодоскоп.
3.2. Информационное обеспечение обучения
Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы
Основные источники
Для обучающихся
Программы элективных курсов. Химия. 9 – 11 классы: Профильное обучение/ Сост. В.А.Коровин.– 2 - е изд., стереотип. – М.:Дрофа, 2006. – С. 125. (Программа элективного курса «Нанотехнология», автор Разумовская И. В.
Разумовская И. В. Нанотехнология. 11 – класс: учебное пособие. – М.: Дрофа, 2009. – С. 222.
Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.: Физматлит, 2005. – С. 416.
Уильямс Л., Адамс У. Нанотехнологии без тайн. Путеводитель. – М.: Эксмо, 2009. – С. 364.
Для преподавателей
«Нанотехнологии. Азбука для всех». Сборник статей под редакцией Ю. Третьякова. – М.: Физматлит, 2009. – С. 368.
Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Сборник статей под редакцией П. П. Мальцева. – М.: Техносфера. 2006.
Богданов К. Ю. Что могут нанотехнологии? – М.: Просвещение, 2009. – С. 96.
Дячков П. Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применения. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – С. 293.
Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – С. 134.
Пул Ч. Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2005. – С. 336.
Ратнер М., Ратнер Д. Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи. М.: Издательский дом» Вильямс», 2004. – С. 240.
Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. М.: Техносфера, 2003.
Хартманн У. Очарование нанотехнологии. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008. – С. 173.
Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех: большое – в малом. – М.: Nanotechnolodgy News Network, 2005. – С. 416.
Интернет-ресурсы:
http://www.nanonewnet.ru/
http://nanometer.ru/
http://nauka.name/category/nano/
http://www.nanorf.ru/
http://www.nanojournal.ru/
http://www.nanoware.ru/
4. Контроль и оценка результатов освоения УЧЕБНОЙ Дисциплины Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий, тестирования, а также выполнения обучающимися самостоятельных работ.
Результаты обучения
(освоенные умения, усвоенные знания)
|
Формы и методы контроля и оценки результатов обучения
|
1
|
2
|
Умения:
|
|
работать со средствами информации, в том числе компьютерными (уметь искать и отбирать информацию, систематизировать и корректировать ее, составлять рефераты)
|
тестирование
|
готовить сообщения и доклады и выступать с ними
|
конференции, семинары
|
оформлять сообщения и доклады в письменном и электронном виде
|
конференции, семинары
|
подбирать к докладам, сообщениям, рефератам иллюстративный материал и корректировать его
|
конференции, семинары
|
Знания:
|
|
отличительные особенности наноструктур в целом и основные примеры природных и синтезированных наноструктур
|
тестирование
|
основные достижения и перспективы применения нанотехнологии в электронике, биологии, медицине, охране окружающей среды
|
тестирование, письменная самостоятельная работа
|
история развития нанотехнологии
|
тестирование
|
имена и основные научные достижения ученых, сделавших существенный вклад в ее развитие
|
тестирование
|
|
