Titlul întreg al proiectului

CAPITOLUL 7: Aducerea Nanotehnologiilor în clasă

Nanoştiinţa si nanotehnologiile oferă cadrelor didactice un instrument nou pentru a aduce ştiinţă şi tehnologie incitante în sala de clasă. Nanotehnologiile sunt acum folosite în numeroase dispozitive cu care tinerii elevi sunt foarte familiarizaţi, cum ar fi computerele, telefoanele mobile şi iPod-urile. În viitor vom avea tot mai multe produse care includ o anumită formă de "nano"- fie un nanomaterial sau o tehnologie nano-activată. Aducerea "nano" în sala de clasă înseamnă aducerea ştiinţei şi tehnologiei de ultimă oră şi dezbaterea interesantelor dezvoltări ştiinţifice viitoare. În acest capitol, însă, vom discuta despre unele probleme de predare şi vom oferi unele idei care să uşureze sarcina de a aduce nanoştiinţa şi nanotehnologiile în sala de clasă.

“NANO” ÎN CONTEXTUL “CONVENŢIONAL” AL DISCIPLINELOR ŞTIINŢIFICE

Una dintre provocările cu care un profesor s-ar putea confrunta este de a se gândi cum să insereze nanoştiinţa în programa şcolară convenţională. Unde se încadrează această “nouă” ştiinţă în disciplinele ştiinţifice "convenţionale", cum ar fi chimia, fizica sau biologia?

Nanoştiinţa nu este o noutate în sine, este un nume dat acum unui număr de domenii de cercetare, care au un principiu comun: investigarea materiei, la o scară intermediară între materia ”brută” , descrisă de fizica newtoniană, şi materia atomică (însemnând atomi, electroni etc.), descrisă de fizica cuantică. Nanoştiinţa lucrează într-o "fereastră dimensionată" la o scală de aproximativ 1-100 nm unde materia prezintă unele proprietăţi remarcabile. În această "fereastră" sunt incluse o serie de domenii ştiinţifice care au origini foarte vechi, cum ar fi ştiinţa coloidală. Studiul atomilor şi moleculelor stă la baza multor discipline de ştiinţe ale naturii, cum ar fi chimia, biochimia si fizica. Nici nanomaterialele nu sunt toate noi: nanocristale, catalizatori de dimensiuni nano şi nanoparticule magnetice au fost studiate mai mulţi ani, pentru o varietate de aplicaţii. Unele “instrumente nano” nu sunt nici ele atât de recente: de exemplu, Microscopul cu Forţă Atomică (AFM) şi Microscopul de Scanare prin Tunelare (STM) au fost introduse pentru prima dată comunităţii ştiinţifice la mijlocul anilor 1980.

Deci întrebarea este: dacă nu sunt cu totul noi, de ce sunt atât de speciale? În ultimii ani cercetătorii au fost capabili să descopere potenţialul enorm al nanoştiinţei şi nanotehnologiei, datorită unui nou set de instrumente de analiză şi de fabricatie. În acelaşi timp, în ultimii ani noi nanomateriale au fost în mod intenţionat fabricate sau descoperite, noi instrumente nano au fost dezvoltate, iar cele vechi implementate şi noi proprietăţi ale materiei la scară nano au fost descoperite. Toate acestea au permis investigarea sistematică a nanomaterialelor şi realizarea că proprietăţile excepţionale ale materiei la nivel de scară nano poate fi folosită pentru a construi materiale noi, sisteme şi dispozitive cu proprietăţi, capabilităţi şi funcţii care nu ar fi putut fi atinse dacă materiale în stare brută ar fi fost utilizate. Aceasta este noutatea şi motivul de a fi entuziasmaţi! Proprietăţile excepţionale ale materiei la scară nanometrică au determinat oamenii de ştiinţă să "reinventeze" modul în care materialele sunt proiectate şi produse şi deschid noi oportunităţi interesante în multe domenii diferite.

Din aceste motive este mai bine să descriem nanoştiinţa ca o evoluţie a unor discipline ştiinţifice tradiţionale. "Nano" nu este o revoluţie în sine, dar nanotehnologiile ar putea avea unele implicaţii revoluţionare pentru societatea noastră, în termeni de aplicaţii sau instrumente pe care le vor permite.

LECŢII ÎNVĂŢATE DE LA PROIECTELE NANO-EDUCAŢIONALE ANTERIOARE

Definiţia de nanoştiinta aduce in mod natural de-a lungul definiţiei noţiunea de nanometru, care este o miliardime dintr-un metru. Deşi sunt multe exemple de obiecte care se pot prezenta având dimensiuni la acest nivel, cum ar fi lăţimea ADN-ului (2nm), vizualizarea mentală a acestor obiecte este imposibilă, chiar şi pentru adulţi. Deci, oricât de mult le-am cere elevilor să-şi imagineze ceva care este de o mie de ori mai mic decât părul lor, trebuie să ne întrebăm dacă ei înţeleg cu adevărat sensul dimensionalităţii despre care vorbim. Şi, mai important, în cazul în care înţeleg diferenţa dintre obiectele care se află la nivel de scară nanometrica şi obiectele care sunt chiar şi mai mici, cum ar fi atomi. Prin urmare, provocarea actuală este de a introduce aici scara nanometrică şi conceptul de nanoştiinţa într-un mod semnificativ, un lucru care surprinde atenţia elevilor, asta însemnând ceva pentru ei. În acest sens, o abordare bazată pe anchetă (bazată pe întrebările elevilor), împreună cu activităţile gen „mâinile sus” s-a dovedit a fi foarte eficientă în procesul de predare a nanoştiinţei. Experimentele arată că specificul scării nanometrice, de ce obiectele din acest regim sunt "speciale" şi se comportă diferit faţă de omologii lor, sunt foarte eficiente. De exemplu, sinteza unui ferofluid sau a unui coloid de aur sunt incitante pentru elevi, deoarece aceştia pot vedea cu ochii lor cum nanoparticulele de aur sunt de culoare rubin-roşu sau albastru, depinzând de medie, şi nu aurii.

Imaginile de la microscop sunt, de asemenea, o resursă bună, mai ales dacă este folosit în mod "zoom-in" precum vă este descris în secţiunea de dinainte.

Un aspect care este adesea trecut cu vederea (sau presupus), atunci când introduceţi nanoştiinţa şi nanotehnologia este vorba, de fapt, de natura reală a "nano-obiectului" sau a "nanomaterialului". Cele mai multe dintre nanomaterialele aflate în cercetare sau utilizate în produsele comerciale sunt integrate sau ataşate la un alt substrat. O aplicare – bazată pe abordare - este utilă pentru a arăta multele exemple de aplicaţii practice ale obiectelor "macroscopice" care au proprietăţi speciale datorită nanotehnologiei. Aplicaţii care sunt relevante pentru viaţa tinerilor sunt foarte eficiente, cum ar fi: telefoanele, calculatoarele, haine, echipamente sportive, etc. Eşantioane de produse comerciale pe care elevii le pot atinge şi testa în laboratoarele şcolii lor sunt foarte utile. Această abordare este, de asemenea, utilă atunci când se discută problemele de ELSA şi EHS a nanotehnologiilor pentru a menţine discuţia "concentrată" şi interesantă pentru elevi.