Диссертация (972008), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Но лишь после агитации идей нанотехнологии, проведенной ЭрикомДрекслером в начале восьмидесятых годов XX в., нанотехнология превратилась вдолгосрочный технический проект в США. Подход Дрекслера к сборкенаноструктур оказался тупиковым. Главное – самосборка. Основное достижениеДрекслера–онобратилвниманиенапринципиальныевозможностинанотехнологии в медицине.С одной стороны, нанотехнология уже нашла сферы применения, с другой –она остаётся для большинства населения областью научной фантастики. Вбудущем значение и вклад нанотехнологии в науку будет только расти.
Это будетпробуждать интерес и стимулировать проведение исследований и опытноконструкторских проектов, а также работ по поиску новых областей применениянанотехнологии. Необходимым условием развития данного процесса являетсяповсеместное усиленное внедрение основ нанотехнологии в образовательныепрограммы школ и вузов. Это может помочь сократить сохраняющийся дефицитмолодых специалистов в данной области. Кадровая проблема в областинанотехнологии на сегодняшний день является существенной, и именно данныйфакт побуждает открывать всё новые и новые специальности в областинанотехнологии в технических вузах на базе уже существующих.На сегодняшний день перед образовательными учреждениями ставятся двезадачи: подготовка кадров конкретно для нужд нанотехнологии, с одной стороны,и задачу знакомства населения в целом с идеями, перспективами и опасностяминанотехнологии, как граждан страны.
В общеобразовательной школе должнарешаться 2-ая задача. В ВУЗах инженерной направленности решается перваязадача. ВУЗы педагогические с одной стороны, должны готовить специалиста,разбирающегося в вопросах нанотехнологии, знающего основные принципы17функционированиянаноустройствисистемстойцелью,чтобыегопрофессиональные познания помогли будущему учителю в работе в школе.Итак, сфера нанотехнологии уже входит в нашу жизнь и будет всё больше ибольше укреплять свои позиции как одно из важнейших направлений развитиянауки и техники в XXI веке. Именно поэтому важной прерогативой развитияобщественных и государственных институтов является пристальное вниманиевсех государственных, общественных и образовательных структур к проблемеповышения качества и уровня знаний населения в области нанотехнологии.1.2 Историко-культурная составляющая нанотехнологического образования1.2.1 Зарождение и эволюция основных понятий в области нанотехнологииУ современной нанотехнологии достаточно глубокие исторические корни.Приведем некоторые исторические вехи основных фундаментальных открытий вразвитиинанотехнологии,становлениюиразвитиюспособствующихнанотехнологиидальнейшемуиееинтенсивномуформированиюкакмеждисциплинарной области современной науки и техники:1905 – знаменитый физик Альберт Эйнштейн выразил размер молекулысахара в нанометрах.1951 – Джон фон Нейман определил принципы самокопирующихся машин.1952 – Английский биолог, врач и нейробиолог Френсис Крик, совместно самериканскими биологами Джеймсом Д.
Уотсоном и Морисом Х. Ф. Уилкинсом(Нобелевские лауреаты по физиологии и медицине, 1962) расшифровалиструктуру ДНК.1959 – Американский физик-теоретик Ричард Фейнман (Нобелевскаяпремия по физике в 1965 г.), прочитал легендарную лекцию “Там внизу – многоместа” (“There’s Plenty of Room at the Bottom”),в КалифорнийскомТехнологическом Институте [10]. Фейнман на протяжении лекции убедительно18доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никакихобективныхпрепятствийктому,чтобысоздаватьобъектыпутемнепосредственной, безотходной сборки из атомов.1961 – Мысль о существовании обратимых операций впервые высказал Р.Ландауэр. Позже в 1982 году специалист в области квантовых вычислений Ч.Беннет теоретически показал, что будущий квантовый компьютер может бытьоснован на обратимых операциях таким образом, чтобы энергия при вычисленияхне тратилась.1966 – Р. Янг из Национального бюро стандартов США предложил идеюпьезодвигателей, которые сейчас обеспечивают наведение и позиционированиеподложки туннельного зонда сканирующего туннельного микроскопа и другогонанотехнологического оборудования с точностью до 0,1 - 0,01 Ангстрем.1968 – Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники американской компании Bell,разработали теоретические основы и внедрили в производство нанообработкуповерхностей.1970 – Открытие российским химиком Алексеем Михайловичем Сладковымиего сотрудниками новой формы углерода - белого, сферообразного или"карбина" [65].
Открытие было признано в 1971 году.1974 – Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово“нанотехника”, которое он предложил использовать в качестве названиямеханизмов, размеры которых менее 1 микрона [48,с.23 ].1981 – В Массачусетском технологическом институте быладиссертацияЭрикомДрекслером,котораяпосвящаласьзащищенамолекулярнойтехнологии.1981 – немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующийтуннельный микроскоп(СТМ), который способен показывать отдельные атомы.Впервые отдельные атомы вещества наблюдали сотрудники фирмы IBM. ,работавшие тогда в Цюрихе.191984 – физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли (США)открыли фуллерен по созданной ими жеметодике выбивания кластеров приоблучении.1986–Г.Биннингссотрудникамисоздалиновыйинструментнанотехнологов - атомно-силовой микроскоп (AFM).
В отличие от сканирующеготуннельного микроскопа, атомно-силовой микроскоп основан на контактеповерхности с подвижным зондом и измерении отклонения зонда. Развитиетехники СТМ и AFM привело к появлению большого ассортимента зондовыхустановок и микроскопов - важнейших в арсенале нанотехники.1986 – Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу"Машины созидания: пришествие эры нанотехнологии".1990 – Сотрудник компании IBM Дональд Эйглер, выложил атомамиксенона название своей фирмы1991 – Сумио Идзима - сотрудник лаборатории фирмы NEC в Японииисследовал продукты, образующиеся при разряде вольтовой дуги в атмосференейтрального гелия и впервые обнаружил углеродные нанотрубки,1997 –Сез Деккер (Голландский физик) создал первыйтранзистор наоснове нанотехнологии.1998 – В Беркли ( Калифорнийский университет) создан первый в миредвухкубитный квантовый компьютер, а в следующем году – трехкубитныйобразец, который с использованием алгоритма Гровера мог совершать поиск вбазе данных, а еще через год был осуществлён метод упорядочения на квантовомкомпьютере с разрядностью 5 кубит.1998 -2000 – Темпы развития нанотехнологии стали резко возрастать.Япония определила нанотехнологию как самую ответственную и перспективнуютехнологическую категорию в XXI веке.
Правительственное агентство MITI(Ministry of International Trade and Industry), разработало десятилетнююгосударственную программу нанотехнологических исследований с бюджетом 200млн. долл., которая в 90-х гг. была наилучшей и первой по финансированию вмире.202000 – Присудение Жоресу Ивановичу Алферову и Герберту КрёмеруНобелевской премии за работу в области полупроводниковых гетероструктур.2001 – Издательство Academic Press выпускает пятитомный справочник понаноструктурным материалам и нанотехнологии.2001 – Компания «Intel» произвела первый кремниевый транзистор сэлементами, величина которых составила всего 20 нанометров.2005 – На выставке CeBit в Ганновере компания IBM представила новыйфункциональный чип устройства квантового хранения данных – "Millipede"("Многоножка").2007 - Создание нового подразделение в Российской академии наук —«Отделение нанотехнологии и информационных технологий».
Академикомсекретарем отделения стал, Евгений Павлович Велихов, а его заместителем —академик РАН Ж. И. Алферов.2007- в соответствии с Федеральным законом от 19 июля 2007 г. № 139-ФЗ«О Российской корпорации нанотехнологий», для содействия реализациигосударственной политики в сфере нанотехнологии, развития инновационнойинфраструктуры в сфере нанотехнологии, реализации проектов созданияперспективных объектовнаноиндустрии, была создана Государственнаякорпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (ГК «Роснанотех»).
В ееуставный капитал государством направлены 130 млрд рублей, а еще 50 млрдбыло привлечено на открытых конкурсах. Корпорация является некоммерческойорганизацией.2009 - создание факультета нано-, био-, информационных и когнитивныхтехнологий (ФНБИК), в МФТИ в мае 2009 года. В апреле 2017 года преобразованв Институт нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарныхнаукитехнологийнеобходимостью(ИНБИКСТ).подготовкиСозданиеинститутавысококвалифицированныхориентированных на решение междисциплинарных задач.21обусловленоспециалистов,2011 – создание АО «Роснано» — российская компания, возникш путемреорганизациигосударственнойкорпорации«Российскаякорпорациянанотехнологий».Развитие нанотехнологии в последний периодхарактеризуется оченьвысоким темпом.
Нанотехнология постепенно охватывают все стороны жизниобщества и поистине становятся ключевой технологией 21 века. В США запериод с 2001 по 2008 г.г. государственные расходы на развитие нанотехнологиисоставили 9 млрд. долларов, частные инвестиции в нанотехнологии примерно в10разпревысилигосударственные,ачислоученых,участвующихвнанотехнологических исследованиях, достиголо 100 000 человек.Также в США, государственное финансирование нанотехнологическихпрограмм с 2002 по 2010 гг. выросло в 10 раз. В 2008 году государственноефинансированиенанотехнологическихисследованийсоставило1,4млрд.долларов, что соответствует примерно 36 млрд.
рублей, из которых около 1/3пошло на научные исследования, столько же на оборону и чуть меньше наэнергетические проекты.В Японии с 1999 года действует«Национальная программа работ понанотехнологии» с государственным финансированием более 5 млрд. долларов вгод. [56 ].В Китае с 2001 года в течении пяти лет действовала государственнаяпрограмма с объёмом финансирования 300 млн. долларов, что позволило этойстране к 2007 году выйти на мировой уровень разработок.Лидерами по объему финансирования нанотехнологических проектов впериод с 2006 по 2010 гг. стали Япония (более 6 млрд.
долларов), США (5,6 млрд.долларов) и страны Евросоюза (около 4,6 млрд. долларов). [ 4 ].Россия инвестировала в развитие нанотехнологии около 8 млрд. долларов с2006 по 2011 года. [ 59 ].В последнее время часто приходиться слышать о так называемой НБИКконвергенция(NBIC-конвергенция)—гипотетическоеядро6-готехнологического уклада, основанное на объединении и синергетическом22усилении достижений нано-, био-, информационных и когнитивных технологий.Результатом НБИК-конвергенции будет являться полное слияние этих технологийв единую научно-технологическую область знания.Довольно часто нанотехнология ошибочно воспринимается лишь какколичественный предел (или порог) стремления к миниатюризации. Такимпримеромможетслужитьуменьшениеразмераинтегральныхсхемвмикроэлектронике. Однако, на самом деле основная идея нанотехнологии – этоисследование и применение качественно новых свойств материалов и устройств взаданном нанометровом диапазоне [5].
Доказано, что физическое поведениемалого числа атомов и молекул очень сильно отличается от поведения их болеемногочисленных агломератов (скоплений). Поэтому нанотехнологию необходимовоспринимать как истинно новую квантовомеханическую технологию управлениясвойствами веществ и поведения частиц вещества.Будущему учителю необходимо знать основные исторические этапыразвития нанотехнологии. Это позволит в практике будущим учителям приводитьпримеры подтверждающие значимость и актуальность развития современныхтехнологий. Без знания истории развития нанотехнологии нельзя грамотнопредставить их суть и специфику.1.2.2 Отражение нанотехнологического компонента в школьной учебнойпрактикеАктуальность знаний в области нанотехнологии,школьников, диктуется временем.Нанотехнологияв особенности длясистемно связана смножеством дисциплин, научных направлений, уже существующих технологий, иэта специфика отражается как на процессе обучения, так и на изучении структур иявлений [27,с.13] .
Подобный подход является важнейшей составляющейогромного комплекса мероприятий по повышению качества профессиональнойподготовки кадров для нанотехнологии , а также для популяризации знаний в23области наноустройств, наносистем, наноматериалов, для поддержки, мотивациии профориентации школьников и студентов в образовательной системеРоссийской Федерации.За довольно немногочисленный период развития нанотехнологическогошкольного образования в России, было проведено достаточное количество школ,олимпиад и других мероприятий (Школьная лига РОСНАНО, «Лифт в Будущее»,олимпиада НТИ и др.)[43]Необходимымпопуляризацииусловиемнанотехнологии,полученияявляетсязнанийиразвитияознакомлениепроцессашкольниковснанотехнологией через образовательные программы.Важная и направляющая роль нанотехнологии в научно-техническомпрогрессе на современном этапе,научные представления о нанообъектах исвязанных с ними явлениями, определяют целесообразность и необходимостьисследования научно-методической проблемы включения элементов знаний онанотехнологии в школьное образование.Новые условия и подходы развития науки требуют серьезных перемен ворганизации школьного учебного процесса, которые должны быть связаны суточнением целей и задач образования, изменения в организации деятельности ифункцийучителя,деятельностиповышениеучащихся.Наиболеерезультативностиадекватнымучебно-познавательнойпутемреализациизадачсовременной российской школы признано введение профильного обучения настаршей ступени общеобразовательной школы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
