Tarama Probu Mikroskopu olun

İnşaat materialları (hər komanda üçün)

Sinif üçün tələb olunan materiallar

• Alta yapışdırılmış qutu (hökmdar, kağız stəkan, kərpic, meyvə parçası)
• Gözləri bağlayın və ya bir deşik kəsin ki, şagirdlər qutuda olanları görmədən əllərini və qələmini içərisinə sığdırsınlar. 

Komandalar üçün tələb olunan materiallar

• Kağız
• Qələm
• Karandaş
• İsteğe bağlı olaraq İnternetə giriş

Design Challenge

Bir qutunun içərisində (obyektləri görmədən) iki fərqli obyekti "hiss etmək" üçün qələm probundan istifadə etmək çətinliyi olan bir mühəndis qrupusunuz. Sonra, "gördüklərinizi" çəkəcəksiniz və bir qrup olaraq qutudakı obyektin nə ola biləcəyi ilə razılaşacaqsınız. Sonra, komandalar razılaşdığınız obyekti göstərən ətraflı bir rəsm hazırlayırlar.

Meyarları

• Cisimləri "hiss etmək" üçün qələm istifadə etməlisiniz.
• Əşyaları görə bilməməlidir (ya gözlə bağlanmalı, ya da əlinə və qələminə uyğun qutuda delik kəsilmiş)

Məhdudiyyətlər

• Yalnız təqdim olunan materiallardan istifadə edin.

Lazım olan vaxt: Bir -iki 45 dəqiqəlik seans.

1. Sınıfı 2-4 komandalarına ayırın.
2. Scanning Probe Mikroskopu vərəqini verin.
3. Arxa plan anlayışları bölməsindəki mövzuları müzakirə edin. Tələbələrdən mühəndislərin görmək üçün çox kiçik olan şeylərin səthini necə ölçdüklərini düşünmələrini xahiş edin. İnternet varsa, Virtual Mikroskopu paylaşın (http://virtual.itg.uiuc.edu).
4. Mühəndislik Dizayn Prosesi, Dizayn Çağırışı, Kriteriyalar, Məhdudiyyətlər və Materialları nəzərdən keçirin.
5. Hər bir komandanı öz materialları ilə təmin edin.
6. Şagirdlərin bir qutunun içərisində (gözləri bağlı) iki fərqli əşyanı "hiss etmələri" üçün qələm istifadə etmələri lazım olduğunu izah edin. Sonra, "gördüklərini" çəkəcəklər və bir komanda olaraq qutudakı obyektin nə ola biləcəyi ilə razılaşacaqlar. Nəhayət, komandalar razılaşdıqları obyekti göstərən ətraflı bir rəsm hazırlayırlar.
7. Fəaliyyəti başa çatdırmaq üçün nə qədər vaxt lazım olduğunu elan edin (1 saat tövsiyə olunur).
8. Vaxtında saxlamağınızı təmin etmək üçün bir taymer və ya onlayn bir saniyəölçəndən istifadə edin (geri sayma xüsusiyyəti). (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Tələbələrə tapşırıqda qalmaq üçün müntəzəm "vaxt yoxlamaları" verin. Mübarizə edirlərsə, onları daha tez bir həll yoluna aparacaq suallar verin.
9. Şagirdlərə aşağıdakıları etməyi öyrədin:
   • Komandadakı hər bir tələbə, bir qutudakı əşyaları müəyyən etmək üçün bir qələm probu istifadə edərək növbə ilə növbə çəkir. Ya gözlərinizi bağlaya bilərsiniz, ya da qutuda nə olduğunu görmədən əlinizin və qələminizin içəridə olması üçün bir qutuya bir deşik kəsə bilərsiniz.
   • Qutunun altındakı məzmunu və ya səthini araşdırmaq üçün yalnız qələmin ucundan istifadə edin.
   • Fikrinizcə, hiss etdiyiniz obyektlərin hündürlüyünü, şəklini və ümumi ölçüsünü izləyin.
   • Sonra "gördüklərinizi" bir kağıza çəkin - qutunun içərisində nə olduğunu müəyyən etmək üçün yuxarı və yan görünüşü nəzərdən keçirmək istəyə bilərsiniz.
   • Qrupdakı hər bir şagird araşdırma apardıqda, birlikdə işləyin və rəsmlərinizi və qutuda olanlarla bağlı fikirlərinizi bölüşün. Bir komanda olaraq bir fikir birliyinə gəlin və obyektin təxmin edilən ölçülərini özündə birləşdirən son bir rəsm hazırlayın.
10. Komandalar fikirlərinizi, rəsmlərinizi və ölçülərinizi sinifə təqdim edir və digər komandaların təqdimatlarını dinləyirlər. Həqiqi ölçü və forma təyin etməkdə komandalarının nə qədər yaxın olduğunu müqayisə etməlidirlər.
11. Bir sinif olaraq şagirdin düşüncə suallarını müzakirə edin.
12. Mövzu ilə bağlı daha çox məzmun üçün “Dərin qazma” bölməsinə baxın.

İstəyə bağlı genişləndirmə fəaliyyəti

Şagirdlərdən bir əlinizlə eyni anda kağıza çəkərək bir əlinizlə qutuda "hiss etdiklərini" əks etdirin.

Tələbə Yansıması (mühəndislik dəftəri)

1. Komandanız obyekti müəyyənləşdirməkdə forma baxımından nə qədər dəqiq idi? Qutuda nə tapdın?
2. Qrupdakı obyektin həqiqi ölçüsünü təyin etməkdə komandanız nə qədər dəqiq idi?
3. Ölçünüz qutudakı obyektin həqiqi ölçüsündən neçə faiz aşağı idi?
4. Zondla birlikdə qutunun içərisində "görmək" üçün sərf etdiyiniz vaxtın, tapıntılarınızın nə qədər doğru olduğuna təsir etdiyini düşünürsünüzmü?
5. Komanda şəklində çalışmanın bu layihəni asanlaşdırdığını və ya çətinləşdirdiyini düşündünüzmü? Niyə?

Dərs yaşlı tələbələr üçün 1 sinif müddətində edilə bilər. Bununla birlikdə, şagirdlərin tələsməməsinə kömək etmək və tələbə müvəffəqiyyətini təmin etmək üçün (xüsusilə kiçik şagirdlər üçün) dərsi iki dövrə ayırın, şagirdlərə beyin fırtınası keçirmək, fikirlərini sınamaq və dizaynlarını dəqiqləşdirmək üçün daha çox vaxt verin. Növbəti sinif dövründə test və icmal aparın.

Nanotexnologiya nədir?

Damarınızdan keçərkən qırmızı qan hüceyrəsinin hərəkətini müşahidə edə biləcəyinizi düşünün. Sodyum və xlor atomlarını, həqiqətən də, elektron ötürmək və bir duz kristal meydana gətirmək və ya bir su qabında temperatur yüksəldikcə molekulların titrəyişini müşahidə etmək üçün kifayət qədər yaxınlaşdıqda müşahidə etmək necə olardı? Son onilliklər ərzində inkişaf etdirilmiş və təkmilləşdirilmiş alətlər və ya "sahələr" səbəbindən bu paraqrafın əvvəlindəki bir çox nümunə kimi vəziyyətləri müşahidə edə bilərik. Molekulyar və ya atom miqyasında materialları müşahidə etmək, ölçmək və hətta manipulyasiya etmək qabiliyyətinə nanotexnologiya və ya nanologiya deyilir. Bir nano "bir şeyimiz" varsa, bunun milyarddan bir hissəsinə sahibik. Elm adamları və mühəndislər, başa düşülən çox kiçik bir miqdarı təmsil etmək üçün metr uzunluğu), saniyə (zaman), litr (həcm) və qram (kütlə) daxil olmaqla bir çox "bir şeyə" nano prefiks tətbiq edirlər. Çox vaxt nano uzunluq ölçüsünə tətbiq olunur və nanometrləri (nm) ölçürük və danışırıq. Fərdi atomların diametri 1 nm -dən kiçikdir və 10 nm uzunluğunda bir xətt yaratmaq üçün ardıcıl olaraq təxminən 1 hidrogen atomu alır. Digər atomlar hidrogendən daha böyükdür, lakin diametri nanometrdən azdır. Tipik bir virus təxminən 100 nm diametrində və bir bakteriya başdan quyruğa qədər təxminən 1000 nm -dir. Nanölçənin əvvəllər görünməyən dünyasını müşahidə etməyə imkan verən vasitələr Atomik Güc Mikroskopu və Tarama Elektron Mikroskobudur.

Kiçik nə qədər böyükdür?

Nano ölçülü şeylərin nə qədər kiçik olduğunu təsəvvür etmək çətin ola bilər. Aşağıdakı məşq kiçikliyin nə qədər böyük ola biləcəyini təsəvvür etməyə kömək edə bilər! Bir boulinq topu, bilyard topu, tennis topu, qolf topu, mərmər və noxudu düşünün. Bu maddələrin nisbi ölçüsü barədə düşünün.

Elektron Mikroskopunu Tarama

Tarama elektron mikroskopu, raster tarama qaydasında yüksək enerji şüaları ilə skan edərək nümunə səthinin görüntülərini yaradan xüsusi bir elektron mikroskop növüdür. Raster bir taramada bir şəkil "tarama xətləri" olaraq bilinən (ümumiyyətlə üfüqi) zolaqlar ardıcıllığına kəsilir. Elektronlar nümunəni təşkil edən atomlarla qarşılıqlı əlaqə qurur və səthin forması, tərkibi və hətta elektrik keçirə biləcəyi barədə məlumat verən siqnallar istehsal edir. Tarama elektron mikroskopları ilə çəkilən bir çox şəkilə baxıla bilər www.dartmouth.edu/~emlab/gallery.

Atom qüvvəsi mikroskopları

Nano Ölçüsündə görüntü

Nano miqyasda materialların səthinin necə göründüyünü "görmək" üçün mühəndislər bir obyektin səthinin necə davrandığını araşdırmaq üçün bir sıra cihaz və sistemlər hazırlamışlar. Www.dartmouth.edu/~emlab/gallery ünvanındakı Dartmouth Elektron Mikroskop Təsisatında bir çox şəkilə baxa bilərsiniz.

Atom qüvvəsi mikroskopları

Atom Güclü Mikroskop, bir cismin səthinə toxunmaq və ya hərəkət etmək üçün bir zond istifadə edərək məlumat toplayan xüsusi bir tarama probu mikroskopudur (SPM). Çözünürlük çox yüksəkdir, nanometrin bir hissəsində. AFM 1982 -ci ildə IBM -də icad edildi və 1989 -cu ildə satışa çıxarılan ilk atom qüvvəsi mikroskopu təqdim edildi. AFM nanölçəndə hər şeyi ölçmək və görüntüləmək üçün ən əhəmiyyətli vasitələrdən biri olaraq qalır. Bir nümunənin üç ölçülü bir şəklini və ya topoqrafiyasını olduqca dəqiq bir şəkildə inkişaf etdirə bilər və bir çox tətbiqə malikdir. Gözlərinizi yumub qələmin ucundan istifadə edərək bir qutunun içərisində hansı əşyanın olduğunu təsəvvür edirsinizsə, bu tip mikroskopun necə işlədiyini təsəvvür edə bilərsiniz! Atom Güclü Mikroskopun bir üstünlüyü, xüsusi bir mühitə ehtiyac duymaması və orta bir mühitdə, hətta maye içərisində yaxşı işləməsidir. Bu, biologiyanı makromolekül səviyyəsində araşdırmağa və ya hətta canlı orqanizmləri nəzərdən keçirməyə imkan verir.

İnternet əlaqələri

• Atom Gücünün Mikroskopiyası
• Virtual Mikroskop

tövsiyə Reading

• Tarama Prob Mikroskopiyası: Bir Məsləhət üzrə Laboratoriya (Fizikada Qabaqcıl Mətnlər) (ISBN: 978-3642077371)
• Tarama Probunun Mikroskopiyası (ISBN: 978-3662452394)

Yazı fəaliyyəti

Nanotexnologiyalardakı irəliləyişlərin səhiyyə və tibb sahəsinə necə təsir etdiyinə dair bir esse və ya paraqraf yazın.

Kurikulum çərçivələrinə uyğunlaşdırma

Qeyd: Bu seriyadakı dərs planları aşağıdakı standartlardan birinə və ya bir neçəsinə uyğunlaşdırılır:

• S. Elm Təhsil Standartları (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Yeni Nəsil Elm Standartları (http://www.nextgenscience.org/)
• Beynəlxalq Texnoloji Təhsil Dərnəyinin Texnoloji Savadlılıq Standartları (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Milli Riyaziyyat Müəllimləri Şurası, Məktəb Riyaziyyatının Əsasları və Standartları (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Riyaziyyat üçün Ümumi Nüvə Dövlət Standartları (http://www.corestandards.org/Math)
• Kompüter Elmləri Müəllimləri Dərnəyi K-12 Kompüter Elmləri Standartları (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Milli Elm Təhsil Standartları K-4 sinifləri (4-9 yaş)

MÜNDƏRİCAT STANDART A: Elm sorğu kimi

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Elmi araşdırma aparmaq üçün lazımi qabiliyyətlər
• Elmi araşdırma haqqında anlayış

MÜNDƏRİCAT STANDART B: Fizika Elmi

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər haqqında bir anlayış inkişaf etdirməlidirlər

• Əşyaların və materialların xüsusiyyətləri
• Cisimlərin mövqeyi və hərəkəti

MÜNDƏRİCAT STANDART E: Elm və Texnologiya

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Texnoloji dizayn bacarıqları

MÜNDƏRİCAT STANDART F: Fərdi və Sosial Perspektivlərdə Elm

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Yerli problemlərdə elm və texnologiya

MÜNDƏRİCAT STANDART G: Elmin tarixi və təbiəti

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Elm insan səyləri kimi

Milli Elm Təhsil Standartları 5-8 siniflər (10-14 yaş)

MÜNDƏRİCAT STANDART A: Elm sorğu kimi

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Elmi araşdırma aparmaq üçün lazımi qabiliyyətlər
• Elmi araşdırma haqqında anlayışlar

MÜNDƏRİCAT STANDART B: Fizika Elmi

Fəaliyyətləri nəticəsində bütün şagirdlər haqqında bir anlayış inkişaf etdirməlidirlər

• Maddədəki xüsusiyyətlər və xüsusiyyətlərin dəyişməsi

MÜNDƏRİCAT STANDART E: Elm və Texnologiya

5-8 siniflərindəki fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Texnoloji dizayn bacarıqları
• Elm və texnika ilə bağlı anlayışlar

MÜNDƏRİCAT STANDART F: Fərdi və Sosial Perspektivlərdə Elm

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Cəmiyyətdə elm və texnika 

Milli Elm Təhsil Standartları 5-8 siniflər (10-14 yaş)

MÜNDƏRİCAT STANDART G: Elmin tarixi və təbiəti

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Elm insan səyləri kimi
• Elmin təbiəti

Milli Elm Təhsil Standartları 9-12 siniflər (14-18 yaş)

MÜNDƏRİCAT STANDART A: Elm sorğu kimi

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Elmi araşdırma aparmaq üçün lazımi qabiliyyətlər
• Elmi araşdırma haqqında anlayışlar

MÜNDƏRİCAT STANDART B: Fizika Elmi

Fəaliyyətləri nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Maddənin quruluşu və xüsusiyyətləri

MÜNDƏRİCAT STANDART E: Elm və Texnologiya

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər inkişaf etməlidir

• Texnoloji dizayn bacarıqları
• Elm və texnika ilə bağlı anlayışlar

MÜNDƏRİCAT STANDART F: Fərdi və Sosial Perspektivlərdə Elm

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Yerli, milli və qlobal problemlərdə elm və texnologiya

MÜNDƏRİCAT STANDART G: Elmin tarixi və təbiəti

Fəaliyyətlər nəticəsində bütün şagirdlər anlayışlarını inkişaf etdirməlidirlər

• Elm insan səyləri kimi
• Elmi biliklərin mahiyyəti
• Tarixi perspektivlər

 Yeni Nəsil Elm Standartları Sınıflar 2-5 (7-11 Yaş)

Anlayış nümayiş etdirən tələbələr:

Maddə və onun qarşılıqlı əlaqələri

• 5-PS1-1. Maddənin görünməyəcək qədər kiçik hissəciklərdən ibarət olduğunu izah edəcək bir model hazırlayın.
• 5-PS1-3. Materialları xüsusiyyətlərinə əsaslanaraq müəyyən etmək üçün müşahidələr və ölçülər aparın. 

Texnoloji Savadlılıq Standartları - Bütün Çağlar 

Texnologiyanın təbiəti

• Standart 1: Şagirdlər texnologiyanın xüsusiyyətləri və əhatə dairəsi haqqında bir anlayış inkişaf etdirəcəklər.
• Standart 2: Şagirdlər texnologiyanın əsas anlayışlarını başa düşəcəklər.
• Standart 3: Şagirdlər texnologiyalar arasındakı əlaqələri və texnologiya ilə digər təhsil sahələri arasındakı əlaqələri inkişaf etdirəcəklər. 

Texnologiya və Cəmiyyət

• Standart 4: Şagirdlər texnologiyanın mədəni, sosial, iqtisadi və siyasi təsirləri haqqında bir anlayış inkişaf etdirəcəklər.
• Standart 6: Şagirdlər texnologiyanın inkişafında və istifadəsində cəmiyyətin rolu haqqında bir anlayış inkişaf etdirəcəklər.
• Standart 7: Şagirdlər texnologiyanın tarixə təsiri barədə bir anlayış inkişaf etdirəcəklər.

Texnoloji bir dünya üçün qabiliyyətlər

Standart 13: Şagirdlər məhsulların və sistemlərin təsirini qiymətləndirmək qabiliyyətlərini inkişaf etdirəcəklər.

Özünüzü Tarama Probu Mikroskopu olaraq sınayın!

Tədqiqat mərhələsi

Müəlliminiz tərəfindən sizə verilən materialları oxuyun. İnternetə çıxışınız varsa, bu veb saytındakı təlimatı da oxuyun: http://virtual.itg.uiuc.edu/training/AFM_tutorial/. Tarama probu mikroskoplarının necə işlədiyini göstərəcək və bu fəaliyyətlə oxşar bir işi necə yerinə yetirəcəyinizi anlamağa kömək edəcək.

Sınayın!

Komandanızdakı hər bir şagird, bir qutudakı bir cismin şəklini və ya kimliyini müəyyən etmək üçün növbə ilə qələm probu istifadə edəcək. Ya gözlərinizi bağlaya bilərsiniz, ya da qutuda nə olduğunu görmədən əlinizin və qələminizin içəridə olması üçün bir qutuya bir deşik kəsə bilərsiniz.

Qutunun altındakı məzmunu və ya səthini araşdırmaq üçün yalnız qələmin ucundan istifadə edin. Fikrinizcə, hiss etdiyiniz obyektlərin hündürlüyünü, şəklini və ümumi ölçüsünü izləyin.

Sonra "gördüklərinizi" bir kağıza çəkin - qutunun içərisində nə olduğunu müəyyən etmək üçün yuxarı və yan görünüşü nəzərdən keçirmək istəyə bilərsiniz.

Qrupdakı hər bir şagird araşdırma apardıqdan sonra birlikdə işləyin və rəsmlərinizi və qutuda olanlarla bağlı fikirlərinizi bölüşün. Bir komanda olaraq bir fikir birliyinə gəlin və obyektin təxmin edilən ölçülərini özündə birləşdirən son bir rəsm hazırlayın

Təqdimat və əks mərhələsi

Fikirlərinizi, rəsmlərinizi və ölçülərinizi sinifə təqdim edin və digər komandaların təqdimatlarını dinləyin. Komandanızın və ya digər komandaların həqiqi ölçü və forma təyin etməkdə nə qədər yaxın olduqlarına baxın. Sonra əks etdirmə vərəqini tamamlayın.

Əks

Aşağıdakı əks suallarını tamamlayın:

1. Komandanız obyekti müəyyənləşdirməkdə forma baxımından nə qədər dəqiq idi? Qutuda nə tapdın?

2. Qrupdakı obyektin həqiqi ölçüsünü təyin etməkdə komandanız nə qədər dəqiq idi?

3. Ölçünüz qutudakı obyektin həqiqi ölçüsündən neçə faiz aşağı idi?

4. Zondla birlikdə qutunun içərisində "görmək" üçün sərf etdiyiniz vaxtın, tapıntılarınızın nə qədər doğru olduğuna təsir etdiyini düşünürsünüzmü?

5. Komanda şəklində çalışmanın bu layihəni asanlaşdırdığını və ya çətinləşdirdiyini düşündünüzmü? Niyə?