Izan zaitez Scanning Probe Microscope
Ikasgai honetan mikroskopio horiek nano mailan materialen azalera neurtzen duten aztertzen da. Ikasleek taldean lan egiten dute Scanning Probe Microscopes (SPM) buruz ikasteko, eta gero arkatza erabiltzen dute ikusi ezin dituzten objektuen forma bisualki sentitzeko. Arkatzaren bidez ukitzearen zentzuan oinarrituta, ikasleek SPMaren funtzioa imitatzen dute. Buruak "ikusten zuena" marrazten dute.
- Ikasi nanoteknologiari buruz.
- Argibide zunda mikroskopioak eskaneatzen.
- Ikasi ingeniaritzak gizartearen erronkak nola lagun ditzakeen.
Adin mailak: 8-12
Eraikitzeko materialak (talde bakoitzarentzat)
Beharrezko materialak ikasgelarako
- Kutxa beheko aldean ipinitako elementua duena (erregela, paperezko edalontzia, adreilua, fruta puska)
- Begiak estali edo ebaki zulo bat kutxan, ikasleak eskua eta arkatza barruan sartu ahal izateko, kutxan zer dagoen ikusi gabe.
Beharrezkoak diren materialak taldeentzat
- Paper
- Pen
- Arkatza
- Interneterako sarbidea, aukerakoa
Diseinua Challenge
Ingeniarien taldea zara arkatz zunda bat kutxa baten barruan (objektuak ikusi gabe) bi objektu desberdin "sentitzeko" erronkarekin. Ondoren, "ikusi" duzuna marraztuko duzu eta talde gisa koadroko objektua zein izan daitekeen adostuko duzu. Gero, taldeek adostutako objektua erakusten duen marrazki zehatza garatzen dute.
Irizpideak
- Arkatza erabili behar duzu objektuak "sentitzeko".
- Ezingo dituzu objektuak ikusi (eskuinarekin eta arkatzarekin estalitako estalkia edo kutxan ebakitako zuloa)
mugak
- Erabilitako materialak soilik erabili.
Behar den denbora: 45 minutuko saio bat edo bi.
- Klasea 2-4ko taldetan banatu.
- Banatu Be a Scanning Probe Microscope lan orria.
- Eztabaidatu gaiak Atzeko planoko kontzeptuak atalean. Eskatu ikasleei kontuan hartzeko ingeniariek nola neurtzen duten ikusteko gauza txikien gainazala. Internet erabilgarri badago, partekatu Mikroskopio Birtuala (http://virtual.itg.uiuc.edu).
- Berrikusi Ingeniaritza Diseinatzeko Prozesua, Diseinuaren Erronka, Irizpideak, Murrizketak eta Materialak.
- Eman talde bakoitzari bere materiala.
- Azaldu ikasleek arkatza erabili behar dutela kutxa baten barruan dauden bi objektu desberdinak (begiak estalita) "sentitzeko". Ondoren, "ikusi" zutena marraztuko dute eta talde gisa koadroko objektua zein izan daitekeen adostuko dute. Azkenean, taldeek adostutako objektua erakusten duen marrazki zehatza garatzen dute.
- Jarduera burutzeko zenbat denbora duten jakinarazi (ordu 1 gomendatzen da).
- Erabili tenporizadorea edo lineako kronometroa (atzerako kontaketa funtzioa) denbora mantentzen duzula ziurtatzeko. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Eman ikasleei "denbora kontrolak" aldian-aldian zereginean jarrai dezaten. Ahaleginak egiten ari badira, egin galderak azkarrago konponbide batera eramango dituztenak.
- Ikasleei honako hau egiteko agindu:
- Taldeko ikasle bakoitzak arkatz zunda erabiltzen du txandaka kutxa bateko objektuak identifikatzeko forma zehazteko. Agian estalita egon zaitezke edo kutxa batean zulotxo bat moztu ahal izango duzu, eskua eta arkatza barruan egon daitezen kutxan zer dagoen ikusi gabe.
- Erabili arkatzaren punta koadroaren behealdeko edukia edo azalera aztertzeko.
- Zure buruan, jarrai itzazu hautematen dituzun objektuen altuera, haien forma eta tamaina orokorra.
- Ondoren, marraztu "ikusi" duzuna paper zati batean. Baliteke goiko eta alboko ikuspegia kontuan hartzea koadroan zer dagoen zehazteko.
- Taldeko ikasle bakoitzak ikerketa egin duenean, elkarrekin lan egin eta koadroan dagoenaren inguruko zure marrazkiak eta iritziak partekatu. Talde gisa adostasuna lortu eta objektuaren neurketa estimatuak biltzen dituen azken marrazkia garatu.
- Taldeek zure ideiak, marrazkiak eta neurriak aurkezten dizkiete klaseari, eta gainerako taldeen aurkezpenak entzuten dituzte. Konparatu beharko lukete zeinen gertukoa zen bere taldea benetako tamaina eta forma zehazteko orduan.
- Klase gisa, eztabaidatu ikasleen hausnarketarako galderak.
- Gaiari buruzko eduki gehiago nahi izanez gero, ikusi "Gehiago sakondu" atala.
Aukerako luzapen jarduera
Ikasleek esku batekin koadroan "sentitzen" dutena ispilatu dezaten, beste eskuarekin paperean aldi berean marraztuz.
Ikaslearen hausnarketa (ingeniaritza koadernoa)
- Zein zehaztasun zuen formari dagokionez zure taldeak objektua identifikatzeko orduan? Zer aurkitu zenuen koadroan?
- Zein da zure taldea koadroan dagoen objektuaren benetako tamaina zehazteko orduan?
- Zein ehunekotan kalkulatu da zure tamaina koadroan dagoen objektuaren benetako tamainatik?
- Zundaketarekin kutxa barruan "ikusi" behar izan zenuen denborak zure aurkikuntzak zein zehatzak izan ziren eragin zuen?
- Zure ustez, taldean lan egiteak proiektu hau erraztu edo zaildu zuen? Zergatik?
Denbora aldatzea
Ikasgaia adineko ikasleentzako klaseko 1 aldian egin daiteke. Hala ere, ikasleei ziztu bizian sentitzen laguntzeko eta ikasleen arrakasta bermatzeko (batez ere ikasle gazteagoei), ikasgaia bi alditan banatu ikasleei ideia gehiago egiteko, ideiak probatzeko eta haien diseinua amaitzeko denbora gehiago emanez. Egin probak eta laburpenak hurrengo klaseko aldian.
Zer da Nanoteknologia?
Imajinatu globulu gorri baten mugimendua zainetik mugitzen dela behatzeko gai zarela. Zer izango litzateke sodio eta kloro atomoak behatzea adina hurbiltzen direnean elektroiak transferitzeko eta gatz kristal bat eratzeko edo molekulen bibrazioa behatzeko tenperatura ur zartagin batean igotzen denean? Azken hamarkadetan garatu eta hobetu diren tresnak edo "esparruak" direla eta, paragrafo honen hasierako adibide asko bezalako egoerak ikus ditzakegu. Nanoteknologia edo nanozientzia deitzen zaio materialak eskala molekularrean edo atomikoan behatzeko, neurtzeko eta baita manipulatzeko gaitasun horri. "Zerbait" nano bat badugu zerbait horren mila milioi bat dugu. Zientzialariek eta ingeniariek nano aurrizkia aplikatzen dute "zerbait" askotan metro luzera, segundoak (denbora), litroak (bolumena) eta gramoak (masa), kopuru oso txikia irudikatzeko. Gehienetan nanoa luzera eskalan aplikatzen da eta nanometroak (nm) neurtu eta hitz egiten dugu. Atomo indibidualek 1 nm-ko diametroa baino txikiagoa dute, 10 hidrogeno atomo jarraian behar ditu 1 nm-ko luzera sortzeko. Beste atomo batzuk hidrogenoak baino handiagoak dira, baina oraindik nanometro bat baino txikiagoak dituzte. Birus tipiko batek 100 nm inguruko diametroa du eta bakterio batek 1000 nm inguruko isatsa du. Nanoskalaren aurretik ikusezina zen mundua behatzea ahalbidetu diguten tresnak Indar Atomikoaren Mikroskopioa eta Eskaneatze Mikroskopio Elektronikoa dira.
Zenbat da txikia?
Gauza txikiak nanoeskalan nola dauden ikustea zaila izan daiteke. Hurrengo ariketak txikiak zein handiak izan daitezkeen ikustera lagun zaitzake! Demagun bolo bola, billar bola, tenis pilota, golf pilota, marmola eta ilarra. Pentsatu elementu horien tamaina erlatiboa.
Eskaneatze Mikroskopio Elektronikoa
Eskaneatze mikroskopio elektronikoa mikroskopio elektroniko mota berezi bat da, lagin baten gainazaleko irudiak sortzen dituena, raster eskaneatze eredu bateko elektroi energia izpi altuarekin eskaneatuz. Raster eskaneatzean, irudi bat "eskaneatze lerroak" izenez ezagutzen diren zerrendetan (normalean horizontalak) mozten da. Elektroiek lagina osatzen duten atomoekin elkarreragiten dute eta gainazalaren formari, osaerari eta elektrizitatea eroateko gai diren datuak ematen dituzten seinaleak sortzen dituzte. Eskaneatzeko mikroskopio elektronikoekin hartutako irudi asko ikus daitezke www.dartmouth.edu/~emlab/gallery.
Indar atomikoaren mikroskopioak
Irudiak Nano eskalan
Materialen gainazala nano eskalan nolakoa den "ikusi" ahal izateko, ingeniariek gailu eta sistema ugari garatu dituzte objektu baten azalerak nola jokatzen duen aztertzeko. Irudi ugari ikus ditzakezu Dartmouth Electron Microscope Facility-n, www.dartmouth.edu/~emlab/gallery helbidean.
Indar atomikoaren mikroskopioak
Indar Atomikoaren Mikroskopioa eskaneatze zundako mikroskopio mota (SPM) mota berezi bat da, informazioa biltzen duena subjektu baten gainazala ukitzeko edo mugitzeko zunda erabiliz. Bereizmena oso altua da, nanometro zati batean. AFM 1982an asmatu zen IBMn eta komertzialki eskuragarri dagoen indar atomikoko mikroskopioa 1989an sartu zen. AFM nanoeskalan edozer neurtu eta irudikatzeko tresna garrantzitsuenetako bat izaten jarraitzen du. Lagin baten hiru dimentsiotako argazkia edo topografia nahiko zehatz garatu dezake, eta aplikazio ugari ditu. Begiak itxi eta arkatzaren punta kutxa batean zer objektu zegoen jakiteko imajinatzen baduzu, pentsa dezakezu nola funtzionatzen duen mikroskopio mota honek! Indar Atomikoaren Mikroskopioaren abantaila bat ez da inguru berezirik behar, eta ondo funtzionatzen du batez besteko ingurune batean, ezta likidoetan ere. Horri esker, biologia makromolekula mailan aztertu daiteke, edo baita bizidunak berrikusi ere.
Interneteko konexioak
Gomendatutako Reading
- Scanning Probe Microscopy: The Lab on a Tip (Advanced Physics in Physics) (ISBN: 978-3642077371)
- Mikroskopia Mikroskopikoa (ISBN: 978-3662452394)
Idazketa Jarduera
Idatzi saiakera edo paragrafo bat nanoteknologiaren bidezko aurrerapenek osasunean eta medikuntzan.
Curriculumeko markoetara lerrokatzea
Ohar: Serie honetako ikasgaien planak estandar multzo hauetako batera edo gehiagora lerrokatuta daude:
- S. Zientzia Hezkuntzako Arauak (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. Hurrengo Belaunaldiko Zientzia Arauak (http://www.nextgenscience.org/)
- Nazioarteko Teknologia Hezkuntzako Elkartearen Alfabetatze Teknologikorako Arauakhttp://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. Matematikako Irakasleen Kontseilu Nazionalak Eskola Matematikarako Printzipioak eta Arauak (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. Matematikarako oinarrizko estandar arruntak (http://www.corestandards.org/Math)
- Informatika Irakasleen Elkartea K-12 Informatika Arauak (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Zientzia Hezkuntzako Arau Nazionalak K-4 mailak (4-9 urte bitartekoak)
A EDUKI ARAUA: Zientzia Kontsulta gisa
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Ikerketa zientifikoa egiteko beharrezkoak diren gaitasunak
- Ikerketa zientifikoari buruzko ulermena
B EDUKI ARAUA: Zientzia Fisikoa
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Objektuen eta materialen propietateak
- Objektuen posizioa eta higidura
EDUKI ARAUA: Zientzia eta Teknologia
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Diseinu teknologikorako gaitasunak
F EDUKI ARAUA: Zientzia Ikuspegi Pertsonal eta Sozialetan
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia eta teknologia tokiko erronketan
EDUKI ARAUA G: Zientziaren Historia eta Izaera
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia giza ahalegin gisa
Zientzia Hezkuntzako Arau Nazionalak 5-8 mailak (10-14 urte bitartekoak)
A EDUKI ARAUA: Zientzia Kontsulta gisa
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Ikerketa zientifikoa egiteko beharrezkoak diren gaitasunak
- Ikerketa zientifikoari buruzko ulermenak
B EDUKI ARAUA: Zientzia Fisikoa
Beren jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Propietateak eta propietateen aldaketak materian
EDUKI ARAUA: Zientzia eta Teknologia
5. eta 8. mailetako jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Diseinu teknologikorako gaitasunak
- Zientziari eta teknologiari buruzko ulermenak
F EDUKI ARAUA: Zientzia Ikuspegi Pertsonal eta Sozialetan
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia eta teknologia gizartean
Zientzia Hezkuntzako Arau Nazionalak 5-8 mailak (10-14 urte bitartekoak)
EDUKI ARAUA G: Zientziaren Historia eta Izaera
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia giza ahalegin gisa
- Zientziaren izaera
Zientzia Hezkuntzako Arau Nazionalak 9-12 mailak (14-18 urte bitartekoak)
A EDUKI ARAUA: Zientzia Kontsulta gisa
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Ikerketa zientifikoa egiteko beharrezkoak diren gaitasunak
- Ikerketa zientifikoari buruzko ulermenak
B EDUKI ARAUA: Zientzia Fisikoa
Beren jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Materiaren egitura eta propietateak
EDUKI ARAUA: Zientzia eta Teknologia
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek garatu beharko lukete
- Diseinu teknologikorako gaitasunak
- Zientziari eta teknologiari buruzko ulermenak
F EDUKI ARAUA: Zientzia Ikuspegi Pertsonal eta Sozialetan
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia eta teknologia tokiko, nazioko eta mundu mailako erronketan
EDUKI ARAUA G: Zientziaren Historia eta Izaera
Jardueren ondorioz, ikasle guztiek ulermena garatu beharko lukete
- Zientzia giza ahalegin gisa
- Ezagutza zientifikoaren izaera
- Ikuspegi historikoak
Hurrengo Belaunaldiko Zientzia Arauak 2-5 maila (7-11 urte bitartekoak)
Ulermena erakusten duten ikasleek honako hauek egin ditzakete:
Materia eta bere elkarrekintzak
- 5-PS1-1. Garatu eredu bat materia ikusteko oso txikiak diren partikulek osatzen dutela deskribatzeko.
- 5-PS1-3. Egin behaketak eta neurriak materialak identifikatzeko haien propietateen arabera.
Alfabetatze Teknologikorako Arauak - Adin guztiak
Teknologiaren izaera
- 1. araua: Ikasleek teknologiaren ezaugarriak eta esparrua ulertuko dute.
- 2. araua: Ikasleek teknologiaren oinarrizko kontzeptuak ulertuko dituzte.
- 3. araua: Ikasleek teknologien arteko harremanak eta teknologiaren eta beste ikasketa eremu batzuen arteko loturak ulertuko dituzte.
Teknologia eta gizartea
- 4. araua: Ikasleek teknologiaren efektu kultural, sozial, ekonomiko eta politikoak ulertuko dituzte.
- 6. araua: Ikasleek gizarteak teknologiaren garapenean eta erabileran duen eginkizuna ulertuko dute.
- 7. araua: Ikasleek teknologiak historian izan duen eragina ulertuko dute.
Mundu Teknologikorako Gaitasunak
13. araua: Ikasleek produktuen eta sistemen eragina ebaluatzeko gaitasunak garatuko dituzte.
Saiatu eskua Scanning Probe Microscope izaten!
Ikerketa fasea
Irakurri zure irakasleak emandako materiala. Interneterako sarbidea baduzu, ikusi tutoriala webgune honetan: http://virtual.itg.uiuc.edu/training/AFM_tutorial/. Eskaneatzeko zundaren mikroskopioak nola funtzionatzen duten azalduko du eta jarduera horren bidez antzeko zeregina nola burutuko duzun ulertzen lagunduko dizu.
Probatu!
Zure taldeko ikasle bakoitzak arkatz zunda erabiliko du txandaka kutxa bateko objektuaren forma edo identifikazioa zehazteko. Agian estalita egon zaitezke edo kutxa batean zulotxo bat moztu ahal izango duzu, eskua eta arkatza barruan egon daitezen kutxan zer dagoen ikusi gabe.
Erabili arkatzaren punta koadroaren behealdeko edukia edo azalera aztertzeko. Zure buruan, jarrai itzazu hautematen dituzun objektuen altuera, haien forma eta tamaina orokorra.
Ondoren, marraztu "ikusi" duzuna paper zati batean. Baliteke goiko eta alboko ikuspegia kontuan hartzea koadroan zer dagoen zehazteko.
Taldeko ikasle bakoitzak ikerketa egin duenean, elkarrekin lan egin eta koadroan dagoenaren inguruko zure marrazkiak eta iritziak partekatu. Talde gisa adostasuna lortu eta objektuaren neurketa estimatuak biltzen dituen azken marrazkia garatu
Aurkezpen eta Hausnarketa Fasea
Aurkeztu zure ideiak, marrazkiak eta neurriak klasean, eta entzun beste taldeen aurkezpenak. Ikusi zure taldea, edo beste taldeak zeinen hurbil zeuden, benetako tamaina eta forma zehazteko orduan. Ondoren osatu hausnarketa orria.
hausnarketa
Osatu beheko hausnarketarako galderak:
- Zein zehaztasun zuen formari dagokionez zure taldeak objektua identifikatzeko orduan? Zer aurkitu zenuen koadroan?
- Zein da zure taldea koadroan dagoen objektuaren benetako tamaina zehazteko orduan?
- Zein ehunekotan kalkulatu da zure tamaina koadroan dagoen objektuaren benetako tamainatik?
- Zundaketarekin kutxa barruan "ikusi" behar izan zenuen denborak zure aurkikuntzak zein zehatzak izan ziren eragin zuen?
- Zure ustez, taldean lan egiteak proiektu hau erraztu edo zaildu zuen? Zergatik?
Ikasgaien Planaren Itzulpena