Сканерлейтін зонд микроскопы болыңыз

Құрылыс материалдары (әр команда үшін)

Сабаққа керекті материалдар

• Төменге зат салынған қорап (сызғыш, қағаз шыныаяқ, кірпіш, жеміс бөлігі)
• Оқушылар қорапта не бар екенін көрместен, қолдары мен қарындашты ішке сыйғызу үшін қорапқа көзді байлап немесе тесік жасаңыз. 

Командаларға қажетті материалдар

• қағаз
• Қалам
• қарындаш
• Интернетке кіру мүмкіндігі, міндетті емес

Дизайн шебері

Сіз қораптың ішіндегі екі түрлі затты «сезіну» үшін қарындашпен зондты қолдану қиындықтары бар инженерлер тобысыз (объектілерді көрместен). Әрі қарай, сіз «көрген» нәрсені саласыз және топ ретінде қораптағы заттың қандай болатынын келісесіз. Содан кейін командалар сіз келіскен объектіні көрсететін егжей -тегжейлі сызба жасайды.

критерийлері

• Заттарды «сезіну» үшін қарындаш қолдану керек.
• Заттарды көре алмау керек (көзге немесе қарындашқа сәйкес келетін қораптағы тесік).

Шектеу

• Тек берілген материалдарды қолданыңыз.

Қажетті уақыт: бір -екі 45 минуттық сессия.

1. Сыныпты 2-4 адамнан тұратын командаларға бөліңіз.
2. Микроскоптың сканерлеуші ​​болуға арналған жұмыс парағын таратыңыз.
3. Негізгі ұғымдар бөліміндегі тақырыптарды талқылаңыз. Оқушылардан инженерлер көруге болмайтын заттардың бетін қалай өлшейтінін қарастыруды сұраңыз. Егер Интернет қол жетімді болса, виртуалды микроскоппен бөлісіңіз (http://virtual.itg.uiuc.edu).
4. Инженерлік жобалау үдерісін, жобалау тапсырмасын, критерийлерді, шектеулер мен материалдарды қарастырыңыз.
5. Әр команданы өз материалдарымен қамтамасыз етіңіз.
6. Оқушылар қарындашпен қораптың ішіндегі екі түрлі затты «сезіну» керек екенін түсіндіріңіз (көздері байланған). Әрі қарай, олар «көргендерін» салады және топ ретінде қораптағы заттың қандай болатынын келіседі. Соңында командалар келісілген объектіні көрсететін егжей -тегжейлі сызба жасайды.
7. Әрекетті аяқтау үшін қанша уақыт қажет екенін хабарлаңыз (1 сағат ұсынылады).
8. Уақыттың сақталуын қамтамасыз ету үшін таймерді немесе желідегі секундомерді (кері санау функциясын) қолданыңыз. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Студенттерге үнемі «уақыт тексерулерін» беріңіз, олар тапсырманы орындауы үшін. Егер олар қиналса, оларды тезірек шешуге әкелетін сұрақтар қойыңыз.
9. Оқушыларға келесі әрекеттерді орындауды тапсырыңыз:
   • Топтағы әрбір оқушы кезекпен қарындашпен зондты қолданып, қораптағы заттарды анықтауға арналған пішінді анықтайды. Сіз не көзіңізді байлап қоюға болады, не қорапқа не салынғанын көрместен қолыңыз бен қарындаштың кіруі үшін қорапқа тесік жасай аласыз.
   • Қарындаштың ұшын қолданып, қорап түбінің мазмұнын немесе беткі қабатын тексеріңіз.
   • Есіңізде болсын, сіз сезетін заттардың биіктігін, олардың пішінін және жалпы көлемін қадағалаңыз.
   • Содан кейін, қағазға «көргеніңізді» салыңыз - қорапта не бар екенін анықтау үшін жоғарғы және бүйірлік көріністі қарастырғыңыз келуі мүмкін.
   • Топтағы әрбір студент зерттеу жүргізгенде, бірге жұмыс жасаңыз және қорапта не бар екені туралы суреттеріңіз бен пікірлеріңізді бөлісіңіз. Топ болып консенсусқа келіңіз және объектінің болжамды өлшемдерін қамтитын соңғы сызбаны жасаңыз.
10. Командалар сіздің идеяларыңызды, сызбаларыңызды және өлшеулеріңізді сыныпқа ұсынады және басқа командалардың презентацияларын тыңдайды. Олар команданың нақты өлшемі мен пішінін анықтауда қаншалықты жақын болғанын салыстыруы керек.
11. Сынып ретінде оқушылардың рефлексия сұрақтарын талқылаңыз.
12. Тақырып бойынша қосымша ақпарат алу үшін «Тереңірек қазу» бөлімін қараңыз.

Қосымша кеңейту әрекеті

Студенттер бір қолымен қораптағы «сезінетіндерін» айнаға берсін, екінші қолымен қағазға бір мезгілде сурет салсын.

Оқушылардың рефлексиясы (инженерлік дәптер)

1. Сіздің команда нысанды анықтауда пішін тұрғысынан қаншалықты дәл болды? Қораптан не таптың?
2. Сіздің команда қораптағы объектінің нақты өлшемін анықтауда қаншалықты дәл болды?
3. Сіздің өлшеміңіз қораптағы объектінің нақты өлшемінен қанша пайызға төмен болды?
4. Қалай ойлайсыз, зондпен қораптың ішінде «көруге» кеткен уақыт сіздің нәтижелеріңіздің дәлдігіне әсер етті ме?
5. Топ болып жұмыс істеу бұл жобаны жеңілдетті ме, әлде қиындатты деп ойладыңыз ба? Неге?

Сабақты егде жастағы оқушылар үшін 1 сыныптың ішінде жасауға болады. Алайда, оқушылардың асықпауына көмектесу үшін және оқушылардың жетістіктерін қамтамасыз ету үшін (әсіресе кіші жастағы оқушылар үшін) сабақты екі кезеңге бөліп, оқушыларға миға шабуыл жасауға, ойларын тексеруге және олардың дизайнын аяқтауға көбірек уақыт беріңіз. Келесі сабақ кезеңінде тестілеу мен қорытынды жасаңыз.

Нанотехнология дегеніміз не?

Сіздің эритроцит сіздің венаңызда қозғалатын кезде оның қозғалысын бақылай алатындығыңызды елестетіп көріңіз. Натрий мен хлор атомдарын электронды тасымалдауға және тұз кристалын құруға немесе су ыдысындағы температураның жоғарылауына қарай молекулалардың тербелісін бақылайтындай жақындаған кезде байқау қандай болар еді? Соңғы бірнеше онжылдықта әзірленген және жетілдірілген құралдардың немесе «ауқымдардың» арқасында біз осы параграфтың басындағы көптеген мысалдар сияқты жағдайларды байқай аламыз. Бұл материалдарды молекулалық немесе атомдық масштабта бақылау, өлшеу және тіпті манипуляциялау қабілетін нанотехнология немесе нанология деп атайды. Егер бізде «бірдеңе» наносы болса, бізде оның миллиардтан бір бөлігі бар. Ғалымдар мен инженерлер нано -префиксті ұзындығы метрді), секундты (уақытты), литрді (көлемді) және граммды (массаны) қоса алғанда, өте аз мөлшерде түсіну үшін қолданады. Көбінесе нано ұзындық шкаласына қолданылады және біз нанометрлерді өлшейміз және айтамыз (нм). Жеке атомдар диаметрі 1 нм -ден кіші, ұзындығы 10 нм сызық құру үшін қатарынан 1 сутегі атомы қажет. Басқа атомдар сутегінен үлкен, бірақ диаметрі нанометрден аз. Әдеттегі вирустың диаметрі шамамен 100 нм, ал бактерия - құйрыққа дейін шамамен 1000 нм. Наноөлшемнің бұрын көрінбейтін әлемін байқауға мүмкіндік берген құралдар - Атомдық күш микроскопы және сканерлейтін электронды микроскоп.

Кіші қаншалықты үлкен?

Наноөлшемде ұсақ -түйектердің бар екенін елестету қиын болуы мүмкін. Келесі жаттығу кішкентайдың қаншалықты үлкен екенін елестетуге көмектеседі! Боулинг, бильярд допы, теннис допы, гольф добы, мәрмәр және бұршақ туралы ойланыңыз. Бұл заттардың салыстырмалы өлшемі туралы ойланыңыз.

Электронды микроскоппен сканерлеу

Сканерлік электронды микроскоп - бұл электронды микроскоптың ерекше түрі, ол растрлық сканерлеу үлгісіндегі электрондардың жоғары сәулелік сәулесімен сканерлеу арқылы үлгі бетінің суретін жасайды. Растрлық сканерлеу кезінде кескін «сканерлеу сызықтары» деп аталатын (әдетте көлденең) жолақтар тізбегіне бөлінеді. Электрондар үлгіні құрайтын атомдармен әрекеттеседі және бетінің пішіні, құрамы, тіпті электр тогын өткізе алатындығы туралы мәліметтер беретін сигналдар шығарады. Электронды микроскоппен түсірілген көптеген суреттерді мына жерден қарауға болады www.dartmouth.edu/~emlab/gallery.

Атомдық күш микроскоптары

Нано шкаласында бейнелеу

Материалдардың беті нано масштабта қалай көрінетінін «көру» үшін инженерлер объектінің бетінің қалай әрекет ететінін зерттеуге арналған құрылғылар мен жүйелер жиынтығын жасады. Сіз көптеген суреттерді www.dartmouth.edu/~emlab/gallery мекен -жайындағы Дартмут электронды микроскоп қондырғысынан қарай аласыз.

Атомдық күш микроскоптары

Атомдық күш микроскопы - зондтың микроскопының (SPM) арнайы түрі, ол зондтың көмегімен объектінің бетіне тию немесе жылжу арқылы ақпарат жинайды. Нанометрдің бөлшегінде ажыратымдылығы өте жоғары. AFM 1982 жылы IBM -де ойлап табылды, ал 1989 жылы атомдық күш микроскопы сатылымға шығарылды. AFM наноөлшемде кез келген нәрсені өлшеу мен бейнелеудің маңызды құралдарының бірі болып қала береді. Ол үш өлшемді суретті немесе үлгінің топографиясын дәл әзірлей алады және көптеген қосымшалары бар. Егер сіз көзіңізді жұмып, қарындаштың ұшымен қорапта қандай зат бар екенін елестете алсаңыз, микроскоптың бұл түрі қалай жұмыс істейтінін елестете аласыз! Атомдық күш микроскопының бір артықшылығы - ол арнайы ортаны қажет етпейді және орташа ортада, тіпті сұйықтықта жақсы жұмыс істейді. Бұл биологияны макромолекулалар деңгейінде зерттеуге немесе тіпті тірі организмдерді шолуға мүмкіндік береді.

Интернет қосылымдары

• Атомдық күш микроскопиясы
• Виртуалды микроскоп

Ұсынылған оқу

• Микроскопиялық сканерлеу: кеңестегі зертхана (физикадағы кеңейтілген мәтіндер) (ISBN: 978-3642077371)
• Микроскопиялық сканерлеу (ISBN: 978-3662452394)

Жазу әрекеті

Нанотехнологияның жетістіктері денсаулық сақтау мен медицина саласына қалай әсер еткені туралы эссе немесе параграф жазыңыз.

Оқу бағдарламасы шеңберіне сәйкестендіру

Ескерту: Бұл сериядағы сабақ жоспарлары келесі стандарттар жиынтығына сәйкес келеді:

• S. Ғылыми білім стандарттары (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Жаңа буын ғылымының стандарттары (http://www.nextgenscience.org/)
• Халықаралық технологиялық білім беру қауымдастығының технологиялық сауаттылық стандарттары (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• С.Математика мұғалімдерінің ұлттық кеңесі мектеп математикасының принциптері мен стандарттары (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Математиканың жалпыға ортақ мемлекеттік стандарттары (http://www.corestandards.org/Math)
• Информатика мұғалімдерінің ассоциациясы K-12 информатика стандарттары (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Ұлттық ғылыми білім беру стандарттары K-4 сыныптар (4-9 жас)

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым - сұрау ретінде

Әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Ғылыми ізденіс үшін қажетті дағдылар
• Ғылыми ізденіс туралы түсінік

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Физикалық ғылым

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар туралы түсінік қалыптасуы керек

• Заттар мен материалдардың қасиеттері
• Заттардың орналасуы мен қозғалысы

МАЗМҰНЫ Е СТАНДАРТЫ: Ғылым мен технология

Әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Технологиялық жобалау қабілеттері

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым жеке және әлеуметтік перспективада

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Ғылым мен технология жергілікті қиындықтарда

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым тарихы мен табиғаты

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Ғылым адамның әрекеті ретінде

Ұлттық ғылыми білім беру стандарттары 5-8 сыныптар (10-14 жас)

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым - сұрау ретінде

Әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Ғылыми ізденіс үшін қажетті дағдылар
• Ғылыми ізденіс туралы түсінік

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Физикалық ғылым

Барлық оқушылардың іс -әрекеті нәтижесінде түсінік қалыптасуы керек

• Заттағы қасиеттер мен қасиеттердің өзгеруі

МАЗМҰНЫ Е СТАНДАРТЫ: Ғылым мен технология

5-8 сыныптардағы іс-әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Технологиялық жобалау қабілеттері
• Ғылым мен техника туралы түсініктер

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым жеке және әлеуметтік перспективада

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Қоғамдағы ғылым мен техника 

Ұлттық ғылыми білім беру стандарттары 5-8 сыныптар (10-14 жас)

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым тарихы мен табиғаты

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Ғылым адамның әрекеті ретінде
• Ғылымның табиғаты

Ұлттық ғылыми білім беру стандарттары 9-12 сыныптар (14-18 жас)

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым - сұрау ретінде

Әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Ғылыми ізденіс үшін қажетті дағдылар
• Ғылыми ізденіс туралы түсінік

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Физикалық ғылым

Барлық оқушылардың іс -әрекеті нәтижесінде түсінік қалыптасуы керек

• Заттың құрылысы мен қасиеттері

МАЗМҰНЫ Е СТАНДАРТЫ: Ғылым мен технология

Әрекеттер нәтижесінде барлық оқушылар дамуы керек

• Технологиялық жобалау қабілеттері
• Ғылым мен техника туралы түсініктер

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым жеке және әлеуметтік перспективада

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Ғылым мен технология жергілікті, ұлттық және жаһандық сын -қатерлерде

МАЗМҰНЫ СТАНДАРТЫ: Ғылым тарихы мен табиғаты

Іс -әрекеттің нәтижесінде барлық оқушылар түсінігін дамытуы керек

• Ғылым адамның әрекеті ретінде
• Ғылыми танымның табиғаты
• Тарихи көзқарастар

 Жаңа буынның ғылыми стандарттары 2-5 сыныптар (7-11 жас)

Түсінгенін көрсете алатын оқушылар:

Зат және оның өзара байланысы

• 5-PS1-1. Зат көрінбейтін өте кішкентай бөлшектерден жасалғанын сипаттайтын модель жасаңыз.
• 5-PS1-3. Материалдарды олардың қасиеттеріне қарай анықтау үшін бақылау мен өлшеулер жүргізіңіз. 

Технологиялық сауаттылық стандарттары - барлық ғасырлар 

Технологияның табиғаты

• 1 стандарт: Студенттер технологияның сипаттамасы мен көлемі туралы түсінік қалыптастырады.
• 2 стандарт: Студенттер технологияның негізгі ұғымдары туралы түсінік қалыптастырады.
• 3 стандарт: Студенттер технологиялар арасындағы байланыс пен технология мен басқа да оқу салалары арасындағы байланыстар туралы түсінік қалыптастырады. 

Технология және қоғам

• 4 стандарт: Студенттер технологияның мәдени, әлеуметтік, экономикалық және саяси әсері туралы түсінік қалыптастырады.
• 6 стандарт: Студенттерде технологияның дамуы мен қолданылуында қоғамның рөлі туралы түсінік қалыптасады.
• 7 стандарт: Студенттер технологияның тарихқа әсері туралы түсінік қалыптастырады.

Технологиялық әлем үшін мүмкіндіктер

13 стандарт: Студенттер өнімдер мен жүйелердің әсерін бағалау дағдыларын дамытады.

Қолыңызды сканерлейтін зонд микроскопы болуға тырысыңыз!

Зерттеу кезеңі

Мұғалім берген материалдарды оқыңыз. Егер сізде Интернетке кіру мүмкіндігі болса, мына веб -сайттағы оқулықты қараңыз: http://virtual.itg.uiuc.edu/training/AFM_tutorial/. Бұл сканерлеу зондының микроскоптарының қалай жұмыс істейтінін көрсетеді және осы әрекет арқылы ұқсас тапсырманы қалай орындауға болатынын түсінуге көмектеседі.

Байқап көріңіз!

Сіздің командаңыздағы әрбір оқушы кезекпен қарындашпен зонд арқылы қораптағы заттың пішінін немесе идентификациясын анықтайды. Сіз не көзіңізді байлап қоюға болады, не қорапқа не салынғанын көрместен қолыңыз бен қарындаштың кіруі үшін қорапқа тесік жасай аласыз.

Қарындаштың ұшын қолданып, қорап түбінің мазмұнын немесе беткі қабатын тексеріңіз. Есіңізде болсын, сіз сезетін заттардың биіктігін, олардың пішінін және жалпы көлемін қадағалаңыз.

Содан кейін, қағазға «көргеніңізді» салыңыз - қорапта не бар екенін анықтау үшін жоғарғы және бүйірлік көріністі қарастырғыңыз келуі мүмкін.

Топтағы әрбір студент зерттеу жүргізгенде, бірге жұмыс жасаңыз және қорапта не бар екені туралы суреттеріңіз бен пікірлеріңізді бөлісіңіз. Топ болып консенсусқа келіңіз және объектінің болжамды өлшемдерін қамтитын соңғы сызбаны жасаңыз

Презентация және рефлексия кезеңі

Сыныпқа өз идеяларыңызды, сызбаларыңызды және өлшеулеріңізді көрсетіңіз және басқа командалардың презентацияларын тыңдаңыз. Нақты өлшемі мен формасын анықтау үшін сіздің командаңыздың немесе басқа командалардың қаншалықты жақын болғанын қараңыз. Содан кейін рефлексия парағын толтырыңыз.

шағылу

Төмендегі рефлексия сұрақтарын толтырыңыз:

1. Сіздің команда нысанды анықтауда пішін тұрғысынан қаншалықты дәл болды? Қораптан не таптың?

2. Сіздің команда қораптағы объектінің нақты өлшемін анықтауда қаншалықты дәл болды?

3. Сіздің өлшеміңіз қораптағы объектінің нақты өлшемінен қанша пайызға төмен болды?

4. Қалай ойлайсыз, зондпен қораптың ішінде «көруге» кеткен уақыт сіздің нәтижелеріңіздің дәлдігіне әсер етті ме?

5. Топ болып жұмыс істеу бұл жобаны жеңілдетті ме, әлде қиындатты деп ойладыңыз ба? Неге?