Разработанные и апробированные автором новые методики преподавания, которые реализованы на базе серийного микроскопа СММ-2000, позволяют проводить интересные и понятные учебные курсы по зондовой микроскопии и нанотехнологиям.

УДК 620.187; ВАК 01.04.01; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.81.2.174.179

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Ханнинка Р.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #2/2018
Б.Логинов
Зондовая микроскопия: новые возможности для вузов и школ
Просмотры: 3452
Разработанные и апробированные автором новые методики преподавания, которые реализованы на базе серийного микроскопа СММ-2000, позволяют проводить интересные и понятные учебные курсы по зондовой микроскопии и нанотехнологиям.

УДК 620.187; ВАК 01.04.01; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.81.2.174.179
Уникальный курс обучения, включающий сборку микроскопа своими руками, проводится автором с 2008 года. После его прохождения с микроскопами может работать подавляющее большинство учащихся группы (без сборки могли бы лишь единицы). Курс развивает уверенность учащихся в своих силах и формирует доверие к отечественной технике. Собрав прибор, студенты не боятся дорабатывать его для проведения конкретных экспериментов, например, для сканирования докрасна раскаляемой током проволоки с нанесенными наночастицами. Тем самым развиваются навыки работы на нестандартных приборах в специальных областях, где выше вероятность совершения новых открытий. Простота микроскопа-конструктора СММ-2000, состоящего всего из 16 соединяемых без пайки деталей, позволяет осваивать его школьникам; расчет конструкции и сборка этого микроскопа вошли в предпрофессиональный экзамен школьных инженерных классов [1].
АТОМНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ НА ПАРТЕ
Обучение зондовой микроскопии начинается с истории о получении Нобелевской премии за достижение атомного разрешения, после чего у учащихся возникает желание проверить эту возможность. Уникальная конструкция микроскопа СММ-2000 обеспечивает достижение атомного разрешения и позволяет непосредственно на парте продемонстрировать получение изображений атомов, что укрепляет доверие учащихся.

ПУТЬ В НАУКУ
Преподаватель, имея в своем распоряжении включенные в государственный реестр средств измерений России микроскопы СММ-2000, на которых для учебных целей достигнуто надежное атомное разрешение в режимах сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ), может предложить знакомым и незнакомым ученым присылать образцы для исследования. После сканирования учащиеся отсылают полученные изображения по электронной почте. 72-часовая программа курса зондовой микроскопии позволяет реализовать такую схему сотрудничества [2], что способствует вовлечению учащихся в научную деятельность. Вместе с образцами ученые передают "искру" своего научного поиска, полученные изображения часто включают в свои научные публикации и даже указывают учащихся в числе соавторов, закладывая начало их научного пути. Наличие публикаций позволяет учащимся, например, участвовать в конкурсах на гранты или именные стипендии. Весьма полезным оказывается также умение оформлять результаты в соответствии с требованиями для научных статей [3]. Напечатав сборник лучших из этих статей, педагог повышает самооценку учащихся и формирует их профориентацию.
ПРОЕКТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
После объяснения сути режимов работы зондовых микроскопов преподаватель может доверить самим учащимся генерацию тем для проектных, курсовых и дипломных работ. Направив их на путь самостоятельного научного поиска, он одновременно решает проблему обычной нехватки тем для таких работ.
Кроме базовых режимов СТМ и контактной, полуконтактной и бесконтактной АСМ, микроскоп СММ-2000 предоставляет возможность использования еще более чем 25 дополнительных режимов [4]. Они позволяют с нанометровой точностью в широком диапазоне температур (от –40 до 150°С и выше) получать карты распределения на рельефе различных физических свойств: электропроводности, электрических потенциалов, емкости, намагниченности, электролюминесценции, фоточувствительности, электронной плотности, концентрации примесей и других полупроводниковых свойств, теплопроводности, трения, адгезии, упругости, вязкости, акустических свойств, широкого спектра пьезоэлектрических и магнитных свойств и даже молекулярного состава [5]. Задача учащегося при этом – подобрать для полученного образца режим, выявляющий его специфичные качества, и переконструировать микроскоп под этот режим. Умножив число исследуемых в разных режимах свойств на количество возможных типов объектов исследования, мы получаем практически неограниченное число тематик современного физического эксперимента. Например, оно далеко не исчерпано автором за годы преподавания в МИФИ (с 2006 года) и в МИЭТ (с 2008 года).
УДАЛЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Функция удаленного управления микроскопом СММ-2000 открывает перед учащимися новую возможность выполнения лабораторных и проектных работ. Установив в учебное время в микроскоп образец [5], учащиеся могут управлять прибором с любого компьютера из дома или из другого места в любое время суток. При этом на компьютере микроскопа педагог контролирует активность учащихся и определяет, кто нуждается в индивидуальной помощи. А учащиеся могут получать первый опыт коммерциализации знаний и умений, выполняя оплачиваемые заказы на сканирование образцов, и это во всех смыслах приносит им пользу.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИГРЫ И 3D-ПРИНТЕРЫ
В настоящее время большое внимание уделяется профориентации школьников, создаются детские образовательные центры и технопарки. Но, хотя школьников и отправляют в них целыми классами, в итоге эффективными оказываются только те образовательные программы, которые посещаются из интереса. Микроскоп СММ-2000 с 2017 года имеет уникальные опции [4] для начального привлечения школьников, которые хорошо зарекомендовали себя на практике, причем уже есть опыт организации платных курсов. Например, распечатав рельеф полученного изображения на 3D-принтере, учащийся может буквально прикоснуться руками к "наномиру", загадочному и непохожему на привычный для нас макромир. Особенно интересно "пощупать" атомы. Интересно и понаблюдать за работой 3D-принтера. Также есть возможность [5] транслировать полученный в микроскопе кадр в компьютерные игры (Minecraft и другие) и поиграть в "наномире", как бы уменьшившись до его размеров – строить, сражаться, летать, в том числе в виртуальной реальности с использованием 3D-шлема, что привлекает школьников и является мостиком к их профориентации.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Московский центр качества образования, 2017. http://mcko.ru/pages/m_n_d_pre-professional_exam.
Moskovskij centr kachestva obrazovaniya, 2017. http://mcko.ru/pages/m_n_d_pre-professional_exam.
2. Логинов Б.А. Учебная программа курса "Сканирующая зондовая микроскопия", 2011. http://www.z-proton.ru.
Loginov B.A. Uchebnaya programma kursa "Skaniruyushchaya zondovaya mikroskopiya". [The curriculum of the course "Scanning probe microscopy"] 2011. http://www.z-proton.ru.
3. Логинов Б.А. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия: Учебно-методическое пособие. – М.: МИФИ, 2008. 224 с.
Loginov B.A. Skaniruyushchaya tunnel'naya i atomno-silovaya mikroskopiya: uchebno-metodicheskoe posobie. [Scanning tunnel and atomic force microscopy: teaching aid]. M.: MEPhI, 2008. 224 p.
4. Логинов Б.А. Физическое образование в вузах. 2017. Т. 23. № 4. С. 71–78.
Loginov B.A. Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. [Physical education in universities]. 2017. Vol. 23. No. 4. P. 71–78.
5. Сканирующий зондовый микроскоп СММ-2000. 2018. www.microscopy.su; www.микроскоп.su.
CMM-2000 scanning probe microscope. 2018. www.microscopy.su.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art