Нанотехнологии

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1.

Глава 2.

Глава3.

Заключение

Список

Использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узкопрофессиональные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, века пара и электричества, атомной энергии и компьютеров. В настоящее время развиваются и совершенствуются буквально все существующие технологии, например, технологии производства металла и пластмасс, автомобилей, самолетов, космических кораблей, электронной техники, сельскохозяйственного производства, переработки производственных и бытовых отходов, очистки сточных вод и выбросов в атмосферу и т.п.

Однако, можно выделить ряд технологий, которые в первую очередь изменяют технологическое лицо нашего мира. В настоящее время всеобщее внимание приковано к нанотехнологиям, которые сулят радикальное изменение в жизни человеческого общества.

Слово «нано» означает одну миллиардную часть какой-то величины. Нанометр - одна миллиардная часть метра, наноампер - одна миллиардная часть ампера.

Нанотехнологии позволяют создавать и оперировать с объектами, имеющие размеры в диапазоне от долей до сотен нанометров. Отметим, что атом имеет размер около одной десятой нанометра.

По мнению многих экспертов XXI век будет веком нанонауки (науки о свойствах вещества в нанометровом масштабе размеров) и нанотехнологии.

На уроках технологии, а также в условиях профильного обучения необходимо узнавать учащимся общеобразовательных учреждений новые способы производства, а также новые конструкционные материалы. Поэтому тему работы считаю актуальной.

Объект исследования: машиноведческий материал на уроках технологии и в условиях предпрофильной и профильной подготовки

Предмет исследования: изучение наукоемких технологий на уроках технологии и в условиях предпрофильной и профильной подготовки.

ГЛАВА 1 . НАНОНАУКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ

1.1.Понятийный аппарат нанотехнологий

Термин «нанотехнологии» ввел в 1974 г. японский физик Норе Танигучи для описания процесса построения новых объектов и материалов при помощи манипуляции с отдельными атомами.

Нанонауку можно определить как совокупность знаний об особенностях поведения вещества в нанометровом масштабе размеров, а на-нотехнологию как совокупность методов и приемов манипулирования веще-ством на атомном и молекулярных уровнях с целью производства конечных продуктов с заранее заданной атомной структурой.

Нанотехнологии - междисциплинарная технологическая область в био-логии, биоинженерии, рациональном природопользовании и медицине, в электронике, оптике, энергетике, машиностроении - оперируют процессами сборки и самосборки структур пониженной размерности на атомарном и кла-стерном уровнях, которые позволяют придать органическим и неорганическим материалами уникальные физико-химические, механические и электрические свойства, повысить их ресурс.

Эти технологии обеспечивают возможность управляемого и контролируемого создания и модификации объектов с размерами менее 10-9м

Кластер - группа, объединение элементов.

Наносистемная техника - полностью или частично созданные на основе нанотехнологий и наноматериалов функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям на основе использования микро и макро объемов веществ.

Наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 Нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплутационными характеристиками, обусловленными эффектами масштабирования. Суть нанотехнологий не в размере объекта, а в способе его получения из отдельных атомов.

1.2.Виды нанотехнологий

Первые технические средства в этой области были изобретены в швейцарских лабораториях IBM. Огромную роль сыграли.

Создание сканирующего туннельного микроскопа и сканирующего атомно-силового микроскопа (Нобелевская премия 1992 года), что позволило не только рассматривать отдельные атомы в кристалле, но двигать и переставлять их нужном порядке.

Открытие новой формы существования углерода в природе-фуллеренов (Нобелевская премия 1996 года), что дало возможность создавать трехмерные структуры из атомов углерода с уникальными свойствами.

Рис. 1 Горизонтальный и вертикальный способы

На рис.1 приведены «горизонтальный» и «вертикальный» способы манипулирования и перемещения атомов по поверхности с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа.

Поатомная сборка принципиально изменяет парадигму создания изделий. Если до сих пор изделия создавались из заготовок путем удаления ненужных частей, которые шли в отходы, то нанотехнологии позволяют получать изделия из отдельных атомов без отходов и загрязнения окружающей среды (рис.2 [1]).

Рис.2. Две технологические парадигмы "сверху-вниз" и "снизу-вверх": а-в - примеры получения изделия из большой заготовки отсечением ненужного ("сверху-вниз"), обкалыванием, отпиливанием, точением; г-е - примеры конструирования изделия из отдельных атомов ("снизу-вверх") молекулярно-лучевой эпитаксией через трафарет, самосборкой за счет ускоренной поверхностной диффузии, перемещением отдельных атомов иглой сканирующего зондового МИКВ0СК0Па

Примеры результатов «поатомной» сборки приведены на рис.3 [1].

Принципиальным фундаментом нанотехнологии является физика, химия и молекулярная биология искусственных и естественных объектов, состоящих из счетного числа атомов, т.е. таких объектов, в которых уже в значительной степени проявляется сильная зависимость всех свойств от их размеров (размерные эффекты), дискретная атомно-молекулярная структура вещества и/или квантовые закономерности его поведения (рис.4 [1]).

Нанообъекты занимают свое место в пространственно-временной плоскости характерных параметров объектов, используемых человечеством (рис.5[1]).



Рис.4. Примеры специфического поведения вещества на субмикронном

уровне:

1 - колебательный характер;

рост характеристики с насыщением;

рост харакеристики с максимумом.

1'нс. 5. Место наноструктурпропаинмх оГгьсктоп п прострпистпешш-прсмсшюй плоскости характерных параметров

Для описания объектов различных размеров используются различные методы и теории (рис.6 [1]).

Рис. 6. Фундаментальные физические основы технологий различного масштабно- временого уровня

континуальные - непрерывные в пространстве

В настоящее время выделились следующие направления исследований и разработок в областях нанотехнологий:

1. Сверхпрочные материалы для авиационной, космической, «земной» промышленности;

Полимерные материалы с любым, наперед заданными свойствами;

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы;

Нанопористые материалы (молекулярные фильтры, адсорбенты, катализаторы, сепараторы);

Негорючие нанокомпозитные материалы на полимерной основе;

Элементы памяти компьютеров, сверхминиатюрные системы записи огромных массивов аудио и визуальной информации;

Источники электрического тока невиданной емкости (топливные элементы и аккумуляторы);

Нанороботы, передвигающиеся по венам и артериям и удаляющие нежелательные образования;

9. Нанодиагносты и нанотерапевты, определяющие характер
заболевания и впрыскивающие нужные лекарства в нужной точке;

Биосовместимые материалы для трансплантации;

Лекарственные препараты;

12. Катализаторы, действующие не хуже природных ферментов-
чемпионов производительности и эффективности.

Разработаны составы и технологии нанесения сверхтвердых покрытий из нитридов, боридов, карбидов различных металлов толщиной около 1 мкм, уступающих по твердости только монокристаллическому алмазу. Подобные покрытия увеличивают износостойкость режущего инструмента, жаростойкость, коррозийную стойкость изделий, сделанные из дешевого материала в объеме. Ресурс деталей машин и инструментов с твердофазным наноупрочнением для жизненно важных аэро космического, энергетического, тяжелой техники повышается до 500% при малых энерго - материальных затратах. Создание космических средств с улучшенными на принципиально новом уровне тактико-техническими характеристиками связано с теоретическими и экспериментальными работами в области нанотехнологий и наноматериалов. Прогноз динамики увеличения отношения прочность/масса конструкционных материалов до 2040 года выглядит следующим образом.

На 2007г	До2015г	До 2025г	До 2040
Металлические и полимерные композитные материалы	Композитные материалы из многостенных нанотрубок	Неориентированные структуры из одностениых нанотрубок	Монокристалл ические сеточные структуры из чистого углерода
прочность /масса 10	50	100	500 и более

В 2007 году в печати отмечались следующие достижения мирового уровня в нашей стране:

-создание нанотехнологических сканирующих зондовых приборов, туннельных и атомно-силовых микроскопов;

-разработка технологий нанокристалических титановых имплантантов и особостойких наноструктурных покрытий; -разработка новых методов получения наноматериалов; -синтез и компактирование ультрадисперсных порошков; -получение наноматериалов методами интенсивной пластической деформации, кристаллизация из аморфного состояния, пленочная нанотехнология;

-работы в области создания интеллектуальных наноматериалов и др. В настоящее время создаются наноэлектронные устройства: нанотранзисторы, элементы логики, память большой емкости, микропроцессоры, преобразователи физических величин, датчики, самоорганизующиеся среды и т.п.

Первый нанотранзистор был создан в Нидерландах в 1998 году. Если традиционными методами удавалась создавать транзисторы размером 180 нм, то с использованием нанотехнологии - 65 и даже 18 нм.

Предполагается, что далее наноэлектроника будет развиваться в следующих направлениях:

Создание квантовых компьютеров;

Одноэлектроника (использование свойств одного электрона в двухатомной молекуле) и спинтроника (использование двух возможных значений спина электрона);

Использование углеродных трубок;

4. Молекулярная электроника с использованием фрагментов ДНК.
Приближение к квантовым пределам (один электрон, один спин и т.д.)

сулит быстродействие ~1 ТГц (-10 операций в секунду), плотность записи информации -10 ТБ/см , что на много порядков выше, чем достигнута сегодня, а энергопотребление на несколько порядков ниже.

При такой плотности записи в винчестере размером в наручные часы можно было бы разместить фотографии, отпечатки пальцев, медицинские карты и биографии абсолютно всех до единого жителей Земли.

У Министерства обороны США существует хорошо финансируемая программа создания «Smart dust» - умной пыли, т.е. большого семейства микророботов размером в пылинку, которые смогут, рассыпавшись над территорией противника, проникать во все щели, каналы связи, создавать свою сеть, собирать и передавать оперативную информацию, проводить спецоперации и т.д.

Нанороботы смогут очищать сосуды от микробов, зарождающихся раковых клеток, отложений холестерина (холестериновых бляшек), доставлять лекарства к соответствующим органам.

Рынок продукции нанотехнологии выглядит следующим образом: Готовые продукты, имеющиеся на рынке:

нанодисперсные материалы;

защитные и функциональные покрытия;

композиты;

керамика;

полимерные материалы;

катализаторы;

наномембраны, нанофильтры;

светодиоды;

сенсоры, датчики; *биочипы.

Продукты, которые будут готовы к выходу на рынок через 3-5 лет: *углеродные материалы;

сверхпроводящие наноматериалы;

наноэлектронные устройства;

наноматериалы оптоэлектроники ;

средства доставки лекарственных препаратов (нанокапсулы); *лекарственные наноматериалы;

микросистемная техника;

медицинские диагносты;

наноматериалы и наноустройства для военной техники.
Перспективные продукты и разработки через 10-20 лет:

наноматериалы с заданными свойствами, изменяющимися под воздействием внешней среды;

продукция нанобиотехнологий;

гибридные устройства и приборы бионического характера;

нанобиосистемы и устройства;

наноматериалы для преобразования и хранения энергии;

устройства сверхплотной записи информации;

* наноэлектромеханика, биоактивные материалы, «умные
имплантаты».

Гибрид живой и неживой материи - вот главный переворот, который несут человечеству нанотехнологии.

В странах ЕС с 2003 по 2006 на развитие нанотехнологии было выделено 1300 млн. евро, на 2007-2013 г (7 лет) - 4865 млн. евро.

В 2007 г. Нанофорум, представляющий собой европейскую нанотехнологическую сеть, финансируемую Евросоюзом, опубликовал сообщение, в котором перечислены

- 240 центров в 28 странах, открытые внешним пользователям для работы на технологическом и аналитическом оборудовании;

Оптоэлектроника - электроника, использующая оптическое излучение

16 центров классифицируется как крупнейшие исследовательские инфраструктуры Евросоюза, они имеют крупномасштабные технологические средства, рабочий персонал для проведения научно-исследовательских работ, передачи технологии и обучения и многомиллионные (в евро) ежегодные бюджеты;

143 сети, которые поддерживают сотрудничество и информационный обмен между участниками в странах Евросоюза;

национальные сети в Германии, Великобритании, Франции, Голландии и Польше.

В США выполняется «Национальная нанотехнологическая инициатива». Ее бюджет в 2001 г составляет 485 млн. долларов. В 2002 г. в наноисследования в США вложено 1,5 млрд. долларов, примерно четверть на военную технику. К 2015 г ставится задача создание новой отрасли на 2 млн. рабочих мест и годовым оборотом 15 млн. долларов.

В послании федеральному собранию в апреле 2007 г. президент РФ В.В. Путин объявил о выделении на нанотехнологии 130 млрд. рублей (5 млрд. долларов).

Наше государство на ближайшие годы выделило на нанотехнологии 200 млрд. рублей (8 млрд. долларов), создана государственная корпорация нанотехнологии.

В 2007 г. более 50 стран мира инвестируют в развитие и освоение нанотехнологии до 14 млрд. долларов. Мировой рынок нанопродукции быстро развивается и составил в 2007 г. порядка 2,5 млрд. евро, а к 2010 г. -возрастет до 100 млрд. евро. В 2007 г. это в основном биотехнология, катализ, наноэлектроника, оптроника, средства связи нового поколения, тонкие пленки различного назначения.

По прогнозам к 2015 г. годовой оборот мирового рынка нанотехнологии достигнет 1 трлн. д

Рис. 9. Прогноз развития рынка продукции нанотехнологии на олларов (или 1 трлн. евро).

Наряду с подчеркиванием важности нанотехнологической революции в XXI веке, специалисты отмечают опасность использования наноматериалов, которые, попадая в легкие, вызывают рубцевание ткани легких (гранулему легких), а затем и развитие раковых клеток. Возможно повреждение мозга.

Литература:

Ю.И.Головин. Введение в нанотехнологию. Учебное пособие. М. «Издательство Машиностроение - 1», 2003.

«Нанотехнологии в ближайшем тысячелетии». Пер. с англ. М. «Мир», 2002.

Ю.И.Головин. «Нанотехнологическая революция стартовала!» Природа, 2004, №1, с.25-36.

4. М.Рыбалкина. Нанотехнологии для всех. Большое - в малом, www.nanonewsnet.ru, http://ribalkina.narod.ru.

ФОРМИРОВАНИЕ ЗНАНИЙ МЕХАНИКИ В БАЗОВОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ БУДУЩЕГО УЧИТЕЛЯ ТЕХНОЛОГИИ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА Сылка Н.В.

Современной школе необходим учитель -- высококвалифицирован-ный специалист, обладающий профессиональными качествами, необхо-димыми для творческого решения стоящих перед ним задач.

В условиях технологического этапа научно-технического прогресса наиболее надежными, необходимыми для формирования учителя техно-логии и предпринимательства высокой квалификации и обеспечения его профессиональной мобильности становятся фундаментальные, ста-бильные знания и умения, служащие базой для развития творческих спо-собностей и ускоряющие адаптацию его в будущей преподавательской деятельности. Таковыми для учителя технологии являются знания фун-даментальных понятий механики и умения применять их, проводя анализ того или иного технологического процесса.

Подготовка в области механики является неотъемлемой составляю-щей полноценной технологической подготовки, фундаментом и инвари-антом специальной подготовки, формирование которой является целью и результатом длительного процесса вузовского обучения учителя тех-нологии.

Одним из основных направлений методики формирования знаний механики, необходимых для базовой профессиональной подготовки бу-дущего учителя технологии и предпринимательства, мы считаем про-цесс формирования фундаментальных понятий механики. Применение правил и законов науки к технике возможно только при знании существа понятий, связь между которыми отражена в этих правилах и законах. При этом процесс формирования инварианта фундаментальных понятий ме-ханики должен осуществляться при условии последовательного перехо-да от теоретического рассмотрения фундаментальных вопросов при по-строении общих механических моделей технических устройств и изуче-нии методов их исследования к осознанному их усвоению в процессе ре-шения практико-ориентированных задач механики.

Вся мыслительная деятельность человека связана с языком, который должен четко выражать возникающую мысль и реализовывать ее в I общении с людьми. Формирование языка влияет на формирование мышления человека. Развитие технического мышления -- одна из важных и I актуальных проблем профессиональной подготовки будущего учителя I технологии.

Учитель технологии в своей профессиональной деятельности использует технический язык, в основе которого лежат физические термины -- термины механики. Термин -- это слово или понятия науки, техники и др. В науке термины имеют то же назначение, что и слова языка, с которым связана вся мыслительная деятельность человека.

Умение точно определить понятие, -- а еще лучше -- знать правила составления определения -- имеет огромное значение для студентов. Оно придает мышлению такие качества, как точность, четкость, опреде-ленность, и влечет за собой выработку логических умений: анализ, срав-нение, различение, абстрагирование и обобщение.

В основе приобретения новых знаний лежат ассоциативные про-цессы. Новые представления и понятия ассоциируются со старыми. Вну-тренняя логическая связь нового со старым является предпосылкой при-обретения новых знаний. В профессиональной подготовке будущего учителя технологии реализуются возможности усвоения студентами ин-дуктивно-дедуктивных способов рассуждений.

Индукция (лат. inductio -- наведение) -- форма мышления, посред-ством которой мысль наводится на какое-то общее правило, общее по-ложение, присущее всем единичным предметам.

Дедукция (лат. deduction -- выведение) -- форма мышления, посредст-вом которой мысль чисто логическим путем выводится из мыслей-посылок. Введение новых физических и технических понятий, выявление причин протекания физических явлений и технических процессов, от-крытие закономерных связей между физическими величинами, техниче-скими процессами, общих правил и т.д. -- это акты совместного исполь-зования индукции и дедукции.

Работа над понятиями обязательно включает введение названий их терминов. В отдельных случаях перевод термина не совпадает с содер-жанием понятия. Например, с понятием «инертность» связаны два взаи-моисключающих представления: в переводе -- это косность, недвижимость, а в науке физике -- сохраняемость движения. Совмещение этих представлений в сознании студентов способствует углубленному пони-манию содержания понятия, расширяет их кругозор, развивает познава-тельный интерес к изучаемому и мыслительную деятельность.

После того, как термин введен, т.е. введено «имя» понятия, необхо-димо объединить название -- термин с содержанием понятия так, чтобы в дальнейшем термин выполнял роль понятия. Содержание термина ча-ще всего раскрывается определением понятия. Определение раскрыва-ет содержание понятия объекта по его существенным (отличительным) признакам, выделяя предметную область, отображенную этим поняти-ем. Студентам необходимо ознакомится с определениями понятия, при-водимыми в учебной литературе различных авторов. Только логически анализируя различно звучащие предлагаемые учебниками определения, студент вырабатывает самостоятельность мышления.

Опираясь на сформированные фундаментальные знания понятий механики будущей учитель технологии сможет работать со специальной технической литературой, вырабатывать самостоятельность мышления, творчески решать стоящих перед ним задачи.

В работе Н.П. Абовского, посвященной творчеству, законам его развития, принятию решений, высказана интересная мысль: «... сколько идей скрыто в уже собранной информации, органи-зованной и интерпретированной в настоящее время одним единственным образом, в то время как существует масса воз-можностей организовать ее гораздо лучше». Однако, нельзя не согласиться с одним из основных правил научной деятельности, что перед началом научной работы необходимо познакомиться со всеми источниками научной информации, которые посвяще-ны данному вопросу. С другой стороны, при росте количества информации в последнее время, что будет наблюдаться и в дальнейшем, охватить все источники научных данных по какому-нибудь вопросу становится все сложнее. В то же время, собира-емая научная информация постоянно анализируется, система-тизируется, приобретает новые формы, становится более «на-сыщенной». Если несколько десятилетий назад выпускник вуза, получивший педагогическую специальность, знал, как «дважды два -- четыре», что в процессе обучения решаются три основ-ные группы задач: образовательные, воспитательные и разви-вающие, то современный студент на базе знаний по педагогике, психологии и методикам преподавания отдельных учебных дис-циплин понимает под процессом обучения единство трех про-цессов -- обучения, воспитания и развития личности учащегося. Идея развивающего обучения приобрела новую форму в концепции современного образования, направленную на разви-тие учащихся в процессе обучения, еще в 60 годы XX века. Един-ство процессов обучения и воспитания было сформулировано в работах И.Я. Лернера и Ю.К. Бабанского как закон процесса обу-чения. Может быть, уже пришло время отказаться от некоторых стереотипов, существующих в понимании практикующих учите-лей, таких как: «раздача» знаний ученикам учителем и приобре-тение знаний, умений, навыков с их стороны; всестороннее раз-витие личности школьника, несмотря на то, что Ю.К. Бабанский, изучая оптимизацию процесса обучения пришел к выводу о том, что эффективность этого процесса зависит от условий, в кото-рых он протекает, значит, лучше рассматривать не всестороннее, а разностороннее развитие личности ребенка и т.д. Эти вопросы не рассуждения о правильности или неправильности формули-ровок педагогических понятий, эти вопросы задают современ-ные студенты -- будущие учителя. Подобная ситуация остается и в технологической подготовке. Ю.Л. Хотунцев в своих трудах бо-лее десяти лет доказывает, что технология, как наука, в корне от-личается от трудового обучения ранее преподаваемого в обще-образовательной школе, но до настоящего времени в ходе педа-гогических практик школьные учителя постоянно убеждают студентов в обратном, что технология и трудовое обучение по сути одно и то же. Поэтому, в методике преподавания технологии имеет смысл более внимательно проанализировать возникшие противоречия в трактовке научной информации.

Образовательная область «Технология» -- комплексная учебная дисциплина сохранившая ряд принципов отражающих ее направленность на практическую деятельность учащихся в ходе обучения, что отражается в основных целях и задачах. Кро-ме усвоения знаний, 70% учебного времени затрачивается на формирование и развитие умений. Овладение общетрудовыми умениями и навыками на которое отводится основная часть учебного времени объясняет достаточно быстрое и качествен-ное, в рамках школьной программы, усвоение учебного матери-ала, так как это соответствует закону обучения -- целенаправ-ленное научение индивида той или иной деятельности достига-ется при включении его в эту деятельность. В технологической подготовке включение учащегося в практическую работу проис-ходит естественно и в большинстве случаев при наличии доста-точно устойчивой мотивации школьников. Кроме этого практи-ческая деятельность обучающихся является основным услови-ем развития способностей, а также постоянный контакт учащих-ся с различным оборудованием, инструментами, воспитывает аккуратность, внимание к окружающим, самокритичность и дру-гие качества формируемые в процессе воспитания.

Это классический пример анализа триединого процесса обучения, воспитания и развития учащихся на уроках техноло-гии. Этот пример дает только общее представление о происхо-дящем на занятиях, но можно сделать вывод о том, что рассма-тривая обучение как процесс, он разлагается на четыре взаимо-связанных процесса:

усвоение знаний;

овладение умениями;

формирование и развитие способностей;

воспитание учащихся.

В теоретических основах педагогики И.Я. Лернером, Ю.К. Бабанским сформулированы законы и закономерности процес-са обучения. Одними из первых И.Я. Лернер выделяет следую-щие законы:

--всякое обучение реализуется только при целенаправленном
взаимодействии обучающего, обучаемого и изучаемого объекта

--обучение происходит только при активной деятельности учащихся, соответствующей замыслу и деятельности обучающего...

На основании этих законов можно выделить наличие ряда процессов, происходящих при взаимодействии учителя и изучаемого объекта:

демонстрация объекта и передача информации об изучаемом объекте или явлении учителем ученику, способах воздействия на объект;

осмысление полученной информации обучающимся;

осмысление учителем формы изложения информации (до-ступна ли она и как усвоена);

создание учителем среды безопасного и эффективного взаи-модействия ученика с объектом изучения;

воздействие учащегося на объект изучения;

получение информации учеником о результатах воздействия на объект;

осмысление обучающимся полученной информации;

осмысление учителем результатов воздействия учащегося на объект и определение изменений в развитии и воспитании ученика.

Эти процессы последовательно протекают при индивиду-альной форме обучения, при использовании различных группо-вых форм (работа с классом, группой, бригадой и т.п.) выделя-ются процессы взаимодействия учащихся друг с другом. Одна-ко в этой статье данные процессы не рассматриваются.

В педагогических исследованиях встречается еще одна форма изложения закона о целенаправленных взаимодействиях учителя, учащегося и объекта изучения. Обучающийся, обучаю-щий и явление или объект изучения представлены как три сто-роны процесса обучения. Отсутствие одной из сторон приводит к изменению сути процесса, например:

при отсутствии учителя происходит процесс изучения объекта учеником -- самообучение;

при отсутствии ученика, учитель самосовершенствуется при изучении объекта или в мастерстве овладения объектом;

при отсутствии объекта изучения, процесс обучения просто прекращается или естественно завершается.

Если внимательно проанализировать ранее выделенные «частные» процессы внутри «целого» процесса обучения, стано-виться очевидным, что воздействие учащегося на объект, само-стоятельное получение и осмысление информации об объекте Конференция по технологическому образованию

происходит при условном отсутствии учителя. Иными словами, фактически протекает процесс самообучения учащегося.

В ходе самостоятельной работы ученика, при передаче учебной информации, при осмыслении форм работы, среды, результатов деятельности школьника нарушается коммуника-тивная связь учителя и учащегося, следовательно наблюдается процесс самосовершенствования учителя в педагогической де-ятельности.

На основании проведенных рассуждений выстраивается це-почка последовательных действий и процессов, происходящих с учениками. На первом этапе, наблюдение за объектом изуче-ния, получение информации от учителя. На следующем этапе, вполне естественна вера в точность полученной информации и формирование представлений, но только в том случае если от-сутствует антагонизм во взаимоотношениях учителя и ученика. Далее, осмысление и проверка данных об объекте в ходе прак-тической работы, с подтверждением или отрицанием теорети-ческих сведений. Только в ходе этого этапа появляются знания подтвержденные и закрепленные в ходе практики. Если знания подтверждались неоднократно, они становятся убеждениями. Данная последовательность идентична диалектическому позна-нию окружающего мира и можно говорить не о передаче знаний от учителя учащемуся, а о продуктивном познании. Эта идея бы-ла уже раньше сформирована несколько к иной форме, в рабо-тах В.Г. Разумовского и А.Н. Богатырева, занимавшихся иссле-дованиями технического творчества школьников. Выводы, сде-ланные ими, отрицают наличие репродуктивной деятельности в обучении, так как наблюдается процесс активного мышления, значит деятельность ученика продуктивна при наличии внима-ния обучающихся к изучаемому предмету.

Какова роль учителя в данном подходе к процессу обуче-ния? В любом случае она остается активной и руководящей, де-мократичной, в редких случаях авторитарной. Большое значе-ние имеет осмысление учителем содержания обучения на уро-ке, правильное определение форм и методов педагогической деятельности, подготовка среды и условий обучения, вовлекаю-щих школьников в познавательный процесс. В зависимости от индивидуальной или дифференцированной форм организации обучения преподаватель разрабатывает систему индивидуаль-ных или групповых заданий, направленных на решение опреде-ленных уч ебных задач

К вопросу об интеграции материальных,

энергетических и информационных технологий

Нет необходимости говорить об актуальности решения про-блемы интеграции при определении содержания образователь-ной области «Технология».

Интеграция (в переводе с латинского integer -- целый, inte-grate -- восстановление, восполнение) -- это понятие теории систем, означающее состояние связности отдельных диффе-ренцированных частей в целое, а также процесс, ведущий к это-му состоянию.

Содержание образовательной области «Технология» синте-зировано из различных областей научного знания, из разных сфер практической деятельности людей.

В технологическую подготовку учащихся основной школы входят отдельные направления технологического обучения (тех-нический, обслуживающий и сельскохозяйственный труд).

Указанные направления включают в себя различные учебные блоки и модули (создание изделий из тех или иных материалов, электротехнические работы, технологии ведения дома и т.д.).

Вместе с тем, образовательная область «Технология», как и другие образовательные области учебного плана общеобразо-вательной школы, должна содержать определенную систему знаний, которая подлежит усвоению учащимися.

В основу технологического обучения школьников положено изучение технологических процессов преобразования материа-лов, энергии и информации в интересах человека и общества.

В фундамент технологического образования закладывается овладение учащимися различными технологиями: материаль-ными, энергетическими и информационными.

Наши исследования понятия технологического процесса позволяют выделить в его содержании, по крайней мере, пять компонентов: действия работников, осуществляющих техноло-гический процесс; собственно технологический процесс (изме-нения преобразуемого объекта); функционирование техники, применяемой в этом процессе (преобразование и использова-ние энергии природы); информационное обеспечение (преоб-разование информации о преобразующемся объекте); социаль-но-экономическое обеспечение технологического процесса.

Любой технологический процесс включает в себя, в той или иной степени, материальные, энергетические и информацион-ные технологии.

Поставив в задачу технологического процесса преобразова-ние какого-либо материала (древесины, металла, пластмассы и др.), осуществить этот процесс без использования какого-либо вида энергии (энергетической технологии) и без информации и самом этом процессе (информационные технологии) нельзя.

Если в основе технологического процесса лежит преобра-зование энергии, то возникает вопрос о преобразовании мате-риалов -- носителей энергии (материальные технологии) и об информации об этих процессах (информационные технологии).

И, наконец, когда технологический процесс посвящен пре-образованию информации, то и в этом случае нельзя обойтись без преобразования материалов -- носителей информации и преобразования энергии, необходимой для осуществления тех-нологического процесса.

Рассматриваемые три вида технологий (материальные, энер-гетические и информационные) интегрируются в каждом техноло-гическом процессе таким образом, что в зависимости от характе-ра этого процесса, одна из них становится ведущей, а две другие вспомогательными, обеспечивающими ведущую технологию.

Обращаясь к содержанию образовательной области «Тех-нология», мы видим, что ведущими в изучаемых в ней техноло-гических процессах (по крайней мере, в основной школе) явля-ются материальные технологии.

Освоение материальных технологий требует от учащихся определенных предварительных знаний энергетических и ин-формационных технологий, которые используются в ведущей технологии.

Под энергетическими технологиями здесь следует пони-мать функционирование используемой в технологическом про-цессе техники, которая «отнимает» энергию у природы, преоб-разует и передает ее технологическому инструменту.

Эти технологии в систематическом виде в общеобразова-тельной школе практически не изучаются. Включение в содер-жание обучения элементов машиноведения и электротехники, в том виде, как это делается сейчас, не раскрывает сути энерге-тических технологий. В содержании обучения технологии дол-жен быть специальный раздел по их изучению.

Информационные технологии в виде, прежде всего, графиче-ских изображений предметов и компьютерных технологий, в шко-ле изучаются как самостоятельная система знаний. В технологи-ческом обучении стоит задача изучения вопросов использования этих информационных технологий в технологических процессах

Интеграция материальных и информационных технологий.

В постиндустриальном обществе растет значимость информационных технологий, как все более необходимого ресурса и как условие повышения продуктивности материального произ-водства. В результате, в обществе растет интерес к информаци-онным технологиям, прилагаются значительные усилия по их развитию. Однако повышенное внимание к развитию информационных технологий ведет не только к снижению темпов соответствующего развития материальных технологий, которые со-ставляют основу информационных технологий, ной к автономитазации последних. Происходит и усиливается процесс дифференциации этих видов технологий и рассмотрение их как от-дельных сущностей. При таком разделении, обособлении цело-стная картина мира, выстраиваемая в сознании человека, иска-жается. Каждый человек, определяя ценности и приоритеты своей жизни и деятельности, выделяет для себя одну составля-ющую -- либо информационную, либо материальную, что ведет к построению неадекватных моделей собственного развития, снижает продуктивный потенциал как информационных, так и материальных технологий взятых в их единстве, а также ведет к формированию мировоззрения, не достаточно адекватно отра-жающего реальную действительность, отдалению человека от реальности и погружению его в виртуальный мир. Все это отра-жается на интеллектуальном, психическом и духовном развитии человека, сказывается на снижении устойчивости его жизни. Человек, погруженный в мир информационных технологий, все в большей степени превращается в стороннего наблюдателя за реальной действительностью и становится «частичным» субъек-том. Разделенность и относительная автономность информаци-онных и материальных технологий отражается и на структуре учебного процесса как в школе, так и в ВУЗе. В процессе обуче-ния материальные и информационные технологии разведены и рассматриваются как отдельные автономно существующие сущности. У обучающихся при этом складывается соответству-ющее отношение к этим технологиям.

Информационные и материальные технологии связаны между собой. Можно выделить три раздела информации и тех-нологии ее преобразования: базовая информация -- включает в себя базовые знания о реальном мире, которые приобретаются при осуществлении преобразовательной и познавательной дея-тельности; ко второй группе могут быть отнесены сведения о те-кущем состоянии мира, предметов, процессов и характера их изменений (оперативная информация); к третьей группе отно-сятся сведения, знания о будущих процессах, способах, средст-вах деятельности в форме их проектов, прогнозов, планов. Это дает основание рассматривать информационные и материаль-ные технологии в качестве взаимообусловленных, чередующих-ся и проникающих друг в друга процедур единого процесса пре-образования и познания реальной действительности. Кроме то-го, информационные технологии могут рассматриваться как от-ражение материального мира и его преобразования в сознании Конференция по технологическому образованию человека, как абстрактная модель реальной действительности. Существование информации и информационных технологий вне реального мира, а также материальных технологий вне свя-зи с информационными технологиями представляется некото-рым нонсенсом.

Мы считаем, что развитие субъекта культурно-технологиче-ской деятельности в условиях сложившейся системы образова-ния будет происходить успешно, если установлены особеннос-ти и закономерности взаимной обусловленности информацион-ных и материальных технологий в реальной преобразователь-ной деятельности человека, если разработана целостная систе-ма обучения, основанная на интеграции информационных и ма-териальных технологий, которые имеют общую структуру, свой-ства и схему реализации. Нам представляется, что объединяю-щим пространством рассматриваемых технологий является технологическая культура. В технологической культуре постин-дустриального общества существуют принципы, нормы, прави-ла, характеризующие отношение человека и общества к инфор-мационным и материальным технологиям как к единой системе, в которой та и другая ее составляющая взаимообусловлены, по-гружены друг в друга и только в единстве обеспечивают высо-кую продуктивность преобразовательной деятельности. В на-стоящее время технологическая культура может характеризо-ваться как дискретная, раздробленная, что противоречит объек-тивной реальности.

Процесс интеграции информационных и материальных тех-нологий в учебном процессе обеспечивает целостность и систе-матичность знаний и умений учащихся. Благодаря этому обуча-ющийся воспринимает новую информацию на основе имеюще-гося у него опыта практической деятельности, содержание кото-рого составляют освоенные им предметы, приемы и правила выполнения преобразующих действий. Таким образом, форми-руется система образования, в рамках которой не только повы-шается общая эффективность процесса усвоения знаний и от-ношений, но и происходит формирование у учащихся техноло-гической культуры.

Развитие познавательной активности учащихся в аспекте использования информационных технологий

Педагогика личности в значительной степени связана с ре-ализацией функций сотрудничества; но по мнению Г.Ю. Ксензо-вой: «...учителя за отношения сотрудничества часто понимают послушание, добросовестное выполнение предписаний». По исследованиям Т.Н. Мальковой только 18% учащихся характери-зуют состояние традиционной школы как соответствующее принципам педагогики сотрудничества, в то же время такой оценки придерживаются 73% учителей.

Достоверно, что репрессивная среда тормозит естествен-ное социальное взросление молодежи, приводит к инфанти-лизму, иждивенчеству и эгоизму. Формирование активной творческой личности, способной к аналитическому и логичес-кому мышлению -- актуальная задача и современной школы и системы профессионального педагогического образования. Личностно-ориентированное образование создает условия для полноценного проявления и развития личностных функций субъектов образовательного процесса. Личностно то, что изна-чально самоопределяется учащимся, выстраивается как его собственный мир. Следовательно, образование предполагает гармонию стандартов и личностного саморазвивающегося начала

Активное использование компьютерных технологий весьма логично позволяет выйти на иной уровень личностно-ориентированного обучения. Важнейшим резервом повышения активи-зации учебного процесса рассматривается внедрение новых информационных технологий на базе Internet, разрабатываются многочисленные методики дистанционного обучения. Но при этом имеет место неоднозначное отношение к проблемам прак-тического применения компьютеров в общетехнических и спе-циальных дисциплинах.

Можно встретить утверждение, что между научным и техно-логическим знанием существует принципиальная разница. На самом деле нельзя рассматривать технологические знания только как прикладные. Разграничение между «знать» и «де-лать», на котором основана прикладная модель, не имеет осно-ваний; основной смысл технологического знания -- это уникаль-ный и не поддающийся упрощению вид познавательной дея-тельности. Теоретический курс обучения основан на дедуктив-ном подходе, что вполне логично; но в технологическом образо-вании предпочтителен индуктивный подход. Вероятно, нужны иные отправные точки при целепологании курса технологичес-кого образования. Обучение школьников должно базироваться на интерактивном подходе, (Гарднер П.) когда науку и техноло-гию рассматривают в их диалектическом взаимодействии, где каждая сторона снабжает информацией другую, а также ставит перед ней задачи.

Вопросы информатизации применительно к конкретной дисциплине должны носить конкретный характер и должны быть органически вписаны в структуру лекционных и практических занятий в качестве дидактического многоуровневого атрибута. Формулировки конкретных задач применительно к циклу техни-ческий дисциплин могут быть весьма разнообразны:

активное привлечение графического интерфейса в заданиях любого типа;

тестирование теоретических знаний и практических навыков с учетом различных уровней усвоения учебного и практического материала;

дифференциация теоретических знаний по изучаемым вопро-сам;

разработка блок-схем и алгоритмов, выделение учебных эле-ментов дисциплины;

автоматизация расчетов при курсовом проектировании;

подготовка базы нормативно-справочных данных по изучаемому курсу;

подготовка опорных модулей, визуально закрепляющих новые положения, понятия и термины изучаемого курса.

Применение локальных компьютерных технологий позволя-ет обеспечить учет личностных особенностей учащихся: общий технический уровень подготовленности и личный темп восприя-тия и обработки информации, особенности логического мышле-ния, способность абстрагироваться от частного к общему. Активные методы обучения побуждают учащихся к активизации познавательной деятельности в процессе овладения учебным материалом, что в свою очередь приводит «... не только к проч-ности и глубине знаний, приобретенных самостоятельно, но и к ценнейшему качеству ума -- умению ориентироваться в любой ситуации и самостоятельно находить пути решения любой про-блемы». (В. Оконь)

Известно также, что эффективность мыслительной деятель-ности обучаемого снижается не только при избыточности ин-формации, но и при ее недостаточности. Именно использова-ние компьютерных технологий позволяет с одной стороны:

обеспечить пошаговую последовательность учебных процедур, создать единый блок «обучение -- самоконтроль -- контроль», гарантирует разнообразие организационных форм процесса обучения, обеспечивает возможность обратной связи; с другой стороны:

формирует способность к самоорганизации обучаемого; обеспечивает так называемую «мотивацию достижения»; формирует способность бесконфликтно оценивать собственный уровень знаний; позволяет использовать возможности много-вариантных решений при работе в период курсового проекти-рования (причем -- с минимальной потерей времени на вы-числительные операции), что в свою очередь позволяет уде-лить большее время на разработку технологических и конст-рукторских вопросов проекта; также позволяет творчески ана-лизировать результаты вариативных решений, сопоставляя их с теоретической базой курса; повышает уровень усвоения учебных элементов.

Применение компьютерных технологий приводит и к изме-нению роли учителя; так как при этом его функции логически преобразуются из «указующих, начальственных», когда его ав-торитет довлеет над всем учебным процессом во всех его плос- костях, в функции профессионала-консультанта; что приводит к творческому сотрудничеству обучаемого и обучающего и как следствие -- к ликвидации барьера «учитель -- ученик». Это в свою очередь способствует повышению уровня ответственнос-ти самого обучаемого; при этом установки учителя, ориентиро-ванные на безусловное прохождение программ, не вступают в противоречие с установками и мотивацией обучаемого.

Современные графические технологии, обеспечивающие трехмерное моделирование, и прикладные программы, осна-щенные развитыми базами данных, позволяют значительно по-высить качество учебных проектов в их графической части, так-же освободить обучаемого от специфически рутинного труда; при этом тренируется уровень переключения внимания учаще-гося, совершенствуется развитие внутреннего плана действий, совершенствуется аналитическое и логическое мышление.

Специфика технических дисциплин дезавуирует опасность механической «перекачки» материала из сети Internet, побуждая учащихся к собственному творчеству и расширяя кругозор.

Понятно, что только технически грамотный специалист лю-бого профиля будет соответствовать все возрастающим и одно-временно кардинально меняющимся требованиям настоящего времени, внедрение инновационных технологий инициирует личность творческую, мыслящую, способную применять теоретические знания в своей практической деятельности.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Термин «технология» происходит от греческого слова teclmt: -- мастерство, искусство, а «логия», как обычно, знания или наука. Таким образом технология -- это область знаний (наука) о мастерстве или искусстве в деятельности человека.

В традиционном понимании технология -- последова-тельность действий при преобразовании материалов, энергии и информации. Техника при этом выступает как инструмен-тальная база реализации технологии.

В настоящее время термин технология обозначает науку о преобразовании материалов, энергии, информации.

Различные виды технологий появились одновременно с появлением человечества: технологии зажигания огня, под-держание огня, тушения огня, технологии охоты и рыболовст-. ва, технологии обучения детей, технологии изготовления ору-дий труда, охоты, войны.

В настоящее время человек использует миллионы техно-логий. Если в период первой технологической (парной, неоли-тической) революции 12 тыс. лет назад технологии изменялись медленно, во второй технологической (промышленной) рево-люции, начавшейся в XVIII веке в Великобритании, темп появ-ления новых технологий ускорился, то в третьей технологиче-ской революции, начавшейся в середине XX века, технологии обновляются в среднем за 8 лет.

Как наука о способах преобразования материалов, энер-гии и информации с целью удовлетворения человеческих нужд и потребностей технология стала формироваться только в XVIII веке. Именно тогда во Франции появились первые инженер-ные школы.

В конце XX века, когда начало формироваться новое тех-нологическое общества («общество знаний» по определению

П. Друкера), в котором технологические знания и умения стали основным ресурсом отдельной личности, предприятия и эко-номики в целом, технология стала элементом грамотности. Осознание этого факта привело в конце XX века к появлению в учебных планах школ большинства стран мира новой образо-вательной области «Технология». Придя на смену традицион-ному трудовому обучению, технология стала обязательной для обучения как будущими инженерами и программистами, та и будущими менеджерами, юристами, врачами и др.

В Великобритании изучение методов создания изделий осуществляется в рамках образовательного предмета «Дизайн и технология», в Израиле сходные задачи решаются програм-мой «Наука и технология», в США реализуется проект «Техно-логия для всех американцев» [ 1 ].

Перейдем к классификации основных видов технологии. Опираясь на определение, что технология -- наука о преобра-зовании материалов, энергии и информации, следует выделить в первую очередь материальные технологии -- технологии пре-образования материалов (древесины, металла, ткани, пищевых продуктов и т.д.), энергетические технологии -- технологии преобразования энергии (механической, тепловой, электриче-ской, атомной, световой) и информационные технологии -- тех-нологии преобразования, хранения и передачи информации.

Следует отметить, что широко используемый термин «технология конструкционных материалов», исходя из более общего понимания технологий преобразования материалов, не является достаточно точным. Следует рассматривать тех-нологии производства конструкционных материалов, техноло-гии обработки конструкционных материалов, а также, учитывая необходимость решения экономических проблем и устойчиво-го развития человечества, технологии утилизации конструк-ционных материалов.

Термин «Энергетические технологии» появился в концеп-ции «Технология для всех американцев». Наряду с этими тех-нологиями, американские специалисты выделяют для озна-комления школьников медицинские технологии, сельскохо-зяйственные и биотехнологии, производственные технологии и строительные технологии, которые можно отнести к матери-альным технологиям, а также «Информацию и связь» и техно-логии транспорта [2]. В японской программе «Технология» появились термины электрические технологии и электронные технологии, в россий-ской программе «Технология. Трудовое обучение. 1-4, 5-11 классы» (М.: Просвещение, 2000, 2001, 2002, 2005, 2006, 2007 гг.) -- термин «электронные технологии» (электрорадиотехнология). В электронных технологиях рассматриваются технологии генерации, передачи, преобразования и использования элек-трической энергии в электротехнических и радиотехнических устройствах, устройствах автоматики и цифровой электроники. С этой точки зрения неудачен термин «Электротехника и элек-троника» в утвержденном приказом МОРФ № 1236 от 19.05.98 г. о минимуме содержания по технологии для выпускников основ-ной школы. И электротехника и электроника являются науками о создании техники -- технических устройств для решения задач энергетических (электронных) технологий.

В Московском базисном учебном плане 1996 г. образовательная область «Технология» была разделена на две части «Материальные технологии» и «информационные технологии». Допускалось изучение материальных и/или информационных технологий. Энергетические технологии во внимание не принимались. Это же деление вошло в утвержденный МОРФ документ «Объемные показатели для разработки федерального компонента государственного образовательного стандарта
общего образования».