Гузель Аллабердина
Нанотехнологии. Делимся опытом
Отправляемся с детьми в наноэкспедицию
Детей всегда привлекает то, что их окружает. Формирование у дошкольников первичных представлений об объектах окружающего мира, их свойствах и отношениях — одна из задач педагогов, которая традиционно реализуется в ходе наблюдений, познавательных занятий. Необычная наноэкспедиция поможет раскрыть воспитанникам удивительный микромир. Организовать ее по силам любому воспитателю. Для этого достаточно взять детский микроскоп.
Публикация «Нанотехнологии, Делимся опытом» размещена в разделах
«Нано» (от греч. na’nos — «карлик») — приставка, используемая в Международной системе единиц (СИ) для обозначения десятичных дольных — 10–9 часть объекта. Введена в 1959 г. американским физиком Ричардом Фейманом и изначально применялась исключительно к дольным единицам измерений: нанометр, наносекунда и т. д. До 1967 г. называлась «миллимикро» (сокращ. ммк). Сейчас приставка «нано» широко используется с другими словами (нанотехнологии, наноспутник и т. д.) и обозначает предметы и явления, связанные с микромасштабом.
Для чего знакомить дошкольников с микромиром
Причина проста: в XX в. нанотехнологии становятся ведущими во многих отраслях — электронике, медицине, полиграфии, образовании и даже в коммунальном хозяйстве. В школах теперь электронные журналы, значит, работают электроны — жители наномира. Подрастающее поколение развивается в новой познавательной среде, и будущие профессии могут потребовать знаний основ нанонауки.
Кроме того, трудно представить совсем не любознательного ребенка дошкольного возраста, который не задает вопросы: «Почему листья весной и летом зеленые, а осенью желтеют? Чем кусается крапива? Почему Аленушка не разрешала Иванушке пить воду из следа копытца? Почему на хлебе появляется плесень?»
Ответы на многие из них маленькие почемучки получат с помощью детского микроскопа, который позволит изучать микромир как старшего брата наномира почти в каждом детском коллективе и на хорошем исследовательском уровне.
Принципиальных отличий детского оптического микроскопа от профессионального не существует. И тот и другой работают по общим принципам. Увеличения детского микроскопа вполне хватает для того, чтобы первые открытия вызвали неподдельный восторг. Даже недорогой детский микроскоп может иметь 900-кратное увеличение, то есть почти в тысячу раз! Значит, микрометр (микрон) превращается в миллиметр, а это уже вполне видимый размер.
Дети любят слушать рассказы эрудированного воспитателя или образованного папы о клетках и бактериях, но намного увлекательнее увидеть микрогероев своими глазами. Поэтому смело отправляйтесь с дошкольниками в наноэкспедицию!
КАКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ПОНАДОБЯТСЯ
ДЛЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ?
• Детский микроскоп.
• Реквизит для «научных походов» : коробочки с ячейками (из-под яиц, упаковок конфет, баночки, спичечные коробки.
• Приспособления для работы с микропрепаратами (пипетки, пинцеты, деревянные или стеклянные палочки, кисточки).
• Дистиллированная вода и раствор йода (для окраски некоторых препаратов).
• Специальная защитная экипировка для детей и воспитателя: белые халаты, шапки (косынки, банданы, резиновые перчатки, специальные защитные очки.
• Альбомы для рисования, краски (карандаши, фломастеры).
• Иллюстрации к сказкам и мультфильмам («Мальчик-с-пальчик», «Дюймовочка», «Левша», «Бибигон», «Фиксики» и т. д.).
Каковы цели и задачи наноэкспедиции
В детском саду экспериментальная деятельность неразрывно связана с игровой. Поэтому цели наноэкспедиции — вызвать у детей интерес к познанию нового, удовлетворить их естественную потребность в изучении окружающего мира в доступной и необычной для них форме.
Задачи наноэкспедиции :
• формировать у дошкольников представления об окружающем мире;
• стимулировать любознательность;
• познакомить с назначением, устройством и работой микроскопа;
• расширить словарный запас («микроскоп», «линза», «объектив», «окуляр», «предметное стекло», «молекула», «атом», «тепловое движение», «кристалл», «пенициллин»);
• активизировать употребление в речи научных терминов («естествоиспытатель», «микробиолог», «лабораторные микроисследования», «нанотехнологии», «микро-наномир», слов и словосочетаний («наука», «научная исследовательская лаборатория», «научный эксперимент», «научная экспедиция», «результат исследования»).
Как подготовиться к наноэкспедиции
Наноэкспедиция не предполагает долгой дороги. Достаточно выйти с дошкольниками во двор детского сада и предложить им представить себя «знайками» из Цветочного городка.
Несмотря на то что экспедиция детская, готовиться к ней надо серьезно, как большим ученым. Прежде всего нужно подготовить реквизит: разные коробочки, баночки и спичечные коробки. Они понадобятся для сбора объектов микроисследования — лепестков, листьев, обломков коры, семян, капелек воды из лужи, крупинок почвы и песчинок.
Пригодятся коробочки с ячейками, т. к. по ним легко сортировать разные находки. Объекты можно собирать не только во дворе и на площадке, но и дома (волоски, пылинки) и даже «вырастить» специально (корочки слегка заплесневевшего хлеба).
Список возможных объектов ничем не ограничен, все зависит от фантазии ребенка. При этом, конечно, они должны быть безопасными. Поэтому познавательно-исследовательская деятельность может представлять собой цикл познавательных занятий. Несомненно, каждое из них будет не только интересным, но и полезным, ведь объект для исследования выбрал сам ребенок из окружающего его мира.
Как организовать «исследовательскую лабораторию»
Для этого следует провести предварительную работу:
• оформить специально отведенное для познавательно-исследовательской деятельности место (помещение) — «исследовательскую лабораторию»;
• подготовить соответствующие материалы и оборудование;
• познакомить детей с техникой безопасности в ходе экспериментальных занятий и правилами поведения в «исследовательской лаборатории»;
• провести беседы по теме занятия;
• подобрать иллюстративный материал о техническом прогрессе и развитии нанотехнологий (например, изображения молекул и атомов через мощный электронный микроскоп).
Первое занятие особенно важно: дети знакомятся на нем с микроскопом. Самостоятельно им трудно будет понять, как управляться с прибором. Здесь понадобится участие взрослого. Исследования, проводимые с помощью микроскопа, воспитатель не должен превращать в работу. Очень важно продолжать игру и создавать атмосферу тайны и романтики.
МИКРОМИР
В капле плавают, как в море,
Вереницы инфузорий.
Я загадочных особ
Наблюдаю в микроскоп.
Вдруг малютки встали скопом
Перед длинным телескопом.
И, достоинство храня,
Смотрят прямо на меня!
(Н. В. Иванова)
Группа детского сада или детская комната — это не просто помещение, а чудесная лаборатория. А в лаборатории важны хорошее освещение и чистота, потому что даже одна незапланированная пылинка, попавшая на линзы и предметные стекла микроскопа, может исказить результаты исследования. Значит, педагогу нужно провести с детьми тщательную уборку в «лаборатории» : смахнуть пыль, влажной тряпочкой протереть стол, где находится микроскоп. Важно напомнить дошкольникам, что это не просто стол, а лабораторное оборудование.
Освещенность — самое существенное условие. Стол нужно поставить у окна, а рядом с микроскопом поместить настольную лампу. Детское зрение нужно беречь!
На лабораторном столе находится не только микроскоп. На нем лежат запасные предметные стекла и сменные линзы. Их тоже необходимо содержать в чистоте и порядке.
У каждого воспитанника много своих баночек и коробочек с препаратами. Для их идентификации следует сделать отметки любимым цветом — нанести опознавательные знаки на боковины спичечных коробков или этикетки. Но еще лучше, если ребенок подпишет свои «сокровища» — пусть не очень аккуратно, зато какой стимул для обучения грамоте!
На столе рядом с микроскопом находятся также приспособления для работы с микропрепаратами и нужные вещества.
Прежде чем «открыть лабораторию» для наноисследований, воспитатель должен внимательно ознакомиться с инструкцией по сбору и эксплуатации микроскопа.
Какие виды деятельности предусматривает «исследовательская лаборатория»
В ходе проводимых в «лаборатории» исследований с помощью микроскопа дошкольники убедятся, что все живое состоит из клеток. Клетки как овалы, кружки или ячеистые многоугольники с ядрами внутри будут видны на многих растительных препаратах, например образцах луковой шелухи, лука или древесины. Вспомните: ведь из этих материалов состоят Чиполлино и Буратино! После исследования предложите детям рассказать об этих сказочных героях.
В «лаборатории» почти любой объект исследования превращается в сказочный атрибут, и занятие перетекает в игру. Кроме того, появляется возможность вспомнить вместе с детьми прочитанные книги, литературных героев. Эти переключения внимания не позволят дошкольникам переутомиться от напряжения «научного исследования», придадут занятиям динамику, театральность, образность.
На одном из занятий расскажите воспитанникам, как и когда был открыт пенициллин. Пусть они почувствуют связь разных эпох, а себя — причастными к открытию.
Особенно интересно и поучительно рассматривать под микроскопом свой срезанный ноготок. Микробов, правда, увидеть нелегко, но грязь под увеличением производит такое сильное впечатление, что станет отличным стимулом мыть руки перед едой и стричь ногти.
Исследуя пылинки и микроорганизмы в воде из лужи, вспомните русскую народную сказку «Сестрица Аленушка и братец Иванушка». Дошкольники не только сами ответят на вопрос, почему Аленушка не разрешала Иванушке пить воду из следа копытца, но и дадут этому научное объяснение. «Очная ставка» срабатывает быстрее и лучше любых нравоучений и предупреждений! После исследования можно сразу перейти в сказочный уголок в группе ДОО.
При наблюдении листьев под микроскопом дошкольники найдут ответ, почему весной и летом они зеленые, а осенью желтеют и краснеют. Пластиды (окрашенные включения) хорошо видны при увеличении.
Интересно постепенно изменять увеличение от одного объекта к другому. Например, листья и траву рассматривайте при более низком увеличении, а пыльцу растений и пылинки — при более высоком. Достигнув наивысшего увеличения микроскопа, подведите детей к выводу: мы познакомились с микромиром. Но кроме него и в тысячи раз меньше его существует притягательный наномир, обитатели которого — молекулы и атомы.
Как только дошкольники поймут, что вещество состоит из мельчайших частичек, можно поиграть с ними в игру «Атомы и молекулы». Представьте, что дети — это атомы. Пусть они бегают, прыгают, совершают беспорядочные «тепловые движения», а потом, взявшись за руки, объединяются в «молекулы». «Молекулы» же могут сливаться в хоровод («полимерную молекулу») или тесную упорядоченную компанию («кристалл»).
В конце исследования предложите воспитанникам нарисовать то, что они увидели, с помощью цветных карандашей или красок. Здесь необходимо предоставить дошкольникам полную свободу творчества: кто-то нарисует объект исследования, кто-то сам процесс или приспособления для изучения (пипетки, колбочки, пузыречки, кто-то микроскоп, а кто-то — загадочный, удивительный, поразивший его воображение микромир.
Желательно, чтобы каждый из присутствующих на занятии детей смог высказаться: прокомментировал свой рисунок; рассказал о своих впечатлениях, открытиях.
ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ МИКРОСКОПА
Понятие «линза» существовало уже в древних цивилизациях. Например, в Древней Греции при помощи выпуклых стекол разжигали огонь. А древнеримские ученые заметили способность стеклянных сосудов, наполненных водой, увеличивать изображения.
Считается, что первый микроскоп изобрел голландский мастер очков Ханс Янсен в 1590 г., но эта версия основывается лишь на заявлении его сына.
В XVI в. в Венеции широко применялись очки. Это подтверждают факты наличия станков для шлифовки стекла и чертежи оптических приборов (зеркал и линз, выполненные Леонардо да Винчи.
В 1609 г. Галилео Галилей создал механизм occhiolino — «маленький глаз», состоящий из одной выпуклой и одной вогнутой линз. А год спустя его коллега по академии Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин «микроскоп».
Голландские ученые усовершенствовали микроскоп с помощью простой двухлинзовой системы, которая ахроматически регулировалась.
В 1665 г. англичанин Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп и исследовал срез пробкового дуба. Ученый увидел так называемые соты. Результатом эксперимента стало введение понятия «клетка».
Голландский ученый Антони ван Левенгук, которого называют отцом микроскопа, усовершенствовал его так, чтобы он позволял детально увидеть клетки, тем самым привлек к прибору внимание биологов. Прибор Левенгука представлял собой пластинку с линзой, способной многократно увеличивать рассматриваемые объекты. Пластинка крепилась к штативу, а тот, в свою очередь, к горизонтальной поверхности. Направляя линзу на свет и располагая между нею и пламенем свечи исследуемый объект, можно было разглядеть бактерии.
Первые детские микроскопы появились еще в XVIII в. Они назывались «блошиные стекла». С их помощью для забавы рассматривали мелких насекомых, в частности блох. В России «блошиные микроскопы», выпущенные в оптической мастерской Обуховского завода в Петрограде, стали популярными лишь в начале XX в.
В 1931 г. был создан электронный микроскоп, в котором для просвечивания применялись электроны (в 1986 г. его создателю, Эрнсту Руску, была присуждена Нобелевская премия).
В 1951 г. производится полевой ионный микроскоп, позволивший видеть атомы. После этого ученые создали сканирующий ионный микроскоп. С его помощью можно было сканировать отдельно взятый атом и получать данные о трехмерной структуре молекулы. В конце XX в. появился атомно-силовой микроскоп, способный не только сканировать, но и манипулировать атомами.
Какова роль взрослого в проведении исследований
В процессе исследования воспитатель (или родители) помогает дошкольникам. Это особенно касается смены линз, подготовки препарата на стекле, т. е. тех действий, где не исключен риск разбить стекла и пораниться. Следует предупредить детей, чтобы сами они не крутили непонятные им винтики и ручки.
Корпус прибора, как правило, ярко окрашен, что делает его похожим на игрушку. Поэтому нужно объяснить дошкольникам: детский микроскоп не игрушка, а настоящий оптический прибор, способный увеличивать объекты.
Важно не переусердствовать с помощью. Практика показала, что даже 5-летние дети довольно легко справляются с техникой, аккуратно регулируют увеличение микроскопа, понимают и включают в свою речь слова «линза», «объектив», «окуляр», «предметное стекло». При этом воспитателю также следует использовать их грамотно, избегать разговорных слов типа «трубочка», «стеклышко», сразу называть вещи своими именами.
Тема микромира привлекала сказочников всех времен и народов. В известных народных и авторских сказках можно найти немало «маленьких» персонажей. Знаменитый Мальчик-с-пальчик впервые появился в английском стихотворении XVI в. Затем стал главным героем сказок Ш. Перро и братьев Гримм. Русский вариант его истории принадлежит А. Н. Толстому. Мальчик-с-пальчик встречается в украинском, башкирском, татарском фольклоре, есть также японская, турецкая и индийская версии сказки.
Маленькая красивая добрая девочка Дюймовочка — героиня сказки Х. К. Андерсена. Мальчик из спичечной коробки — герой одноименной сказки детского писателя и сатирика середины XX в. Э. Кестнера. Приключения Бибигона, крохотного мальчика, свалившегося с Луны, описал в стихах и прозе К. И. Чуковский. Фиксики — герои одноименного мультфильма, созданные по мотивам повести Э. Успенского «Гарантийные человечки», маленькие создания, живущие внутри техники и исправляющие ее поломки.
Есть сказочные персонажи еще меньше. Они пролезают сквозь игольное ушко или сквозь такую узкую щелочку, в которую соломинка не проходит. А Левша из повести Н. С. Лескова подковал блоху настолько крошечными подковками, увидеть которые можно только в микроскоп!
Какие результаты вы получите, организовав наноэкспедицию с детьми
Приняв участие в наноэкспедиции, воспитанники поймут, что детский микроскоп — занимательное и завораживающее приспособление. Самостоятельное изучение объектов окружающего мира, новые открытия подарят дошкольникам массу положительных впечатлений, научат их быть еще более внимательными. Овладев искусством лабораторных микроисследований, можно получить не микро-, а макрозаряд любознательности и интереса ко всему, что окружает. Кем бы ни стали по профессии дети во взрослой жизни, эти качества будут им полезны.
