«NANOYOU» Σταύρος Νίκου Πληροφορικός MSc, 4 ο ΓΕΛ Σταυρούπολης, Θεσσαλονίκη stavrosnikou@sch.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Νανοεπιστήμη είναι η μελέτη των φαινομένων στην νανοκλίμακα των ατόμων και μορίων όπου οι ιδιότητες της ύλης είναι διαφορετικές από τη μεγαλύτερη κλίμακα. Νανοτεχνολογία είναι ο σχεδιασμός και η παραγωγή δομών και διατάξεων στη νανοκλίμακα. NANOYOU (ΝΑΝΟ for YOUTH - Νάνο για τη νεολαία) είναι ένα έργο που συντονίζει το Ευρωπαϊκό Σχολικό Δίκτυο και υποστηρίζεται από το έβδομο πρόγραμμα πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, στοχεύοντας στην αύξηση των βασικών γνώσεων των νέων όσον αφορά στις νανοτεχνολογίες (NT) αλλά και την ευαισθητοποίησή τους για συμμετοχή στο διάλογο σχετικά με τις ηθικές, νομικές και κοινωνικές πτυχές της (ELSA : Ethical- Legal and Social Aspects). Στην δικτυακή πύλη nanoyou.eu την οποία παρουσιάζει αυτή η εργασία, υπάρχει πλούσιο διδακτικό υλικό, εκπαιδευτικές δραστηριότητες αλλά και χώρος επικοινωνίας για τα σχολεία που θα συμμετάσχουν εθελοντικά στο πρόγραμμα. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: νανοτεχνολογία, νανοεπιστήμες, nanoyou ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο όρος «νανοτεχνολογία» εμφανίζεται τελευταία αρκετά συχνά στον τύπο ή άλλα μέσα ενημέρωσης αλλά δεν είναι πλήρως κατανοητός και συχνά υπάρχουν λανθασμένες ερμηνείες και παρανοήσεις. Ήδη στην αγορά υπάρχουν προϊόντα νανοτεχνολογίας αλλά η πληροφόρηση είναι ελλιπής. Η ερμηνεία των φαινομένων στην νανοκλίμακα αλλά πολύ περισσότερο οι πιθανές εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στην καθημερινή ζωή χρειάζονται μια ιδιαίτερη προσέγγιση από τους νέους και αυριανούς καταναλωτές. Η υπεύθυνη και κατά το δυνατόν πλήρης ενημέρωση των μαθητών για τον νέο και πολλά υποσχόμενο αυτό κλάδο αποτελεί βασική προϋπόθεση για την ανάπτυξή του. ΟΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Το Νάνο (nm) είναι ένα το δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Ή για να δώσουμε μια αίσθηση μεγέθους, είναι τρεισήμισι άτομα χρυσού στη σειρά. Οι νανοεπιστήμες ασχολούνται με την διερεύνηση και μελέτη της ύλης στην νανοκλίμακα δηλαδή από 1nm μέχρι 100nm. Στην κλίμακα αυτή η φύση εμφανίζει μερικές διαφορετικές και αξιοσημείωτες ιδιότητες. Τι είναι αυτό που [362]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ διαφοροποιεί την ύλη στην νανοκλίμακα; Αρχικά η φυσική που καλείται να ερμηνεύσει τα φαινόμενα στο νανόκοσμο είναι η κβαντομηχανική. Ένα υλικό στην κλίμακα των νάνο μπορεί να συμπεριφέρεται πολύ διαφορετικά από το αντίστοιχο στις κανονικές διαστάσεις του. Ένα κομμάτι αργύρου για παράδειγμα δεν είναι τοξικό, ενώ νανοσωματίδια αργύρου είναι δυνατόν να σκοτώσουν ιούς και βακτήρια όταν έρθουν σε επαφή με αυτά. Ιδιότητες όπως ηλεκτρική αγωγιμότητα, μηχανική αντοχή, χρώμα και άλλες αλλάζουν όταν πλησιάζουμε τη νανοκλίμακα. Επιπλέον τα νανοϋλικά κατασκευάζονται χτίζοντας συστοιχίες ατόμων με μια διαδικασία bottom-up, συναρμολογώντας δηλαδή άτομα ή μόρια και σχηματίζοντας έτσι μεγαλύτερα νανοσωματίδια. Τα νανοϋλικά έχουν μεγαλύτερες επιφάνειες σε σχέση με τα αντίστοιχα μακροϋλικά, πράγμα που τα καθιστά πολύ περισσότερο ενεργά από χημική άποψη. (Filipponi, 2010) Νανοτεχνολογία είναι η ανάπτυξη νανοϋλικών και διαδικασιών στην περιοχή από 1 μέχρι 100 nm περίπου. Νανοϋλικά μπορεί να είναι σωματίδια, νανοσωλήνες, ή μεμβράνες που μετριούνται στην κλίματα μερικών δεκάδων nm. Οι νανοεπιστήμες παρέχουν τη δυνατότητα να βελτιωθούν ιδιότητες υλικών ή να κατασκευαστούν νέα υλικά. Η εφαρμογές των νανοϋλικών και των νανοεπιστημών γενικότερα στην ζωή μας είναι πολλές. Στην ιατρική και φαρμακευτική για την διάγνωση και θεραπεία ασθενειών χρησιμοποιώντας εξειδικευμένες νανο-συσκευές και νανοαισθητήρες. Στον ενεργειακό τομέα για την κατασκευή μπαταριών που διαρκούν πολύ περισσότερο, στα φωτοβολταϊκά αλλά και παρασκευή υλικών με ιδιαίτερες μονωτικές ιδιότητες. Επίσης στην πληροφορική για μεγαλύτερες χωρητικότητες, ταχύτερους χρόνους προσπέλασης, καλύτερο hardware, εύκαμπτες οθόνες καθώς και εντοπισμό αντικειμένων με ραδιοσυχνότητες (RFID). H ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗΝ ΤΑΞΗ Η Νανοτεχνολογία προσφέρει μια καλή ευκαιρία στον εκπαιδευτικό να φέρει μια συναρπαστική και μοντέρνα τεχνολογία στην τάξη. Πολλές συσκευές που οι μαθητές χρησιμοποιούν όπως υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, ipods περιέχουν προϊόντα νανοτεχνολογίας. Μια γνωριμία των μαθητών με τον κλάδο αυτό φέρνει μερικά από τα τελευταία επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα αλλά και μελλοντικές κατακτήσεις στην τάξη. NANO for YOUTH Ήδη από το 2004 η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει υιοθετήσει μια στρατηγική στήριξης για τις νανοεπιστήμες και την νανοτεχνολογία. Ένας από τους στόχους της στρατηγικής αυτής είναι και η ισορροπημένη αλλά και σφαιρική ενημέρωση των νέων για την νανοτεχνολογία αλλά κυρίως για τα οφέλη καθώς και τους πιθανούς κινδύνους από τις εφαρμογές της. Οι σημερινοί [363]
μαθητές αλλά και αυριανοί πολίτες και καταναλωτές θα πρέπει να είναι ενημερωμένοι σχετικά με τη νέα αυτή τεχνολογία που βρίσκεται στα πρώτα της βήματα και μόλις μερικά προϊόντα της βρίσκονται ήδη στην αγορά. NANOYOU (NANO for YOUTH) είναι ένα σχέδιο δράσης για την ενημέρωση και ευαισθητοποίηση της νέας γενιάς για τις νανοεπιστήμες και τη νανοτεχνολογία. Υποστηρίζεται από το 7 ο πρόγραμμα πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Το έργο NANOYOU (Nano for Youth) συντονίζεται από το Ευρωπαϊκό Σχολικό Δίκτυο σε συνεργασία με διεθνή επιστημονικά ιδρύματα, όπως το Κέντρο Νανοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ, το Επιστημονικό Πάρκο Βαρκελώνης, το κέντρο Νανοεπιστημών του Πανεπιστημίου του Άαρχους στη Δανία, το κέντρο κοινωνικής καινοτομίας στη Βιέννη, το εκπαιδευτικό δίκτυο ORT του Ισραήλ κ.α. Το κοινό που απευθύνεται είναι νέοι 11-25 ετών και ο σκοπός του προγράμματος είναι: Η ενημέρωσή τους σχετικά με την νανοτεχνολογία Η ενθάρρυνσή τους να αναπτύξουν μια προβληματική και ένα διάλογο για τις ηθικές, νομικές και κοινωνικές προεκτάσεις των εφαρμογών της Το πρόγραμμα μέσω των σχολικών μονάδων φιλοδοξεί να προσεγγίσει περίπου 400 σχολεία σε όλη την Ευρώπη δηλαδή περίπου 25.000 μαθητές, και άλλους 4.000 νέους μέσω των επιστημονικών κέντρων που θα το ακολουθήσουν. Σε πρώτη φάση επιλέχθηκαν τον Δεκέμβριο από το Ευρωπαϊκό Σχολικό Δίκτυο και μετά από ανοιχτή πρόσκληση 25 σχολεία από Βέλγιο, Γερμανία, Αυστρία, Ισπανία, Πορτογαλία, Ελλάδα, Κύπρο, Ρουμανία, Λετονία, Λιθουανία, Ηνωμένο Βασίλειο κ.α. που θα λειτουργήσουν ως πιλοτικά σχολεία εφαρμογής του προγράμματος. Οποιοδήποτε σχολείο ενδιαφέρεται μπορεί φυσικά να συμμετάσχει εθελοντικά για την τρέχουσα σχολική χρονιά και να αιτηθεί να γίνει πιλοτικό τη επόμενη σχολική χρόνια και συγκεκριμένα τον Οκτώβριο του 2010 που θα ακολουθήσει η πρόσκληση για την επόμενη ομάδα των πιλοτικών σχολείων. Τα πιλοτικά σχολεία αλλά και όλα τα σχολεία που θα ενδιαφερθούν, έχουν στη διάθεσή τους το υλικό που είναι αναρτημένο στην πύλη http://www.nanoyou.eu ώστε να το εντάξουν στα εκπαιδευτικά τους προγράμματα. Η ΔΙΚΤΥΑΚΗ ΠΥΛΗ NANOYOU O δικτυακός τόπος nanoyou.eu (όπως εμφανίζεται στην εικόνα 1) είναι το βασικό μέσο για την προσέγγιση των νέων στον χώρο της νανοτεχνολογίας και των εφαρμογών της. Προς το παρόν η πύλη αλλά και το υλικό διατίθεται μόνο στα Αγγλικά, Γερμανικά, Γαλλικά, Ισπανικά, Ιταλικά. Στο μεταξύ μέρος αυτού μεταφράζεται και στα Ελληνικά. [364]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ Εικόνα 1. Το ΝΑΝΟΥΟU portal Το υλικό που είναι διαθέσιμο στην πύλη μπορεί να χωριστεί στις ακόλουθες θεματικές ενότητες : 1. Προπαρασκευαστικά ερωτηματολόγια που απευθύνονται στους μαθητές και έχουν σαν στόχο να αξιολογήσουν τη προηγούμενη γνώση των μαθητών αλλά κυρίως να προκαλέσουν το ενδιαφέρον τους. 2. Οπτικοακουστικό υλικό με τη μορφή podcasts, παρουσιάσεων, video, posters, κείμενων που περιγράφουν τη νανοκλίμακα και εισαγάγουν την ιδέα ότι τα νανοϋλικά συνήθως μεταβάλλουν τις ιδιότητες των άλλων υλικών στα οποία εφαρμόζονται και έτσι προκύπτουν νέα υλικά με διαφορετικές και ενδιαφέρουσες ιδιότητες και χρήσεις. Στο εισαγωγικό video, μας ξεναγεί στον κόσμο της Νανοτεχνολογίας, ο καθηγητής Sir Harold Kroto, βραβευμένος με το Νόμπελ Χημείας το 1996 για την εργασίας του στην Νανοτεχνολογία. 3. Εικονικά εργαστήρια-προσομοιώσεις (εικόνα 2) με τα οποία οι μαθητές μπορούν να εξοικειωθούν με τη βασική αλλά και εφαρμοσμένη έρευνα που γίνεται σήμερα στα εργαστήρια νανοτεχνολογίας στο επιστημονικό πάρκο Μπαρτσελόνας, στο Πανεπιστήμιο του Άαρχους στη Δανία καθώς και στο κέντρο Νανοεπιστημών στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. Εικόνα 2. Nanoyou εικονικό εργαστήριο 4. Μεγάλη ποικιλία on-line παιχνιδιών μέσω των οποίων οι μικρότεροι κυρίως μαθητές εξοικειώνονται με την νανοτεχνολογία. Επιπρόσθετα, [365]
υπάρχει διαθέσιμο ένα παιχνίδι μνήμης με κάρτες και το οποίο οι μαθητές, δουλεύοντας χωρισμένοι σε ομάδες, προσπαθώντας να ταιριάξουν τις κάρτες με τους ορισμούς με τις αντίστοιχες κάρτες στις οποίες υπάρχουν οι εξηγήσεις τους. Οι κάρτες χωρίζονται στις ακόλουθες τέσσερις ομάδες : κάρτες ορισμών με τις ερμηνείες τους, κάρτες με αντικείμενα που θα αντιστοιχηθούν με το μέγεθός στους στην νανοκλίμακα, κάρτες που θα συνδυάσουν ανθρώπινες ανάγκες με τις λύσεις που δίνει η νανοτεχνολογία και τέλος κάρτες ερωτήσεων απαντήσεων.επίσης υπάρχουν και παιχνίδια ρόλων με αναλυτικές οδηγίες, με βάση τις οποίες οι μαθητές χωρισμένοι σε ομάδες, καλούνται να αναλάβουν το ρόλο των διαφόρων εμπλεκομένων φορέων στην εφαρμογή της νανοτεχνολογίας σε συγκεκριμένους τομείς και να υποστηρίξουν τις απόψεις τους. Για παράδειγμα καλούνται να τεκμηριώσουν τις απόψεις τους σε ηθικά διλήμματα όπως αν είναι αποδεκτό να χρησιμοποιούνται μέθοδοι που αναπτύσσονται αρχικά για αντιμετώπιση ασθενειών, σε άλλους σκοπούς όπως για παράδειγμα να επεκτείνουν τις δυνατότητες του ανθρώπινου σώματος. Συνθετικές νανο-ίνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποκατάσταση οστών να χρησιμοποιούνται για την κατασκευή οστών που είναι άθραυστα. Νανο-ηλεκτρόδια που βοηθούν σε νευρολογικές διαταραχές, να χρησιμοποιηθούν για να επεκτείνουμε την ακοή σε άλλες συχνότητες, ή να αυξήσουμε την αυτοσυγκέντρωση και μνήμη των μαθητών κατά τη διάρκεια εξετάσεων. Τα επιχειρήματα που μπορεί να αναπτυχθούν μπορεί να είναι από τη μεριά του επιστήμονα, του ασθενούς, του πολιτικού, του επιχειρηματία επενδυτή, μιας ανθρωπιστικής οργάνωσης κ.α. και να προκύψει ένας πολύ ενδιαφέρον διάλογος. 5. Μια μεγάλη λίστα με εκπαιδευτικό υλικό σχετικό με την νανοτεχνολογία όπως ιστοσελίδες, βιβλία, DVD, επιστημονικά περιοδικά και άλλα. Μεγάλο μέρος του υλικού αυτού είναι ειδικά σχεδιασμένο για τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση και φιλοξενείται σε εγκυρότατες διευθύνσεις όπως το Nanoscience Informal Education Network του πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison, το Nanosense project που χρηματοδοτείται από το NSF ων ΗΠΑ, το National nanotechnology Initiative των ΗΠΑ, η μεγαλύτερη διαδικτυακή πρωτοβουλία για την νανοτεχνολογία στις ΗΠΑ. κ.α. 6. Το εργαλείο εικονικού διαλόγου στο οποίο παρουσιάζονται σε μορφή animation διάφορα σενάρια λύσεων που δίνει η νανοτεχνολογία σε καθημερινές ανάγκες αλλά ταυτόχρονα και θέματα ασφάλειας που πιθανόν θίγονται. Οι μαθητές αφού μελετήσουν τις προσομοιώσεις καλούνται να συμμετάσχουν σε ένα forum στο οποίο καταθέτουν τις προσωπικές τους απόψεις, ξεκινώντας έτσι ένα δημόσιο διάλογο με θέματα που άπτονται με κοινωνικά, περιβαλλοντικά και ηθικά ζητήματα που εγείρονται με τις εφαρμογές της νανοτεχνολογίας. Τα θέματα που περιγράφονται είναι η χρήση ρούχων με GPS, αντιβακτηριδιακές κάλτσες, [366]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ νανο-οδοντόβουρτσες, αντιηλιακά με νανοσωματίδια και οι βαφές νανοτεχνολογίας. 7. Η μηχανή του χρόνου είναι μια on-line δραστηριότητα με την οποία οι μαθητές πληροφορούνται πώς η τεχνολογία ανταποκρίνεται στις ανθρώπινες ανάγκες και επιθυμίες με την πάροδο του χρόνου. Προς το παρόν υπάρχει μια ιστορική αναδρομή στη χρήση και τεχνολογία του τηλεφώνου ως μέσου επικοινωνίας από τα πρώτα στάδια μέχρι την κινητή τηλεφωνία σήμερα καθώς και με προεκτάσεις στο μέλλον με τα τηλέφωνα νανοτεχνολογίας. Επίσης υπάρχει ερωτηματολόγιο και αναφορές για τη χρήση του κινητού τηλεφώνου στα σχολεία με την προβληματική αν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται και πως. 8. Εκπαιδευτικά πακέτα (training kits) για τους εκπαιδευτικούς που καλύπτουν τις βασικές έννοιες των νανοεπιστημών και της νανοτεχνολογίας αλλά και τις εφαρμογές τους στην ιατρική, το περιβάλλον, την παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας, την πληροφορική και τις τεχνολογίες των επικοινωνιών 9. Αναλυτικές οδηγίες για τέσσερις εργαστηριακές ασκήσεις σχετικές με την Νανοτεχνολογία. ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Σύμφωνα με τον εκπαιδευτικό οδηγό ΝΑΝΟyou in School, Teacher s Guide τα σχολεία που θα αποφασίσουν να υλοποιήσουν το πρόγραμμα μπορούν να οργανώσουν μια ημερίδα στο σχολείο παρουσιάζοντας το πρόγραμμα ή να ακολουθήσουν μια σειρά μαθημάτων με 90λεπτες ενότητες: «Τι είναι η νανοτεχνολογία» και «ELSA πτυχές της Νανοτεχνολογίας». Στον σχετικό οδηγό (NANOyou in School, Teacher s guide) υπάρχουν προτεινόμενα σχέδια μαθήματος που χρησιμοποιούν τα εργαλεία που παρουσιάστηκαν και υπάρχουν στο δικτυακό τόπο nanoyou.eu Μια ενδεικτική κατανομή 90λεπτης ενότητας φαίνεται στον παρακάτω πίνακα 1. Χρόνος (Min) Δραστηριότητα 15 Video NT το Μέλλον είναι εδώ video Οδηγίες 30 Time machine Η-Υ / e-portfolio 20 Εργαστήριο : Τι είναι η Νανοτεχνολογία και εφαρμογές 15 Virtual dialogue Η/Υ Εισήγηση - Συζήτηση 10 Περίληψη-Συμπεράσματα Συζήτηση Πίνακας 1: Προτεινόμενο (ενδεικτικά) σχέδιο μαθήματος [367]
Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΣΧΟΛΕΙΟ Η εφαρμογή του προγράμματος στο σχολείο μας ξεκίνησε αμέσως μετά την σύντομη εκπαίδευση που είχαμε στο EUN, δηλαδή τον Φεβρουάριο του 2010. Επιλέχθηκαν να συμμετάσχουν στο πρόγραμμα μαθητές της Α Λυκείου και το πρώτο βήμα ήταν η συμπλήρωση του ερωτηματολογίου σχετικά με τις νανοτεχνολογίες, από όπου προέκυψε αφενός ότι οι γνώσεις των μαθητών δεν είναι ικανοποιητικές αλλά και αφετέρου το ενδιαφέρον τους σχετικά υψηλό. Αμέσως μετά ακολούθησαν το εισαγωγικό video, οι παρουσιάσεις και τα posters με στόχο να ενημερωθούν οι μαθητές για τις βασικές αρχές των νανοτεχνολογιών αλλά και των εφαρμογών τους στην ιατρική, το περιβάλλον και στην πληροφορική και τεχνολογίες επικοινωνιών. Επιλέχθηκαν τα εργαλεία του εικονικού διαλόγου και της Μηχανής του χρόνου για την τηλεφωνία, που υλοποιήθηκαν στο σχολικό εργαστήριο Πληροφορικής. Κατόπιν ζητήθηκε από τους μαθητές να ετοιμάσουν σύντομες παρουσιάσεις για διαφορετικές πτυχές της νανοτεχνολογίας και των εφαρμογών της, στα πλαίσια των συνθετικών εργασιών που ετοιμάζονται στο μάθημα Εφαρμογές Πληροφορικής της Α Λυκείου. Το πρόγραμμα αναμένεται να ολοκληρωθεί με το τέλος της σχολικής χρονιάς και μεταξύ άλλων είναι και η οργάνωση μιας ενδοσχολικής ημερίδας «NANO-day» για την ενημέρωση όλων των μαθητών του σχολείου. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Filipponi L., Sutherland D. (2010), «NANOYOU Teachers Training Kit in Nanotechnologies», Denmark : Interdisciplinary Nanoscience Center, Aarhus University 2. Nanotechnology in the European Commission: Towards a European Strategy for nanotechnology, COM(2004)338, ανασύρθηκε Φεβρουάριος 2010, από http://cordis.europa.eu/nanotechnology/ 3. NANOYOU, http://www.nanoyou.eu, ανασύρθηκε Φεβρουάριος 2010 4. NANOyou in School, Teacher s guide, «Communicating NANOtechnology to European YOUth», (January 2010), document property of the NANOYOU parties and produced under the EC contract No 233433 [368]