Πρόταση παρουσίασης εφαρμογών της Νανοτεχνολογίας στην A/θμια Εκπαίδευση

Κουτρουμάνος, Κωνσταντίνος

Proposal for presenting Nanotechnology applications in Primary Education

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Κουτρουμάνος, Κωνσταντίνος

Date

2021-07-16

Advisor

Μπέλεση, Βασιλική
Meintasi, Athanasia

Μεταπτυχιακή εργασία (3.265Mb)

Keywords

Νανοτεχνολογία ; Νανοεπιστήμη ; Εφαρμογές νανοτεχνολογίας ; Α/θμια εκπαίδευση ; Δημοτικό σχολείο

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο να παρουσιάσει μια πρόταση από δραστηριότητες, βασισμένες κυρίως σε πειράματα, με τις οποίες μπορούν να παρουσιαστούν διάφορες εφαρμογές της επιστήμης της Νανοτεχνολογίας στο Δημοτικό σχολείο. Τις δύο τελευταίες δεκαετίες, η Νανοτεχνολογία έχει προσελκύσει έντονα το ενδιαφέρον των ερευνητών, αφού το πλήθος των εφαρμογών της αυξάνεται με αμείωτο ρυθμό έως σήμερα, ενώ ταυτόχρονα αναδεικνύονται συνεχώς νέοι τομείς εφαρμογών. Παρ’ όλα αυτά, έχει παρατηρηθεί από διάφορες έρευνες, πως οι μαθητές της Α/θμιας Εκπαίδευσης παρουσιάζουν ελάχιστες γνώσεις σχετικά με τη Νανοτεχνολογία και τις εφαρμογές της. Θα είχε ενδιαφέρον, λοιπόν, να δούμε πως θα μπορούσαμε να τους φέρουμε σε επαφή με τέτοιες εφαρμογές. Στο πρώτο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται γενικά στοιχεία γύρω από τον τομέα της Νανοτεχνολογίας και γίνεται μια ιστορική αναδρομή. Παρά το γεγονός ότι ο όρος «Νανοτεχνολογία» έχει κάνει την εμφάνισή του τα τελευταία χρόνια, εφαρμογές της παρατηρούνται από την αρχαιότητα, κάποιες από τις οποίες παρουσιάζονται στην εργασία, καθώς έχουν αποτελέσει αντικείμενο μελέτης των επιστημόνων για πολλές δεκαετίες αποτελώντας τα θεμέλια της σημερινής Νανοτεχνολογίας. Γίνεται, επίσης, αναφορά στα νανοδομημένα υλικά και τις κατηγορίες τους, τις ιδιότητές τους, καθώς και το ευρύτατο πεδίο των εφαρμογών τους. Νανοϋλικά, καθώς και ιδιότητες νανοϋλικών και νανοδομών συναντάμε στη φύση, σε φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς καθώς και στον ίδιο τον άνθρωπο. Τέλος, παρουσιάζονται εφαρμογές της Νανοτεχνολογίας σε διάφορους επιστημονικούς τομείς, όπως στον τομέα της ηλεκτρονικής, της ενέργειας και της προστασίας του περιβάλλοντος, στη βιομηχανία αυτοκινήτων, τροφίμων και συσκευασίας, καθώς και στον τομέα της ιατρικής. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση ερευνητικών προσπαθειών που έχουν πραγματοποιηθεί σε εθνικό και διεθνές επίπεδο, σχετικά με την ένταξη της Νανοτεχνολογίας στην εκπαίδευση, τις ιδέες των μαθητών του Δημοτικού σχολείου σχετικά με τη Νανοτεχνολογία, καθώς και σε προσπάθειες ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού για τη διδασκαλία της Νανοτεχνολογίας στην Α/θμια Εκπαίδευση. Γίνεται αναφορά στη μέθοδο που ακολουθήθηκε και τα αποτελέσματα κάθε έρευνας, στις εφαρμογές που παρουσιάστηκαν, καθώς και στον τρόπο με τον οποίο προσεγγίστηκαν. Επίσης, αναφέρονται συγκεκριμένες προσπάθειες παρουσίασης εφαρμογών Νανοτεχνολογίας για παιδιά ηλικίας δημοτικού, που έχουν πραγματοποιηθεί στα πλαίσια της Άτυπης και μη-Τυπικής Εκπαίδευσης τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Στο τρίτο μέρος, παρουσιάζονται δραστηριότητες, βασισμένες κυρίως σε πειράματα, μέσα από τις οποίες οι μαθητές των μεγάλων τάξεων της Α/θμιας Εκπαίδευσης μπορούν να γνωρίσουν τη Νανοτεχνολογία, να έρθουν σε επαφή με εφαρμογές της και να γνωρίσουν υλικά νανοκλίμακας και τις ιδιότητές τους. Οι δραστηριότητες που έχουν επιλεγεί, έχουν δομηθεί με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να προκαλούν το ενδιαφέρον των μαθητών, να προωθούν την εμπλοκή τους στις δράσεις, τη βιωματική μάθηση και συνεργασία και να προάγουν το ομαδικό πνεύμα. Τέλος, στο τέταρτο και τελευταίο μέρος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και οι προοπτικές της παρούσας διπλωματικής εργασίας και αναφέρονται συγκεκριμένες προτάσεις για το πώς εφαρμογές της Νανοτεχνολογίας μπορούν να παρουσιαστούν σε τάξεις του Δημοτικού σχολείου, είτε στα πλαίσια του Αναλυτικού Προγράμματος της Φυσικής στην Α/θμια Εκπαίδευση, είτε ως ξεχωριστό πρότζεκτ Νανοτεχνολογίας. Κλείνοντας, γίνεται αναφορά στις αντικειμενικές δυσκολίες που μπορούν να παρουσιαστούν κατά την εφαρμογή της συγκεκριμένης πρότασης παρουσίασης εφαρμογών Νανοτεχνολογίας στην Α/θμια Εκπαίδευση, οι οποίες λήφθηκαν υπόψη κατά τον σχεδιασμό των δραστηριοτήτων και γίνονται συγκεκριμένες προτάσεις αντιμετώπισης των δυσκολιών αυτών.

Abstract

This post graduate thesis aims to present a proposal of activities, based mainly on experiments, by which various applications of the science of Nanotechnology can be integrated in Primary school. Nanotechnology in the last two decades has strongly attracted the interest of researchers, since the number of its applications is growing at an unabated pace to date, while at the same time new areas of application are constantly emerging. Nevertheless, it has been observed from various studies that Primary school students have little knowledge about Nanotechnology and its applications. It would be interesting, then, to see how we could bring them into contact with such applications. The first part of the study presents general data around the field of Nanotechnology and will be a historical review. Although the term "Nanotechnology" has appeared in recent years, its applications have been observed since antiquity, some of which are presented in this paper, as they have been studied by scientists for many decades, forming the foundations of today's Nanotechnology. Reference is also made to nanostructured materials and their categories, their properties, as well as the wide range of their applications. Nanomaterials, as well as properties of nanomaterials and nanostructures are found even in nature, in plant and animal organisms as well as in human himself. Finally, applications of Nanotechnology are presented in various scientific fields, such as in the field of electronics, energy and environmental protection, in the automotive, food and packaging industries, as well as in the field of medicine. In the second part is made a bibliographic review of research efforts made at national and international level, regarding the integration of Nanotechnology in education, the ideas of primary school students about Nanotechnology, as well as efforts to develop educational material for teaching of Nanotechnology in Primary Education. Reference is made to the method followed and the results of each research, to the applications presented, as well as to the way in which they were approached. Also, specific efforts are presented about Nanotechnology applications for primary school children, which have been carried out in the framework of Informal and Non-Formal Education both in Greece and abroad. In the third part, activities are presented, based mainly on experiments, through which the students of the upper grades of Primary Education can get touch with Nanotechnology, come in contact with its applications and get to know nanoscale materials and their properties. The selected activities are structured in such a way as to increase students' interest, promote their involvement in actions, experiential learning, collaboration and team spirit as well. Finally, in the fourth and last part, are presented the conclusions and perspectives of the present paper. Specific suggestions are given for how applications of Nanotechnology can be presented in primary school classrooms, either in the framework of the Physics Curriculum in Primary Education, or as a separate interdisciplinary Nanotechnology project. In closing, reference is made to the objective difficulties that may arise during the implementation of this proposal for the presentation of Nanotechnology applications in Primary Education, which were taken into account during the planning of activities and specific proposals are made to address these difficulties.