«УТВЕРЖДАЮ Проректор НИЯУ МИФИ _ _ _ 2012 г. Программа обучения преподавателей и специалистов высшего и общего образования по работе с одаренными детьми и подростками в системе взаимодействия учреждений высшего и общего ...»

4. Для определения периода структуры следует сначала вычесть постоянную составляющую изображения. Для этого поставьте флажок напротив «Вычитание поверхности» и нажмите дважды на строке «Поверхность». Для просмотра результата вызовите функцию «3D». Чтобы определить период необходимо сделать сечение перпендикулярное периодической структуре решетки. Для этого выберите значок «Линейка» (табл. 41.3), затем поставьте флажок напротив «Сечение» и дважды нажмите на строке «Простое сечение». Измерение расстояния между двумя точками с помощью инструмента «Линейка» осуществляется следующим образом: после нажатия кнопки, щелчком мыши зафиксируйте на изображении одну точку, при перемещении мыши с нажатой основной кнопкой происходит построение отрезка из зафиксированной точки, а измеряемая длина отображается в центре отрезка.

Задание 5.

Сканирование при двух других скоростях 1. Повторите все подпункты задания 4, но в параметрах сканирования установите скорость равную 5.20 мкм/с и 12.00 мкм/с.

2. Сохраните полученные изображения.

Для сохранения результатов измерений необходимо выполнить следующие действия.

2.1) В главном меню выберите Файл Сохранить, как.

2.2) В открывшемся диалоговом окне выберите папку, в которой будут храниться полученные данные (самостоятельно создайте папку, названием которой будет: фамилия_11_группа). Введите название файла и сохраните его с расширением *.mdt. В полученном файле будут содержаться фреймы представленные в окне сессии в момент сохранения.

3. Проанализируйте их, сделайте выводы и напишите заключение к работе.

Задание 6. (дополнительное исследовательское) Анализ влияния различных фильтров на результат проведенного сканирования 1. Проведите сканирование образца при скорости 2.52 мкм/с (алгоритм описан в заданиях 1-4 данной лабораторной работы).

ВНИМАНИЕ! При переходе к очередному фильтру возвращайтесь к исходному изображению с уже вычтенной поверхностью (второй фрейм на левой стороне панели)!

2. Сравните влияние на изображение следующих групп фильтров:

- однородный 33 и однородный 55;

- гауссов 1.0, гауссов 0.85, гауссов 0.391;

- горизонтальный и вертикальный фильтры Прюитта;

- медианный 33 и медианный 77.

3. Сохраните полученные результаты (процесс сохранения описан в задании 5 текущей лабораторной работы).

4.Исследуйте влияние каждого фильтра на величину периода изображения. Выберите оптимальный фильтр или оптимальное сочетание фильтров, сделайте выводы и напишите заключение к работе.

Таблица 41.3.

сканированию»

«Резонанс»

«Подвод»

подвод зонда к образцу области взаимодействия сканирования запуск сканирования линейка 1. Опишите (качественно) зависимость силы взаимодействия от расстояния зонд-образец.

2. Назовите основные режимы работы АСМ, их назначение, а также преимущества и недостатки.

3. Объясните основные способы детектирования силы в Контрольные вопросы №8 и 9 соответствуют дополнительному исследовательскому заданию 6.

контактном режиме АСМ.

4. Назовите основные компоненты СЗМ и их назначение.

5. Назовите виды датчиков и принципы их действия.

6. Объясните понятие пьезоэлектрического эффекта и принцип действия пьезоэлектрического двигателя. Опишите различные конструкции сканеров.

7. Опишите общую конструкцию прибора NanoEducator.

8. Какие типы искажений характерны для СЗМ изображений, и по каким причинам они возникают?

9. Каковы основные методы фильтрации СЗМ изображений?

1. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1973.

2. Э. Руска. Развитие электронного микроскопа и электронной микроскопии – Нобелевские лекции по физике – 1996. // УФН, т. (1988), вып.2, с. 243.

3. В.Л. Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений.

ИФМ РАН – М.: Техносфера, 2005 г., С.144.

4. G. Binnig, C.F. Quate, Ch. Gerber. Atomic force microscope. // Phys. Rev.

Lett., 1986, Vol. 56, №9, p. 930 – 933.

5. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. Н. Новгород: Изд.

ННГУ, 1993.

6. M. Tortonese, R.C. Barrett, C.F. Quate. Atomic resolution with an atomic force microsope using piezoresistive detection.// Appl. Phys. Lett., 1993, Vol.

62, No. 8, p. 834.

7. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. – М.: Мир, 1976, C. 511.

8. Прэтт У. Цифровая обработка изображений – М.: Мир, 1982, книги 1,2, C. 790.

9. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений – М.: Советское радио, 1979, C. 312.

Лабораторная работа:

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ МЕТОДОМ

СКАНИРУЮЩЕЙ ТУННЕЛЬНОЙ МИКРОСКОПИИ

Цель работы – изучение основ сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), получение топографии поверхности исследуемого образца в режиме постоянного туннельного тока.

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) является одним из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела, нашедшим широкое применение в различных областях науки и технологии. Основное отличие между различными разновидностями методов СЗМ (сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия, атомно-силовая микроскопия (АСМ), магнитно-силовая микроскопия, ближнепольная акустическая микроскопия и т.д.) лежит в типе взаимодействия, который используется для контроля расстояния зонд – образец. Несмотря на то, что количество вариантов СЗМ достаточно многочисленно, оно продолжает расти, что позволяет получать дополнительную информацию, не только топографическую, о поверхностных свойствах образцов.

Метод СТМ является основоположником всего семейства методов СЗМ. Первый сканирующий туннельный микроскоп был создан в году Г. Биннигом и Г. Рорером в научно-исследовательской лаборатории фирмы IBM в Цюрихе. А в 1986 году Г. Бинниг и Г. Рорер были удостоены Нобелевской премии за свое изобретение. Изначально метод СТМ создавался и развивался как метод, позволяющий исследовать топографию поверхности металлов с высоким (вплоть до атомарного) разрешением в сверхвысоком вакууме. Позже метод был применен для исследования других материалов, таких как полупроводники, тонкие непроводящие пленки или биологические молекулы в различных условиях (вакуум, воздух или жидкость).

Основой СТМ является очень острая игла, скользящая над исследуемой поверхностью, почти касаясь ее (зазор между иглой и поверхностью составляет менее одного нанометра). При этом, вследствие туннельного эффекта между острием иглы и поверхностью образца возникает туннельный ток.

Сильная зависимость туннельного тока от расстояния (при изменении зазора на одну десятую нанометра ток изменяется в 10 раз) обеспечивает высокую чувствительность микроскопа. Баланс иглы на столь малом расстоянии от исследуемой поверхности обеспечивается следящей системой, управляющей пьезоманипулятором по результатам измерения туннельного тока. Измеряя величины управляющих сигналов, определяют высоту исследуемой области, а перемещая иглу вдоль поверхности образца, определяют профиль поверхности с точностью до отдельных атомов.

Основанные на измерении туннельного тока изображения, получаемые с помощью этого микроскопа, дают информацию о пространственном распределении плотности электронных состояний вблизи поверхности. Образно говоря, туннельный микроскоп как бы “видит” распределение электронных облаков вблизи поверхности.

В случае использования низкого разрешения СТМ - изображение может рассматриваться как отображение поверхностной топографии образца. При больших полях сканирования (микроны) топографические эффекты обычно доминируют над электронными эффектами, поэтому интерпретация особенностей изображения достаточно однозначна. По мере усиления увеличения и приближения к атомарному разрешению топографические и электронные эффекты смешиваются, и интерпретация наблюдаемых особенностей становится более сложной задачей.

В настоящее время разработано большое количество разновидностей сканирующих туннельных микроскопов, в том числе совмещенных с другими методами исследования поверхности, например, Оже – электронной спектроскопией, методом дифракции медленных электронов и т.д. При этом существует ряд элементов, общих для всех вариантов устройства СТМ, в частности:

сканирующая игла; система сближения иглы и образца для получения туннельного тока; сканирующее устройство, обычно, на основе пьезокерамических материалов (пьезоприводов); электронная система с обратной связью, которая поддерживает заданный туннельный ток;

компьютерная система управления сканированием и сбором данных;

система виброизоляции, уменьшающая амплитуду внешних воздействий на туннельный промежуток.

Различают два крайних варианта записи СТМ - изображения:

режим “постоянного туннельного тока” (Рис. 42-1а) и “постоянной высоты зонда” (Рис. 42-1б).

В режиме постоянного тока («топографическом») система обратной связи постоянно регистрирует туннельный ток и вносит такие корректировки в высоту зависания иглы, управляя при этом двигателями подачи иглы, чтобы величина заданного оператором туннельного тока оставалась постоянной в каждой точке сканирования. Игла при этом остается всегда на одном и том же расстоянии от поверхности, и коррекция высоты иглы прямо отражает рельеф поверхности образца. В режиме “постоянной высоты” или быстрого сканирования цепь обратной связи не отслеживает профиль поверхности, т.е. не изменяется положение иглы, но при этом регистрируются изменения туннельного тока I.

Последний режим полезен при исследовании с атомарным разрешением относительно ровных поверхностей, таких, например, как монокристаллы, так как при фиксированном положении иглы проще обеспечить механическую стабильность системы в целом, а изменения туннельного тока очень чувствительны к изменению туннельного промежутка. При этом данный режим не применим для исследования образцов с неизвестной морфологией или заведомо шероховатых поверхностей, так как велика вероятность повреждения иглы. В связи с этим, наибольшее распространение получил режим постоянного тока.

Рис. 42-1. Режимы постоянного тока (а) и постоянной Сканирующий зондовый микроскоп дает изображение поверхности, увеличенное во всех трех измерениях: x, y и z, максимальная разрешающая способность для каждой из осей определяется различными факторами.

чувствительностью сенсора, и, во-вторых, амплитудой вибраций зонда относительно поверхности образца. Конструкция микроскопа должна обеспечивать уменьшение амплитуды этих вибрации до долей ангстрема.

Разрешение СТМ по нормали к поверхности образца для атомно– чистых поверхностей достигает в благоприятных случаях сотых долей ангстрема. Однако для «грязных» поверхностей шум по координате Z резко возрастает, доходя до долей микрометра.

Максимальное разрешение в плоскости x-y определяется, прежде всего, точностью позиционирования зонда. Важную роль играет геометрия острия зонда. При сканировании предельно плоских (атомно-плоских) поверхностей разрешение лимитируется диаметром атома на самом конце иглы (так называемый эффект последнего атома, Рис. 42-2). Таким образом, для оценки предельного разрешения можно принять, что туннелирование (до 90% тока) происходит с единственного атома. Макроскопическая геометрия зонда не является определяющей для атомного разрешения.

Рис. 42-2. Схематическое изображение взаимодействия кончика иглы с образцом.

При выявлении сравнительно больших геометрических деталей качество изображений определяется геометрией острия.

Критическими являются следующие параметры: радиус закругления конца иглы r и отношение аспекта Ar L / W (отношение высоты зонда к диаметру основания) (Рис. 42-3).

Рис. 42-3. Искажение изображения профиля поверхности вследствие конечной величины отношения аспекта и радиуса закругления острия Предельное разрешение сканирующего туннельного микроскопа, в первую очередь, определяется физическими характеристиками пьезосканера и точностью измерения регистрируемого сигнала – туннельного тока. На практике же именно приборная реализация общих принципов формирования изображения СТМ во многом определяет качество получаемой информации. В частности, поскольку сканирование обычно производится изгибанием трубчатого сканера, на участках изображения, отвечающих максимальному отклонению, могут наблюдаться искажения. К схожему эффекту приводит явление криппа – запаздывание деформации / реакции пьезокерамики в ответ на изменение управляющего напряжения. Еще один фактор нестабильности положения зонда относительно исследуемой поверхности – влияние колебаний температуры сканера в ходе эксперимента. Учитывая малость расстояния игла – образец (~ 1 нм), очевидно, что при изменении температуры сканера за счет различий в коэффициентах температурного расширения его деталей, особенно пьезокерамики, происходит неконтролируемое смещение иглы относительно образца – температурный дрейф.

Наконец, важную роль играет качество схемотехнических решений управляющей электроники – корректность измерения туннельного тока, точность получения и поддержания напряжения, подаваемого на пьезоэлементы сканера, устройства системы обратной связи и т.д.

Помимо этого, в лабораторных условиях бывает затруднительно избавиться от воздействия внешних возмущений на качество изображений СТМ. Одними из основных факторов, ухудшающих разрешение СТМ, являются влияние внешних вибраций и (для исследований на воздухе) акустических шумов, также приводящее к колебаниям зонда относительно поверхности исследуемого образца.

Влияние электромагнитных наводок и электрических помех в сети питания приводит к наложению на изображение периодической «картинки», ухудшающей разрешение. На нанометровом уровне часто возможна ситуация, когда периодические наводки и особенности рельефа имеют близкие «размеры» на СТМ - изображении, в этом случае возможное ухудшение разрешения может привести к потере реальной информации о рельефе. Такое искажение СТМ – изображения обычно очевидно и не интерпретируется. При получении сканов с атомарным разрешением подобная дополнительная периодичность может привести к ошибочным заключениям. Влияние условий сканирования на разрешение прибора проверяется варьированием задаваемых оператором параметров и оптимизируется индивидуально для каждого образца.

Схема установки для проведения сканирующей туннельной микроскопии аналогична установке, описанной в работе №41 (Рис. 41Порядок проведения эксперимента Эксперимент и обработка результатов выполняются с помощью компьютера в виде последовательных заданий. Графические изображения кнопок на экране монитора, которые необходимо использовать для выполнения того или иного действия, указанного в заданиях, представлены в табл. 41-3 предыдущей лабораторной работы.

ВНИМАНИЕ! Запрещается поднимать защитную крышку с видеокамерой (элемент 7 на рис. 41-9 работы №41) на протяжении ВСЕЙ лабораторной работы!

Задание 1.

Подготовка микроскопа к эксперименту 1. Вызвать на экран компьютера программу Nanoeducator, а затем камеру рядом с иконкой Nanoeducator 2. Открыть окно «Подготовка к сканированию» соответствующей кнопкой на панели основных операций и выбрать параметры:

Выбор контроллера: НаноЭдьюкатор Выбор режима: АСМ Сервер анализа: Imaс-sergej-antonenko.local Задание 2.

Построение резонансной кривой и установка рабочей частоты 1. Открыть окно «Резонанс» кнопкой (табл. 41-3) на панели основных операций главного окна программы.

2. Установите флажок «Настройки». В результате справа от окна программы откроется панель параметров поиска резонанса.

3. Убедитесь, что флажок «точно» сброшен.

4. Нажмите кнопку «Старт» для грубого поиска резонанса. В результате будет измерена АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) зонда и приблизительно установлена резонансная частота.

5. Убедитесь, что резонансная кривая симметрична и максимум не менее 2 В. Если резонансный пик имеет искаженную форму, или амплитуда колебаний зонда на частоте резонанса мала (менее 2 В), измените параметры «Амплитуда колебаний» и «Усиление амплитуды», после чего повторно проведите определение резонансной частоты.

6. Установите флажок «точно». Щелкните на кнопке «Старт» для точного поиска резонанса. В результате в области максимума, найденного при грубом поиске, будет измерена АЧХ зонда и рабочая частота генератора (параметр «Частота») будет установлена равной резонансной частоте зонда.

Задание 3.

Захват взаимодействия 1. Открыть окно «Подвод» кнопкой (табл. 41-3) на панели основных операций главного окна программы.

2. Окно «Подвод» содержит элементы управления подводом зонда, а также индикации параметров, которые позволяют анализировать ход выполнения процедуры. В этом окне есть возможность наблюдать за следующими величинами.

- Вытянутость сканера (индикатор «Сканер») по оси Z относительно максимально возможной, принятой за единицу.

Величина относительного удлинения сканера характеризуется уровнем заполнения левого индикатора цветом, соответствующим зоне, в которой находится сканер в текущий момент: зеленый цвет – рабочая зона, красный – вне рабочей зоны, желтый - переходная зона. Если индикатор красного цвета и сканер втянут, это означает, что сканер подошел слишком близко к поверхности образца, что может повлечь деформацию зонда. Если индикатор красного цвета и сканер вытянут, это означает отсутствие контакта с поверхностью.

- Амплитуда колебаний зонда (индикатор «Амплитуда») относительно амплитуды его колебаний в отсутствии силового взаимодействия, принятой за единицу. Величина относительной амплитуды колебаний зонда показана на правом индикаторе уровнем его заполнения зеленым цветом.

- Количество шагов («Шаги»), пройденных в заданном направлении.

Чтобы подвести зонд к образцу, нажмите соответствующую кнопку (табл. 41-3). В результате замкнется цепь обратной связи, и Z-сканер выдвинется на максимальную длину, что отобразится на индикаторе Z Сканер;

- включится шаговый двигатель, выполняющий подвод образца к зонду;

- индикатор «Шаги» начнет отсчитывать пройденные шаги.

Если индикатор «Z Сканер» остается желтым, то следует установить флажок «Настройки» и нажать на стрелку «вниз».

Нажимать до тех пор, пока индикатор «Z Сканер» не станет зеленым.

По окончании подвода индикатор «Z Сканер» займет промежуточное положение, что соответствует середине полного диапазона удлинения сканера.

Для вывода зонда из области взаимодействия и увеличения расстояния между зондом и образцом используется кнопка, приведенная в табл. 41-3. Зонд отводится от образца на расстояние, заданное в поле «Шаги».

Задание 4.

Переход в режим сканирующей туннельной микроскопии Для перехода в режим СТМ следует открыть окно «Подготовка к сканированию» соответствующей кнопкой на панели основных операций и выбрать параметры:

Выбор контроллера: НаноЭдьюкатор Выбор режима: СТМ Сервер анализа: Imaс-sergej-antonenko.local Задание 5.

Захват взаимодействия 1. Если индикатор «Z Сканер» при переходе из одного режима сканирования в другой изменил свой цвет на желтый, то следует установить флажок «Настройки» и нажать на стрелку «вниз».

Нажимать до тех пор, пока индикатор «Z Сканер» не станет зеленым, а «индикатор тока» не станет желтым.

2. По окончании подвода индикатор «Z Сканер» займет промежуточное положение, что соответствует середине полного диапазона удлинения сканера.

ВНИМАНИЕ! Перед сканированием следует закрыть окна «Резонанс»

и «Подвод»!

Задание 6.

Сканирование 1. В главном окне программы нажмите кнопку «Сканирование».

2. В режиме сканирования необходимо установить параметры, которые сгруппированы на панели сканирования, открывающейся кнопкой (табл. 41-3) в правой части окна программы.

Рекомендуемые параметры:

Размер:10078 10078 Шаг:128 128 Режим: СТМ 3. Запуск сканирования осуществляется соответствующей кнопкой «Пуск» в главном окне программы. В результате начнется построчное сканирование поверхности образца и в области измерений, строчка за строчкой, будет появляться изображение сканируемой поверхности.

4. Для определения периода структуры следует сначала вычесть постоянную составляющую изображения. Для этого поставьте флажок напротив «Вычитание поверхности» и кликните дважды на строке «Поверхность». Для просмотра результата вызовите функцию «3D». Чтобы определить период необходимо сделать сечение перпендикулярное периодической структуре решетки. Для этого выберите значок «Линейка», затем поставьте флажок напротив «Сечение» и кликните дважды на строке «Простое сечение».

5. Проведите сканирование в режиме сканирующей туннельной микроскопии также при скоростях 5.20 мкм/с и 12.00 мкм/с.

Проанализируйте результаты работы, сделайте выводы и напишите заключение.

6. Сохраните полученные изображения.

Для сохранения результатов измерений необходимо выполнить следующие действия.

А.) В главном меню выберите Файл Сохранить, как.

В.) В открывшемся диалоговом окне выберите папку, в которой будут храниться полученные данные (самостоятельно создайте папку, названием которой будет: фамилия_11_группа). Введите название файла и сохраните его с расширением *.mdt. В полученном файле будут содержаться фреймы представленные в окне сессии в момент сохранения.

1. На чем основывается метод сканирующей туннельной микроскопии?

2. Каковы общие элементы всех СТМ?

3. Сколько существует режимов записи СТМ-изображений? В чем их различия?

4. Назовите факторы, определяющие качество изображения в СТМ.

Какие требования предъявляются к СТМ-зонду?

5. Опишите общую конструкцию прибора NanoEducator.

1. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М:Техносфера, 2004. -144 с.

2. Paredes J.I., Martinez-Alonso A., Tascon J.M.D. Application of scanning tunneling and atomic force microscopies to the characterization of microporous and mesoporous materials // Microporous and Mesoporous Materials. - 2003. - V. 65. - P. 93 – 126.

3. Guntherodt H.-J., Wiesendanger R. (Eds.) Scanning Tunneling Microscopy I. - Berlin Heidelberg: Springer Series in Surface Sciences.

Springer – Verlag, 1992. - 246 p.

4. Шайхутдинов Ш.К., Кочубей Д.И. Исследования гетерогенных каталитических систем и их моделей методом сканирующей туннельной микроскопии // Успехи химии. – 1993. – Т. 62, № 5. – С. 443 – 453.

5. Kuk Y., Sulverman P.J. Scanning tunneling microscope instrumentation // Rev. Sci. Instrum. – 1989. – V. 60, No. 2. – P. 165 – 180.

6. Magonov S.N., Whangbo-Weinheim M.-H. Surface Analysis with STM and AFM: Experimental and Theoretical Aspects of Image Analysis. – New York;

Basel;Cambridge; Tokyo; VCH: Printed in the FRG, 1996. – 323 p.

7. Howland R.S. How to Buy a Scanning Probe Microscope. Stanford: Park Scientific Instruments, 1993. - 44 p.

8. Г. Бинниг, Г. Рорер. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности – Нобелевские лекции по физике – 1996. // УФН, т.

154 (1988), вып.2, с. 261.

Дополнительное исследовательское задание Цель задания – ознакомление с методами растровой динамической силовой литографии и получение поверхности с заданным профилем.

В современном мире задача уменьшения линейных размеров элементов микросхем – одна из основных в микроэлектронике. В настоящее время уровень развития технологий в этой области достиг субмикронных размеров и переходит уже на наноуровень.

Традиционный метод, включающий создание масок на поверхности полупроводниковой пластины с последующим применением различных видов литографии все более высокого разрешения позволяет создавать элементы с нанометровыми размерами. Примером этого может быть современная технология создания интегральных микросхем, где формирование проводящих дорожек происходит путём фотолитографии, и их толщина достигает нескольких сотен нанометров. Однако создание элементов на основе отдельных молекул или атомов традиционными путями невозможно.

Современные технологии в области атомной силовой микроскопии (АСМ) позволяют нам не только изучать рельеф как проводящих, так и диэлектрических материалов на наноуровне, но и модифицировать рельеф поверхности образца для создания рисунков с характерными размерами до нескольких десятков нанометров. С помощью этого метода были изготовлены одноэлектронный транзистор, работающий при комнатной температуре, а также полевой и биполярный транзисторы с нанометровыми размерами активных элементов.

Этим же способом можно обеспечить сверхплотную запись информации путем формирования отдельных питов.

Виды сканирующей зондовой литографии В соответствии с видами локального взаимодействия зонда с поверхностью выделяют следующие виды зондовой литографии:

- СТМ литография;

- АСМ анодно-окислительная литография;

- АСМ силовая литография (статическая, динамическая).

СТМ литография В основе этого метода лежит принцип сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Подавая на зонд СТМ большое напряжение в импульсном или непрерывном режиме (несколько вольт, значительно больше, чем при получении СТМ-изображения) и двигая зонд можно модифицировать поверхность образца. Поверхность образца под зондом при этом может расплавляться и даже частично испаряться. СТМ литография позволяет также резать монопленки с нанометровой точностью, например графен, создавая таким образом сложные интегрированные наносхемы – основу будущей наноэлектроники.

АСМ анодно-окислительная литография В этом виде литографии изменяется не только рельеф образца, но и локальные электрофизические свойства его поверхности. Например, при подаче напряжения на проводящий АСМ зонд на поверхности образца может начаться электрохимический процесс, и металлический слой под зондом начнет окисляться. Этот метод используется на воздухе, когда зонд и поверхность материала покрыты тонким слоем абсорбированной воды. Когда зонд приближается достаточно близко к поверхности образца, эти абсорбированные слои соприкасаются, и вследствие капиллярного эффекта, между острием и образцом возникает водяная перемычка.

Таким образом, при подаче напряжения возникает электрохимическая реакция между зондом и поверхностью образца в водной среде. Если поверхность имеет положительный заряд, а острие – отрицательный, то они будут электрохимически взаимодействовать соответственно как анод и катод, и непосредственно под острием начнет расти оксидный слой (Рис. 42-5).

Рис.42-4 а) Наноструктура, полученная из графена с помощью СТМ литографии б) трехмонослойная проводящая пленка Ленгмюра-Блоджет после воздействия импульсов напряжения разной мощности Рис. 42-5. Схема процесса локального анодного оксидирования с помощью проводящего АСМ зонда (а) и изображение (размер скана 200х200 нм2) сверхтонкой пленки титана на поверхности кремния (б), окисленной в заданных точках.

Необходимо отметить, что диаметр оксидных наночастиц, измеренный по полувысоте, составляет 8-10 нм. При использовании таких наночастиц в качестве элементов записи эффективная плотность записи информации может составить 1 Тб/кв. дюйм.

АСМ силовая литография СЗМ позволяет осуществлять непосредственное силовое воздействие зондом на поверхность образца. Это может производиться двумя способами – статическим воздействием (наногравировка) и динамическим воздействием (наночеканка).

При осуществлении наногравировки с использованием методики обычной контактной силовой микроскопии зонд микроскопа перемещается по поверхности подложки с достаточно большой силой прижима, так что на подложке (или на расположенном на ней слое резиста) формируется рисунок в виде углублений (царапин). Такая методика использует принцип вспашки: материал извлекается из подложки вполне определенным образом, оставляя канавки с характерным сечением, определяемым формой кончика зонда. Такая технология нанолитографии достаточно проста и дешева, однако у нее есть определенные недостатки. Для проведения силовой литографии необходимо, очевидно, чтобы твердость материала зонда была выше твердости образца. При этом не должно происходить залипание зонда и налипание частиц материала подложки на зонд.

Шероховатость образца должна быть небольшой (обычно не более 1нм). Также необходимо, чтобы поверхность была чиста от загрязнений. Кроме того, при работе с твердыми поверхностями этот метод приводит к быстрому разрушению зонда.

С использованием динамической силовой литографии (наночеканки) модификация поверхности происходит за счет формирования углублений на поверхности образца колеблющимся зондом (Рис. 42-6), при этом используется прерывисто-контактный метод сканирования.

Такой метод нанолитографии позволяет производить визуализацию сформированного рисунка без серьезного воздействия на поверхность подложки или резиста. Кратковременное «укалывание» поверхности также защищает зонд от быстрого разрушения.

В получении хороших результатов в растровой литографии с использованием наночеканки большую роль играет предварительная подготовка графического изображения-шаблона. Белому цвету на изображении соответствует отсутствие воздействия на образец, черному цвету – воздействие с максимальной силой. Также, одним из важнейших параметров получения качественных растровых рисунков является острота зонда.

Рис. 42-6. Пример векторной динамической силовой литографии (а) (размер скана 220х220 нм2) в виде регулярного массива углублений (питов) и растровой литографии (размер скана 2,5х2,6 мкм).

1. Выполните пункты заданий 1-3 текущей лабораторной работы (подготовьте микроскоп к эксперименту, постройте резонансную кривую и установите рабочую частоту, а также захватите взаимодействие).

2. Откройте окно сканирования. Выберите область для сканирования участка образца. В качестве образца используется полимерное покрытие от оптического диска со снятым защитным слоем. Задайте следующие параметры сканирования в установках.

- размер области сканирования 15 15мкм - скорость сканирования 5мкм/c (вперед), 10мкм/с (назад) - Усиление ОС - Рабочая точка 0. 3. Сканирование запускается кнопкой «Пуск». В результате начнется построчное сканирование поверхности образца и в области измерений, строчка за строчкой, будет появляться изображение сканируемой поверхности. При сканировании вы должны наблюдать поверхность с бороздками.

4. Выберите вкладку «Литография» в окне сканирования. Откройте вкладку параметры. Загрузите шаблон с изображением, нажав кнопку «Изображение». Рекомендуется использовать черно-белый шаблон размером 200х200 dpi.

5. Переместите шаблон с изображением в окне сканирования на выбранную область и отмасштабируйте до размеров 1010 мкм2.

Задайте следующие параметры литографии:

- Режим: АСМ литография - Скорость сканирования: 2мкм/с (вперед, назад) - Усиление ОС: - Рабочая точка: 0. - Сила: - Время: 70мкс 6. Выполните литографию тестового изображения. Для этого нажмите кнопку «Пуск» в главном окне сканирования. На прямом ходе зонд воздействует на образец по загруженному шаблону, на обратном - осуществляется сканирование поверхности после воздействия (литографии). Таким образом, пользователь имеет возможность динамически контролировать процесс литографии. Если на обратном проходе не видно изображения, то увеличьте силу воздействия на образец, если вместо четких продавленных линий видно сильное искажение поверхности, значит зонд слишком сильно воздействует на образец и нужно уменьшить силу воздействия на образец. Сохраните полученные результаты.

7. Оцените качество литографированного изображения. При необходимости повторите процесс литографии при изменении параметра максимального воздействия зонда на образец.

8. Откройте программу анализа изображений Scan Viever.

Определите характер имеющихся искажений и проведите необходимую обработку и фильтрацию данных с помощью методов, доступных в программе. Для этого следует сначала вычесть постоянную составляющую изображения. Поставьте флажок напротив «Вычитание поверхности» и кликните дважды на строке «Поверхность». Если изображение неудовлетворительного качества, то проведите дополнительную обработку фильтрами (подробнее об обработке и фильтрации данных вы можете прочитать в описании к работе №41).

9. С помощью фильтра «Сечение» определите глубину воздействия зонда в нескольких точках.

10. Напишите заключение к дополнительному исследовательскому заданию.

1. Что такое сканирующая зондовая литография? Расскажите об основных её видах.

2. Расскажите об особенностях динамической силовой литографии на приборе NanoEducator.

3. Назовите критерии выбора образцов подложки и изображения для проведения динамической силовой литографии.

1. А.В. Круглов, Д.О. Филатов. Сканирующая зондовая литография:описание лабораторной работы. Н. Новгород: Изд. ННГУ, 2004, 19 с.

2. Nanoeducator Учебное пособие, НТ-МДТ 3. Неволин В.К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Учебное пособие – М.: МИЭТ, 2000 г.

Неволин В.К. Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии // Электронная промышленность. – 1993, № 10.

5. Matsumoto K., Ishii M., Segawa K., Oka Y., Vartanian B.J., Harris J.S.

Room temperature operation of single electron transistor made by the scanning tunneling microscope nanooxidation process for the TiOx/TiO system. // Appl. Phys. Lett., 68, 34 (1996).

6. Cooper E.B., Manalis S.R. Fang H., Dai H., Matsumoto K., Minne S.C., Hunt T., Quate C.F. Terabit-per-square-inch data storage with the atomic force microscope. // Appl. Phys. Lett., 75, 3566 (1999).

7. Belkin et al., // Appl. Phys.Lett. 92, 201101 (2008).

База тестовых и контрольных заданий к Модулю 2.2.

Задания к тексту «Мифы нанотехнологий»:

Найдите в тексте ответы на вопросы:

9. На какие два типа можно разделить все научные мифы?

10.Кого можно считать отцом-основателем нанотехнологий?

11.Является ли производство на основе нанотехнологий безотходным?

12.Почему невозможно создать нанороботов, какими их представлял себе Эрик Дрекслер?

13.Возможно ли появление «умной пыли»?

14.В чем заключается разница между химическим и физическим методами синтеза веществ?

15.Какой из методов синтеза веществ по мнению Эрлиха более перспективен?

16.Каким образом физический метод может быть сделан более производительным?

Вспомните, что вы знали о нанотехнологиях до того, как начали изучать их в школе? Напишите, что из этого оказалось мифом, а что реальностью?

VI. Нанороботы «будут созданы совместными усилиями физиков, химиков, биологов, ученых. Работающих на ниве синтетической науки, называемой нанотехнологиями» - пишет Эрлих. Поясните, что в данном случае значит словосочетание «синтетическая наука»?

VII. Согласно Эрлиху, вокруг нанотехнологий было специально создано несколько мифов. Которые помогли получить финансирование и дали толчок всей индустрии. «В сущности, это было небольшое шулерство, вполне допустимое правилами игры на высшем уровне. Миф сыграл свою благотворную роль индикатора процесса и был благополучно забыт. Когда дело дошло собственно до технологий» как вы думаете, допустимо ли использовать ложь для достижения благих целей? Можно ли обойтись без мифологизации нанотехнологий. Свое мнение изложите в небольшом эссе.

VIII. Из прочитанных текстов вы должны были узнать, что термином «нанотехнологии» называется целый ряд технологий. По какой причине их относят к одной группе?

Задания к тексту «Нанобиотехнологии – панорама направлений»

9. Что такое нанобионика?

10.Уточните, адекватно ли отражена одна из ключевых мыслей введения в следующем тезисе»сборка путем атомномолекулярного ассемблирования для дизассемблирования систем представляет собой нанопроцесс, а его результат становится нанообъектом» Объясните свою точку зрения. Обоснуйте почему точность в этом вопросе является важной.

11.Дайте определение (выделите в тексте) нанобиотехнологий.

Теперь попытайтесь определить это понятие так, чтобы вас поняли неспециалисты: шестиклассник, пожилой человек, далекий от науки. Журналист, берущий у вас интервью для утреннего эфира.

12.Что такое нанобиосистемы и почему их интересно исследовать?

13.Авторы утверждают, что наибольший интерес представляет «в первую очередь появление особенностей и свойств, наличие которых начинается и заканчивается в интервале малых размеров и не объясняется законами квантового мира молекул или привычного нам макромира газов, жидкостей и твердых тел. То есть, прежде всего, выделяют появление и исчезновение необычного поведения систем, зависящее от изменения размера, но не его абсолютной величины. Найдите в тексте примеры таких явлений и попытайтесь разъяснить их смысл, если необходимо, воспользуйтесь для уточнения возможностями других источников, например, используйте интернет.

14.Авторы полагают, что с точки зрения нанобиотехнологий представляется актуальным:

- более четко определить границы рассматриваемого сектора исследований и разработок в целом, - сформулировать первоочередные позиции, определяющие нанобиотехнологий, оценить экологические риски, возникающие в связи с развитием сектора».

Есть ли у вас в настоящее время (после прочтения статьи.

Изучения этой проблемы по дополнительным источникам) какието представления об этих задачах? Попытайтесь сформулировать вое понимание проблемы в виде кратких тезисов.

15.Постройте кластер, представляющий ответ на вопрос: каковы наиболее перспективные направления исследования и разработки в области нанобиотехнологий.

16.А теперь главный вопрос: вы бы хотели выбрать в качестве нанобиотехнологий?

Вопросы к лабораторным работам 1. Опишите (качественно) зависимость силы взаимодействия от расстояния зонд-образец.

2. Назовите основные режимы работы АСМ, их назначение, а также преимущества и недостатки.

3. Объясните основные способы детектирования силы в контактном режиме АСМ.

4. Назовите основные компоненты СЗМ и их назначение.

5. Назовите виды датчиков и принципы их действия.

6. Объясните понятие пьезоэлектрического эффекта и принцип действия пьезоэлектрического двигателя. Опишите различные конструкции сканеров.

7. Опишите общую конструкцию прибора NanoEducator.

8. Какие типы искажений характерны для СЗМ изображений, и по каким причинам они возникают?

9. Каковы основные методы фильтрации СЗМ изображений?

10. На чем основывается метод сканирующей туннельной микроскопии?

11. Каковы общие элементы всех СТМ?

12. Сколько существует режимов записи СТМ-изображений? В чем их различия?

13. Назовите факторы, определяющие качество изображения в СТМ.

Какие требования предъявляются к СТМ-зонду?

14. Опишите общую конструкцию прибора NanoEducator.

15. Что такое сканирующая зондовая литография? Расскажите об основных её видах.

16. Расскажите об особенностях динамической силовой литографии на приборе NanoEducator.

17.Назовите критерии выбора образцов подложки и изображения для проведения динамической силовой литографии.

Перечень рекомендуемых учебных изданий, интернет ресурсов, дополнительной литературы 1. А.Б.Гильденберг, Казакова Е.И., А.Г.Тяглый Увлекательный мир нанотехнологий. Методические рекомендации для педагогов к рабочей тетради для старшеклассников ООО «Издательство «Лема», год.

2. Функциональные наноматериалы для космической техники.

Материалы Первой Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи ФГУП «Центр Кулдыша», 3. Нанотехнологии. Азбука для всех / под ред. Ю.Д. Третьякова. – М.:

Физматлит, 2010. – 2-е изд., испр. и доп. – 368 с.

4. Андрюшин Е.А. Сила нанотехнологий: наука&бизнес. – М.: Фонд «Успехи науки», 2007. – 160 с.

5. Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии. – М.: Просвещение, 2009.

– 96 с.

6. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большое в малом. – М.:

2005. – 444 с.

7. Лапшинский В.А. Разумная наноэлектроника? Это… просто! (в печати)– М: НИЯУ МИФИ, 2010. – 204 с.

8. Сборник задач и заданий с ответами, решениями и комментариями под редакцией В.А.ЛапшинскогоМ: НИЯУ МИФИ 9. Взгляд в будущее электроники: по материалам журнала «iBusiness», апрель-май 2000. – с.80-81 http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic= 10. Кац Е.А. Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры:

родословная форм и идей / НАУКУ – ВСЕМ! Шедевры научнопопулярной литературы – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. 2-е изд. – 296 с.

11. Китайгородский А.И., Порядок и беспорядок в мире атомов. – М.:

Изд-во «Наука», Гл. ред. «Физ.-мат. литературы», 1977. – 176 с.

12. Марш П., Александер И., Барнетт П. и др., Не счесть у робота профессий: пер. с англ. /под ред. В.С. Гурфинкеля. – М.: Мир, 1987. – 182 с.

13. Хоккинс Д., Блейксли С., Об интеллекте. – М.: ООО «И.Д. Вильямс»

- 2007. – 240 с.

14. Пенроуз Р., Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики: пер. с англ. /под ред. В.О. Малышенко. Предисловие Г.Г.

Малинецкого. 3-е изд. – Серия «Синергетика: от прошлого к будущему». – М.: Издательство ЛКИ, 2008. – 400 с.

15. Мухин К.Н. Занимательная ядерная физика. – М.: Атомиздат, 1969.

– 272 с.

16. Материалы вступительных экзаменов. Задачи по математике и физике / под ред. Н.Х. Розова и А.Л. Стасенко. – М.: Бюро Квантум, 1993. – 320 с. (Приложение к журналу «Квант». Выпуск 1.

17. Макеева Г.П., Цедрик М.С. Физические парадоксы и занимательные вопросы. – Минск: «Нар. асвета», 1968. – 112 с.

18. Билимович Б.Ф. Физические викторины. Пособие для учителей. – М.: «Просвещение», 1967. – 160 с.

19. Готт В.С. Пространство и время микромира. – М.: «Знание», 1964.

– 40 с.

20. Компанеец А.С. Может ли окончиться физическая наука. – М.:

«Знание», 1967. – 48 с.

21. Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир: пер. с англ. под ред. Е.М.

Лейкина и С.Ю. Лукьянова. – М.: МИР, 1975. – 624 с.

22. Наноэлектроника /В.Е. Борисенко, А.И. Воробьева, Е.А. Уткина. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 223 с.

23. Головин Ю.И., Введение в нанотехнику. – М.: Машиностроение, 2007. – 496 с.

24. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / под ред. В.В. Лучинина и Ю.М. Таирова. – М.: Физматлит, 2006. – 552 с.

25. Карасев В.А., Лучинин В.В. Введение в конструирование бионических наносистем. – М.: Физматлит, 2009. – 464 с.

26. Альтман Ю., Военные нанотехнологии. Возможности применения и превентивного контроля вооружений. – М.: Техносфера, 2006. – 424 с.

27. Методы получения и свойства нанообъектов / Н.И. Минько, В.В.

Строкова, И.В. Жерновский, В.М. Нарцев. – М.: Флинта: Наука, 2009. – 168 с.

28. Климов В.В., Наноплазмоника. – М.: Физматлит, 2009 г., 480 с.

29.Елютин С.О. Грушин В.В. и др. «Экспериментальная физика.

Лабораторный практикум» М:НИЯУ МИФИ, 30.http://www.nanonewsnet.ru/, 31.http://www.rusnano.com/, 32. http://www.nanometer.ru/, 33. Википедия Модуль 2.3.Подготовка к творческим конкурсам проектных работ по профильным предметам.

Учебный план модуля проектных профильным предметам.

Учебно-тематический план модуля творческим конкурсам проектных работ по профильным предметам.

учебного заведения проектноисследовательской деятельности научного руководителя по выбору темы проекта проектноисследовательской культуры подготовки презентаций Методические рекомендации по изучению модуля 2.3.

C введением проектных уроков, с развитием проектно-исследовательской деятельности в школах перед многими учителями встала задача: как привлечь школьников к этой деятельности, как осуществить деятельный подход в обучении не на словах, а на деле. При изучении этого модуля следует обратить внимание учителей на различные методики, на различные практики, которые на сегодня существуют и дают положительные результаты. Есть учебные заведения, которые включают в учебный план еженедельные занятия, есть и другие, которые при тесном сотрудничестве с ВУЗами приводят детей на кафедры еще в 10 классе, приводят на практику, которая для многих становится в дальнейшем продолжением, выливающимся в подготовку к творческим конкурсам. Этот опыт ГБОУ лицей № 1511 при НИЯУ МИФИ получил распространение, и сегодня многие школы даже с небольшим количеством увлеченных школьников принимают участие в летней практике школьников. При изучении данного модуля необходимо познакомить слушателей с известными методиками, на примерах показать, ЧТО дает тот или иной метод Электронный контент Модуля 2.3.

Тема 1. Работа учебного заведения по привлечению школьников к проектно-исследовательской деятельности.

(из опыта работы ГБОУ лицей № 1511 при НИЯУ МИФИ город Москва) В целях решения задач непрерывности среднего и высшего образования, а также для решения вопроса вовлечения учащихся лицея в учебноисследовательскую работу по инициативе лицея на кафедрах НИЯУ МИФИ организована учебная практика учащихся 10-х классов (приказ НИЯУ МИФИ от 20.06.2008 № 369). Цель практики состоит в том, чтобы познакомить школьников со специальностями, по которым университет готовит специалистов, с направлениями, проводимых в НИЯУ МИФИ исследований. Практика помогает сформировать у будущих студентов умение творчески применять в практической деятельности знания, полученные в ходе освоения курсов углубленных образовательных программ физико-математического цикла, реализуемых в лицее. Учебная практика служит целям начального развития навыков научно-исследовательской работы, углубления и практического приложения знаний, полученных в школе. Руководитель практики разрабатывает индивидуальные задания на практику, проводит консультации, оказывает методическую помощь при выполнении школьниками заданий По окончании практики учащийся составляет письменный отчет (5- страниц с учетом графиков, таблиц, схем и рисунков). Практика завершается защитой отчета школьника на семинаре кафедры по подведению итогов практики. Лицеисты, успешно защитившие отчет о выполнении практики, получают сертификат НИЯУ МИФИ о ее прохождении. А в сентябре уже, будучи 11-классниками, ребята продолжают работу над проектами, взяв за основу материалы, полученные на практике. Кто-то работает под руководством учителей лицея, кто-то продолжает работать на кафедре. Уже сегодня узнав о практике от «старших», ребята 10-х классов приходят с просьбой направить их летом на практику на ту или иную кафедру. Учебная практика позволила привлечь научно-педагогический потенциал НИЯУ МИФИ к руководству исследовательской работой учащихся старших классов.

В июне 2008 года недельную практику в НИЯУ МИФИ прошли учащихся, это был первый опыт, после которого, учитывая и мнение ребят, было откорректировано положение об учебной практике, и в июне 2009 года уже 80 учащихся пришли на кафедры. А с 2010 года практику на кафедрах НИЯУ МИФИ проходят все обучающиеся 10-х классов. Руководители практики готовят темы работ (на выбор для ребят), работают с ребятами так, что многие ребята при анкетировании, которое всегда проводится по итогам практики, пишут: «теперь я знаю куда пойду», «я понял, что мне близок больше эксперимент, я не теоретик», … И основная масса ребят отмечали, что недели мало для такого серьезного дела, в результате чего введена факультативная неделя для ребят, желающих продолжить УИР, и многие берут свой отчет за основу для работы над УИРом в 11 классе.

Инновационная деятельность является главной компонентой работы кафедры физики лицея. Инновационным является сам подход к построению учебного процесса, ориентированного на продолжение обучения в национальном исследовательском ядерном университете. Главные педагогические цели инновационной деятельности следующие:

развитие исследовательских и творческих способностей учащихся;

развитие способностей к освоению теоретического материала и приобретение практических навыков в формате лекционносеминарской системы университетского типа;

развитие у учащихся умений актуализировать теоретические знания в ходе выполнения мини проектов, каковыми являются учебные физические эксперименты в физических лабораториях лицея;

приобщение лицеистов к современным исследовательским технологиям в физике;

формирование познавательной активности школьников, коммуникативной культуры;

развитие навыков быстрой актуализации знаний и способностей применять их в стрессовой и конкурентной обстановке олимпиад, тестовых проверок знаний, выступления с защитой проекта и т.п.;

(из опыта работы ГБОУ лицей №1501 город Москва) При планировании образовательного процесса в лицее понятие «профиль»

увязано с группой специальностей, а конкретизация обучения по специальности осуществляется в процессе проектно-исследовательской деятельности. Разработана сквозная программа применения проектноисследовательской деятельности учащихся на протяжении всего обучения в лицее (8–11-е классы). При этом нагрузка на учащихся перераспределяется на уровне школьного компонента исключительно в пределах возможностей Московского регионального базисного учебного плана.

Впервые лицеисты знакомятся с проектной деятельностью в 8-м классе. К концу практики по основам информатики и вычислительной техники каждый выполняет небольшую развивающую работу по какому-либо предмету (например, в этом году использовались исторические темы и темы по физике) и готовит презентацию с помощью компьютерного пакета Power Point. В 10-м и 11-м классах каждый лицеист получает образование по выбранной им профильной дисциплине (два часа в неделю). На протяжении 10-го класса преподаватели профильных дисциплин читают лицеистам спецкурсы и знакомят их со специальностями, обозначенными профилем. К концу 10-го класса каждый лицеист выбирает тему проектноисследовательской работы в соответствии с будущей специальностью и далее продолжает своё профильное образование в 11-м классе посредством выполнения проектно-исследовательской работы (два часа в неделю) и посещения спецкурса (два часа в неделю). Наиболее успешные и целеустремлённые лицеисты начинают работу над проектами в 10-м классе.

Усилия студентов первого курса технического вуза по-разному распределяются между математикой, физикой, инженерной графикой, химией и иностранным языком. Например, в МАДИ-ГТУ и МГТУ им. Н.Э.

Баумана число студентов, обучающихся на физико-ёмких специальностях, значительно превышает число студентов на остальных специальностях. В МГТУ «Станкин» больше специальностей, связанных с конструкторскими разработками, т.е. требующих хороших навыков по черчению. В настоящее время практически все технические вузы имеют экономические факультеты, на которых физике и черчению уделяется существенно меньшее внимание, чем иностранному языку, и экологические факультеты, на которых большее внимание уделяется химии и биологии. Исходя из этих общих соображений, выделено четыре направления, по которым вводится профильное обучение в техническом лицее:

· физико-техническое (ФТ), · информационно-технологическое (ИТ);

· химико-экологическое (ХЭ);

· обще-техническое (ОТ).

Фактическое распределение выпускников лицея по специальностям согласуется с выделенными профилями. Более мелкое подразделение специальностей на профили не оправдано: опыт показывает, что понастоящему выбор профессии учащимися осуществляется, в основном, непосредственно перед поступлением в вуз. Однако при выбранной градации специальностей и если в лицее организовать соответствующую разъяснительную работу, учащийся, оканчивающий 9-й класс, как правило, выбирает тот же профиль, что и в 11-м классе.

Учебный план лицея для учащихся 11-х классов содержит обязательный предмет «Проектная деятельность лицеистов» с нагрузкой два часа в неделю.

Целью предмета является развитие проектных и исследовательских навыков у лицеистов. В конце курса каждый лицеист, как минимум, должен грамотно создать проект на тему, сформулированную руководителем по специальности, выбранной лицеистом. Тема проекта содержит исследовательские элементы, а руководитель проекта прилагает максимум усилий, чтобы этим элементам посвятить большую часть работы, ориентируясь на индивидуальные способности лицеиста.

Примерно 60% лицеистов выбирают руководителями проектноисследовательских работ преподавателей технических вузов. Остальные 40% работают под руководством педагогов лицея. В последнем случае темы работ могут принадлежать как техническим, так и гуманитарным специальностям.

В лицее приветствуется, если лицеист сам формулирует тему исследования.

Методические аспекты. Профилирование обучения, совмещающее преподавание спецкурсов с индивидуальной проектно-исследовательской деятельностью учащихся, является наилучшим методическим решением задачи применения личностно-ориентированного подхода к образованию учащихся старших классов.

Можно сказать, что от всеобщего введения проектно-исследовательской деятельности учащихся в учебный процесс отрицательных моментов, которые заставили бы нас усомниться в правильности такого подхода, мы не наблюдаем. Есть объективные и субъективные трудности, но они преодолимы, поскольку все учителя поддерживают разработанную систему.

Основные трудности связаны с собственно проектно-исследовательской деятельностью учащихся, так как вести профильные спецкурсы на предпроектной стадии может практически каждый педагог лицея. Для развития собственно проектно-исследовательской деятельности учащихся необходимо располагать учителями, которые имеют специальную подготовку и являются незаурядными творческими личностями. Несмотря на практикуемую в лицее лекционно-семинарскую систему, учащиеся адаптированы к поурочной системе выполнения заданий. В результате над проектами работают не всегда равномерно, если их не корректировать.

Приложение 1. Универсальная программа по проектноисследовательской деятельности учащихся Предмет «Проектно-исследовательская деятельность учащихся»

преподается в 11-х классах из расчёта два часа в неделю в течение 34 недель (всего 68 часов).

Программа по предмету «Проектно-исследовательская деятельность учащихся»

п/п Вводная лекция: Создание учебно-исследовательских проектов по тематике группы.

(Возможные цели исследования, используемые методики, в каком виде могут быть представлены результаты и т.п.) Структуры тезисов доклада и описания работы.

(Раздать членам группы инструкции в документальном или электронном виде. Показать и прокомментировать ранее выполненные работы разного типа: аналитические, экспериментальные, расчётные, компьютерные. Особое внимание уделить демонстрационному материалу к докладу) Ознакомление группы с предлагаемыми темами работ.

(Краткий рассказ о каждой теме: формулировка цели исследования или решаемой задачи, возможные методы, ожидаемый результат, форма доклада. Домашнее задание:

посоветоваться с родителями) Распределение тем исходя из индивидуальных способностей и желаний членов группы.

(Результат распределения зафиксировать в журнале: ФИО, № темы, название темы. Дать рекомендации по составлению планов работ, список литературы. Домашнее задание: составить планы, выбрать методы) Редактирование планов работ, обсуждение намеченных методов выполнения.

(Домашнее задание: индивидуальное по работе над темой) Периодическое заслушивание членов группы о ходе выполнения работ по выбранным темам. Консультации по содержанию работ.

(Очерёдность заслушивания определяется руководителем на основе личностно-ориентированного подхода. Формулирование очередного домашнего задания) Рекомендации по редактированию тезисов и планов докладов, демонстрационного материала.

(Домашнее задание: редактирование тезисов и планов докладов, демонстрационного материала) Репетиции докладов. Заслушивание докладов на конференциях.

Консультации по оформлению работ.

(Очерёдность консультаций определяется руководителем) Экспертная оценка учебно-исследовательской работы комиссией.

Количество часов, отводимое на тему, может варьироваться руководителем группы исходя из индивидуальных способностей членов группы, количества членов группы, а также учитывая требования к результату работы, которые зависят от того, на какую конференцию будет представлена та или другая работа.

Тема 2. Работа научного руководителя по выбору темы проекта Любая деятельность начинается с постановки цели. Цель научного исследования должна быть по возможности сформулирована как можно более четко. Исследование с расплывчатой, неконкретной целью, как правило, никогда не приводит к достоверным результатам.

Поэтому простые наблюдения за каким-либо предметом или явлением (например, за рыбками в аквариуме, за муравейником, за кошками, воронами и т.д.) могут лишь дать почву для размышлений о постановке цели научного (или почти научного) исследования. После таких наблюдений надо дать ответ на вопрос: а что же можно нового или интересного выяснить о наблюдаемом объекте? Например, как зависит двигательная реакция аквариумной рыбки от температуры или химического состава воды? Или:

чем отличается суточный ритм жизни муравейника весной и осенью? И т.д.

Интерес к теме часто вырабатывается путем простых наблюдений. Ведь в принципе все проявления жизни интересны, и обычно нам неинтересно то, чего мы не знаем.

Таким образом, первое условие — цель исследования должна быть конкретной и интересной.

Второе условие — цель должна быть доступной. Например, при невозможности или неумении использовать сложное оборудование не следует выбирать тему, которую выполнить без него будет невозможно. Не стоит связываться также с такой работой, которая требует специальных знаний и навыков, скажем, в объеме курсов высшей школы.

Третье условие — новизна и актуальность работы. Работа должна быть интересна не только самому исполнителю, но и достаточно широкому кругу людей, как ученых, так и неспециалистов. Выбрать такую тему довольно трудно, здесь надо хорошо разбираться в современном состоянии науки и научной отрасли, в которой ведется работа. Понятно, что без консультации опытного специалиста здесь не обойтись. Новизна работы — не обязательно крупное научное открытие, его трудно сделать, не окончив хотя бы среднюю школу, хотя исключать такое нельзя. Новым может быть, например, анализ уже известных научных фактов, переоценка их автором работы, новое решение уже известной научной задачи, постановка нового эксперимента.

Новизна такого типа как раз характерна для молодого ума, не закомплексованного устаревшими научными догмами и образами. Однако помните, что новизна не должна быть самоцелью работы, а логическим следствием ее сути.

Четвертое условие — практическая ценность. Это условие иногда бывает не совсем обязательным для чисто теоретических или реферативных работ, однако написать хорошую теоретическую работу может только специалист высокого класса, например, кандидат наук или профессор. Такая работа обычно представляет собой итог многолетних исследований в какой-то области и обобщает как свои собственные научные труды, так и труды множества других ученых.

Написать хороший интересный реферат тоже очень непросто, так как он отличается от чисто теоретического исследования только тем, что обобщает достижения других ученых в какой-либо области науки. Браться за реферат в школьном возрасте рановато.

Поэтому лучше сделать небольшую, но законченную работу по какой-либо конкретной теме, скажем проблеме загрязнения близлежащего пруда, реки, или какого-либо другого природного объекта, выяснить источники загрязнения и предложить рекомендации по его очистке и охране.

И наконец, несколько замечаний напоследок. Как показывает опыт, иногда школьники берутся за написание работы по таким глобальным проблемам, как сущность жизни или ее происхождение, сущность человека, пытаются открыть универсальное средство, скажем, против рака, решить глобальные экологические проблемы. Конечно, такие попытки стоит делать, но всегда надо иметь в виду, что подобные глобальные проблемы волнуют человечество со времен Аристотеля и даже раньше, и быть первооткрывателем здесь невозможно. Еще труднее здесь избежать возможности стать посмешищем для серьезных специалистов, причем такая опасность иногда подстерегает даже опытных ученых. Поэтому помните, что все общие проблемы начинаются с частных, и начинающему исследователю гораздо полезнее начать именно с них.

Взаимодействие учителя и ученика при работе над проектом I. Роль учителя.

Роль учителя при выполнении проектов изменяется в зависимости от этапов работы над проектом. Однако на всех этапах педагог выступает как фасилитатор, то есть помощник. Педагог не передает знания, а обеспечивает деятельность школьника, то есть:

консультирует. Учитель провоцирует вопросы, размышления, различные ситуации, трансформируя образовательную среду и т. п. При реализации проектов учитель – это консультант, который должен удержаться от подсказок даже в том случае, когда видит, что учащиеся «делают что-то не то»;

мотивирует. Высокий уровень мотивации в деятельности залог успешной работы над проектом. Во время работы учитель должен придерживаться принципов, раскрывающих перед учащимися ситуацию проектной деятельности как ситуацию выбора и свободы самоопределения;

провоцирует. Помощь учащимся при работе над проектом выражается не в передаче знаний и умений, которые могут быть практически реализованы в проектной деятельности, минимальный их набор учащийся должен был усвоить на уроках, предшествующих работе над проектом; другие необходимые сведения получит, работая над сбором информации на различных этапах проекта. Учитель также не указывает в оценочной форме на недостатки или ошибки в действиях учащегося, несостоятельность промежуточных результатов. Он провоцирует вопросы, размышления, самостоятельную оценку деятельности, моделируя различные ситуации;

наблюдает. Наблюдение, которое проводит руководитель проекта, нацелено на получение им информации, которая позволит учителю продуктивно работать во время консультации, с одной стороны, и ляжет в основу его действий по оценке уровня компетентностей учащихся, с другой.

II. Роль ученика.

Роль учащихся в учебном процессе принципиально меняется в работе над проектом: они выступают активными его участниками, а не пассивными статистами. Другими словами, ученик становится субъектом деятельности.

При этом школьники свободны в выборе способов и видов деятельности для достижения поставленной цели. Им никто не навязывает, как и что делать.

Следует признать, что каждый ученик имеет право:

не участвовать ни в одном из текущих проектов;

участвовать одновременно в нескольких проектах в разных ролях;

в любой момент начать новый проект.

Роль ученика при выполнении проекта изменяется в зависимости от этапов работы. Но на всех этапах он:

выбирает (принимает решения). Следует помнить, что право выбора, предоставляемое ученику, является не только фактором мотивации, формируя чувство причастности. Выбор должен закрепиться в сознании ученика как процесс принятия на себя ответственности;

выстраивает систему взаимоотношений с людьми. Речь идет не только о ролевом участии в командной работе. Взаимодействие с учителем-консультантом позволяет освоить еще одну ролевую позицию. Выход за пределы школы в поисках информации или для проверки (реализации) своей идеи заставляет вступать во взаимоотношения со взрослыми людьми (библиотекарь, дворник и т.

п.) и сверстниками с новых позиций. В отношении взрослых происходит переход с позиций социальной инфантильности (он – ответственный опекун, я – безответственный потребитель) на позиции сотрудничества (он – профессионал, выполняющий свою работу, принимающий решения; я – человек, делающий конкретное дело и несущий за него ответственность);

оценивает. На каждом этапе возникают различные объекты оценки.

Учащийся оценивает «чужой» продукт – информацию с позиций ее полезности для проекта, предложенные идеи с позиций их реалистичности и т. п. В то же время он оценивает продукт своей деятельности и себя в процессе этой деятельности. Для того чтобы научить учащихся адекватно оценивать себя и других, необходимо дать им возможность поразмышлять над тем, что дало каждому из них участие в проекте, каковы слагаемые успеха, что не удалось (непонимание, недостаток информации, неадекватное восприятие своих возможностей и т. д.). Даже не самый удавшийся проект имеет большое положительное педагогическое значение. Анализ (самоанализ) объективных и субъективных причин неудач, неожиданных последствий деятельности, понимание ошибок усиливают мотивацию для дальнейшей работы, например, формируют личный интерес к новому знанию, если «провал» проекта обусловлен неверно интерпретированной информацией или непроверенными данными. Подобная рефлексия позволяет сформировать оценку (самооценку) окружающего мира и себя в микро- и макросоциуме.

Существенным моментом при организации проектной деятельности является обучение школьников умению проектировать.

Этой цели может служить курс практических занятий по формированию умений и навыков проектирования. (В пособии приводится тематическое планирование курса «Учимся проектировать».) Вести занятия по данному курсу могут предметники, классные руководители, руководители МО, психологи. Самое главное – это должны быть педагоги, владеющие приемами групповой работы, имеющие представления об индивидуальных особенностях школьников, умеющие устанавливать доверительные партнерские отношения с детьми.

При разработке специального курса учитывалось соответствие формирования умений и навыков сфер индивидуальности:

интеллектуальной;

мотивационной;

эмоциональной;

волевой;

сферы саморегуляции;

предметно-практической;

экзистенциальной.

Организуя занятия по курсу «Учимся проектировать», целесообразно использовать эвристические методы, которые развивают творческое воображение, помогают находить нетривиальные пути решения творческих задач проектирования.

Методы творчества, применяемые при проектировании:

1. Творческие методы проектирования: аналогия, ассоциация, неология, эвристическое комбинирование, антропотехника.

Аналогия – метод решения поставленной задачи, при котором используются уже существующие решения в других областях (биоформа, архитектура, инженерные решения и т. п.). Таким образом, аналоги становятся творческим источником. Интерпретация творческого источника и превращение его путем трансформации в проектное решение собственной задачи – суть этого метода. Первоначальная идея, заимствованная по аналогии, постепенно доводится до решения, адекватного замыслу. Такое проектирование имеет отношение к функциональному проектированию, то есть проектированию не предмета (вещи), а способа (функции): проектируем не печь, а способ обогрева помещения; не чайник, а способ кипячения воды; не проигрыватель, а способ воспроизведения звука.

Ассоциация – метод формирования идеи. Творческое воображение обращается к разным идеям окружающей действительности. Развитие образно-ассоциативного мышления учащегося, приведение его мыслительного аппарата в постоянную боевую готовность – одни из важнейших задач в обучении творческой личности, способной мобильно реагировать на окружающую среду и черпать оттуда продуктивные ассоциации.

Неология – метод использования чужих идей. Например, можно осуществлять поиск формы на основе пространственной перекомпоновки некоего прототипа. Но в процессе заимствования необходимо ответить на вопросы: что нужно изменить в прототипе? Что можно изменить в прототипе? Каким образом лучше это сделать? Решает ли это поставленную задачу?

Эвристическое комбинирование – метод перестановки, предполагающий изменение элементов или их замену. Его можно охарактеризовать как комбинаторный поиск компоновочных решений. Этот метод может дать достаточно неожиданные результаты. Например, с его помощью первоначальную идею можно довести до абсурда, а потом в этом найти рациональное зерно. Так, авангардисты в моде часто пользуются именно эвристическим комбинированием.

Антропотехника – метод, предполагающий привязку свойств проектируемого объекта к удобству человека, к его физическим возможностям. Например, при проектировании сумок есть правило: замок должен быть удобен для открывания его одной рукой; зонт должен раскрываться нажатием на кнопку тоже одной рукой. Вспомните, как сейчас хозяева открывают машину, – нажатием одной кнопки на брелке. Все это – антропотехника.

2. Методы, дающие новые парадоксальные решения: инверсия, мозговая атака, мозговая осада.

Инверсия – (от латинского шуегаоп – «перестановка»). Метод проектирования от противного. Это кажущаяся абсурдная перестановка – «переворот». Такой подход к проектированию основан на развитии гибкости мышления, поэтому он позволяет получить совершенно новые, порой парадоксальные решения (например, одежда швами наружу и т. п.).

Мозговая атака (мозговой штурм) – коллективное генерирование идей в очень сжатые сроки. Метод основан на интуитивном мышлении. Главное предположение: среди большого числа идей может оказаться несколько удачных. Главные условия: коллектив должен быть небольшой; каждый участник «атаки» по очереди выдает идеи в очень быстром темпе; всякая критика запрещена; процесс записывается. Затем идеи анализируются.

Мозговая осада – это также метод проведения быстрого опроса участников с запретом критических замечаний. Но в отличие от предыдущего, каждая идея доводится до логического завершения, поэтому процесс получается длительным по времени, отсюда и название «осада».

3. Методы, связанные с пересмотром постановки задачи: наводящая задача-аналог, изменение формулировки задачи, перечень недостатков, свободное выражение функции.

Наводящая задача-аналог. Этим эвристическим методом часто пользуются при проектировании. Он основан на первоначальном поиске чужих идей (в журналах, специальной литературе, на выставках, в магазинах и т. п.) и тщательном анализе их достоинств и недостатков. Применение этого метода позволяет решить проектную задачу, используя предыдущий (чужой) опыт проектирования. Это может натолкнуть на видоизменение или совершенно новые идеи для решения поставленной проблемы, находясь в русле профессионального решения подобных задач. Учащиеся могут пользоваться этим методом на этапе предпроектного анализа.

Изменение формулировки задачи расширяет границы поиска решения.

Хотя при изменении формулировки ставятся нетривиальные, порой абстрактные условия, но этим, тем не менее, может быть достигнуто неожиданное решение прагматично поставленной задачи. Применение этого метода развивает мобильность мышления учащегося.

Перечень недостатков – метод заключается в составлении полного развернутого перечня недостатков изделия. Перечень недостатков дает ясную картину, какие из недостатков подлежат изменению. Здесь учащийся (он же проектировщик) должен перевоплотиться в потребителя объекта.

Свободное выражение функции – метод поиска «идеальной» вещи.

Основная цель метода состоит в такой постановке задачи, при которой основное внимание уделяется назначению объекта. Функциональность является маяком поиска решения. Например, если проектируется идеальная игрушка для малыша, то она должна удовлетворять ряду условий: быть занимательной, яркой и выполнять развивающую функцию; быть из экологически чистого материала; быть безопасной для малыша: ею нельзя пораниться и ее нельзя проглотить – это самое главное. В русле функции и пойдет поиск решения.

Способы включения проектной деятельности в работу школы Система проектной работы охватывает как урочную, так и внеурочную деятельность.

Как правило, педагоги используют два подхода:

1. связь проектов с учебными темами (на уроке);

2. использование проектов во внеурочной деятельности.

Для формирования проектных умений используется два вида урочных занятий.

Первый вид – проектный урок, который целиком состоит из работы над проектом. Это специально выделенные учебные часы, которых не может быть много ввиду высокой затратности работы над проектом. Оптимально использовать такие уроки 1-2 раза в год по какой-то определенной теме. В этом случае можно выиграть, как говорят, «качеством», а не «количеством».

Выбор количества часов и формы проведения таких уроков зависят от вида проекта. Предполагается высокая степень самостоятельности учащихся в выполнении проекта. Актуализируемые предметные знания закрепляются, углубляются, расширяются в процессе работы над проектом и освоения новых знаний учащимися.

Второй вид – урок, на котором могут использоваться проекты, выполненные отдельными учащимися или группами учащихся во внеурочное время по каким-либо темам предметного содержания, или межпредметные проекты.

На таких уроках учащиеся презентуют свой проект. Презентация – важный навык, который развивает речь, ассоциативное мышление, рефлексию. Мы приучаем учащихся к тому, что коль скоро поставил цель, распределил задачи, выполнил работу, расскажи, что получилось, сделай вывод, разрекламируй (представь аудитории, публике) свою работу.

Таким образом, овладение проектированием происходит не только при осуществлении целостного проекта на уроках, но и при включении в канву традиционного урока элементов проектной деятельности или какой-либо части проекта.

Организация проектного обучения во внеурочной деятельности осуществляется в рамках:

факультативов;

кружков;

элективных курсов;

курсов по выбору;

свободной самостоятельной деятельности;

научного общества учащихся (НОУ);

Основными направлениями проектной деятельности в школе являются, как правило, следующие:

1. Направление «Предметный проект», предполагающее разработку проекта в рамках различных образовательных областей.

2. Направление «Интеграция», предполагающее выполнение межпредметных проектов.

Межпредметные проекты могут выступать в роли интегрирующих факторов в образовании, помогая преодолевать традиционную дробность и обрывочность нашего образования.

Поскольку большинство реальных учебных проблем носит в настоящее время комплексный характер, то их решение становится возможным лишь с привлечением знаний из различных учебных дисциплин. Причем многие из этих знаний часто целесообразно не столько актуализировать, сколько непосредственно формировать в процессе решения э тих проблем. В свою очередь, это можно осуществить лишь на основе более глубокой интеграции, обеспечивающей необходимый уровень синтеза знаний учащихся.

Интеграция знаний с помощью метода проектов приводит к более заинтересованному, личностно значимому и осмысленному восприятию этих знаний, что усиливает мотивацию и активность вовлечения обучающихся в учебный процесс. Каждое проектно-ориентированное задание представляет собой тесно связанную цепочку отдельных актов в деятельности школьников. Это позволяет им рассматривать проблему проекта в различных режимах мышления, что естественным образом требует интеграции знаний, которые при предметном обучении ученик получал дискретно.

3. Направление «Социальное проектирование», ориентированное на разработку общественно значимых, социально направленных проектов.

Такие проекты нацелены на приобретение обучающимися опыта адаптации к жизни в современном обществе.

Тема 3. Воспитание проектно-исследовательской культуры Учебно-исследовательская культура старшеклассников выражает ведущие характеристики процесса развития личности, инициирует способности к творчеству, способствует перенесению знаний, умений, навыков исследования в любую область познавательной и практической деятельности. В качестве критериев ее сформированности выделяются:

мотивация исследования – познавательная потребность, увлеченность исследованием, в ходе которого учащийся стремится найти оригинальный вариант решения проблемы, привлекает эксперимент для проверки гипотезы;

научный стиль мышления – осмысление структурных звеньев элементов собственных исследовательских действий, уровень самостоятельности при проведении объяснения и обобщения результатов исследования.

технологическая готовность к исследованию – владение понятийным аппаратом исследуемого вопроса, умение провести анализ условия поставленной задачи, выдвинуть гипотезу для разработки способа ее решения;

творческая активность учащегося – активный поиск оригинального, нового способа решения познавательной задачи, активное общение с педагогами, учеными, другими учащимися.

Функции исследовательской деятельности на разных ступенях:

- в дошкольном образовании и начальной школе – сохранение и развитие исследовательского поведения учащихся как средства развития - в основной школе – развитие способности занимать исследовательскую позицию, самостоятельно ставить и достигать цели в учебной деятельности;

- в старшей школе – развитие исследовательской компетентности и пред профессиональных навыков как основы профильного обучения.

Формирование проектной и исследовательской культуры в школах Москвы начинается задолго до того, как ребята приходят в лицеи, где учатся в основном с 9 класса. И в нашем лицее в этом направлении делается немало.

Вопрос предпрофильного и профильного образования не может быть качественно решен только в рамках учебного плана. За термином «компетентностный подход» стоит, прежде всего, практическое применение знаний в конкретной деятельности. Возможно ли это в школе? Да, возможно.

Автор покажет это на примере работы лицея 1511 при НИЯУ МИФИ.

Лицей № 1511 при НИЯУ МИФИ в этом году отмечает 30-летие. Это первая профильная школа при ВУЗе в России. Одной их особенностей лицея является то, что в учебном плане уже более 25 лет есть курс «Экспериментальная физика». Программа курса создана на базе опыта работы физического практикума в МИФИ, изучения зарубежного опыта преподавания физики в Англии.

Многолетние наблюдения преподавателей МИФИ и лицея показали, что одним из недостатков физического образования выпускников школ является умозрительность школьных знаний по физике как абстрактной науки, не имеющей ничего общего с действительностью, а живые эксперименты и наблюдения повышают их интерес, заставляют думать, анализировать результат, сопоставлять полученное с действительностью, искать объяснение многим явлениям.

Для курса «ЭФ» создана обширная современная лабораторная база. Это лаборатории: «Механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм», «Электромагнитные колебания и электроника», «Оптика», «Спектры и излучение» Более 80 наименований учебных экспериментов ребята проводят в лабораториях. Именно здесь они учатся пониманию физической сущности тех или иных явлений, познают элементарные методы экспериментальных исследований. Здесь их учат разбираться в основах обработки и отображения экспериментальных данных с применением компьютера, понимать функции и возможности физических приборов и устройств.

Среди важных навыков, приобретаемых в лабораториях, - умение распознать физические законы, проявляющиеся в опытах, умение собирать данные по показаниям приборов, умение оценивать достоверность полученных величин, делать выводы и выносить заключение.

Методический курс предмета поддерживается всеми преподавателями физики, набором практикумов с описание физических явлений, методики выполнения, методов оценки погрешностей. На базе лабораторий создаются ученические исследовательские проекты. Имеющееся оборудование позволяет удовлетворить довольно широкий спектр интересов учащихся при выборе ими тем учебных исследовательских проектов. Немало интересных работ проводят наши воспитанники в учебных лабораториях, многие результаты исследований докладываются на Российских и международных конференциях.

В процессе проведения исследований ребята приобретают навыки работы с литературой, овладевают методиками проведения экспериментов и обработки данных. Они учатся вести дискуссии по теме исследования, оформлять итоги выполненных работ в виде тезисов и отчетов. Большую роль при этом играет постоянное общение со своим научным руководителем, советы и рекомендации которого в значительной степени способствуют становлению и развитию учащегося как исследователя. К научному руководству исследовательской работой учащихся мы стараемся привлекать преподавателей и научных сотрудников НИЯУМИФИ.

Из Положения о летней практике учащихся: «В решении задач обеспечения непрерывности среднего и высшего образования летняя учебная практика рассматривается как важный элемент профилизации школьников. Ее цель состоит в том, чтобы познакомить школьников со специальностями, по которым университет готовит студентов, направлениями проводимых в МИФИ научных исследований. Вместе с решением этих двух ключевых задач практика в МИФИ позволяет сформировать у ребят умение творчески применять в практической деятельности знания, полученные в ходе освоения курсов общеобразовательных программ и углубленных образовательных программ физико-математического цикла, реализуемых в лицее. Летняя практика служит целям начального развития навыков научноисследовательской работы, углубления и практического приложения знаний, полученных в лицее».

Руководитель практики разрабатывает индивидуальные задания на практику, проводит консультации, оказывает методическую помощь при выполнении школьниками заданий Ребятам предоставляется возможность пользоваться имеющимся оборудованием, литературой, технической и другой документацией;

В ходе практики контролируется соблюдение практикантами правил ТБ и правил ВТР.

Учащийся ведет дневник практики, в котором в соответствии с индивидуальным заданием фиксирует рабочие задания и основные результаты выполнения этапов работы, а по окончании практики составляет письменный отчет (5-10 страниц с учетом графиков, таблиц, схем и рисунков) Практика завершается защитой отчета школьника на семинаре кафедры по подведению итогов практики.

Такие важные элементы проектирования, как умение работать в группе, умение спланировать оптимально свою деятельность и доложить результаты, а затем и суметь ответить оппоненту нам помогает отработать ежегодное традиционное проведение в лицее турниров математических боев, математических регат и математического марафона. Математический бой – зрелищное азартное соревнование, но это и учебное мероприятие, Ученики развивают свое математическое мышление, учатся применять знания в нестандартных ситуациях, грамотно излагать свои мысли, совершенствуют культуру речи, навыки самоконтроля. Математический бой – командная игра.

Ребята учатся коллективно обсуждать проблему, у них развивается чувство ответственности: от того, как выступит каждый, зависит успех команды.

Каждый математический бой судят два члена жюри, и здесь мы не можем обойтись без наших выпускников, а они это делают с удовольствием.

Презентация результатов проектирования проходит на заседаниях научного общества учащихся лицея по кафедрам, где идет обсуждение для доработки проекта перед презентацией на городских и Всероссийских конференциях. И, наконец, как венец работы за год: научно-практическая конференция лицея, проводимая традиционно в декаду науки в апреле. Это уже своего рода праздник, парад проектов, на котором проигравших нет. В жюри конференции преподаватели родного института, выпускники лицея, в прошлом победители конференций и конкурсов, учителя лицея.

Равнодушных на этом празднике не бывает. Он мотивирует взяться за работу тех, кто пока еще в стороне.

Ребята в ходе подготовки к этому дню учатся главному: ставить задачу, искать и анализировать найденную информацию, находить оптимальные пути решения, и, наконец, вести дискуссию и отстаивать свое мнение.

Образовательный результат:

Формальный - выполненное исследование, проект, работа, вывод.

Неформальный – становление субъектной позиции учащихся, развитие исследовательских способностей, привитие проектной и исследовательской культуры.

На одной из конференций наш ученик мне сказал: «Мне очень нравится бывать на научных конференциях, и я здесь не ради диплома. Мне нравится сам процесс работы в секциях, процесс дискуссии с ребятами по каждому из представленных докладов, мне интересно, когда мне задают кучу вопросов, интересно прийти к чему-то в рассуждениях и спорах…» Даже если это сказал только один ученик, мы делаем нужное дело.

Тема 4. Техника подготовки презентации Если Вы чувствуете себя хоть немного неуверенно перед аудиторией, запишите и выучите свою речь наизусть. Запись выступления на 7 минут занимает примерно полторы страницы текста (формат А4, шрифт 12pt).

Имеет смысл быть аккуратным. Неряшливо сделанные слайды (разнобой в шрифтах и отступах, опечатки, типографические ошибки в формулах) вызывают подозрение, что и к содержательным вопросам докладчик подошёл спустя рукава.

Титульная страница необходима, чтобы представить аудитории Вас и тему Вашего доклада. На защитах необходимо также указывать фамилию и инициалы научного руководителя и организацию. На конференциях — название и дату конференции. Это делается, в том числе и для того, чтобы при обмене файлами с коллегами и при выкладывании в Интернете назначение презентации было понятно без дополнительных комментариев.

Оптимальное число строк на слайде — от 6 до 11. Перегруженность и мелкий шрифт тяжелы для восприятия. Недогруженность оставляет впечатление, что выступление поверхностно и плохо подготовлено.

Распространённая ошибка — читать слайд дословно. Лучше всего, если на слайде будет написана подробная информация (определения, теоремы, формулы), а словами будет рассказываться их содержательный смысл.

Информация на слайде может быть более формальной и строго изложенной, чем в речи.

Пункты перечней должны быть короткими фразами; максимум — две строки на фразу, оптимально — одна строка. Чтение длинной фразы отвлекает внимание от речи. Короткая фраза легче запоминается визуально.

Не проговаривайте формулы словами — это долго и безумно скучно. Это делается только во время лекций или семинаров, когда слушатели одновременно записывают конспект. На защите или на конференции это неуместно.

Оптимальная скорость переключения — один слайд за 1–2 минуты, на лекциях — до 5 минут. Для кратких выступлений допустимо два слайда в минуту, но не быстрее. Слушатели должны успеть воспринять информацию и со слайда, и на слух.

На слайдах с ключевыми определениями можно задержаться подольше.

Если они не будут поняты, то не будет понято ничего.

Слайды с графиками результатов, наоборот, легко проскакивать в ускоренном темпе. Объяснение графика в типичном случае: «По горизонтальной оси отложено …, по вертикальной оси — …, видно, При объяснении таблиц необходимо говорить, чему соответствуют строки, а чему — столбцы.

Вводите только те обозначения и понятия, без которых понимание основных идей доклада невозможно. Любое обозначение должно быть объяснено до его первого использования (как и в статьях). Если объяснение некоторого результата требует цепочки из 20 определений, то необходимо найти способ объяснить это короче.

Громоздкие обозначения надо всячески упрощать, избавляясь от лишних индексов, крышечек, и т.п. Никто не заставляет Вас придерживаться в точности тех же обозначений, которые введены в статье или УИРе. Там это наверняка оправдано, а здесь надо быть проще.

В коротком выступлении нельзя повторять одну и ту же мысль, пусть даже другими словами — время дорого. В лекции, наоборот, можно (и часто нужно) возвращаться к наиболее важным идеям, рассматривая их с новых точек зрения. Как говорил Фейнман в своих лекциях по физике, «мы понимаем явление, если находим ему несколько различных объяснений».

Над каждой фразой надо критически подумать: поймут ли её слушатели;

достаточно ли у них специальных знаний, чтобы её понять? Непонятные фразы следует безжалостно изымать из презентации.

Любая фраза должна говориться зачем-то. Не просто потому, что Вы этим занимались в процессе работы. Каждая фраза должна логично подводить к следующим фразам, быть для них посылкой, и в конечном итоге всё выступление должно быть подчинено главной цели — донести до аудитории две–три по-настоящему ценных мысли. Тогда выступление будет цельным и оставит хорошее впечатление.

Последний слайд с выводами в коротких презентациях проговаривать не надо. Вы только что всё это говорили, во второй раз будет звучать как занудство. Другое дело — лекция или выступление на семинаре, когда сказано было так много, что слушатель может растеряться: а что же самое главное. В таком случае необходимо резюме, «сухой остаток».

Сколько примерно времени уйдёт на подготовку презентации?

Разумеется, это зависит от продолжительности выступления (числа слайдов) и степени готовности иллюстративного материала.

Допустим, что речь идёт о защите выпускной работы; материал готов, но презентацию надо целиком сочинять «с нуля», и опыта у Вас нет. Тогда в типичном случае придётся потратить один или два дня до обсуждения с шефом и ещё один день на переделку всего после обсуждения. Короче, три дня запланировать нужно.

Не надо думать, что хорошую презентацию можно сделать за три часа накануне выступления. Это пахнет провалом.

Готовую презентацию надо просмотреть внимательно семь раз; каждый раз будете находить по несколько опечаток, ошибок или «некрасивостей».

Это всё были рекомендации на тот случай (увы, наиболее распространённый), когда Вы в цейтноте. На самом деле лучше сделать презентацию за один день и оставить себе три недели на скрытую работу подсознания. На протяжении этого времени Вы будете периодически мысленно возвращаться к своему выступлению и каждый раз понимать, что ещё какую-то вещь можно рассказать гораздо короче и понятнее.

Иногда приходится полностью переделывать ту последовательность изложения, которая сначала казалась оптимальной.

Иерархическая модель мышления Человеческое мышление иерархично, или, если угодно, фрактально. Пытаясь понять тему, человек выделяет несколько идей как самые главные (более 5– одновременно в голове не удержать, реально — 3–4). Чтобы каждую из них понять глубже, он их разбивает на более простые под идеи; те в свою очередь на ещё более простые идеи. И так далее. Всю иерархию идей целиком в голове не удержать, поэтому где-то она неминуемо обрезается. При этом мелкие технические подробности так и остаются непонятыми, однако, без особого ущерба для целостного восприятия всей картины. Вся эта работа производится каждым слушателем индивидуально и полу осознанно в процессе восприятия выступления. По сути дела, выступление — это передача «иерархии идей» от человека к человеку. Многие принципы ясного изложения направлены на то, чтобы передавать эту иерархию в наиболее явном виде. Слушатель не должен тратить своих ментальных усилий на «восстановление» иерархии идей из неструктурированного потока фраз. Это достигается различными техническими приёмами:

Название доклада на первом слайде должно отражать самую главную идею, то есть соответствовать вершине иерархии.

В начале выступления желательно привести содержание доклада.

Оптимально — три пункта, в каждом — три подпункта. Это структура работы, два верхних уровня иерархии. Если выступление короткое, проговаривается только верхний уровень.

Наиболее сложные участки выступления лучше разбивать на шаги или этапы, предваряя их очень простым слайдом со списком шагов. Например: