Основы пространственной симметрии и кристаллографии

Одной из бурно развивающихся областей современных науки и технологии является моделирование и создание новых функциональных материалов с широким набором заданных свойств. Для этой деятельности наиболее эффективным является междисциплинарный подход, сочетающий в себе совместное использование достижений вычислительной математики, физики, химии и биологии. Однако данный подход предъявляет высокие требования к качеству и разнообразию базовых и специальных знаний исследователей и разработчиков. К сожалению, в процессе изучения курсов математики, физики и химии даже в специализированных школах естественнонаучного профиля довольно сложно сформировать у учащихся устойчивые и разнообразные междисциплинарные связи, в том числе в области представлений о строении и свойствах веществ и материалов. Предлагаемый проект позволит существенно помочь в этом процессе и повысить интерес учащихся к точным и естественнонаучным предметам. Результаты выполнения проекта могут быть использованы в качестве основы для развития проектной и исследовательской деятельности школьников.

В рамках проекта в ходе лекций и практических занятий предлагается представить кристаллографию, как современную междисциплинарную науку, зародившуюся ещё в античности и активно развивающуюся до настоящего времени. В ходе проведения мероприятий проекта учащиеся 10-11 классов должны закрепить и расширить свои знания и навыки по планиметрии и стереометрии, познакомиться с разнообразием кристаллических структур, современными физическими методами исследования вещества и перспективными функциональными материалами.

Цель и задачи

Цель:

Популяризация и пропаганда науки, научных знаний, достижений науки и техники. Формирование у учащихся междисциплинарных связей в области современных научных представлений о строении и свойствах веществ и материалов. Повышение интереса учащихся к точным и естественнонаучным предметам и к науке как к будущей профессии.

Задачи:

1. Обзор развития представлений о строении кристаллических материалов и современных достижений кристаллографии и кристаллофизики.
2. Демонстрация связей между математическими основами пространственной симметрии и закономерностями строения кристаллических материалов.
3. Закрепление и расширение знаний и умений учащихся в областях стереометрии и геометрических построений с помощью циркуля и линейки на плоскости.

4. Развитие пространственного воображения учащихся.

Планируемые результаты

Будут изучены: история развития кристаллографии от античности до наших дней, математические основы пространственной симметрии и строения кристаллических тел, виды дефектов и искажений правильных кристаллических решёток, виды периодичных и апериодичных паркетов на плоскости, приёмы построения паркетов и мозаик с использованием циркуля и линейки.

Будут выполнены практические работы по моделированию кристаллических решёток и построению периодических и апериодических паркетов и мозаик различной сложности с помощью циркуля и линейки.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Отдельные элементы проекта на протяжении более 15 лет используются в рамках преподавания регулярного курса физики в физико-математических и химических классах ГБОУ Лицей №1303 (в настоящее время входит в ГБОУ "Лицейско-гимназический комплекс на Юго-Востоке") и ГБОУ ФМШ №2007 г. Москвы.

Лекции и практические занятия были опробованы в 2008-2013 годах в рамках летнего образовательного лагеря ГБОУ Лицей №1303 и в 2015 году в рамках физико-математических смен в образовательном центре "Сириус" г. Сочи.

Презентация