Разработка внеурочного занятия по теме «Вклад современных российских ученых в развитие физики»

Содержание занятия

Этап занятия (блок): Вхождение в тему занятия и создание условий для осознанного восприятия нового материала

Планируемые результаты: развитие научной любознательности, интереса к теме открытия новых физических знаний и современных достижений в области физики. 

Метапредметные (УУД)

 Личностные    УУД.                   Способность        к    самоопределению         и смыслообразованию.

 Регулятивные УУД. Целеполагание.  

 Коммуникативные УУД. Планирование сотрудничества с педагогом и одноклассниками (работа в группах). 

Методы, средства обучения: беседа, презентация, видеоролик. 

Деятельность учителя

Деятельность обучающегося

Задает вопрос:

Ребята, каких российских ученых современности вы

знаете? и их вклад в современные технологии

Обучающиеся называют имена: 

Жорес Алфёров  разработка полупроводниковых гетероструктур. Андрей Сахаров и Игорь Тамм теория термоядерного синтеза.

П.Л. Капица, И.В. Курчатов  и др. и перечисляют открытия ученых 

Демонстрирует видеофрагмент с

самыми передовыми современными 

достижениями в области физики 

Смотрят видеоролик

https://yandex.ru/video/preview/9969975470429231917

Задает вопрос: Какие российские ученые

работали над этими технологиями?

     Испытывают затруднения 

          Этап занятия (блок): Освоение нового материала

Планируемые результаты: знакомство с современными передовыми открытиями российских ученых и перспективами их применения для развития технического прогресса, экономики и улучшения экологии. Формирование навыков исследовательской деятельности. Метапредметные (УУД)

 Познавательные УУД. Понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами. 

 Регулятивные УУД. Формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной форме, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нём ответы на поставленные вопросы и излагать его.

 Коммуникативные УУД. Формирование умений организовывать взаимодействие в группе, оформлять свои мысли в устной и письменной речи, отстаивать свою точку зрения и подтверждать её фактами.

 Рефлексивные УУД:  умение смотреть на себя и свою деятельность со стороны, понимать, что и почему делается, и оценивать свои действия.

Методы, средства обучения: беседа, самостоятельная групповая работа обучающихся по решению тестового задавания на соответствие, выделению основных характеристик современных открытий в области физики и подготовка сообщения по итогам совместной работы –открытие нового); презентация. 

1.)Учебное задание для самостоятельной работы: 

 Поставить в соответствие современные достижения в области физики с вариантами возможности их применения и перспективами дальнейшего использования. 

1.                 Плазмообработка материалов, получение энергии без вреда для экологии и риска техногенных катастроф.  

2.                 Ускорение скорости процесса обработки информации, создание защищенных коммуникационных систем с использованием квантовой криптографии.

3.                 Изучение быстрых процессов на молекулярном уровне. Качественная медицинская диагностика и микрообработка материалов.

4.                 Разработка более эффективных аккумуляторов, солнечных панелей, новых композитных материалов, лёгких и прочных конструкций.

А. Исследования в области графена и других двумерных материалов.

Б. Создание лазеров, позволяющих генерировать сверхкороткие световые импульсы.

В. Создание новых квантовых устройств, разработка квантовых компьютеров, работающих на основе квантовых битов (кубитов).

Г. Исследования в области термоядерного синтеза и физики плазмы.

Ответы: 1Г; 2В;3Б; 4А

 Учитель предлагает просмотр слайдов с именами российских ученых и их открытиями. 

 Современные учёные в области квантовых технологий в России:

•       Алексей Моисеевский, основатель S-Quantum, эксперт Центра квантовых технологий НТИ на базе МГУ. sber.pro

•       Никита Семёнин, один из ключевых участников квантовой революции в России. Разрабатывает аналитические и численные модели, которые позволяют рассчитать идеальные параметры лазерных импульсов. Семёнин разработал методы точного управления ионами иттербия с помощью лазеров. Он создаёт алгоритмы для управления квантовыми состояниями с точностью 99,5%, участвует в разработке квантового процессора, который ускорит поиск лекарств и взлом шифров. dzen.ru

•       Алексей Фёдоров, в 2022 году возглавил лабораторию Университета НИТУ «МИСИС» в рамках стратегического проекта «Квантовый интернет». Является автором более 100 научных работ в журналах Nature, Communication Physics, Scientific Repots и других. ru.wikipedia.org*

В 2024 году сообщалось о следующих достижениях российских учёных в области квантовых технологий:

•       Создан 50-кубитный квантовый компьютер на ионной платформе, запуск вычислений на нём производят через облачную инфраструктуру.

•       МГТУ имени Н. Э. Баумана построил исследовательский комплекс, на базе которого запускается производство сверхпроводниковых квантовых процессоров для интегральных схем.

•       В МИСиС и РКЦ разработали цифровую модель, управляющую квантовыми вычислениями с обычного компьютера. Программа сокращает разницу в мощности между классическими и квантовыми компьютерами и устраняет ошибки, возникающие при таких вычислениях.

•       В МГУ и Сколтехе разработали гибридную технологию передачи квантовых данных. Она обеспечивает взаимодействие квантовых

устройств различного типа, что упрощает масштабирование таких сетей.

Ссылка для самостоятельной групповой работы обучающихся:  https://dzen.ru/a/aCudmpd28zMRSqzY https://ru.ruwiki.ru/wiki/Лазеры_сверхкоротких_импульсов

Современные учёные в области получения сверхкоротких световых импульсов: 

По      информации       на      октябрь      2024 года, учёные      из      Санкт-

Петербурга (Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН и СПбГУ) и Москвы (МФТИ и Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В. Г. Мокерова) теоретически изучили возможность получения коротких импульсов за счёт когерентной синхронизации мод квантово-каскадного лазера с малыми временами релаксации.  Исследователи разработали математическую модель двухсекционного лазера, помещённого в кольцевой резонатор. На примере этой системы они изучили генерацию лазерных импульсов в терагерцовой и инфракрасной области.  В  настоящее время учёные работают над сокращением длительности импульсов вплоть до половины цикла колебания. Это нужно для получения униполярных, полуцикловых импульсов, которые могут применяться для сверхбыстрого возбуждения квантовых систем, голографии со сверхвысоким временным разрешением и в других областях. naked-science.ru

 Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ, занимается оптикой сверхкоротких лазерных импульсов. Его научная группа исследует, как можно получать такие импульсы и как они воздействуют на квантовые объекты — атомы, молекулы и наноструктуры. 

Ссылка     для     самостоятельной     групповой     работы     обучающихся:

https://ru.ruwiki.ru/wiki/Лазеры_сверхкоротких_импульсов

https://indicator.ru/physics/chem-bolshe-znanii-o-mire-my-imeem-tem-proshenam-sozdavat-chto-to-novoe.htm

Современные учёные в области исследования графена и других двумерных материалов:

Один из первых методов получения графена был предложен в 2004 году российскими учёными Андреем Геймом и Константином Новосёловым, которые за свои открытия в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике.

Павел Сорокин, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией «Цифровое материаловедение» НИТУ МИСИС. Руководил проектом по созданию двумерного материала на основе графена с включениями наноалмазов.  

Надежда Небогатикова, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН.  

Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ. Вместе с коллегами изучал свойства двухслойного графена и нашёл путь к созданию электронных приборов нового типа: быстродействующих энергоэффективных переключателей, химических и биологических сенсоров, а также детекторов излучения.  

Александр Вохминцев, учёный ЧелГУ. Разработал алгоритм для решения нелинейных эволюционных уравнений, описывающих графен. Это улучшает понимание поведения графена и его динамических свойств, что полезно для разработки новых материалов с заданными свойствами для электроники, фотоники и нанотехнологий.  

В 2024 году сообщалось, что учёные из Национального исследовательского технологического университета МИСИС (Москва), Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН (Новосибирск) и Объединённого института ядерных исследований (Дубна) создали 2Dматериал на основе графена с включениями наноалмазов. Ссылка для самостоятельной групповой работы обучающихся:

http://technopolis.spbstu.ru/nauka-politech/fenomen/grafenovaya-revolyutsiyabezgranichnye-perspektivy/

https://hi-tech.mail.ru/review/50575-rossiyane_poluchili_nobelevku/

Современные учёные в области термоядерного синтеза и физики плазмы:

Смирнов Валентин Пантелеймонович, академик РАН, один из ведущих учёных РФ в области термоядерных исследований. Автор работ в областях физики высоких плотностей энергии, плазменных и электронно-пучковых технологий и их применений в ядерной и высокотехнологичной медицине.  

Игорь Егоров и его команда разработали новый компактный плазменный двигатель VERA для спутников формата CubeSat 3U. В 2023 году на его основе на орбиту Земли был выведен спутник «Святобор-1». 

Арсений Евсин и группа молодых учёных разработали плазменную технологию ускоренных коррозионных испытаний материалов активных зон ядерных реакторов, в десятки раз сокращающую время испытаний, и создали полномасштабный прототип установки для её реализации.  

Л. Б. Беграмбеков разработал технологию сбора металлической пыли в токамаке, на основе которой создаётся полномасштабный (длиной 15 метров) прототип диагностического комплекса пыли для токамака ИТЭР.  

Степан Крат, Александр Пришвицын и Никита Ефимов стали лауреатами премии Правительства Москвы молодым учёным за 2022 год за создание учебного токамака MEPhIST. Ссылка для самостоятельной групповой работы обучающихся:

https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/chto-takoe-termoyadernyy-sintez 2.) После просмотра информационного материала учитель делит класс на четыре группы и организует самостоятельную групповую работу, определяя учебную задачу 2: обучающиеся проходят по ссылке (приведены в конце каждого пункта) и подробнее знакомятся с обозначенными на занятии направлениями (каждая группа работает по одному направлению) и готовят небольшие сообщения по пунктам:

1.     Определить физические основы современных разработок (физические законы и явления, лежащие в основе современных разработок).

2.     Сложности в реализации и перспективы развития данного направления физической науки.

3. Определить направления в науке и технике, отрасли промышленности для которых данные разработки имеют весомое значение.

Этап занятия (блок): Подведение итогов

Планируемые результаты: Оценка значения физических знаний для современного человека и роли достижений ученого для обеспечения технологического суверенитета страны.  Метапредметные (УУД)

 Познавательные УУД. Умение анализировать, обобщать; сбор и выделение существенной информации, получение новых знаний о перспективах современных научных разработок.

 Регулятивные УУД. Следуют плану, оценивают результаты решения поставленных задач; организовывают себя на уроке; планируют свою деятельность в соответствии с поставленной учебной задачей и условиями ее реализации; возвращаются к пунктам плана, осуществляют познавательную и личностную рефлексии. 

 Коммуникативные УУД. С достаточной полнотой и точностью выражают свои мысли, слушают и понимают речь других.

 Рефлексивные УУД.  Умение определять сильные и слабые стороны подготовленной работы с использованием механизма самооценки. Умение сопоставлять свои суждения с суждениями других участников диалога, обнаруживать различие и сходство позиций. 

Методы, средства обучения:  беседа

Обучающийся от каждой группы представляет результаты работы группы всему классу. Обучающиеся задают вопросы представителям другой группы, участвуют в диалоге.