Precollege nanotechnology education: a different kind of thinking

Abstract

The introduction of nanotechnology education into K-12 education has happened so quickly that there has been little time to evaluate the approaches and knowledge goals that are most effective to teach precollege students. This review of nanotechnology education examines the instructional approaches and types of knowledge that frame nanotechnology precollege education. Methods used to teach different forms of knowledge are examined in light of the goal of creating effective and meaningful instruction. The developmental components needed to understand concepts such as surface area to volume relationships as well as the counterintuitive behavior of nanoscale materials are described. Instructional methods used in precollege nanotechnology education and the levels at which different nanoscale topics are introduced is presented and critiqued. Suggestions are made for the development of new nanotechnology educational programs that are developmental, sequenced, and meaningful.

Measuring understanding of nanoscience and nanotechnology: development and validation of the nano-knowledge instrument (NanoKI)

“…In pursuit of such links, these authors have developed instructional undergraduate materials that explicitly connect core chemical concepts such as oscillatory behaviour and classical molecular mechanics to those at the nanoscale. In further support of the premise that nano can serve as a "unifying idea" in chemistry education, Jones et al (2015) advocate that chemical concepts such as molecular bonding and molecular motion are connected to developing an understanding of self-assembly at the nanoscale. Similarly, Höst et al (2013) demonstrate the importance of integrating several chemical concepts such as noncovalent interactions and complementarity in conceptualising the nanotechnological implications of selfassembly.…”

Interactive Visualization for Learning and Teaching Nanoscience and Nanotechnology

“…For example, Jones et al [2015] have cautioned that although instructional visualization is pivotal for communicating nanoscale objects and properties, care must be taken to ensure that the content is interpreted appropriately. Therefore, it is necessary that students and citizens hold appropriate knowledge frameworks to interpret information depicted through newly developed visualizations of nano phenomena.…”

Ανάπτυξη Και Αξιολόγηση Διδακτικών Μαθησιακών Σειρών Για Την Εκπαίδευση Εκπαιδευτικών Στη Νανοτεχνολογία

“…Οι διαφορές ανά βαθμίδα εκπαίδευσης αποδίδονται στα διαφορετικά είδη αντίληψης (kind of thinking) που απαιτούνται για την κατανόηση των εννοιών της Ν-ΕΤ. Μαθητές διαφορετικών ηλικιών κατέχουν διαφορετικές ικανότητες αντίληψης και ως εκ τούτου διαφορετικές έννοιες με διαφορετικό περιεχόμενο θα πρέπει να εισαχθούν ανά βαθμίδα εκπαίδευσης Jones, Gardner, Falvo, & Taylor, 2015).…”

“…Για παράδειγμα, όταν ενήλικες σε σχετικό έκθεμα είδαν την φωτογραφία από STM κυμάτων των ηλεκτρονίων των ατόμων σιδήρου, διατεταγμένων κυκλικά σε χάλκινη επιφάνεια (Εικόνα 15), θεώρησαν ότι βλέπουν μία τραχιά επιφάνεια, ή ότι τα άτομα σιδήρου είναι τραχιά, ή ότι ο σίδηρος είναι πιο θερμός από το χαλκό (Jones et al, 2015). Αυτές οι παρανοήσεις αποτελούν ενδείξεις ότι οι συμμετέχοντες στερούνται το κατάλληλο αναπτυξιακό πλαίσιο (developmental framework) ώστε να κατανοήσουν το πώς τα σύγχρονα όργανα λειτουργούν και πώς να ερμηνεύσουν τις πληροφορίες που αυτά προσφέρουν (Jones et al, 2015). (Soulios & Psillos, 2016;Crawford & Cullin, 2004;Πετρίδου & Ψύλλος, 2008;Grosslight, Unger, Jay, & Smith, 1991).…”

“…Επίσης, οι διάφορες κλίμακες διαχωρίζονται μεταξύ τους με βάση το όργανο που χρησιμοποιείται στην παρατήρησή των αντικειμένων που περιλαμβάνονται σε αυτές. Παρόλο που η συγκεκριμένη έννοια αναγνωρίζεται ότι δεν μπορεί να συνεισφέρει στην κατανόηση της ΜΙ «ιδιότητες που εξαρτώνται από το μέγεθος» (Jones et al, 2015), η στενή σύνδεση μεταξύ τους («μέγεθος και κλίμακα» και «όργανα και οργανολογία») υποστηρίζεται ότι μπορεί να αποτελέσει όχημα ώστε να δομηθεί ένα περιεχόμενο στο οποίο οι δύο έννοιες θα εμπλέκονται και θα διερευνώνται παράλληλα (Stevens et al, 2009). Τέλος, η διαπραγμάτευση της ΜΙ «όργανα και οργανολογία» παρέχει την ευκαιρία οι επιμορφούμενοι εκπαιδευτικοί να αναγνωρίσουν τη σημασία και τον ρόλο των εξειδικευμένων εργαλείων στην πρόοδο της έρευνας της νανοκλίμακας, το οποίο συνεισφέρει στην ανάπτυξη της επιστημολογικής κατανόησης.…”