Учебно-методический комплекс для бакалавров «Технологии биосовместимых композитных наноматериалов» (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

УМО для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС

«Композитные наноматериалы»

Приложение к отчету по исполнению второго этапа Государственного контракта

№ П770 от 01.01.01 г.

Комплект 2

Том 4

Учебно-Методический Комплекс

для бакалавров

«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»

2009

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

дисциплины

«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»

профессионального цикла

(вариативная часть)

для подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы»

СОДЕРЖАНИЕ

1.	Пояснительная записка……………………………………………………………………….	3
2.	Учебно-методический план дисциплины……………………………………………………	7
3.	Рабочая программа дисциплины……………………………………………………………..	11
4.	План лекционных занятий……………………………………………………………………	14
5.	План семинарских занятий…………………………………………………………………...	38
6.	План лабораторных занятий…………………………………………………………………	47
7.	Примерные темы курсовых работ (рефератов)……………………………………………..	74
8.	Вопросы для самостоятельного изучения…………………………………………………..	75
9.	Контрольные вопросы по курсу в целом…………………………………………………….	75
10.	Тестовые материалы (используемые, в том числе) в рейтинговой системе………………	77
11.	Список рекомендуемой литературы и электронных ресурсов……………………………..	77
12.	Методические рекомендации по изучению дисциплины и организации самостоятельной работы студентов…………………………………….…..	80
13.	Методические рекомендации по выполнению курсовых работ (рефератов)……………..	81
14.	Методические рекомендации для преподавателей…………………………………………	82
15.	Информационные технологии, используемые при изучении дисциплины и при организации самостоятельной работы студентов…………………..…	83
16.	Приложение 1. Слайды лекций по дисциплине……………………………..………………	84

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к учебно-методическому комплексу дисциплины

«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»

Учебно-методический комплекс дисциплины «Технологии биосовместимых композитных наноматериалов» составлен в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и примерным учебным планом подготовки бакалавров по направлению «Нанотехнология» с профилем подготовки «Композитные наноматериалы», в части профессиональных дисциплин.

Выписка из Государственного Образовательного Стандарта

Индекс	Наименование дисциплин и их основные разделы	Всего часов
Б.3	Технологии биосовместимых композитных наноматериалов: Общие представления о нанотехнологиях, обзор наноматериалов, углеродные и неорганические нанокластеры, понятие нанокомпозитных материалов, биосовместимость нанокомпозитов, технологии нанокомпозитов: получение, характеризация, свойства и применение, природные нанокомпозиты, компьютерное моделирование нанокомпозитов, общие вопросы нанотехнологий	128

Цели и задачи курса

Курс «Технологии биосовместимых композитных наноматериалов» принадлежит к числу специальных учебных дисциплин. Он разработан на базе результатов последних исследований в различных областях, изучающих нанокомпозиционные материалы. Целью курса является подготовка студентов к работе в нанотехнологических отраслях науки и промышленности, имеющими дело с биосовместимостью композитных наноматериалов.

В курсе излагаются современные представления о нанотехнологиях, акцентируя внимание на биосовместимых нанокомпозитных материалах, начиная от общего знакомства с нанотехнологиями и заканчивая обсуждением конкретных примеров получения, характеризации, применения и свойств нанокомпозитов. В зависимости от подготовки и специализации студентов акцент курса может быть смещен в область синтеза/применения/характеризации биосовместимых нанокомпозитов.

Курс «Технологии биосовместимых композитных наноматериалов» требует предварительной подготовки студентов по общей физике, химии, биологии и медицине, представлений о физике/химии твердого тела и поверхности, принципов современных методов диагностики материалов. В зависимости от уровня предварительной подготовки и специализации курс может быть адаптирован для физиков, химиков или биологов/медиков.

Требования к уровню освоения учебной дисциплины

В результате изучения данного курса студент должен:

– иметь представление:

об общих принципах нанотехнологий, наноматериалов, их свойствах, методах характеризации, способах получения и применения, о способах достижения биологической совместимости и управления свойствами наноматериалов, природных нанокомпозитах, возможностях моделирования нанокомпозитов, экологических, правовых и иных общих вопросах нанокомпозитов;

– знать:

современное состояние развития методов синтеза и характеризации нанокомпозитных материалов, конкретные примеры получения, свойств и применения биосовместимых наноматериалов;

– уметь:

·  проводить эксперименты связанные с характеризацией свойств и получением композитных наноматериалов с использованием современных методик;

·  анализировать полученные результаты и на основе проведенного анализы быть способным делать выводы о свойствах исследуемых образцов, осуществлять прогнозы о возможности специфического применения исследуемых материалов в различных областях;

·  овладеть навыками проектирования и моделирования свойств как композитных наноматериалов в целом, так и биосовместимых композитных наноматериалов.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков отражает вышеприведенные требования государственных образовательных стандартов.

Формы контроля

Допуск к выполнению лабораторных работ по результатам устного опроса в течение учебного семестра. Письменные отчеты о выполнении лабораторных работ в течение учебного семестра. Зачет по итогам выполнения всего лабораторного практикума в конце семестра. Зачет в течение учебного семестра по предоставленным письменным рефератам, подготовленным студентами по утвержденным темам, рассмотрение которых входит в материал курса лекций. Опросы и устные доклады на семинарских занятиях. Экзамен в учебную сессию по курсу лекций, включая материал, выносимый на самостоятельную работу студентов.

Оперативный контроль

Оперативный контроль проводится с целью отслеживания и необходимой корректировки качества усвоения материала по всем видам занятий студентов (лекционных и семинарских занятий и лабораторного практикума). Он осуществляется в форме индивидуального опроса в рамках лабораторного практикума, в форме индивидуального отчета о выполнении лабораторного практикума, в форме коллективных и индивидуальных опросов, выполнения заданий и представления докладов на семинарских занятиях, в индивидуальной форме написания реферата на заданную тему по лекционному курсу и его защиты в форме самостоятельно приготовленной презентации на семинарских занятиях по курсу.

Итоговый контроль по курсу

Для контроля усвоения курса «Технологии биосовместимых композитных наноматериалов» учебным планом предусмотрены один экзамен и три зачета. Зачет по выполнению лабораторного практикума охватывает выполнение лабораторных работ и наличие письменных отчетов по выполненным работам, зачет по итогам семинарских занятий охватывает выполнение заданий, конструктивное участие в опросах и обсуждениях, а также выполнение одного или нескольких кратких докладов по темам семинаров, зачет по итогам написания и защиты реферата охватывает отдельные вопросы курса лекций, демонстрирует знание научной литературы по теме реферата, степень ознакомления современным состоянием проблемы, освещенной в реферате, способность студента к самостоятельной работе и умение доложить результаты этой работы. Экзамен контролирует знания студентами материала курса лекций.

Контрольные пункты проверки знаний

·  Опрос для допуска к выполнению лабораторной работы в рамках лабораторного практикума — в течение 7 семестра.

·  Зачет по итогам выполнения лабораторного практикума — конец 7 семестра.

·  Опрос по пройденному материалу на семинарских занятиях — в течение 7 семестра.

·  Выполнение заданий на семинарских занятиях — в течение 7 семестра.

·  Зачет по итогам семинарских занятий — конец 7 семестра.

·  Зачет по итогам выполнения индивидуальных реферативных работ — в течение 7 семестра.

2. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ

«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»

Виды учебных занятий, их объем и формы итогового контроля представлены в таблице 1.

Таблица 1

Виды учебных занятий	Трудоемкость учебных занятий (час.)
Общая	7 семестр
Аудиторные занятия	82	82
Лекции	32	32
Лабораторные работы	28	28
Семинарские занятия	22	22
Самостоятельная работа	46	46
Подготовка к практикуму	6	6
Подготовка к семинарам	6	6
Выполнение индивидуальных заданий	4	4
Подготовка коротких докладов на семинарах	6	6
Подготовка реферата	12	12
Подготовка к зачету	12	12
Дисциплина в целом	128	128
Формы итогового контроля	зач.	зач.

Учебно-тематический план учебной дисциплины представлен в таблице 2.

Таблица 2

Темы учебной дисциплины	Всего часов	Кол-во аудиторных часов	Кол-во часов сам. раб
Лекции	Лаборатории	Практ. занят.
Тема 1. Введение. Ретроспектива нанотехнологий, общие свойства нанообъектов, роль самоорганизации, нанотех и био, классификации наноматериалов, перспективы использования нанотехнологий	2	2	-	–	0
Раздел I Наноматериалы и их свойства
Тема 2. Наноматериалы. Оптические, электронные и магнитные свойства наносистем и наноматериалов, классификация нанокомпозитов, матричные и супрамолекулярные нанокластеры и наноструктуры, современные достижения материаловедения композитов	4	4	-	6	2
Тема 3. Углеродные наноматериалы. Углерод как химический элемент, аллотропия углерода, получение и свойства углеродных наноструктур, модификация, применение углеродных нанокластеров, углеродные нанокомпозиты, нанобионика и биомиметика	6	6	–	-	0
Тема 4. Неорганические нанокластеры. Кластерные модели, молекулярные лигандные кластеры, безлигандные металлические кластеры, кластеры инертных газов и малых молекул, матрица нанопористого оксида кремния	2	2	-	-	0
Раздел II Технологии наноматериалов
Тема 5. Получение наночастиц и нанокомпозитов. Методы нанодиспергирования компактного материала, электрохимическое генерирование, химические методы синтеза, синтез в обратных мицеллах, золь-гель метод, коллоидные кластеры и наноструктуры, тонкие пленки. Методы стабилизации наночастиц, получение нанокомпозитов. Наночастицы в матрицах: цеолиты, стекло, силикагель, полимеры, модификация поверхности	4	4	-	-	2
Тема 6. Природные нанокомпозиты. Биологические композиты, биологически синтезированные наноструктуры и наносистемы, наноматериалы на основе биологических молекул, нанобионные композиты	2	2	-	2	4
Тема 7. Методы характеризации биосовместимых наноматериалов	4	4	28		6
Тема 8. Свойства и применения нанобиоматериалов. Сравнение «чистой» матрицы и нанокомпозита, механические свойства, оптика, электроника и механика, сенсоры, магнитные материалы, наномедицина, покрытия	4	4			2
Раздел III Общие вопросы нанотехнологий
Тема 9. Компьютерное моделирование и конструирование биосовместимых композитных наноматериалов. Подходы к моделированию композитов, методы молекулярного моделирования, программы для расчета	2	2		12	2
Тема 10. Общие вопросы нанотехнологий. Экологическая и биологическая безопасность производства нанокомпозитов, токсичность наноматериалов, управление рисками и социальные аспекты нанотехнологий, источники информации по биосовместимым композитным наноматериалам и Интернет-ресурсы, национальная нанопрограмма России и состояние работ по биосовместимым композитным наноматериалам за рубежом	2	2		2	2
Подготовка реферата и зачета					24
ВСЕГО	128	32	28	22	46

3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА