Kurzy

1. Úvod
   1. Historie materiálových věd
2. Sklo a keramika
   1. Průmyslová keramika
   2. Sklo, samočistící okna
3. Polymery
   1. Struktura a vlastnosti polymerů
   2. Přírodní polymery
   3. Syntetické polymery
4. Polovodivé materiály
   1. Polovodiče
   2. Zobrazovací technika - LED, OLED
   3. Flexibilní elektronika
   4. Výpočetní technika
5. Kovové materiály
   1. Slitiny
   2. Supravodiče I. a II. třídy
      1. Teorie supravodivosti
      2. Supravodivé materiály
      3. Využití v praxi - NMR, MRI, LHC, maglev
6. Materiály založené na uhlíku
   1. Grafit a diamant
   2. Fullereny
   3. Uhlíkové nanotrubice
   4. Grafen a odvozené materiály
   5. Další 2D materiály
7. Pokročilé materiály
   1. Medicína
   2. Elektronika
   3. Výhled do budoucnosti

Anorganická chemie je tradičně zjednodušována na systematiku prvků, v přednáškách se podíváme na vzácnější modifikace a sloučeniny prvků a jejich využití v praxi, příp. v základním výzkumu. Přednášky budou prezentovat převážně objevy několika posledních dekád.

• Moderní anorganická a materiálová chemie (1 hodina)
• Nekovové prvky a jejich využití (2 hodiny)
• Kovové prvky a jejich využití (4 hodiny)
• 2D materiály (1 hodina)

Základní informace o principech a praktickém využití vybraných fyzikálně-chemických metod studia látek. Součástí bude i informace o požadavcích na přípravu vzorků a vyhodnocení získaných dat.

Život v dnešní společnosti je nepředstavitelný bez vlivu vědy a jejích poznatků. S tím, jak se vzdalují vědecké myšlení a praxe osobní praxi širší populace, rostou společenská rizika nepochopení vědy a jejích poznatků, což může vrcholit až tzv. odpíračstvím (denialism). Na druhé straně, porozumění základním principům vědecké práce by mělo umožnit orientovat se snadněji ve složitém světě současnosti, ve kterém rozhodnutí nejen profesionální, ale i ta v osobním životě mohou být na tomto porozumění závislá. Středoškolské studium je vhodným obdobím, kdy studenty s tímto tématem seznamovat. Vědecká gramotnost, tj. nejen znát, ale i chápat, umožní se snadněji pohybovat v prostředí, které je netriviálními vědeckými poznatky přímo utvářeno. Vyučování spojením faktu/poznatku se způsobem, jakým byl tento získán, posiluje schopnost porozumět širším souvislostem a důsledkům dopadu složitého vědeckého poznání na život jednotlivce i společnosti.

Kurz se bude sestávat z interaktivního výkladu za pomocí prezentace a diskuze s účastníky nad předloženými tématy týkajícími se vědecké gramotnosti. Akce předpokládá aktivní účast a osobní zapojení se. Účelem je přímé zprostředkování vhledu do nejednoduché tématiky a pochopení základních principů vědecké metodiky a jejich aspektů pro jejich následnou aplikaci ve výuce.

Tento seminář uvede posluchače do problematiky nízko až středně molekulárních organických látek se sacharidovými jednotkami s důrazem na jejich interakci s biologicky či farmakologicky aktivními látkami. V semináři se dále účastníci dozví novinky a trendy v syntéze nových organických látek, ale i využití počítačového molekulového modelování pro simulace organických sloučenin.

Seminář je pojat jako shrnutí dosavadní poznatků o vývoji (především sacharidových) organických látek pro farmaceutický i potravinářský průmysl s přihlédnutím k jejich důležitosti i v dalších oborech, jako příprava kloubních implantátů, syntéza polymerů jako nosičů léčiv či „molekulárních strojů“.

Osnova akce 

• Organické sloučeniny jako nosiče farmakologicky aktivních látek
• Inkluze léčiv a dalších biologicky aktivních látek do organických hostitelů
• Příprava nových oligosacharidových sloučenin, především tzv. cyklodextrinů
• Aplikace těchto látek ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu
• Další využití oligosacharidových sloučenin jako molekulárních strojů
• Počítačové simulace a výpočty pro vývoj nových organických látek

1. hod Vysvětlit pojem životní prostředí (různé definice a členění životního prostředí, jeho základní složky). Uvést negativní důsledky lidské činnosti na životní prostředí z historického pohledu (konkrétní dopady ve světě i na území našeho státu)

2. hod Zaměřit se na konflikt člověka se ŽP v současnosti – globální problémy světa a jejich charakteristika (příčiny vzniku, příklady lokálních, regionálních i globálních vlivů).

Podstata globalizace. Možná členění globálních vlivů.

V dalších hodinách budou hodnoceny hlavní globální problémy současnosti
(tyto budou dále chronologicky podrobněji charakterizovány – jaký je dopad na životní prostředí, včetně člověka, nastíněna budou i možná řešení)

3. hod Rozbor změn klimatu a degradace půdy (včetně desertifikace)

4. hod Příčiny a důsledky nedostatku vody (zejména pitné); úbytek zdrojů (především neobnovitelných)

5. hod Rozbor populační krize současného světa (proč ne exploze); hrozba terorismu neustává

6. hod. Chudoba (hlavně rozvojových zemí); epidemie i v 21. století

7. hod  Ohrožení genetické, druhové a ekosystémové biodiverzity (příčiny, stav, příklady i z ČR); příklady základních invazivních a expanzivních rostlin ČR – jejich původ, morfologie, ekologické nároky, stanoviště, jejich negativní vlivy, způsoby likvidace

8. hod Charakteristika a negativní ovlivnění základních biomů světa v posledních desetiletích.

Diskuze a náměty na prakticky orientovanou výuku.

Při vzdělávací akci budou využity četné autorkou připravené elektronické podpory a skripta s velkým množstvím obrazového materiálu – zejména fotodokumentace autorky.

Obsah přednášek.

1. Organické polovodiče, princip, funkce a aplikace

2. Emise záření z organických polovodičů a její aplikace ve světelných zdrojích a ektroluminiscenčních displejích.

3. Vnitřní fotoektrický jev v organických polovodičích a jeho aplikace ve fotovoltaice

4. Elektronika a senzorika na bázi organických polovodičů pro biomedicínské aplikace.

5. Technologie tisku organické elektroniky 

Obeznámit učitele s nejmodernějšími přístupy k detekci částic v mikrosvětě a ukázat užitečnost a důležitost těchto měření, na která ČR jen do CERNu přispívá už 15 let cca 80 milionů Kč ročně. Přiblížit důvody, proč se musí budovat tak drahá a náročná měřící zařízení, jak fungují, co měří a co je tím demonstrováno. (1h)

Ukázat, proč je důležité žákům a studentům tyto věci předkládat a jejich návaznost na celkové představy o uspořádání mikro- a makrosvěta. Přiblížit a zpřístupnit dobrou argumentaci a faktografii nejen učitelům fyziky, ukázat vědeckou metodu práce a rozlišit to od různých jiných přístupů nevědeckých a tzv „meta-fyzikálních“. Nejedná se jen o samotná výsledná měřící zařízení, ale o vědeckou metodologii v praxi a o důležitost ukázat sepětí vědy s její metodami. (6h)

Diskuse nad částicemi, jejich měřitelností, nad tím, co pro nás jejich existence znamená, a zda a jak je možné toto téma přiblížit žákům a studentům (1h).

Obsah:

1. Zlehka úvodem: částice, proč o nich vědět

2. Tvrdě na věc: pokud jsou, měřme je!

3. Ještě tvrději na věc: měříme!

4. Relaxace: hlavní části detektoru

5. Do hloubky: co všechno se řeší pro dráhový detektor

6. Závěrečná exkurze: po některých experimentech

7. Závěr

Seminář je věnován využití Matlabu ve výuce matematiky. Učitelé se při řešení jednoduchých úloh seznámí se základy jednoho z nejpoužívanějších počítačových matematických jazyků.

Tento seminář uvede posluchače do problematiky molekulární biologie a genetiky. V jednotlivých lekcích se posluchači dozví o lidské DNA, kde se v našich buňkách nachází, jakou má strukturu, k čemu nám slouží, jak byla postupně objevována a pochopena. Účastníci si poslechnou jak podle DNA buňka tvoří proteiny, naučí se rozumět genetickému kódu, pochopí dělení a smrt buňky podle příkazů z DNA. Dále se účastníci dozví pravidla genetiky, jak se předávají vlastnosti a vlohy z rodiče na potomky, jak spolupracují geny a prostředí.

Seminář povede k zamyšlení, do jaké míry jsme „otroci“ našich genů a do jaké míry můžeme tento „vnitřní osud“ ovlivnit, či už životním stylem, nebo na úrovni medicíny.

Vzdělávací program je zaměřen na nejdůležitější minerály (nerosty), na jejich poznávání, fyzikální a chemické vlastnosti, vznik a výskyt v přírodě a praktické využití. Jde o přehledně uspořádaná fakta o minerálech coby přírodninách se zásadním významem přírodovědeckým i praktickým. Jádrem semináře je rozsáhlá přenosná sbírka minerálů v jejich nejčastějších podobách s důkazem na nejrozšířenější minerály zemské kůry a nejvýznamnější suroviny; vzorků je cca 200 a jejich shromáždění je výsledkem několikaleté promyšlené práce, takže v současnosti sbírka představuje ucelený soubor s vysokým didaktickým potenciálem mírně nad rámec potřeb základních a středních škol. Po krátkém teoretickém úvodu (jak je minerál definován, co je minerální druh, mineralogický systém) se probírají jednotlivé minerály od 1. po 10. třídu mineralogického systému formou besedy nad sbírkou minerálů s četnými ukázkami jednotlivých druhů (výčet viz níže) – vzorky kolují mezi účastníky, takže si je mohou „osahat“ a pořádně prohlédnout. Hodně pozornosti je věnováno poznávacím znakům minerálů, které bývají zastoupeny ve školních sbírkách: zkušenost ukazuje, že učitelům tato „praktická“ část mineralogie často působí potíže, nepochybně proto, že jde o dovednost, již lze získat jen praxí, tj. studiem reálných vzorků minerálů, ne pouze teoreticky např. četbou literatury nebo hledáním informací na internetu. Ke každému minerálu se účastníci dozví základní informace (složení, vlastnosti, určovací znaky, vznik a výskyt, použití) i různé zajímavosti, kterými by mohli oživit a zatraktivnit svůj výklad žákům. Velký důraz je kladen na snahu o srozumitelnost bez používání složitější oborové terminologie. Vítány jsou samozřejmě všechny dotazy a připomínky účastníků, byť jasně daná struktura semináře nedává příliš prostoru pro improvizaci témat (na rozdíl od semináře o deskové tektonice).

Témata:

• Teoreticky o minerálech: definice minerálu, minerální druh, mineralogický systém. 0,5 h
• Jednotlivé třídy mineralogického systému (1. – 10.), nejdůležitější minerály z hlediska stavby zemské kůry a průmyslového. První polovina semináře ne-křemičitany, druhá křemičitany (s krátkým teoretickým úvodem vzhledem k jejich mimořádnému významu a početnosti). 7,5 h

Výčet základních probíraných minerálů (další jen v případě speciálního zájmu):

• 1. třída: síra, grafit a diamant, zlato, železo
• 2. třída: pyrit a markazit, galenit, sfalerit, chalkopyrit
• 3. třída: halit, fluorit
• 4. třída: křemen, opál, magnetit, chromit, hematit, korund, limonit, bauxit
• 5. třída: kalcit, siderit, magnezit, dolomit, aragonit, azurit a malachit
• 6. třída: (boráty jen zmínit, ve školách se o nich nemluví)
• 7. třída: baryt, sádrovec
• 8. třída: apatit
• 9. třída: olivín, topaz, granáty, beryl, turmalíny, pyroxeny, amfiboly, mastek, slídy, kaolinit, serpentin, živce, zástupci živců, zeolity
• 10. třída: jantar

Vzdělávací program  je zaměřen na rozvoj znalostí  environmentální výchovy v oblastech využití alternativních zdrojů energie. Na základě praktických ukázek a PC simulací seznámí účastníky kursu se základy využití alternativních zdrojů energie.

Součástí vzdělávacího programu  je i praktické využívání racionálních metod a postupů (formulace závěrů na základě analýzy, zpracování a vyhodnocování získaných dat, vyvozování závěrů z hypotéz, či modelů, řešení problémových situací formou technického a přírodovědného zkoumání).

Cílem první části s praktickými ukázkami je naznačení motivace k rozvoji zájmu žáků a studentů o obnovitelné zdroje energie a jejich využití. Systémově se zabývá  i začleněním technologií OZE do moderní výuky přírodovědných předmětů.

Budou předvedeny a vysvětleny experimenty na základní témata:

• Fotovoltaika
• Větrná energie
• Palivové články (využití v dopravě a domácnostech)
• Využití biomasy
• Teplo
• Ukládání obnovitelných zdrojů
• Inteligentní sítě a ostrovní systémy
• Úspora energie
• Inteligentní ovládání

Ve druhé části si účastníci vzdělávacího programu jednotlivé experimenty vyzkoušejí prakticky.

Skupinová práce, střídání u jednotlivých souprav…

Realizace experimentů k jednotlivým tématům bude provedena s použitím modulárních měřicích zařízení a speciálních souprav v učebně.

Ke všem experimentům jsou vytvořeny manuály, popisující jak konkrétní měřící postupy, tak metodiku začlenění do výuky

Výklad o technikách a technologiích přípravy a výroby nanovláken. Kombinace různých fyzikálních a chemických postupů s cílem vyrobit požadovaná vlákna daných vlastností. Jednoduché experimenty za pomoci ručního přístroje na výrobu nanovláken. Seznámení posluchačů na vlastní kůži s netypickými vlastnostmi nanovlákenného materiálu.

• Historický a jednoduchý teoretický úvod do výroby nanovláken 
• Technologie a provedení elektrického zvlákňování nanovláken 
• Jiné způsoby výroby nanovláken a vybrané aplikace 
• Experimenty účastníků s výrobou nanovláken a diskuze