EĞİTİM BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ORTAÖĞRETİM FEN VE MATEMATİK ALANLARI EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
BİYOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ BİLİM DALI
NANOTEKNOLOJİ EĞİTİMİNİN LİSE DÜZEYİNE UYARLANMASI
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hazırlayan Nadire AK
Ankara Aralık, 2009
EĞĐTĐM BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
ORTAÖĞRETĐM FEN VE MATEMATĐK ALANLARI EĞĐTĐMĐ ANA BĐLĐM DALI
BĐYOLOJĐ ÖĞRETMELĐĞĐ BĐLĐM DALI
NANOTEKNOLOJĐ EĞĐTĐMĐNĐN LĐSE DÜZEYĐNE UYARLANMASI
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
adire AK
Danışman: Prof. Dr. Orhan ARSLA
Ankara Aralık, 2009
i
Nadire AK’ın “anoteknoloji Eğitiminin Lise Düzeyine Uyarlanması” başlıklı tezi 10.11.2009 tarihinde, jürimiz tarafından Biyoloji Eğitimi Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edilmiştir.
Adı Soyadı Đmza
Üye (Tez Danışmanı): ... ... Üye : ... ... Üye : ... ... Üye : ... ... Üye : ... ...
ii
ÖSÖZ
Araştırmanın yapılması ve araştırma raporunun yazılması sırasında pek çok kişinin olumlu katkı ve yardımı olmuştur. Bu kişilerden bazılarını burada anmaktan mutluluk duyacağım.
Öncelikle araştırmanın her aşamasında yardım ve desteğini gördüğüm, fikirlerine başvurduğum Prof. Dr. Orhan ARSLAN’a ve tezimin fikirsel çalışmalarının şekillenmesinde katkısı bulunan Arş. Gör. Nilay KESKĐN SAMANCI’ya içtenlikte teşekkür ederim. Ayrıca tezimin düzeltmelerinde bana yardımcı olan Semiha BALCI ve Senem TANBUROĞLU ÖZERKAN’a da teşekkürü borç bilirim.
Tez yapma önerimi kabul eden ve destekleyen Altındağ Nüfus Müdürü Aynur KÖSE’ye, cüzdan servisi şefi Mustafa KAYA’ya ve mesai arkadaşlarıma teşekkür ederim.
Uzun süren çaba ve yoğun emek sonucunda ortaya çıkan bu araştırma boyunca, büyük bir sabır ve güvenle beni destekleyen Özlem TAŞDELEN’e, AĐLEME ve Selçuk YILDIZELĐ’ne sonsuz sevgi ve saygıyla teşekkür ederim.
iii
ÖZET
NANOTEKNOLOJĐ EĞĐTĐMĐNĐN LĐSE DÜZEYĐNE UYARLANMASI
AK, Nadire
Yüksek Lisans, Biyoloji Öğretmenliği Bilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. Orhan ARSLAN
Aralık 2009, 153 sayfa
Bu araştırmanın amacı, öğrencilerin metre ve milimetre gibi ölçülerden sonra nano seviyesindeki ölçekleri kavramasını sağlamak ve öyle düşünerek fen-teknoloji-toplum ilişkisini kurmaktır. Nanometrik ölçüler yanında, nanoteknolojinin uygulama alanlarını da kavramaları ve bu ölçüde hayaller kurmaları, öğrencilerin gelecek teknoloji bilgilerinin artmasını sağlayacaktır.
Bu araştırmada, nanoteknoloji eğitiminin lise düzeyine nasıl uyarlandığını göstermek için, kütüphane araştırmaları yöntemi kullanılmıştır.
Araştırmada, kütüphane araştırmaları yönteminden yararlanıldığından dolayı, veri toplama aracı olarak konuyla ilgili kaynaklar kullanılmıştır.
Bulgular, nanoteknoloji eğitiminin, başta ABD olmak üzere birçok gelişmiş ülkede, ortaöğretim düzeyinde yerini almaya başladığını göstermektedir. Nanoteknoloji eğitiminin liselerde olması yönünde, öğretmenler ve üniversiteler arasında ortak çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar sonucunda ders planları hazırlanmıştır. Ülkemizde de buna benzer çalışmalar yapılmalı ve nanoteknoloji eğitiminin lisans seviyesinden ortaöğretim seviyesine indirilmesine yönelik projeler uygulamaya geçirilmelidir. Bu bulgular ışığında, nanoteknolojinin eğitiminin liselerde uygulanmasına yönelik kullanılması düşünülen çalışma yaprakları şeklinde öneriler sunulmuştur.
iv
ABSTRACT
IMPLEMENTATION OF NANOTECHNOLOGY EDUCATION IN THE HIGH SCHOOL
AK, Nadire
MS Thesis, Department of Biology Education Thesis Advisor: Prof. Dr. Orhan ARSLAN
December 2009, 153 pages
The aim of this research is to help the students comrehend the measurements at the level of nanotechnology –right after the classical units of measurement such as meter and milimeter- and to make a connection among science-technology and society by thinking so. In addition to nanometric measurements, the cognition of the fields of application of nanotechnology and the imagination in nanotechnological terms will cause an increase in the understanding on future technologies on the part of the students.
In this research, Library Searching method has been used to demonstrate how nanotechnology education is applied to high school level.
Because the above mentioned method has been used, the sources on the subject are used as data collection tool.
It is known that nanotechnology education has begun to take place at the level of secondary education in many of the developed countries and especially in the USA. Collective studies have been made between teachers and the universities to start nanotechnology education in high schools and lesson plans have been prepared as a consequence of these studies. Similar studies should be done also in our country and new projects must be realized to make use of nanotechnology education –it has already been used at universities- in secondary schools too. In light of these findings,
v
the high schools have been presented in the form of work sheets.
vi
ĐÇĐDEKĐLER
JÜRĐ ÜYELERĐĐ ĐMZA SAYFASI ... i
ÖSÖZ ... ii
ÖZET ... iii
ABSTRACT ... iv
TABLOLAR VE GRAFĐKLER LĐSTESĐ ... ix
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ ... x
KISALTMALAR LĐSTESĐ ... xii
1. GĐRĐŞ ... 1
1.1. Nanoteknoloji Tanımı... 2
1.2. Nanoteknoloji Tarihçesi ... 4
1.3. Nanoteknolojinin Amaçları ... 6
1.4. Nanoteknolojinin Önemi ... 7
1.5. Nanoteknolojinin Uygulama Alanları ve Etkileri ... 8
1.5.1. Malzeme ve Đmalat ... 9
1.5.2. Nanoelektronik ve Bilgisayar Teknolojisi ... 9
1.5.3. Havacılık ve Uzay Çalışmaları ... 9
1.5.4. Tıp ve Sağlık ... 10
1.5.5. Çevre ve Enerji ... 10
1.5.6. Biyoloji ve Tarım ... 10
1.5.7. Savunma ... 10
vii 1.6.1. ABD... 11 1.6.2. Japonya ... 12 1.6.3. Çin ... 12 1.6.4. AB Ülkeleri ... 13 1.6.5. Almanya ... 13 1.6.6. Đngiltere ... 14 1.7. Türkiye’deki Durum ... 15 1.8. Nanoteknoloji ve Eğitim ... 18
1.9. Nanoteknoloji Eğitiminin Önemi ... 19
1.10. Problem Cümlesi ... 19
1.11. Alt Problemler ... 19
1.12. Araştırmanın Amacı ve Önemi ... 20
1.13. Varsayımlar ... 21
1.14. Sınırlılıklar... 21
2. YÖTEM ... 22
2.1. Araştırma Modeli ... 22
2.2. Araştırma Evreni ve Örneklemi ... 22
2.3. Veri Toplama Teknikleri ... 23
2.4. Verilerin Analizi ... 23
3. BULGULAR VE YORUM ... 24
3.1. Nanoteknoloji Eğitiminin Ortaya Çıkmasındaki Nedenler Nelerdir? ... 24
3.2. Nanoteknoloji Eğitimindeki Zorluklar Nelerdir? ... 27
viii
3.4.1. ABD... 32
3.4.2. Avustralya ... 43
3.4.3. Taiwan ... 45
3.5. Türkiye’de Nanoteknoloji Eğitimi Ne Düzeydedir? ... 46
3.6. Türkiye’de Ortaöğretim Seviyesinde Nanoteknoloji Eğitiminin Verilebilmesi Đçin Nasıl Bir Yol Đzlenmelidir? ... 47
4. SOUÇ VE ÖERĐLER ... 48 4.1. Sonuç ... 48 4.2. Öneriler ... 48 4.2.1. Etkinlikler ... 52 KAYAKÇA ... 100 EK ... 109 ÖZGEÇMĐŞ ... 153
ix
TABLOLAR VE GRAFĐKLER LĐSTESĐ
Tablo 1. 1997-2003 Yılları Arasında Nanoteknolojiye Yapılan Yatırımlar ... 15
Tablo 2. Türkiye Tarafından 6. Çerçeve Programında Sunulan Projelerin Alanları ve Başarı Oranları ... 17
Tablo 3. ABD Üniversitelerinin Nanoteknoloji Eğitim Aktiviteleri ... 34
Tablo 4. Öğretmenler Tarafından Oluşturulan Nanoölçek Fenomeninin Ders Planlarında Gösterimi ... 36
Tablo 5. Öğretmenler Tarafından Oluşturulmuş Birleşik Đçerik Tablosu ... 39
Tablo 6. Nanobilim ve Nanoteknoloji Đçin Seçmeli Ders Modülleri ... 44
Tablo 7. Sayıların Ön Eklerle Birlikte Gösterimi ... 55
Tablo 8. 10 ve 10’un Katları ... 66
Tablo 9. Örneklerin Büyüklükleri ... 67
Tablo 10. Elementlerin 1 Gramdaki ve Nanogramdaki Atom Sayıları ... 73
Tablo 11. Periyodik Cetvel ... 74
Tablo 12. 10’un Katları ... 82
x
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ
Şekil 1. Bir Nanometre Çok Küçüktür ... 3
Şekil 2. Nanoteknoloji Yatırımları ... 14
Şekil 3. Yıllara Göre 1 Milyon Nüfus Başına Düşen Makale Sayısı ... 16
Şekil 4. Nanoteknoloji Eğitimiyle Tanışma Yılları ... 33
Şekil 5. 10’un Kuvvetlerini Kullanarak Eli Oluşturan Yapıların Gösterilmesi ... 54
Şekil 6. Makroskaladaki Maddelerin Büyüklükleri ... 56
Şekil 7. Mikroskaladaki Maddelerin Büyüklükleri ... 57
Şekil 8. Nanoskaladaki Maddelerin Büyüklükleri ... 58
Şekil 9. Nanometre Büyüklüğünün Gösterimi ... 61
Şekil 10. Yaşamın Temelindeki Maddelerin Büyüklükleri ... 69
Şekil 11. Na+ K+ Pompasının Çalışması ... 70
Şekil 12. Protein Sentezi ... 71
Şekil 13. Virüslerin Üremesi ... 71
Şekil 14. Doğada Nanoyapılara Sahip Olan Canlılar ... 75
Şekil 15. Nilüfer Yaprağının Nanoyüzeyi ... 75
Şekil 16. 12 Nanometre Uzunluğundaki Altının Görüntüsü ... 77
Şekil 17. Morötesi (UV) Işığına Tabi Tutulmuş Farklı Boyutlardaki (1.7-4.0nm) Kadmiyum Selenür (CdSe) Kuvantum Noktalarından Kaynaklanan Fülörason Işıma (Görünür Bölgedeki Işıma) ... 79
Şekil 18. Atomik Kuvvet Mikroskobu ... 80
Şekil 19. STM’de Nikel ... 81
xi
Şekil 22. Karbon Nanotüp ... 82
Şekil 23. Nanorobotlar ... 85
Şekil 24. Nanoteknoloji Tabanlı Kumaşlar ... 87
Şekil 25. Nilüfer Bitkisinin ve Nanosphere Uygulanmış Kumaşın Yüzey Yapıları ... 88
Şekil 26. Yıllara Göre Dünya Popülasyonu ... 89
Şekil 27. Nanoteknolojinin Uygulama Alanları ... 91
Şekil 28. Lycurgus Kupasının Işığa Göre Renk Değişimi ... 92
Şekil 29. Labors of the Months ... 93
Şekil 30. Maya Pottery ... 93
Şekil 31. Maya Warrior ... 93
xii
KISALTMALAR LĐSTESĐ
AFM: Atomik Kuvvet Mikroskobu DPT: Devlet Planlama Teşkilatı
IBM: Donanım Firması (International Business Machines) LED: Işık Yayan Diyot (Light Emiting Diode)
MIT: Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
NCLT: Nanoölçekteki Fen ve Mühendislik Bölümü NION: Ulusal Nanoteknoloji Girişimi
NNI: Nanoteknoloji Đnisiyatifi (National Nanotechnology Initiative) NSC: Nanoteknoloji Strateji Komitesi
NSF: Ulusal Bilim Vakfı
SI: Uluslar Arası Birimler Sistemi STM: Taramalı Tünelleme Mikroskobu
TÜSĐAD: Türkiye Sanayi Đş Adamları Derneği UNAM: Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi
BÖLÜM I
GĐRĐŞ
Materyallerin çelikten yüz kat daha güçlü ama altıda biri ağırlıkta; nakliye işlemlerinin hem ucuz hem de sesten hızlı; bilgisayarların, günümüzdeki bilgisayarlardan milyonlarca kez daha güçlü ve daha etkili; kanser tedavisinde kullanılan ilaçların her yerde bulunabileceğini; giysilerimizin birer akıllı makinelere dönüşebileceğini düşünebiliyor musunuz? Bunların hepsi, bir hayalperestin tahminleri değil, aksine saygın bilim adamlarının, hızla gelişmekte olan bu yeni bilim dalını, yani nanoteknolojiyi tarif ederken vardıkları sonuçların yansımalarıdır. Tüm bu tahminleri imkansız veya mantıksız görebilirsiniz. Ama görmeyin! Wright kardeşlerin 1903 yılındaki ilk uçuş deneyiminden, 10 yıldan daha kısa bir süre önce, Royal Society Başkanı Lord Kevin, “havadan daha ağır uçan makinelerin olması imkansızdır” açıklamasını kendisinden son derece emin bir tavırla yapmıştır. 1943 yılında ise, IBM’in Yönetim Kurulu Başkanı Thomas Watson: “Dünya pazarında muhtemelen sadece beş bilgisayara yer var” sözlerini sarf etmiştir. Hatta Albert Einstein’ın “Nükleer enerjiyi elde etmek için en ufak bir gösterge bile yok” sözleri de onun yanıldığını göstermektedir. Nanoteknoloji’nin ardındaki bilim tam manasıyla gerçektir. Nanoteknoloji insan hayatında; durmadan gelişmekte, yayılmakta ve büyümektedir (Uldrich ve Newberry, 2005). Bugün bazı nanoteknoloji ürünleri piyasaya çıkmıştır.
Kelime anlamı olarak nanoteknoloji, maddenin atom seviyesinde bilinçli olarak işlenmesiyle, daha gelişmiş ve tamamen değişmiş materyaller, araçlar ve sistemler elde etme olarak tanımlanabilir. Bu durum, şu şekilde düşünülebilir: Maden kömürü ve elmasın, ikisi de aynı materyalden, yani karbon atomlarından oluşmuştur. Ancak, bu atomlardaki düzen ve diziliş, onların kullanım biçimlerini ve değerlerini doğrudan etkilemiştir. Đkisi de aynı maddenin yani karbonun uzantısı oldukları halde, biri pahalı olmayan bir yakıt kaynağı olurken, bir diğeri pahalı nişan yüzüğüne ve dünyanın en sert mineraline dönüştürülmüştür. Buradaki temel nokta, maddenin moleküler bileşimidir.
Atomun işlenmesi başarılabilirse, hemen hemen her üründe, oyunun kuralı baştan aşağı değiştirilebilir. Yenilen yemekten, giyilen elbiselere; üretilen ürün ve materyallerden, çalışılan ve yaşanılan binalara kadar her şey atomlardan oluşmaktadır ve bütün bunların hepsi nanoteknolojiden nasibini alacaktır. Sebebi ise gayet basittir. Maddeyi işleyecek araçlar, gitgide daha da karmaşık bir hale gelmekte; insanoğlunun atomların ve moleküllerin nasıl kontrol edilebileceklerine dair sahip oldukları engin birikimleri de bu araçlarla bir araya gelerek, mevcut materyal ve ürünlerde kayda değer gelişmelerin yaşanmasına yol açabilecek düzeye ulaşacaktır. Bu gelişmeler, yeni ürünlerin, uygulamaların ve yeni pazarların oluşmasına öncülük edecektir (Uldrich ve Newberry, 2005).
Günümüze kadar temel olarak dört tane sanayi devrimi gerçekleşmiştir. Bunlardan birincisi buhar makinesi, ikincisi mikro elektrik sanayi, üçüncüsü bilgi işlem teknolojisi iken, nanoteknoloji dördüncü sanayi devrimi olarak karşımıza çıkmaktadır (Web Sayfası 2, 2008).
1.1. anoteknoloji Tanımı
ano, Yunanca ve Latinceden alınmış bir sözcük olup, cüce anlamına gelmektedir. Kısaltma olarak milyarda bir olarak da kullanılmaktadır. Dolayısıyla bir nanometre, bir metrenin bir milyarda biridir ve bu da yaklaşık olarak, on hidrojen atomunun genişliğine eşittir. “Nanoteknoloji”, “Nanobilim” gibi başında “nano” öneki bulunan terimler, “Nanometre” teriminden gelmektedir (Uldrich ve Newberry, 2005).
Nanoteknoloji, atom ve molekül ölçeğinde özel yöntem ve tekniklerle yapıların, materyallerin ve araçların inşa edilmesini, ayrıca bu ölçeğin bütün özelliklerinden yararlanma kabiliyetini ifade eder. Nanoteknoloji, maddenin yapısına milimetrenin milyonda biri büyüklüğüne inerek tahmin bile edilemeyecek yeni sentez özellikleri kazandırır. Konu atom olunca maddenin davranışı da değişeceğinden, nanoteknoloji yakın bir gelecekte tüm dünyanın sanayi kollarına ve insan hayatına olağanüstü farklılıklarda yeni yönler verecektir (Web Sayfası 1, 2007).
Nanoteknoloji kelimesini ilk kez kullanan Taniguchi’nin makalesindeki nanoteknoloji tanımı şöyledir: “Genel olarak malzemelerin atom-atom ya da molekül-molekül işlenmesi, ayrılması, birleştirilmesi ve bozulmasıdır” (Web Sayfası 3, 2009).
Uldrich ve Newberry (2005), nanometre büyüklüğünü Şekil 1’de şu şekilde şematize etmişlerdir:
Şekil 1. Bir Nanometre Çok Küçüktür .
Nanoteknolojinin en fazla başvurulan ve nano-boyut paradigmasını da dahil eden tanımı, ABD “Ulusal Nanoteknoloji Adımı” (NNI) tarafından sağlanmıştır. NNI, nanoteknolojiyi şöyle tanımlamaktadır:
“Nanoteknoloji, aşağı yukarı 1 – 100 nanometre aralığında olan boyutlardaki maddenin incelenmesi ve işlenmesidir. Bu boyutlarda yapılan bu çalışmalarda gerçekleşen benzersiz fenomenler, yepyeni uygulamalara olanak sağlamaktadır. Nano-boyuttaki bilimi, mühendisliği ve teknolojiyi kapsayan nanoteknoloji, maddenin bu boyut ölçeğinde görüntüleme
Bir anometreden Az
Atomlar tek tek ele alındıklarında belirli açılardan ya da çap olarak ele alındıklarında birkaç nanometre boyuna denk gelmektedir.
anometre
Yan yana duran hidrojen atomları (merkezde görünen toplar), 1 nanometre genişliğindedir. DNA molekülleri, yaklaşık 2.5 nanometre genişliğindedir. Binlerce anometre Bu kırmızı kan hücreleri gibi biyolojik hücreler, binlerce nanometre ölçüsünde çaplara sahiptir. Milyon anometre Bu başparmağın iğne ucu büyüklüğündeki bir kısmı (siyah yuvarlak), bir milyon nanometreye denk gelir. Milyarlarca anometre Đki metre boyundaki bir erkek, iki milyar nanometre boyundadır.
tekniğini, ölçümünü, modellemesini ve manipülasyonunu içermektedir. Nano-boyutta, malzemelerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri, tek tek atomların ve moleküllerin ya da kütlesel haldeki malzemenin özelliklerinden temel olarak ve yararlı bir yönde farklı olmaktadır. Nanoteknoloji alanında Ar-Ge, bu yeni özelliklere sahip olan gelişmiş malzemeler, aygıtlar ve sistemlerin anlaşılması ve yaratılmasına yönelmiştir (TÜSĐAD, 2008, s.26).”
Nanoteknoloji disiplinler arası bir bilimdir. Bir alanda yapılan nanoteknolojik gelişmelerin ve araştırmaların, farklı bir alandaki araştırmacı tarafından anlaşılması ve sürdürülmesi zor bir iştir. Bu nedenle de, farklı dallardaki araştırmacıların bir araya gelip birlikte çalışmaları gerekmektedir. Örneğin Feynman, nanoyapılı cihazlar tasarlamak için çok fazla biyoloji bilgisi edinmek gerektiğini savunur. Diğer bir örnek ise; nanoyapılar tasarlayan bir fizik bilimcinin aminoasit ve proteinin yapısını bilmeden bunu gerçekleştiremediğidir (Bartık, 2007).
1.2. anoteknoloji Tarihçesi
Nanoteknoloji alanındaki ilk uygulamanın M.S. 4. yy.’da Roma cam üreticileriyle başladığı bilinmektedir. Bu dönemde nano boyutlu altın partiküller içeren camlardan yapılmış olan Lycurgus kupası, Londra’daki British Müzesi’nde sergilenmektedir. Bu kupa, kral Lycurgus’un ölümünü betimlemektedir. Kupa, ışıkla temas ettiğinde yeşilden kırmızıya doğru renk değişimi gösterir (Web Sayfası 40, 2009). Ortaçağdaki cam işçiliğinden farklı olarak Einstein, doktora tezinin bir bölümünde şeker molekülünün boyutunu 1nm (10-9m) olarak hesaplamıştır. Çok geniş açıdan bakılırsa, ortaçağdaki camları yapanlar ile Einstein’ın nanobilimle uğraştıkları düşünülebilir (Tamerler, 2008).
Nanoteknolojinin tarihi 29 Aralık 1959’a, fizikçi Richard Feynmann’ın (daha sonra Nobel ödülü kazanmıştır) Amerikan Fizik Derneği’nde yaptığı ünlü konuşmasına dayanır. Feynmann, ‘Aşağıda Daha Çok Yer Var’ (There is Plenty of Room at the Bottom) başlıklı bir konuşmasında (Web Sayfası 5, 2007); “bir kenarında 5 atom olan, 125 atomluk küpten oluşan bir metal kümesinin bir bit olarak görev yapacağı ve bu şekilde günümüze dek yazılmış bütün sözcüklerin bir toplu iğnenin başına sığdırılabileceği” bir program öngörmüştür. Feynman’ın moleküler düzeydeki bu yaklaşımı, moleküler biyoloji, moleküler elektronik, mekanik mühendisliği ve bilgisayar endüstrisindeki gelişmelerin temellerini atmıştır (Güneşoğlu, 2006). Feynman
her ne kadar konuşmasında nanoteknoloji kelimesini kullanmamış olsa da, yıllar sonra nanoteknolojiyi anlattığı anlaşılmış ve günümüzde nanoteknolojinin fikir babası olarak kabul edilmiştir (Web Sayfası 3, 2009).
Feynman’dan sonraki bir başka önemli kişi ise, Norio Taniguchi’dir. Taniguchi, 1974′deki makalesinde Dünya’da ilk kez nanoteknoloji kelimesini kullanmıştır. Belki Tangiuchi’den önce de birileri nanoteknoloji kelimesini kullanmıştır ama kelimeyi basılı olarak ilk defa yayınlayan Taniguchi olunca, kelime ona atfedilmiştir (Web Sayfası 3, 2009).
Nanoteknoloji alanındaki bir başka fikir adamı ise Eric Drexler’dır. Eric Drexler ilk nanoteknoloji derecesini almış, ilk nanoteknoloji dersini vermiş ve 1986’da ilk nanoteknoloji kitabını yazmıştır (Web Sayfası 3, 2009). Foresight Enstitüsü’nün kurucusu Drexler, MIT laboratuarındaki çalışmaları sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler yapılabileceğini öneren “Yaratma Makineleri” adlı bir kitap yazmış ve kitabında “Moleküler Üretim” adlı bir teknolojiyi tanıtmıştır (Web Sayfası 3, 2009; Web Sayfası 4, 2007).
Boyutların iyice küçülmesi nedeniyle karşılaşılan problemlerin üstesinden, Taramalı Tünelleme Mikroskobunun ve Atomik Kuvvet Mikroskobunun keşfi gelmiştir. Gelişmiş mikroskoplar yüzeyde bulunan atomların ve moleküllerin gözlenmesine, atomsal düzeyde tepkimelerin izlenmesine olanak tanımıştır. Böylece 20. yüzyılın son çeyreğinde, doğada bulunmayan yeni nanoyapıların, atomsal düzeyde tasarlanarak sentezlenme devri başlamış ve atomik manipülasyonu kimyanın ‘deney beherinden’ çıkarıp, mühendislik dünyasına taşınmıştır (Çıracı, 2005; TÜSĐAD, 2008). Bu sayede insanoğlu maddeleri daha küçük boyutlarda incelemeye, atomsal düzeyde malzemeyi tasarlayıp yeni moleküller oluşturarak nanoteknolojiyle tanışmaya başlamıştır.
Nanoteknolojinin tarihsel gelişimi şu şekilde özetlenebilir:
1959: Richard Feynman ‘There is plenty of room at the bottom’ başlıklı konuşmasını yapmıştır.
1981: G. K. Binnig ve H. Rohrer atomları tek tek görüntüleyebilmek için STM’yi icat etmişlerdir.
1985: R. Curl Jr. Karbon 60’ı keşfetmişlerdir.
1986: K. E. Drexler moleküler makineler yapılabileceği fikriyle ‘Yaratma Makinaları’ adlı kitabını yayınlamıştır.
1987: Đletkenliğin kuantum özelliği ilk defa gözlenmiştir. 1987: T. A. Fulton ilk defa tek elektron transistörü yapmıştır. 1988: W. De Grado ve ekibi ilk defa suni protein yapmışlardır. 1989: IBM’ de 35 Xe atomundan IBM yazısı yazılmıştır. 1991: Lijima çok duvarlı karbon nanotüpleri keşfetmiştir.
1993: Lijima ve Buthune tek duvarlı karbon nanotüpleri keşfetmiştir. 1998: C. Dekker ve ekibi TUBEFET yapmıştır.
1999: M. Reed ve J.M. Tour ilk defa tek organik molekül ile elektronik anahtar yapmıştır.
2000: ABD’de ilk defa nanoteknoloji araştırmaları için 422 milyon $ kaynak ayrılmıştır. 2001: ZnO nanotel lazeri yapılmıştır.
2002: Süperörgü nanoteller yapılmıştır.
2005: Đlk defa dört tekerlekli nano araba modeli hareket ettirilmiştir (Web Sayfası 16, 2008)
1.3. anoteknolojinin Amaçları
Nanoteknolojinin amaçlarını şu şekilde sıralayabiliriz: Nanometre ölçekli yapıların analizi,
Nanometre boyutunda yapıların fiziksel özelliklerinin anlaşılması, Nanometre ölçekli yapıların imalatı,
Nano ölçekli cihazların geliştirilmesi,
Uygun yöntemler bulunarak nanoskopik ve makroskopik dünya arasındaki bağın kurulmasıdır (Web Sayfası 8, 2007).
1.4. anoteknolojinin Önemi
Nanoteknoloji, atomlar ve moleküller seviyesinde (1 ila 100 nanometre skalasında) çalışarak, gelişmiş ya da tepeden tırnağa yeni fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklere sahip yapıların elde edilmesine imkan sağlaması açısından önemlidir. Teknik açıdan açıklamak gerekirse malzeme özellikleri ve cihazların çalışma prensipleri, genel olarak 100nm’den büyük boyutları temel alarak yapılan varsayımların sonucunda ortaya çıkarılmış geleneksel modelleme ve teorilere dayanmaktadır. Kritik uzunluklar 100nm’nin altına indiğinde, geleneksel teori ve modeller ortaya çıkan özellikleri açıklamakta çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Nanoteknoloji işte bu noktada devreye girmektedir. Daha sağlam, daha kaliteli, daha uzun ömürlü, daha ucuz, daha hafif ve daha küçük cihazlar geliştirme isteği, birçok iş kolunda gözlenen eğilimlerdir. Minyatürizasyon olarak da tanımlanabilecek bu eğilim, birçok mühendislik çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Minyatürizasyon, kullanılan parçaların daha az yer kaplamasından ziyade, üretimde daha az malzeme, enerji, daha çok fonksiyon ve kullanımda kolaylık göstermesi bakımından önem arz etmektedir (Web Sayfası 7, 2009).
20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren birçok endüstride üstün kalite anlayışı gelişmiştir. Mikroteknoloji ürünü olarak tanımlanabilecek parçalar, otomobil, elektronik, iletişim gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılır olmuştur. Günümüzde ise mikroteknolojilerden daha küçük teknolojilerin, yani nanoteknolojinin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Nanoteknoloji sayesinde sanayide, bilişim teknolojilerinde, savunma, malzeme, sağlık sektöründe ve daha birçok alanda yeni ürünler geliştirilecek, günümüzün üretim süreçleri ve yöntemleri değişecektir. Bu teknolojiye yatırım yapılan ülkelerde ekonomik değerler yaratılacak, bu da toplumların yaşam kalitesi geliştirecektir (Web Sayfası 7, 2009).
1.5. anoteknolojinin Uygulama Alanları ve Etkileri
Mikron boyutlarında yaşanan gelişmeler, sadece masaüstü ya da diz üstü sistemler için geçerli olmaktan çıkmıştır. Bilgi işlemci arenasındaki yarışta hayati önem taşıyan nanoteknoloji, artık hayatın her noktasında kendini göstermektedir. Tarım, biyoloji, mekanik, elektronik, tıp ve kimya alanlarında uygulanan yeni yöntemlerle de, nanoteknolojinin nimetlerinden faydalanabilmektedir. Bu sayede geliştirilen yeni ürün, hizmet ve yöntemler, günlük hayata girmeye hazırlanmaktadır (Web Sayfası 13, 2008).
Đleriki yıllarda nanoteknoloji sayesinde süperkompüterlere mikroskop altında bakılabilecek, insan vücudunun içinde hastalıklı dokuyu bulup iyileştiren, ameliyat yapan nano robotlar bulunabilecek, insan beyninin kapasitesi ek nano hafızalarla güçlendirilebilecek, kirliliği önleyen nano parçacıklar sayesinde fabrikalar çevreyi çok daha az kirletecek, açlık tehlikesinin önüne geçilebilecek, enerji sorunu ortadan kaldırılabilecektir. Ulusal güvenliği ilgilendiren konularda nano malzeme bilimi, yeni savunma sistemlerinin geliştirilmesinde, haber alma konularına yönelik çok küçük boyutlarda aygıtların yapılmasında kullanιlacaktιr. Birim ağırlık başına şu andakinden 50 kat daha hafif ve daha dayanıklı malzemeler üretilebilecek ve bunların sonucu olarak insanιn günlük yaşamında kullandığı tekstil ürünleri gibi ürünler değişecektir (TÜBĐTAK, 2004).
Nanoteknolojinin etkilediği alanları göstermek amacıyla, 2004 yılında nanoteknoloji tabanlı Ar-Ge yapan ürünleri üreten, satan ve kullanan şirketlerin alanlara göre dağılım grafiği aşağıda verilmiştir (Web Sayfası 39, 2007):
Grafik 1. Nanoteknoloji Uygulama Alanları
Grafik 1’de görüldüğü üzere nanoteknoloji birçok sanayi alanını etkilemektedir. Nanoteknolojinin en çok etkilediği alan, Sağlık/Biyomedikal alanıdır. Nanoteknolojinin etkilediği alanlar şu şekilde özetlenebilir (Web Sayfası 16, 2008):
1.5.1. Malzeme ve Đmalatı: Nanoteknoloji, gelecekte yapılması düşünülen malzeme ve aygıt üretim yöntemlerinin değişmesini, nano ölçekte işlevi olan malzeme ve aygıtların mikroskobik boyutta malzeme içine yerleştirilmesini ve bunların çok miktarda hatasız üretilmesi için yeni yöntemlerin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Nano ölçekte daha hafif, daha sağlam, programlanabilir malzemeler olması, daha az malzeme kullanım, üretim safhasında daha az enerji gereksinimi ve artık malzeme üretmemesi gibi avantajlar nano imalatta önemli hususlardır.
1.5.2. anoelektronik ve Bilgisayar Teknolojisi: Nano ölçekte elektronik devre elemanlarının üretilmesiyle bilgisayarların mimari tasarımında da değişiklikler meydana gelecektir. Nano ölçekteki devre elemanları daha az enerji ile üretildiğinden, bu bilgisayarlar daha küçük, hız ve kapasite bakımından daha büyük olacaklardır.
1.5.3. Havacılık ve Uzay Çalışmaları: Nano yapılı malzemeler daha hafif, daha sağlam, sıcağa karşı daha dayanıklı olmaları sebebiyle roket ve uzay istasyonlarının
yapımında önemli olmaktadır. Muhtemel uygulamalar; az enerji gerektiren, radyasyona karşı dayanıklı, yüksek verimli bilgisayarların yapımı mikroölçekteki uzay araçlarında kullanılabilecek nano ölçekte aletler, nano yapılı algılayıcılar ve nano elektronik ile desteklenen uçuş sistemleri yapımı, ısıya dayanıklı nano yapılı kaplama malzemeleri olabilir.
1.5.4. Tıp ve Sağlık: Proteinler, protein kompleksleri, dokular, kromozomlar, lipitler, karbonhidratlar, nano ölçekteki malzemelere örnek olarak gösterilebilir. Nano ölçekteki aygıtlar sayesinde hastalıkların teşhisi ve tedavisinde yeni yöntemler geliştirilecektir. Bu sayede hasar görmüş sinir hücreleri onarılabilecek, hastalıklı yapılar yok edilebilecektir.
1.5.5. Çevre ve Enerji: Yakın bir zaman içerisinde, insanlığın temel problemleri sıralamasında 1. sırada enerji, 4. sırada çevre yer alacaktır. Nanoteknolojinin, enerjinin verimli kullanılmasında, depolanmasında ve üretilmesinde uygulama alanları vardır. Nanoteknolojik olarak üretilen otomobiller, daha az yakıt harcayacağı için çevreyi az kirletecek ve ekonomik olacaktır. H depolama ile hidrojen enerjisiyle çalışan otomobiller kullanılacak, sonucunda da çevre dostu yakıt tüketimi gerçekleşecektir. Ayrıca, insanlığın temel problemlerinin 2. sırasında su yer almaktadır. Nano filtreler sayesinde, temiz su eldesi mümkün olabilecektir (ot: Etkinlik 17’de ayrıntılı bilgi verilmiştir).
1.5.6. Biyoloji ve Tarım: Biyosentezleme ve biyoişleme yeni kimyasal ve ecza malzemeleri sağlayabilir. Biyolojik yapıtaşlarının suni malzemelerin ve aygıtların içine yerleştirilmesi ile biyolojik işlev ve başka istenen özelliklere sahip malzemeler üretilebilir. Tarımda da nanoteknolojinin kullanım alanları vardır. Örneğin bitkileri böceklere karşı korumak için moleküler seviyede kimyasalların geliştirilmesi; hayvanlar ve bitkilerin genlerinin, hayvanlar için ilaçların, DNA testleri için nanoölçekte kontrol yönetmelerinin geliştirilmesi sağlanabilir.
1.5.7. Savunma: Nanomalzemelerde yapılmış bazı aygıtlar daha hafif ve daha sağlam, daha uzun ömürlü olabilir, nano algılayıcılar ile zararlı gazlar ve radyoaktif serpinti tespit edilebilir, nano ve mikro mekanik aygıtların birleştirilmesi ile nükleer savunma sistemleri kontrol edilebilir. Nanoteknoloji ürünü tekstil malzemeleri ile akıllı
giyecekler yapılabilir. Akıllı giyecekler ile ‘süper asker’ modeli oluşturulabilir. Askerin üzerinde giydiği akıllı üniforma; lazer silahıyla nişan aldığında haber verecek, enerjiye ihtiyacı olduğunda güneş pili gibi çalışacak, zehirli biyolojik ve kimyasal gazları tespit edebilecek ve gece karanlığında kendi askeri tarafından tanınabilecek, ama aynı zamanda çok hafif olacaktır (ot: Etkinlik 21’de ayrıntılı bilgi verilmiştir).
1.5.8. Bilim ve Eğitim: Nanoteknoloji disiplinler arası bir alandır. Fizik, kimya, biyoloji gibi temel bilimler ile malzeme, elektronik, kimya, makine, bilgisayar mühendisliği gibi uygulamalı bilimlerin ortak alanına nanoteknoloji girmektedir. Bu nedenle, eğitim programlarında bu gelişmeye uygun olarak yeni düzenlemeler yapılması gerekmektedir.
Roco (2002)’ya göre, eğitim programlarının, mikroanalizlerden-nanoölçeği anlamaya ve nanoölçekteki maddeleri yaratıcı şekilde kullanmaya kadar tümüyle yeniden yapılanmaya ihtiyacı vardır.
1.6. anoteknoloji Yatırımları
1.6.1. ABD
Nanoteknoloji ekonomistlerinin isteği üzerine Başkan Bill Clinton tarafından yaklaşık 13 yıl önce ABD’de en kritik ve öncelikli yatırım ilan edilmiştir. Bilişim ve haberleşmeden başlayıp, savunma sanayi, uzay ve uçak sanayi, tıp, moleküler biyoloji ve gen mühendisliği gibi alanları doğrudan etkileyen nanoteknoloji için ABD, aralarında NASA’nın da yer aldığı 9 ulusal laboratuarında 5 milyar dolara yakın kaynak harcamıştır (Web Sayfası 8, 2007). Bunun sonucunda ABD’de büyük araştırma merkezleri kurulmuştur. ABD’de yalnızca devlet ajanslarının (NSF, DoD, DoE, NIH, NASA, NIST, DoA, DoT, DoJ gibi) nanobilim ve nanoteknoloji için ayırdıkları araştırma bütçeleri milyon dolar olarak 270 (2000), 467 (2001), 604 (2002), 710 (2003) ve en son 2004’te de 3 milyar dolardan fazladır (TÜBĐTAK, 2004).
ABD’de, “Nanoteknoloji Đnisiyatifi” (NNI) 2002 yılında kurulmuştur. NNI’nın amacı, nanoteknolojiyi acil ulusal bir görev olarak desteklemektir. Mali desteğin en büyük kısmı Ulusal Bilim Vakfı’na (NSF), Savunma Bakanlığı’na ve Enerji Bakanlığı’na
aittir. Ayrıca yedi ayrı bakanlığın da kendi nanoteknoloji bütçeleri vardır. Hemen hemen bütün büyük bilim-teknoloji üniversitelerinde ve kısmi olarak da üniversite-dışı alanlarda, yüzden fazla nanoteknoloji araştırma merkezi kurulmuştur. Bazı araştırma alanlarında, kamu-özel ortaklıkları da vardır (TÜSĐAD, 2008).
1.6.2. Japonya
Günümüzde Japonya, kamu tarafından finanse edilen nanoteknolojik araştırmalarda dünya çapında lider bir konuma sahiptir. Hem uygulamaya yönelik, hem de temel araştırma alanlarında, çok sayıda nanoteknoloji araştırma programı kurulmuştur. Japonya’da, “Atom Teknolojisi Ortak Araştırma Merkezi (JRCAT)” ve “Fizik ve Kimya Araştırma Enstitüsü (RIKEN)” adında çok önemli iki nanoteknoloji araştırma kuruluşu mevcuttur. Bu arada, Japonya’daki nanoteknoloji faaliyetlerinin merkezi olan, “Ulusal Đleri Endüstri Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü”ne (AIST) ait “Nanoteknoloji Araştırma Enstitüsü” (NRI) de kurulmuştur. Bunlardan başka, özellikle nanoelektronik alanında, toplu araştırma çabalarıyla uğraşan birçok endüstriyel ortaklık da bulunmaktadır. 2000 yılında Japonya nanoteknoloji/malzemeler alanını, doğa bilimleri (biyoteknoloji), enformasyon teknolojisi ve çevre/enerji alanlarıyla beraber, dört öncelikli araştırma alanından biri olarak kurmuştur. Tüm bunlar, Japon ekonomisini yeniden canlandırmak ve rekabetçi bir çizgide kalabilmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu nedenden ötürü devletin nanoteknoloji alanına sağladığı kaynaklar kararlı bir şekilde artmıştır (TÜSĐAD, 2008).
1.6.3. Çin
Çin’in 5 yıllık NNI programı 2001 yılında başlatılmıştır. Kaynakların, kaba olarak yarı yarıya destek sağlaması beklenen “Bilim ve Teknoloji Bakanlığı”ndan, “Devlet Gelişme ve Planlama Komisyonu”ndan, “Eğitim Bakanlığı”ndan, “Çin Mühendislik Akademisi’nden ve “Çin Ulusal Bilim Kurumu”ndan gelmesi planlanmıştır.
1991’den 2001 yılına kadar olan on yılık süre içinde Çin, ABD, Japonya’dan sonra, nanoteknoloji konusundaki yayımlar sayısında üçüncü sıraya yerleşmiştir. 1985’le 2001 yılları arasında Çin’de verilmiş 956 nanoteknoloji patenti bulunmaktadır. Çin’de nanomalzemeler alanındaki patentlerin sayısı dünya
toplamının %9’u kadardır. Bunların yanında nanobiyoloji ve nanoelektronik alanlarındaki patentler, sırasıyla, dünya toplamının yalnızca %3 ve %1’i kadardır (TÜSĐAD, 2008).
Bilimin kalkınmadaki rolünü iyi bilen Çin’de, nanoteknoloji konusunda, bir milyon uzman ve araştırmacı yetiştirmek üzere yeni programlar başlatılmıştır.
1.6.4. AB Ülkeleri
Avrupa Birliği, 10 yıl sonraki teknolojisinin ABD ve Japonya ile yarışabilmesi için 6. Çerçeve Programında nanobilim ve nanoteknolojiyi öncelikli alan olarak ilan etmiş ve nanoteknoloji desteğini yıllık en az 150 milyon Avro'ya kadar yükselmiştir. Çok-fonksiyonlu malzeme, yeni üretim işlemleri ve aygıtlarına dayalı olan nanoteknolojiler ve nanobilim öncelikli çalışma alanı olarak belirlenmiş, sonraki sırayı sağlığa yönelik genom bilimi ve biyoteknoloji ve bilişim toplumu teknolojileri almıştır. Avrupa Birliği çapındaki nanoteknoloji finansmanının yanında, birçok Avrupa ülkesinde (örneğin Almanya, Fransa, Đngiltere, Hollanda, Đspanya, Đsveç ve Đsviçre), nanoteknoloji alanında özel araştırma programları kurulmuştur (TÜBĐTAK, 2004; TÜSĐAD, 2008).
1.6.5. Almanya
Almanya, nanoteknolojinin önemini çok erken kavramış ve 1980’li yıllardan başlayarak nanoteknoloji araştırmalarını desteklemeye başlamıştır (Web Sayfası 19, 2008). 1998 yılında BMBF (Almanya Eğitim ve Bilim Bakanlığı), altı nanoteknoloji yetki merkezini (CC) kurmuş ve ilk olarak ortak araştırma projeleriyle nanoteknoloji alanında çok bölümlü desteklemeyle başlamıştır. Araştırmalarda, nanoyapılı malzemelere ve biyonanoteknolojiye özel bir ilgi gösterilmiştir. Federal Devlet; elektronik, optik bilimler ve mühendislik imalatı, kimya, malzemeler, biyoteknoloji ve analitiği de içeren geniş çaptaki sektörlerde nanoteknoloji öneminin farkındadır. Bu nedenden ötürü de nanoteknolojiyi anahtar araştırma politikası önceliği haline getirmiştir. Nanoteknolojinin ticari ve iş alanı yaratan potansiyelinden yararlanılmasını, bunun yanında da fırsatlarla riskler konusunda da kapsamlı bir diyalogun sürmesini de desteklemektedir (TÜSĐAD,2008).
1.6.6. Đngiltere
1986 yılında, Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NION), Ticaret ve Endüstri Bakanlığı (DTI) tarafından başlatılmıştır. Bu adım, nanoteknolojiye doğru Avrupa’daki ilk olmasa bile ilklerden biri olan bir girişimdir. Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NION)’nin amacı, nanoteknoloji konusunda bilinç oluşturmaktır. Nanoteknoloji Strateji Komitesi (NSC), hükümeti nanoteknolojinin tüm yönleriyle ilgili olarak tavsiyelerde bulunmak amacıyla kurulmuştur (TÜSĐAD, 2008).
Nanoteknolojiye yapılan yatırımlar yıllara göre milyon $ olarak şu şekilde gösterilebilir (Web Sayfası 19, 2008):
Şekil 2. Nanoteknoloji Yatırımları
Şekilden de anlaşılacağı üzere, 1997 yılında nanoteknoloji yatırımları, diğer yıllara göre çok azdır. Ancak 2000’li yıllara gelindiğinde, nanoteknolojiye verilen önemin daha çok arttığı görülmektedir. Özellikle ABD ve Japonya nanoteknolojinin önemini anlamış, bu doğrultuda yatırımlarını yapmıştır.
Nanoteknoloji yatırımlarını Roco (2004) farklı bir şekilde özetlemektedir. Tablo 1’de 1997’den başlayarak 2004’e kadar farklı ülkelerin yaptığı yatırımlar ve 1997 yılı taban alınarak nanoteknoloji yatırımlarındaki artış yüzde olarak gösterilmektedir:
Ülke 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Batı Avrupa 126 151 179 200 ~225 ~400 ~650 ~900 Japonya 120 135 157 245 ~465 ~720 ~800 ~900 ABD 116 190 255 270 465 697 862 960 Diğerleri 70 83 96 110 ~380 ~550 ~800 ~900 Toplam 432 559 687 825 1535 2367 3122 3660 (1997’nın yüzdesi) %100 %129 %159 %191 %355 %547 %722 %847
Tablo 1. 1997-2003 Yılları Arasında Nanoteknolojiye Yapılan Yatırımlar
Burada dikkat edilmesi gereken nokta, 1997 yılından 2004 yılına gelindiğinde nanoteknolojiye yapılan devlet yatırımlarının yaklaşık olarak %750 arttığıdır. Bu artış özellikle 2000 yılından sonra kendini daha çok göstermektedir. Tabloda dikkat edilmesi gereken diğer nokta, ABD ve Japonya’nın yapmış olduğu yatırımlar Batı Avrupa ve diğer ülkelerin yaptığı yatırımlara hemen hemen eşit değerdedir. Japonya ve ABD, dünyada nanoteknoloji araştırmalarında lider konuma sahip ülkelerdir.
1.7. Türkiye’deki Durum
Türkiye, insan yaşamını birkaç on yıl içinde büyük ölçekte yeniden düzenleyecek olan nanoteknoloji gelişmelerine şu ana kadar seyirci kalmıştır. Özel olarak nanobilim ve nanoteknoloji araştırmalarına yönelik kapsamlı bir araştırma planı bulunmamaktadır. Avrupa Birliği; 6. Çerçeve Programı için hazırlanan bir raporda, Avrupa’da ulusal bir nanoteknoloji planı bulunmayan ülkelerin sadece Malta ve Türkiye olduğu belirtilmiştir (TÜBĐTAK, 2004).
Türkiye’de nanoteknoloji araştırmaları çeşitlilik göstermesine karşın, belirli konularda dünya çapında otorite olabilecek bir gruplaşma mevcut değildir. Ülke genelinde benzer konularda çalışan bilim adamlarının, UNAM çatısı altında müşterek çalışmalarıyla kritik değere sahip bazı alanlarda önemli çalışmalar yapması mümkün olacaktır. Kaynakların yetersiz olması, belirli konuların öne çıkarılmasını gerektirmektedir. Son 10 yıl içerisindeki uluslararası bilimsel dergilerde (SCI dergileri) yayınlanan Türkiye adresli nanoteknoloji makaleleri incelendiğinde, ortaya çıkan tablo pek iyimser değildir. 4. sanayi devrimi olarak kabul edilen nanoteknoloji alanında, Türkiye’nin gelişmiş ülkelerle olan farkı gittikçe açılmaktadır. Örneğin; Đsrail ve Yunanistan yıllardır nanoteknolojiye yaptıkları yatırımın meyvelerini toplamaya başlamışlardır. Bir milyon nüfus başına düşen makale sayısına bakıldığında Türkiye, komşusu Yunanistan’dan 12 kat daha düşüktür. Đran’da 2005 yılında Ulusal Nanoteknoloji Enstitüsü kurulmuş ve yatırımlar günümüzde de devam etmektedir. Uluslararası dergilerde çıkan makalelerin sayısından ziyade, çalışmaların ne kadar etki yaptığı daha önemli bir faktördür. Bir çalışmanın uluslararası camiada etkinliğini ve önemini gösteren faktörlerden birisi h-indistir. Bu indise göre kıyaslandığında, 6 milyon nüfusa sahip Đsrail, Türkiye’den onlarca kez daha etkin araştırmalar yapmaktadır. Bu durum Şekil 3’te açıkça görülmektedir (Web Sayfası 19, 2008):
Türkiye’de, makale sayılarından ziyade proje tekliflerindeki başarısızlıklarda düşündürücüdür. Türkiye tarafından 6. Çerçeve Programında projelere verilen teklifler ve bu tekliflerin başarı oranları Tablo 2’de gösterilmiştir (Web Sayfası 10, 2008):
ALA TEKLĐF BAŞARI ORAI
(%) Genbilim ve Sağlık Biyoteknolojisi 28 4,8
Bilgi Toplumu Teknolojileri 109 10
Nanoteknolojiler, Akıllı Malzemeler,
Yeni Üretim Süreçleri 136 5,6
Havacılık ve Uzay 8 9,0
Gıda Güvenliği ve Sağlık Riskleri 34 4,35
Sürdürülebilir Kalkınma 72 11,45
Avrupa Açık Bilgi toplumunda
Yurttaşlık ve Yönetişim 24 6,6
Tablo 2. Türkiye Tarafından 6. Çerçeve Programında Sunulan Projelerin Alanları ve Başarı Oranları
Tablodan şu yorum okunmaktadır: Uluslar arası indekslere giren yayınlarda üstün görülen sağlık alanı, Avrupa Birliği 6. Çerçeve Programına proje sunumunda hem sayıca yetersiz, hem de başarı oranında geride gözükmektedir. Nanoteknoloji, ‘Akıllı Malzemeler ve Yeni Üretim Süreçleri’ alanında proje sayısı yüksek olup başarı oranının düşük olması dikkat çekmektedir (Web Sayfası 10, 2008). Bu durum, Türkiye’deki çalışmaların ve araştırmaların yetersizliğinden kaynaklanmaktadır.
Türkiye’de nanoteknoloji çalışmalarını kapsamlı bir şekilde yürütebilmek amacıyla Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM) kurulmuştur. Nanoteknolojideki yönelimler ve gelişmelere uygun olarak UNAM’ın araştırma alanlarına nanobiyoteknoloji, nanomalzeme ve kimya, enerji ve hidrojen ekonomisi, nanotriboloji, yüzey kaplama, katalizör tasarımı gibi çok güncel konular eklenmiştir. UNAM, dünyada
devam eden nanoteknoloji yarışında Türkiye’ye önemli fırsatların kapısını açmayı amaçlamaktadır. Bunun için UNAM’ın kuruluşuna ve çalışmasına yönelik önemli stratejik politikalar saptanarak, uygulamaya başlanmıştır. Bunlardan en önemlisi eğitimdir. Đçinde bulunulan yıllar itibariyle, nanoteknoloji alanında Türkiye’deki araştırıcı uzman sayısı çok azdır. Bu nedenle bu uzmanların bir an önce eğitimlerini almaları ve UNAM laboratuarlarında profesyonel araştırma deneyimi kazanmaları beklenmektedir. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji konusundaki çok disiplinli yüksek lisans ve doktora programı UNAM’daki çalışmaların temelini oluşturmaktadır (Web Sayfası 12, 2008).
1.8. anoteknoloji ve Eğitim
Nanoteknoloji; fizik, kimya, biyoloji, mühendislik, bilişim teknolojisi ve metroloji gibi nanoteknolojik araştırma ve ürün geliştirmeyle uğraşan, ilgili alanlarda çalışan bilim insanlarını bir araya getiren çokdisiplinli bir alandır. Nanoteknolojinin ticari potansiyelinden yararlanmak için gerekli olan becerileri geliştirmek, birçok ülkede önemi bir tavır olarak belirlenmiştir. Başta ABD olmak üzere bazı ülkeler, bu gereklilikleri sağlayabilmek amacıyla çeşitli faaliyetlere bulunmuşlardır. Ancak şimdiye kadar, nanoteknolojiyle ilgili üniversite müfredatını da uyarlamış olan yalnızca birkaç yaklaşım mevcuttur. Günümüzde, her ne kadar önemli sayıda araştırma üniversitesi bu alanda kurs veriyor olsa da, nanoteknoloji alanında diploma sağlamakta olan çok az sayıda üniversite bulunmaktadır. Birçok üniversite, disiplinlerarası merkezlerde lisans deneyimi sunmaktadır. Ayrıca Almanya, Đsviçre ve Danimarka gibi ülkelerde, nanoteknoloji diplomaları ve programlarına yönelik yaklaşımlar mevcuttur. Her ne kadar nanoteknoloji alanında eğitim vermenin önemi tartışılamayacak kadar büyük olsa da, hangi yaklaşımın gelecek için iyi eğitilmiş çalışanlar ve öğrenciler sağlamak üzere en uygun olduğu konusunda anlaşmazlıklar vardır. Endüstri taraflarında, iyi bir nanoteknoloji uzmanının bu alanda çok derin bir bilgisi olması gerektiği ve bunun yanında da diğer disiplinlerden insanlarla konuşabilme yetisine de sahip olması gerektiği sıkça tartışılmaktadır. Nanoteknoloji, disiplinlerarası ve çokdisiplinli bir alan olmasına rağmen, öğrencilerin fazlasıyla geniş bir eğitim almaları, fakat bu alanlardan herhangi birinde yeterli ve önemli katkılar sağlamaya yetmeyecek kadar da yetersiz bilgiyle donatılmış bir şekilde mezun olmaları konusunda endişeler vardır (Luther, 2004).
1.9. anoteknoloji Eğitiminin Önemi
Nanoteknolojinin özü, 1nm’den 100nm’ye kadar atomik, moleküler ve moleküler altı düzeylerde çalışabilmektir ki; bunun amacı küçük yapılı aygıt, materyal ve temel özellikteki sistemleri yaratmak, kullanmak ve işlemektir. Eğitim sürecindeki amaç ise, nanoölçekteki işlemleri, nanoyapıları, nanoölçüdeki konuları anlamaktır. DNA’nın yapısına baktığımızda, ortaya çok uyumlu bir mimari yapı çıkmaktadır. Bu şekildeki yapılar, günümüzde kullanılan makinelerin daha farklı yapılabilmesi için ilham verir. Çünkü tüm maddelerin oluşumu aslında nanoölçektedir ve onların özellikleri bu skalada biçimlendirilir. Bu nedenle nanoteknoloji tüm insan yapımı maddelerin devrimleşmesini sağlayabilir (Roco, 2002).
Bilim; fizikten kimyaya ve mühendisliğe kadar hepsi temel yapılar, prensipler ve araştırma araçları nanoölçek üzerinde birleşmektedir. Nanobilim, ortak çalışma alanlarının temel araştırma ve eğitimlerin ortaya çıkmasını sağlar. Geçen yüzyıldaki mekaniksel aygıtlar, insanlığa fiziksel uzunluğun ötesine ulaşabilmeyi sağlamış ve teknolojik uygarlık getirmiştir. Nanoteknoloji de, maddelerin yapıtaşları üzerinde çalışılabilmeyi ve maddelerin yapıtaşlarının belirlenip değiştirebilmesini mümkün kılmıştır (Roco, 2002).
1.10. Problem Cümlesi
Nanoteknoloji eğitiminin ortaöğretim kurumlarındaki mevcut durumu nedir ve nanoteknoloji eğitimi, diğer ülkelerde ve Türkiye’deki ortaöğretim kurumlarında nasıl uygulanmaktadır?
1.11. Alt Problemler
1) Nanoteknoloji eğitiminin ortaya çıkmasındaki nedenler nelerdir? 2) Nanoteknoloji eğitimindeki zorluklar nelerdir?
3) Lise müfredatına nanoteknoloji nasıl entegre edilir? 4) Gelişmiş ülkelerdeki nanoteknoloji eğitimi ne düzeydedir? 5) Türkiye’de nanoteknoloji eğitimi ne düzeydedir?
6) Türkiye’de ortaöğretim seviyesinde nanoteknoloji eğitiminin verilebilmesi için nasıl bir yol izlenmelidir?
1.12. Araştırmanın Amacı ve Önemi
Bilim ve teknoloji alanında yapılan çalışmaların temel amacı, ulusal kalkınmanın hızlandırılması için gerekli koşulları oluşturmak ve rahat ve konforlu bir ortamda yaşama imkanlarını insanlığın hizmetine sunmaktır. Bilim ve teknoloji alanında gelişmiş ülkelerle, gelişmemiş ülkeler arasındaki farkın günden güne arttığı gözlenmektedir. Türkiye, bu farkı kapatma çabası içinde olmak zorundadır. Bu gaye için, eğitim sistemi de diğer toplumsal sektörler içinde çağdaş ve modern bir zihniyetle yerini almalıdır. Bilimsel becerilere sahip bireyler yetiştirmek, hem ülkenin bilim ve teknoloji alanında ilerlemesi, hem de bireyin gelişmesi yönünden önemlidir (Aktaran: Arslan, 1995: 6).
Zamanında endüstriyel ve mikroelektronik-enformatik devrimlerini yakalayamayan Türkiye’de, ekonomik, bilimsel gelişme ve refah için, nanoteknoloji yakalanabilinecek en son fırsattır. Bu fırsatın yakalanabilmesi ancak, ulusal boyutta uzman kadronun güçlendirilmesi, eğitim ve nesilden nesile aktarılacak teknoloji birikiminin önünün açılması ile mümkün olacaktır. Bu yolların açılması ile Türkiye, kritik olan bu uygarlık ve refah düzeyine çok daha aktif olarak katkı sağlayabilecektir (TÜBĐTAK, 2004).
Çıracı (2007)’ya göre inovasyon (yenileşim), belli ortamlarda gelişen bir yetenektir. Sanayilerini acımasız bir rekabet altında yıllardır sürdürdükleri Ar-Ge çalışmalarını ve yaratıcılıklarını kullanarak geliştiren ülkeler, nanoteknoloji konusunda çok yol almışlardır. Ar-Ge ve inovasyon konusunda rakiplerden geri kalındığı bilinci ile bu yeteneğin geliştirilmesi konusunda çok hızlı ve planlı hareket edilmelidir. Bu nedenle ilk ve ortaöğretimde öğrencilerin yapıcı ve ekip çalışmasına yatkın olarak yetiştirilmesi için titizlik gösterilmelidir. Özellikle öğrencilerin yeni bir şeyi araştırıp bulmak yönünde çabaları ödüllendirilmeli ve ezberciliğe pirim verilmemelidir.
Kurtz (2006)’a göre 21. yüzyıl öğrencilerinin ana çalışma hedefleri, nanoteknoloji alanında olacaktır. Ülkelerin gelişmesi için de, bu düzeydeki eğitim çok önemli ve gereklidir. Nanobilim ve teknoloji eğitiminin lisede olması, öğrenciler arasında ilgi uyandırmak değil, öğrencilerin gelecek teknoloji bilgilerine zemin oluşturması bakımından önemlidir.
Bu araştırmanın amacı, “Öğrencilerin metre ve milimetre gibi ölçülerden sonra nano seviyesindeki ölçekleri kavramasını sağlamak ve öyle düşünerek fen-teknoloji-toplum ilişkisini kurmaktır”. Nanometrik ölçüler yanında, nanoteknolojinin uygulama alanlarını da kavramaları ve bu ölçüde hayaller kurmaları, öğrencilerin gelecek teknoloji bilgilerinin artmasını sağlayacaktır.
Gelişmiş ülkeler, teknoloji programlarına ilave olarak eğitim programları oluşturmuş ve bunları da uygulamaya koymakta erken davranmıştır. Her geçen gün gelişen teknoloji karşısında, öğrencilerin yeni teknolojileri takip edebilmesi ve onların bu konular üzerinde yoğunlaşması için, Milli Eğitim Bakanlığı müfredatında zorunlu ve acil yenilikler yapılmalıdır.
1.13. Varsayımlar
1) Bilim ve teknolojideki gelişmeler eğitim programlarını etkilemektedir.
2) Ele alınan kaynakların incelenmesi, ulaşılabilen programların değerlendirilmesi açısından yeterlidir.
3) Bilimsel makalelerden toplanan veriler, nanoteknoloji eğitimi hususunda amaçlanan gerçeği yansıtmaktadır.
1.14. Sınırlılıklar
1) Araştırma ortaöğretim kurumları ile sınırlıdır. 2) Çalışma konusu nanoteknoloji eğitimi ile sınırlıdır. 3) Araştırma, ulaşılabilen bilimsel çalışmalar ile sınırlıdır.
BÖLÜM II
YÖ TEM
2.1. Araştırma Modeli
Bu araştırma nitel özellik göstermektedir. Araştırma yöntemi olarak da kütüphane araştırmaları kullanılmıştır.
Araştırmada veri toplama yöntemi olarak yazılı dokümanların incelenmesinden faydalanılmıştır.
“Yazılı doküman ve belgelerin analizi, nitel araştırmada, gerek kendi başına gerekse görüşme ve gözlemle elde edilen verilere destek amacıyla kullanılan bir veri toplama yöntemidir. Doküman incelemesi, araştırılması hedeflenen olgu veya olgular hakkında bilgi içeren yazılı materyallerin analizini kapsar” (Yıldırım ve Şimşek, 2005, s.41,187).
Araştırmada, nanoteknoloji eğitimi ile ilgili olarak bilimsel makaleler incelenmiştir.
Araştırmada, gelişmiş ülkelerin nanoteknoloji eğitimiyle ilgili çalışmalarına yer verilmiştir. Ayrıca, bu ülkelerde geliştirilen ders müfredatları da incelenmiştir.
2.2. Araştırma Evreni ve Örneklemi
Bu araştırmanın evrenini, nanoteknoloji eğitimi ile ilgili bilimsel makaleler ve diğer yayınlar oluşturmaktadır. Araştırmada, ulaşılabilen makaleler ve sadece nanoteknoloji üzerine kurulu web siteleri örneklemi oluşturmaktadır.
2.3. Veri Toplama Teknikleri
Bu çalışmada literatür tarama yönteminden yararlanılmış, veri toplama aracı olarak konuyla ilgili kaynaklar kullanılmıştır.
Araştırmada yararlanılan kaynakların bilimsel geçerliliğinin olmasına dikkat edilmiştir. Lise düzeyindeki öğrenciler için nanoteknoloji eğitimi konusu üzerine Türkiye’de araştırma olmadığından, Türkçe kaynak taranamamıştır. Yabancı kaynaklardan ise sadece Đngilizce kaynaklar incelenmiştir.
2.4. Verilerin Analizi
Araştırmanın amacı doğrultusunda nanoteknoloji eğitimiyle ilgili yapılan çalışmalara yer verilmiştir. Nanoteknoloji eğitiminin ortaya çıkışı ve çıkış nedenleri hakkında bilgi toplanmıştır.
BÖLÜM III
BULGULAR VE YORUM
3.1. anoteknoloji Eğitiminin Ortaya Çıkmasındaki edenler elerdir?
Bilim ve teknoloji alanında yapılan çalışmalar, ülkelerin gelişmişlik farkının da belirleyicisi olmuştur. Bu nedenle de mevcut dünya koşulları, her ulusu, kendi teknolojik programını hayata geçirip bunun devamını sağlamaya ve daha da ileri götürmeye sevk etmiştir (Web Sayfası 2, 2008).
Đletişimde, bilgi alışverişinde ve teknolojilerde çok hızlı bir değişimin olduğu, bilginin katlanarak arttığı ve her geçen gün daha yoğun teknoloji kullanılan bir çağ yaşanılmaktadır. Yaşanılan çağın diğer bir özelliği de, küreselleşme denilen olgu ve bunun sonucu ülkeler arasında artan rekabet ortamıdır. Bu rekabet ortamında başarılı olmak için ülkeler, bireylerini daha iyi eğitme yolunda birbirleriyle yarışmaktadırlar (Milli Eğitim Bakanlığı Tebliğler Dergisi, 2000). Đyi eğitilmiş bireylerin yetişebilmesi için de eğitim kurumlarına birtakım görevler düşmektedir. Bu görevleri Türkiye’de DPT (Devlet Planlama Teşkilatı, 1994) şu şekilde özetlemiştir:
1) Eğitim ortamı, dünyada tartışılan gelişmelerin en kısa sürede yansıdığı bir ortam olmalıdır. Soru soran, eleştiren, tartışmasını bilen, merak eden, bireye saygılı, özgürcü düşünüp yaratabilen insan yetiştirmek ilke olmalıdır.
2) Araştırmacının seçilmesi ve yetiştirilmesine ilkokuldan başlanmalıdır.
3) Eğitim kurumları ve programları için çizilecek program çerçevesi, mutlak olarak bilim ve teknoloji politikalarıyla tümleşik olmalıdır.
4) Eğitimin en temel amaçlarından biri, bilim ve teknoloji ile barışık bir toplum yaratma olmalıdır.
5) Bilimsel ve teknolojik gelişmelerden yararlanmak için sürdürülen sosyal uyum faaliyetlerinin çok büyük bir kısmı eğitim alanındadır. Sadece üretim değil,
yaşamın her alanında verimlilik, yaratıcılık ve kalite bilincine sahip mezunlara ihtiyaç vardır.
6) Gerekli olan insan tipi takım halinde çalışabilmeli ve karmaşık problemleri çözmek üzere disiplinler arası projeleri yürütebilmelidir.
7) Eğitimde esas önemli olan yüksek nitelikli, alanında yeni bilimsel ve teknolojik gelişmeleri sürekli izleyebilen ortalama uygulayıcıların artırılmasıdır.
8) Bilim ve teknoloji kültürü uzun süre, büyük yatırım ve iyi bir planlama gerektiren eğitim süreçleri ile gerçekleştirebilir.
9) Teknoloji ile barışık, modern teknolojiyi özümsemiş ve kendine özgü teknoloji üretebilen bir toplum amaçlanmaktadır.
Teknolojik kültürün oluşturulmasında esas görev eğitim kurumlarına düşmektedir. Yaşadığı ve çalıştığı teknolojik çevrenin genel mantığını kavramayan ve anlamlandıramayan insanların, teknolojik kültüre katkı yapmaları beklenemez. 21. yüzyılda rekabet etmenin ve var olmanın koşulu, yeni teknolojiler kullanarak üretim yapmaktır. Sanayi çağına yetişemeyen toplumlar, üretemedikleri teknolojileri transfer yoluyla kullanabilmişlerdir. Bu dönemde, yeni teknolojiyi üretmeyenlerin ise transfer yoluyla yeni teknolojileri kullanmaları zorlaşacaktır. Böyle bir geçiş döneminde yeni teknoloji ürünlerinin ilköğretim okullarında bulunması ve bu teknoloji kültürünün öğrencilere aktarılması gerekir. Bunu yaparken teknoloji eğitimi dersleri, yeni teknolojileri kapsamalı ve bilginin uygulamaya geçirilmesine olanak tanımalıdır (Akbaş, 2003). Günümüzdeki yeni teknolojik seferin nanoteknoloji olduğu kuşkusuzdur. Öyleyse nanoteknoloji eğitiminin de okullara götürülmesi ve öğrencilerle tanıştırılması gerekir.
Gelecek yıllarda da tüm dünyada nanoteknoloji çalışmaları hızla artarak devam edecektir. 2010 yılından önce, nanoteknoloji ürünleri ve hizmetleri pazarının, ABD ekonomisinde 1 trilyon dolara ulaşması ve dünyanın her yerinde 800.000 ila iki milyon yeni iş alanını ortaya çıkarması beklenmektedir. Şayet bu 10 yıldan daha kısa süre içerisinde 800.000 nanoteknoloji işçisine ihtiyaç duyulursa, “Đşletmelerin bu gerçeğe hazırlıklı olabilmek için aldığı herhangi bir tedbir var mıdır?” veya “Bölgedeki herhangi bir üniversite veya kolej, öğrencilere (yani gelecekteki işçilere) yarının iyi- maaşlı işleriyle rekabet edecek kadar fizik, kimya, biyoloji ve bilişimle desteği ve donanımı sağlıyor mu?” (Uldrich ve Newberry, 2005) gibi sorular ortaya çıkacaktır. Bu soruların
cevaplarını ise, ancak nanoteknoloji eğitimi ile bulmak mümkün olacaktır. Böyle bir eğitimi yapmak birtakım problemleri de beraberinde getirir. Nanoteknoloji eğitimi, yeni bir eğitim olduğundan, ilk olarak bu eğitimin hedefleri belirlenmelidir. “Böyle bir eğitimin ortaya çıkmasındaki nedenler nelerdir?”, “Bu eğitimin hedefleri neler olmalıdır?” gibi sorulara çözümler üretmek gerekmektedir.
Dünya, artan bir biçimde teknolojiye bağımlı hale gelmektedir. Gelişmiş ülkelerin başarıları, teknolojiyle birlikte artmaktadır. Teknolojiyle artan başarı, teknolojide yetenekli işçilerle sağlanır. Bu yüzden, böyle son derecede ileri teknoloji ortamında çalışmak için insanları fen ve mühendislik alanlarına hazırlamak gerekir. Eğer bütün insanlar teknolojide tüketim yerine üretim yapmaya hazırlanırsa, buna göre hazırlık yapılmalı ve fen eğitimi daha geniş bir kitleye hitap etmelidir (Stevens, Sutherland, Schank ve Krajcik, 2007).
Meyyappan (2004)’a göre 21. yy teknolojileri içerisinde nanoteknoloji, dünya çapında ilgiyi üzerine toplamıştır. Bundan dolayı, yeni kuşağın fen ve mühendislik eğitimleri de nanoteknoloji alanında olacaktır.
Roco (2002)’ya göre nano ölçekteki bilim ve mühendislik, bireylere tüm endüstriyi yeniden yapılandırmayı, doğayı kapsamlı bir şekilde yeniden şekillendirmeyi, kalabalıklaşan ve enerji kaynakları azalan bir dünyada hayat kalitesini nasıl arttırabileceğimiz hakkında insanlara fikir vermektedir. Bundan dolayı eğitim programlarının, mikroanalizlerden-nanoölçeği anlamaya ve nanoölçekteki maddeleri yaratıcı şekilde kullanmaya kadar tümüyle yeniden yapılanmaya ihtiyacı vardır. Birleştirilmiş bir eğitim sistemi; nano, mikro ve makro ölçeklerin anlaşılmasını öngörmektedir.
10-15 yıl içinde Dünyada yaklaşık 2 milyon (0,8 - 0,9 milyon US, 0,5 milyon – 0,6 milyon Japonya, 0,3 milyon – 0,4 milyon Avrupa, 0,1 – 0,2 milyon Asya [Japonya olmadan], 0,1 milyon diğer bölgeler) nanoteknoloji çalışanına ihtiyaç duyulacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle de, nanoteknolojinin hızlı bir şekilde ilerlemesi ve gelişmesi için, yetenekli yeni bir kuşağın eğitimi ve öğretimi şarttır. Benzer şekilde, nanoölçekteki kavramlar (atomik, moleküler ve atom altı parçacıklarda) da eğitim sistemi içine nüfus
etmelidir. Nanoteknoloji eğitim ve öğretimi, öğretimin bütün kademelerine tanıtılmalıdır (Roco, 2002).
3.2. anoteknoloji Eğitimindeki Zorluklar elerdir?
Nanoteknoloji eğitiminin şu anki tasarımı için fiziksel altyapısında bazı zorluklar bulunmaktadır. Temel zorluk, nanoteknolojinin disiplinler arası olmasıdır. Bir diğer zorluk ise nanoteknoloji eğitiminin ilkokul, ortaokul, lise, üniversite ve üniversite sonrasında desteklenme problemidir. ABD, bu zorlukları kaldırmak amacıyla Northwestern Üniversitesi, Cornell Üniversitesi, California, Los Angeles gibi üniversitelerden yardım almaktadır (Roco, 2003).
Ortaokul ve lise sınıflarında nanoölçeği öğretme fikri güçlendiği gibi, nanoölçeğin bu alana nasıl entegre edileceği ile ilgili sorular gelmeye başlamıştır. ABD’deki Ulusal Merkezde bu yönde bir çalışma yapılmaktadır. Çalışma, sınıf materyallerini geliştirmeyi, profesyonel gelişim fırsatlarını sunmayı, fenomen nanoölçeği anlamada öğrenci kapasitesini ve daha önce anlatılanların sorulmasını ve araştırılmasını içermektedir. Nanoölçekteki malzemeler Fen, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (STEM) eğitimini etkilemek için tasarlanmaktadır. Bu yüzden, nanoölçeğin günümüzdeki fen müfredatına entegrasyonuna izin verilmektedir (Stevens ve diğerleri, 2007).
Birleştirilmiş bilim dallarının sınıflarda sunumu birçok sorunu beraberinde getirir. Müfredata bazı eklemeler olacaksa, öğrenci başarısını desteklemek için sırayla yeni malzemeler geliştirilmeli ve profesyonel gelişimler uygulanmalıdır. Nanoteknoloji gibi daha önce müfredata girmemiş bir konunun veya dersin, eğitim sistemine girebilmesi için bazı soruların cevaplanması gerekir. Bu sorular;
Hangi konular önemlidir?
Hangi konular müfredat programına dahil edilmelidir?
Belirli kavramları tanıtmak için ne düzeyde bilgi verilmelidir?
Eğitici sıradaki kavramlardan hangisinin önce veya hangisinin sonra verileceği bilinmelidir.
Yeni fikirler geleneksel fen müfredat programına nasıl entegre edilir? Yeni konuların veriliş sırası nasıl olmalıdır?
Bu sorulara cevaplar belirlemek, araştırmacılar, bilim adamları ve eğitimciler arasında eşgüdümlü bir çaba isteyen zor ve karmaşık bir işlemdir. Daha önce de belirtildiği gibi, nanobilimin dallar arası olması, bu eğitimi zorlaştırmaktadır. ABD’deki okullarda, fen konularından biyoloji, fizik ve kimyaya önem verilmektedir. Çapraz disiplinlerle ilgili kavramları tartışmak, öğrencilerin güncel olaylardaki kavramları anlamalarını geliştirecektir. Ayrıca, nanobilimin disiplinler arası olması, okullarda geleneksel olarak desteklenmiş müfredatla ilgili sınırlamaların silinmesini gerektirir. Nanobilimle ilişkilendirilmiş öğrenme hedefleri, çekirdek kavramların ve prensiplerin daha ayrıntılı öğrenilmesinin yanı sıra disiplinlerarası bağlantıları açıkça göstermektedir (Stevens ve diğerleri, 2007).
Nano Utah 2003 konferansı, Salt Lake City Topluluk Koleji tarafından organize edilen ve nanoteknoloji eğitiminin liselerde olması için yapılan bir konferanstır. Bu konferansta lise öğrencileri, nanoteknoloji eğitimiyle ilgili olarak bazı sorular ortaya atmışlardırlar:
“Fizik, kimya, biyoloji, matematik, bilgisayar ve nanoteknoloji uzmanı veya nanobilim insanı olmaya ihtiyaç var mı?”
“Eğer bir öğrenci fiziği sever ancak biyolojiyi veya diğer dersleri sevmezse, şu anda var olan eğitimle nasıl araştırma yapabilecek?”
Sorulardan da anlaşıldığı üzere heyecan veren gelecek teknolojisinin dallar arası olması, bazı öğrencilerin korkmasına neden olmuş ve öğrencilerin bu konulara ilgisini azaltmıştır. Benzer biçimde öğretmenlerin de buna benzer soruları vardır:
“Nanoteknoloji kurslarında fizik, kimya, biyoloji öğretmenleri veya yeni fakültelerde nanoteknolojinin öğretim kademesinde olanlar mı öğretici olacak?” “10-15 yaşlarındaki öğrenciler için okullarda nanoteknoloji alanında yeterli
farklı alternatifleri düşünüp nanoeğitimi okullarda tanıtacak farklı yollar mı bulunmalı?”
Burada, her eğitim düzeyinin nanoeğitimle tanıştırılması hedeflenmektedir. Bu nedenle sistematik ve dikkatli bir yol izlenmelidir (Kurtz, Anderson ve Kar, 2006). Daly, Hutchinson ve Bryan (2007), sistematik ve dikkatli bir yol hakkında ışık olabilecek bir çalışma sunmuşlardır. Buna göre; nanoteknoloji eğitimindeki zorlukları kaldırmak amacıyla ABD’de bir çalışma yapılmıştır. ABD’deki NCLT profesyonel gelişim ekibi ile öğretmenler, mesleki çalışma kurslarında aktiviteler oluşturmuşlar ve çalışmaların içeriğini ulusal ve devlet standartlarıyla eşleştirmişlerdir. Bu aktiviteler, öğretmenlerin nanoölçekli kavramları içeren bir ders hazırlamalarında etkili olmuştur. Öğretmenler tarafından tasarlanan bu dersler, ders yılı boyunca kullanılması istenilen içeriklere göre oluşturulmuştur. Bunlar, ortaokul ve lise müfredatında fenomen nanoteknoloji kavramlarının entegre edilmesinde, ders planı rehber ayrıntısını içermektedir.
Ortaokul ve lise müfredatına nano ölçekli fen ve mühendislik kavramlarının nasıl entegre edilebileceğini anlatan çalışmaya, şu sorular yol göstermiştir:
Ortaokul ve lise eğiticileri, daha önceden var olan fen müfredatlarına, nanoteknoloji konularını nasıl dahil ederler?
NCLT profesyonel gelişim atölyeleri, nanoteknolojinin entegrasyonunu nasıl kolaylaştırabilir?
Bu farklı çalışma, nanoölçekli fen ve mühendislik kavramlarının, daha önceden var olan fen müfredatına nasıl entegre edilebileceğine ve bu çalışmanın yönergesi doğrultusunda bu birleştirmeyi nasıl kolaylaştırabileceklerine odaklanmıştır. NCLT, nano ölçekli fen ve mühendislik aktivitelerinin ortaokul ve lise sınıflarıyla birleştirilmesiyle ilgili konuları anlamayı amaçlamaktadır ve öğretmenleri bu değişim için desteklemektedir.
NCLT’nin hazırladığı çalışma tasarısı; kuvvet, materyallere biçim verilmesi, boyut, ölçek gibi daha geleneksel konular ile başlar, nanoölçekli fen ve mühendislikteki birçok farklı konular ile devam eder. Bu konular; karbonun allotropları, self-assembly (kendi kendine birleşme), taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ve şu an marketlerde bulunan nanotabanlı ürünlerdir.
