طراحی آموزشی stem برای آشنایی با الماسواره‌ها به‌عنوان نمونه‌ای از مواد نانوساختار با بهره‌گیری از نرم‌افزار گوسین و رویکرد stse

هدف این پژوهش طراحی آموزشی برای آشنایی دانش‌آموزان با الماسواره‌ها به‌عنوان نمونه‌ای از نانومواد در چارچوب رویکرد استم (تلفیقی علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات) بود. نرم افزار گوسین و رابط گرافیکی آن، گوس ویو، در این طراحی نقش ویژه ای ایفا کرد. در این طراحی، ویژگی‌های مولکولی آدامانتان شامل بار جزئی اتم‌ها و طول پیوندها با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی کوانتومی مبتنی بر نظریه تابعی چگالی محاسبه شد. همچنین با همین روش روند تغییرات ظرفیت گرمایی ویژه شش عضو از خانواده الماسواره‌ها پیش‌بینی شده و با الماس طبیعی مقایسه شد. به این صورت تفاوت ویژگی مواد نانو و عادی آشکار شده و علت آن بررسی شد. با توجه به این که رویکرد استم بر حل مسئله تمرکز دارد اما علم و فناوری همواره در تعامل با جامعه و محیط‌زیست شکل می‌گیرند و آموزش علوم تنها در چارچوب استم کافی نیست؛ در این پژوهش از رویکرد stse نیز بهره گرفته شد تا ابعاد اجتماعی و زیست‌محیطی مرتبط با نانوفناوری مورد توجه قرار گیرد و دانش‌آموزان نسبت به مسئولیت‌های علمی و اخلاقی در استفاده از فناوری‌های نوین آگاه شوند.

instructional design in stem for introducing diamondoids as nanostructured materials using gaussian software and the stse approach

this study aimed to design an instructional program to introduce students to diamondoids-as representative nanomaterials within the framework of the stem (science, technology, engineering, and mathematics) interdisciplinary approach. the gaussian software suite and its graphical interface, gaussview, played a pivotal role in this design. molecular properties of adamantane including partial atomic charges and bond lengths were calculated using quantum simulations based on density functional theory (dft). in addition, the specific heat capacity trends of six members of the diamondoid family were predicted and compared with those of natural diamond. this comparison highlighted the differences between nanomaterials and bulk materials and provided insights into their underlying causes. recognizing that while the stem approach emphasizes problem-solving, scientific and technological developments are invariably shaped by societal and environmental contexts, the study also incorporated the stse (science–technology–society–environment) perspective. this integration ensured that social and environmental dimensions of nanotechnology were addressed, thereby raising students’ awareness of their scientific and ethical responsibilities in applying emerging technologies.