بررسی نانوساختارهای سیلیکایی در علف‌های خانواده‌ی گندمیان به عنوان منبعی از نانوذرات طبیعی: طراحی واحد آموزشی با راهبرد stem برای آموزش مفاهیم نانوفیزیک در طبیعت با رویکردstse

در این پژوهش، به بررسی نقش سیلیس در ساختار گیاهان خانواده‌ی گندمیان پرداخته می‌شود. این گیاهان در طول رشد خود، سیلیس محلول را از خاک جذب کرده و در بافت‌های سلولی به‌صورت ذرات بسیار ریز، موسوم به گیاسنگ، ذخیره می‌کنند. این ذرات در ابعادی از مرتبه‌ی نانومتر تا میکرومتر شکل می‌گیرند و از دیدگاه فیزیکی می‌توان آن‌ها را نانوذرات طبیعی دانست. در این پژوهش علاوه بر استفاده از روش کتابخانه‌ای، با استفاده از شبیه­سازی بر پایه­ی نظریه­ی تابعی چگالی نمونه­ای طبیعی از نانوذرات در قالب یک واحد آموزشی معرفی می­شود. در این واحد آموزشی از راهبرد stem استفاده می­شود، چرا که اول: مفاهیم علمی همچون فیزیک مواد مطرح می­شود؛ دوم: کاربرد آن در قالب نانوفناوری مطرح می­شود؛ سوم: با استفاده از شبیه­ سازی رایانه­ای بحث مهندسی نانوساختار ارائه می­شود؛ و در نهایت چهارم: با استفاده از زبان ریاضیات توسط نمودارهای طیف سنجی نانوذرات توصیف می­شوند. از طرف دیگر چون خانواده­ی پواسه در جهان با عنوان گونه­ های چمنیان یا گندمیان یک پنجم سطح جهان را در برگرفته­اند بعد از آب مهمترین عامل حیات بشر می­توانند عنوان شوند. معرفی نانوساختارها در خانواده­ی پواسه علاوه بر درک بهتر مفاهیم فیزیک نانو می­تواند پیوندی میان علم فیزیک و پدیده‌های طبیعی برقرار سازد.. اهمیت اقتصادی خانواده­ی پواسه به همراه مباحث زیست محیطی باعث می­شود که رویکرد stse در این کوشش برای طراحی واحد آموزشی جاری لحاظ شده­باشد.

investigation of silica nanostructures in poaceae grasses as a natural source of nanoparticles: designing a stem-based educational unit for teaching nanophysics concepts in nature through an stse approach

this study investigates the role of silica in the structural composition of plants in the poaceae family. these plants absorb soluble silica from the soil during growth and deposit it in their tissues as fine particles known as phytoliths. ranging from nanometer to micrometer in size, these particles can be regarded as natural nanoparticles. alongside a literature-based approach, this research introduces a natural example of such nanoparticles through density functional theory (dft) based simulations, presented within an instructional unit. the unit employs a stem strategy: scientific concepts such as materials physics are explored; their applications in nanotechnology are highlighted; nanostructure engineering is addressed through computer simulations; and spectroscopic diagrams are used to describe the nanoparticles mathematically. given that the poaceae family—grasses and cereals—covers nearly one fifth of the earth s surface, it represents a vital component of human life after water. presenting nanostructures in this plant family not only enhances comprehension of nanophysics concepts but also bridges physics with natural phenomena. the economic significance of poaceae, combined with environmental considerations, further supports the integration of an stse approach in designing this educational unit.