Формирование у обучающихся бережного отношения к окружающей среде, воспитание личности, готовой к практической деятельности, продвижению экологических идей, защите и улучшению состояния окружающей среды может начинаться на уроках и иметь свое продолжение во внеурочной деятельности.
Определение объема экологической информации в любом предмете – сложный вопрос. Многое зависит от профессионального опыта учителя, его способностей, а также от времени, которое можно отвести на изучение элементов экологии на уроках. Сегодня учебный процесс по физике достаточно напряжен. Это объясняется сложной программой по предмету, большим числом дидактических задач каждого урока. Но в то же время можно уделить время на ознакомление учащихся с экологическими сведениями при условии, что:
– вопросы экологии связаны с содержанием изучаемого материала;
– эти вопросы излагаются в информативном плане и используются для повышения интереса учащихся к изучаемому материалу;
– при ознакомлении с вопросами экологии привлекаются знания учащихся, полученные ими и на других уроках.
В школьном курсе физики могут быть раскрыты такие важные в экологическом отношении вопросы, как:
– рациональное использование энергетических ресурсов: нефти, газа, угля, торфа и др.;
– наиболее выгодные и безопасные для окружающей среды способы применения механической, внутренней, электрической и атомной энергии;
– рациональное использование сырьевых ресурсов и полезных ископаемых и пр.
В тематическом планировании по физике есть уроки, в которых большой объем материала посвящен изучению экологических проблем, например:
Насыщенный пар. Влажность воздуха.
Энергия топлива. Удельная теплота сгорания.
Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.
Ионизация атмосферного воздуха. Биологическое действие легких и тяжелых ионов. Понятие об электрофильтрах.
Принцип работы АЭС.
Экологическое содержание предмета «Физика» может реализоваться на уроках изучения нового материала, повторения и обобщения, семинарах, конференциях. При использовании учителем на уроках качественных и экспериментальных задач, проектного и исследовательского метода, при проведении практических работ, ролевых игр и семинаров обучающиеся получают представление о том, какие экологические проблемы существуют, а также о том, какие физические законы лежат в основе этих проблем и способах их решения.
Если на уроках учителю часто не хватает времени для того, чтобы уделить внимание экологической составляющей темы урока, то во внеурочное время можно эффективно осуществлять экологическое воспитание обучающихся. Так, экологическое образование может осуществляться, например, на элективных курсах, занятиях при подготовке к олимпиадам по физике, конкурсам, при выполнении исследовательских работ к научно-практическим конференциям, проведении экскурсий.
Содержание различных программ элективных курсов ("Тепловые двигатели и охрана окружающей среды", "Физика движения", "Изучение физических основ охраны природы", "Мирный атом", "Радиоактивность и ее роль в природе","Альтернативные источники энергии" и т.п.) позволяет привить любовь к природе, развить у обучающихся способность и умение наблюдать природные явления и процессы, анализировать факторы взаимодействия общества и природы, знакомить их с методами эффективного и рационального использования природных ресурсов, способствовать приобретению ими практических навыков и умений, сформировать исследовательские навыки.
На элективном курсе "Физика движения" для обучающихся старших классов можно широко использовать задачи межпредметного и технического содержания, условие которых можно легко наполнить экологическим содержанием. При этом можно привлечь учащихся к обсуждению задач, содержащих в условии экологические проблемы (рациональное использование природных ресурсов, экологизация сельского хозяйства и транспорта и т.п.).
Например:
1. Сколько кубометров газа нужно сжечь, чтобы повысить температуру 100 литров воды от 20 до 100 градусов Цельсия? Коэффициент полезного действия нагревателя 25%. (При анализе ответа необходимо обратить внимание учащихся на то, что если бы коэффициент полезного действия был в 2 раза больше, то для нагревания воды потребовалось бы в 2 раза меньше газа. При уменьшении затрат топлива уменьшается и вред для природы, связанный с выбросом в окружающую среду продуктов сгорания и с добычей топлива).
2. Почему трубы на заводах и ТЭС делают как можно более высокими?
3. Почему нефтепродукты растекается по поверхности водоемов тонкой пленкой? Как влияет нефтяная плёнка на биосферу водоёма?
4. Во многих метах Земного шара люди испытывают дефицит питьевой воды. Пресную воду приходится получать из морской воды либо выпариванием, либо вымораживанием. Какой способ выгоднее?
5. Солнечная электростанция, расположенная в Араратской долине, имеет мощность 1200 кВт. Площадь ее солнечных батарей 6000 м2. Количество лучистой энергии, посылаемой Солнцем ежесекундно через площадку в 1 м2, перпендикулярную солнечным лучам и находящуюся на таком же расстоянии от него, что и Земля, равно 1,37·103 Вт/м2. Определите коэффициент полезного действия этой станции. Как используется в хозяйстве энергия Солнца и почему она считается экологичной? (При ответе учащихся обращаем внимание на то, что основные направления в развитии солнечной энергетики: снабжение теплом благодаря переходу солнечной энергии во внутреннюю (водонагреватели, жилые дома с солнечным отоплением, теплицы, сушилки для фруктов, опреснители воды, «солнечные» холодильники и др.); солнечные электростанции. Развитие солнечной энергетики может уменьшить загрязнение окружающей среды, обусловленное сжиганием топлива).
6. Тепловой генератор, предназначенный для обогревания птицефермы, теплиц, ремонтных мастерских, досушивания травы, дает в час 6,3∙108 Дж теплоты, расходуя при этом 18,3 кг керосина. Необходимая мощность вентилятора 4,9 кВт. Определите коэффициент полезного действия установки. Какие другие способы защиты растений и животных от перегрева и переохлаждения вы можете назвать.
Примеры экспериментальных задач экологического содержания:
1. Рассчитайте и сверьте по счетчику количество электроэнергии, которое потребляет стиральная машина за 2 часа работы.
2. Определите электрическую энергию, которая расходуется без пользы, в ваших квартирах за день (неделю, месяц) и подсчитайте ее стоимость.
Внимание к экологическим проблемам помогает учащимся в составлении задач с экологическим содержанием на основе отбора данных во время экскурсий.
Например:
1. Для хранения бензин наливают в цилиндрическую цистерну высотой 5 метров. До какого уровня можно налить бензин, чтобы при повышении температуры на 30ºС он не вылился из цистерны? Каковы возможные экологические последствия, если бензин выльется из цистерны?
2. Зная расход бензина на 100 км пути у современного двигателя внутреннего сгорания и мощность автомобиля, рассчитайте его коэффициент полезного действия. При решении задачи обращают внимание учащихся на то, что любой тепловой двигатель превращает в механическую энергию сравнительно небольшую часть той энергии, которая получается при сжигании топлива. Большая часть энергии отдается окружающей среде: отводится системой охлаждения в атмосферу; расходуется на преодоление сил трения и сопротивления; уносится в атмосферу выхлопными газами. Следовательно, для защиты природы важно увеличить коэффициент полезного действия тепловой установки и пользоваться эффективно сгорающим топливом, дающим как можно меньше вредных продуктов сгорания (увеличение коэффициента полезного действия уменьшает вред тепловых установок, связанный с выбросами продуктов сгорания в окружающую среду и с добычей топлива).
С целью экологического образования и воспитания можно при изучений некоторых тем курса физики предложить учащимся следующие задания: составить и решить задачу (качественную, расчетную, экспериментальную и т.д.) с экологическим содержанием на материале промышленного или иного производства, окружающей среды или домашнего быта. При составлении задач следует учитывать следующее:
– задачи можно дополнять рисунками, графиками, чертежами, схемами;
– задачи должны быть логически связаны с программным материалом, соответствовать школьному курсу физики;
– каждая из составленных задач должна содержать физические закономерности;
– целесообразно также проводить анализ задачи с точки зрения экологических проблем.
Физические экскурсии с экологическим содержанием позволяют детям наблюдать явления, протекающие в естественных условиях, способствуют расширению и углублению их знаний, развитию наблюдательности, дают возможность проверить прочность полученных знаний, установить, умеют ли они использовать приобретенные знания для объяснения явлений природы.
Содержание элективных курсов для обучающихся средних классов помогает связать приобретенные теоретические знания, полученные на уроках физики, с экологическими проблемами. Результаты освоения курсов учащимися предполагают формирование у них умений работать с разными источниками физико-экологических знаний, обсуждению поставленных вопросов на занятиях, семинарах, практических занятиях.
Создание ролевых ситуаций также позволяет привлечь школьников к решению экологических проблем, выслушать их мнение по защите окружающей среды. Например:
1. Вы с друзьями едете на машине за город, останавливаетесь у водоема и видите, что возле воды стоит машина, которую собираются вымыть. Ваша машина тоже требует мойки. Ваши действия? Почему именно так вы поступаете?
2. Вы – руководитель горнообогатительного комбината. Какие природоохранные меры будут предусмотрены вами для создания экологически чистой зоны в районе предприятия?
Задания, предлагаемые обучающимся на школьных и городских олимпиадах, иногда содержат экологический материал, поэтому при анализе решения обращается внимание на вопросы экологии.
Известно, что ветроэнергетические установки – одни из самых экологичных источников энергии. Определите, какое количество воды может нагреть от 0 до 50 градусов Цельсия ветродвигатель, колесо которого имеет радиус 6 метров за один час работы при скорости ветра 8 м/с? Ветродвигатели вращает лопасти мешалки, с помощью которой механическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию воды. Коэффициент полезного действия установки 20%.
Экологическое образование на уроках и внеурочных занятиях по физике позволяет сформировать у учащихся ответственное отношение к окружающей среде, воспитать личность, готовую к практической деятельности, пропаганде экологических идей, защите окружающей среды.
Библиографический список
1. Адам А.М. Глоссарий по экологии, экологической безопасности техносферы, природопользованию и охрана окружающей среды. – Томск: изд. «ТГАСУ» 2008.
2. Алексеев С.В. Экологическое образование в базовой школе: Метод, пособие. СПб: СпецЛит, 2000.
3. Васильева О.А. Физика и экология: Тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс». – Рязань: РИРО, 2004. 40 с.
4. Васильева О.А. Экологическое образование учащихся в процессе обучения физике в основной общеобразовательной школе // Аспирантский вестник РГПУ им. С.А.Есенина. 2004, №3. С. 29-38.
5. Жигарев И.А. Основы экологии. 10 (11) класс: сборник задач, упражнений и практических работ к учебнику под редакцией Н.М. Черновой «Основы экологии. 10 (11) класс»/ И.А. Жигарев, О.Н. Пономарева, Н.М. Чернова. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2007. – 206 с
6. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Ролевые игры по экологии: Пособие для учащихся. М.: Устойчивый мир, 2000.
7. Перельман Я.И. Веселые задачи/ Я.И. Перельман. – М.: Астрель, 2004, – 287 с.
8. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда: 9 кл. М.: Просвещение, 2001.
9. Суравегина И.Т. Почему необходима экологизация общеобразовательной школы // Экологическое образование. №1, 2000.