Тимоховец Е.А. Использование экологического материала при изучении курса физики в средней школе

Тимоховец Е.А. Использование экологического материала при изучении курса физики в средней школе // Фiзiка: праблемы выкладання. – 1997. – Вып. 8. – С. 65-74.

Физические знания приобретают особую актуальность и значимость при рассмотрении экологических проблем. Современный культурный человек должен понимать, что природные ресурсы не бесконечны, должен уметь предвидеть и оценивать последствия производственной деятельности, стремиться к созданию экологически чистых технологий.

Для жителей Беларуси это особенно важно. Сложная экологическая обстановка в стране вызывает необходимость понимания протекающих в природе процессов и владения средствами защиты от неблагоприятных внешних факторов. Поэтому изучаемые на уроках физики законы, явления природы, основные направления научно-технического прогресса желательно рассматривать во взаимосвязи с экологическими проблемами.

Начинать эту работу можно с первых уроков физики в VII классе (роль диффузии в распространении загрязнений в окружающей среде). По мере изучения курса физики следует рассматривать более комплексные экологические проблемы, используя знания из различных разделов физики и других наук (например, анализ последствий аварии танкера с нефтью предполагает знание молекулярной физики, биологии и химии).

Формы изучения экологического материала могут быть различны: сообщения учителя или самих учащихся; задачи с экологическим содержанием; учебные игры по обсуждению экологических проблем; научно-практические конференции. Наиболее доступными формами являются сообщения и задачи. В методической, научно-популярной и периодической литературе можно найти много интересной информации, связанной с экологической ситуацией в стране (гранитные разработки в Микашевичах, вызвавшие понижение уровня воды в почве и высыхание лесов; загрязнение атмосферы и водоемов вблизи Солигорска, Новополоцка, Мозыря, Заводского района г. Минска и других мест с нефтеперерабатывающим и химическим производством; изменение климата в больших городах; высыхание рек на Полесье, связанное с мелиорацией; Чернобыльская авария и ее последствия и др.). Желательно показать, что именно с помощью физических знаний можно решить ряд поставленных экологических проблем (фильтры для очистки воздуха и воды; электронные устройства впрыскивания топлива, обеспечивающие его полное сгорание; элекротранспорт; противорадиационная защита и др.).

Учащимся могут быть даны различные качественные задачи с использованием знания особенностей климатических условий и национального быта Беларуси: «Как во время засухи сохранить влагу на полях?», «Почему перед заморозками рекомендуется обильный полив растений?», «Предложите обувь для перемещения по заболоченной местности» и др. В связи с массовым освоением садовых участков ученикам можно предложить объяснить устройство колодцев и рассказать о мерах по защите их от вредных примесей, попадающих туда при неправильном использовании минеральных удобрений, кроме того, сообщить об особенностях использования ядохимикатов на садовых участках, привести приемы снегозадержания и правила полива растений и др. Школьникам полезно знать, как сделать из минералов простейший фильтр для очистки питьевой воды, как правильно хранить продукты и как их обрабатывать, если они содержат радионуклиды, как вести себя в яркий солнечный день и др.

Использование экологического материала в курсе физики средней школы

Вопросы курса физики

Экологический материал

VII класс

Первоначальные сведения о строении вещества.

Диффузия

Распространение вредных веществ в природе. Загрязнение воздуха в крупных городах. Опасность неправильного применения и хранения ядохимикатов, минеральных удобрений. Использование твердых оболочек для утилизации особо вредных отходов производства. Очистка жидкости за счет диффузии через пористую перегородку, пропускание выбросов через несплошные тела

Механическое движение.

Скорость

Зависимость выброса вредных веществ от скорости движения транспорта.

Задача. В отстойнике для очистки жидкости скорость оседания частиц порядка 0,1 мм/с. Какое время необходимо отстаивать жидкость, если глубина отстойника 3,6 м?

Инерция

Принцип действия устройства для очистки газа от частичек пыли

Плотность вещества

Разделение мусора на составляющие при его утилизации. Использование различной плотности вещества в работе очистных сооружений.

Задача. Оцените размеры нефтяного пятна при аварии танкера, перевозившего 100 000 ф нефти. Толщину слоя нефти принять равной 0,5 мм. (В Xклассе эту задачу можно усложнить, считая толщину слоя равной диаметру молекулы.)

Сила тяжести

Принцип работы гравитационных пылеосадительных камер

Трение

Использование различий в коэффициенте трения для различных веществ при разделении смеси

Давление твердых тел, жидкостей и газов

Достоинства порошковой металлургии в сравнении с литейным производством. Использование гидравлического пресса

Сообщающиеся сосуды

Понижение уровня грунтовых вод при добыче полезных ископаемых открытым способом

Плавание тел. Воздухоплавание

Экологические проблемы освоения мирового и воздушного океанов. Вред, наносимый природе при сплаве древесины по рекам

Задача 1. Для подводного хранения нефтепродуктов в специальных баллонах из синтетического материала их опускают на дно рек и морей. Зачем при этом на баллон подвешивают груз? Какой груз потребуется, чтобы удержать 100 м3 нефти под водой в таком баллоне? Масса пустого баллона 5 т.

Задача 2. Супертанкер рассчитан для транспортировки 150000 т нефти. Каков вес воды, вытесненной судном после принятия груза?

Работа и мощность. Энергия. КПД

Знакомство с экологически чистыми и возобновляемыми источниками энергии. Способы увеличения полезной работы и КПД

VIII класс

Тепловое движение. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Виды теплопередачи

Теплопередача и климат на Земле. Защита от высоких и низких температур. Асфальт улиц, каменные и бетонные здания как дополнительный источник тепла в городе. Использование вертикального озеленения (нагрев уменьшается в 10 раз). Предохранение почвы от промерзания за счет улучшения снегораспределения. Использование солнечной энергии в гелиостанциях, солнечных печах, сушилках

Количество теплоты. Удельная теплоемкость

Явления, связанные с большой удельной теплоемкостью воды: равномерность климата вблизи больших водоемов, нарушение микроклимата при мелиорации, обильный полив перед заморозками, «отопление» Европы теплым течением Гольфстрим.

Задача. Одна из скважин около г.Махачкалы дает в сутки 50000м3 горячей воды при температуре 60 °С. Какое количество теплоты отдает скважина в сутки, если вода потом охлаждается до 20 °С?

Испарение и конденсация

Круговорот воды в природе, образование облаков, искусственное вызывание осадков, борьба с градом. Последствия нарушения микроклимата. Приемы сохранения влаги в почве. Осадки в городе

Плавление и отвердевание

Влияние засоленности воды на температуру льдообразования. Лед на земле и в океане. Айсберги и проблемы обеспечения пресной водой. Экологические аспекты литейного производства

Теплота сгорания топлива. Топливные

двигатели

Загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. Сравнение по экологической ценности различных видов топлива. Необходимость перевода транспорта на газовое топливо и электродвигатели. «Парниковый эффект» и его последствия. «Тепловая шапка» над крупными городами. Использование энергии ветра, Солнца, подземных горячих вод

КПД тепловых двигателей

Роль повышения КПД теплового двигателя для улучшения взаимодействия техники с природой. Способы повышения КПД (уменьшение потерь тепла от конвекции, использование тепла уходящих газов, нагретой воды и др.).

Задача. Тепловая электростанция мощностью 2400000 кВт потребляет 1500 т угля в час. Каков КПД станции?

Превращение энергии в механических и тепловых процессах

Задача. Используется ли полная мощность двигателя автомобиля «Жигули» (50 кВт), если при его движении со скоростью 72 км/ч расходуется 8 л бензина на 100км пути? КПД принять равным 0,3

Электризация тел. Электрический заряд

Принцип действия электрических фильтров. Атмосферное электричество, его проявления и влияние на человека

Электрический ток. Источники электрического тока

Биологическое действие электрического тока. Знакомство с термо- и фотоэлементами, солнечными батареями. Электротранспорт, его экологическая характеристика. Проблема утилизации гальванических элементов

Работа и мощность тока

Принцип действия электрических плавильных печей, их достоинства и экологическая безопасность. Очистка металлов в печах электрошлакового нагрева. Лампа накаливания и ее преимущества по сравнению с газовым освещением.

Задача. В двухлитровом электрическом чайнике мощностью 1000 Вт вода закипает за 20 минут, а в чайнике мощностью 3 кВт – за 5 минут. Почему невыгодны маломощные приборы? Почему при их использовании неизбежен перерасход энергии?

Магнитное поле

Влияние магнитных полей на живые организмы. Магнитные бури и самочувствие человека. Электромагнитные фильтры

Электрификация и охрана природы

Сравнительная характеристика различных типов электростанций по их экологическому воздействию на окружающую среду

Световые явления.

Отражение и преломление света

Солнечное излучение как экологически чистый источник энергии, возможность его использования. Применение законов отражения света в устройстве приемников солнечного излучения. Биологическое действие солнечного излучения, его польза и вред для человека. Влияние степени загрязненности атмосферы на цвет неба

IX класс

Динамика движения тела по окружности

Принцип работы центробежных пылеочистителей

Механические колебания и волны

Вибрации в природе и технике. Вредное и полезное действие вибраций

Звуковые волны. Шум

Разрушение озонового слоя сверхзвуковыми самолетами. Шум и борьба с ним. Влияние городского шума на продолжительность жизни. Использование живой изгороди для защиты от шума. Применение звуковых и ультразвуковых волн для очистки воздуха от пыли

X класс

Основы МКТ

Задача. Для обнаружения утечки природного газа (он не обладает запахом) в него добавляют пахучее вещество, называемое одорантом. Норма одоризации составляет 16 г на 1000 м3 природного газа. Такое содержание одоранта человек ощущает даже при стократном разбавлении газа воздухом. Рассчитайте число молекул одоранта в 1 м3 воздуха, достаточное для ощущения его запаха, если масса одной молекулы одоранта m0 = 1025 кг

Насыщенный и ненасыщенный пар.

Влажность воздуха

Образование тумана. Влияние загрязненности атмосферы на цвет тумана. Городской туман. Полезный и вредный туман. Экологические требования к производствам, использующим пары различных веществ

Точка росы

Принцип действия противоаэрозольного фильтра

Критическая температура

Очистка жидкости от примесей при ее нагревании и переходе составляющих в критическое состояние

Поверхностное

натяжение.

Смачивание.

Капиллярные

явления

Негативные последствия загрязнения водоемов нефтяными и другими отходами для водоплавающих птиц и других их обитателей. Плохая смачиваемость торфяных полей, что вызывает ветровую эрозию. Использование флотации для разделения частиц при очистке

КПД теплового двигателя

Способы повышения КПД теплового двигателя. Задача. Температура нагревателя солнечной электростанции 117°С, а холодильника –27 °С. Оцените максимальный КПДэтой электростанции

Электрический ток в электролитах

Опреснение соленой воды. Использование зависимости начала электролиза от величины напряжения при разделении смеси веществ в электролите

Электрический ток в газах

Принцип действия электрофильтра. Получение чистых металлов из их оксидов в электрических дуговых печах (более экологически чистый способ). Способы увеличения КПД МГД-генератора (добавка к продуктам сгорания паров металлов, легко отдающих электроны). Борьба с коронным разрядом на высоковольтных линиях

Производство и передача электрической энергии

Влияние электромагнитных полей высоковольтных линий на живые организмы. Различные способы передачи электроэнергии. Повышение КПД передачи и способы его повышения. Способы аккумулирования энергии. Создание единой энергетической системы

Излучения и спектры

«Парниковый эффект» и его последствия. Биологическое действие излучений. Средства защиты от их вредного действия

Фотометрия

Преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую. КПД солнечных установок, способы его повышения. Сравнение светоотдачи и экономичности ламп накаливания и дневного света. Пути увеличения световой отдачи.

Задача. Принимая, что мощность солнечного излучения у поверхности Земли равна 1 кВт/м2, оцените, какую площадь должна занимать солнечная электростанция, равная по мощности Красноярской ГЭС (6000 МВт). КПД примите равным 30%

Радиоактивность

Биологическое действие радиоактивных веществ и излучений, способы защиты от их вредного действия. Понятие о дозе излучения. Защита населения от малых доз излучения

Ядерные реакции

Пути повышения КПД и безопасности для окружающей среды ядерных электроустановок. Негативные последствия испытания ядерного оружия. Экологические аспекты борьбы за разоружение. Последствия Чернобыльской аварии и возможные пути их устранения

В таблице представлен экологический материал, который может быть рассмотрен при изучении отдельных тем школьного курса физики. Мы не стали его дублировать на разных ступенях обучения, полагая, что учитель сам сможет варьировать степень сложности и глубину его изложения в зависимости от уровня обучения учащихся. Поэтому для IXXIклассов представлены только те темы, которые не рассматривались в VIIVIIIклассах.

Наиболее сложной формой использования экологического материала является учебная игра. Выносимые на ее рассмотрение экологические проблемы носят интегративный характер, предполагая знание школьниками не только физики, но и химии, биологии, географии. Тем самым учебная игра максимально приближает учащихся к реальной действительности, демонстрируя, что предупреждение экологических катастроф невозможно при узкой специализации исполнителей. Так, перед учащимися Xкласса может быть поставлена задача следующего содержания: «В отдельной местности обнаружено крупное месторождение графита. В связи с выгодным экономическим расположением месторождения решено начать строительство комплекса по добыче графита открытым способом и производству искусственных алмазов». Учащиеся разбиваются на группы экологов, инженеров и представителей сельского хозяйства. Каждая группа на основе знания физических законов защищает свою позицию и в то же время ориентируется на поиск конструктивного решения проблемы. Инженеры раскрывают физические основы производства искусственных алмазов, их роль в технике и промышленности, доказывая тем самым необходимость разработки месторождения. Представители сельского хозяйства обращают внимание присутствующих на то, что добыча графита вызовет понижение грунтовых вод и высыхание почвы. Экологи рассматривают влияние производства на микроклимат района, возможность засорения прилегающих полей графитовой пылью, загрязнения протекающей реки. Итогом игры являются разработанные рекомендации для инженеров по сооружению фильтров и других очистительных систем и для представителей сельского хозяйства по выращиванию сельскохозяйственных культур в соответствии с новыми условиями.

Участие в подобных играх приучает школьников учитывать последствия производственной деятельности, формирует экологическое мышление.

Использование экологического материала на уроках физики носит обычно эпизодический, фрагментарный характер. Для создания у учащихся целостного представления о роли физики в предупреждении загрязнения окружающей среды желательно проводить научно-практические конференции. Это позволит всесторонне раскрыть пути улучшения взаимодействия техники с природой (освоение чистых источников энергии и производств, использование защитных сооружений, увеличение полезной отдачи техники) и на конкретном физическом материале показать способы их реализации.

Научно-практические конференции по экологической тематике часто носят интегративный характер, особенно если посвящены рассмотрению экологических катастроф. Это вызывает необходимость участия в их подготовке не только учителей физики, но и химии, биологии, географии. Физические и химические знания используются для объяснения сущности рассматриваемых явлений, географические – для понимания механизма его распространения в природе, биологические – влияния на живые организмы. Итогом конференции являются рекомендации по охране природы, разработанные на основе физических знаний.

Использование на таких мероприятиях краеведческого материала вызывает особый интерес у школьников, активизирует их работу.

Таким образом, курс физики средней школы имеет большие возможности для формирования у школьников экологических знаний, воспитания бережного отношения к природе. Реализуя эти возможности на своих уроках, учитель физики действительно смотрит в будущее, вносит свой вклад в охрану природы.

Выложил alsak
Опубликовано 12.04.08
Просмотров 9523
Рубрика Методика
Тема Экология