Всеобщее и все возрастающее внимание у нас в стране и во всем мире к проблемам экологии не случайно. Оно вызвано обостряющимися проблемами глобального масштаба, острота которых в полной мере еще не осознана человечеством.
Воспитание человека, способного жить в гармонии с природой, – важнейшая задача школы. Учащиеся должны осознать мысль о том, что законы природы познаются не только с целью их применения на благо людей, но и для того, чтобы человек не нарушал гармонии окружающего его мира. Одним из основных законов природы является закон сохранения энергии. На протяжении всего курса физики учащиеся изучают вопросы, связанные с подтверждением универсальности этого закона, его проявлением в различных природных процессах.
Уровень производства и потребления энергии – один из важнейших показателей развития производительных сил общества. Ведущая роль принадлежит электроэнергии. Это диктуется её преимуществами перед другими видами энергии. Так, электроэнергию можно получать за счет других разнообразных видов энергии (воды, ветра, пара, Солнца, внутриядерной и т.д.); легко превращать в другие виды энергии, без больших потерь передавать на большие расстояния; достаточно просто и с высоким КПД преобразовывать, дробить на порции любой величины. Электроэнергия не наносит вреда окружающей среде. Это та самая энергия, без которой не было бы современного общества, привычных удобств, развлечений, современной цивилизации. Жалок был бы человек, не имеющий в своем распоряжении всевозможных энергетических источников, помогающих ему жить. Главный вопрос – сколько энергии нужно человечеству? Сколько энергии нужно произвести, чтобы жить в теплых квартирах, чтобы создавать необходимые человеку изделия, пользоваться транспортом, чтобы развлекаться? Каким будет облик энергетики XXI века?
Однако, не менее важными вопросами являются те, в ответах на которые мы узнаём о способах её получения, о проблемах и перспективах, возникающих при строительстве и эксплуатации электростанций различного типа. Экологические проблемы производства электроэнергии носят глобальный характер.
В содержании курса физики есть ряд тем, на базе которых можно наиболее эффективно провести уроки, интегрирующие под знаком экологического образования и воспитания знания по предметам естественно-научного цикла. Такие уроки позволяют сформировать у учащихся целостное представление о взаимосвязи и взаимозависимости природы и человека, необходимости при разработке любого направления научно – технического прогресса, прежде всего, предусматривать все возможные экологические последствия, выработать ответственное отношение к окружающей среде. Они позволяют по-новому взглянуть на повседневные и обыденные явления и процессы, увидеть необычное в столь знакомом и привычном. Вместе с тем, они дают возможность учесть интересы каждого ученика и его наклонности, что способствует максимальному развитию инициативы и творчества ребят, повышают мотивацию на образование через успешность и привлекательность деятельности, как в урочное, так и во внеурочное время. Готовясь к интегрированному уроку, ученик получает возможность проявить свои способности не только по физике, но и по другим предметам, использует интересный, нетрадиционный материал, а также, получает возможность приобрести учебно-исследовательские умения, необходимые для адаптации к среднему и высшему профессиональному образованию.
Форма проведения таких уроков (семинар, диспут, конференция) наиболее соответствует особенностям юношеского возраста, способствует осуществлению условий в образовательном процессе для формирования у старшеклассников коммуникативных умений (вести диалог, дискуссию, публично выступать по теме).
Интегрированные уроки экологической направленности я использую при обобщении следующих тем: “Тепловые двигатели и охрана окружающей среды” (Ф–10), “Электричество и человек” (Ф–10), “Атомная энергетика: магистральный путь или дорога в ад?” (Ф–11), “Влияние электромагнитного излучения на живые организмы” (Ф–11), “Энергетика: проблемы и надежды” (Ф–11) и др.
В качестве примера рассмотрим урок-семинар для учащихся 11-го класса “Энергетика: проблемы и надежды”.
Цели урока:
– Актуализировать и углубить знания учащихся о физических основах производства электроэнергии на различных видах электростанций, а также, их преимущества и недостатки в экологическом отношении.
– С помощью опережающего задания активизировать поисково-познавательную деятельность учащихся в работе с учебными, оригинальными текстами.
– Формирование у старшеклассников коммуникативных умений (публично выступать по теме, вести диалог, участвовать в дискуссии, активно слушать).
Тип урока:
Урок – обобщение по теме “Производство, передача и использование электроэнергии”.
Форма урока:
Урок – семинар.
Оборудование:
Таблицы, схемы, картины с видами электростанций разных видов, географическая карта, на которой с помощью флажков различных цветов показано размещение электростанций на территории России.
Структура урока и методика его проведения.
За 3 недели до начала урока класс разбивается на 8 групп (по 3 человека), состав которых определяется по желанию учащихся. Участники 7 групп получают одинаковое задание – изучить физические основы и особенности производства электроэнергии на электростанциях различного вида. Результаты исследований должны быть представлены за неделю до урока в виде таблицы-отчета по единой схеме:
|
Первичный источник энергии | Схема преобразования энергии | КПД | Размещение на территории России | Достоинства | Недостатки |
| ГЭС (гидро-) | ||||||
| ТЭС (тепловая) | ||||||
| АЭС (атомная) | ||||||
| ВЭС (ветряная) | ||||||
| СЭС (солнечная) | ||||||
| ПЭС (приливная) | ||||||
| ГеоТЭС (геотермальная) |
Группа №8 является экспертной группой, которая изучает эти вопросы параллельно другим, но задача этой группы состоит в том, чтобы отслеживать и оценивать работу всех других групп, как в подготовительный период, так и во время проведения урока, а также, следить за регламентом работы.
Временная диаграмма урока: урок проводится в течение 2 часов (80 минут).
№ этапа |
Содержание этапа урока |
Время (мин.) |
1. |
Актуализация проблемы урока учителем | 3 |
2. |
Выбор типа электростанции и подготовка группы к работе. | 5 |
3. |
Защита проекта группой и дополнения по её выступлению | 55 |
4. |
Заключительное слово учителя | 5 |
5. |
Выступление экспертной группы | 5 |
6. |
Оценка качества и объективности работы экспертной группы | 5 |
7. |
Рефлексия урока | 2 |
Ход урока.
Перед началом урока ребята рассаживаются в классе за парты по группам. Урок начинает учитель, который в очень кратком вступлении актуализирует проблему, рассматриваемую на уроке. Далее в процессе жеребьевки руководители групп определяют вид электростанции, которую их группе придется представлять на уроке, и определяют выступающего. Затем группы начинают защиту своих проектов, используя подготовленный ими материал и наглядность, отвечают на вопросы экспертов или представителей других групп. Учащиеся класса могут сделать дополнения и уточнения по отдельным структурным элементам таблицы. Эксперты оценивают выступления группы по своей теме и учитывают их активность в обсуждении других вопросов. В процессе выступления групп учащиеся дополняют свои таблицы “Производство электроэнергии”. После завершения обсуждения всех выступлений, учитель подводит итог по проблеме урока.
У каждого учащего по итогам урока должна остаться таблица примерно следующего содержания.
Электростанция |
Первичный источник энергии |
Преобразование энергии |
КПД |
Размещение на территории России |
Достоинства |
Недостатки |
| ГЭС (гидро-) | Вода (Ангара, Волга, Иртыш, Енисей) | Епводы – Екводы – Ектурбины – Wэ |
99% |
Волжская ГЭС (5–6 МкВт) Красноярская ГЭС (2–3 МкВт) |
– 20 % всей энергии; – ВИЭ, малая себестоимость электроэнергии; – не загрязняет воздух ядовитыми отходами – способствует развитию судоходства, водоснабжения городов, орошению пахотных земель – маневренна (снятие пиковых нагрузок) – экономия жидкого и твердого топлива – требуют меньшего обслуживающего персонала – хорошо поддаются автоматизации и телеуправлению – основа развития разностороннего территориально-производственного комплекса |
– крупные водохранилища и плотины
приводят к затоплению огромных площадей
земли, нарушению условий жизни ценных видов
рыб (осетр, белуга, севрюга); изменению
природы рек (слабый водообмен и самоочищаемость);
обрушение и отступление берегов приводит к
“цветению” застойного мелководья – изменение уровня грунтовых вод (заболачивание, непригодность в с/х) – изменяются условия плавания судов (шлюзование, возникновение волн, штормовых явлений (6–7 баллов)) – возникает проблема наводнений в период половодий |
| ТЭС (тепловая) | Органическое топливо (уголь, мазут, газ) | Uтоплива – Uпара – Екпара – Ектурбины – Wэ |
40% (для ТЭС) 60% (для ТЭЦ) |
Рефтинская ТЭС (3,8МкВт) Костромская ТЭС (2,5МкВт) |
– 40 % всей энергии; – огромные запасы топлива – централизованное отопление жилых зданий (80%) – малые капитальные вложения при строительстве |
– высокая себестоимость
электроэнергии; – неравномерность распределения запасов топлива (27% на европейской части и 73% на востоке); – отчуждение благородных земель под добычу топлива, водохранилища, сеть ж/д, угольные карьеры, терриконики из отходов (шлак, зола); – зависимость от крупных водных источников и нанесение им ущерба; – загрязнение атмосферы вредными выбросами и тепловыми отходами, их пагубное воздействие на флору и фауну, порождение проблемы парникового эффекта; – слабая маневренность основного оборудования. – гибель шахтеров при добыче угля. |
| АЭС (атомная) | 235U 239Pu |
Wурана – Uпара – Екпара – Ектурбины – Wэ |
30% |
Курская АЭС (4М кВт) Белоярская АЭС (650 МВт) |
– 10% всей энергии – огромные запасы топлива; – независимость расположения от источников топлива; – компактность топлива и продолжительность его использования – практически не загрязняет атмосферу – экономичные (экономичность пропорциональна мощности) – наиболее чистый способ получения электроэнергии |
– дорогое строительство – зависимость от водных источников и нанесение им ущерба (сброс теплой воды, нагревание водоемов – изменение климата, увеличение влажности воздуха, снижение концентрации кислорода в воде, гибель рыбы, эвтрофизация воды; – воздействие радиоактивного излучения на живые организмы: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, влияние на генетический аппарат (уродливое потомство, мутация); – проблема безопасного хранения и утилизации жидких отходов, образующихся в процессе добычи урана, захоронения твердых радиоактивных отходов, утилизации самой АЭС после срока эксплуатации; – аварийные ситуации на ядерных объектах и АЭС; – высокие требования к уровню образования сотрудников АЭС – радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате добычи и переработки урана, хранения и регенерации топлива, загрязнение всех грунтовых вод тритием, загрязнение биосферы плутонием. |
| ВЭС (ветряная) | Ветер (движение воздушных масс) V=5–10 м/с |
Екветра – Ектурбины – Wэ |
20% |
Антарктида, Кольский полуостров, Сибирь, Сахалин (80-100 кВт) | – ВИЭ – огромные запасы (1013 кВт в год) – экологически чистая – установки компактны, несложные в обращении; – установки малой мощности (до 15 кВт) используются для подъема и перекачки воды, подзарядки электроаккумуляторов, более мощные – для получения электроэнергии на отдаленных с/х фермах, поселках, приисках, полярных экспедициях; – аккумулирование энергии в процессе электролиза воды, |
– рассеянность энергии ветра; – непостоянство скорости ветра (среднегодовая скорость ветра должна быть не менее 6–8 м/с); – дорогое строительство; – строительство производится по берегам морей и океанов, в просторных степях, в тундре, горах. |
| СЭС (солнечная) | Энергия Солнца | Wсолнца – Uпара – Екпара – Ектурбины – Wэ |
18% |
– ВИЭ – экологически чистая – огромные запасы (2*1018 кВт в год) |
– большая рассеянность солнечной
энергии на Земле; •неравномерность поступающей на земную поверхность солнечной радиации в течение суток и в течение года; – высокая стоимость сооружения гелиоустановки; – зависимость строительства от наличия водных источников и только в районах с хорошей солнечной радиацией; – отчуждение огромных площадей для гелиоустановок; |
|
| ПЭС (приливная) | Морские приливы (отливы). Энергия волн Мирового океана |
Екволны – Ектурбины – Wэ |
20% |
Кислогубская ПЭС (800 кВт) | – ВИЭ – экологически чистая – огромные запасы энергии (3*109 кВт в год) – ритмичность работы – используется как для малой энергетики (освещение бакенов, морских причалов, волноломов), так и для большой (потребности отдаленных поселков с численностью населения до 1000 человек); – аккумулирование энергии в процессе электролиза воды. |
– зависимость строительства от рельефа
местности Земли (высота берега, высота приливной
волны – Охотское море (Пенжинская губа на
Камчатке)- до 13 м и в Белом море – 10 м); – высокая стоимость – износ оборудования (воздействие ударов волн и морской воды); |
| ГеоТЭС (геотермальная) | Тепло глубинных слоев Земли (подземная горячая вода и пар, нагретые сухие породы) | Wземли – Uпара – Екпара – Ектурбины – Wэ |
20% |
Паужетская геоТЭС (11МВт), Мутновская геоТЭС (200МВт) |
– ВИЭ – огромные запасы (4*1019 кВт в год) – не нуждается в органическом топливе – экологически чистая – использование горячей воды гейзеров и горячих источников для отопления теплиц, жилых и других помещений, в бальнеологии – лечение и профилактика заболеваний минеральными водами, промышленные технологии, основанные на применении тепла и пара; – просты в монтаже, конструкции и эксплуатации, дают дешевую энергию. – не нужны котельные для сжигания топлива, паутина подъездных путей, склады; – работа не подвержена сезонным колебаниям, ритмична; – применение компьютерного моделирования позволяет повысить продуктивность прогноза производительности скважин. |
– строительство в районах современного
вулканизма с благоприятным геологическим
строением и наличием запасов воды; – при строительстве приходится вести глубокое бурение (2–2,5 км) в горных породах (геотермальные месторождения образуются при формировании магматических пород из остывающей в земной коре магмы); – требуется специальное износоустойчивое оборудование (пароводяные смеси содержат примеси: ядовитый сероводород, пылевидные твердые частицы, что приводит к коррозии, образованию трещин, уменьшает прочность основных узлов установок); – труднодоступность районов строительства (высокогорье (высота 800–900 м над уровнем моря), отсутствие дорог, зимой – снега, ветер, мороз, удаленность от населенных пунктов) – требуют конструирования и выпуска оборудования для геоТЭС, работающего на сравнительно малом давлении и температуре; – температура пара и воды постепенно снижается, т.к. отбор тепла происходит гораздо быстрее, чем его естественный приток из недр Земли; |
Оценка работы.
Работа каждого ученика оценивается баллами от 3 до 5. Оценку проводит экспертная группа, при выставлении отметки учитывается общая (единая для группы) отметка, полученная группой за составленную ими таблицу в ходе подготовки к уроку и активность учащегося в ходе урока. Качество и объективность работы экспертной группы оценивается учащимися класса, они тоже получают отметку за урок.
Рефлексия урока.
Обратная связь по итогам урока осуществляется с помощью сигнальных карточек.