Этимология слова “исследование” – обозначает извлечь нечто из “следа”, т.е. восстановить некоторый порядок вещей по косвенным признакам, случайным предметам. Здесь заложено понятие о способности личности сопоставлять, анализировать факты и прогнозировать ситуацию, т.е. понятие об основных навыках, требуемых от исследователя. суть исследовательской работы состоит в сопоставлении данных, их творческом анализе и производимых на его основаниях выводах.
В данной статье приводим вариант проведения исследовательской работы в области географо-геологических наук в курсе начальной физической географии в 6-м классе Тукузской средней общеобразовательной школы. Подготовка к реализации исследовательского проекта было начато при изучении темы “Рельеф Земли” и продолжено в рамках деятельности географического клуба “Гео-Элит”, членами которого и являются учащиеся 6-го класса.
1. Как готовиться к проведению исследования?
При реализации проекта последовательность действий была такова:
- Выбор и формулировка темы исследования, проблем и обоснования его актуальности.
- Определение объекта и предмета исследования.
- Формулирование цели исследования.
- Формулирование гипотез проекта.
- Формулирование задач проекта.
Тема, проблема и актуальность исследования?
Тема – это сфера производимой исследовательской работы. Она представляет собой объект изучения в определенном аспекте, характерном для данной работы. Проблема – это некая противоречивая ситуация, возникшая в результате работы, определившая тему исследования и требующая своего разрешения в итоге проекта. Проблема определяет тактику и стратегию исследования.
Тема исследовательского проекта: “Изучение изменения рельефа склона под действием временных водотоков в условиях южной подтайги”. В обоснование актуальности исследования учащиеся привели следующие доводы:
“Одним из элементов изменения рельефа под действием внешних сил природы, является процесс образования оврагов. Эти процессы протекают с разной скоростью в зависимости от условий взаимодействия основных компонентов природы: почв, растительности, климата. Вмешательство хозяйственной деятельности человека может явиться причиной или катализатором эрозии почв. Следствием является появление и развитие обширной овражно-балочной сети. Такая овражно-балочная сеть нарушает естественные условия ландшафта, ограничивает доступность ландшафта. Рост оврага вызывает размывание склона и его обрушению вместе с кустарниками и отдельно растущими деревьями. Они в свою очередь превращаются в источников вредителей леса”.
Что такое “объект исследования” и “предмет исследования”?
Объект исследования – это носитель проблемы, на который направлена исследовательская работа. Предмет исследования – это конкретная часть объекта, процессы или явления внутри объекта. При реализации нашего проекта, определение объекта исследования с его краткой характеристикой и предмет исследования было сформулировано в следующем варианте:
“Наше село Тукуз находится в зоне южной подтайги. Объект исследования расположен на южной окраине нашего села. Он представляет собой интенсивно развивающийся овраг среди живописного участка соснового леса, на левом берегу безымянной речки, притока реки Агитка (фото №1).
Овраг образовался в результате эрозионного размыва склона временными водотоками. Склон сложен слабозадернованной подзолистой почвой. Почвенный профиль состоит из 3-х горизонтов:
- верхний А0, толщиной около 5 см. Он состоит из опада трав и хвои,
- ниже В1, толщиной до 12 см, с малым содержанием гумуса, слабо-коричневого цвета,
- и далее вглубь – В2, песчаный горизонт.
В качестве предмета исследования мы определили процесс эрозионного размыва почвы склона, в результате которого идет процесс “роста” оврага”.
Что такое цель исследования исследовательского проекта?
Цель – это конечный результат, который бы хотелось достичь в конечном итоге проекта. Цель – это идеальное видение результата. В варианте нашего исследования, формулировка целей проекта представлено было следующим образом:
“Учитывая, что к концу осени 2002 года объекта исследования на наблюдаемом участке не существовало, мы определили три цели исследования:
- Выявление механизма эрозионного размыва.
- Оценка количественных характеристик эрозионного размыва.
- Выявление факторов – причин возникновения оврага”.
Как сформулировать гипотезу?
Гипотеза – “основание, предположение” – научное обоснование предположения о явлении, процессе, деятельности. После формулирования гипотезы окончательно определяются задачи проекта. Задачи исследования – выбор путей и средств для достижения цели в соответствии с выдвинутой гипотезой. В ученическом проекте, исходя из всего вышеизложенного, гипотезы и задачи исследования были сформулированы в следующем виде:
“Мы предполагаем, что:
Хозяйственная деятельность человека
послужила причиной образования оврага.
Для достижения поставленной цели определились
с задачами нашего исследования:
Выработать методику наблюдения над предметом
исследования.
Дальше приводим выдержки из оформленной работы исследовательского проекта.
Методика выполнения
практических работ на объекте исследования.
Их обоснование.
Основная причина образования оврага заключается в разрушительной деятельности временных водотоков. Главным образом, при таянии снега весной и после дождей летом и осенью. Процесс образования и развития оврага проявляется в виде физических процессов роста эрозионного вреза в глубину, ширину и длину. Динамику роста можно визуально пронаблюдать. Следовательно, путем регулярных замеров можно оценить их величину.
Измерительные работы проводились в следующие сроки:
- весной после полного таяния снега и схода талых вод;
- в конце каждого месяца с июня по октябрь, т.е. всего 5 замеров в течение лета и осени, так как именно в этот период выпадают осадки в виде дождя;
- и один контрольный замер в январе.
Технология проведения замеров.
Оценку динамики развития оврага можно осуществить путем построения поперечных профилей в постоянных контрольных точках. Для составления профиля поперечного сечения нужно провести комплекс замеров на овраге (Презентация 1). Для измерения глубины использовали рейку, концы которого лежат на бровках оврага (слайд №2). Положение рейки – строго горизонтальное. Поверх рейки вытягивается рулетка. Нуль рулетки совмещается с краем оврага и делается первый замер – это ширина оврага в данной контрольной точке. Полученные данные сразу записываем в дневник замеров.
Дальше определяем количество замеров глубины (слайд №3). Их число равно числу точек изгибов ложбины оврага. Для определения глубины эрозионного вреза в первой точке ставится строго вертикально линейка (слайд №4). Определяется отступ от края оврага по горизонтальной рейке. Потом измеряется глубина оврага в этой точке. Точно также проводим замеры в остальных точках ложбины оврага. После проведения замеров во всех точках наблюдения, полученные данные остается обработать и построить профили поперечного сечения оврага.
Наблюдения на объекте
исследования:
выполнение практических работ.
Для оценки динамики роста оврага на объекте исследования были заложены шесть контрольных точек наблюдения. Результаты замеров по предложенной методике на этих точках, мы преобразовали в чертежи профилей поперечного сечения ложбины оврага. При построении использовали единый горизонтальный и вертикальный масштаб. Для сравнения на октябрьские профили 2006 года сделали наложение профилей октября 2005 года. Это позволило проследить изменения в профиле во времени и оценить динамику глубины и ширины оврага (приложение 1).
Мы попробовали на объекте исследования поставить эксперимент с саженцами сосны обыкновенной. Мы предполагали, что их корневая система укрепит бровку оврага, и это будет препятствовать обрушению стенки оврага. И таким образом, мы остановим или замедлим процесс водной эрозии (фото №6).
Исходя из этих соображений, в конце сентября 2005 года были пересажены 25 саженцев сосны в шахматном порядке на 2 участках. Первый участок с 15 саженцами располагался сразу перед оврагом на пути его развития. Второй участок – на 35 метров дальше от первого – на краю леса и лесной поляны.
Модель механизма эрозии.
Обратим внимание на модель механизма развития эрозии. Мы представили его в два этапа. Первый этап водной эрозии: в результате обработки профилей летних месяцев мы выявили, что углубление и расширение оврага происходит в результате вымывания и транспортировки ручьями песчаного грунта почвенного горизонта В2. Фракции песка выносятся по дну оврага в протекающую ниже по склону безымянную речку.
Второй этап эрозии: после вымывания образуются свисающиеся бровки. Они через некоторое время под своей тяжестью обрушаются в ложбину оврага (фото №4). Их обломочный материал также в течение времени постепенно выносится ручьями. Таким образом, овраг растет по трем векторам эрозии – в ширину, глубину и длину.
Динамика предмета исследования.
В результате выполненных действий мы подошли к реализации 4 задачи, которую мы ставили перед проектом. То есть мы сейчас можем определить параметры эрозионного размыва за 1 год. Используем 3-х ступенчатый анализ полученных данных.
Возьмем, например, наложение профилей контрольной точки № 5 (фото №2). Путем простых замеров и расчетов определяем динамику эрозии в ширину для данной точки. Заполняем лист расчета.
Дальше определяем глубину в точках изгиба профиля за последний год. Здесь 5 точек замера глубины. Измерив, полученные данные также заносим в лист расчета. Среднеарифметическое этих глубин и есть средняя величина эрозии в глубины для контрольной точки №5. Точно также определяем среднюю глубину эрозии для других контрольных точек.
После анализа профилей и заполнения всех расчетных листов, мы составили сводную таблицу (фото №3), содержание, которого характеризует предмет нашего исследования. Извлечение средней величины из средних глубин всех контрольных точек дает показатель эрозии в глубину для оврага в целом. Это – 34, 7 см. Точно также вычисляем среднюю величину эрозии в ширину. Это – 69,3 см.
Сделаем интерпретацию данных. Итак, мы знаем:
- среднюю глубину эрозии;
- среднюю ширину эрозии;
- общую длину оврага. Она составляет 2330 см, или 23,3 метра.
Ложбину эрозионного размыва за 1 год сейчас мы можем представить в виде простой геометрической фигуры (фото №5). Итак, на третьей ступени анализа, мы определяем объем вынесенного водотоками обломочного материала. Она составляет 5 602 974 см3 .
Экспериментальная работа.
Коэффициент полезного действия лесопосадки на первом участке оказался нулевым, так как овраг за один год вырос в длину на 7,8 метров. Поэтому первый участок с саженцами оказался в зоне эрозионного вреза (фото №6). Корневая система саженцев не успела укрепиться, и большая часть саженцев погибла. На первом участке выжило только 2 саженца, причем один на дне оврага. Поэтому, мы пока не смогли подтвердить свою третью гипотезу. На следующий год планируем продолжить наблюдение на втором участке (фото №8), где саженцы успешно прижились.
При замерах мы следили и за траекторией направления роста оврага. В результате мы подтвердили свои 1 и 2 гипотезы. В ходе наблюдений выявили, что траектория роста оврага в длину, имеет не случайный вектор. Оказалось, что он совпадает с направлением старой тракторной колеи (фото №7), по которой и текут водотоки при таянии снега и после дождей. То есть тракторная колея служит руслом ручьев с выше лежащего водосбора. Мы установили, что весной 2002 года на участке исследования тракторами, путем волочения, транспортировали строевой лес. Гусеницы трактора “сняли” слой дерна на склоне, а волочащиеся хлысты леса углубили колею трактора. Это привело к тому, что обнажился песчаный горизонт подзолистой почвы, масса которого легко вымывается ручьями.
Таким образом, мы считаем, что хозяйственная деятельность человека послужила прямой причиной начала развития оврага. Тракторная колея превратилась в русло временных водотоков после таяния снега и выпадения дождей. Ежегодно потоки воды постепенно углубляют его, и по этой колее прогрессирует исследуемый нами овраг.
3. Выводы и рекомендации исследовательского проекта.Таким образом, после изучения и анализа полученного материала пришла к следующим выводам:
- Процесс эрозионного размыва на наблюдаемом участке является прямым следствием хозяйственной деятельности человека, в нашем случае, транспортировки строевого леса тракторами способом волочения.
- Тракторная колея служит руслом временных водотоков при таянии снега и выпадения дождя и является траекторией развития эрозионного вреза в длину.
- Динамика эрозионного процесса активно протекает весной после таяния снега и летне-осенний сезон при обильном выпадении осадков в виде дождя. В зимнее время процесс водной эрозии прекращается, и овраг находится в состоянии покоя.
- Гипотезу влияния саженцев на рост оврага подтвердить не смогли. Считаем, что требуется дополнительное время для продолжения эксперимента на втором участке саженцев сосны.
Из выводов проекта можем сформулировать рекомендацию для лесничества:
- Установить шлагбаумы и закрыть проезды в сосновые леса на названных участках.
- В летне-осенний период и весной нельзя допускать транспортные средства на участки светлохвойных лесов по берегам Агитки и ее притоков.