Учебный проект на уроках и во внеклассной работе по физике в условиях экологической школы как средство воспитания экологической культуры

К началу нового века мир оказался перед угрозой резкого ухудшения глобальной экологической ситуации – фактически на грани тотальной экологической катастрофы. Биосфера подверглась сильнейшему загрязнению, и говорят уже об отравлении атмосферы в целом продуктами жизнедеятельности человека.

Предупреждая о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу, еще полвека назад академик Вернадский писал: “Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли”. Это предупреждение пророчески оправдалось.

Решение экологических проблем в огромной степени зависит от постановки экологического воспитания и образования.

Наша школа является школой экологической. Расширенное экологическое образование – задача обучения в экологической школе. В экологической школе каждый учебный предмет решает свои задачи, опираясь на экологическое знание и расширяя его в новые области. Экологический компонент введен в практическую часть всех основных предметов.

В курсе физики имеется материал, который позволяет сделать это естественно, без перегрузки учащихся. Прежде всего, потому что:

• земля, вода, воздух и т.д., входящие в биосферу, являются объектами изучения физики;
• многие процессы, протекающие в биосфере, их устойчивость зависят от физических свойств отдельных элементов биосферы;
• в биосфере вместе с биологическими и другими процессами протекают и физические: тепловые, электромагнитные, радиоактивные и т.д.

Экологический материал можно включить практически в изучение каждой темы по физике.

Для учителя физики экологическое образование и воспитание учеников – дело естественное, ведь он преподает ту науку, которая изучает и устанавливает общие законы природы, т.е. законы окружающей среды.

Однако, задача состоит не в том, чтобы сообщить учащимся определенный набор экологических знаний, а в том, чтобы выработать “экологическое мировоззрение”, т.е. сознание приоритетного решения экологических проблем при осуществлении любых проектов, разработке современных технологий, создании машин и механизмов, при всяком хозяйственном начинании, а также твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды (или минимальности ущерба) того или иного мероприятия, оно не должно реализовываться; формировать научные взгляды на экологические проблемы, понимание их значимости в современном мире, показывать научно-обоснованные способы уменьшения вредного воздействия человека на природу.

В Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года подчеркивается, что в общеобразовательной школе модернизация “предполагает ориентацию образования не только на усвоение обучающимися определенной суммы знаний, но и на развитие его личности, его познавательных и созидательных способностей. Общеобразовательная школа должна формировать целостную систему знаний, умений, а также опыт самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, то есть ключевые компетенции, определяющие современное качество содержания образования” (Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года. М.,2001) .

Изменяется подход к самой сути образования. Для учителя – это переход от передачи знаний к созданию условий для активного  познания и получения детьми практического опыта. Для учащихся – переход от пассивного усвоения информации к активному ее поиску, критическому осмыслению, использованию на практике.   

Решить эти задачи путем традиционных методов обучения невозможно. Решению их может способствовать только переход на новый тип обучения -  “инновационный”. Термин “инновация ” означает нововведение, связанное с внесением изменений в организацию, цели, содержание, методы и формы обучения, в деятельность обучающего и обучаемого, в учебно-методическое обеспечение, в систему воспитания и т. д.

Одним из инновационных направлений в экологическом образовании,  является метод проектов, в основе которого лежит развитие познавательных навыков учащихся, умений самостоятельно конструировать свои знания, ориентироваться в информационном пространстве, развитие их критического мышления, умения увидеть, сформулировать и решить проблему.

В проектной работе целью обучения становится, прежде всего, развитие самообразовательной активности учащихся, направленной на освоение нового опыта. Работая в учебных проектах, они учатся проводить исследования, действуя за компьютером, вынуждены систематически и четко излагать свои мысли в письменном виде, отсылать и получать большое количество текстовой, цифровой и графической информации, анализировать поступающую информацию и представлять новые идеи.

Особое внимание в учебном проекте обращается на организацию взаимодействия школьников при проведении исследований, и оно должно полностью отвечать требованиям эффективной групповой работы.

Пройдя обучение на курсах по Программе Intel “Обучение для будущего”, я утвердилась в мысли, что метод проектов, безусловно, нужен! Проектная деятельность должна быть неотъемлемой частью образовательного процесса и разумным объединением со всеми другими методами.

В кабинете физики нашей школы есть современный компьютер с доступом к Интернету, мультимедийный проектор, принтер, ноутбук, интерактивная доска, мультимедийные издания. В школе есть хороший фотоаппарат и видеокамера. Все у большего числа учащихся дома появляются современные компьютеры, и они начинают использовать их в учебных целях. В школе выделено время для работы учащихся в компьютерном классе и в библиотеке. Можно сказать, что созданы все условия для внедрения в учебный процесс такой педагогической технологии как проектная деятельность.

Наибольший интерес представляют исследовательские экологические проекты. Работа над ними, начатая на уроках физики, продолжается во внеурочной деятельности учащихся.

Содержание и этапы проведения учебного проекта должны быть тщательно спланированы учителем.

Необходимо

• продумать тему проекта,
• выбрать возрастную категорию учащихся,
• сформулировать дидактические цели и методические проекта,
• определить с учащимися творческое название проекта,
• сформировать группы для проведения исследований,
• провести “мозговой штурм” для выбора темы самостоятельных исследований учащимися,
• обсудить с учащимися возможные источники информации и вопросы защиты авторских прав,
• помочь в организации обсуждения заданий каждого в группе,
• консультировать учащихся во время выполнения самостоятельной работы,
• консультировать учащихся во время подготовки презентации по отчету о проделанной работе,
• разработать для учащихся оценочные листы с критериями оценивания работы,
• оценить работу учащихся.

В качестве примера рассмотрим проект “Влияние энергетики на окружающую среду и методы уменьшения этого влияния”

Творческое название проекта “Энергетика вчера, сегодня и всегда”.

Цели:

• Формирование экологической грамотности учащихся.
• Формирование компетентностей: в сфере самостоятельной деятельности, в сфере гражданско-общественной деятельности, усвоения способов приобретения новых знаний из различных источников информации, в бытовой сфере.

Методические задачи:

Обучающие:

• Научить пользоваться ресурсами Интернета, библиотеки, справочной и энциклопедической литературой.
• Учить обобщать и обрабатывать полученную в результате исследований информацию.
• Научить пользоваться компьютерными программами Microsoft Power Point, Microsoft Publisher, Microsoft Exсel для оформления результатов работы.

Развивающие:

• Развивать коммуникативные умения и навыки.
• Развивать навыки самостоятельной работы.
• Развивать творческие способности.

Воспитательные:

• Воспитывать экологическую культуру.
• Воспитывать эстетический вкус.
• Воспитывать информационную культуру личности.

Самостоятельные исследования учащихся:

• Возможности использования альтернативных источников энергии в Ленинградской области.
• Оценка уровня загрязнения атмосферы автотранспортом.
• Оценка уровня загрязнения окружающей среды котельными г. Тихвина и Тихвинского района.
• Расчет тепловых потерь из квартир и здания школы.
• Составление энергетических паспортов квартир и школы.
• Составление карт-схем основных источников загрязнений в г. Тихвине и Тихвинском районе.
• Разработка и выпуск буклетов, бюллетеней по “Энергосбережению”

Проект соответствует следующим темам тематического плана:

7 класс

• Введение

Что изучает физика. Физические явления. Физика и техника.

• Первоначальные сведения о строении вещества.

Строение вещества. Молекулы. Движение молекул. Диффузия в газах и жидкостях. Три состояния вещества.

• Взаимодействие тел

Механическое движение. Неравномерное и равномерное движение. Скорость. Явление всемирного тяготения. Передача давления жидкостями и газами. Давление в жидкости и газе. Вес воздуха. Атмосферное давление. Плавание тел. Плавание судов.

• Работа и мощность. Энергия. Механическая работа. Единицы работы. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергия.

8 класс

• Тепловые явления

Тепловое движение. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Способы теплопередачи.

Работа газа и пара при расширении. Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина. КПД теплового двигателя.

Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Сгорание топлива. Закон сохранения и превращения энергии. Агрегатные состояния вещества. Испарение и конденсация. Влажность воздуха.

Электрические явления.

Электрический ток. Действия электрического тока. Источники электрического тока. Лампы накаливания. Электронагревательные приборы.

Электромагнитные явления.

Электрический двигатель

Световые явления.

Законы отражения и преломления света.

9 класс

• Законы взаимодействия и движения тел.

Скорость. Закон всемирного тяготения.

• Электромагнитное поле.
• Строение атома и атомного ядра

Радиоактивность. Биологическое действие радиации. Ядерный реактор.

Атомная энергетика. Термоядерная реакция.

10 класс

• Механика

Силы всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения.

• Молекулярная физика.

Тепловые явления. Температура и тепловое равновесие. Влажность воздуха.

Принцип действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя.

• Основы электродинамики.

Электрический ток. Сопротивление. Работа и мощность тока. Электрический ток в полупроводниках.

11 класс

• Электромагнитные колебания и волны

Переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и применение электрической энергии.

• Оптика

Законы преломления и отражения света.

• Атомная физика.

Радиоактивность. Цепная ядерная реакция. Атомный реактор. Термоядерная реакция. Применение атомной энергии. Действие радиоактивных излучений на организм человека.

Этапы проведения проекта:

Подготовительный этап

• Формирование творческой группы учителей для работы над проектом.
• Составление плана работы над проектом.
• Создание межвозрастной творческой группы учащихся 11б и 7а классов.
• Проведение собрания родителей учащихся участников проекта.
• Разработка критериев оценки работы по проекту.

Этапы исследований

• Сбор теоретического материала с использованием ресурсов библиотеки и Интернета.
• Сбор фактического материала.
• Связь со специалистами МУП “Теплосеть”.
• Организация и проведение экскурсий на Волховскую ГЭС, котельные г. Тихвина и Тихвинского района, электросети, водоканал, грузовое автопредприятие, музей воды и музей железнодорожного транспорта в С-Петербурге.
• Обучение работе с компьютерными программами, необходимыми для оформления результатов работы.
• Обработка материалов исследования.
• Выпуск бюллетеней, буклетов, листовок по теме проекта.
• Создание компьютерной презентации проекта.

Заключительный этап

• Презентация и защита творческих отчетов учащихся.
• Подведение итогов работы и награждение активных участников.
• Участие в международной олимпиаде “Созвездие”.

Над проектом работали несколько групп учащихся. Одни собирали теоретический материал, другие осуществляли связь со специалистами МУП “Теплосеть”, собирали практический материал, третьи обрабатывали материалы исследований, делали выводы, разрабатывали рекомендации, все вместе посещали предприятия теплоснабжения, автопредприятия, ГЭС, музей воды и т.д. Семиклассники работали над темой “Энергосбережение”.

Говоря о методе проектов, имеют в виду способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы (технологию), которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, оформленным тем или иным образом.

Результаты работы над данным проектом учащиеся представили в виде презентации, буклетов, бюллетеней, листовок (Приложение 1). Причем каждая группа создала свою презентацию, которые мы объединили в одну большую. Материалы, созданные в ходе работы над проектом, хранятся в школьной библиотеке и могут использоваться учителями и учащимися при подготовке классных часов и внеклассных мероприятий по темам, соответствующим темам проекта.

Самостоятельные исследования учащихся завершились защитой проекта в школе, которая показала, что цели проекта в основном достигнуты, а поставленные задачи выполнены.

В проекте соблюдены все Требования к содержанию и организации проведения учебного проекта, сформулированные в Программе Intel “Обучение для будущего” (Intel “Обучение для будущего”: Учебное пособие.-2-е изд.. – М.: “Русская редакция”, 2003) Проект полностью ориентирован на действующую программу и учебный план и может быть интегрирован в рамках учебного процесса. Деятельность в рамках проекта помогает учащимся интерпретировать, оценивать и систематизировать информацию. Все материалы созданы с соблюдением авторских прав. Проект характеризуется исследовательским подходом к собранным и проанализированным материалам.

В основе проекта лежит технология обучения в сотрудничестве, работу в равной мере осуществляли все члены межвозрастной группы учащихся.

В материалах проекта широко представлены элементы мультимедиа, и их использование педагогически оправдано. Элементы дизайна и содержания презентации дополняют и усиливают друг друга.

Компоненты учебного проекта хорошо подготовлены для использования. Данный проект легко модифицировать и реализовывать в разноуровневом обучении.

Опыт работы показывает, что специально организованная внеклассная работа дает большие возможности для развития мышления учащихся и их творческих способностей.

Центральное место в учебно-воспитательном процессе в нашей школе занимает проект “Земля родная”, рассчитанный на 10 лет, имеющий целью формирование глобального экологического мышления учащихся и педагогов. В рамках проекта ежегодно организуется работа летних экспедиций, охватывающих бассейн реки Тихвинки от истоков до устья. Поэтому работа над проектами, начатая на уроках физики, переносится непосредственно к объектам природы.

Проведение комплексных исследований позволяет всесторонне изучить исследуемый объект, приводит к осознанному пониманию единства и общих закономерностей природы. Самостоятельные исследования и наблюдения побуждают учащихся мыслить масштабно, искать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях природы, делать самостоятельные выводы и обобщения, использовать результаты исследований на практике.

Работа над проектом “Сердцу милая Тихвинка” началась с изучения в 7 классе темы “Сообщающиеся сосуды”, при изложении которой рассматривается работа шлюзов, как пример применения сообщающихся сосудов. Эта тема всегда вызывает интерес у моих учеников, так как все наслышаны о существовании Тихвинской водной системы, но далеко не все понимают, зачем она была нужна, зачем сооружались шлюзы, как они действовали.

У Псковского шлюза, который расположен вблизи деревни Галично, мы провели расширенное заседание физико-математической кафедры с участием членов школьного научного общества, на котором шел разговор о Тихвинской водной системе. Я рассказала ребятам об устройстве и принципе работы шлюзов, об истории создания и нынешнем состоянии этого уникального памятника инженерного творчества, о проблемах, возникающих в связи с отсутствием гидросооружений. Был сформулирован основополагающий и проблемные вопросы. Работа над проектом была продолжена в летней экспедиции, проводимой в нашей школе в рамках проекта “Земля родная”.

Работа над проектом проводилась в тесном сотрудничестве с учителем географии Мелестовой Людмилой Михайловной и классным руководителем Пряхиной Зоей Викторовной.

Этапы проведения проекта

Подготовительный этап

Составление плана работы над проектом.

Разработка критериев оценки работы по проекту.

Этапы исследований

Исследование состояния шлюзов ТВС, качества воды в р.Тихвинке.

Сбор теоретического материала с использованием ресурсов библиотеки и Интернета.

Организация и проведение экскурсии на МУП “Водоканал”

Обучение работе с компьютерными программами, необходимыми для оформления результатов работы.

Обработка материалов исследования.

Создание компьютерной презентации проекта.

Заключительный этап

Презентация (Приложение 4) и защита творческих отчетов учащихся.

Подведение итогов работы и награждение активных участников.

Участие в международной олимпиаде “Созвездие”.

Лист планирования работы самостоятельной деятельности учащихся по проекту

Участники: Зайцев Иван, Шорохов Евгений, Белошапкина Оксана, Пинижанинова Анастасия, Завитаева Татьяна, Пряхин Сергей, Тертычный Денис

Тема проекта: Сердцу милая Тихвинка.

Основополагающий вопрос: Возможно ли в развитии цивилизации правильное использование водных ресурсов?

Проблемные вопросы: Как решить проблему водоснабжения города и района? Как мы можем защитить Тихвинку от загрязнения?

Виды исследовательской деятельности учащихся:

• исследование и описание состояния шлюзов ТВС, выяснение соблюдения закона сообщающихся сосудов при строительстве и работе шлюзов,
• исследование качества воды в р.Тихвинке,
• определение температуры воздуха, влажность, атмосферное давление,
• определение ширины, глубины реки Тихвинки, расчет среднего давления воды на дно реки,
• построение графиков зависимости среднего давления воды на дно реки от глубины
• определение средней скорости течения реки, температуры воды в реке,
• построение графиков изменения скорости течения и температуры воды в реках во время экспедиции,
• определение расхода воды в реке,
• разработка рекомендаций для улучшения гидрологического режима реки и ее экологического состояния, для решения проблемы водоснабжения города и района,
• применение закона сообщающихся сосудов при объяснении удивительных свойств карстовых озер Травно и Кривули, относящихся к бассейну реки Тихвинки,
• составление карт-схем исследуемых объектов.

Пример описания состояния шлюза

Псковский шлюз находится недалеко от деревни Галично. Длина плотины 4м. Шлюз находится в 50м от плотины. Длина его 150м, ширина 8м, глубина бревенчатой части 1,5м. сохранились 2 бревенчатые камеры. В 300м от шлюза отводный канал, соединяющий шлюз с Тихвинкой. Форма берегов до плотины ассимметрична. Левый высокий, крутой 7,5м. правый пологий.

Глубина Тихвинки в 40м вниз по течению наибольшая – 3,5м у левого берега. Скорость течения 0,05 м/сек.. У правого берега течение спокойное, глубина от 40см до 1м.

Гидрологические исследования представили в виде таблиц

Пример: Гидрологический режим реки Тихвинка около Шлиссельбургского шлюза в деревне Окулово

Средняя глубина = 0, 64м шлюз

Ширина = 8,5м

Площадь поперечного сечения (F, м²) = 5,46м ²

Скорость течения (V, м/с) = 0,28 м/с

Расход воды (Q, м 3/с) = 1,63 куб. м/с

Годовой сток (км³ / год) = 0,048 куб. км/год

В работе много фотографий, сделанных детьми во время экспедиции. Представляю некоторые из них.

Проект был представлен на Всероссийской Олимпиаде

“Созвездие” научно-исследовательских, исследовательских и творческих проектов детей и молодежи по проблемам защиты окружающей среды “Человек-Земля-Космос”. По результатам защиты ребята заняли 2 место в средней возрастной категории.

С изучения темы “Сообщающиеся сосуды” началась и работа над проектом “Мы живем на одной земле”, задачами которого было изучение быта и особенностей жизни вепсов, их взаимосвязи с природой, исследование водных объектов окрестностей деревень Мозолево, Стехново и Лукино, выявление уникальных явлений природы, разработка туристических маршрутов для экологических экскурсий. Работа была продолжена в летних экспедициях.

Ребята разработали материалы для проведения этно-экологических экскурсий (Приложение 2), создали в школьном музее экспозицию вепсского быта и проводят по ней экскурсии для учащихся своей школы и школ города, выступают в качестве наставников для новых участников экспедиций.

Проект “Мы живем на одной земле” получил высокую оценку в конкурсах “Хранители Земли” и “Отечество”.

В ходе изучения темы “Биологическое действие радиоактивных излучений” в 11 классе началась работа над проектом “Разработка информационных материалов для населения “Как защититься от радиации?”” В группе работали не только учащиеся 11 класса, но и “продвинутые” семиклассники, которые с компьютером “на ты”. В ходе совместной работы они разработали шесть буклетов по данной теме (Приложение 3) и создали презентацию, содержащую обучающий материал по созданию буклетов. Проект был представлен на региональный тур конкурса “Энергия будущего 2006”, где ребята получили диплом победителей.

На региональном туре конкурса “Энергия будущего 2006” получили дипломы победителей и учащиеся, которые представили проекты “Влияние энергетики на окружающую среду” и “Физические экологически опасные факторы и их влияние на здоровье человека”.

Есть возраст, в котором почти каждый ребенок хочет стать ученым, исследователем. В этом возрасте наука кажется очень увлекательным занятием. И если в этот момент предложить детям заняться настоящей научной деятельностью, то наверняка в будущем они не будут равнодушны к школьным предметам. Именно поэтому я начинаю привлекать учащихся к исследовательской работе тогда, когда они еще и не приступали к изучению физики. А именно с 5-6 классов. У них горят глаза, они горды тем, что учитель ФИЗИКИ предложил им, как старшеклассникам, заниматься и научным исследованием. На вопрос учителей, одноклассников о том, чем они занимаются, ребята с гордостью отвечают: “Научной работой!”.

Учащиеся 6 класса работали над проектом “Свет и цвет в жизни человека”. Они изучали влияние света разного цвета на организм человека, проводили цветовые тесты, решали, какие цвета предпочтительнее использовать в интерьере класса, школы, квартиры, в палатах разных отделений больницы. По результатам защиты на олимпиаде “Созвездие” ребята заняли 1 место в младшей возрастной группе.

Пятиклассники работают над проектом “Проблема ухудшения зрения учащихся и пути ее решения”. Они исследуют освещенность рабочего места и рабочей зоны в классе при помощи люксметра и расчетными методами, выясняют ее соответствие санитарно-гигиеническим нормам, определяют соответствие учебников рекомендуемым гигиеническим нормам, оценивают основные параметры интерьера классной комнаты и их соответствие санитарно-гигиеническим нормам. Разрабатывают рекомендации и проводят беседы в младших классах по профилактике нарушений зрения.

Моя работа в рамках технологии проектного обучения началась, кажется, совсем недавно. Но сколько уже сделано, сколько учащихся вовлечено в активный творческий процесс, научены грамотно строить свою работу, собирать, систематизировать и анализировать информацию, сотрудничать, излагать свои мысли, ориентироваться в огромном потоке информации, оформлять результаты исследований, общаться с аудиторией, выступая на конференциях.

Работа в составе летних экспедиций привила учащимся любовь к родной природе, бережное отношение к ее богатствам, заботу об ее охране и пробудила интерес к экологическим проблемам, особенно той среды, в которой они живут.

Осуществлены проекты “Сердцу милая Тихвинка”, “Как защититься от радиации”, “Свет и цвет в жизни человека”, “Мы живем на одной земле”, “Физические экологически опасные факторы и их влияние на здоровье человека”, “Энергетика вчера, сегодня и всегда”, “Энергосбережение”, “Да будет свет!” (Проблема освещенности школьных помещений и пути ее решения), “Электромагнитный смог в городах и наших квартирах”, “Влияние автотранспорта на окружающую среду и организм человека”. Все эти исследовательские работы, созданные в ходе проектов получили высокую оценку на различных конкурсах научно-исследовательских и учебно-исследовательских работ учащихся в области экологии.

Приложение 4

Источники информации.

1. Intel “Обучение для будущего” (при поддержке Microsoft).Учебное пособие, 5-е издание, Москва 2005
2. Электронное приложение к учебному пособию. Intel “Обучение для будущего” (при поддержке Microsoft.)