Бинарный интегрированный урок (экология + информатика) в 11-м классе по теме "Водопотребление и истощение ресурсов пресной воды на планете"

Изведать то, что не видел сроду, -
Глазами, ртом и кожей пить простор!
Кто в океане видит только воду -
Тот на земле не замечает гор.

В.Высоцкий

Цель: с помощью информационных и проектных технологий познакомить обучающихся с истощением ресурсов пресной воды на планете.

Задачи:

1. Расширить знания обучающихся о водопотребление пресной воды;
2. Научить обучающихся прогнозировать с помощью компьютерного моделирования, исходя из данных;
3. Познакомить со способами работы с различными источниками информации и применение их на практике;
4. Через интеграцию знаний по биологии, географии, информатики и экологии расширить знания обучающихся об экологической угрозе пресных водоемов;
5. Развить компетентностей обучающихся и применение их в жизненных ситуациях.
6. Воспитывать любовь к родному краю.

Оборудование: компьютерный класс, мультимедиапроектор, презентация (приложение 1).

Программное обеспечение: Microsoft Office Excel.

Тип урока: интегрированный.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний.

Вопросы:

1. Какое значение имеет вода для нормального функционирования организма человека?
2. Как может сказаться недостаток водопотребления на здоровье человека?
3. В каких отраслях используется пресная вода?
4. Виды моделирования?
5. Свойства модели зависят от цели моделирования?

3. Изучение нового материала.

Вода – основа развития земледелия, энергетики и рыбного хозяйства, без нее немыслимы быт и досуг человека. Объем пресных вод составляет около 35 млн. куб км., или 2,5% общих запасов воды на Земле. В тоже время большая часть пресных вод (68,7%) сосредоточена в ледниках и залегающем снежном покрове, из них основные запасы находятся в Антарктиде. Водные экосистемы снабжают водой города, села, промышленные объекты. В реках и озерах водятся ценные виды рыб. В прудах разводят рыбу.

Как и другие естественные экосистемы, водные экосистемы России испытывают сильное влияние человека; они загрязняются и истощаются в результате больших водозаборов, которые не компенсируются поступлением в водоемы воды с осадками и грунтовыми водами.

Футурологи считают, что будущие войны могут возникнуть в результате борьбы за пресную воду.

В настоящее время четверть населения Земли испытывает недостаток в пресной воде.

Итак, Вы поняли, что сегодня мы будем говорить с Вами об истощении ресурсов пресной воды на планете.

Рассмотрим план работы на уроке (запись плана в тетрадь).

План работы:

1. Ресурсы пресных вод на планете.
2. Расходование воды в орошаемом земледелии.
3. Коммунально-бытовое потребление.
4. Использование воды в промышленности и энергетике.
5. Качество пресной воды и здоровье человека.
6. Охрана водных ресурсов.
7. Практическое моделирование.

Используя план работы и карты, ученики рассказывают опережающий материал по данной теме.

Ресурсы пресных вод на планете.

Ресурсы пресных вод Земли формируются в процессе глобального круговорота воды, который является опреснителем вод и способствует их непрерывному возобновлению. Общее потребление пресных вод из года в год возрастает во всех регионах мира. Если в 20 веке человечество потребляло 400куб км. Воды в год, то ныне нам ежегодно необходимо уже около 4000 куб.км, т.е. около 10% объема мирового потребления.

Расходование воды в орошаемом земледелии.

Для нужд орошения используется значительная часть ресурсов пресной воды, причем около 3/4 безвозвратно. Ученые подсчитали, что при выращивании 1 т. риса за вегетационный период требуется 7 тыс. т. воды, пшеницы - 1.5 тыс.т., а хлопка – 10 тыс.т. воды. Наибольшей орошаемой площадью располагает Азия. Большая часть воды приходится на территорию Китая, Индии и Пакистана.

Таблица “расходование воды в орошаемом земледелии”

Коммунально-бытовое потребление.

В настоящее время суммарный объем потребляемой населением воды превысил 300 куб.км в год. Но лишь 4% населения земного шара пользуется водой в достаточном количестве, т.е. около 300-400 л/ сутки на человека, а для 2/3 населения, сосредоточенных главным образом в Африке и Азии, удельное потребление воды в 10 раз меньше.

Использование воды в промышленности и энергетике.

Вода для промышленности является столь же необходимым элементом в производстве, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы. Объемы потребления воды в промышленности различаются по отраслям. Так, на производство 1 т синтетического волокна нужно израсходовать 1 тыс. куб.м воды. Если ежегодно мировое потребление минеральных ресурсов, взятых из природы, составляет 7-8 млрд.т., то воды расходуется 7-8 млрд. т. ежесуточно.

Таблица “Использование воды в промышленности и энергетике”

Во многих пресноводных экосистемах России сложилась тяжелая экологическая ситуация, например, в густо населенном бассейне Волги, где на 8% территории России проживает 42% населения страны. Реки этого бассейна, и в первую очередь сама Волга, испытывают влияние гидротехнических сооружений, которых только на Волге и Каме – 14 (самое крупное – Куйбышевское водохранилище), и выбросов большого числа предприятий в городах, расположенных на Волге и её притоках. Среди загрязнителей Волги – нефтехимические комплексы Башкортостана и Татарстана, химические предприятия Тольятти и Дзержинска, множество тепловых электростанций, Астраханский газоперерабатывающий завод и многие другие. Загрязняют Волгу и сельскохозяйственные стоки, в которых растворены удобрения и пестициды. В итоге – падает качество воды в великой реке, гибнет некогда знаменитое стадо осетровых рыб.

Качество пресной воды и здоровье человека.

• Первые стандарты качества питьевой воды были утверждены в России в 1937 году. В этих стандартах содержатся нормы качества питьевой воды. Так, у нас в стране это ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая”, в котором определены требования к микробному составу, физическим и химическим характеристикам воды. Приведем некоторые предельно допустимые уровни содержания химических веществ по ГОСТу:
• водородный показатель (рН) -6,0-9,0;
• Железо (мг/л) - до 0,3;
• Жесткость общая (мг экв/л) – до 7,0;
• Марганец (мг/л) - 0,7;
• Медь(мг/л) - 1,0;
• Хлориды (мг/л) до 350.

Водный путь передачи инфекционных заболеваний стал очевидным. В наше время перечень заразных заболеваний, передаваемых через воду, включает, кроме холеры, дизентерию, брюшной тиф, инфекционный гепатит и другие. Доказана возможность заражения через воду полиомиелитом и туберкулезом.

Кишечная палочка очень широко распространена в природных водоемах, и о качестве воды судят на основе подсчета ее количественного содержания. Установлено, что только в тех случаях, когда количество кишечных палочек в 1л воды не превышает трех, вода может считаться безопасной в бактериальном отношении. О чистоте воды судят и по общему количеству бактерий, содержащихся в 1мг. Оно не должно превышать 100.

Охрана водных ресурсов

• Конституция РФ, статья 42 “Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением”.
• Сборник кодекса Российской Федерации, Раздел IV, Использование и охрана водных объектов, Глава 10-11, статьи 85-120.

Байкал загрязняют десятки промышленных предприятий, расположенных в окружающих его городах, и суда Байкальского флота, но главным загрязнителем остается Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат. Для разбавления его стоков ежесуточно используют 300 м3 байкальской воды, его влияние распространяется на площадь 35 км2. Кроме того, в окрестностях комбината находится 20 накопителей отходов, в каждом из которых по 1 млн. м3 отходов. Фильтрация вод этих накопителей сделала воду колодцев окружающих территорий непригодной для питья. Если в результате какой-либо катастрофы, например, сильного землетрясения, эти отходы попадут в Байкал, его экосистема будет разрушена. Строительство комбината было непростительной ошибкой, теперь планируется его перепрофилирование на менее опасное производство, но это будет стоить десятки миллиардов рублей.

Загрязняет водные экосистемы и речной транспорт. На озере Байкал, например, плавают 400 судов разного размера, они сбрасывают в воду около 8 т нефтепродуктов в год.

4. Практическое моделирование. (Эту часть урока ведёт учитель информатики)

Типы компьютерных моделей

• Компьютерная математическая модель
• Имитационное моделирование

Компьютерная математическая модель – это программа, реализующая расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели.

Имитационное моделирование воспроизводит поведение сложной системы, элементы которой могут вести себя случайным образом (поведение которых предсказать нельзя).

Задача. Представьте себе, что на Земле останется только один источник пресной воды- озеро Байкал. На сколько лет озеро Байкал обеспечит население всего мира водой?

Решение.

Постановка задачи.

Цель моделирования – определить количество лет, в течение которых Байкал обеспечит население всего мира водой, исследовать построенную модель.

Объектом моделирования является система, состоящая из двух компонентов: озера

Байкал и населения Земли.

Зная количество воды в Байкале, численность населения Земли и потребление водына 1 человека. Можно найти, на сколько лет ее хватит. При составлении этой модели мы не учитываем возможные изменения климатических условий. И также считаем постоянными численность населения Земли и потребление воды на 1человека в день. Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность, сельское и коммунально-бытовое хозяйство. Объем потребляемой воды зависит от уровня, составляя от 3 до 700 л на одного человека в день.

Разработка модели.

Для построения математической модели определим исходные данные. Обозначим:

V – объем озера Байкал – 23000 км³;

N – население Земли – 6 млрд. человек;

р – потребление воды в среднем на 1 человека в день – 300 л.

Т.к. 1 л = 1 дм³ воды, необходимо выполнить перевод V воды озера из км³ в дм³,

V (км³)= V* 10⁹ (м³) = V * 10¹² (дм³)

Результат - количество лет, за которое население Земли использует воды озера Байкала,

- обозначим g.

Итак, g = (V* 1000000000000)/( N*р*365).

Так выглядит электронная таблица.

Компьютерный эксперимент.

Выполнение задания на компьютере в Microsoft Office Excel.

Дополнительные вопросы:

2. Сколько лет можно будет пользоваться водами Байкала, если потребление воды увеличится до 400 л на человека?

3.Сколько лет можно будет пользоваться водами Байкала, если население Земли уменьшится до 5,7 млрд. человек?

Анализ результатов.

5. Задание на дом.

• Подготовьте презентацию или буклет об “исторической службе” реки Волги.
• Какие экологические проблемы связаны с хозяйственным использованием вод Волги?
• Какие меры можно предпринять, чтобы их решить?
• Смоделировать экологическую задачу в электронных таблицах.

6. Итог урока.

Мы смотрим едва ль не с восторгом,
Отринув и совесть, и страх,
Как наша любимая Волга
Страдает у всех на глазах.
Да что ж это, братцы, такое?Мертвеет живая вода.
Беда ведь не только с рекою,
А снами со всеми беда.

Н.Е.Палькин

7. Используемая литература.

1. И.Р. Голубев, Ю.В. Новиков. Окружающая среда и её охрана. М. Просвещение.1985 г.
2. Экология России. В.М. Маркин, Л.Г. Наумова. Москва. Устойчивый мир. 2001 г.
3. Справочник школьника и студента. Москва. Издательский дом Дрофа. 1999 г. Под редакцией Зигфрида Брема.
4. Н.Ф. Виноградова, В.В. Трушин. Экология. 10-11 класс. Москва. Просвещение.1998 г.

Презентация