Экологическое образование и воспитание учащихся в процессе обучения физике

Изучаемые на уроках физики законы, явления и объекты природы необходимо рассматривать о взаимосвязи с экологическими проблемами. Физика, как одна из наук о природе, должна учить, как использовать законы природы, не нанося ей вреда. 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 и считал бы преступлением против всего живого нанесение вреда природе. Таким образом, решение экологических проблем в огромной степени зависит от постановки экологического образования и воспитания подрастающих поколений. Вступающие в трудовую жизнь люди должны иметь четкое представление о том, что природные ресурсы не бесконечны. Они должны хорошо знать законы природы, понимать взаимосвязь природных явлений, уметь предвидеть и оценивать последствия вмешательства в естественное течение различных процессов. У них должно быть выработано “экологическое мировоззрение”, т. е. сознание приоритетности решения экологических проблем при осуществлении любых проектов, разработке современных технологий, при всяком хозяйственном начинании, а также твердое убеждение в том, что без уверенности в безвредности для окружающей среды (или минимального ущерба) того или иного мероприятия оно не должно реализовываться. Такое мировоззрение можно сформировать лишь в том случае, если уже с детских лет, в школе давать соответствующие знания о природе, знакомить с экологическими проблемами, прививать любовь к природе, учить вести себя так, чтобы не наносить ей вреда, побуждать к общественно-трудовой деятельности по охране окружающей среды, её улучшению. При этом важно укрепить такую жизненную позицию; небрежное, безответственное отношение к природе (включая бытовые “мелочи” – выбрасывание, куда попало, мусора, выкапывание травы, отламывание веток и т.п.) безнравственно; чувство ценности окружающей нас природы обогащает духовный мир человека, возвышает его моральные принципы.

Современная тенденция гуманизации образования диктует необходимость возвращения физике её начального содержания как науке о природе. Подобную переориентацию может обеспечить экологизация школьной физики, ибо физическое обоснование имеют два взаимосвязанных аспекта проблемы “человек и природа”. Эти аспекты моно рассматривать при изучении большинства вопросов физики. Поскольку наибольший интерес к природоохранной работе проявляют учащиеся 7–8 классов, важно акцентировать их внимание на вопросах рационального природопользования, воспитывая у них чувство ответственности перед природой. Это моно сделать при изложении физических вопросов на данном экологическом материале.

7 класс.

8 класс.

Приведу пример урока физики, на котором рассматриваются экологические вопросы.

На занятии, посвященном установлению условий плавания тел, после закрепления материала уместно выяснить, где расположена нефть, вылитая в воду. Получив ответ (поверх воды), учитель рассматривает с учениками случай, когда поверхность воды большая, а нефти мало. Тогда нефть растекается по поверхности воды и покрывает её тонкой пленкой. “Действительно, – говорит учитель, – все вы наблюдали на некоторых лужах тонкую пленку, переливающуюся всеми цветами радуги. Она образована нефтепродуктами. А если такая пленка возникает на поверхности водоема, безопасно ли это для его обитателей? Каково ваше мнение?” Обобщая высказывания учеников, он формулирует вывод: даже тончайшая пленка нефти затрудняет проникновение молекул кислорода из атмосферы в воду и выход из неё молекул углекислого газа, что затрудняет дыхание рыбам и всем обитателям водоема. Затем выясняются основные источники загрязнения местных водоемов и мирового океана (для последнего это танкерный флот) и оцениваются размеры бедствия в случае аварии танкера на примере катастрофы с американским судном в 1978 году, когда в море вылилось 200000 т нефти. (Расчет загрязненной площади проводится при допущении, что толщина пленки равна 1 мм.) Оказывается, что эта площадь составляет 25000 га! Но ведь реально толщина пленки намного меньше, а площадь загрязнения ещё больше. Поэтому, каждая авария наносит огромный ущерб природе, любой рейс танкера – ответственейшая операция, требующая от всех её участников повышенного внимания и компетенции. К сожалению, аварии, влекущие за собой большие негативные последствия, случаются и на подводных нефтетрубопроводах (поэтому е нефть поступает в больших количествах (но не сразу, как в экстремальных условиях, а накапливается постепенно) при чистке судов, неаккуратном обращении с горюче-смазочными материалами, сливе даже бытовых отходов и т.д. этими источниками загрязнения нужно вести борьбу всем.

Также возможно создавать проблемные ситуации на базе экологического материала, знакомящего учащихся во время звуковых колебаний с одним из загрязнителей среды – шумом. Важность такого знакомства для девятиклассников обусловлена ещё и тем, что именно в этом возрасте молодым людям присуще особое увлечение чрезмерной громкой музыкой, а это нередко приводит к отрицательным последствиям для здоровья как их самих, так и для окружающих людей. Для создания исходной проблемной ситуации можно воспользоваться рассказом о случае, произошедшем в лаборатории электроакустики Морского научно-исследовательского центра в Марселе при испытании одного из генераторов инфразвука. Во время эксперимента исследователи вдруг почувствовали себя плохо. Всё вибрировало у них внутри – желудок, сердце, лёгкие. Генератор выключили, но ещё в течение нескольких часов люди чувствовали себя совершенно разбитыми.

Рассказав учащимся об этом эпизоде, учитель ставит проблему: ”Как можно объяснить произошедшее, если известно, что представляет собой инфразвук, к каким волнам он принадлежит (поперечным или продольным), как распространяется, что такое резонанс?”.

При рассмотрении звуковых явлений для активизации внимания учащихся целесообразно воспользоваться сообщением о том, что шумовое загрязнение, по данным австрийских ученых, укорачивает жизнь жителей больших городов на 10–12 лет. Ведь в городах промышленность и транспорт, бытовые приборы, радио и телевидение создают сильную “шумовую атаку” на человека. Какое сильное воздействия на человеческий организм оказывают звуки видно из следующего примера. В древнем Китае была придумана такая расправа с людьми, непочтительно относящимся к религии: ”Кто поносит всевышнего, не должен быть повешен, но флейтисты, барабанщики и крикуны должны непрерывно играть перед ним днем и ночью, пока он не упадет замертво.”

Какие же звуки для человека наиболее опасны? От каких параметров зависит их восприятие? Разобраться в этих вопросах учащимся помоет учебный материал. Можно только добавить, что вредное воздействие шума при одинаковой громкости и длительности зависит не только от частоты звука (в быту высокие звуки опаснее низких), но и от расстояния до его источника, причем “чистый” звук намного опаснее шума такой же громкости.

Для превращения полученных на уроке знаний в убеждения большое значение имеет создание благоприятных условий, при которых учащиеся смогли бы проявить инициативу и самостоятельность в выборе правильного решения и поисках средств для его утверждения. Полезными в этом плане могут быть уроки-диспуты, учебные экскурсии.

Для участия в них класс разбивается на две группы, каждая из которых должна быть готова защитить свою точку зрения и найти слабое место “противника”. В зависимости от подготовки и компетентности участников дискуссии урок моет быть построен по-разному. При этом от учителя требуется особое проявление такта. Ведь ребята могут слишком эмоционально отстаивать свою точку зрения, и важно умение педагога вовремя остановить спор, подвести итоги, объективно оценить подготовку учащихся к уроку к т.д. Примером такого рода мероприятия, которое полезно провести при изучении звуковых колебаний быть учебная дискуссия на тему “Ультразвуки и инфразвуки – друзья или враги.”

Для развития у школьников умения обоснованно отстаивать свою точку зрения, в частности по проблемам, связанным с экологией, может служить предварительное ознакомление их с перечнем вопросов, ответы на которые они смогут найти при изучении предстоящей темы учебной программы. Такой перечень моет быть вывешен в физическом кабинете. Это представляет школьникам возможность самостоятельно выяснить истину. К числу вопросов, которые могут быть обсуждены при изучении звуковых волн, относятся, в частности, такие:

• Почему искусственный шум (например, шум работающих машин) оказывает отрицательное воздействие на живой организм, а природные звуки (например, шум дождя, шелест листьев) действуют на организм благоприятно?

Ответ: Научные исследования показали, что во всех природных шумах определяющими являются одни и те се частоты – порядка 1000 Гц. Они относятся к зоне наилучшего восприятия для слухового аппарата, этим объясняется вызываемое чувство успокоения и равновесия. Искусственные шумы, как правило, связаны со звуками более высоких тонов, поэтому приводят живой организм в угнетенное состояние.

• Шум – только враг или он может приносить и пользу?

Ответ. Известно, что звуковые волны “шумового” типа способны
рассеивать и осаждать пыль. Это свойство используется, в частности, для очистки воздуха в заводских цехах.

• Что моете сделать вы для ослабления шума.

Ответ. Многое. Например:

– следить за тем, чтобы дома не звучали излишне громко радиоприемники, телевизоры и т.д.;
– разговаривать дома, на улице, в школе, в транспорте тихо, не повышая голоса;
– сажать деревья и правильно посаженные зелёные насаждения могут значительно снизить городской шум; летом его “рассеивают” и “поглощают” листья, а зимой снег на ветках и т.д.

При изучении темы “Двигатели внутреннего сгорания” можно рассмотреть комплекс экологических проблем, связанных с ростом числа автомобилей на нашей планете. Их условно разделить на три группы: экономия топлива, загрязнение окружающей среды и шумовое загрязнение.

Обострение ставшей уже глобальной экологической проблемы “Автомобиль – биосфера” в первую очередь объясняется количеством автомобилей. Нетрудно подсчитать, что сейчас один автомобиль приходится на каждые 10 человек, обитающих на нашей планете, включая младенцев и тех, кто не только никогда не видел автомобиля, но и не подозревает о его существовании (например, аборигены в верховьях Амазонки). В Москве один автомобиль приходится на каждого 4–5 жителя столицы, в одном же из самых урбанизированных районов мира городе Лос-Анжелесе (США), печально известном как родина фотохимического смога, – на 1–1,5 жителя. Район Лос-Анжелеса имеет благодатный климат почти 300 ясных дней в году. Под действием интенсивной солнечной радиации происходит диссоциация молекул кислорода с образованием озона. Этот процесс в обычных условиях обратим, однако то, что город расположен на берегу залива, в долине с трех сторон окруженной горами, приводит к тому, что озон и выбросы автомобилей собираются вместе на небольшой высоте и надолго задерживаются там. Совместное присутствие диоксида азота, углеводородов и озона в результате сложных фотохимических процессов, механизм которых до конца не изучен, приводит к образованию очень агрессивных и вредных органических соединений. Они наиболее опасны. Они сравнимы с боевыми отравляющими веществами, влияют на функции лёгких и органов кровообращения при очень малых концентрациях, когда человек даже не замечает их присутствия в воздухе. Фотохимический смог нередко образуется во многих крупных городах: Нью-Йорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио и других. В нашей стране он пока не наблюдался, однако предпосылки имеются. Летом в сухую солнечную погоду на Садовом кольце в Москве были замечены концентрации озона 100 и 1000 ПДК. Фотохимический смог в Лос-Анжелесе в 1950–1960 годах наблюдался иногда более 60 дней в году. Помимо влияния на здоровье людей, он привел к значительному сельскохозяйственному ущербу в Калифорнии, одном из самых плодородных штатов США. За сутки в городе испарялось около 50 тонн бензина, главным образом пролитого при заправке. А 300 г бензина загрязняют 200000 м³ воздуха! Местные власти и федеральное Агентство охраны окружающей среды разработали комплекс мероприятий по борьбе с загрязнителями атмосферы. Так, было введено ограничение числа поездок на личном автомобиле, поощрялось совместное использование автомобиля сослуживцами, были выделены средства на развитие общественного транспорта, стимулировался перевод транспорта короткого действия (например, для перевозки товаров) на электрическую тягу, был введен тщательный контроль за техническим состоянием транспортных средств, было запрещено использование этилированного бензина. Комплекс всех этих мероприятие привёл к значительному оздоровлению воздушного бассейна.

Достоверно установлено: городской шум, источником которого в основном является автотранспорт, повышает заболеваемость, сокращает продолжительность жизни на 8–12 лет. Чрезмерный шум может стать причиной нервного истощения, психической угнетенности, язвенной болезни, расстройств эндокринной и сердечнососудистой системы. Шум мешает работать и отдыхать, снижает производительность труда. Наиболее чувствительны к действию шума пожилые люди и работники умственного труда. Однако, как правило, на фактор шума не обращают внимания. В Москве, Санкт-Петербурге и других крупных городах по-прежнему возводят жилые дома на расстоянии 20 м. от проезжей части магистралей, не реализуется программа мероприятий по защите от шума квартир, зданий и целых жилых районов, а также подавления источника шума.

Рост числа автомобилей сопровождается ростом дорожной сети. Магистральные междугородние дороги нередко преграждают традиционные пути миграции, в результате на автодорогах гибнут тысячи крупных и сотни тысяч мелких животных.

На мой взгляд, способы использования экологического материала способствуют не только углублению знаний по физике, но и выработке у них природоохранительных убеждений.

Поскольку на уроках физики большое внимание уделяется решению задач, то целесообразно не только обогащать экологическим содержанием условия физических задач, но и привлекать ребят к обсуждению обычных (типовых) задач е точки зрения связанных с условием экологических проблем, например таких, как рациональное использование природных ресурсов, экологизация сельского хозяйства и транспорта. Приведу примеры подобного обсуждения задач по физике.

• Как на основе молекулярно-кинетической теории объяснить механизм всасывания питательных веществ из почвы волосками корней растений?
• Как изменяется высота подъёма воды в капиллярах почвы с повышением температуры?
• Как во время засухи и суховеев сохранить влагу на полях, чтобы спасти посевы от гибели?

При обсуждении этих задач во время изучения поверхностного натяжения жидкостей и капиллярных явлений важно отметить, что плодородие почв представляет собой результат длительной эволюции; свойства почвы зависят главным образом от деятельности населяющих её организмов. Нерациональное использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение земель промышленными отходами приводят к подавлению, биологической активности почвы, особенно в районах сплошной распашки.

В содержании курса физики есть ряд тем, на базе которых наиболее эффективно провести уроки, интегрирующие под знаком экологического воспитания и образования знания по предметам естественно – научного и обществоведческого циклов.

См. Приложение 1. Приложение 2.