Экологическое образование на уроках физики

В настоящее время принято такое определение экологии: «Наука об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой» [1]. Элементы среды, оказывающие существенное влияние на живой организм, называются экологическими факторами. Среди естественных факторов довольно много таких, которые, отрицательно действуя на объекты природы, наносят ущерб человеку. Это обусловлено не столько сущностью самого фактора, сколько его дозой. Небольшие регулярные дожди очень полезны для растений, но внезапные ливневые дожди опасны – они подмывают корни, ломают стебли; слабый ветер не оказывает вредного влияния, а буря валит деревья; обычный снегопад не вредит растениям, но обильное выпадение снега в тёплую погоду грозит поломкой ветвей и даже стволов молодых деревьев. Иногда один и тот же фактор для одних объектов полезен, а другим наносит вред. Например, высокий снеговой покров улучшает условия зимней жизни грызунов и ночующих в снегу птиц, но ухудшает жизнь копытных. Возможности защиты от пагубного воздействия естественных земных факторов имеются, о чём говорит, например, опыт охраны рыб от заморов в водоёмах, защиты виноградников от градобоя, урожая – от вредных насекомых, спасения наземных позвоночных в особенно суровые зимы, успешная борьба с размыванием берегов и пр. Космические факторы (некоторые виды радиации, метеориты, лунное притяжение и пр.) тоже могут оказывать отрицательное влияние на земные природные объекты. Например, солнечная радиация вызывает разрушение скальных образований, иссушение отдельных территорий, гибель растений и т. п. [2].

Катастрофическое влияние на природу оказывают такие мощные естественные факторы, как извержения вулканов и наводнения. Пока человечество не создало эффективных мер борьбы с ними. Последствия наводнений лишь несколько ослабляются регулированием стока вод, устройством дамб, насаждением лесов в верхних частях бассейнов рек. Способов борьбы с извержениями вулканов не существует вообще, но ведутся интенсивные исследования признаков, предшествующих и сопутствующих их началу, что имеет большое значение для разработки методов точного прогнозирования землетрясений. Естественные факторы, неблагоприятно действующие на природу, постоянно взаимодействуют с антропогенными. В ряде регионов антропогенные факторы по своему действию значительно преобладают над естественными, определяя характер развития всей географической оболочки [3].

Среди задач экологического воспитания можно выделить две основные: 1) сформировать убеждение в необходимости соблюдать экологические нормы и готовность пользоваться соответствующими правилами в личном поведении и деятельности. Для этого нужно сосредоточить главное внимание на преодоление утилитарно-потребительского отношения к природе; 2) укрепить у школьников жизненную позицию, главным элементом которой является нетерпимость к проявлениям безответственного отношения к окружающей среде.

Комплексный и интегральный характер экологических проблем не позволяет раскрыть их перед учащимися средней школы в полной мере. Тем не менее содержание программного материала курса физики даёт возможность познакомить школьников с рядом идей, раскрывающих физико-технический аспект современного экологического кризиса и путей его преодоления. Это связано с тем, что физика изучает наиболее общие и фундаментальные закономерности природы, которые лежат в основе правильного диалектико-материалистического понимания всей природы в целом. Это позволяет в процессе обучения последовательно раскрывать перед учащимися многообразие, взаимосвязь, взаимообусловленность и целостность явлений и процессов, протекающих в природе.

Физика возглавляет науки о природе: все они используют физическую терминологию, физические приборы и физические методы исследований. При обучении физике есть возможность ознакомить учащихся с современными методами изучения и охраны природы, обобщить полученные на других уроках знания. Одна из важнейших задач школьного курса физики – развить научный подход к явлениям и процессам природы, сформировать умения и навыки проведения научного эксперимента. Это даёт возможность выработать у школьников умения, важные для изучения и решения доступных им физико-экологических задач.

Например: • Почему заводские трубы делают как можно более высокими? • Почему нефть растекается по поверхности воды тонкой плёнкой? Как влияет нефтяная плёнка на биосферу водоёма? • Почему атомные и тепловые электростанции нельзя размещать поблизости? • Можно ли постоянно носить наручные часы со светящимися стрелками? • Питьевой воды на Земле во многих местах не хватает. Её приходится получать из морской воды либо выпариванием, либо вымораживанием. Какой способ выгоднее? • Почему необходима побелка плодовых деревьев?

• Какое количество дров надо сжечь, чтобы вскипятить на костре 3 л воды, взятой при температуре 10 °С, если на нагревание воды затрачивается 15% энергии, выделившейся при сгорании дров? (Ответ. 7,56 кг.) • Какое количество водяного пара содержится в комнате размерами 4 × 3 × 2,5 м при наиболее благоприятной для организма человека влажности 50–70% и температуре 20 °С? (Ответ. 260–364 г.) • Сколько кубометров газа выделяется в городе, загрязняя среду, если автомобиль такси расходует в день 20 кг бензина? Плотность газа при температуре 0 °С равна 0,002 кг/м³. (Ответ. 10 000 м³.) • Определите, сколько литров бензина сгорело бесполезно, если КПД двигателя мощностью 100 л. с. равен 20%, а расход бензина на 100 км составляет 8 л? (Ответ. 6,4 л.).

Ниже представлен фрагмент таблицы с «экологическими» вопросами, которые можно разобрать при изучении курса физики [3], [5].

Тема	Затрагиваемые вопросы экологии
7-й класс
Физические явления	Круговорот веществ в природе и промышленном производстве
Физика и техника	Проблема безотходных производств. Проблема утилизации отходов. Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду (на конкретных примерах ближайших промышленных и сельхoзпредприятий). Взаимосвязь природы и человеческого общества
Молекулы. Диффузия	Распространение вредных веществ, выброшенных промышленными предприятиями, путём диффузии и конвекции. Опасность неправильного хранения и применения минеральных удобрений, гербицидов. Понятие ПДК. Контроль за состоянием окружающей среды. Влияние нефтяной плёнки на поверхности водоёма на процессы диффузии газов. (Кислород не поступает в водоём, углекислый газ и метан не выводятся.)
Три состояния вещества	Круговорот воды в природе. Загрязнение атмосферы различными примесями и его последствия
Притяжение и отталкивание молекул	Несмачиваемость оперения водоплавающих птиц обычной водой и смачиваемость его нефтью
Явление тяготения. Сила тяжести	Явления выпадения вредных частиц пыли и дыма из атмосферы на Землю и его возможные последствия
Сила трения	Вредные последствия посыпания наледи песчано-солевой смесью (гибель растительности, разъедание автомобильных шин, коррозия трубопроводов)
Давление твёрдых тел	Давление на почву тяжёлых тракторов
Энергия рек и ветра	Перспектива использования безотходных и возобновляемых источников энергии. Рациональное использование энергии рек и ветра. Связь прогресса человеческой цивилизации с энергопотреблением
Давление в газе и жидкости	Единый Мировой воздушный и водный океаны. Ветры и течения. Перенос загрязнений воздушным и водным путями
Сообщающиеся сосуды. Шлюзы. Водопровод	Системы орошения и осушения, их влияние на микроклимат. Нарушение природного равновесия при строительстве каналов. Последствия «поворота рек» (уменьшение запасов пресной воды на Земле, необходимость её экономии)
Атмосферное давление	Атмосфера – часть жизненной среды. Изменение состава атмосферного воздуха под действием антропогенного фактора (на примерах конкретных производств). Уменьшение озонового слоя и его последствия, рассеивание выбросов при циклоне и антициклоне. Штормовые предупреждения предприятиям. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений
Насосы	Орошение земель, рациональное использование
Архимедова сила. Условия плавания тел	Необходимость экономии воды. Образование нефтяной плёнки на поверхности водоёмов и её уничтожение. Экологические аспекты сплава древесины по рекам. Судоходство и связанные с ним вопросы охраны воды
Плавание судов	Пагубные последствия судоходства: разрушение берегов, глушение рыбы, загрязнение водоёмов. Аварии нефтяных танкеров как экологическая катастрофа
Воздухоплавание	Разрушение озонового слоя атмосферы. Экономическая неэффективность, экологический вред сельскохозяйственной авиации. Использование аэростатов. Влияние воздушного транспорта на чистоту атмосферы Земли
Работа и мощность	Мощность. КПД и экологическая безопасность различных механизмов (сравнительный анализ)
8-й класс
Конвекция в природе и технике	Роль конвекции в процессах, происходящих в атмосфере и в океане. Образование конвекционных потоков в промышленных зонах. Тяга. Механизм рассеивания выбросов с помощью высоких труб. Особенности рассеивания при циклонах и антициклонах. Нарушение конвекции в случае ядерной войны, наступление «ядерной зимы». Теплоизоляция в быту и технике как метод сбережения энергоресурсов
Водяное отопление	Экологические аспекты водяного отопления (загрязнение от ТЭЦ)
Излучение	Парниковый эффект на Земле и возможные последствия его усиления. Перспективы использования чистой энергии Солнца
Удельная теплоёмкость	Нарушение природно-климатических условий при осушении естественных и создании искусственных водоёмов. Широкое применение воды во всех сферах производства. Ограниченность запасов пресной воды
Теплота сгорания топлива	Органическое топливо как основной источник энергии на современном этапе. Ограниченность запасов органического топлива, загрязнение атмосферы продуктами его сгорания. Сравнение эффективности и экологической безвредности различных видов топлива (газ, жидкое топливо, твёрдое топливо). Необходимость перехода автотранспорта на газовое топливо
Агрегатное состояние веществ	Круговорот воды в природе. Явление испарения с поверхности морей и океанов и его влияние на климат Земли
Плавление и отвердевание	Влияние засоленности воды на температуру льдообразования. Экологические аспекты литейного производства
Испарение и конденсация. Холодильник	Образование кислотных дождей. Опасность накопления в атмосфере фреона и аммиака для жизни на Земле
Тепловые двигатели. ДВС. Паровая турбина	Загрязнение окружающей среды выбросами в атмосферу и сточными водами. Кислотные дожди. Гибель водоёмов, растительности, разрушение архитектурных сооружений, коррозия металлов. Меры снижения вредных выбросов. Контроль за выхлопными газами. Сравнение тепловых двигателей по их влиянию на экологическую обстановку. Совершенствование тепловых двигателей с целью охраны природы
Электрическое поле	Влияние статического электричества на биологические объекты. Электростимулирование жизнедеятельности семян и растений. Борьба с электризацией жилых помещений (ионизаторы воздуха, влажность воздуха и электризация, очистка воздуха электрофильтром)
Гальванические элементы и аккумуляторы	Необходимость осторожного обращения с гальваническими элементами и аккумуляторами. Проблема их утилизации
Сила тока, электрическое напряжение, сопротивление	Применение фото- и термоэлементов, солнечных батарей и термоэлектрогенераторов. Действие электрического тока и его использование в целях защиты окружающей среды
Магнитное поле	Взаимообусловленность явлений в природе. Влияние магнитного поля на биологические объекты. Понятие о магнитобиологии (воздействие на организм магнитных бурь, магнитных браслетов, ориентация птиц)
Постоянные магниты	Экологические аспекты добычи железной руды открытым способом (образование отвалов и их последующая разработка)
Электродвигатель	Перспективы развития электротранспорта. Преимущества электродвигателя как экологически чистого двигателя
Электрификация и охрана природы	Экологические проблемы получения и передачи электроэнергии. Отрицательное воздействие на окружающую среду различных типов электростанций (ТЭС, ГЭС, АЭС). Тенденции развития альтернативных способов выработки электроэнергии (термальные, приливные, ветровые электростанции)
Световые явления	Изменение прозрачности атмосферы под действием антропогенного фактора, его экологические последствия. Изменение климата
9-й класс
Сила тяжести	Значение механических процессов, протекающих в биосфере. Сила тяжести и ускорение свободного падения – важнейшие физические параметры природной среды
Движение ИСЗ	Использование ИСЗ для глобального изучения влияния производственной деятельности людей на природу нашей планеты для удаления радиоактивных отходов
Закон сохранения импульса. Реактивный двигатель	Физические процессы, сопровождающие работу реактивного двигателя и загрязняющие окружающую среду (выброс газов, нагревание, шум и пр.). Космические аппараты как средство контроля за состоянием атмосферы. Обнаружение загрязнений с помощью космической техники и технологии. Охрана космоса. Обеспечение устойчивости динамики природных явлений (строительство каналов, плотин, дамб, защита от наводнений). Приливные волны, их роль в энергетике
Энергия	Гидроэнергетические ресурсы России. Экологические проблемы использования энергии рек (потеря природных земель, заболачивание местности, изменение климата, влияние на рыбоводство и т. д.)
Потенциальная и кинетическая энергии. Закон сохранения полной механической энергии. Мощность	Экологичность аэро- и гидроэнергии. Рациональное использование гидроресурсов. Экологические требования к ГЭС. Перспективы развития гидроэнергетики. Достоинства и недостатки ветроустановок, перспективы их использования
Инертность тел. Масса. Движение тел по окружности	Создание очистительных устройств. Инерционные пылеуловители. Пылеуловитель «Циклон»
Механические колебания. Звуковые явления	Роль вибраций в технике. Вредное влияние вибрации на организм человека. Разработка и применение противовибрационных устройств. Механические колебания и парниковый эффект. Шум как экологический фактор. Отрицательное влияние звуковых волн на организм человека и другие биологические объекты. Допустимые нормы шума
Механика и механизация народного хозяйства	Пути и последствия механизации народного хозяйства. Борьба с технической, водной и ветровой эрозией почвы
10-й класс
Основы МКТ	Распространение различных веществ в атмосфере путём диффузии. Зависимость степени загрязнения атмосферного воздуха от высоты
Газовые законы	Состав атмосферы. Воздействие производственной деятельности людей. «Дыхание» почвы, его связь с загрязнением атмосферы
Температура и её измерение	Температура как главный экологический фактор. Влияние изменения температуры на сбалансированность обмена веществ в организмах
Насыщенные и ненасыщенные пары	Токсичность некоторых газов и их «устойчивость» в атмосфере
Влажность воздуха	Значение влажности воздуха и её влияние на биологические системы. Совместное действие температуры и влажности на живые организмы. Влияние загрязнения атмосферы на конденсацию пара в ней. Борьба с градом
Поверхностное натяжение	Физические основы засоления почвы и перспективные способы борьбы с ним. Загрязнение поверхности водоёмов, приводящее к уменьшению испарения воды (и, следовательно, осадков). Использование явления смачивания для очистки жидкостей от примесей
Капиллярные явления	Структура почвы, причины её нарушения и меры предупреждения. Капиллярные явления в почве и растительном мире. Охрана почвы и воды, их рациональное использование
Физика твёрдого тела	Засорение окружающей среды отработанными материалами с заданными свойствами (пластмассы, полиэтилен)
Основы термодинамики	Диапазон температур в природе, влияние температуры на биосферу. Тепловые двигатели – косвенные источники загрязнения атмосферы. Состав и токсичность выхлопных газов, зависимость их количества от мощности двигателя. Тепловой баланс Земли и влияние его на климат. Защита воздуха от загрязнения
Электрическое поле	Атмосферное электричество, электрические поля электроприборов, их проявление и влияние на человека
Магнитное поле. Магнитные свойства вещества	Магнитное поле Земли и приспособление к нему организмов. «Магнитная» очистка воды от примесей – магнитная сепарация
Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Электролиз	Очистка воды от загрязнения при электролизе (электрофлотационный метод очистки). Метод определения засоленности почв и грунтовых вод по их электропроводности. Принцип работы электрофильтровальных очистных сооружений. Экологические аспекты электролитического производства
Электрический ток в газах	Ионизация атмосферного воздуха. Биологическое действие лёгких и тяжёлых ионов. Понятие об электрофильтрах. Экологические преобразователи энергии. Плазменный МГД-генератор
Электрический ток в полупроводниках	Экологические преобразователи тепловой и световой энергии в электрическую (полупроводниковые приборы). Использование энергии Солнца
11-й класс
Производство, передача и использование электроэнергии. Успехи и перспективы развития электроэнергетики	Загрязнение атмосферы ТЭС. Меры защиты окружающей среды от теплового и химического загрязнения
Электромагнитное поле. Электромагнитные волны	Биологическое воздействие электромагнитных волн сверхвысокой частоты и защита от них
Электромагнитные излучения разных диапазонов длин волн	Биологическое действие ультрафиолетового, инфракрасного, рентгеновского излучений и защита от них. Парниковый эффект
Отражение света	Различия в отражательной способности разных поверхностей с экологической точки зрения
Состав ядра атома. Испускание и поглощение света атомом. Спектральный анализ	Естественные радиоактивные элементы. Естественный радиоактивный фон и его действие на живую природу. Круговорот радиоактивных элементов в природе и влияние его на живые системы. Физиологическое действие нейтронов и способы защиты от нейтронного излучения. Применение спектрального анализа для контроля за состоянием окружающей среды
Радиоактивность	Загрязнение биосферы продуктами ядерных взрывов. Производство атомной энергии
Ядерная энергетика	Проблемы захоронения радиоактивных отходов АЭС. Техника безопасности на ядерных установках
Радиация и биосфера	Воздействие радиоактивного загрязнения на организм человека. Радиоактивное загрязнение природных сред
Изотопы	Существование долгоживущих радиоактивных изотопов
Доза излучения	Радиоактивное излучение – наличие радиоактивных веществ в количествах, превышающих уровень естественного фона. Новые виды оружия. Научно-технический прогресс в народном хозяйстве

Литература

Физика и экология: материалы для проведения учеб. и внеуроч. работы по экологич. воспитанию / Сост. Г.А. Фадеева, В.А. Попова. 2004.
Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. 7 класс: дидактич. материал. М.: Просвещение, 2009. Его же, 8 класс; его же, 9 класс.
Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: учеб. М.: ЮНИТИ, 1998.
Киселёв Г.В. Проблема развития ядерной энергетики. М.: Знание, 1990.
Пёрышкин А.В. Физика. 7 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 1997. Его же, 8 класс; его же, 9 класс.

Галина Михайловна Степченкова – учитель физики. Окончила физико-математический факультет МОПИ им. Н.К. Крупской в 1971 г., педагогический стаж 30 лет, причём в одной и той же школе, которую сама окончила с золотой медалью. Истинный патриот школы. Педагогическое кредо: научить мыслить нестандартно, обосновывать свои выводы. Очень строга и педантична, как и наука, которую она преподает. С мужем воспитала двоих сыновей и двух внучек. Старшая – курсант международно-правового факультета Московского университета МВД России. Хобби – вязание, чтение научно-фантастической литературы.

Методические страницы

Г. М. Степченкова,< voroshilov.school@gmail.com >, МОУ Ворошиловская СОШ, д. Горки, Можайский р-н, Московская обл.

Экологическое образование на уроках физики

Г. М. Степченкова,
< voroshilov.school@gmail.com >, МОУ Ворошиловская СОШ, д. Горки, Можайский р-н, Московская обл.