IV тип заданий

\ Почему в зимнее время в водоемах сохраняется жизнеспособ­ность их обитателей?

1. Объясните факт отравления людей съедобными моллюсками, выловленными из зоны моря, загрязненной нефтепродуктами (или соединениями ртути, например, метилртутью).

2. Круговорот азота может быть нарушен, если в почве будет:

а) избыток азотных удобрений;

б) высокая концентрация ионов водорода;

в) недостаток влаги;

г) плохая аэрация;

д) низкая температура;

е) избыток ионов меди.

Объясните, в чем проявляется действие каждого фактора. В ка­ких «точках» цикл может разомкнуться?

4. Какие процессы могут привести к снижению доступности для наземных растений следующих ионов: РО₄³', СО₃²", 8О₄²", МО₃,

5. Элемент магний входит в состав зеленого пигмента хлорофил­ла. В питательной среде, в которой выращивается растение методом гидропоники, вместо ионов магния присутствуют ионы кальция. Вызовет ли это какие-либо изменения в растении? Если да, то какие и почему? Какие причины могут обусловить аналогичный процесс в природной среде? В случае выбора учащимися «безразличных», негативных или неверных ответов следует организовать обсуждение предложенных ситуаций (проблем), убедить учащихся в ошибочности их оценки и подвести к правильному решению.

Например, дана ситуация: «У Ивана Петровича есть машина. При работе двигателя содержание угарного газа в выхлопных газах превышает установленную норму в 3 раза. Иван Петрович решил:

а) не буду ездить на машине, пока не отрегулирую карбюратор;

б) буду ездить на машине только иногда, если уж очень нужно;

в) всего-то в три раза больше нормы, буду ездить на машине до следующего техосмотра или до первого штрафа.

Какое решение должен принять Иван Петрович? Предположим, что выбран ответ «б» или «в». Темой для обсуж­дения становится проблема загрязнения воздуха выхлопными газами автомобиля, и в частности угарным газом. Рассматривается его действие на организм человека: образование в крови карбок-сигемоглобина - прочного соединения, диссоциация которого в 3000 раз меньше, чем оксигемоглобина, и, как следствие, сниже­ние обеспечения тканей организма кислородом. Учащиеся долж­ны усвоить, что в основе деятельности человека по отношению к природе лежит принцип «Не навреди!».

При разборе некоторых ситуаций целесообразно, чтобы учащи­еся подтвердили свое решение химическим экспериментом. На­пример, в такой ситуации: «Представьте себе, что территория вок­руг химкомбината, производящего минеральные удобрения и не­которые химреактивы, из-за нарушения условий складирования готовой продукции загрязнена следующими веществами: хлори­дом алюминия, нитратом аммония, сульфатом натрия. Какая бу­дет там почва - кислая, щелочная, нейтральная. Какие меры сле­дует принять?»

Реакцию среды раствора каждой соли учащиеся могут опрелить индикатором и в подтверждение результатов эксперимента напи­сать соответствующие уравнения реакций гидролиза солей.

Контролирующие задания в целом должны соответствовать уровню сформированности экологических знаний учащихся и обя­зательно затрагивать эмоциональную, нравственную и поведенчес­кую стороны личности каждого из них.

ФИЗИКА В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ А.П. Рыженков

Физика в экологическом образовании находится не в первых рядах, участие преподавателей физики в этом процессе все еще редкость. Особенно это заметно по содержанию докладов на кон­ференциях по преподаванию физики. Как правило, это 1 - 2 док­лада по проблемам интеграции физики и экологии из 100. Сохра­няющееся дистанцирование преподавателей физики от проблем образования в области окружающей среды можно объяснить ря­дом причин.

Потребности научно-технического прогресса второй половины прошлого столетия сместили внимание физики в сторону от яв­лений природы. Физика была призвана стать теоретической и эк­спериментальной базой по обеспечению гражданских и военных технологий и техники и пока в значительной мере ею остается. Это видно по содержанию программ кусов физики, учебников физи­ки. Почти весь иллюстративный материал учебников для школы и высших учебных заведений основан на примерах из техники. Это различные механизмы, тепловые устройства, элементы и системы электро-, радио- и электронной техники, ядерные реакторы, уско­рители и т.п. Первоначальный объект физики - природа и ее яв­ления оказались вытесненными из содержания учебной литерату­ры явлениями техносферы.

Учителя физики не готовятся для осуществления экологичес­кого образования в процессе преподавания физики. Хотя в неко­торых институтах и университетах это проводится усилиями эн­тузиастов.

Сохранилось сопротивление некоторых преподавателей физи­ки, считающих несовместимым интеграцию экологии и физики.

Существует недостаток учебной литературы для средних и высших учебных заведений, интегрирующей физику и экологию.

В целом можно сказать, что реакция физического образования не адекватна задачам устойчивого развития. Пока еще физическое образование идет по традиционному пути обеспечения научно-технического прогресса. Возможно, что это связано с потерей об­щественного интереса к физике и потерей приоритета, который она имела в 50 - 80 годы XX века. Эту ситуацию иногда опреде­ляют как кризис физики, но это не кризис физики, а пересмотр ориентиров в развитии общества на новом этапе. Задача физики -понять и принять социальный заказ мирового сообщества на устойчивое развитие и участвовать в его реализации.

Место и роль физического образования в устойчивом развитии

Роль и место физики в решении задач устойчивого развития можно определить из анализа глобальной экологической ситуации, являющейся причиной потребности в новом типе знания, который мы называем экологическим. Экологическую ситуацию обычно представляют в виде списка аварий и катастроф, техногенных или природных, связанных с человеческой деятельностью. Недостаток такого списка заключается в том, что он очень длинный, переме­шаны локальные и глобальные факты, крупномасштабные и мел­комасштабные, разные по времени. В таком списке трудно ориен­тироваться, с трудом прослеживаются причинно-следственные связи. Из этого может возникнуть ощущение беспомощности и, как результат, нежелание действовать.

Г лобальную экологическую ситуацию удобно представить в виде схемы.

Истощение

природных

ресурсов

Мировая

экологическая

ситуация

Изменение природных процессов

Расширение антропосферы

Загрязнение

окружающей

среды

Сокращение биоразнообразия

Рис. 1. Компоненты глобальной экологической ситуации

Представление экологической ситуации в виде такой схемы помогает ее анализировать и понять, группирует факты в блоки явлений, определить причинно-следственные связи между явлени­ями, помогает найти свое место в ней и способ действия предста­вителю любой профессии.

1. Расширение антропосферы. Из этой схемы (рис. 1) следует, что первопричиной изменений в окружающей среде является рас­ширение человеческого обитания и деятельности (антропосферы). Этот процесс, в свою очередь, характеризуется динамикой демо­графической ситуации, которую можно дать в таблице.

РОСТ НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ (МЛРД)

Годы	1830	1930	1960	1975	1986	1999
Население	1	2	3	4	5	6

Видно, что прирост населения на 1 млрд с начала XIX века за­нимал 100 лет, в конце XX века такой же прирост происходит за Ц-15 лет. Такая динамика характеризует экспоненциальное раз­витие. В реальных условиях процессы такого типа быстро теря­ют устойчивость.

2. Истощение природных ресурсов. Большое по численности население с таким стремительным ростом требует для своего обес­печения огромного количества материальных и энергетических ресурсов. По некоторым оценкам, потребление ресурсов за пос­ледние 15-20 лет равно количеству ресурсов, израсходованных человечеством за всю предыдущую историю. Поскольку расходу­ются в основном исчерпаемые ресурсы, то возникла перспектива их быстрого истощения. Для нефти предел экономически эффек­тивной добычи находится в пределах около 30 лет, то же самое относится и к урану-235.

Особенность в потреблении ресурсов связана с очень низкой эффективностью их использования из-за огромного количества потерь в технологической цепочке от их добычи до пользователя. Этот коэффициент оценивается специалистами около 3%.

3.Загрязнение окружающей среды. Огромные масштабы по­требления ресурсов с низким коэффициентом использования оп­ределяют гигантские масштабы выбросов материалов и энергии в окружающую среду. Так, по оценке экспертов Римского клуба, эмиссия промышленных газов, в 1975 г. составлявшая около 20 млрд т, к 2000 г. увеличилась почти в 3 раза. Такое соотноше­ние, по их оценкам, характерно почти для всех видов выбросов.

4 Изменение природных процессов. Вторжение гигантского ко­личества материалов и энергии антропогенного происхождения во все составляющие биосферы (атмосферу, гидросферу, литосферу, биоту) не могло не повлиять на происходящие в них природные процессы.

Примером такого изменения является: изменение радиацион­ного баланса Земли и нарушение естественного «парникового эффекта», повышение средней температуры земли более чем на 1°С за последние 50 лет (беспрецедентное в геологическом масш­табе времени), изменение динамики распределения глобальных ветров, изменение распределения влаги в атмосфере, деградация озоносферы и других устойчивых природных явлений. Особое беспокойство вызывает тенденция к необратимости некоторых из таких изменений.

Долгая дискуссия по поводу причин быстрого потепления кли­мата планеты привела к тому, что большинство специалистов-кли­матологов пришли к заключению об антропогенном происхожде­нии быстро возрастающей концентрации парниковых газов в ат­мосфере. Однако рост средней температуры Земли пока еще нельзя с полной определенностью отнести к этому фактору. Тем не менее они считают неоправданным бездействие по отношению к возмож­ности человеческого влияния на изменения климата¹. Протокол Киото 1997 г. о снижении эмиссии СО₂ - пример положительной реакции на возможность антропогенного потепления климата.

5. Сокращение биоразнообразия. Из неполного перечня неко­торых явлений, характеризующих четыре составляющих, с очевид­ностью следует изменение природной среды обитания живых орга­низмов. Расширение антропосферы ведет к сокращению ареала обитания многих видов животных и растений. Изменение факто­ров среды, например температуры, акустического фона, мощнос­ти светового потока, приводит к тому, что ограниченная толерант­ность препятствует нормальному воспроизводству вида в новых условиях и ведет к его исчезновению.

Из краткого описания составляющих экологической ситуации достаточно очевидно, что составляющая «Изменение природных процессов» является областью исследования и изучения физики. Важность знания и понимания физических явлений в биосфере и их изменение под влиянием человеческой деятельности не вызы­вают сомнения. И для биолога, географа или эколога не является задачей анализ такого сложного явления, как, например, влияние инфракрасного излучения на колебания молекул газов. А именно это явление лежит в основе парникового эффекта. Совершенно очевидно, что это задача физики и она в современных условиях не может не представлять интереса для изучения. Однако пока в учебные планы курсов физики большинства университетов и ин­ститутов биосферные физические явления не входят, несмотря на настойчивые рекомендации многих конференций ЮНЕСКО и ЮНЭП по проблемам окружающей среды. Слишком сильна инер­ция физиков, сформировавшихся в эпоху торжества научно-техни­ческого прогресса, и изучение поведения электрона в р-п-слое представляется более важным, чем механизм формирования анти­циклона.

Роль физики в решении проблемы истощения ресурсов и про­блемы загрязнения окружающей среды заключается в том, что физические явления являются основой всех производственных тех­нологий.

Составляющие «Расширение антропосферы» и «Сокращение биоразнообразия» напрямую никак не связаны с интересами фи­зики. Однако незнание их снижает мотивацию к действию, в час­тности к изучению экологически ориентированной физики.

Надеемся, что все сказанное выше достаточно убедительно для активного включения физики и преподавателя физики, как личности и члена мирового сообщества, в процесс экологичес­кого образования по обеспечению устойчивого развития.