НАСТОЯЩИЙ ПРОЕКТ ВЫПОЛНЕН В РАМКАХ ГОРОДСКОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПЛОШАДКИ:
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СТОЛИЧНОМ МЕГАПОЛИСЕ:
РАЗРАБОТКА РЕГИОНАЛЬНОГО КОМПОНЕНТА
ПОД РУКОВОДСТВОМ
д.п.н., профессора,
директора Центра теории и практики экологического образования ИСОСО РАО ЗАХЛЕБНОГО А.Н.

Творческий коллектив:
Д.Т.Н., ПРОФЕССОР БУСЫГИН В.И.
К.Б.Н., ДАНИЛИН И.А.
ТЕЛ: 8(903) 810 54 84
ILYADAN@RAMBLER.RU

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Изучение проблем, связанных с окружающей средой, не достаточно полно отражено в содержании предметных дисциплин (курсов). Отсутствие реальной деятельности учащихся приводит к безразличию восприятия экологических проблем города, района, дома. Действие - это главное, что отсутствует в обычной урочной педагогической технологии. В лучшем случае со школьниками проводят экскурсии или уроки под открытым небом. Обычно экологию изучают по учебникам в отрыве от реальной экологической обстановки. Тем не менее, сбор экологической информации по широкому кругу показателей состояния окружающей среды, анализ результатов наблюдений за продолжительный период и прогноз экологической ситуации составляет сущность экологического мониторинга. При этом образовательное поле увеличивается от классной доски до реальных объектов окружающей среды, у учащихся увеличивается мотивация к приобретению знаний, значимость приобретенных знаний в будущей профессиональной деятельности.
Как заинтересовать школьников экологией и природоохранной деятельностью, сделать досуг интересным и расширить кругозор, помочь в выборе профессии? Это является целью нашей работы, для достижения которой был разработан учебно-методический научно-исследовательский комплекс "УМНИК" для проведения лабораторных исследований, реализации проектных работ и формирования системного подхода к приобретению знаний у учащихся.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Ориентация на фасилитацию образовательного процесса, чему способствует интегративность и системность экологического мониторинга;

2. Приобщение учащихся к безопасному и здоровому образу жизни в городской среде, к решению повседневных задач экологизации образовательной среды школы, пришкольной территории, а также тематических задач экологического профиля.

В связи с поставленной целью были решены следующие задачи:

1. решение экологических задач в интересах школы, района, города;
2. приобщение учащихся к экологической практике, закрепляющей и развивающей основы теоретических дисциплин основного и дополнительного образования в настоящем и профильного в перспективе;
3. поддержание экологического и санитарно-гигиенического состояния мест проведения учебных занятий;
4. обучение молодежи самостоятельно анализировать экологическую ситуацию, находить реальную опасность и принимать меры по ее устранению или сообщать о ней.

СПИСОК ОБОРУДОВАНИЯ ВХОДЯЩЕГО В КОМПЛЕКС "УМНИК":

1. Люксметр
2. РН-тестр
3. Индикатор радиоактивности
4. Аспиратор сильфонный с индикаторными трубками
5. Термометр
6. Гигрометр/барометр
7. Планшет для лихеноиндикации
8. Компас
9. Транспортир
10. Лабораторный журнал/карандаш
11. Чашки Петри
12. Весы технические.
13. Чемодан
14. Методические рекомендации по использованию приборов (руководство для учителя)
15. Лабораторные работы с применение приборов из комплекта "УМНИК".

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРИБОРОВ "УМНИК" В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ И ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

"УМНИК" разработан и апробирован как комплекс лабораторного оборудования для практической реализации творческих и исследовательских проектов школьников по экологии. Комплекс рассчитан на учащихся общеобразовательных школ II-III ступени для применения в школе и в рамках проектно-исследовательской деятельности.
Данное оборудование может быть использовано на уроках по экологии, биологии, ОБЖ, и др. дисциплинах в качестве практического дополнения и интеграции полученных знаний. При работе учителю рекомендуется создать из числа учащихся рабочие группы. Выделив группы можно дать задание учащимся из списка лабораторных работ, которые прилагаются к комплексу.
Самостоятельная подготовка к лабораторным работам включает анализ текстов, субъективные выводы по заданной проблеме умение выявлять причинно-следственные и подследственные связи.

Содержание практических работ выстраивается таким образом, что:
- теоретический материал не только расширяет знания ученика, но и является фундаментом для создания новых умозаключений.
- практические задания направлены не только на отработку умений применять те или иные методы познания, но также демонстрируют связь с предыдущими практическими занятиями, что способствует развитию логического мышления, проявлению критичности и гибкости мышления, а также стимулирует актуализацию нужных знаний,
- теоретический материал содержит элементы занимательного материала. Которые не только способствуют развитию познавательного интереса, но в то же время активизируют развитие всех остальных элементов творческого мышления.

Выполнение каждой практической работы начинается с краткого обсуждения следующих вопросов:

- какова цель выполнения данной работы;
- какие, по мнению учащихся, методы познания будут использованы при выполнении работы;
- какие, по мнению учащихся, будут определены характеристики объектов изучения;
- с какими из изученных в предыдущих работах характеристиками объектов связаны определяемые в данной работе параметры.

Ответы на поставленные вопросы позволят решить несколько дидактических задач:
- разъяснить учащимся не только цель лабораторной работы, но и место данного практического занятия, как во всем практикуме, так и в системе целого учебного курса, а также в системе знаний естественно- математического цикла;
- помочь учащимся установить связь как с выполненными ранее работами, так и с изученным ранее материалом;
- обучить учащихся формулировать учебно - познавательные гипотезы и проверять их истинность;
- мобилизовать знания и имеющийся у учащихся практический опыт для выполнения работы.
В отличие от существующих курсов по экологии и экологическому мониторингу предлагаемые лабораторные работы достаточно просты и информативны, выполнение их возможно в течение урока и не требуют от учителя дополнительной подготовки.
Лабораторные работы дают возможность развитию у старшеклассников творческих способностей, а вместе с ними самостоятельности и коммуникативным умениям, которые способствуют систематизации полученных знании и первоначальной профессиональной ориентации.
Выполнение практических лабораторных работ предоставляет возможность старшеклассникам специализированных и обычных школ, независимо от их интереса к тем или иным дисциплинам, ознакомиться с экологическими проблемами.

Приборная база подобрана комплекса подобрана таким образом, что бы учащиеся могли проводить исследования воздушной среды, водной и почвы. Темы примерных проектно-исследовательских работ которые учащиеся могут выполнить используя учебно-методический научно исследовательский комплекс "УМНИК":

Почва:
" Определение антропогенных нарушений почвы.
" Определение фитотоксичности почвы.
" Определение пористости почвы.
" Оценка состояния почвы по кислотности солевой вытяжки.
" Определение рН. Измерение кислотности почвы.
" Измерение естественного радиационного фона Земли
" Биоиндикация. Фитотоксичность почвы.

Вода:
" Определение запаха воды.
" Определение цветности, мутности воды.
" Оценка экологического состояния водных объектов.
" Температурный режим водоема.
" Изучение загрязнения окружающей среды (методом биоиндикации)

Воздух:
" Экспресс-анализ воздушной смеси.
" Определение загрязнения воздуха с использованием лихеноиндикации
" Изучение вентиляционного режима помещения.
" Измерение температуры, влажности воздуха.
" Исследование изменения атмосферного давления

Дополнительно комплекс "УМНИК" можно использовать для работы в полевых условиях выполнять следующие работы:

" Работа с компасом на местности по карте.
" Определение высоты объекта (дерева).
" Определение скорости течения реки

Комплекс "УМНИК" пригодиться и на уроках ОБЖ при изучении нормируемых показателей света, влажности, температуры:
" Определение освещенности поверхности рабочего стола.
" Определение влажности воздуха в помещении
" Определение температуры воздуха рабочей зоны.

Цель практического курса: С помощью лабораторного практикума сформировать системное представление о взаимодействии окружающей природной среды и социально- экономической сфер жизни человека, проблемах этого взаимодействия и способах разрешения.
Задачи курса:
1. выработать у школьников аналитических навыков в рассмотрении проблем взаимодействия окружающей природной среды, социальной и экономической сфер.
2. выработать у школьников системное представление взаимосвязей экономики, экологии, общества и политики. Системное представление взаимосвязей экономики, экологии, общества и политики несет задачу экологического воспитания, должно способствовать формированию гражданского самосознания, активной гражданской позиции.
3. помочь школьникам апробировать и закрепить полученные знания по математике, физике, химии и др. дисциплинам на конкретных, жизненноважных примерах.

Лабораторная работа № 1

Определение рН. Измерение кислотности почвы

Введение
Трудно отыскать такую область науки, технологии и химии растворов, в которой не использовалась бы величина рН. Шкала рН была предложена датским химиком Зеренсеном. Изучая биохимические реакции, в частности гидролиз пепсина и усвоение протеинов в кислотно-солевых смесях, Зеренсен в 1909 году обнаружил их чрезвычайно сильную зависимость от изменения концентрации ионов водорода. Он нашел, что эффективная концентрация ионов водорода, непосредственно воздействующих на процесс, изменялась в широком диапазоне концентраций и часто оказывалась непривычно малой величиной. Для удобства Зеренсен предложил записывать ее в экспоненциальной форме = 10- р = 1/10р. Позднее символ - р был заменен обозначением рН. На современном языке р понимают как оператор р = - lg, таким образом, pH = - lg[H+]. Именно так трактуется это обозначение в Номенклатурных правилах Международного союза по теоретической и прикладной химии (International Union for Pure and Applied Chemistry), ИЮПАК.

Области практического использования показателя рН широки и разнообразны, далее приведем отдельные примеры различного уровня. Первый пример глобальный - значение рН вод Мирового океана, определяющее концентрацию углекислоты H2CO3 =CO32 -+ 2H+ и, как говорят экологи, баланс углерода в ней. Другой пример - кислотные дожди, повышенная концентрация ионов водорода в атмосферных осадках, что исключительно важно для экологической химии. Следующий уровень технологический, поскольку осуществление многочисленных промышленных процессов в химии и химической технологии, в производстве искусственного волокна, полимерных материалов, в пищевой промышленности и многих других контролируется рН среды. Примером качественно другого уровня является использование показателя рН в биохимии. Здесь часто важно знание рН не только в биологических жидкостях, но и, например, в плазме отдельной клетки, в том числе и в живой, что важно для описания переноса протонов через клеточные мембраны - работы протонного насоса.

 

 

 

 

Общий принцип измерения рН прост: необходимо сравнить свойство раствора с известным значением рН со свойством испытуемого раствора и выполнить соответствующий расчет. Следовательно, необходимы два раствора. Один из них - стандартный S, которому приписывают определенное значение рН. Обычно это стандартный буферный раствор, известное рН которого можно найти в справочниках (табл. 1).

Потенциометрический способ основан на измерении потенциала индикаторного электрода как функции рН раствора. Необходимо, чтобы измеряемые потенциалы как можно точнее соответствовали активности ионов водорода в растворе. В спектрофотометрическом способе используют кислотно-основные индикаторы, здесь важно соответствие наблюдаемой окраски величине pH. Процедуры измерения не должны сопровождаться изменением состояния равновесия в исследуемых растворах, чтобы не исказить реальное значение рН в них. Поэтому при стандартизации и измерениях стремятся работать с растворами, обладающими буферным свойствами.
В современных приборах (рис. 1) электронная схема рН-метра способна выдавать прямой цифровой отсчет в единицах рН. Специальные конструкции электродов позволяют наилучшим образом поддерживать постоянные и хорошо воспроизводимые условия измерения рН .

 

 

 

В современные приборы встраивают микропроцессор (соответствующую функцию называют smart). Это позволяет проводить настройку рН-метра по нескольким (часто до пяти) стандартным буферным растворам, значения рН которых запоминаются. Далее по этим значениям методом наименьших квадратов рассчитывают уравнение градуировочной функции в координатах "потенциал Е - рН". Естественно, погрешности измерения рН в этом случае будут заметно меньше, чем в двух ранее рассмотренных.
Простейшее средство для быстрой оценки рН - знакомые всем индикаторные бумаги, пропитанные раствором подходящего индикатора. Общеизвестна универсальная индикаторная бумага, при изготовлении которой используют смесь нескольких разноокрашенных индикаторов. Это позволяет получить шкалу непрерывных окрасок во всем интервале рН - от красной в сильнокислой среде до синей в сильнощелочной; нейтральной среде отвечает желто-зеленая окраска. Недостатки таких простейших средств очевидны - индикатор легко вымывается с подложки, точность такого визуального измерения ~1 ед. рН. Индикаторные тест-полоски, выпускаемые различными фирмами, отличаются тем, что на них нанесены цветные штрихи, содержащие различные индикаторы, иммобилизованные к материалу подложки. Информацию о рН дает определенное изменение окраски цветных полосок: получается своеобразный цветной штрих-код, отвечающий определенному значению рН. Выпускаются наборы таких индикаторных рН-полосок на определенные значения рН, здесь погрешности определения рН уже меньше, до десятых долей.
Количественной мерой кислотности почвы является pH.
При pH от 3 до 4 почва считается сильнокислой, от 4 до 5 - кислой, от 5 до 6 - слабокислой, от 6 до 7 - нейтральной, от 7 до 8 - слабощелочной и от 8 до 10 - сильнощелочной.
Для большинства плодовых, ягодных и овощных культур оптимальные значения pH составляют 5,5 - 6,5 т.е. почва должна быть от слабокислой до почти нейтральной. Снижение кислотности почвы достигается ее известкованием, а повышение кислотности, внесением органических удобрений: торфа, навоза, компоста. Для теплиц и цветочных горшков применяют разбавленные растворы лимонной или уксусной кислот.

Цель работы: Научиться измерять величину pH для различных почв и делать правильные выводы.

Задание: Необходимо рассчитать необходимое количество вещества (на примере поваренной соли) требуемого для подкисления верхнего горизонта почвы до величины pH 6.0. Площадь поля составляет 1 га. Высота почвенного горизонта 10 см.

Оборудование:
1. Прибор "pH - тестер" является измерителем кислотности почвы.
2. Образец почвы.
3. наждачная бумага, сухая ветошь, сосуд с водой.
4. Рабочая тетрадь, пишущие принадлежности.
Ход работы:
1. Подготовьте образец почвы, хорошо увлажните и уплотните его.
2. Обезжирьте зонд индикатора, т.е. очистите поверхность зонда индикатора наждачной бумагой и вытрите чистой сухой ветошью.
3. Воткните зонд индикатора в почву на 10 - 15 см., уплотните почву и подождите 1 мин. для стабилизации стрелки индикатора.
4. Запишите показания прибора, т.е. значение pH.
5. Повторите опыт несколько раз, рассчитайте среднее значение pH (pH ср.):.

 

 

 

6. Полученные результаты запишите в таблицу:

 

№	Величины pH	Среднее значение pH	V р-ра поваренной соли, мл	Величины pH	Среднее значение pH
1 2 3

7. Порциями вносите насыщенный раствор поваренной соли и проводите измерения pH (см. пункты 2-6).
8. Сделайте расчет требуемого количества поваренной соли используя полученные знания из курсов математики, химии и физики.

Выводы:
По итогам работы сделайте вывод о повышении (понижении) кислотности почвы на исследуемом участке.

Лабораторная работа № 2

Измерение естественного радиационного фона Земли

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи (внешнее облучение).В случае если радиоактивные вещества оказываются в воздухе, в пище или в воде они могут попасть внутрь организма человека. Такой способ облучения называют внутренним.

Основными видами ионизирующих излучений с которыми встречаются в настоящее время организмы являются альфа,бета - частицы, гамма-кванты, рентгеновское излучение.

 

 

 

 

 

 

 

Ребята!
Вы будите пользоваться прибором РАДЭКС РД 1503. Этот прибор оценивает радиационную обстановку по величине мощности дозы с учетом рентгеновского излучения с помощью счетчика Гейгера-Мюллера в течение 40 сек и индуцирует показания в мкЗв/ч или мкР/ч на жидкокристаллическом дисплее. Регистрация каждой частицы сопровождается звуковым сигналом, что позволяет использовать данный прибор при поиске загрязненных радиоактивными веществами участки.

Цель работы: Научиться измерять величину ЕРФ с помощью дозиметра.

Задание: Измерить естественный радиационный фон
Оборудование:
1.Прибор - индикатор радиоактивности.
2.Рабочая тетрадь, пишущие принадлежности.
Ход работы:
1. Подготовьте прибор (индикатор радиоактивности).
2. Проведите замер радиационной обстановки.
3. Повторите п.2 еще два раза и запишите полученные значения в тетрадь
4. Подсчитайте среднее значение.

5.Полученные результаты запишите в таблицу:

 

N N п.п.	Величины Д (мкР/ч)	Среднее значение Д (мкР/ч)
1
2
3

 

Лабораторная работа № 3

Определение освещенности поверхности рабочего стола

Свет - электромагнитное излучение с длиной волны от 400 до 760 ммк. Источником такого излучения являются молекулы и атомы веществ, находящиеся в возбужденном состоянии.
Освещенность Е (лк) - физическая величина, характеризующая различную видимость отдельных участков поверхности в зависимости от величины падающего на них светового потока.

При определении освещенности поверхности рабочего стола (тетради) применяются законы освещенности из раздела курса физики " Оптика ".
Освещенность поверхности перпендикулярно падающим световым потоком.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ : Определить освещенность поверхности рабочего стола (тетради) и сравнить результат с нормами освещенности, приведенными в таблице N 1
Оборудование:
1. Рулетка или шнур (5м.), транспортир.
2. Источник света А(электролампа) считать примерно, что мощность
источника света (N, вт) численно равна силе света [I, кд]
/см. таблицу N 2 /'.
3. Принадлежности для вычислений.
4. Таблицы N 1 ,N2

Ход работы:
1.Запишите силу света (J) источника света, рассмотрев надписи на электролампе.
2. Определите расстояние R (м) от источника света до середины поверхности
стола (тетради). Сделайте несколько измерений и возьмите среднее значение.
3.Определите угол " " (град.) падения световых лучей от источника света на
середину поверхности рабочего стола (тетради) и Cos( ). сделайте несколько измерений с помощью рулетки и транспортира, запишите среднее значение угла " ".
4. Вычислите освещенность поверхности рабочего стола от одного источника
света Е| = Ео Соs ( ), от нескольких источников света Еобщ = E1 + Е2 + Е3
5. Результаты запишите в таблицу.

 

N источника	J (кд)	R (м)	Cos E	E , лк	Е общ

Вывод: Сравните результат освещенности Еобщ с табличными данными и сделайте вывод.

Лабораторная работа № 4

Экспресс-анализ воздушной смеси.

Измерение состава воздушной смеси проводят с помощью индикаторных трубок. Индикаторные трубки предназначены для экспресс определения содержания газовых компонентов в воздухе.
Принцип действия основан на изменении окраски слоя индикаторного порошка в индикаторной трубке после просасывания через нее воздухозаборным устройством (аспиратором сильфонным АМ-5м) воздуха. Длина окрашенного столбика индикаторного порошка в трубке пропорциональна концентрации анализируемого газа в воздухе и измеряется по шкале, градуированной в мг/м. Куб.

Цель работы: Научиться измерять концентрацию химических веществ в воздухе с помощью индикаторных трубок.

Задание: Оценить содержание содержание угарного газа в помещении при горении бумаги
Оборудование:
1.Прибор -аспиратор сильфонный АМ-5м.
2. Индикаторная трубка на CO
3. Рабочая тетрадь, пишущие принадлежности.
Ход работы:
1. Подготовьте прибор.
2. Проведите замер СО.
3. Подожгите бумагу и повторите п.2 еще раза и запишите полученые значения в тетрадь

Лабораторная работа № 5

Биоиндикация. Фитотоксичность почвы.

Порой каждый из нас задавался вопросом безопасности нашего существования в мегаполисе с экологической точки зрения. Много говорится и пишется про общественный экологический мониторинг. Но единственное, что в состоянии сделать общественность, это информировать соответствующие службы о КАТАСТРОФИЧЕСКИХ последствиях техногенного или природного воздействия. Службы контроля отслеживают содержание определенного состава химических веществ в окружающей среде. Это делается периодически и, как правило, в местах возможного загрязнения. Однако не учитываются эффекты сочетанного действия поллютантов, оценка которых является одной из первоочередных задач экологического мониторинга. В настоящее время подобные исследования не в компетенции контролирующих органов, так как они работают методами физико-химического анализа. Для оценки эффектов сочетанного действия необходимо использовать методы биоиндикации и биомониторинга. Эти методики недорогие и применимы даже на уровне школы. Результаты наоборот могут заинтересовать не только службы экологического мониторинга г. Москвы, но и научную общественность.
Биоиндикация - метод исследования окружающей среды основанный на ответных реакций живых организмов при воздействии SOx, NOX, углеводородов, кислоты, тяжелых металлов и др.

Цель работы: Исследование реакции биологических объектов на антропогенное загрязнение (на примере фитотоксичности почвы)

ФИТОТОКСИЧНОСТЬ -

Если на четвертый день в чашке Петри № проросло 96 семян - это более 90%, что говорит о слабой фитотоксичности почвы.
Если в № проросло от 30 до 50 семян- фитотоксичность средняя.
Если в чашке Петри № проросло от 10 до 30 семян - здесь у нас высокая (недопустимая ) фитотоксичность.

В результате лабораторного эксперимента исследовать влияние ионов Cl на фитотоксичность почвы.

Для выполнения варианта вам необходимо:

1. 10-20гр. Изучаемой почвы.
2. Хлорид натрия
3. Дистиллированная вода.
4. Чашки Петри.
5. Хлопчатобумажная ткань.
6. Семена Кресс-салата.

Ход работы:
1. Рассчитать навеску хлорида натрия для приготовления 100 мл раствора с концентрацией ионов Cl 0.1 моль/л, 1 моль/л.
2. В стеклянную бутылку налить 50 мл полученного раствора и добавить 10-20гр. Изучаемой почвы. Хорошо перемешать до состояния суспензии.
3. Берем блюдце и заполняем его получившейся суспензией на уровне 3-5 мм.
4. Накрываем блюдце хлопчатобумажной тканью и выкладываем семена кресс-салата (100 штук). Закрыть крышкой на 3-4 дня при t0 20-250.

Описать всхожесть семян по истечению срока.

Лабораторная работа №6

.

Стоимость данного комплекта составляет 22 тысячи рублей,
что значительно дешевле по сравнению с аналогичными разработками.

По вопросам приобретения данного комплекта
можно обращаться по телефонам:
8-903-810 54 84 (Данилин Илья Анатольевич)
8(905) 739 77 34 (Бусыгин Владимир Ильич)

"УМНИК"

pH1+ pH2+ pH3

3

Табл. 1

рис.1

 

рН=--------------------------