Основы практической экологии

Пояснительная записка

Предлагаемый курс нацелен на поддержку профильного обучения биологии и рассчитан на учеников, выбравших естественнонаучный или биологический профиль обучения.

На изучение курса отводится 34 ч: в первой половине года изучается теоретическая часть; во втором полугодии и в летний период выполняются проект-ные работы.

В основу курса легли идеи экологического образования и создания условий для формирования знаний, умений и навыков, необходимых для осуществления проектной деятельности учащихся.

Учащиеся знакомятся с теоретическими положениями по соответствующим экологическим проблемам, а затем им предлагается проектная деятельность, включающая экспериментальную работу по методикам биоиндикации.

По завершении курса учащиеся представляют свои проекты и презентации на научно-исследовательской конференции.

Цель: создание условий для развития потребности в экологическом образовании и воспитании, при которых формируются ответственное отношение к природной среде, экологически грамотное поведение, активная жизненная позиция, развиваются исследовательские способности, расширяется и обогащается жизненный опыт обучающихся, развивается интерес к профессиям, связанным с экологией.

• Учебные задачи:

  • расширить и углубить знания о современных экологических проблемах, связанных с антропогенным воздействием;

  • формировать знания в области прикладной экологии;

  • овладеть методиками исследования;

  • приобрести навыки научно-исследовательской деятельности.

• Развивающие задачи:

  • развивать креативные способности учащихся;

  • развивать личностные качества: аккуратность, трудолюбие, ответственное отношение к себе и природе;

  • развивать коммуникативные способности.

• Воспитательные задачи:

  • стимулировать потребность в труде, приобщать к коллективной деятельности;

  • формировать бережное отношение к природе;

  • создать положительную «Я-концепцию» у ребенка;

  • организовать комфортную, эмоционально насыщенную образовательную среду в детском коллективе.

Формы проведения занятий: аудиторные занятия; практические занятия по освоению методик исследований и экологических наблюдений; экологические экскурсии; планирование и выполнение исследовательских проектов; презентация исследовательских проектов и их защита.

Ожидаемые результаты:

• получение учащимися знаний о понятиях «биомониторинг», «биоиндикация», «экологическая безопасность» и др.;

• способность к самостоятельной исследовательской деятельности, которая включает постановку проблемы, подбор необходимых методик, обработку результатов и представление выполненной ра-боты;

• способность работать в команде, применять знания на практике, адаптироваться к новым ситуациям, разрабатывать проекты и управлять ими.

Учебно-тематический план

Содержание курса

Теоретическая часть (16 ч)

Теоретическая часть курса базируется на материале учебного пособия для высшей школы «Прикладная экология». При ее изучении создается тео-
ретическая основа для проведения учениками эко-логических исследований и формировании у них представлений и понятий об изучаемых объектах.

Раздел 1. Задачи прикладной экологии (1 ч)

Цели и задачи курса «Основы практической экологии».

Раздел 2. Причинно-следственные связи в экологии (1 ч)

Причины возникновения экологической проблемы. Построение причинно-следственных цепочек (развивает интеллект и логическое мышление учеников).

Раздел 3. Учение о биосфере (2 ч)

Законы Коммонера. Учение о биосфере. Экологические проблемы Земли. Природа как совокупность взаимосвязанных процессов, сформирован-
ных в процессе эволюции и протекающих по сей день. Антропоцентризм.

Раздел 4. Загрязнение окружающей среды (1 ч)

Понятие о загрязнении окружающей среды. Ви-ды загрязнений и их классификация. Общее и локальное загрязнения атмосферы.

Раздел 5. Глобальные экологические проблемы (2 ч)

Загрязнение гидросферы, парниковый эффект, разрушение озонового слоя, глобальное потепление и др.

Раздел 6. Экология и здоровье человека (2 ч)

Влияние экологического состояния окружающей среды на здоровье человека: отрицательные и положительные последствия.

Раздел 7. Принципы биологического мониторинга (1 ч)

Динамическое равновесие в биосфере. Биологический мониторинг и его методология. Количественная и качественная оценка антропогенного воздействия на природу.

Раздел 8. Мониторинг загрязнения водных объектов (2 ч)

Параметры оценки состояния водных объектов.

Раздел 9. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха (2 ч)

Источники загрязнения атмосферного воздуха. Их классификация. Методики расчета количества вредных выбросов в атмосферу. Влияние выбросов на здоровье человека.

Раздел 10. Экотоксикологический мониторинг (2 ч)

Загрязнение окружающей среды неорганическими соединениями, в частности, тяжелыми металлами и мышьяком.

Практическая часть курса (18 ч)

Класс делится на группы, по 3 ученика в каждой. Данная группа выбирает тему экологического исследования. Процесс исследования контролируется преподавателем на групповых консультациях, проводимых в течение всего второго полугодия.

Этапы исследовательской деятельности

• Тема. Выбор темы исследования, интересующей учеников.

• Гипотеза. Группа, выбравшая ту или иную тему, выдвигает определенную гипотезу. В этом им могут помочь ученики других групп и учитель.

• Цели. Выдвинув гипотезу, ученики ставят для себя цель подтвердить ее.

• Задачи. Определение задач, необходимых для достижения цели. Выбор методик. Подбор литературы, информации из Интернета. Освоение техники подготовки презентаций, подготовка оборудования для проведения исследования и т.д.

• Ход работы. Инструктаж по выполнению исследования, раздача методических пособий, установление сроков и места проведения исследования.

• Проведение работ, анализ полученных данных, формулирование выводов и заключений, подтверждающих или опровергающих гипотезу.

• Итоговая конференция. Презентация результатов исследований (на последних занятиях) с изложением всех этапов группового исследования и выводов. Подведение итогов проекта.

Примерные темы исследований

1. Биоиндикация загрязнения окружающей среды по частоте встречаемости белого клевера

Группе учеников предлагается выяснить наличие корреляции между количеством белого клевера и близостью автодороги. Предполагаемая гипотеза: площадка с клевером у дороги несет гораздо большую антропогенную нагрузку, чем участок на школьном дворе (что выражается в различном фенотипическом составе растений – индикаторов наличия вредных веществ в воздухе).

Цель исследования: изучение влияния продуктов сгорания в выхлопных газах автотранспорта на белый клевер.

Задачи:

• выбрать учетные площадки (одну в непосред-ственной близости от дороги и вторую в удалении от нее, например на школьном дворе);

• произвести выборку растений;

• определить количественный и качественный состав фенотипов в выборке;

• проанализировать результаты и вычислить процентное соотношение фенотипов в выборке;

• сформулировать выводы.

После выбора гипотезы, определения целей и задач преподаватель проводит инструктаж непосредст-венно на объекте. Определяются места расположения учетных площадок, правила отбора образцов клевера. Затем ученики самостоятельно проводят экологическое исследование, анализируют полученные фенотипы клевера, подсчитывают их процентное соотношение в общей выборке и формулируют выводы. Анализ результатов может при необходимости контролироваться учителем. В итоге ребята оформляют свою работу как мини-презентацию и готовятся к выступлению на общей конференции.

2. Лихеноиндикация как метод оценки экологического состояния окружающей среды

Группа учеников должна выяснить, влияет ли загрязненный выхлопными газами воздух на видовой состав лишайников и проекционное покрытие ими деревьев. Лишайники имеют различную степень толерантности к загазованному воздуху. Все параметры (класс полеотолерантности вида, количество видов на учетной площадке, их проективное покрытие и суммарное проективное покрытие) сводятся в формулу, по которой рассчитывается индекс полеотолерантности (ИП). Кроме этого рассчитываются индекс чистоты атмосферы (ИАЧ) и ИАЧмод.

Ученики выдвигают гипотезу, что все показатели в отдалении от дороги должны быть в норме, а в непосредственной близости от автотрассы – гораздо ниже нормы. Гипотеза подтверждается в результате исследования.

Цель исследования: изучить влияние загазованного автотранспортом воздуха на произрастающие вблизи лишайники.

Задачи:

• научиться определять виды лишайников;

• научиться вычислять их проекционное покрытие;

• рассчитать три приведенных индекса;

• сформулировать выводы.

Перед началом исследования преподаватель должен провести инструктаж на объекте, кратко ознакомить ребят с методами определения видов лишайников и научить пользоваться планшеткой для вычисления площади их проекционного покрытия.

Ученики, проводя исследование, должны:

1. Выбрать приблизительно 40 учетных площадок размером 10 x 20 см на высоте 1,4 м от земли и у основания деревьев.

2. Вычислить ИП:

• определить количество видов лишайников на площадке;

• сверить класс их полеотолерантности;

• оценить проективное покрытие в баллах;

• оценить суммарное проективное покрытие в баллах.

3. Рассчитать ИАЧ:

• определить количество видов;

• вычислить индекс ассоциированности вида;

• вычислить комбинированный показатель покрова и встречаемости видов по пятибалльной шкале.

4. Рассчитать ИАЧмод.:

• определить количество учетных площадок;

• определить индекс обилия на каждой из площадок по пятибалльной шкале.

Затем ученики анализируют полученные результаты, формулируют выводы и суждения относительно гипотезы, готовятся к выступлению на итоговой конференции.

3. Определение количества загрязнений, попадающих в окружающую среду при работе автотранс-порта

Работа довольно кропотливая и требует концентрации внимания и усидчивости ввиду большого количества расчетов. Ученики должны установить степень загрязнения окружающей среды автотранспортом и количество выбросов загрязняющих веществ в воздух. Здесь гипотезой должно послужить предположение, что на выбранном участке дороги количество выбрасываемых вредных веществ значительно превышает ПДК для данного типа автодороги.

Цель работы: определение количества выбросов вредных веществ.

Задачи:

• научиться подсчитывать и классифицировать автотранспорт на выбранном участке автодороги;

• рассчитать количество выделившихся вредных веществ;

• рассчитать объем чистого воздуха, необходимый для уменьшения концентрации вредных веществ до предельно допустимых.

Преподаватель проводит необходимый инструктаж, определяет учетный участок дороги – 0,25 км и учит классифицировать и считать автотранспорт. Учет длится 1 ч. Затем ученики знакомятся с нормами расхода топлива легковыми и грузовыми автомобилями, автобусами и дизельным автотранспортом. Рассчитывают коэффициент выброса, общий путь автотранспорта, количество разного вида топлива, сжигаемого автотранспортом, определяют общее количество сожженного топлива и объем выделившихся вредных веществ по каждому виду топлива и суммарно по всем видам. Производят расчет объема чистого воздуха, необходимого для разбавления загрязненного воздуха до нормы. Оценивают количество вредных веществ в выбросах находящихся в нашем районе фабрик, заводов и котельных. Завершающий этап – формулирование выводов и подготовка к выступлению на конференции.

Литература для учителя

1. Кривых С.В. Реализация предпрофильной подготовки и профильного обучения учителем биоло-гии //Биология. 2007, № 17–22.

2. Взаимодействие общества и природы. – Новосибирск, Изд-во Сиб. ун-та, 2004.

3. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. – М.: Мир, 1989.

4. Журнал «Биология в школе», 2000–2007.

5. Биологический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1986.

6. Гиляров A.M. Популяционная экология. – М.: МГУ, 1990.

7. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. – М.: Наука, 1979.

8. Кемп П., Арме К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988.

9. Небел Б. Наука об окружающей среде. – М.: Мир, 1993.

10. Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1975.

11. Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986.

12. Программы дисциплин Федерального компонента по специальности «Экология». – М.: МГУ, 2000.

Литература для учащихся

1. Федорос Е.И., Нечаева Г.А. Экология в экспериментах: учебное пособие для учащихся 10–11-х классов общеобразовательных учреждений. – М.: Вентана-Граф, 2007.

2. Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.

3. Попова Т.А. Экология в школе: Мониторинг природной среды. – М: ТЦ Сфера, 2005.

4. 1С: Школа. Экология, 10–11-е классы. – М.: Дрофа, 2004.