|
|||||
Ученик. «Вода! Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать. Тобой наслаждается человек, не понимая, что ты есть на самом деле. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты – сама жизнь. Ты везде и всюду даешь ощущение блаженства, которое нельзя понять ни одним из наших пяти органов чувств. Ты возвращаешь нам силу. Твое милосердие заставляет вновь ожить высохшие источники нашего сердца. Ты – самое большое богатство в мире,.. но можно умереть около источника, если его воды несут примесь магнезии. Можно умереть и в двух шагах от озера, если оно соленое. Человек может умереть и тогда, когда он имеет два литра росы, но она содержит примеси вредных солей. Ты не терпишь примесей, не терпишь ничего из того, что тебе чуждо. Ты богатство, которое легко можно спугнуть, но ты даешь нам такое простое и бесконечное счастье», – этот восторженный гимн воде написал французский писатель и летчик Антуан де Сент- Экзюпери, которому пришлось испытать на себе муки жажды в раскаленной пустыне. Учитель биологии. Этими замечательными словами о воде мы начинаем урок, целью которого является определение назначения науки, занимающей в настоящее время умы миллионов людей. Ведь человечество уже ощутило на себе результаты своего мощного, но не всегда разумного воздействия на природу. Наш урок посвящается экологии, предмету ее изучения, методам исследования и практическому применению результатов, синтезу экологии с другими науками. Учитель информатики. Человеческий мозг зачастую не в состоянии переработать огромное количество информации, необходимое для принятия того или иного важного решения. Особенно если эта информация относится к разным дисциплинам, требует большого объема знаний, да еще и вызывает у нас различные эмоции. ЭВМ, в отличие от человека, не обладает чувствами, способна в короткий срок обработать информацию из любой области и выдать результат – прогноз. Применение компьютера значительно снижает возможность ошибок при выполнении однотипных расчетов и позволяет человеку сосредоточить свое внимание на творческом процессе. Наша цель – показать это при решении конкретных экологических задач. Учитель биологии. Экология – что это за наука? Каково ее назначение, место среди других наук? Давайте послушаем, какой ответ дает энциклопедия. (Ученик зачитывает определение из энциклопедии – Приложение 1.) Учитель. Как возникла эта наука, какова ее история? (Сообщение учащегося «Из истории экологии» – Приложение 2. По ходу сообщения учитель обращает внимание на портреты ученых, а ученики записывают в тетрадях даты, имена ученых, названия трудов.) Учитель биологии. Чем можно объяснить бурное развитие экологии в наше время? (Для активизации предлагается справочный материал о загрязнении окружающей среды. После обсуждения учащиеся приходят к выводу, что возросший интерес к экологии связан с массой проблем, которые были порождены необдуманным воздействием человека на природу.) Учитель биологии. Что является предметом изучения экологии? Какие методы использует эта наука? (В ходе обсуждения учащиеся приходят к выводу, что предметом изучения экологии являются связи между живой и неживой природой и различными объектами живого мира, а также называют известные им научные методы. После этого открывается запись «Методы экологии», вывешенная на обратной стороне доски. Ученики переписывают список в тетради.)
Учитель биологии. Некоторыми из этих методов вы и сами пользовались при поиске решений тех или иных проблем. А методы моделирования и прогнозирования знакомы вам по курсу информатики. Сегодня на уроке мы будем решать задачи и составлять прогнозы, связанные с экологией. Это позволит нам оценить важность связи между этими двумя науками. (Сообщение учащегося «Римский клуб» – Приложение 3.) Учитель информатики. Пока подобные компьютерные модели работают по принципу «если... – то...». То есть отвечают на вопрос «Что произойдет, если изменятся значения таких-то факторов?». При пользовании ими определяются возможные последствия в случае развития определенной схемы экологической политики. Давайте рассмотрим примеры. (Сообщение ученика – Приложение 4.) Учитель информатики. В прошлый раз мы моделировали размер возможного улова рыбы. (Повторение учебного материала предыдущего урока: улов зависит об общего количества рыбы, определяемого ее количеством в начальный момент, величиной приплода и уровнем гибели. Два последних фактора требуют введения коэффициентов – например, уровня паводка – влияние на размножение и уровня загрязнения – влияние на смертность.) Учитель информатики. В ходе решения той задачи мы убедились, что найти ответ, не зная уровня загрязнения воды, нельзя. Предлагаю новую задачу. Расположенный на берегу водоема металлургический завод сбросил в него сточные воды, в результате чего концентрация вредных веществ в воде резко увеличилась. Но в отсутствие новых сбросов она будет уменьшаться. Требуется определить, каким будет уровень загрязнения через сутки, двое и т.д., и сколько потребуется времени для того, чтобы концентрация вредных веществ снизилась до допустимой величины. Необходимая информация D (мг/л) – предельно допустимая концентрация. Количество миллиграммов вредного вещества, которое может находиться в 1 л воды, не причиняя вреда обитателям реки. С (мг/л) – концентрация вредного вещества на момент замера. К – интегральный коэффициент, показывающий, во сколько раз снижается концентрация вещества в воде за 1 сутки. При условии, что сбросы не повторяются, величина К всегда больше единицы, но она будет разной для разных веществ, а также для каждого региона и разных условий – скорости перемешивания воды или скорости течения воды в реке, температуры воды, высоты местности над уровнем моря, типа примесей и т.п. В таблице на доске приведены конкретные величины предельно допустимых концентраций трех вредных веществ, коэффициента К, а также уровня загрязнения воды, принимаемые в качестве условий задачи. Нужно определить величину N – число дней, через которое вода очистится.
Графа «N» заполняется в ходе решения задачи. Составим модель и алгоритм решения задачи. Модель Исходные данные: Со (начальная), D, К. Результат: величина С1, 2, 3... по истечении суток, двух, трех.., значение N. Текущая величина С1 равняется предыдущей, деленной на значение К (т.е. уменьшенной в К раз): С1 = Со/К. Алгоритм Аргументы: С, D, K. Какова же программа решения задачи? 10' Загрязнение воды После этого программа исполняется на ЭВМ, по результатам заполняется последняя графа таблицы на доске.
Учитель информатики. Итак, быстро ли происходит процесс самоочистки воды? Зная результат, что вы можете сказать о возможности сброса отработанных вод без предварительной очистки? Учитель биологии. Итак, вы смогли
убедиться в возможности прогнозирования
развития экологической ситуации. Еще раз оценили
значение информатики в нашей насыщенной
информацией жизни. Моделирование и прогноз – это
современные эффективные методы экологии. (Учащиеся называют науки, после этого открывается схема, заранее сделанная на обратной стороне доски. Ученики перерисовывают ее в тетрадь.)
Вопросы для закрепления 1. Что за наука экология? Домашнее задание Составить модель, алгоритм и программу решения задачи. Приложение 1.Биологический энциклопедический словарьЭкология (от греч. oikos – жилище, местопребывание и logos – наука), биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы. Экологию определяют также как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Приложение 2.Из истории экологииВпервые термин экология был
употреблен немецким биологом Эрнстом Геккелем в
1886 г. Но первые шаги эта наука делала еще в
глубокой древности. В труде Аристотеля «История
живой природы» отмечается разнообразие живых
организмов и их связь с условиями обитания. В
связи со средой обитания рассматривал строение
животных в своей «Естественной истории» и Плиний
Старший (23–79 гг. н.э.). Немецкий химик Роберт Бойль
осуществил первый экологический эксперимент –
он изучил влияние низкого атмосферного давления
на различных животных. Большой вклад в развитие
экологии внесли Карл Линней, изучавший места
обитания растений, Ж.-Б. Ламарк, создавший первую
четко сформулированную теорию эволюции, русский
эколог Н.А. Северцов (1827–1885), Ч.Дарвин. Приложение 3.«Римский клуб»В феврале 1968 г. итальянский промышленник А.Печчеи в письме к представителям мира бизнеса, науки и техники выразил свое мнение о создавшемся положении в сфере взаимодействия человеческого общества с природой и призвал всех заинтересованных принять участие в поисках решения экологических проблем. На его предложение откликнулись 30 ученых, бизнесменов и политиков (в основном из развитых стран), которые собрались в Риме и образовали общество, которое известно теперь как «Римский клуб». Здесь и родилась идея с помощью компьютера создать искусственную модель мира, которая дала бы возможность провести глобальный анализ состояния экологических проблем и предсказать возможные направления развития человечества. Приложение 4.Примеры прогнозирования последствий различных направлений экологической политики1. Если изъять 30% стока сибирских рек и направить эту воду в Среднюю Азию, то в Европе заметно увеличится число осадков и понизится температура воздуха. А если забрать 50% стока, то изменится распределение ландшафтных зон. 2. Пусть имеются два одинаковых по своим начальным условиям, размерам и другим свойствам региона, руководство которых проводит «альтруистическую» и «эгоистическую» экологическую политику. «Альтруист» принимает активные меры для снижения скорости загрязнения окружающей среды, уменьшения расхода минеральных ресурсов, возрастания продуктивности сельского хозяйства без дополнительного использования природных ресурсов и т.д. А «эгоист» все оставляет по-прежнему. В результате улучшение окружающей среды в целом будет незначительным, несмотря на все усилия «альтруиста». Локальное улучшение экологической обстановки не поможет избежать глобального экологического кризиса. От редакцииУчебная программа, приводимая автором статьи, написана на языке-интерпретаторе «Вильнюс-Бейсик», который был разработан для давно снятых с производства отечественных компьютерных приставок к телевизору БК0001-хх. Мы не сочли целесообразным предлагать ее версии, исполняемые на других ЭВМ – ведь варианты компьютерного оснащения российских школ могут быть самыми разнообразными. А сама по себе задача настолько проста, что любой учитель информатики сможет легко реализовать ее сам – в соответствии с имеющимися у него программными и аппаратными средствами. Что же касается содержания предложенного автором примера – расчета скорости снижения концентрации вредных веществ в воде, то он представляется очень удачным для использования на интегрированных уроках биологии и информатики, биологии и математики. Математически решение задачи сводится к следующему: D = C/KN; но в таком виде мы получаем лишь единственный конечный результат (число дней, необходимое для снижения концентрации до уровня ПДК) и не можем «наблюдать» динамику этого процесса. Однако для решения задачи и в предлагаемом автором алгоритме необязательно иметь компьютер – можно обойтись и обычным, даже не программируемым, калькулятором, поскольку процесс сводится к подсчету числа операций деления, произведенных до получения искомого результата (меньшего или равного ПДК). В случае со свинцом, например, набираем на калькуляторе 10, знак деления, коэффициент (1,12) и начинаем нажимать знак равенства, считая нажатия и глядя на индикаторную панель. Как только отображенное число станет меньше или равным 0,03 (ПДК) – результат получен. Правда, в примере со фтором такой путь будет не очень удобным, поскольку технически довольно сложно отсчитать 511 нажатий и не сбиться. В этом как раз и проявляется преимущество компьютера или программируемого калькулятора – подсчет дней (число циклов деления) в них ведется автоматически. Кроме того вывод таблицы на экран ПК позволяет наблюдать процесс нормализации концентрации в динамике. Однако в случае использования даже таких простейших компьютеров как БК, есть смысл не останавливаться на выводе таблицы, тем более что таблица даже в 50 строк воспринимается с трудом. Гораздо нагляднее завершить расчет построением графика на экране – даже использованный язык «Вильнюс-Бейсик» позволяет вывести на телевизионный экран все три графика тремя различными цветами. При наличии современного компьютера для расчета и отображения результата можно с успехом использовать электронные таблицы (такие, как например MS EXCEL), практически любой фирмы и версии. Приведенная таблица, хотя и отражает динамику процесса, но не очень наглядна из-за практической «невидимости» в этом масштабе кульминационного момента – пересечения графика снижения концентрации с ПДК, поскольку залповый выброс многократно эту концентрацию превышал. Для повышения наглядности данные концентрации можно прологарифмировать. На втором графике (построение которого также возможно при помощи простейшей программы, а также средствами электронных таблиц) момент перехода концентрации в безопасную область отражен значительно более наглядно – что, собственно, и составляет цель подобных программ. Одновременно видно, что в полулогарифмических координатах график процесса разбавления спрямляется. При проведении интегрированных уроков биологии и математики вполне уместно будет задать ребятам вопрос «Почему?» О.Г. БАРИНОВ
|
