Педагогические науки/5. Современные методы преподавания

К.п.н. Перевалов А.В.

Волгоградский государственный социально-педагогический университет, Россия

Формирование экологической культуры учащихся средней школы на уроках по изучению основ атомной и ядерной физики

Сегодня формирование экологической культуры личности, рассматриваемое в качестве определяющего фактора в разрешении глобальных проблем, стоящих перед всем человечеством, является важнейшим концептуальным положением «Приоритетного национального проекта “Образование”. Тем не менее, когда речь заходит об экологической составляющей образовательного процесса в средней школе, в первую имеют в виду дисциплины биологического цикла. А между тем школьный курс физики как науки о природе обладает значительным потенциалом для формирования экологической культуры учащихся, и прежде всего это относится к изучению основ атомной и ядерной физики. В немалой степени это связано с достижениями атомной физики, открытия в которой, сделанные всего за одно столетие, кардинально преобразовали взаимоотношения человека и природы, изменив облик цивилизации. Однако рост числа техногенных катастроф и разрушительное влияние их последствий на природу заставляют признать, что все важнейшие научно-технические достижения имеют «двуединую структуру», включающую как положительные, так и отрицательные значения. Вот почему «эпоха экологической гласности» (А.В. Яблоков), открытая трагическими событиями на Чернобыльской атомной электростанции, остро поставила вопрос о необходимости формирования экологической культуры личности, а экологическое знание как знание «совокупное», делает невозможным исключение физики из «сферы человеческого духа и культуры» (В.В. Сериков).

На уроках по изучению основ атомной и ядерной физики в средней школе важным средством формирования экологической культуры учащихся является решение физических задач экологической направленности. Так, в 9 классе, где учащиеся начинают осваивать базовые законы физики атома и атомного ядра, они решают качественные и количественные физические задачи экологической направленности. Такие «задачи с жизненно-практическим содержанием» (И.А. Иродова), правильное решение которых предполагает сопоставление и сравнение физических величин, укрепляют познавательный интерес учащихся к усвоению знаний из области физики микромира. Например, при рассмотрении экспериментальных методов регистрации элементарных частиц учащимся предлагается ответить на вопрос: «Можно ли, используя счетчик Гейгера–Мюллера, оценить радиационный фон в рентгеновском кабинете?». При изучении строения атомного реактора школьники более детально вникают в физические принципы проектирования систем радиационной безопасности, решая качественную задачу такого рода: «На складе строительной компании есть кирпич, алюминий, железобетон, дерево, кадмий, свинец. Какие вещества могут быть наиболее эффективно использованы для устройства радиационной защиты от нейтронного излучения на АЭС и для медицинского кабинета, где для лечения больных используют γ-радиоактивные изотопы?». Рассматривая биологическое действие ионизирующих излучений, учитель задает такую задачу: «Подвергается ли экспериментатор угрозе получения дозы α -излучения, если он, исследуя треки α-частиц с помощью лабораторной установки Максдена–Гейгера, проводит подсчет частиц методом сцинтилляций с помощью бумажного флуоресцентного экрана толщиной 100 мкм?».

В 10-х классах, где не изучается специальный раздел, посвященный рассмотрению основ атомной и ядерной физики, решение физических задач экологической направленности может быть организовано в рамках элективного курса, взаимодействующего с учебными материалами разделов «Молекулярная физика» и «Электродинамика» основного курса физики, что обеспечит «перенос» знаний, усвоенных школьниками при изучении основ теории микромира в 9-х классах, на другие разделы физики и способствует формированию экологической культуры учащихся, через физику познающих мир во всем его многообразии и убеждающихся в возможности его рационального познания и преобразования. Постановка перед учащимися практически значимых задач, «решаемых человеком в профессиональной деятельности и в быту с применением физических знаний» (Г.П. Стефанова), позволяет им придти к выводу, что без знаний из области физики микромира невозможно устранение современных экологических проблем. Так, при рассмотрении темы «Количество теплоты» такую функцию выполняет задача следующего содержания: «Определите недостающий компонент реакции термоядерного синтеза дейтерия и трития (реакция сопровождается вылетом одного нейтрона): ²₁H+³₁H→X+¹₀n. Вычислите количество энергии, единовременно выделяющееся в ходе этой реакции. Ученые-экологи рассчитали, что среднее количество древесной биомассы на гектар лесов планеты составляет 109 ^т/_га. Оцените площадь лесов планеты, которые можно спасти от сжигания в качестве топлива для получения такого же количества энергии, что и в одном акте приведенной реакции термоядерного синтеза. Удельная теплота сгорания древесины – 10 ^МДж/_кг».

Рассмотрение физических задач экологической направленности в рамках такого элективного курса формирует ориентировочную основу для решения такого рода задач, требующих применения знаний из различных научных областей. Речь идет о выработке своего рода алгоритмических предписаний, которые учитель не предлагает в готовом виде, а выстраивает в ходе совместной работы с учащимися, и они воспринимают их как продукт собственной учебной деятельности. Согласно таким предписаниям (определите физический смысл представленной в задаче экологической проблемы; выясните, может ли рассматриваемая в задаче экологическая проблема быть разрешена с использованием только физических закономерностей или необходимо привлечение знаний из других наук; назовите последовательность действий по решению задачи; оцените правильность решения экологической проблемы) учащиеся в классе решают задачи, в которых раскрываются связи учебного материала с их будущей профессиональной деятельностью, что подчеркивает неразрывность взаимосвязи «человек—природа—общество».

В 11 классе, где учащиеся вновь встречаются с учебным материалом, посвященным основам атомной и ядерной физики, они решают разноуровневые физические задачи экологической направленности, например: После взрыва в пустыне Аламогордо было установлено, что концентрация плутония ²³⁹₉₄Pu в озере Toularose (25 км от полигона, где был произведен атомный взрыв) находится на уровне 2,2·105 ^Бк/_л. Через какой промежуток времени концентрация плутония ²³⁹₉₄Pu в воде озера снизится до уровня, когда ее можно употреблять в пищу (0,54 ^Бк/_л)?». Новые, в сравнении с разработанными в 10-х классах, пункты в алгоритмических предписаниях (проанализируйте содержание задачи с точки зрения востребованности в вашей будущей профессии; объясните, подтверждает ли решение данной задачи возможность обеспечения практически безопасного применения ядерных технологий и т.д.) помогут одиннадцатиклассникам сохранить принцип преемственности в решении задач такого рода и сформировать навыки преобразования информации, что стимулирует творческие инициативы учащихся и препятствует «расщеплению понятий» (А.В. Усова), укрепляя систему физико-экологических знаний и обогащая навыки дискурсивного и образного мышления школьников, заставляя их «прислушиваться к потребностям самой природы» (Г.С. Батищев), и способствуя комплексному освоению ими научной картины мира.