Элективный курс "Реакция высших растений на химическое загрязнение окружающей среды" как средство формирования экологической компетентности студентов педагогического ВУЗа

элементарный анализ и самоанализ деятельности, в том числе, написание отчетов, коррекция ошибок в документации, помощь коллегам при разрешении спорных ситуаций.

3) Характеристика профессионального уровня компетенции, соответствующего морально-психологической (мотивационной), интеллектуальной и коммуникативной готовности к профессиональной деятельности. С этой точки зрения, выделяются следующие критерии:

обсуждение профессиональных проблем и уточнение задач профессиональной деятельности;

прогнозирование основных затруднений и проблем, возникающих в процессе решения задач;

проектирование сложных процессов;

благоприятные отзывы коллег и руководителей практики о сфере жизненных и профессиональных интересов, особенностях индивидуального стиля деятельности и др.

В целом, компетентностная модель специалиста оказывается достаточно сложным многоуровневым образованием, где, например, отдельным знаниям - сопоставлены объекты, критериям практической подготовки - конкретные материализованные свидетельства, а личностным и профессиональным аспектам - данные психологических тестов, собеседований и др.

Ситуация оказывается еще более сложной и многогранной, если компетенции дифференцированы по уровням общности (например, общепрофессиональные, профессиональные, специальные) или типу (общеобразовательные, профессиональные, личностные). Здесь достижение любого согласованного решения потребует привлечения не только психолого-педагогических концепций XX века, но также - методов современных гуманитарных наук, в том числе, социологии, социальной психологии, культурологии и др.

В заключение сделаем несколько замечаний относительно организационно-управленческого обеспечения процесса. Вполне очевидно, что ни одно из решений не является абсолютным и неизменным и должно предполагать возможность поэтапной реконструкции, обновления, не реже 1 раза в 5 лет, т.е. срока, когда обновляется вся нормативно-правовая база образования[15].

Менее очевидным, но не менее значимым представляется создание в каждой локальной образовательной системе Совета по качеству, в компетенцию которого входило не только регулярное обсуждение проблем компетентностного подхода, но и более широкой проблематики, связанной с качеством образования и способами его оптимизации.

Наконец, немаловажным обстоятельством, непосредственно влияющим на содержательность всех процедур, является оформление субъектности на всех уровнях образовательной, управленческой, социальной и иной деятельности.

1.3 Реализация компетентностного подхода на уроках в средней общеобразовательной школе

Несмотря на то, что российская теория и практика средней школы обладает огромным потенциалом методов, форм и средств обучения, основным типом обучения является, по-прежнему, вербальный тип: использование устного и печатного слова, когда учитель выступает, в основном, в качестве информатора и контролера учащихся [35].

Очевидно, что в свете современных требований к выпускнику, которые складываются под влиянием ситуации на рынке труда и таких процессов, как ускорение темпов развития общества и повсеместной информатизации среды, авторитарно-репродуктивная система обучения устарела. Образование, ориентированное только на получение знаний, означает в настоящее время ориентацию на прошлое. В меняющемся мире система образования должна формировать такие новые качества выпускника как инициативность, инновационность, мобильность, гибкость, динамизм и конструктивность. Будущий профессионал должен обладать стремлением к самообразованию на протяжении всей жизни, владеть новыми технологиями и понимать возможности их использования, уметь принимать самостоятельные решения, адаптироваться в социальной и будущей профессиональной сфере, разрешать проблемы и работать в команде, быть готовым к перегрузкам, стрессовым ситуациям и уметь быстро из них выходить[51].

Воспитание такой социально и профессионально активной личности требует от педагогов современной школы применения совершенно новых методов, приемов и форм работы. Чтобы сформировать компетентного выпускника во всех потенциально значимых сферах профессионального образования и собственно жизнедеятельности, необходимо применять активные методы обучения, технологии, развивающие, прежде всего, познавательную, коммуникативную и личностную активность нынешних школьников.

Одним из перспективных направлений в плане решения этой задачи является осуществление компетентностного подхода средствами модульных технологий.

Авторы «Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года», анализируя мировую образовательную практику последних лет, утверждают, что понятие «ключевые компетентности» является центральным для научно-методологических оснований модернизации, обладает интегративной природой, объединяет знание, навыковую и интеллектуальную составляющие образования. При этом подчеркивается, что в понятии компетентностного подхода заложена идеология интерпретации содержания образования формируемого от «результата» («стандарт на выходе») [16].

Термин «компетенция» имеет, как известно, два значения: круг полномочий какого-либо лица; и круг вопросов, в которых данное лицо обладает познаниями, опытом. Применительно к образовательной области имеет смысл именно второе значение этого термина. Обладать опытом, способностью действовать в ситуации неопределенности - именно эти качества и даст возможность сформировать у выпускника компетентностный подход, реализуемый на уроке учителем.[51]

Перспективным компетентностное обучение является еще и потому, что при таком подходе учебная деятельность приобретает исследовательский и практико-ориентированный характер, и сама становится предметом усвоения. Как отмечают В.А. Болотов, В.В.Сериков, «компетентность, выступая результатом обучения, не прямо вытекает из него, а является следствием саморазвития индивида, обобщения личностного и деятельностного опыта» [16].

Основные ключевые компетенции, которые были выделены на симпозиуме «Ключевые компетенции для Европы» в 1996 году в Берне, ознаменовали общемировую тенденцию обновления результирующих единиц образовательного процесса. Это общеизвестные в настоящее время политические и социальные, компетенции, связанные с жизнью в многокультурном обществе, компетенции, относящиеся к владению общением более чем на одном языке, информационно-коммуникативные компетенции, способность учиться на протяжении всей жизни [8].

По мнению А.В. Хуторского понятие образовательной компетенции включает совокупность смысловых ориентаций, знаний, умений, опыта деятельности учащегося. А их внедрение в практику обучения как раз позволит решить типичную для российской школы проблему, когда учащийся, овладев набором теоретических знаний, испытывает трудности в их реализации при решении конкретных задач или проблемных ситуаций. Образовательная компетенция предполагает овладение учащимися комплексной процедурой, в которой для каждого выделенного направления определена соответствующая совокупность образовательных компонентов [23].

Компетентностный подход, как и другие инновационные подходы в обучении, требует поэтапного внедрения. На первом этапе внедрения, можно, например, формировать такие элементарные общеучебные компетенции школьников, как:

- извлечение основного содержания прочитанного или услышанного;

- точная формулировка мыслей, построение оригинальных высказываний по заданному вопросу или теме;

- исследование различных вариантов решения задач, выбор наилучшего, принимая во внимание различные критерии;

- сотрудничество с другими (учениками и учителем) при выполнении общего задания;

- планирование действий и времени;

- оценка результатов своей деятельности и т.д.[15]

Очевидно, что перечисленные умения школьников должны формироваться не как отдельно взятые, а в целостной системе навыковых блоков, называемых компетенциями.

Анализ особенностей содержания преподаваемого предмета (физика) и возможностей учеников, уровня их развития, позволил нам выделить в качестве наиболее актуальных следующие компетенции: учебно-познавательная, информационная, коммуникативная и компетенция личностного самосовершенствования.

Основной целью проводимого в течение 3 лет эксперимента является реконструкция образовательного процесса по физике на основе компетентностного подхода с использованием модульных технологий. Данный подход позволяет решить задачи по формированию компетенций у школьников, а именно:

- учебно-познавательной (определять цели и порядок работы, самостоятельно планировать свою учебную деятельность и учиться, устанавливать связи между отдельными объектами, применять освоенные способы в новых ситуациях, осуществлять самоконтроль);

- коммуникативной (сотрудничать, оказывать помощь другим, участвовать в работе команды, обмениваться информацией);

- информационной (самостоятельно искать, анализировать и отбирать информацию, структурировать, преобразовывать, сохранять и передавать её); - личностного самосовершенствования (анализировать свои достижения и ошибки, обнаруживать проблемы и затруднения в сообщениях одноклассников, осуществлять взаимную помощь и поддержку в затруднительных ситуациях, критически оценивать и переоценивать результаты своей деятельности)[23].

В качестве основного технологического инструмента, обеспечивающее комплексное внедрение компетентностного подхода, мы избрали модульную технологию. Это позволяет создать относительно унифицированную модель изучения каждой темы, в которую входят следующие занятия: «Вводная лекция», «Обучение решению задач», «Самостоятельное решение задач» и «Научно-практическая конференция и итоговый контроль».

На различных этапах занятия, ученики являются не пассивными слушателями, воспроизводящими действия учителя, а активными участниками процесса познания. Например, в то время, когда учитель вводит новые понятия и термины, ученики выполняют задание «Стрелками укажи связи между терминами и определениями» или «Составь свой словарь новых понятий».

Когда учитель демонстрирует вывод формулы, ученики выполняют задание «Установите логическую последовательность действий при выводе закона». При рассмотрении практической значимости того или иного закона или явления, ученикам предлагается сформулировать недостающие в карточке вопросы или ответы.

Таким образом, работая с текстом учебника, учащиеся самостоятельно выбирают уровень вопросов: от стандартных - до наиболее сложных, предполагающих глубокое понимание изучаемого материала.

На уроке, посвященном обучению решения задач, ученики не копируют готовые решения с доски, а занимаются поиском алгоритма решения задач, а затем применяют его самостоятельно. Во время самостоятельного решения задач предлагаются многоуровневые карточки каждому ученику, предусматривающие самопроверку решения той или иной задачи; выполнив успешно задания первого уровня, можно перейти к следующему. Деятельность учащихся осуществляется в группах по 4 человека, что позволяет им во время работы консультироваться у более сильных и консультировать сами тех, кто пока слабее их разобрался в данном вопросе[23].

Научно-практическая конференция, входящая в модуль, предполагает творческие многоуровневые домашние задания. Например, можно подготовить небольшое сообщение по одной из предложенных тем, можно приготовить демонстрацию того или иного явления или закона, а можно заняться поиском решения творческой или экспериментальной задачи. Каждый ученик выбирает и выполняет, то, что ему наиболее доступно на данном этапе саморазвития. Можно выполнить сразу несколько заданий, если данная тема вызвала повышенный интерес.

Используются также разнообразные формы контроля знаний на каждом этапе и на каждом занятии: промежуточного, текущего, итогового. Такие как тест «Да-нет», метод аналогий, разноуровневые тесты с выбором ответа или требующие дать развернутое решение.

Любая инновация связана с определенными проблемами. Так, в частности, данный подход требует много затрат времени при подготовке, использование множества методической литературы учителем, конструирование большого числа новых дидактических материалов, поиск нестандартных заданий, приемов и подходов. Но благодаря использованию компьютера, их решение упрощается.

В ходе работы по данной системе в 9 классах гимназии установлено, что у учащихся намечается значительный рост познавательной активности на уроках и дома, их знания и в особенности умения стали более глубокими и прочными, прослеживается тенденция роста обученности и качества знаний. Если при традиционном подходе уровень обученности (успеваемости) учащихся по отдельным темам составлял в различных классах от 66 до 72% , то при реализации компетентностного подхода показатели выросли от 75 до 83%, качество знаний поднялось с отметок 30-33% до 43-45%[23].

Кроме того, удается включить в активную познавательную деятельность слабых учеников, повысить их интерес к предмету, осуществлять поэтапный контроль и коррекцию знаний учеников, приучать к самооценке результатов своего труда. Данная система нацеливает ученика и учителя на конечный результат: самостоятельное приобретение конкретных умений, навыков учебной и мыслительной деятельности.

Ориентация российского образования на общекультурное развитие обучающихся, как известно, исторически является одной из его приоритетных позиций. Она находит отражение и в тексте современного Закона РФ «Об образовании» (ред. 2002 года), где отмечено, что «общеобразовательные программы направлены на решение задач формирования общей культуры личности, адаптации личности к жизни в отечестве…». В то же время и профессиональные образовательные программы также направлены на последовательное повышение ранее сформированного образовательного уровня. Другими словами, задача формирования общей культуры и ее упрочивания является общей для всей системы российского образования. Это его непреходящая ценность.

Формирование компетенций происходит средствами содержания образования. В итоге у ученика развиваются способности и появляются возможности решать в повседневной жизни реальные проблемы - от бытовых, до производственных и социальных. Заметим, что образовательные компетенции включают в себя компоненты функциональной грамотности ученика, но не ограничиваются только ими.

Введение понятия образовательных компетенций в нормативную и практическую составляющую образования позволяет решать проблему, типичную для российской школы, когда ученики могут хорошо овладеть набором теоретических знаний, но испытывают значительные трудности в деятельности, требующей использования этих знаний для решения конкретных задач или проблемных ситуаций. Образовательная компетенция предполагает усвоение учеником не отдельных друг от друга знаний и умений, а овладение комплексной процедурой, в которой для каждого выделенного направления присутствует соответствующая совокупность образовательных компонентов, имеющих личностно-деятельностный характер. В комплексности образовательных компетенций заложена дополнительная возможность представления образовательных стандартов в системном виде, допускающем построение четких измерителей по проверке успешности их освоения учениками. С точки зрения требований к уровню подготовки выпускников образовательные компетенции представляют собой интегральные характеристики качества подготовки учащихся, связанные с их способностью целевого осмысленного применения комплекса знаний, умений и способов деятельности в отношении определенного междисциплинарного круга вопросов.

Особенности экологического образования в России на современном этапе в значительной степени определяются молодостью данной области образовательной деятельности, вследствие чего доля преподавателей с соответствующим базовым образованием и опытом практической работы пока повсеместно крайне мала.

Компетентностный подход предполагает определение содержания образования и методов обучения исходя из задач, которые предстоит решать выпускникам. Смысл образования заключается в развитии у обучаемых способности самостоятельно решать проблемы в различных сферах и видах деятельности на основе использования социального опыта, элементом которого является и собственный опыт учащихся. Поэтому компетентностный подход означает необходимость выбора содержания, технологий и методов обучения исходя из его конечных целей, то есть профессиональных функций, реально выполняемых по окончании обучения.

В настоящее время это практически осуществляется на уровне государственных образовательных стандартов, где формулируются профессиональные функции и определяются соответствующие им дидактические единицы.

При этом, к сожалению, пока практически ставится знак равенства между такими близкими и тесно связанными понятиями, как профессиональные функции (возможность занять определенные должности в определенных организациях) и ключевые компетенции (необходимые для этого знания и навыки).

Развитию компетентности соответствуют четыре вида профессиональной практической деятельности:

- научно-исследовательская;

- проектно-производственная;

- контрольно-экспертная;

- педагогическая (при условии освоения соответствующей образовательно - профессиональной программы педагогического профиля).

Указанным видам профессиональной деятельности в свою очередь соответствуют 8 профессиональных функций:

- проведение комплексных исследований отраслевых, региональных, национальных и глобальных проблем природопользования, разработка рекомендаций по их разрешению;

- обеспечение ресурсовоспроизводящей функции природной среды;

- производство оценки воздействий на окружающую среду;

- разработка практических рекомендаций по использованию природно -

ресурсного потенциала территории;

- проведение экологической оценки хозяйственных проектов;

- контрольно-ревизионная деятельность, экологический аудит;

- педагогическая работа в вузах;

- учебная и воспитательная работа в ВУЗах и средних общеобразовательных школах при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля.

На основании всего вышеизложенного мы можем выделить несколько положений:

1. Формирование экологической компетенции студентов может происходить более успешно на основе интеграции их урочной и внеурочной экологоориентированной деятельности.

2. Модель формирования экологической компетенции должна содержать цель, принципы, содержание, факторы и средства экологического образования, выбор которых обусловлен включением студентов в поэтапную, вариативную проектно-исследовательскую деятельность в сфере экологических проблем.

3.Экологическая компетенция - это способность личности к экологической деятельности, основанная на знаниях, умениях и навыках; элементарная экологическая компетенция предполагает умение определять уровень и характер экосистем своей местности, школы, пришкольного участка, города, региона.

4.Экологическая компетентность студента есть интегрированная способность, состоящая из ценностно-мотивационного, когнитивного, деятельностно-практического компонентов, составляющих основу для формирования экологической культуры личности.

Глава 2. Роль элективных курсов в обучении учащихся старшей школы и студентов с естественнонаучным направлением обучения

2.1 Определение и типы элективных курсов

Элективные курсы - новый элемент учебного плана, дополняющие содержание профиля, что позволяет удовлетворять разнообразные познавательные интересы школьников. Элективные курсы могут касаться любой тематики, как лежащей в пределах общеобразовательной программы, так и вне ее.Элективные курсы это новейший механизм актуализации и индивидуализации процесса обучения. С хорошо разработанной системой элективных курсов каждый ученик может получить образование с определенным желаемым уклоном в ту или иную область знаний.

Одни из них могут выступать в роли «надстройки», дополнения содержания профильного курса. В этом случае такой дополненный профильный курс становится в полной мере углубленным, а школа (класс), в котором он изучается, превращается в традиционную спецшколу с углубленным изучением отдельных учебных предметов.

Другой тип элективных курсов может развивать содержание одного из базисных курсов, изучение которого в данной школе (классе) осуществляется на минимальном общеобразовательном уровне. Это позволяет интересующимся школьникам удовлетворить свои познавательные потребности и получить дополнительную подготовку, например, для сдачи ЕГЭ по этому предмету на профильном уровне.

Третий тип элективных курсов направлен на удовлетворение познавательных интересов отдельных школьников в областях деятельности человека как бы выходящих за рамки выбранного им профиля. Например, вполне естественной выглядит ситуация, когда школьник, обучающийся в классах гуманитарного профиля, проявит интерес к курсу «Информационный бизнес» или «Экология», а школьник из класса технологического направления захочет расширить свои знания в области искусства или изучить элективный курс «Зарубежная литература XX века».

Элективные курсы - обязательные курсы по выбору учащихся, входящие в состав профиля обучения на старшей ступени школы. В первую очередь - это занятия по выбору, позволяющие школьникам развить интерес к тому или иному предмету и определить свои профессиональные пристрастия.

2.2.Роль элективных курсов

В настоящее время в условиях модернизации концепции российского образования, роль элективных курсов на старшей ступени общего образования, существенно возрастает. В этой связи, перед экологией в старшей школе стоят иные цели и задачи, нежели в основной. В качестве основной цели можно выделить создания условий для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных траекторий. Таким образом, ведущей задачей современного школьного образования становится социальная зрелость выпускников школ, как важнейший параметр развития личности и сохранения индивидуальности.

В старшей школе помимо базовых и профильных предметов вводятся элективные курсы по экологии. Элективные курсы - обязательные учебные курсы по выбору учащихся из компонента образовательного учреждения. В основу элективных курсов по экологии положены учебные программы, использующиеся в профильном обучении, которые предлагаются на выбор школьникам. Элективные курсы по экологии реализуются за счет школьного компонента и могут выполнять две основные функции: одни могут “поддерживать” изучение основных профильных предметов на заданном профильном стандартном уровне. Другие элективные курсы служат для внутрипрофильной специализации.

Количество элективных курсов, предлагаемых в составе профиля, должно быть избыточно по сравнению с числом курсов, которые обязан выбрать учащийся. Элективные курсы по экологии могут выполнить еще одну важную функцию - они могут явиться полигоном для создания и экспериментальной проверки нового поколения учебных материалов по экологии, для повышения качества обучения. По элективным курсам единый государственный экзамен не проводиться. При этом примерное соотношение объемов базовых общеобразовательных, профильных общеобразовательных предметов и элективных курсов определяется в пропорции 5:3:2.

Профильное обучение направлено на реализацию личностно ориентированного обучения. При этом существенно расширяются возможности выстраивания учеником индивидуальной образовательной траектории.

Элективные курсы направлены на расширенное содержание базового курса экологии, что позволяет поддерживать изучение смежных учебных предметов (биологии, химии, бжд) на профильном уровне или получить дополнительную подготовку для сдачи экзамена по экологии.

В основу элективных курсов по экологии положены учебные программы, использующиеся в профильном обучении, которые предлагаются на выбор школьникам. По ряду позиций элективные курсы по экологии близки к такой хорошо знакомой учителям форме обучения, как факультатив. Сходство этих форм связано с ориентацией на старшеклассников, с учетом интересов группы учащихся и возможностей педагогов. Но в отличие от факультативов учебный план всех учащихся профильных классов должен включать элективные курсы. При этом ученики не сдают экзаменов по их программе.

Элективные курсы по экологии, предлагаемые учащимся разных школ, могут отличаться в зависимости от возможностей педагогического коллектива, материально-технической оснащенности школы и познавательных интересов учащихся. Именно они являются важнейшим средством индивидуализации обучения -- способствуют построению индивидуальных образовательных программ, так как связаны с выбором каждым школьником содержания образования в зависимости от его интересов, способностей, проектируемой профессии. Элективные курсы по экологии расширяют возможности базовых и профильных курсов по экологии.

В старшей школе перед экологией стоят две важнейшие задачи:

· Подготовить к продолжению образования тех учащихся, которые выбрали в качестве будущей профессии экологическую специальность;

· Сформировать у учащихся, ориентированных на неэкологические профили, понимания места и роли экологии в различных сферах жизнедеятельности человеческого общества.

Перечислим основные виды элективных курсов по экологии:

В предпрофильном обучении:

· Повышение уровня изучения экологии для подготовки школьников к восприятию предмета на профильном уровне.

· Ориентация на выбор профиля обучения, знакомство с видами профессиональной деятельности и разными формами организации познавательной деятельности, характерными для экологии.

В профильном обучении:

· Повышение уровня изучения профильной экологии в профильном классе.

· Опора на межпредметные связи, т. е. возможность изучать несколько предметов на профильном уровне.

· Поддержание базовой экологии, помощь в подготовке к экзамену по предмету на повышенном уровне, способствует углублению знаний и формированию умений по учебной дисциплине экология.

· Ориентация на достижение школьниками образовательных результатов для успешного продвижения на рынке труда.

· Освещение областей деятельности, выходящих за рамки традиционной школьной экологии.

Разнообразие видов элективных курсов по экологии открывает широкие возможности для творчества учителя и выбора учащихся. Причем каждый педагог способен разработать несколько курсов и включить их в банк данных образовательного учреждения (методического объединения), обновляя содержание по мере необходимости. Сначала необходимо определить, на какую возрастную группу будет ориентирован предлагаемый курс: предпрофильный -- на учащихся 9-х классов, профильный -- на учащихся 10-11-х классов.

При разработке предпрофильного курса экологии, прежде всего, необходимо определить основную цель. Целью предпрофильных образовательных программ является ориентация на создание конкретного профильного класса. Это предусматривает увеличение объема знаний и умений, имеющих практическое значение, в том числе профессионально направленных. А для теоретического предметного курса одной из целей является повышение уровня изучения экологии и применение полученных знаний как на базовом, так и на профильном уровне. Создатели профильного курса по экологии ставят следующие цели.

Во-первых, углубление или расширение рамок экологии.

Во-вторых, повышение уровня изучения базового предмета в профильном классе, предполагающее подготовку к экзамену, в том числе в форме ЕГЭ.

В-третьих, приобретение практико-ориентированных знаний и умений, как в границах экологии, так и практических навыков, основанных на внепредметных знаниях.

У каждого преподавателя есть любимые темы или разделы по его предмету, а также наиболее результативные формы организации учебного процесса, методики и технологии. Именно их и нужно использовать в элективных курсах по экологии, причем избранная тема необязательно должна быть из материала 9-го или 10-11-х классов. Однако содержание ее необходимо согласовать с уровнем развития школьников по базовой экологии.

Покажем, как в зависимости от поставленных целей и возможностей педагога определяется тематика элективного курса по экологии и формулируется его название. В качестве примера возьмем учебную дисциплину экология и перечислим наименования элективных курсов в зависимости от их вида.

Для предпрофильного обучения предлагаем тематику, использующую содержание раздела “Особенности развития биосферы”. Итак, в соответствии с тематикой сформулируем названия теоретических курсов по экологии: “Влияние окружающей среды на здоровье человека”, “Влияние человека на биосферу”. Перечислим курсы практической направленности, ориентированные на знакомство учащихся с разными формами познавательной деятельности по экологии: “Лабораторный практикум. Оценка состояния окружающей среды”, “Проектная деятельность. Влияние шума на здоровье человека”.

В профильном обучении можно усложнить уже разработанные курсы или использовать другую тематику. В качестве курса, углубляющего знания по профильной экологии, предлагаем “Геоэкологические проблемы планеты Земля” или “Региональные геоэкологические проблемы”.

Для межпредметных курсов важно определить, с каким предметом осуществляется взаимосвязь, учитывая, что научная интеграция по многим смежным дисциплинам уже осуществлена. Так, в состав биологии включаются такие науки или научные направления, как: биогеография, геоэкология и др. Кроме того, объединение возможно по методам, применяемым в разных учебных предметах “Методы математического моделирования экологических явлений”.

При разработке элективного курса по экологии, поддерживающего базовый учебный предмет, экологию, нужно соотнести уровень базового и профильного предмета, выделив основные знания и умения, обратив внимание на недостаточно раскрытые темы.

Элективный курс по экологии практической направленности, полученные умения которого можно использовать для продвижения на рынке труда, связан с приобретаемыми умениями и навыками, как общего характера, так и с ориентацией на профессиональные области. Итак, выбор курсов зависит от возрастной группы учащихся (предпрофильное или профильное обучение), вида и целей курсов, определяемых автором.

Можно условно выделить следующие типы элективных курсов по экологии:

1) Элективные курсы по экологии, задача которых - углубление и расширение знаний по экологии, входящих в базисный учебный план школы. 2) Элективные курсы повышенного уровня сложности по экологии, направленные на углубление изучение экологии, имеющие как тематическое, так и временное согласование с экологии. Выбор такого элективного курса по экологии позволит изучить предмет не на профильном, а на углубленном уровне. В этом случае все разделы курса экологии углубляются более или менее равномерно. 3) Элективные курсы по экологии, в которых углубленно изучаются отдельные разделы основного курса экологии, входящие в обязательную программу. 4) Прикладные элективные курсы по экологии, цель которых - знакомство учащихся с важнейшими путями и методами применения знаний на практике, развитие интереса учащихся к современной технике и производству. 5) Элективные курсы по экологии, посвященные изучению методов познания природы и общества. 6) Элективные курсы по экологии, посвященные истории предмета, как входящего в учебный план школы, так и не входящего в него. 7) Элективные курсы по экологии, посвященные изучению методов решения задач по экологии, составлению и решению задач на основе физического, химического, биологического, экологического и географического эксперимента. 8) Элективные курсы по экологии, не входящим в базисный учебный план, различаются целями и содержанием, но во всех случаях они должны соответствовать запросам учащихся, которые их выбирают.

При проведении элективных курсов по экологии можно использовать новые технические возможности, в частности, электронные учебные пособия. Это обусловлено меньшей наполняемостью групп и большей общностью интересов школьников. В настоящее время имеется достаточно большое количество весьма качественных CD - дисков, в которых представлены, создаются электронные библиотеки, разрабатывается методика использования электронных материалов, как на уроках, так и в процессе самообразования.

Выпускники школ в современных условиях зачастую теряют жизненные ориентиры, позитивные устремления и мотивы. На данном этапе произошел глубокий разрыв между возрастающей сложностью мира и способностью человека ориентироваться в новых условиях жизни и в сложных социальных проблемах в рамках приобретения глубоких знаний по экологии. Выпускник заинтересован в получении практико-ориентированных знаний, необходимых ему для умения сориентироваться в условиях постоянного выбора. У значительной части выпускников школ, вступающих в современный рынок труда, формируется запрос на новый тип образования, сочетающий традиционное образование с обучением, ориентированным на требования окружающей жизни. Это позволит составить представление о характере профессионального труда людей на основе личного опыта.

Школа должна предоставить школьнику возможность научиться реализовать свои замыслы. Помимо профильных общеобразовательных предметов в старшей школе вводятся элективные курсы. Набор профильных и элективных курсов на основе базовых общеобразовательных предметов составит индивидуальную образовательную траекторию для каждого школьника.

2.3 Вывод по главе

Следует отметить, что в концепции профильного обучения четко обозначено:

1. Элективные курсы по экологии - обязательные для посещения курсы по выбору учащихся, входящие в состав профиля обучения на старшей ступени школы.

2. Элективные курсы по экологии реализуются за счет школьного компонента учебного плана, предназначены для содержательной поддержки изучения основных профильных направлений в экологии или служат для внутрипрофильной специализации обучения и для построения индивидуальных образовательных траекторий.

3. Количество элективных курсов по экологии должно быть избыточно по сравнению с числом курсов, которые обязан выбрать учащийся.

Таким образом, элективные курсы по экологии:

· способствуют самоопределению ученика по выбору дальнейшей профессиональной деятельности в экологии;

· создают положительную мотивацию обучения в экологии на планируемом профиле обучающего;

· познакомят учащихся с ведущими видами экологической деятельности;

· активизируют познавательную деятельность у школьников в экологической области;

· повысят информационную и коммуникативную компетентность учащихся в экологии.

Глава 3. Химическое загрязнение окружающей среды и его влияние на растения

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение окружающей среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

3.1 Химическое загрязнение биосферы

Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединение, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т в год.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводород или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т предельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены в приложении 10.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог). Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ [30].

Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК).

Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.

Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (Главной Геофизической Обсерватории). Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК . Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксиды азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

3.1.1 Химическое загрязнение природных вод

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).