Интердисциплинарен подход на обучение във втори гимназиален етап
Надежда Танева, старши учител, Втора Английска езикова гимназия “Томас Джеферсън”
Резюме: Настоящата статия представя педагогическа практика основана на интердисциплинарен подход на обучение в профилирана подготовка във втори гимназиален етап. Обучението е проведено според авторска учебна програма за избираем модул по химия и ООС. Учениците са разделени на четири екипа. Тези екипи имат за цел да проучат научната и научно-техническата информация за биогоривата през призмата на предметите биология, химия, физика и география.
Всеки екип изготвя презентация съдържаща обобщена и систематизирана информация за биогоривата свързана с дадения учебен предмет, която представя на останалите групи и работен лист, който всички ученици попълват самостоятелно. По този начин се осъществява текущ самоконтрол и самооценка върху усвоените знания.
Учениците правят тест върху изучените теми от учебната програма. Направени са обобщения и изводи от прилагането на интердисциплинарен подход в избираем модул на профилирана подготовка в 11. клас.
Ключови думи: биогорива, интердисциплинарен подход, профилирана подготовка
Увод: Изучаването на темата “Биогорива” предоставя много добра възможност за прилагане на интердисциплинарния подход и екипната работа в процеса на обучение. Биогоривата са област, която включва в себе си познания по химия, биология, физика и география.
Изкопаемите горива като въглища и петрол са най-разпространените източници на енергия. Те са невъзобновяеми източници на енергия, което означава, че един ден те ще се изчерпат. Изкопаемите горива отнемат милиони години, за да се образуват чрез различни геоложки процеси. Процесът им на извличане също е много скъп. Емисиите на парникови газове (ПГ) от изкопаемите горива водят до глобалното затопляне (Ravishankara, Kuylenstierna, Michalopoulou, 2021). По данни на Националната агенция за океански и атмосферни изследвания (NOAA) трите най-важни топлозадържащи газове в атмосферата са достигнали нови рекордни стойности през миналата година. Глобалната концентрация на СО2 се е повишила средно до 419 частици на милион (ppm) през 2023г., докато метанът е нараснал средно до 1922 частици на милиард (ppb), а азотният оксид се е покачил леко до 336 ppb. Ето защо в световен мащаб има голямо търсене на някакъв възобновяем източник на енергия, който трябва да бъде рентабилен и екологичен по природа. Биогоривата са чудесна алтернатива на изкопаемите горива (McCloy, 2019).
Фиг.1. Производство на биогорива в периода 2013-2023
Педагогическо изследване
Педагогическото изследване е проведено във втори гимназиален етап профилирана подготовка в 11. клас във Втора английска езикова гимназия “Томас Джеферсън”, гр. София в периода януари – май 2024 година. С цел осъществяване на педагогическия експеримент е създадена авторска учебна програма и са проведени поредица от учебни дейности. Използван е следният изследователски инструментариум:
Организация на педагогическото изследване
Педагогическият експеримент преминава през три етапа: подготвителен, основен и заключителен
II. Производство на биогорива
III. Приложение на биогоривата
IV. Предимства и на биогоривата
V. Проблеми (недостатъци) и предизвикателства
VI. Бъдеще на биогоривата:
21. Изследвания: Иновации в производството и приложението на биогорива
22. Политики: Подкрепа за развитието на биогорива от страна на правителства и международни организации
2. Основен етап – провеждане на изследването. Учениците се разделят на 4 групи. Основният етап преминава през няколко дейности.
Дейност 1: Проучване, анализ и систематизиране на научно-техническата информация за определени теми от учебната програма:
I група – класификация на биогоривата
II група – суровини за производство на биогорива
III група – развитие на производството и използването на биогорива през годините
IV група – използвани технологии за производство на биогорива
Дейност 2: Проучване, анализ и систематизиране на научната информацията за биогоривата
I група – от гледна точка на химията
II група – от гледна точка на биологията
III група – от гледна точка на физиката
IV група – от гледна точка на географията
Дейност 3: Проучване, анализ и систематизиране на научно-техническата информацията за приложението на биогоривата:
I група – в транспорта
II група – за отопление
III група – в енергетиката
IV група – в химическата промишленост
Дейност 4 Всяка група изготвя презентация с цел запознаване на съучениците си с намерената информация по време на първите три дейности.
Дейност 5 Всяка група изготвя дигитален работен лист с въпроси към представената от тях информация. Всички ученици заедно подготвят още два работни листове на следните теми: “Биогоривата – предимства и недостатъци” и “Биогоривата: алтернатива и предизвикателства”. Учениците формулират въпросите включени в работните листове с помощта на приложението Diffit. Въпросите са с избираем, свободен и изразяващ лично мнение отговор.
Дейност 6: Всички ученици попълват всички работни листове самостоятелно, след което заедно правят сравнителен анализ на различните технологии на производство на биогорива по отношение на ефикасност, разходи и екологично влияние.
Дейност 7: Изготвя се таблица включваща намерената информация за предимствата и недостатъците от използването на биогоривата от гледна точка на екология, икономика и инфраструктура и две таблици, в които са показани данни за емисии на въглероден диоксид, метан, азотни оксиди и фини прахови частици.
Таблица 1. Предимства и недостатъци на използването на биогорива
|
Предимства |
Недостатъци |
|
Цената на биогоривата ще бъде по-ниска от тази на бензина или дизела, след като технологията, с която се генерират, стане достъпна в по-голяма степен. |
Консумира се голямо количество енергия при производството им. |
|
Производствените процеси са по-ефективни; консумират и замърсяват по-малко. |
Увеличаване на потреблението на вода (за напояване на култури). |
|
Те са източник на енергия, който е много по-малко ограничен от изкопаемите горива, чието производство отнема хиляди години. |
Биогоривата осигуряват по-малко енергия от изкопаемите горива при равни количества, така че са необходими много повече суровини, за да се постигнат тези енергийни нива. |
|
Позволява се затварянето на въглеродния цикъл, което допринася за стабилизирането на концентрацията на въглеродния диоксид в атмосферата (това помага за забавяне на глобалното затопляне). |
Културите за производство на биогорива консумират много азотни торове, с отделяне на азотни оксиди, които също допринасят за парниковия ефект.
|
|
Понякога голяма площ за отглеждане на растения може да се използва за производство на биогорива. |
Опустошаване на горски площи (големи консуматори на CO2) за засаждане на култури, използвани за производството на биогорива. |
|
Генериране на заетост и доходи на полето (това предотвратява колапса в градските центрове). |
Възможност за намаляване на производството на храни за сметка на увеличаване на производството на биогорива, което може да допринесе за увеличаване на глада в света и покачването на цената на храната. |
|
Биодизелът замества дизеловия бензин без да са необходими корекции в двигателя. |
Замърсяване на подпочвените води с нитрити и нитрати от торове. |
|
Намаляване на боклука на планетата (може да се използва за производство на биогорива). |
Намаляване на биоразнообразието. |
|
Работата и съхранението са по-безопасни от изкопаемите горива. |
|
Таблица 2. Емисии на замърсители на въздуха в g/kWh
|
Вид гориво |
Емисии на CO2 |
Емисии на CH4 |
Емисии на азотни оксиди |
Фини прахови частици |
|
Газ |
150-200 g/kWh |
0.5-5 g/kWh |
50-100 mg/kWh |
5-10 mg/kWh |
|
Биогаз |
100-150 g/kWh |
0.5-5 g/kWh |
20-50 mg/kWh |
2-5 mg/kWh |
g/kWh е съкращение от грама на киловатчас. Това е единица за измерване на масата на газ, изпусната в атмосферата при производството на един киловатчас енергия. Например, ако емисиите на газ са 150 g/kWh, това означава, че при изгарянето на газ, за да се произведе 1 kWh енергия, се отделят 150 грама CO2 в атмосферата.
Пример: Ако изгаряме 100 kWh газ с емисии 150 g/kWh, общото количество емисии ще бъде: 100 kWh * 150 g/kWh = 15 000 g = 15 kg CO2
Таблица 3. Емисии на замърсители на въздуха в g/ m3 и mg/m3
|
Вид гориво |
Емисии на CO2 |
Емисии на CH4 |
Емисии на азотни оксиди |
|
Газ |
1950 g/m3 |
30-50 g/m3 |
70-150 mg/m3 |
|
Биогаз |
600-800 g/m3 |
15-35 g/m3 |
30-65 mg/m3 |
Дейност 8: Основният етап приключва с провеждане на тест:
а) Слънчогледово масло
б) Биодизел
в) Въглища
г) Биомаса
а) Намаляване на емисиите на метан от добитъка
б) Поглъщане на въглероден диоксид по време на растежа на биомасата
в) Превръщане на нетната енергия в биогорива
г) Намаляване на потреблението на изкопаеми горива
а) Производството на биогорива изисква значително количество вода.
б) Процесът на превръщане на биомасата в биогорива е напълно без отпадъци.
в) Всички биогорива могат да бъдат произведени само от остатъчни продукти.
г) Производството на биогорива винаги води до увеличаване на земеделската производителност.
1) Етанол 2) Биодизел 3) Метанол 4) Биогаз
а) 1, 2, 3
б) 1, 2, 4
в) 1, 3, 4
г) 2, 3, 4
а) Биогоривата могат да се използват във всички видове превозни средства без модификации.
б) Биогоривата често изискват смесване с изкопаеми горива, за да се увеличи тяхната ефективност.
в) Биогоривата имат тенденция да осигуряват по-малко енергия на единица обем в сравнение с бензина.
г) Използването на биогорива в транспорта вече е широко разпространено в световен мащаб.
а) Използването на биогорива може да помогне за забавяне на скоростта на глобалното затопляне.
б) Използването на биогорива всъщност увеличава емисиите на парникови газове поради обезлесяването.
в) Използването на биогорива има неутрален ефект върху изменението на климата.
г) Използването на биогорива може да влоши изменението на климата чрез освобождаване на метан в атмосферата.
а) Те помагат за намаляване на емисиите на парникови газове и подобряване на качеството на въздуха.
б) Те осигуряват енергийна сигурност и допринасят за устойчивото развитие.
в) Те създават работни места и диверсифицират енергийните източници.
г) Всички отговори са верни.
а) Намаляване на емисиите на парникови газове и подобряване на качеството на въздуха.
б) Влияние върху биоразнообразието и ерозията на почвата.
в) Създаване на работни места и диверсифициране на енергийните източници.
г) Подобряване на селското стопанство и намаляване на зависимостта от изкопаемите горива
а) Те помагат за намаляване на емисиите на парникови газове и подобряване на качеството на въздуха.
б) Те осигуряват енергийна сигурност и допринасят за устойчивото развитие.
в) Те създават конкуренция за хранителни ресурси и могат да възникне според текста.
г) Те допринасят за устойчивото развитие и намаляване на зависимостта от изкопаемите горива.
10. Използването на биогорива не променя толкова съдържанието на CO2 в атмосферата, колкото използването на изкопаеми горива. Кое от твърденията по-долу най-добре обяснява защо е така?
а) При изгарянето на биогоривата не се отделя CO2
б) Растенията, използвани за биогорива, поглъщат CO2 от атмосферата при растежа си
в) При горенето си биогоривата отнемат от атмосферата CO2
г) CO2, който се отделя от електроцентралите, използващи биогорива има различни химични свойства в сравнение с този, който се отделя от електроцентралите, използващи изкопаеми горива
11. Въпреки предимствата на биогоривата за опазване на околната среда все още широко се използват изкопаемите горива. В таблицата се сравняват енергията и CO2, които се отделят при изгарянето на нефт и на етанол.
|
Източник на гориво |
Отделена енергия (kJ енергия/g гориво) |
Отделен въглероден диоксид (mg CO2/kJ енергия, произведена от горивото) |
|
Нефт |
43,6 |
78 |
|
Етанол |
27,3 |
59 |
Според таблицата защо някой би предпочел да използва нефт вместо етанол, въпреки че цената им е еднаква?
Според таблицата кое е предимството за околната среда, ако се използва етанол вместо нефт?
12. Какво представляват биогоривата и как се произвеждат?
13. Какви са предимствата на използването на биогорива в сравнение с изкопаемите горива?
14. Кои са основните видове биогорива и какви суровини обикновено се използват за тяхното производство?
15. Как биогоривата могат да помогнат за намаляване на емисиите на парникови газове и смекчаване на изменението на климата?
16. Какви са предизвикателствата и недостатъците на биогоривата?
17. В какви области може да бъдат приложени биогоривата?
3. Заключителен етап – анализ на резултатите от експерименталното изследване и извод
Обобщения и изводи от прилагането на интердисциплинарен подход във втори гимназиален етап
В резултат на прилагането на интердисциплинарен подход в обучението във втори гимназиален етап се оформят следните изводи:
Предимства на интердисциплинарния подход в процеса на изучаване на темата “Биогорива”:
Заключение: Приложената педагогическа практика съдържа елементи на самостоятелно учене, самооценка и интердисциплинарност и може да се използва успешно в обучението по химия и ООС профилирана подготовка в часовете по избираем модул. Темата дава възможност на учениците да разгърнат своя потенциал и да използват успешно в работата си знанията придобити по предметите химия, биология, физика и география в първи гимназиален етап. Учителят наблюдава, насочва и подпомага извършваните от учениците дейности свързани с търсене на информация, нейното анализиране, систематизиране и обобщаване.
Използвана литература: