Интегрированныйурок «физика + биология» На тему: «Ядерная энергетика. Воздействие радиации на живые организмы и окружающую среду»
методическая разработка по теме

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Курганский техникум строительных технологий

 и городского хозяйства

Методическая разработка

Интегрированного урока

«физика + биология»

На тему: «Ядерная энергетика.

Воздействие радиации на живые

организмы и окружающую среду»

Курган 2014

Разработчик: Сорокина М.Х.- преподаватель биологии, Комарских О.О, преподаватель физики

ГБПОУ Курганский техникум строительных технологий и городского хозяйства

Область применения:

Методическое пособие содержит разработанные и апробированные материалы по проведению интегрированного урока «физика + биология» на тему: «Ядерная энергетика. Воздействие радиации на живые организмы и окружающую среду» для обучающихся первого курса (СПО)  или второго курса (НПО) по предмету физика и биология. Интегрированный урок  представляет собой урок пресс-конференцию.

Содержание

Пояснительная записка

В связи с актуальностью данной темы нами был разработан интегрированный урок «Ядерная энергетика. Воздействие радиации на живые организмы и окружающую среду» для обучающихся первого курса (СПО) или второго курса (НПО).

Данный урок на первом и втором курсе – завершающий в разделе “Атомная физика». Учащиеся уже знают строение атомного ядра, знакомы с понятием радиация, основными открытиями Беккереля, опытами Резерфорда, умеют записывать ядерные реакции, устройство ядерного реактора.

Урок проводится в виде пресс-конференции, на котором происходит повторение изученного материала, а так же обсуждение насущных вопросов о пользе и вреде использования ядерной энергии. Разбираются вопросы действия радиации на организм человека, возникающего при атомных взрывах.

Материал урока имеет большое значение в формировании мировоззрении обучающихся, расширения и уточнения представлений о строении атомного ядра и той колоссальной энергии, которая скрыта в нем. Это интегрированный урок, позволяющий обобщить знания, полученные на уроках физики и биологии, а также исторических знаний. Эта связь была реализована. Применение ИКТ делает урок современным, интересным, запоминающимся.

Тема урока и эпиграф к уроку представлены на слайде. Рассказы обучающихся сопровождаются красочными презентациями, в которых изложены ключевые моменты разбираемого вопроса. Урок, построенный в такой форме, дает возможность повторить и обобщить большой объем изученного материала по данной теме. Углубить и закрепить знания и проконтролировать его усвоение.

        При подготовке урока была обработана информация из различных источников: учебников по биологии и физике, справочников, энциклопедий, Интернета, для создания слайдов использовалась программа Microsoft Office PowerPoint.

Основная часть

1. Подготовка к конференции.

Подготовка к уроку начинается за две недели.

Выбор формы урока был обусловлен возрастными особенностями обучающихся. Он открывал большие возможности для поисковой работы с различными источниками, так как данный материал в учебниках освещен недостаточно.

Подготовка к уроку пресс-конференции велась по плану:

• Зачем нужны атомные электростанции.
• К каким экологическим последствиям приводят аварии на атомных электростанциях.
• Естественная радиация.
• Влияние радиации на организм человека.
• Мифы об атомной энергетике.
• Последствия выхода ядерной энергии из-под контроля человека при применение ядерного оружия.

Для повышения активности деятельности обучающихся, в ходе подготовки, было предложено разделиться на 3 группы: журналисты, специалисты в области физики и биологи, по «специальностям»:

• специалист по атомной энергетике;
• сотрудник международной организации Гринписс;
• сотрудник госкорпорации «Росатом», специалист по замерам радиации;
• представитель Министерства здравоохранения, доктор медицинских наук;
• доктор физических наук, физик-ядерщик;
• специалист по экологии и природоохранной деятельности;
• журналисты.

В ходе проведения пресс-конференции представители различных профессий выступали, отвечали на вопросы корреспондентов. Затрагивались вопросы, связанные с радиоактивностью и ее воздействием на живые организмы и окружающую среду.

Своими выступлениями обучающиеся показывали, что неравнодушны к данной теме. В конце пресс – конференция, обучающиеся сделали вывод, голосуя карточками, необходимо ли развивать атомную энергетику.

Группам необходимо подготовить:

• выступления, сопровождающиеся презентациями (специалистам);
• вопросы специалистам (журналисты).

Преподавателям необходимо подготовить:

• Компьютер с установленной программой Microsoft Office PowerPoint.
• Мультимедийный проектор с экраном (для демонстрации презентаций)) или интерактивную доску, подключенные к компьютеру.
• Рабочий материал: таблички с названиями журналов и газет, карточки для голосования, таблички с названиями специалистов.

2.План урока

Тема: Ядерная энергетика. Воздействие радиации на живые организмы и окружающую среду. 

Цели:

Образовательные:

• показать необходимость такой отрасли как атомная энергетика;
• проанализировать действие радиации на организм человека;
• изучить последствия аварий на АЭС.

Воспитательные: 

• уметь слушать и слышать, уважать чужую точку зрения;
• воспитать творческую активность обучающихся.

Развивающие:

• развивать интерес к физике и биологии;
• уметь осмысленно воспроизводить подобранный материал, в ходе подготовки и проведения конференции;
• обеспечить условия для развития умений обучающихся самостоятельно работать с дополнительной литературой.

Задачи урока:

• воспитание обучающихся не только на основе положительных примеров из истории страны, но и на примере неудач и катастроф;
• работа над умением анализировать, обобщать информацию и делать выводы;
• актуализация знаний, полученных на уроках физики, химии, истории, ОБЖ, экологии по данной теме.
• проведение обсуждения необходимости развития атомной энергетики

Форма урока: интегрированный урок (физика + биология).

Группа: второго курса

Время урока: 45 минут.

Оборудование: компьютер, мультимедиа, карточки, таблички

Ход урока

I. Организационный момент.

(Сообщается тема урока, цель урока и форма проведения урока).

II. Вступительное слово преподавателя физики.

Преподаватель физики:

Тема нашего урока: Ядерная энергетика. Воздействие на живые организмы и окружающую среду. 

Цель: показать необходимость такой отрасли как атомная энергетика (с точки зрения физики), проанализировать действие радиации на организм человека, изучить последствия аварий на АЭС (с точки зрения биологии).

Форма проведения урока: пресс – конференция, в конце, которой вы должны сделать вывод, голосуя карточками, необходимо ли развивать атомную энергетику.

       Итак, атомная энергетика — это результат работы многих великих ученых в первой половине ХХ века. А вы задавались, хоть раз, таким вопросом: какую энергию будет использовать человек, когда иссякнут запасы твёрдого топлива, нефти и газа? А ведь они не безграничны. Кроме того, обычное топливо, сгорая, очень сильно загрязняет воздух и нарушает экологию Земли. Задумайтесь и еще над тем, что, развиваясь технически, наша цивилизация требует всё больше и больше энергии, и решить эту проблему помогает ядерная энергия. Ею только надо разумно и крайне осторожно пользоваться.

АЭС – это основа ядерной энергетики. Главное их назначение – производство электроэнергии или комбинированное производство электроэнергии и тепла.

Преподаватель биологии: 

      Ядерной энергетике, как и многим отраслям промышленности присущи вредные и опасные факторы воздействия на окружающую среду. Наибольшую потенциальную опасность представляет собой радиоактивное загрязнение.

      Раз уж мы заговорили о ядерной энергии, давайте вспомним, что такое радиоактивность? Какие типы лучей существуют, и в чём измеряется радиация?

       Вина ядерной энергии в том, что раскрепостившись, вырвавшись из атома она стала нести людям катастрофы, болезни, смерти. На её счету множество преступлений против человечества, унесших тысячи жизней.

Преподаватель физики: И так, начать нашу пресс – конференцию хотелось бы словами Вернадского «Недалеко то время, когда человек получит в свои руки атомную энергию… такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить её на добро, а не на самоуничтожение?»

(В.И. Вернадский, 1922г)

Выступление физиков

Корреспондент журнала «Мирный атом»:

     У меня вопрос к специалисту по атомной энергетике. Зачем нужны АЭС?

Современный мир немыслим без электрической энергии. Выработка и использование электричества увеличивается с каждым годом, но запасы месторождений горючих ископаемых становится все меньше и меньшее.    

Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях, в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии - чрезвычайно выгодное дело.  Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра. Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии - а эта потребность все быстрее растет.   И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радио радиоактивных веществ на окружающую среду и человека. Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности.

              Несомненный вред радиации, особенно в высоких дозах, сегодня известен всем. Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации атомных электростанций полагается уделять максимум внимания вопросам безопасности и экологическим проблемам.      

         Если ситуация на АЭС не выходит из-под контроля, то их вредное влияние на здоровье людей сопоставимо с действием угольных электростанций или удобрений. Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. Однако несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду.

Выступление биологов

Корреспондент журнала «Экология и жизнь»:

 К каким экологическим последствиям приводят аварии на атомных электростанциях? Какова сейчас обстановка на Факусиме?

Сотрудник международной организации Гринписс:

АЭС – источник радиационной опасности (Презентация)

Ещё одним источником радиационной опасности являются атомные электростанции (АЭС). При их эксплуатации образуются большие количества радиоактивных газообразных, жидких и твёрдых отходов. Первый ядерный реактор в бывшем СССР был запущен 25 декабря 1946 года коллективом физиков под руководством И.В. Курчатова. Первая АЭС начала работать в 1954 году в г.Обнинске. На сегодняшний день действуют более 400 АЭС.

По данным Центра Экстремальной помощи, при облучении за 1944–1992гг. в мире произошло 296 радиационных аварий. Одна из крупнейших – авария на Чернобыльской АЭС, во время которой суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77кг (при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740кг)

В первые 2–3 суток аварии отмечалось мощное истечение радиоактивных продуктов в атмосферу (высота струи превышала 1,2 км). Около 10 дней выброс в атмосферу происходил из-за возгорания графитовой кладки реактора. За счёт воздушных потоков радиоактивные продукты распространились по огромной территории. Выпадение радионуклидов фиксировалось на территории европейских стран: Австрии, Италии, Польши, Норвегии, Швеции, в Канаде, Японии, США. На территории бывшего СССР пострадало 11 областей, но более всего Брянская, Калужская, Тульская, Орловская, Гомельская, Могилёвская, Житомирская области.

И ещё одна страшная авария, произошедшая в Японии на АЭС Фукусима. Эта авария произошла в результате сильного землетрясения. В результате этой аварии погибло много людей. Воздушные массы отнесли радиоактивное облако на территории Индонезии, Полинезии, Австралии, доходили до территории Африки.

Аварии на АЭС случаются по разным причинам. Но последствия всегда одинаковы. Страшны. На сотни лет загрязняются территории. Последствия этих аварий ужасны. Страдают миллионы людей.

Выступление физиков:

Корреспондент журнала «Среда обитания»:

Вопрос сотруднику госкорпорации «Росатом» специалисту по замерам радиации: «Что вы можете сказать о естественной радиации?»

Ответственность за естественную земную радиацию в основном несут три радиоактивных элемента -  уран, торий и актиний. Эти химические элементы нестабильны; распадаясь, они выделяют энергию и как правило, при распаде образуется невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон. Радон постоянно образуется в глубинах Земли, накапливается в горных породах, а затем постепенно по трещинам перемещается к поверхности Земли. Радон проникает в дом из грунта - сквозь трещины в фундаменте и через пол - и накапливается в основном на нижних этажах жилых и производственных построек. Но известны и такие случаи, когда жилые дома и производственные корпуса возводят непосредственно на старых отвалах горнодобывающих предприятий, где радиоактивные элементы присутствуют в значительных количествах. Если в строительстве производстве применяют такие материалы как гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, красный кирпич, кальциево-силикатный шлак, источником радоновой радиации становится материал стен. Природный газ, используемый в газовых плитах (особенно сжиженный пропан в баллонах) - тоже потенциальный источник радона. А если воду для бытовых нужд выкачивают из глубоко залегающих водяных пластов, насыщенных радоном, то высокая концентрация радона в воздухе даже при стирке белья! Кстати, было установлено, что средняя концентрация радона в ванной комнате, как правило, в 40 раз выше, чем в жилых комнатах и в несколько раз выше, чем на кухне. А наибольшие дозы облучения человек получает… в поликлинике, при рентгенодиагностике

Выступление биологов

Корреспондент журнала «Здоровье»

Мы услышали ответ про естественную радиацию, а как же она влияет на здоровье человека?

Представитель Министерства здравоохранения, доктор медицинских наук.

(Презентация) «Влияние радиации на здоровье человека».

   То, что радиация оказывает пагубное влияние на здоровье человека, уже ни для кого не секрет.

   Когда радиоактивное излучение проходит через тело человека или же когда в организм попадают зараженные вещества, то энергия волн и частиц передается нашим тканям, а от них клеткам. В результате атомы и молекулы, составляющие организм, приходят в возбуждение, что ведёт к нарушению их деятельности и даже гибели. Все зависит от полученной дозы радиации, состояния здоровья человека и длительности воздействия.

   Доказано, что в ежедневных выбросах из АЭС содержится радионуклид «Цезий-137», который при попадании в организм человека вызывает саркому (разновидность рака), «Стронций-90» замещает кальций в костях и грудном молоке, что приводит к лейкемии (раку крови), раку кости и груди. А даже малые дозы облучения «Криптоном-85» значительно повышают вероятность развития рака кожи.

   Сотрудники отмечают, что наибольшему воздействию радиации подвергаются люди, проживающие в крупных городах, ведь помимо естественного радиационного фона на них ещё воздействуют стройматериалы, продукты питания, воздух, зараженные предметы. Постоянное превышение над естественным радиационным фоном приводит к раннему старению, ослаблению зрения и иммунной системы, чрезмерной психологической возбудимости, гипертонии и развитию аномалий у детей.

   Даже самые малые дозы облучения вызывают необратимые генетические изменения, которые передаются из поколения в поколение, приводят к развитию синдрома Дауна, эпилепсии, появлению других дефектов умственного и физического развития. 

   Радиоактивные вещества вызывают необратимые изменения в структуре ДНК!

 Выступление физиков:

Корреспондент газеты «Аргументы и факты»:

Вопрос доктору физических наук, физику-ядерщику: «Ходит много мифов об атомной энергетике, хотелось бы узнать какие»

1.Иссякают запасы урана

Согласно информации Гринпис, запасы урана «относительно ограничены». Но на самом деле его запасы превышают запасы золота в 600 раз. Урана так же много, как и олова. По предварительным подсчетам запасов урана должно хватить на ближайшие 500 лет. Современные реакторы могут использовать торий в качестве топлива и превращать его в уран, а запасы тория в свою очередь превышают запасы урана в 3 раза.

2. Атомная энергия дорогостоящая

 Нововоронежская АЭС-запущена в декабре 1969. Себестоимость 1 квт/ч электроэнергии систематически снижалась: она составляла 1,24 коп. в 1965, 1,22 коп. в 1966, 1,18 коп. в 1967, 0,94 коп. в 1968.

10% от общей стоимости атомной энергии приходится на уран, но при этом атомная энергия не на столько подвержена постоянным колебаниям цен на такие виды топлива, как газ или нефть.

3. Вывод из эксплуатации атомной станции стоит слишком дорого

Существующие ныне атомные реакторы были построены без расчета на последующий вывод из эксплуатации. Но новые реакторы уже «будут учитывать эту функцию». Однако стоимость за вывод АЭС из эксплуатации будет входить в стоимость электричества, за которое платят потребители. Современные реакторы рассчитаны на работу в течение 40 лет, поэтому сумма за их вывод из эксплуатации будет выплачиваться в течение этого длительного срока, и поэтому будет незначительной.

4. Строительство реакторов занимает слишком длительное время

 Это, наверное, самое ироничное из всех заявлений антиатомных кампаний. Лучшего результата достигла канадская компания AECL, которая с 1991 года построила еще 6 новых атомных реакторов, самое длительное строительство заняло 6,5 лет, а самое краткосрочное – 4 года.

5. Уровни заболевания лейкемии выше на территории нахождения атомных реакторов
Уровень заболевания лейкемией среди детей ничем не выше в близости от АЭС, чем неподалеку от, так называемых, органических ферм. Территория распространения этого заболевания может охватить как близлежащую территорию атомной станции, так и национальный парк, степень опасности одинакова.

6. Ветровая и энергия волн являются более экологически устойчивыми

На самом деле ветреные станции построены или строятся на важнейших прибрежных участках, и само строительство уже определенно вносит свой «вклад» в загрязнение окружающей среды. И строительство волновых станций, которое само по себе еще является экспериментальным, также наносит вред окружающей среде, поэтому их сложно назвать более экологически устойчивыми по сравнению с атомной энергией.

7. Реакторы являются мишенью террористов

После трагедии 11 сентября 2001 года несколько исследований были проведены с целью определить вероятность нападения на атомные объекты. Однако последнее британское исследование доказало, что атомные реакторы способны «выдержать» налет Боинга 767-400. Новое поколение атомных реакторов в Соединенном Королевстве будут сконструированы с еще более усиленным уровнем защиты против потенциальных атак всех существующих самолетов, также будут введены специальные «безопасные» функции, которые могут активизироваться без вмешательства человека или компьютерного контроля.

Выступление биологов

Корреспондент журнала «Наука и жизнь»

Ядерная энергия, это не только АЭС, применяют её и для вооружённых сил.

К каким экологическим последствиям приведёт выход ядерной энергии из-под контроля человека при применение ядерного оружия. Ведь обстановка в мире неспокойная?

Специалист по экологии и природоохранной деятельности: (Презентация)

    Ученые считают, что несколько крупномасштабных ядерных взрывов повлекут за собой сгорание лесных массивов, городов. Огромные слои дыма, гари поднялись бы к стратосфере, блокируя тем самым путь солнечной радиации. Это явление носит название “ядерная зима”, она может продлиться несколько лет, может даже всего пару месяцев, но за это время будет почти полностью уничтожен озоновый слой Земли. На Землю хлынут потоки ультрафиолетовых лучей. После ядерной зимы дальнейшее естественное продолжение жизни на Земле будет довольно проблематичным:

- возникнет дефицит питания и энергии;

- из-за сильного изменения климата сельское хозяйство придет в упадок;

- природа будет уничтожена, либо сильно изменится;

- произойдет радиоактивное загрязнение участков местности, что опять же приведет к истреблению живой природы, глобальному изменению окружающей среды (загрязнение, вымирание множества видов, разрушение дикой природы).

Я призываю вас к недопущению экологической катастрофы и сохранению жизни на земле!

Вывод:

Преподаватель физики: АЭС могут приносить пользу только в том случае, если все люди будут правильно выполнять инструкции по их эксплуатации, трезво будут оценивать последствия своих ошибок для всего человечества. Каждый человек должен соблюдать дисциплину и быть ответственным за свои поступки.

Преподаватель биологии: И всё же альтернативу атомной энергетике можно найти это солнечная энергетика, ветроэнергетика, геотермальная энергетика. Однако такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства “умных” экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов вполне реальна. Будущее за вами.

Итог: Вывод по уроку делают обучающиеся.

Мы просим вас проголосовать, взяв карточки кто за развитие атомной энергетики (зеленая карточка), кто против (красная карточка).

Заключение

Цели, задачи, содержание, примерный план урока   и время его проведения определялись в соответствии с тематическим планом. При распределении докладов учитывались индивидуальные особенности обучающихся: их склонности, интересы, способности. Немало важной задачей преподавателя на уроке-пресс-конференции являлось привлечение обучающихся к активному слушанию выступлений и их сознательному восприятию. С этой целью было предложено обучающимся по ходу урока делать краткие записи. Все это заставило, обучающихся, внимательно слушать выступающих, активно мыслить на протяжении всего урока. Что дало им обязательный минимум практических и теоретических умений и навыков, способствовало развитию их умственных способностей.

Межпредметная связь с информатикой, ОБЖ, историей, способствовала развитию творческих способностей.

Совмещая познавательную и воспитательную функции данного урока, наша методическая разработка достигла поставленных целей: способствовала расширению кругозора обучающихся, их эрудированности, развитию творческих и познавательных интересов.

В конце урока-пресс-конференции были подведены итоги, отмечена работа обучающихся, выслушано их мнение.

Литература

1. Сиборг Г., Корлисс У. Человек и атом (пер. с англ. М.: Мир), 2005.
2. Юдасин Л.С. Энергетика: проблемы и надежды: Книга для внеклассного чтения. М.: Просвещение, 2008.
3. Журнал «Физика в школе» 1996. №2.
4. Журнал «Физика. № 13. 2011 г.» А.Б.Колдобский «Авария на АЭС «Фукусима – 1»
5. Материалы из Википедии.

Интернет-ресурсы

1. http:energ.net.ru Информационно-аналитический портал
2. http:www.atominfo.ru
3. http:ecoby.blogspot.ru Экологический блог
4. http:www.physbook.ru Электронный учебник физики
5. http:www.promved.ru Газета «Промышленные ведомости»
6. http:www.ewascience.com Интересный и познавательный блог о жизни человека на планете Земля и жизни Земли с человеком.