Учебный центр «Крисмас+»

Направление «физика» во всероссийском конкурсе «Инструментальные исследования окружающей среды»

Мельник А.А., ведущий методист учебного центра ЗАО "Крисмас+", С.-Петербург

Аннотация.
В статье раскрывается возможности участия исследовательских работ по физике в VI всероссийском конкурсе с международным участием «Инструментальные исследования окружающей среды». Приведены темы исследовательских работ по тематике инструментальных исследований в области физики, принимавших участие в конкурсе, а также краткое изложение содержания некоторых работ, получивших наивысшую оценку на конкурсе. Углубленное изучение учащимися некоторых разделов физики способствует повышению эффективности обучения физике в школе.

Ключевые слова
Учебные исследования, конкурс для школьников, исследовательские работы по физике.

Всероссийский конкурс школьных исследовательских работ «Инструментальные исследования окружающей среды» проводится в Санкт-Петербурге с 2005 года. Цель конкурса - развитие интереса у школьников к учебно-исследовательской деятельности. Конкурс проводит Учебный центр ЗАО «Крисмас+» совместно с РГПУ им. А.И.Герцена, другими вузами Санкт-Петербурга и при поддержке Правительств Санкт-Петербурга, Ленинградской области, Ленинградской Федерации Профсоюзов.
Название конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды» четко определяет тематическую направленность исследовательских работ. Под словом «инструмент» понимается четко определенная методика исследования объекта (природного, природно-антропогенного). Высоко ценится сравнение ее с другой, общеизвестной, широко применяемой методикой, что дает возможность оценить относительную погрешность предлагаемой методики. Непременное условие конкурса - самостоятельность автора при проведении исследовательского эксперимента и использовании современной учебной инструментальной базы.
Одно из направлений инструментальных исследований – физические параметры окружающей среды. Как показывает опыт проведения конкурса, школьники чаще всего исследуют радиационный фон различных объектов – жилых помещений, школы, детских площадок, мест отдыха жителей своего микрорайона или населенного пункта, различных природных объектов. Особую актуальность эти исследования приобретают в городах с источниками излучения (АЭС, онкологических центров, гранитных сооружений и набережных). По уровню радиоактивности косвенно оценивалось содержание газа радона в домах. Также школьники в работах исследуют такие физические параметры, как уровень шума, освещенности, уровень электромагнитного излучения бытовых приборов и сотовых телефонов. Такие исследования способствуют укреплению связи изучаемого школьного материала с жизнью и повышают интерес к изучению физики. Ниже приведены темы некоторых работ по исследованию физических свойств окружающей среды, принимавших участие в VI конкурсе (2010-2011 учебный год).
• К вопросу радиационного фона «Парка 300-летия Санкт-Петербурга».
• Исследование токов Фуко.
• Исследование земных электрических токов.
• Исследование объемной активности проб строительных материалов, используемых при строительстве жилья в г.Ейске.
• Исследование радиационного фона Соснового Бора.
• Изучение влияния электромагнитных полей на среду обитания человека.
• Исследование электромагнитных излучений с помощью индикатора.
• Исследование радиационного фона в районе Волго-Ахтубинской поймы.
• Исследование турбин маломощных генераторов.
• Исследование влияния шума на живые организмы.
• Исследование полупроводниковых свойств воды на границе раздела «ЛЕД-ВОДА».
• Исследование приближенных методов вычисления определенных интегралов с помощью компьютерного моделирования.
• Компьютерное моделирование и исследование резонансной кривой в цепи переменного напряжения.
• Физико-информационное моделирование процесса гармонических колебаний нитяного маятника.
• Сравнение ламп накаливания и энергосберегающих ламп.
• Шумовое загрязнение окружающей среды.

Приведем пример работ, получивших наивысшую оценку жюри на секции «Инструментальные исследования в области физики».

Тема работы «К вопросу радиационного фона «Парка 300-летия Санкт-Петербурга». ГОУ СОШ №618, Санкт-Петербург. Автор – Боровский Сергей. Руководитель – Пестова Тамара Михайловна.
Жизнь в мегаполисе очень напряжена. Человек нередко чувствует себя незащищенным, и это далеко не без оснований. Экологическая обстановка находится на грани допустимого, хотя эти рамки четко не определены. Человек оторван от естественной среды обитания - от природы. Его здоровье медленно, но уверенно растворяется в городских улицах и зданиях. Поэтому очень важно экологически грамотно организовать отдых людей с учётом всех позитивных и негативных факторов, а также возраста и социального статуса. Для нас, жителей Санкт-Петербурга, лучшим местом отдыха является побережье Финского залива. Всем этим требованиям и желаниям отвечает парк «300-летия Санкт-Петербурга» площадью 91 га. Он расположен на границе Приневской низменности в северной части Невской губы. Она вытянута вдоль береговой линии и ограничена с севера Приморским проспектом города.
Показатели уровня радиационного фона на территории парка – важный фактор для сохранения и улучшения здоровья отдыхающих. И поэтому целью данной работы является исследование радиационного фона на всех зонах парка для создания информационного щита-карты. Чтобы получить более точные результаты исследований, мы разбили всю территорию парка на 5 зон с учетом различных форм рельефа и структуры подстилающей поверхности:
1. песчаная зона, на которой расположен пляж с литоральной частью Финского залива;
2. гранитная зона, представленная пешеходными дорожками и откосами от них, выложенных гранитными плитами, а так же пинаретом со смотровыми площадками;
3. асфальтированная зона, включающая беговые и пешеходные дорожки, тропы;
4. почвенно-грунтовая зона с озеленительными экспозициями древесно-кустарниковых пород и газонным покрытием;
5. зона с повышенными уровнями радиации на гранитных покрытиях фонтанов и газонах в местах с выходом строительного насыпного почво-грунта.
На территории каждой зоны были заложены площадки для проведения замеров радиационного фона. Места площадок выбирали визуально в направлении с севера на юг через 100 - 120 м, с запада на восток через 50 - 70 м. Для замера расстояний использовали одометр. В работе применялся радиационный дозиметр мкР/ч «СИГНАЛ». Кроме того, жаркое лето подсказало необходимость учета отдыхающих.
Результаты исследований на песчаной зоне показали, что наиболее благоприятен для отдыха песчаный пляж, так как уровень радиационного фона в местах выхода гранитных глыб литоральной части незначительно повышенный.
Уровни радиационного фона на гранитной зоне достаточно высоки (от 27 до 41 мкР/ч), поэтому использование данной территории парка для отдыха нежелательно. Почему-то отдыхающие выбирают для отдыха именно эту часть парка: принимают солнечные ванны, читают лежа на пинарете, учат ходить малышей и т.д. В итоге вместо пользы для здоровья, человек получает лишнюю дозу облучения – вред. Уровень радиационного фона на асфальтированной зоне в пределах нормы, за исключением восточной части, где близко расположена смотровая площадка с гранитной облицовкой. Асфальтированная зона используется отдыхающими для пешеходных и велосипедных прогулок и катания на роликах.
Показатели радиационного фона на почвенно-грунтовой зоне в среднем не превышает природного, но с учетом того, что на территории всего парка почвогрунт насыпной, а у околоствольных кругов (на поверхности) озеленительных экспозиций древесно-кустарниковых дендроинтродуцентов привозной грунт с мусороперерабатывающего завода. Поэтому радиационный фон на всей четвертой зоне эпизодически резко подскакивает (с 11 до 32 мкР/ч). Отдыхать на четвертой зоне необходимо только с учетом сведений информационной карты-схемы.
Замеры радиационного фона на волноломе (зона с повышенным уровнем радиации), сооруженном насыпью из гранитных плит, показали достаточно высокий уровень радиации. А именно на этом волноломе, как правило, собирается много отдыхающих, готовят шашлыки, плавают. Вторым участком пятой зоны с высоким уровнем радиационного фона (37-60 мкР/ч) являются 2 фонтана в западной и восточной частях парка, где постоянно играют дети. Взрослые люди, сопровождающие детей, не подозревают о том, что они приносят непреднамеренный вред своим детям.
В принципе, общая картина уровня радиационного фона в парке «300-летия Санкт-Петербурга» в пределах нормы. С появлением карты-схемы по показателям радиационного уровня, надеемся, что отдыхающие будут помнить о негативных явлениях и применять рекомендации при выборе места для отдыха. Приятно констатировать факт, который показал метод учета отдыхающих летом 2010 г.:
• в пасмурные и рабочие дни в июле-августе средний показатель – 10 400 посетителей в день; • в жаркие и выходные дни в июле-августе средний показатель – более 35 тыс. посетителей в день. Полученные результаты по учету отдыхающих – яркий показатель востребованности здоровьесберегающих ресурсов парка.
Согласование с администрацией парка «300-летия Санкт-Петербурга» о создании информационной карты-схемы получено. В настоящее время мы находимся в активном поиске спонсоров и дизайнера.

Работа «Шумовое загрязнение окружающей среды». Автор – Кузнецова Анна, 22 средняя школа г. Рига, Латвия. Руководитель – Шмуксте Е.Г.
Данная работа выполнена в плане изучения влияния шума на организм человека. Исследования проводятся с 2008 года с целью выявления основных источников шума в жизни современного человека и их влияния на состояние человека.
Актуальность данной работы продиктована тем, что шум способен привести к расстройствам нервной системы и сердечно-сосудистым заболеваниям, в итоге сокращая жизнь человека на 8-10 лет. Тем временем по исследованиям, проводившимся в Европе, около 20% жителей страдают от шума, уровень которого признан специалистами недопустимым, то есть таким, который приводит к нарушениям сна и неблагоприятно отражается на здоровье. Всемирная организация здравоохранения заявляет, что 40% жителей Европы подвержены влиянию шума транспортного движения, интенсивность которого превышает 55 дБ днем. Более 30% подвержены воздействию шума той же интенсивности ночью, при том, что норма составляет около 35 дБ.
Практическая значимость работы заключается в том, что исследуя главные источники шума в жизни человека, имеется возможность не только предложить наилучшее решение при выборе способа защиты от шума, но и контролировать уровень шума в источнике, к примеру, в учебном учреждении уровень шума возможно снизить, принимая определенные меры.
Результаты работы:
Проведены замеры шума в различных районах Риги, составлена карта, отображающая результаты замеров. Самыми шумным являются улицы Ганибу Дамбис, ул. А. Чака. Жители всех районов Риги, в которых проводились замеры 17.00-18.00 подвергаются воздействию повышенной интенсивности шума. Проведены замеры шума в Рижской 22 средней школе во время перемен, в процессе проветривания помещения и с закрытыми окнами.
Проведена корректурная проба среди учеников 12 классов, с целью исследования влияния шума на способность человека сосредоточиться. Повышенный уровень шума понизил способность учеников сосредоточиться и в процессе работы возникло больше ошибок. Количество выполненных рядов при уровне шума в помещении, не превышающем 35 дБ (А), увеличилось в среднем на 14,05. Количество ошибок наоборот, снизилось в среднем на 5 ошибок. По результатам корректурной пробы, шум, интенсивность которого составляет в среднем 80 дБ мешает человеку сосредоточиться и снижает производительность труда, а шумовой фон, представленный таким природным звуком, как шелест листьев, воздействует успокаивающе, но в то же время не мешает работе.
Проведены замеры 30 кухонных вытяжек и 30 пылесосов. Средняя громкость кухонных вытяжек составила 60-70 дБ (А). Средняя интенсивность шума пылесосов равна в среднем 70-75 дБ (А).
• Шум оказывает воздействие на человека во всех сферах жизни: в быту, на улице, в школе. • После проделанной работы, в каждой сфере жизни человека были разработаны рекомендации по снижению шумового загрязнения.

Итак, из приведенных примеров видно, что углубленное изучение учащимися вопросов физики и участие в учебных исследованиях способствуют:
 Успешному освоению навыков работы с приборами для измерения физических параметров окружающей среды.
 Приобретению практических навыков в исследованиях на примере физических параметров.  Реализации связи науки с жизнью.
 Формированию активной жизненной позиции при изучении актуальных для окружающей среды показателей.
 Подготовке к научным исследованиям в вузе и по окончании его.
 ВСЕ ЭТО СПОСОБСТВУЕТ ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЮ ФИЗИКЕ В ШКОЛЕ

Библиографический список:
1. Орлова И.А., Мельник А.А. Конкурс школьных исследовательских работ «Инструментальные исследования окружающей среды». Методические рекомендации. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – СПб., 2010. – 74 с
2. VI Всероссийский конкурс школьных исследовательских работ (с международным участием) «Инструментальные исследования окружающей среды»: Сборник материалов участников / под ред. А.А.Мельника – СПб.: Крисмас+, 2011. – 238 с.
3. Сайт конкурса http://www.eco-konkurs.ru/.

Скачать статью можно на сайте конкурса "Инструментальные исследования окружающей среды"

Статья опубликована в журнале "Физика в школе",  2012 г., №1 – С. 61-64