STEM проект за 5. – 7. клас

За последните 100 години температурата на планетата ни се е повишила с почти 1°C. Не изглежда много, но вече води до сериозни климатични промени навсякъде по света. В следствие на определени човешки дейности, които генерират гигантски емисии на парникови газове, Земята се затопля и климатът се променя.

Как ние като преподаватели можем да направим обществото ни по-осъзнато за настъпващите климатични промени? Как да помогнем на нашите ученици да се адаптират към създадените условия, като същевременно им дадем възможни решения за спиране на изменението на климата?

Един от начините да предприемем действия в рамките на нашите собствени сфери на влияние е да използваме в часовете си проекти, които позволяват на учениците да изследват причините за глобалното затопляне и последиците от тях.

В настоящия STEM проект ви предлагаме няколко конкретни дейности, с които можете да направите първите стъпки към запознаване на учениците със същността на парниковият ефект. Можете да обедините усилия с колегите по физика, химия, математика и информационни технологии, с които заедно да работите за по-доброто анализиране на разглеждания проблем и представянето му пред общността.

Същност на проекта

Учениците изследват същността на парниковия ефект. Установяват причините за възникването му и ефекта, който има върху планетата и обитаващите я организми. Изследват антропогенните фактори, които през последните 100 години са довели до засилване на парниковия ефект и глобалното затопляне. 

На база направените проучвания учениците анализират основните видове парникови газове и участието им в засилването на парниковия ефект. Изчисляват кои сектори са най-големите източници на парникови газове в България. С общи усилия определят по какъв начин могат да бъдат ограничени емисиите на им и да бъде забавен процесът на глобалното затопляне. 

Получените резултати се представят пред общността в определен формат.

Учебни цели

В настоящия проект са заложени следните учебни цели:

• Използване на доказателства в подкрепа на факта, че парниковият ефект може да бъде вреден, но същевременно животът на планетата не би бил възможен без него;
• Изчисляване на процентното участие на различни сектори в отделянето на вредни емисии и графично представяне на получените резултати;
• Формулиране на научно-обоснован аргумент за участието на въглеродния диоксид в процеса на глобално затопляне;
• Изграждане на аргументирано становище за решение на проблема, което може да бъде реализирано на практика и доказано да има положителен ефект върху околната среда;
• Създаване на  текстове, които разглеждат дадената тема и  предават ясно идеи и информация;
• Използване на информационни технологии за анализиране на данни и представянето им пред общността.

Индивидуални продукти

• Протоколи от научни експерименти, наблюдения и анализи.

Групови продукти

• Информационна брошура с кратък текст (около един абзац);
• Публично представяне на проекта.

Теоретична постановка

От появата на Земята преди 4,5 милиарда години климатът се е променял многократно. Преди 100 милиона години гигантски влечуги са живели в нашите региони при тропически температури, докато преди едва 15 000 години Европа е била покрита с лед. Тези климатични промени са се случили много бавно. В някои случаи природата е успявала да се адаптира с течение на времето, но понякога климатичните вариации са били причина и за изчезването на някои видове, като например динозаврите.

Учените са изчислили, че за последните 100 години температурата на планетата се е повишила с близо 1°C, а това е много голяма разлика. За сравнение, по време на последния ледников минимум, преди 20 000 години, средната температура е била само с 4°C по-ниска от настоящата температура.

Защо се затопля климатът?

След индустриалната революция (от края на 18 век) хората отделят големи количества парникови газове. Тези парникови газове от човешки произход (с „антропогенен“ произход) се добавят към газовете, които естествено присъстват в атмосферата. В резултат парниковият ефект се засилва, температурата се повишава и климатът се променя.

Изкопаемите горива (петрол, въглища и природен газ) се използват всеки ден за транспорт, отопление и дори за производство на електричество. Но когато бъдат изгорени, големи количества CO₂ се отделят в атмосферата. CO₂ не е единственият парников газ, но той е този, който допринася най-много за изменението на климата.

Някои последици от глобалното затопляне допълнително допринасят за засилването на климатичните промени. Ето няколко примера:

• Намаляване на албедото – количеството слънчева радиация, отразена от земната повърхност. Когато Земята се нагрее, големи площи от лед се топят. Те се заменят с участък от синя вода или тъмна земя. В сравнение със светлите цветове обаче, тъмните  абсорбират повече слънчева радиация, а я отразяват в по-малка степен. В резултат има повече слънчева енергия, погълната от Земята, която се загрява и топи повече лед.
• Размразяване на трайно замръзналите северни земи. Глобалното затопляне води и до размразяването на тези земи в Далечния север, а това е сериозен проблем. При липса на лед земята отделя големи количества метан, който също е парников газ. Колкото по-топъл е климатът, толкова повече се топят тези земи и по-големи количества метан се отделят.

Всички страни ли имат еднакво участие в затоплянето на климата?

Не всички държави отделят парникови газове (ПГ) по един и същи начин. Ако погледнем еволюцията на емисиите в историята, ще видим, че индустриализацията (и следователно потреблението на изкопаеми горива) първо се е случила в определени региони: Европа, Съединените щати, Русия, Канада, Австралия и Япония. Тези страни успяват да развият икономиката си и да станат по-богати, но също така произвеждаха големи количества парникови газове. Следователно именно тези „индустриализирани“ богати страни са исторически отговорни за настоящото изменение на климата.

Ход на проекта

Въведение: Какво представлява парниковият ефект? (20-30 минути)

Смятате ли, че парниковият ефект е вреден? Искаме ли да се отървем от всички парникови газове?

Мнозина са объркани относно това какво представлява и как работи парниковият ефект.Всъщност, без него животът на Земята, какъвто го познаваме, не би бил възможен.

Парниковият ефект е много естествен и съществен процес, който съществува от милиони години. През деня слънцето огрява планетата Земя. Но само около половината от слънчевата енергия действително достига Земята (26% от слънчевата енергия се губи в космоса, а 19% се абсорбира от атмосферата). През нощта по-голямата част от слънчевата енергия излиза обратно в космоса. Благодарение на парниковия ефект, част от топлината се улавя в атмосферата и ни предпазва от студа на космоса. Парниковият ефект е това, което поддържа температурата на Земята стабилна. 

Позволете на учениците да изследват как работи парниковият ефект с този лесен експеримент на открито. Проверете какво се случва с температурата в покрит стъклен съд в слънчев ден. Помолете децата да направят хипотеза какво ще се случи и защо.

Необходими материали: 

• Два термометъра;
• Прозрачна купа, буркан или ваза;
• тъмно фолио или плат за покриване на стъкления съд;
• Работен лист за отчитане на резултатите.

Поставете двата термометъра за няколко минути навън на слънчево място. Учениците трябва да отбележат часа и температурите на двата термометъра в техните работни листове. Поставете единия термометър в стъкления съд. Покрийте го с тъмно фолио или тъмна тениска. Поставете втория термометър до купата (на слънце). 

Помолете учениците да направят хипотеза какво ще се случи. Проверявайте температурите на двата термометъра на всеки 3 минути. Защо температурите вътре и извън вазата са различни? Учениците трябва да запишат своите наблюдения в работните си листове за отчитане на резултатите.

Изводи:

Слънчевата енергия влиза във вазата и се превръща в топлинна енергия (топлина). Тази топлина не може да излезе от вазата. Така въздухът във вазата става все по-топъл и по-топъл, тъй като повече светлина (слънчева енергия) навлиза в нея. Това е много подобно на парниковия ефект.

Вторият термометър е изложен на открито. Въпреки че  изглежда сякаш този термометър е по-нагрят от слънцето, температурата, която показва е по-ниска. Това се дължи на естествените процеси на конвекция, които позволяват на по-топлия въздух да се смесва с по-хладен.

Изследване: Парников газ ли е въглеродният диоксид? (30 минути)

Наличието на парников ефект означава, че част от слънчевата енергия е уловена в земната атмосфера. Но какво го улавя? В тази част от проекта учениците изследват парниковите газове, както и преките последици от затоплянето на атмосферата.

Парниковите газове улавят енергията от слънцето. Те абсорбират топлината и не й позволяват да се върне обратно в космоса. Има много различни газове – например водна пара, въглероден диоксид, озон, азотен оксид и метан. Въглеродният диоксид не е единственият парников газ, но той е този, който допринася най-много за изменението на климата.

Предложете на учениците следващия експеримент, който ще им помогне да докажат, че въглеродният диоксид е парников газ.

Необходими материали: 

• четири пластмасови бутилки от 1l или 1,5l с капачки;
• отвертка;
• 4 термометъра;
• пластелин;
• 8 ефервесцентни аспирина;
• чешмяна вода;
• 2 настолни лампи;
• хронометър;
• работен лист за изследване на CO₂.

Във всяка от четирите пластмасови бутилки сипете по 750 ml чешмяна вода. Пробийте всички капачки с отвертката. Поставете настолните лампи в двата края на масата. Поставете две от бутилките в средата на масата и по една пред всяка от лампите. В две от бутилките (една, която ще бъде затопляна и една, която няма да бъде) добавете по 4 таблетки аспирин. Веднага затворете бутилките с капачките, поставете термометрите в пробитите дупки и уплътнете с пластелин. По този начин в две от бутилките ще има добавен въглероден диоксид, в другите две – не. Поставете капачки и термометри и на двете бутилки, в които няма добавен CO₂ (една, която ще бъде затопляна и една, която няма да бъде). Уплътнете добре с пластелин. Включете настолните лампи.

Какво се случва с температурата във всяка от бутилките? Учениците трябва да записват температурите на четирите термометъра на всеки 3 минути в своите работни листове за изследване на CO₂.

Изводи:

Температурата на бутилката с добавен CO₂, поставена пред настолната лампа, се увеличава.Колкото повече въглероден диоксид съдържа атмосферата, толкова по-топла става. Следователно CO₂ наистина е парников газ.

Аналогично, когато хората изгарят изкопаеми горива, концентрацията на CO₂ в атмосферата нараства. По-богатата на парникови газове атмосфера запазва повече топлина и се затопля. Този тип парников ефект има антропогенен характер (предизвикан е от човека).

Анализиране: 

Кои сектори в България отделят най-големи количества парникови газове? (20-30 минути)

Съгласно статистическите данни на Изпълнителната агенция по околна среда, през последните 20 години най-големият източник на парникови газове в България е енергетиката. При това 95% от емисиите на сектора са именно от въглероден диоксид. В сектор енергетика са включени емисии от изгаряне на горива за получаване на енергия, например за отопление, осветление, транспорт и други битови и индустриални нужди.

В тази част от проекта учениците трябва да изчислят какво е общото количество на отделения в атмосферата въглероден диоксид за една година, да определят процентното участие на различните сектори и да представят графично получените резултати.

Необходими материали: 

• реални данни от инвентаризация на парникови газове;
• работни листове за изчисляване на емисиите по сектори.

Представете на учениците данни от инвентаризацията на парникови газове. Можете да използвате данните, включени в работния лист, които се отнасят за Столична община или предварително да направите извадка за района, в който преподавате. Раздайте на учениците по един работен лист за изчисляване на емисиите по сектори. Първоначално те трябва да съберат стойностите на емисиите във всички сектори, за да определят общото годишно количество CO₂, отделен в атмосферата. На базата на получената стойност учениците трябва да изчислят процентното участие на всеки от секторите. Резултатите трябва да бъдат графично представени, с помощта на компютърни програми или мобилни приложения.

За тази част от проекта можете да направите съвместен урок с колегите по математика и информационни технологии, които могат да помогнат на учениците с изчисляването на процентните съотношения и графичното представяне на данните.

Изводи:

Най-голям дял в отделянето на CO₂ в атмосферата имат домакинствата, следвани от промишлеността, строителството и транспорта. Това означава, че в нашата страна за битови нужди се отделят големи количества парникови газове. Следователно всеки един от нас може да помогне за редуцирането на тези емисии и за забавянето на процеса на глобално затопляне.

Всички страни ли замърсяват еднакво? (20-30 минути)

Кой трябва да положи усилия за намаляване на емисиите на парникови газове? Този въпрос поражда много дебати, когато държавите обсъждат борбата с изменението на климата. Малък брой държави са отговорни за изменението на климата, но въпреки това последиците от него се усещат по цялата планета! Кой трябва най-много да намали своите емисии на парникови газове? И как могат страните, отговорни за изменението на климата, да помогнат на други страни да се развиват, без да отделят CO₂? 

Именно за обсъждане на всички тези въпроси всяка година се организират големи международни конференции, на които представители от всички страни по света се опитват да намерят заедно решения за ограничаване на изменението на климата.

На Земята има повече от 7 милиарда души, живеещи на 5 континента в 195 държави. Някои страни като Китай или Индия са много по-населени от други като Канада или Австралия.

Всеки от нас се храни, пътува, живее в къща, която отоплява, консумирайки изкопаеми горива. И все пак живеем по различен начин. Богатите страни от Севера например потребяват повече енергия и отделят повече парникови газове от повечето страни на юг.

Дали наистина всички замърсяваме еднакво?

Предложете на учениците следната дейност, която има за цел да анализира участието на различните страни по света в засилването на парниковия ефект.

Необходими материали:

1. хартиено тиксо;
2. рулетка;
3. 35 еднакви и не много големи обекта (моливи, бонбони);
4. 5 листа хартия;
5. 1 малък предмет (знаме, снимка на паметник, характерен обект), който представлява всяка от следните държави: България, Китай, Того, САЩ и Перу.

Тази дейност ще позволи на учениците да си представят как е разпределено населението в различни страни по света и каква е връзката между броя на жителите на една държава и емисиите въглероден диоксид, които тя отделя. Целият клас представлява населението на 5 различни държави: България, Китай, Того, САЩ и Перу (т.е. почти една държава на континент). 

1. Напишете на лист името на всяка страна (България, Китай, Того, САЩ, Перу). 
2. С хартиеното тиксо направете на пода на класната стая 5 квадрата с различни размери:

1. Учениците трябва да се разпределят пропорционално между 5-те квадрата, след което трябва да се опитат да познаят кой квадрат на коя държава отговаря. В някои от квадратите ще може да застане само по 1 ученик, а в други – много ученици.
2. Поставете листовете с имената на държавите, в зависимост от решението на класа.
3. Дайте обратна връзка на учениците за правилното разположение на държавите. С най-многобройно население Китай (1,4 млрд. души), следвана от САЩ (329 млн. души), Перу (33 млн. души), Того (8 млн. души) и България (7,3 млн. души).

В следващата част от дейността учениците трябва да направят сравнение между отделените в атмосферата емисии, пресметнато за една година на един човек от населението на съответната страна. Това количество се изразява в тонове CO₂. Пет човека (по един от всяка от страните) заедно произвеждат около 35 тона CO₂ на година. От 35-те предмета (моливи, бонбони), които сте събрали, всеки представлява 1 тон CO₂, емитиран годишно. 

1. Един ученик трябва да застане във всеки квадрат. Тя или той представлява жител на тази страна. 
2. Учениците трябва да разговарят помежду си, за да се опитат да намерят количеството парников газ (броят тонове CO₂), произведено във всяка страна, като вземат предвид индустриалната дейност и начина на живот на хората там. След това трябва да разпределят 35-те обекта между 5-те страни. 
3. Представете на учениците правилното разпределение на емисиите. Коментирайте статистическите данни. Какво ви прави впечатление?

Изводи:

Страните с добре развита индустрия и многомилионно население като Китай и Сащ са сред най-големите източници на парникови газове. При това Китай отделя почти два пъти повече емисии от САЩ, 234 пъти повече от България и почти 3300 пъти повече от Того. Разгледани на ниво човек от населението обаче резултатите изглеждат по-различно. Един американец отделя годишно над два пъти повече емисии CO₂ в сравнение с един българин. Въпреки това, на база статистическите данни, изглежда, че един българин има по-голям въглероден отпечатък от един жител на Того, Перу и дори Китай! Един българин отделя годишно два пъти повече CO₂ от един перуанец и 20 пъти повече от един жител на Того!

Представяне на работата по проекта (1 учебен час)

Разделете учениците в групи по двама. Всяка група трябва да изработи по една информационна брошура, която да обобщава работата по проекта и направените изводи. За този етап от проекта можете да работите съвместно с колегата по информационни технологии, който да помогне на учениците за по-доброто графично представяне на проекта.

Създадените информационни брошури могат да бъдат поставени на различни места в училище, където да бъдат видими за другите ученици. Освен това могат да бъдат публикувани на училищния сайт и в социалните мрежи с цел запознаване на общността с проблема и стъпките към решаването му.

Разширяване на проекта

Ако искате да продължите проекта, можете да включите учениците в различни екологични форуми и инициативи, например “Часът на Земята”, “Чиста околна среда” или “Ден без автомобили”. Идеи за национални инициативи, в които можете да се включите с учениците ви, можете да намерите ТУК.

Какво да обмислите предварително

• Проучете какво правят служителите на местната власт, фермерите, активистите и инженерите, за да се справят с изменението на климата. Много общности изработват планове за устойчивост на климата или управление при извънредни ситуации или работят за подобряване на обществения транспорт или програми за енергийна ефективност. По мислете как вашите ученици могат да допринесат за тези усилия;
• Предизвикателствата, породени от изменението на климата, са по своята същност интердисциплинарни и изискват от нас да мислим отвъд дисциплинарните граници. Работете с колегите си в други предметни области, за да проучите тези пресечни точки и да разработите съвместни проекти.

В заключение…

Всеки един от нас, ученик, учител или родител, може да допринесе за опазването на околната среда и ограничаването на настъпващите климатични промени. Дори една малка промяна в ежедневните ни битови навици може да окаже положително влияние върху качеството на околната среда и собственото ни здраве.

Затова не се колебайте да включите екологичното образование и във вашите часове. Всяка стъпка, колкото и да е малка, е нужна и ценна!

За статията са използвани следните ресурси, допълнени с идеи от личния опит на автора:

How to Explain the Greenhouse Effect to Kids (with printables) – KidMinds

15 Meaningful and Hands-On Climate Change Activities For Kids

Инвентаризация на емисиите на парникови газове на Столична община

Емисии на парникови газове — ИАОС

Le changement climatique