Какво дишаме и можем ли да подобрим качеството на въздуха? 

STEM проект за 6.- 8. клас

Влиянието на човешката дейност върху качеството на околната среда отдавна е обект на изследвания. Замърсяването на природата води до редица сериозни проблеми, включително до влошаване на човешкото здраве. По данни на изпълнителната агенция по околна среда (ИАОС), в нашата страна има много високи нива на замърсяване на въздуха с вредни вещества. 

Тази статистика обуславя необходимостта да се информираме повече по темата и постепенно да започнем да предприемаме действия в посока намаляване на емисиите на замърсяващи вещества.

Опазването на околната среда е отговорност на всеки един човек и е необходимо тя да бъде възпитавана у децата още от ранна детска възраст. Това поражда нуждата от провеждането на екологично образование в училище, което може да бъде включено като елемент в обучението по всеки учебен предмет.

В тази статия ще ви представим примерен STEM проект, свързан с мониторинга на качеството на въздуха.

Същност на проекта

Учениците изграждат разбиране за количествата прах, полен и други частици, които присъстват във въздуха в околната среда. За целта те поставят детектори за замърсяване на различни места и след това изследват уловените частици, за да установят къде въздухът е най-замърсен. Определянето на количеството на замърсяващите частици и техния вид е първата стъпка към инженерните методи за пречистването на въздуха.

Връзка с инженерните науки

Инженери от всички научни области създават нови технологии за намаляване на отделянето на вредни вещества във въздуха. Някои инженери изследват видовете химически вещества, отделяни при производствените процеси, моделират начините на производство или създават методи за отстраняване на вредните вещества от емисионните газове, преди те да бъдат отделени в атмосферата. Други инженери изследват състава на горивата и начина, по който те изгарят в автомобилните двигатели, търсят начини да направят процеса по-ефективен и да намалят замърсяването на въздуха с вредни вещества.

Учебни цели

Наука

Основна цел на проекта е учениците да приложат научни принципи, с помощта на които да създадат метод за мониторинг на качеството на въздуха и намаляване на човешкото въздействие върху околната среда. 

Математика

В процеса на работа учениците трябва да се научат да обработват числови данни, свързани с реален проблем, както и да развият умения за анализиране и графично представяне на получените данни.

Технологии и инженерни науки

Учениците трябва да изследват причинно-следствените връзки между наличните проблеми и  различните технологии, създадени от инженерите, за решаването им.

Очаквани резултати

След края на проекта учениците трябва да могат да:

• дават примери за замърсяващи въздуха частици;
• създават колектори за улавяне на замърсяващи частици;
• предлагат хипотези за причините за различното количество на замърсяващите частици, в зависимост от мястото на улавянето им;
• обясняват защо на инженерите са им нужни данни за броят частиците във въздуха.

Необходими материали

Всяка група трябва да разполага с:

• картонче с размери 7 cm x 12,5 cm;
• прозрачно широко тиксо;
• ножици;
• въженце/канап (около 20 cm);
• перфоратор;
• микроскоп или лупа с голямо увеличение;
• милиметрова хартия – по един лист А5 за всеки ученик;
• чертожни инструменти;
• цветни моливи;
• работен лист за проследяване на процеса – по един за всеки ученик;
• теоретична рубрика за замърсяването на въздуха – по една за всеки екип;
• технологична карта за изработване на колектор за частици;
• работен лист за микроскопски наблюдения – по един за всеки ученик;
• работен лист за обобщаване на резултатите – по един за всеки ученик;
• лепящи листчета – по едно за всеки ученик;
• индивидуален план за намаляване на замърсяването на въздуха;
• работен лист за самооценка на представянето.

Трябва да подготвите и постер за мисловната карта, която ще изработите с учениците си в края на проекта.

Ход на проекта

Проектът се развива в четири етапа, за провеждането на които ще имате нужда от 2-3 учебни часа. 

Въведение

Преди началото на проекта разделете учениците в групи по четирима, като се опитате да формирате групи с равни възможности за успех. 

1. Започнете работата по STEM проекта с кратка мозъчна атака, за да въведете учениците в темата и да проверите знанията, които те вече имат. Раздайте на всеки ученик по един работен лист за проследяване на процеса. В него учениците трябва да отбележат обекти, явления и дейности, които отделят прахови частици в атмосферата. За всеки източник учениците трябва да определят дали има естествен произход или е резултат от човешка дейност, както и да посочат начини за намаляване на отделените вредни вещества.

1. Учениците от всяка група трябва да дискутират идеите си, след което един от тях трябва да запише на дъската един източник на замърсяване на въздуха.
2. Раздайте на всеки ученик по една теоретична рубрика, след което им оставете време да проучат основните аспекти на замърсяването на въздуха. Освен раздадените материали учениците могат да използват предпочитани от тях източници на информация, например статии, видеа, справочници, образователни платформи и приложения в интернет, могат да задават въпроси и на учителя.
3. След това учениците трябва да запишат в работните си листове за проследяване на процеса какво вече знаят и какво още искат да научат по темата.

Изследване

Направеното проучване провокира поставянето на няколко основни въпроса:

Чист ли е въздухът в района, който обитавате?

На кои места има най-много частици във въздуха?

Постоянно ли е количеството на замърсителите или се променя в рамките на денонощието?

Можем ли да ограничим замърсяването на въздуха?

За да отговорите на тези въпроси, трябва да направите мониторинг на замърсяването на въздуха във вашето населено място. За целта учениците трябва да изработят колектори за улавяне на замърсяващи частици и да ги поставят на избрани от тях места.

Раздайте на всяка група по една технологична карта за изработване на колектор за частици.

1. Върху картончето учениците от всяка група трябва да изрежат отвор с форма по избор – може да бъде квадратна, кръгла, овална или многоъгълна. Размерът на отвора трябва да бъде не по-малък от 5х5 cm.
2. В близост до някой от краищата на картончето учениците трябва да пробият дупка с перфоратора. След това трябва да прекарат през нея въженцето и да го завържат, така че картончето да виси свободно на него.
3. Всяка група трябва да надпише картончето си, като постави дата, клас и име на екипа. Задължително трябва да се запише и изречение от типа: “Мониторинг на замърсяването на въздуха – МОЛЯ НЕ ИЗХВЪРЛЯЙТЕ”. Така колекторът за частици няма да бъде изхвърлен от някой, който го е помислил за отпадък.
4. Върху големия отвор на картончето учениците трябва да залепят безцветно тиксо. Лепкавата страна на тиксото ще улавя замърсяващите частици, затова групите трябва да внимават да не я докосват с пръсти, да не я допират до чина, дрехите или тетрадките си.
5. Всяка група трябва да избере локация, която иска да изследва. По-голямо количество частици ще се съберат от места с по-силно въздушно течение, в близост до оживени кръстовища, строителни площадки, спирки на градския транспорт. При избора на локация учениците трябва да вземат предвид, че колекторите не са водоустойчиви и при поставянето им навън трябва да изберат място, на което ще бъдат защитени от намокряне. Ако няма такова подходящо място, посъветвайте учениците да проверят прогнозата за времето, за да се уверят, че няма да има валежи, които да увредят колекторите им. Уловителите за частици могат да бъдат поставени и в затворени помещения – в кухнята, в спалните помещения, в класната стая, коридора. Ако е необходимо учениците да се покатерят на високо място, за да закачат изработените детектори, напомнете им да следват правилата за безопасност. Обяснете на учениците, че не трябва да поставят колекторите си на места, на които не им е позволено.
6. Колекторите трябва да бъдат оставени да висят свободно на избраното място за поне 24 часа, за предпочитане е по-дълъг период например един цял уикенд. Важно е колекторите на всички групи да са били закачени за еднакво дълъг период от време, за да могат резултатите да бъдат съпоставими.
7. Насърчете екипите да помислят какво може да се обърка, преди да изберат място за поставяне на колекторите си. Например ако ги поставят в училищния двор, има голяма вероятност да бъдат увредени неволно или умишлено.

Отчитане на резултатите

След приключване на определения период за събиране на замърсяващи частици данните от колекторите трябва да бъдат анализирани.

Подгответе по един микроскоп или лупа с голямо увеличение за всеки екип. След това раздайте на всеки ученик по един работен лист за микроскопски наблюдения.

1. Всяка група трябва да изреже от милиметровата хартия квадратче с размери 5х5 cm. По този начин, независимо от формата на отвора на колектора, всеки екип ще обработва данни, получени от една и съща площ.
2. Изрязаният квадрат се поставя на предметната масичка на микроскопа и се центрира в зрителното му поле.
3. След това учениците трябва да поставят отвора на колектора за частици върху квадрата от милиметрова хартия, с лепкавата страна нагоре. 
4. В площта, намираща се над квадрата, учениците трябва да определят три участъка – един с голям брой частици, един с малък брой и един със средно количество частици.
5. Във всеки от трите участъка, учениците трябва да преброят броя на замърсяващите частици и да го запишат в работните си листове за микроскопски наблюдения. Възможно е в колектора да са попаднали множество частици с твърде малки размери, които трудно могат да бъдат преброени. В този случай учениците трябва да преброят само лесно различимите частици.
6. Освен броя на частиците, учениците трябва да определят и вида им – почвени частици, прах, влакна, полен и други. Направените микроскопски наблюдения трябва да бъдат описани и нарисувани в работните листове.
7. На база направеното преброяване, учениците могат да изчислят средното количество на замърсяващите частици, като съберат преброените в трите участъка частици и разделят получения резултат на три.

Обобщение и анализ

Получените от екипите резултати ще бъдат много различни, в зависимост от мястото, на което учениците са закачили колекторите си и ще породят няколко нови въпроса:

Ниски или високи са получените стойности?

Къде въздухът е най-замърсен?

Защо на някои места има повече събрани частици, а на други те са по-малко?

За да достигнат до отговорите на тези въпроси, учениците трябва да съпоставят получените резултати, да ги обобщят и анализират.

1. Екипите трябва да сравнят получените средни стойности за количество на частиците в техните колектори. Раздайте на всеки ученик по един работен лист за обобщаване на резултатите, в който учениците трябва да запишат получените от всички групи резултати, заедно с информация за мястото, на което е бил закачен всеки от колекторите.
2. Учениците трябва да нанесат всички средни стойности върху милиметровата хартия и с помощта на чертожни инструменти да представят графично данните. Получената графика трябва да бъде изрязана и залепена върху работния лист за обобщаване на резултатите.
3. С помощта на направените наблюдения и обобщение на данните, учениците следва да направят изводи за замърсяването на въздуха в изследваните локации. Къде замърсяването е най-голямо и къде – най-малко? Какви са причините за това? Направените изводи учениците трябва да запишат в работния лист за проследяване на процеса.
4. Направете мисловна карта: всеки ученик трябва да помисли за начин за намаляване на отделянето на прахови частици в резултат от човешката дейност. Напомнете на учениците, че няма глупави идеи, правилни и грешни отговори. Всички предложения трябва да бъдат третирани с уважение.
5. Раздайте на учениците по едно лепящо листче, на което да отбележат идеите си. Пригответе постер, върху който учениците да залепят листчетата си. Възползвайте се от примерната мисловна карта.
6. Дискутирайте получените данни и предложенията за намаляване на замърсяването. Направете план с няколко лесни стъпки, които всеки ученик може да изпълни. Раздайте на учениците по един индивидуален план за намаляване на замърсяването на въздуха.
7. Окачете изработената мисловна карта в класната стая или на оживено място в училището, къде всеки ученик да може да я види.

Следва продължение…

Ако искате да разширите проекта, можете да предложите на учениците да направят по-детайлно проучване, като анализират качеството на атмосферния въздух в различни части от денонощието. 

• Кога замърсяването на въздуха е най-голямо и кога е най-малко? Често въздухът е най-замърсен в късните сутрешни часове, а най-чист е през нощта.
• На какво се дължат направените наблюдения?

В следващ урок можете да продължите с екологичното образование на учениците, като им обърнете внимание върху възможните решения на проблема със замърсяването на въздуха. Такова решение може да бъде използването на възобновяеми източници на енергия. Използвайте примерния урок по темата.

Обратна връзка

В края на проекта помолете всеки ученик да си направи самооценка според скалата за успеваемост.

 

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

eGFI – For Teachers » I Breathe WHAT?!

20 STEM Projects That Are Great for Middle School