Исследовательская проектная деятельность будущих педагогов в определении степени техногенного загрязнения различных автомагистралей г. Арзамаса методами биоиндикации

Рассматривается вопрос о применении метода проектов исследовательского характера будущими педагогами как технологии — личностно ориентированной, как способа — самостоятельного деятельностного проявления обучающегося посредством проработки данной проблемы с целью практического изучения экологической обстановки территорий, прилегающих к различным автомагистралям г. Арзамаса, характеризующимся различной интенсивностью движения автотранспорта. Исследовательский метод проектов экспериментальной направленности — с применением эколого-морфологических и эколого-физиологических методов биоиндикации с использованием листьев березы позволил выявить, что чем больше напряженность движения автотранспорта, тем сильнее степень техногенного загрязнения прилегающих к ним территорий.

Ключевые слова: исследовательский проект; техногенное загрязнение; автомагистрали; листья березы; площадь, зольность и некрозы листьев.

В современной школе в последние десятилетия наблюдаются существенные изменения целей образования и критериев его эффективности. Ведущим направлением образования сегодня является развитие учащихся, реализация их личностных потенциальных возможностей, формирование готовности к различным жизненным ситуациям. Происходит пошаговый переход к различным формам содержания — вариативному, дифференцированному и, наконец, индивидуализированному. Таким образом, осуществляется переход от регламентированного обучения к обучению, основанному на формах деятельности, связанных с добровольным выбором, инициативе, взаимному доверию учителя и учащихся [7;8].

Возникающие в педагогическом процессе проблемы все в меньшей степени решаются традиционными способами. В этой связи усиливается роль такого вида учебной деятельности как проект, где одним из самых существенных является исследовательский вид проекта [6]. Такой проект по своей структуре являет хотя и небольшое, но, по сути, подлинное научное исследование, в ходе выполнения которого применяются различные современные методы науки, в том числе и лабораторный эксперимент.

Экспериментальное проектное исследование включает в себя: название темы, ее проблему и актуальность, цель и задачи, объекты (или объект) исследования, гипотезу, применение современных методов и методик исследования, обсуждение полученных результатов, выводы, презентацию выполненного проекта.

В последнее время все большую и большую озабоченность вызывает экологическая обстановка городов. Специфические особенности городской среды состоят в том, что она, испытывая на себе мощное влияние комплекса антропогенных факторов, в свою очередь, сама является сильнейшим фактором воздействия, как на природу, так и на самого человека [2;4].

Огромную и разнообразную роль в экологическом улучшении среды города играют различные зеленые насаждения. Они очищают его воздух от пыли, дыма, копоти, а главное — вредных техногенных выбросов, в том числе и автомобильных выхлопных газов. Вместе с тем, как деятельностные природные компоненты, растения выступают в роли индикаторов техногенного загрязнения городской среды [10]. Поэтому использование методов экологического биомониторинга, которые предусматривают проведение комплексных исследований с применением в качестве индикаторов живых организмов и в частности зеленых растений, является в настоящий момент очень актуальным. Это обусловлено тем, что у растительных организмов прослеживаются очень четкие закономерности изменения ряда эколого-биологических и, в том числе, морфологических и физиологических показателей в зависимости от интенсивности техногенной нагрузки [2; 5]. Следовательно, степень ингибирования различных морфологических и физиологических процессов у растений под воздействием техногенных выбросов может служить индикатором загрязненности разных городских территорий, в том числе и автомагистралей, что является актуальнейшей задачей в вопросах здоровьесбережения людей как старшего, так и особенно младшего поколения.

Цель работы заключалась в определении уровня техногенной загрязненности некоторых автотранспортных магистралей г. Арзамаса по степени изменения эколого-биологических (морфологических и физиологических) показателей листьев древесного растения.

Для ее разрешения были поставлены следующие задачи — определить:

— количество зольных элементов в листьях;

— степень поврежденности листовой пластинки по количеству и величине некротических пятен;

— наиболее чистую и загрязненную из исследуемых территорий, прилегающих к изучаемым автомагистралям г. Арзамаса.

Исследуемым материалом повреждающего действия техногенного загрязнения были взяты листья березы с разных автомагистралей г. Арзамаса.

Объектами исследования послужили территории, прилегающие к следующим автомагистралям г. Арзамаса: пешеходная улица К. Маркса — служила в качестве зоны условного контроля (ЗУК); ул. Советская, характеризующаяся средним потоком движения автотранспорта и ул. Мира с интенсивным автомобильным движением.

Гипотеза — наибольшие изменения эколого-морфологических и эколого-физиологических параметров листьев березы должны проявиться, вероятно, на трерриториях более интенсивного автотранспортного движения.

Методы исследования: листья с деревьев березы собирали в августе, поскольку к этому времени в листовых пластинках аккумулируется достаточно большое количество техногенных загрязнителей. Обработка и исследование собранного материала осуществлялось в лабораторных условиях:

1) Поверхность листовой пластинки определяли с применением торсионных весов. Взвешивали квадрат миллиметровой бумаги определенной площади. Исследуемый лист накладывали на ту же миллиметровую бумагу, тщательно обводили его по краю листовой пластинки карандашом. Затем вырезали полученную бумажную фигуру, взвешивали её. Площадь листовой поверхности вычисляли из пропорции: a/b = с/х, где: а — масса квадрата, b — масса бумажной фигуры, с — площадь квадрата, х — площадь листа [9].

2) Общее количество зольных элементов в процентах к сырой массе материала) — методом сжигания листьев в муфельной печи при температуре 700 ºС [3].

3) Поврежденность тканей листа некрозами — в процентах к общей площади листовой пластинки [1].

Во-первых, наибольшей поверхностью обладают листья, произрастающие на деревьях березы ЗУК — пешеходной дороги ул. К. Маркса (рис.1а). Площадь листьев на данной территории была в среднем около 37, 6 см², тогда как на ул. Мира значительно меньше — 13, 1 см², что составляет по отношению к контролю 35 % и свидетельствует о сильной степени загрязнения данной территории выхлопными газами автотранспорта. На ул. Советской листья березы по размерам также заметно уступали листьям ЗУК, но в значительно меньшей степени по сравнению с ул. Мира. Площадь листьев в районе ул. Советской находилась в пределах 21,2 см² (56 % от ЗУК). Согласно исследованиям целого ряда авторов, степень уменьшения площади листовой пластинки является одним из ярких показателей уровня загрязненности территории техногенными выбросами [2].

Во-вторых, установлено, что в условиях высокого выброса выхлопных газов автомобилей на ул. Мира в листьях березы существенно повышается количество зольных элементов. Так, если в районе ЗУК (ул. К. Маркса) их количество равнялось 8, 1 % (рис.1б),то в зоне автодороги на ул. Советской уже 10, 7 %, а на ул. Мира еще больше — 13,8 %. Сходные результаты по увеличению количества зольных элементов в листьях других древесных растений, произрастающих в зонах повышенного техногенного загрязнения, отмечаются и другими авторами [4;5]. При этом показано, что чем выше степень загрязненности определенной территории, тем больше в листьях накапливается и поллютантов. В нашем случае по возрастающей — ул. Советская — ул. Мира.

В-третьих, изучение некрозов, которые представляют собой очаговое отмирание участков листьев под действием техногенных загрязнителей, показало, что они отсутствовали только у деревьев березы, произрастающих на ул. К.Маркса (ЗУК). В зонах двух других исследуемых автомагистралей, листья подвергались некротизации. Однако, их степень, в зависимости от района исследования, была разной — на ул. Советской площадь некрозов составляла 20 % листа (рис.1в), а на ул. Мира еще больше — 43 %, что так же, как и в двух первых случаях, свидетельствует о степени техногенного загрязнения изучаемых территорий — средней — на ул. Советской, и очень сильной на ул. Мира.

а) б) в)

Рис. 1. Влияние техногенного загрязнения на площадь (а), зольность (б) и степень некротизации (в) листьев в зависимости от интенсивности движения автотранспорта

Наши исследования показали, что степень техногенной загрязненности изученных нами территорий, прилегающих к разным автомагистралям различна. По всем эколого-биологическим показателям (площадь листовой пластинки, зольность и некротизация листьев) наиболее техногенно загрязненной однозначно является территория, прилегающая к автодороге на ул. Мира. Несколько благоприятнее в этом отношении обстановка на ул. Советской, где названные выше показатели значительно ниже, чем на ул. Мира, но при этом гораздо выше, чем в зоне условного контроля на пешеходной дороге ул. К. Маркса.

Из приведенного материала следует, что выдвинутая нами гипотеза о наиболее сильных изменениях эколого-морфологического и эколого-физиологического характера у листьев березы, которые должны проявляться на более загрязненных автомагистралях, полностью подтвердилась.

Выводы:

1.Наибольшая поверхность листьев характерна для листьев березы пешеходной дороги ул. К. Маркса (ЗУК), а далее по убывающей — соответственно на территориях, прилегающим к автодорогам ул. Советской и ул. Мира.

3. Листья березы ЗУК некрозов не имеют, а в районах автодорог ул. Советской и ул. Мира они обладают разной степенью некротических поражений — средних на ул. Советской и очень сильных на ул. Мира.

4. Условно наиболее чистой зоной является пешеходная дорога ул. К. Маркса, а наиболее техногенно загрязненными — территории, прилегающие к автомагистрали ул. Мира.

Таким образом, примененный нами проект экспериментально-исследовательского характера представляет собой конкретно личностно ориентированную технологию обучения, которая несомненно может быть использована в учебной деятельности со школьниками для реализации активно-деятельностного подхода в образовательном процессе. Эколого-морфологические и эколого-физиологические эксперименты, примененные нами при исследовании техногенной загрязненности некоторых автомагистралей г. Арзамаса на примере листьев березы, могут найти достойное применение в школе при изучении дисциплины «Окружающий мир» методом проектов. Приведенные в статье методы и методики довольно просты, легко выполнимы и могут быть применены будущими учителями младших классов.

Литература:

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта — М.: Мир, 1988. — 350 с.
2. Бухарина И. Л. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений в городских насаждениях / И. Л. Бухарина, А. А. Двоеглазова. — Ижевск: «Удмуртский университет», 2010–184 с.
3. Ермаков А. И. Методы биохимического исследования растений / А. И. Ермаков, В. В. Арасимович, Н. П. Яраш — Л.: Агропромиздат, 1987. — 400 с.
4. Кавеленова Л. М. Методы контроля за состоянием окружающей среды / Л. М. Кавеленова, Л. В. Кведер. − Самара: Самарский университет, 2006. — 100 с.
5. Маракаев О. А. Техногенный стресс и его влияние на лиственные древесные растения (на примере парков г. Ярославля) / Маракаев О. А., Н. С. Смирнова, Н. В. Загоскина // Экология, 2006. № 6. — с. 410–414.
6. Маркова И. А. Проектная деятельность — один из факторов формирования социального опыта школьника / И. А. Маркова, Е. Н. Видяшева // Начальная школа, 2011 № 11. — с.74.
7. Пахомова Н. Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении: Пособие для учителей и студентов педагогических вузов / Н. Ю. Пахомова. — М.: АРКТИ, 2009. — 112 с.
8. Полат Е. С. Новые педагогические технологии в системе образования / Е. С. Полат. — М.: Академия, 2005. — 272 с.
9. Ростунов А. А. Учебно-методическое пособие по физиологии растений с основами микробиологии / А. А. Ростунов, Т. И. Касаткина; АГПИ им. А. П. Гайдара. — Арзамас: АГПИ, 1997. — 57 с.
10. Чукпарова А. У. Изучение состояния сосновых насаждений в условиях аэротехнического загрязнения // Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты: материалы межд. научно — практическ. конференции. — Томск, 2005. — с. 208–210.