Đang tải... (xem toàn văn)
Biến đổi khí hậu là một vấn đề phức hợp, muốn hiểu được bản chất quá trình này đòi hỏi học sinh phải có những kiến thức tích hợp. Bài báo này đề cập đến một số chủ đề về nguyên nhân biến đổi khí hậu và đề xuất một số hình thức tổ chức dạy học các chủ đề này trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông.
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci 2011, Vol 56, No 4, pp 43-51 DẠY HỌC VỀ ĐỀ TÀI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRONG MƠN VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Nguyễn Văn Biên Trường Đại học Sư phạm Hà Nội E-mail: biennv@hnue.edu.vn Tóm tắt Việt Nam quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu Do đó, cơng dân tương lai cần có hiểu biết nguyên nhân cách ứng phó với biến đổi khí hậu Tuy nhiên, biến đổi khí hậu vấn đề phức hợp, muốn hiểu chất trình địi hỏi học sinh phải có kiến thức tích hợp Bài báo đề cập đến số chủ đề nguyên nhân biến đổi khí hậu đề xuất số hình thức tổ chức dạy học chủ đề dạy học Vật lí trường phổ thơng Mở đầu Biến đổi khí hậu không tượng tự nhiên nhiều phương tiện thông tin đại chúng thường đề cập Những nghiên cứu gần rằng: hành động người q trình cơng nghiệp hóa ngun nhân gây biến đổi khí hậu [1] Việt Nam quốc gia có đường bờ biển dài thấp, nước chịu ảnh hưởng nặng nề việc thay đổi khí hậu [2] Giáo dục cho công dân tương lai hiểu biết chất tượng thái độ hành xử môi trường đời sống việc làm cần thiết Việc tìm hiểu nguyên nhân, giải pháp trình biến đổi khí hậu vấn đề phức tạp mang tính vĩ mơ Tuy nhiên, ta phân tích chúng thành đề tài phù hợp để đưa vào dạy học Ở Việt Nam, khoảng 50 năm qua, theo nghiên cứu Viện Khí tượng Thủy văn Mơi trường [1], nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5o C - 0,7o C, mực nước biển dâng khoảng 20 cm Sự thay đổi góp phần làm cho thiên tai, đặc biệt bão, lũ, hạn hán ngày khốc liệt Biến đổi khí hậu ảnh hưởng tới phát triển kinh tế, đời sống xã hội quốc gia, có Việt Nam Những biểu biến đổi khí hậu phức tạp Tuy nhiên, hai biểu gây ảnh hưởng mạnh mẽ tới đời sống người nóng lên tồn cầu mực nước biển dâng Việc ứng phó hạn chế ảnh hưởng biến đổi khí 43 Nguyễn Văn Biên hậu địi hỏi chung tay tồn nhân loại Là công dân tương lai, học sinh cần nắm vững kiến thức hành động người gây biến đổi khí hậu, qua cá nhân tìm cách hành xử phù hợp mơi trường Chính lí đó, việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thông cần thiết Hình Biến đổi khí hậu - Một số khía cạnh vấn đề phức hợp [2] Đề tài biến đổi khí hậu đề tài tích hợp nhiều kiến thức thuộc khoa học tự nhiên khoa học xã hội (Hình 1) Nếu khơng có vốn kiến thức vật lí tối thiểu khơng thể hiểu chất vấn đề để qua có hành xử phù hợp Ở đây, xin đề xuất cách thức dạy học số nội dung thuộc đề tài biến đổi khí hậu có liên quan đến mơn Vật lí Nội dung nghiên cứu 2.1 2.1.1 Cơ sở vật lí biến đổi khí hậu Cơ sở vật lí ấm lên tồn cầu Nghiên cứu môi trường nghiên cứu phức tạp đối tượng nghiên cứu hệ thống phức tạp, biến đổi khơng ngừng Việc tìm qui luật chất địi hỏi có đo đạc Những nghiên cứu gần nguyên nhân ấm lên tồn cầu, là: biến đổi lượng khí nhà kính, tăng cường độ xạ mặt trời tới Trái đất, hiệu ứng nhà kính, thay đổi hệ số phản xạ bề mặt, [5] 44 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu mơn Vật lí Hiệu ứng nhà kính: Khái niệm hiệu ứng nhà kính (fra effet de serre) sử dụng lần nhà vật lí người Pháp Jean Baptiste Joseph Fourier, dùng để hiệu ứng xảy lượng xạ ánh sáng mặt trời xuyên qua cửa sổ mái nhà kính hấp thụ giữ lại làm tăng nhiệt độ khơng khí nhà Bản chất tượng đặc tính hấp thụ lọc lựa kính làm mái nhà Ánh sáng bước sóng ngắn vùng ánh sáng nhìn thấy truyền qua, chúng bị hấp thụ làm nóng vật dụng nhà Những tia xạ từ nhà vật dụng nhà có bước sóng dài bị kính hấp thụ nên khơng truyền ngồi, nhiệt giữ lại nhà kính Hiệu ứng nhà kính khí quyển: Một cách tương tự với hiệu ứng nhà kính, tia xạ sóng ngắn Mặt trời xuyên qua bầu khí đến mặt đất phản xạ trở lại thành xạ nhiệt sóng dài Khí có tính chất hấp thụ lọc lựa nhờ thành phần phân tử khí Hình Sự hấp thụ lọc lựa khí Trái đất [3] Các nghiên cứu thực nghiệm cho kết sơ đồ hấp thụ lọc lựa khí biểu diễn Hình Năng lượng trung bình mét vng diện tích bề mặt Trái đất nhận từ xạ mặt trời 341,3 W/m2 Tuy nhiên, cân động, Trái đất xạ vũ trụ lượng vào khoảng 340,4 W/m2 Như vậy, lượng mét vng diện tích bề mặt Trái đất thực nhận vào khoảng 0,9 W/m2 (Hình 3) Từ sơ đồ Hình 3, ta thấy xạ mặt trời (với mật độ 341,3 W/m2 ) bị hấp thụ phần (78 W/m2 ) phản xạ (79 W/m2 ) khí quyển, phần cịn lại chiếu xuống mặt đất Tại đây, xạ bị phản xạ trở lại vũ trụ với mật độ 23 W/m2 hấp thụ (161 W/m2 ) Do trình hấp thụ khí mặt đất, nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên, xạ tia nhiệt (tia hồng ngoại) Những tia nhiệt tương tác bị hấp thụ phân tử khơng khí khí quyển, 45 Nguyễn Văn Biên đặc biệt phân tử CO2 , nước, N2 O, CH2 Những loại khí có khả hấp thụ tốt tia xạ nhiệt gọi khí nhà kính Quá trình diễn cân yếu tố tồn hệ khơng thay đổi Tuy nhiên, nghiên cứu gần rằng: trình có xu hướng tăng mật độ lượng mà trái đất nhận [4], [5] Các nguyên nhân là: Sự tăng mật độ xạ mặt trời tới trái đất, thay đổi hệ số phản xạ bề mặt trái đất tăng nồng độ loại khí nhà kính, đặc biệt nồng độ khí CO2 khí Hình Sự phân bố mật độ lượng xạ [4] 2.1.2 Cơ sở vật lí dâng mực nước biển Nguyên nhân việc dâng mực nước biển gắn bó chặt chẽ với nóng lên tồn cầu Khi nhiệt độ trung bình trái đất tăng, nước biển giãn nở nhiệt theo công thức δV = Vo (1 + αδT) Mặc dù biến thiên nhiệt độ khơng cao thể tích nước biển mặt đất lớn nên tăng đáng kể (Hình 4) Một nguyên nhân khác gây dâng mực nước biển là: tan băng hai cực Trái đất nhiệt độ trung bình Trái đất tăng Hình Đồ thị biểu diễn dâng mực nước biển năm qua [5] 46 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu mơn Vật lí Những nghiên cứu gần rằng, q trình nóng lên tồn cầu phát triển theo kiểu xốy trơn ốc Sự tăng nồng độ khí nhà kính ngun nhân gây nóng lên tồn cầu ngược lại, nóng lên tồn cầu lại có tác động làm tăng nồng độ loại khí nhà kính khí 2.2 2.2.1 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu trường phổ thông Sự cần thiết việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thơng Việc dạy học đề tài biến đổi khí hậu cần thiết, vì: - Đây vấn đề cấp bách, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống đối tượng xã hội Do đó, kiến thức đề tài hành trang thiếu học sinh - Những kiến thức sở để đưa định, cách thức hành xử đắn cho xã hội, cho cá nhân môi trường - Đề tài bao gồm kiến thức tổng hợp giúp gắn kiến thức môn học với thực tiễn sống - Tuy vấn đề đề cập khái niệm liên quan đến đề tài gần gũi kinh nghiệm sống học sinh - Thơng qua hình thức dạy học phù hợp, phát huy lực thực nghiệm học sinh - Giúp học sinh vận dụng kiến thức đa mơn để giải thích tượng xảy tự nhiên đời sống 2.2.2 Đề xuất số cách thức tổ chức dạy học đề tài biến đổi khí hậu * Lồng ghép trình dạy học kiến thức Trong trình dạy học kiến thức thuộc chương trình tại, ta lồng ghép kiến thức thuộc đề tài vào phần phù hợp Đó kiến thức chuyển hóa lượng, cách truyền nhiệt vật chất, biến đổi trạng thái vật chất, mơn Vật lí; kiến thức cháy, dầu mỏ khí thiên nhiên, nhiên liệu, mơn Hóa học Ví dụ: Sau học nhiệt lượng, phương trình cân nhiệt sách giáo khoa Vật lí 8, giáo viên giao cho học sinh tiến hành thí Hình Thí nghiệm đo nghiệm đơn giản đo số mặt trời nhà số mặt trời [6] để xác định cường độ ánh sáng mặt trời địa phương vào mùa khác Chỉ 47 Nguyễn Văn Biên dụng cụ tự chế tạo đơn giản gồm vỏ lon sơn đen chứa đầy nước đậy chặt nút cao su có cắm nhiệt kế, học sinh xác định tương đối xác độ lớn số mặt trời Qua đó, học sinh bước đầu tìm hiểu q trình trao đổi nhiệt Trái đất với xạ mặt trời (Hình 5) Đây cách đưa đề tài vào trường phổ thông cách đơn giản Tuy nhiên, với cách tiến hành này, học sinh không thấy trình tổng thể tượng * Dạy học theo trạm đề tài hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính tượng phức tạp, ẩn chứa nhiều q trình vật lí thành phần Nhiệm vụ đặt cần đơn giản hóa, tách riêng nội dung vật lí thành đơn vị kiến thức riêng lẻ cho vừa phù hợp trình độ nhận thức, vốn kiến thức, kinh nghiệm sẵn có học sinh, vừa đảm bảo tính đắn tính hệ thống tồn q trình Một cách tổ chức dạy học đáp ứng mục đích tổ chức dạy học hình thức dạy học theo trạm [7] Hình 6: Dạy học theo trạm hiệu ứng nhà kính Với hình thức dạy học này, trình phận hiệu ứng nhà kính tổ chức thành trạm học tập, học sinh thực nhiệm vụ nhận thức độc lập với nhiệm vụ trạm cịn lại (Hình 6) Chẳng hạn, trạm (Sự hấp thụ lọc lựa khí nhà kính), học sinh tiến hành thí nghiệm với dụng cụ thí nghiệm đơn giản để thấy loại khí có khả hấp thụ tốt xạ nhiệt gây tác nhân cho hiệu ứng nhà kính Cịn trạm 4, thơng qua mơ hình vật chất, học sinh tìm hiểu thay đổi nhiệt độ Trái đất có biến đổi nồng độ khí nhà kính Qua trình thực nhiệm vụ trạm, học sinh khơng tìm hiểu cách tồn diện sở vật lí hiệu ứng nhà kính mà cịn có nhiều hội tham gia hoạt động thực nghiệm, phát triển lực giải vấn đề 48 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu mơn Vật lí trời * Tổ chức dạy học dự án đề tài sử dụng lượng nhiệt mặt Dạy học biến đổi khí hậu nói riêng giáo dục mơi trường nói chung ln đặt mục tiêu hình thành học sinh thái độ hành xử môi trường lên hàng đầu Vì vậy, việc dạy học nội dung cần tổ chức cho học sinh có nhiều hội để tiến hành hoạt động nhận thức tích cực sáng tạo Dạy học dự án cho phép làm điều Thơng qua việc tổ chức dạy học dự án đề tài sử dụng loại lượng sạch, tiết kiệm lượng, giảm thiểu khí nhà kính , học sinh khơng tìm hiểu kiến thức gắn liền với sống, mà cịn có điều kiện bước đầu đề xuất thực giải pháp góp phần giảm thiểu nguyên nhân gây biến đổi khí hậu, biện pháp bảo vệ môi trường sống Chúng tiến hành tổ chức dạy học dự án vào tuần cuối năm học với học sinh lớp 11 đề tài sử dụng lượng nhiệt mặt trời cho kết khả quan Trong q trình dạy học dự án nhóm học sinh tự xác định nhiệm vụ nhóm đề xuất kế hoạch, giải pháp thực nhiệm vụ Nhiệm vụ cụ thể Hình Bếp mặt trời làm từ vỏ lon nhóm sau: Nhóm 1: Chế tạo bếp mặt trời theo nguyên tắc hấp thụ: Xuất phát từ sở vật lí vật màu đen hấp thụ ánh sáng tốt vật màu trắng, nhóm thống đề xuất phương án chế tạo bếp hấp thụ hộp xốp, bên phủ lớp vỏ lon sơn đen Nước dẫn bên lớp vỏ lon ống đồng Nước đun nóng chứa bình nhựa Nhóm 2: Chế tạo bếp mặt trời theo nguyên tắc hội tụ ánh sáng: Các thành viên sau trình thiết kế thử nghiệm nhiều lần chế tạo thành công bếp dạng gương paraboloid ghép từ mảnh vỏ lon Các mảnh vỏ lon gắn với cố định khung tre Điều thú vị kết thúc dự án, em sử dụng bếp để luộc trứng thời gian 30 phút (Hình 7) Nhóm 3: Chế tạo bếp mặt trời dựa nguyên tắc phản xạ: Dựa nguyên tắc phản xạ qua nhiều gương phẳng làm kim loại sáng bóng, nhóm nhanh chóng chế tạo bếp gồm hệ thống gương phẳng lớn Khi tiến hành thử nghiệm, cho kết không ý, nhóm thảo luận tìm nguyên nhân tỏa nhiệt nồi nấu mơi trường q lớn Nhóm sử dụng hộp xốp vừa làm giá gương vừa làm cách nhiệt Một thành viên có ý tưởng tạo hộp kính đặt nồi nấu bên để lợi dụng hiệu ứng nhà kính Nhóm thực theo ý tưởng kết thu khả quan.Thời gian đun sôi lượng nước xác định giảm nhiều 49 Nguyễn Văn Biên Nhóm 4: Chế tạo máy sấy nơng sản: Qua tìm hiểu thực tiễn, em nhóm đặt nhiệm vụ thiết kế, chế tạo máy sấy nông sản sử dụng lượng nhiệt mặt trời Trong trình thử nghiệm với dụng cụ chế tạo, có em cịn đề xuất tưới nước lên bề mặt kính để mơ cho việc trời mưa nhằm kiểm tra xem máy cịn hoạt động khơng Các thành viên nhóm tỏ thích thú kết cho thấy: tưới nước lên bề mặt, mơ hình hoạt động tốt Nhóm 5: Chế tạo máy chưng cất nước muối: Trên nguyên tắc chưng cất nước, thành viên nhóm đề xuất phương án chế tạo mơ hình máy lọc nước muối Chỉ sau ngày làm việc, nhóm chế tạo xong mơ hình Tuy nhiên, thử nghiệm mơ hình, kết thu lại khơng khả quan Trong ngày tiếp theo, thay đổi số biện pháp khác kết không thay đổi, lượng nước thu không nhiều, kể để mơ hình lâu ánh sáng mặt trời Nguyên nhân nước sau hóa theo khơng khí bay ngồi Bề mặt thủy tinh lại nóng nên làm ngưng tụ lượng nước Sau nhiều lần cải tiến, nhóm dừng lại mức độ mơ hình Qua q trình tổ chức dạy học dự án đề tài sử dụng lượng nhiệt mặt trời, học sinh khơng có hội làm quen với loại lượng sạch, mà phát triển lực giải vấn đề có hứng thú với mơn vật lí học * Xây dựng khóa học tích hợp đề tài biến đổi khí hậu dạy Một cách khác tổ chức dạy học đề tài là: xây dựng khóa học tích hợp Đây cách thức dạy học lí tưởng đề tài Học sinh khơng thu kiến thức mang tính tích hợp, mà cịn có nhãn quan tổng thể vấn đề, từ nguyên nhân đến giải pháp cho vấn đề Trong khóa học này, khơng đề cập đến nội dung kiến thức riêng môn vật lí, mà đề cập kiến thức mơn hóa học, địa lý, sinh học có liên quan đến đề tài Để xây dựng khóa học vậy, cần xác định mục đích dạy học, mục tiêu hình thành kiến thức, phát triển kĩ học sinh tham gia khóa học Điều địi hỏi có hợp tác, thống nhà nghiên cứu phương pháp dạy học môn Kết luận Việc khắc phục hạn chế tác động biến đổi khí hậu địi hỏi chung tay nhiều quốc gia, nhiều tổ chức Trong giáo dục, việc dạy học đề tài mang tính chất phức hợp địi hỏi có hợp tác nhà nghiên cứu khoa học bản, nhà nghiên cứu khoa học dạy học, giáo viên phổ thông giáo viên nhiều môn liên quan Có vậy, việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thơng có tính khả thi 50 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu mơn Vật lí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỉ yếu hội thảo Biến đổi khí hậu tồn cầu giải pháp ứng phó Việt Nam, 2008 Nhà xuất Đại học Sư phm H Ni [2] W Mă uller, A Mă uller, J Kuhn, 2009 Bây đợi thêm nữa: Các sở luận điểm dạy học chủ đề "Hiệu ứng nhà kính biến đổi khí hậu" Tạp chí Dạy học Vật lí, 111/112, (nguyên bn ting c) [3] C D Schăonwiese, 1995 Hiu ng nhà kính nhân tạo tranh luận biến đổi khí hậu tự nhiên Khoa học Địa cầu, 13(5/6), (nguyên tiếng Đức) [4] S Solomon, D Qin, M Manning, Z Chen, M Marquis, K.B Averyt, M Tignor and H.L Miller (eds.), 2007 Climate Change 2007: The Physical Science Basis Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA [5] Báo cáo thường kì Ủy ban Liên phủ biến đổi khí hậu (ICPP), 2007, http://www.ipcc.ch [6] Nguyễn Văn Biên, 2001 Thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản với vỏ lon chai nhựa để sử dụng dạy học phần nhiệt học trường phổ thơng Cơng trình sinh viên nghiên cứu khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [7] Nguyễn Văn Biên, 2008 Tổ chức học Vật lí hình thức dạy học theo trạm Đặc san khoa học Đại học Sư phạm Hà Nội ABSTRACT Teaching high school Physics regarding climate change Climate change is not only a nature theme as in some general mediums A recent study showed that the climate is changed because of the human activities by their industrial process Vietnam is a country with long and low seashores, hence we are one of many countries, where there maybe the most negative consequences of climate change Our future citizens should know about what climate change means and what must man to for adapting to it Finding the cause of climate change and the way for solving it is complex and tremendous, but we can split it into some small themes for teaching and learning In this paper, the author introduces some of the themes about climate change and the teaching forms to be used in high school physics teaching 51 ... loại khí nhà kính khí 2.2 2.2.1 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu trường phổ thơng Sự cần thiết việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thông Việc dạy học đề tài biến đổi khí hậu. .. Chính lí đó, việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thơng cần thiết Hình Biến đổi khí hậu - Một số khía cạnh vấn đề phức hợp [2] Đề tài biến đổi khí hậu đề tài tích hợp nhiều kiến... khoa học dạy học, giáo viên phổ thông giáo viên nhiều mơn liên quan Có vậy, việc đưa đề tài biến đổi khí hậu vào dạy học trường phổ thơng có tính khả thi 50 Dạy học đề tài biến đổi khí hậu mơn Vật