Звернемося до цілей і завдань, позначених в Державну програму розвитку освітньої-ня РК [2]:
Від вирішення кожного з них залежить досягнення кінцевих узагальнених цілей, найважливіших при-пріоритет нової освітньої політики РК, а саме:
Формування мотивації навчання зараз в центрі уваги багатьох педагогів. Мотив - рушійна сила діяльності, отже, мотивація і стимулювання пізнавального інтересу повинні стати провідною ідеєю в навчально-виховної діяльності будь-якого педагога.
Саме інтерес - найбільш дієвий мотив навчання. Важливим засобом пробудження інте-Реса є використання прийомів цікавого викладу навчального матеріалу. Цікавість підсилює зосередження уваги і емоційність сприйняття інформації, сприяє запам'ятовуванню.
Існує чимало прийомів цікавої подачі навчального матеріалу, що вивчається у фізиці [4, 5]. Найбільш важливими і поширеними з них нам представляються наступні:
- приклади з повсякденного життя;
- політехнічна спрямованість;
- несподівані зіставлення;
- використання МПС;
- екскурсія в історію науки;
- значимість у майбутній професійній діяльності та ін.
Пізнавальний інтерес визначає позитивне ставлення учнів до навчання в це-лом і до вивчення окремих предметів зокрема. Якщо педагогу вдається пробудити інтерес до сво-йому предмету, то створюються передумови для самостійної творчої роботи учнів - глав-ної мети освітньої політики.
Взявши до уваги все викладене вище, обгрунтуємо можливості ефективної реалізації конкретних цілей і завдань нової освітньої політики Республіки Казахстан на рівні навчально-го предмета фізики, а саме оновлення змісту і посилення екологічної підготовки учителів-ся. Обидва завдання виділяються нами при вивченні теми курсу загальної фізики «Ядерні реакції. Атомна енергетика". Оновленням змісту є включення в цю тему схеми ядерно-паливного циклу (ЯПЦ) і обговорення питання: «Атомна енергетика, за і проти». Крім того, кожен етап ЯПЦ відзначений найбільш характерними для нього факторами впливу на навколишнє середовище, тобто обгрунтована і екологічна складова.
Ядерно-паливний цикл і проблеми екології
Обмеженість ресурсів викопного органічного палива і проблеми охорони навколишнього середовища ставлять людство перед необхідністю пошуків, освоєння і розвитку альтернативних джерел енергій. Особливої уваги потребують проблеми розвитку атомної енергетики, оскільки існують різні, іноді діаметрально протилежні думки з цього питання. Порівняй-ня переваг і недоліків теплової та ядерної енергетики, проведене фахівцями, покази-кість складність і неоднозначність оцінок проблеми розвитку паливно-енергетичного комплексу. Щоб отримати більш повне уявлення про проблему «ядерна енергетика та навколишнє середовище» і кожному виробити свою позицію, розглянемо весь ланцюжок технології отримання ядерної енер-гии, тобто ядерно-паливний цикл (ЯПЦ), його вплив на навколишнє середовище і, в кінцевому рахунку, на людину (рис.).
ЯПЦ складається з наступних виробництв:
♦ видобуток уранової руди в руднику;
♦ переробка руди і отримання урану в вигляді U3 O8 на гідрометалургійному заводі (Аффі-ційний);
♦ конверсія U3 O8 в газоподібну форму UF6 (гексофторид урану), необхідну в технології поділу ізотопів;
♦ збагачення урану на заводі з розділення ізотопів,
♦ конверсія UF6 в порошок іО2 і виготовлення на заводі збагаченого палива і твелів, паливні таблетки;
♦ використання твелів для отримання енергії на АЕС;
♦ зберігання відпрацьованих твелів в сховищах на території АЕС;
♦ транспортування твелів на радіохімічний завод (РХЗ);
♦ переробка опроміненого палива на РХЗ і обробка радіоактивних відходів; виділений з палива уран і плутоній повертаються назад в цикл;
♦ відправлення на зберігання радіоактивних відходів;
♦ транспортування та захоронення радіоактивних відходів.
На малюнку дана схема відкритого і замкнутого (з Рецикл U, Pu) ЯПЦ для АЕС з реактором на теплових нейтронах. У схемі біля кожного підприємства літерними позначеннями вказані найбільш характерні для них фактори впливу на навколишнє середовище: Р, Т, Х - радіоактивне-ве, теплове, хімічне; РЗ, РВ, РЕ - витрата зеленої площі, води, енергоресурсів відпо-венно.
Головним запереченням противників ядерної енергетики є утворення продуктів деле-ня урану і плутонію (їх називають «осколками», так як ядро ділиться на частини, утворюючи осколкові радіонукліди).
Продукти поділу ядер
Продукти поділу ядер класифікуються за періодом напіврозпаду Т і виду випромінювання. Суще-обхідних короткоживучі і довгоживучі продукти ділення. Короткоживучі мають значення Т в діапазоні від декількох секунд до десятка годин; приблизно через 10 значень Т вони практично повністю розпадаються. Тому відпрацьоване паливо після його вивантаження з реактора необхідно зберігати деякий час в басейні витримки, наявному при станції, для зниження активності короткоживучих радіонуклідів. При витримці протягом одного року це може дати зниження активності приблизно в 50 разів. Після того як розпадуться короткоживучі осколки, спад активності відпрацьованого палива АЕС йде повільніше, приблизно в 10-12 разів через 20 років після вивантаження з реактора, через більш повільного розпаду довгоживучих осколків. Тому більший інтерес пред-ставляют саме довгоживучі осколки, найбільш небезпечні з них: стронцій - 89 (Т = 53 дня), стронцій - 90 (29 років), цирконій - 95 (6 днів), цезій - 134 (2,3 року) , цезій - 137 (26,6 року), церій - 144 (284 дня) і ін.
Скільки накопичується продуктів поділу в відпрацьованому ядерному паливі реакторів АЕС? Їх кількість залежить від часу його знаходження в реакторі при номінальному рівні потужності, визна-виділяється в кілограмах на 1т завантаженого палива і може сягати від 20 до 100 кг / т, в залежно-сті від типу реактора.
Знаючи ці цифри, а також масу ядерного палива, що вивантажується протягом року, можна визначити загальну кількість продуктів ділення і їх активність на будь-який момент часу після вивантаження з ре-актора, що дозволяє визначити тривалість їх зберігання. Так, після опромінення в реакторі протягом заданого часу ТВС (тепловиділяючі збірки) вивантажуються з реактора (дистанційно, в автоматичному режимі) і передаються в басейн витримки, де встановлюються в спеціальні пе-нали і зберігаються під шаром води протягом приблизно 10 років, для зниження активності ядерного палив-ва, і потім перевозяться в спеціальних вагонах-контейнерах на радіохімічний завод.
Не вимагає особливого обґрунтування все зростаюча потреба в енергоресурсах сучасної цивілізації. Проблема обмеженості природних ресурсів вимагає пошуку альтернативних джерел енергії, їх розробки і освоєння. Перспективним для нашої країни, як нам представляється, може бути освоєння вітроенергетики, так як Казахстан багатий вітровою енергією - це «екологічно чистий», поновлюваний ресурс.
Через Північний, Центральний та Східний Казахстан проходить головний вітрової пояс північної півкулі Землі. Величезний простір сибірського континенту є в зимовий час природним акумулятором холоду, тоді як європейський континент, що обігрівається потужним Гольфстрімом, являє нагрівальну систему. Виходить свого роду природна теплова машина типу машини Карно. Холодне повітря Сибіру змушений рухатися по коридору, затиснутий важким холодним повітряним простором полярного кола і повітряною подушкою Центральної Азії, притиснутою до гірських хребтах Алтаю, Тянь-Шаню. І перший удар сибірської холодної маси повітря відчуває Казахстан. На цю циркуляцію накладається дихання Арктики - друга теплова машина: Північний полюс - Центральна Азія.
Таке вступ служить стимулом пізнавального інтересу до теми «Закономірності руху рідин і газів», без знання яких неможливо освоєння вітроенергетики.
При вирішенні проблеми освоєння вітроенергетики особливий інтерес представляють «Джунгарськие ворота», ураганну швидкість вітру (до 200 км / год) в яких ми обгрунтовуємо на основі рівняння Бернуллі і закономірностей руху рідин і газів. «Джунгарськие ворота» (фізики порівнюють їх з аеродинамічною трубою) - це порівняно невелика плато завдовжки 80 км і шириною від 20 до 10 км, розташоване на висоті 500 м. Це межгорная долина, що з'єднує дві низовини - алакульской з боку Казахстану і Ебінурскую в Китаї , затиснута з двох боків гірськими системами висотою до 3000 м.
Більш точним є порівняння «Джунгарської воріт» з трубою Вентурі [8], перетин якої на вході і виході з труби широке, а в середній частині її довжини вузький. В результаті швидкість течії на вході мала, тиск же високий, а в центральній частині швидкість висока, тиск же низький.
При швидкості вітру 200 км / год за 1 годину з 1 кв.м можна виробити понад 200 МВт енергії при ККД ветроенергоустройства (ВЕУ) 0,4 [7]. Тут слід зазначити, що високі швидкості, близько 100 км / год і вище, спостерігаються з осені до пізньої весни, в літній час настає тривале затишшя.
Подібні нововведення, що розкривають практичну значимість досліджуваної теми і обога-щающую її, не вимагають особливих інтелектуальних зусиль або напруги, тому легко і з інте-ресом сприймаються учнями. В узагальнюючої темі «Фундаментальні фізичні теорії» мотивація пізнавальної діяльності - це нововведення в змісті практичних занять - завдання з розрахунку світових «граничних» констант М.Планка - mp. p Tp і ін. підкреслюють значущість для наукових досліджень фундаментальних постійних природи у, з, h.
Представляємо фрагменти змісту практичного заняття «Фундаментальні фізичні теорії і розрахунок планківських констант».
Необхідні попередні знання: початок класичної механіки, молекулярно-кінетичної теорії та квантової фізики.
Теоретична частина. За сучасними природничих поглядам всі об'єкти природи і сама природа в цілому (тобто Всесвіт) підкоряються єдиним принципам еволюції. Це відбивається в так званих світових (універсальних) константи, що входять в математичні формули законів природи. Комбінування універсальних констант, тобто об'єднання їх в більш складні математичні-етичні співвідношення - один із шляхів поглибленого пізнання природи. Таке комбінування уста-встановлюються взаємовідносини між різними фундаментальними законами. Наприклад, між гравітацією і електромагнетизмом, относительностью і внутрішньоядерними процесами і т.д.
Один з найбільш ефективних і перспективних підходів в «конструюванні констант» по-лучіл назву планковского, на ім'я вченого М. Планка, вперше застосував його в 1900 р в теоретичних розрахунках квантів (тобто мінімальних порцій) енергії елементарних частинок. Планков- ські константи, що вивчаються в даній роботі, як припускають вчені, визначають межі примі-німості фізичної теорії до явищ об'єктивного світу. Дослідна перевірка такого припущень-ня є справою майбутнього [9].
І тут же погодимося з Луї де Бройля: «Таємнича постійна h - велике відкриття Макса Планка», розуміючи, що саме з гіпотез М.Планка почалося зародження нової сучасної фізики - фізики мікросвіту, квантової (хвильової) механіки, розкриває свого часу перед вченими неймовірну, фантастичну картину світобудови.
4 ЛанінаІ.Я. Формування пізнавальних інтересів учнів на уроках фізики. - М. Просвітництво, 1985. - 151 с.