Fyzika a environmentální výchova 1 – energie a doprava
Archivní obsah
Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Odborný článek
Fyzika a environmentální výchova 1 – energie a doprava
2,5 (6 hodnocení)
Článek pojednává o způsobu, jakým lze začlenit položku „doprava a životní prostředí“ z tematického okruhu „lidské aktivity a problémy životního prostředí“ průřezového tématu Environmentální výchova do vyučování fyziky. V úvodu článku autor ve stručnosti seznamuje čtenáře s pojetím pojmu energie na základní škole a následně přechází k pojetí energie jako pojmu nezbytného pro pochopení fungování moderní civilizace. V textu se autor v souvislosti s problematikou neobnovitelných zdrojů zaměřuje na dopravu a nabízí možnost, jak uchopit obsah tohoto tématu ve vyučování fyziky na základní škole.
Toto je první z článků, které bych chtěl věnovat práci s učivem předmětu fyzika „obnovitelné a neobnovitelné zdroje energie“ (RVP ZV) a jeho vztahu k tematickému okruhu průřezového tématu EV „lidské aktivity a problémy životního prostředí“.
Na základní škole seznamujeme žáky s fyzikální veličinou energie. Ukazujeme celou řadu jejích forem, představujeme zákon zachování energie jako nejdůležitější fyzikální princip, kterým se řídí všechny přírodní jevy. Představa samotné energie je pro žáky základní školy obtížná, jelikož je značně abstraktní. Nemůžeme žákům poskytnout žádnou jasnou a jednoduchou definici energie. Můžeme ji sice vymezit prakticky jako schopnost tělesa konat práci (technická práceschopnost), ale při hlubší analýze tato kvazidefinice neobstojí. Při vzájemných přeměnách na různé formy energie dochází totiž i k nežádoucím transformacím. Objevují se takzvané energetické ztráty, tedy takové formy energie, které už nelze využít k práci. Tento pokus o vymezení pojmu energie naráží na druhý termodynamický zákon (Kaminský J.; Vrtek M. 1997 s. 6). Je tedy lepší vymezit energii spíš v kontextu zákona zachování energie jako „zvláštní“ veličinu, jejíž číselná hodnota se nemění v průběhu mnoha změn, které podstupuje příroda (Feynman 2000 s. 50). A to je formulace značně abstraktní.
Praktickou představu o povaze energie získávají žáci postupně při konfrontaci s jejími jednotlivými formami, s termodynamikou a s praktickým využíváním energie například při seznamování s tepelnými motory či elektrickými spotřebiči. Energii (její specifické formy) pro svoji existenci využívá samozřejmě také živá příroda, tedy jednotlivé organismy i celé ekosystémy. Na energetických zdrojích je bytostně závislý člověk, a v obrovské míře celá lidská civilizace. A je to právě obrovská a stále narůstající spotřeba energie, co přináší do lidské společnosti (a také do přírody) celou řadu nových jevů a problémů.
Rámcový vzdělávací program předkládá jako učivo v předmětu fyzika „obnovitelné a neobnovitelné zdroje energie“. V očekávaných výstupech se po žákovi očekává, že: „zhodnotí výhody a nevýhody využívání různých energetických zdrojů z hlediska vlivu na životní prostředí.“ (RVP 2017 s. 65). Toto je oblast, kde se předmět fyzika prolíná s environmentální problematikou a je to skvělá příležitost pro zařazení průřezového tématu environmentální výchova do vyučování fyziky. Mezi tematickými okruhy průřezového tématu Environmentální výchova je v rámci odrážky Lidské aktivity a problémy životního prostředí téma „doprava a životní prostředí (význam a vývoj, energetické zdroje dopravy a její vlivy na prostředí, druhy dopravy a ekologická zátěž, doprava a globalizace)“ (RVP 2017 s. 136). Doprava je téma, které podle mého názoru lze nejlépe zařadit právě do vyučovacího předmětu fyzika (obnovitelné a neobnovitelné zdroje energie), byť jeho obsah může do značné míry vybočovat z tradičního pojetí vyučování fyziky.
V rámci tohoto článku se pokusím především ukázat, jaký jsem zvolil konkrétní obsah pro téma EV „doprava a životní prostředí“.
Jako historický úvod k učivu doprava slouží seznámení žáků s principem historických tepelných strojů a jejich vlivem na životní prostředí. Žáci mají možnost pozorovat práci parního stroje na schématech, animacích, ale především také prostřednictvím věrného modelu parního stroje (viz obrázek, stavebnice Merkur). Žáci se primárně zaměřují na pochopení rafinovaného mechanismu, který parní stroj pohání, ale stěží si mohou nevšimnout zápachu kouře, který (i přes intenzivní větrání učebny) model produkuje. Při činnosti modelu se ovšem nespaluje tradiční uhlí, ale palivo průmyslově nazvané Tuhý líh. Tento expresivní zážitek otevírá klíčový environmentální problém: Doprava založená na tepelných strojích produkuje problematické emise.
Autor díla: Zdeněk Hromádka
Společenský dopad využívání parních strojů jako klíčového pohonu rozvíjejícího se průmyslu a později jako významného prostředku lodní a železniční dopravy byl ohromný. Rychlá a spolehlivá přeprava osob a zboží se stala jedním z klíčových faktorů rozvoje globalizace. Omezené možnosti využívání energie větru, vodního toku a práce lidských či zvířecích svalů byly nahrazeny přeměnou tepelné energie spalovaného uhlí [1] na mechanickou práci stroje. To umožnilo civilizaci ohromný technický pokrok a bouřlivé společenské změny. Současně se ale objevují první významné environmentální problémy spojené s těžbou a spalováním uhlí. Především na území Velké Británie, tedy čelní průmyslové velmoci Evropy, se pravděpodobně poprvé objevila v ohromné míře i odvrácená strana využívání parních strojů a průmyslu založeného na spalování uhlí. Ostrovní charakter Velké Británie výmluvně ukázal jak na fenomén omezenosti zdrojů na omezeném území, tak na problém hromadění odpadů. Vedle zkušenosti s průmyslem zdevastovanou krajinou museli Britové jako první čelit i smogu, tedy jevu, který sami pojmenovali (smoke + fog, tedy smog), a který v Londýně masově zabíjel ještě v polovině dvacátého století [2].
Současná doprava má poněkud odlišný charakter oproti dobám, kdy se cestovalo především vlaky či parníky. Především je silně individualizovaná. Palivem už není uhlí, ale stále je závislá na fosilních zdrojích, tedy na naftě, popř. zemním plynu. Úkolem školy jistě není přesvědčovat žáky, aby se v budoucnosti důsledně vyhýbali např. automobilové dopravě, ale neměla by jim být zatajována odvrácená tvář, která k motorismu patří, popř. skutečnost, že ne všechny přístupy k motorismu jsou stejně odpovědné.
Do obsahu učiva Doprava jsem pro svoji výuku vybral (vedle obecnějšího úvodu zmíněného výše) následující obsah:
1) Automobilismus a jeho vliv na lidské zdraví
Nežádoucí vlivy automobilismu by se daly rozdělit do několika kategorií:
- Automobilismus jako extrémně riziková forma dopravy – v kontrastu k jiným formám dopravy připadá obrovský počet smrtelných úrazů na dopravu silniční (srv. Keller 1998 s. 90, 91).
- Ohrožení zdraví jako důsledek nežádoucích návyků spojených s pohodlným životním stylem za volantem auta, kdy nedostatek přirozeného pohybu (zejména chůze) může nepřímo ovlivňovat lidské zdraví a být příčinou zdravotních potíží (například obezity či jiných civilizačních neduhů).
- Ohrožení zdraví jako důsledek vdechování výfukových plynů. Nebezpečnost emisí vycházející z výfuků aut (nejedná se pouze o plyny) spočívá v tom, že jsou vypouštěny na ulicích přímo mezi lidi a pronikají i do našich domovů (Horák 2000, s. 173). Jmenovitě to jsou látky: nespálené organické sloučeniny jako aldehydy a jejich deriváty (dráždí oční sliznici a sliznici dýchacího ústrojí, některé jsou podezřelé jako karcinogeny), kyseliny, částice uhlíku (mohou být kontaminovány PAH – kondenzovanými aromatickými uhlovodíky) a také oxid uhelnatý, který omezuje schopnost krve přenášet kyslík (srv. Horák 2000).
2) Automobilismus a jeho vliv na životní prostředí
- V rámci všech forem dopravy má ta silniční nejvýznamnější podíl na uvolňování oxidu uhličitého (Houghton 1998), tedy plynu, jehož koncentrace v atmosféře podle současných klimatologických teorií významně ovlivňuje podobu globálního klimatu Země (viz hodnotící zprávy: The Intergovernemtal Panel on Climate change, https://www.ipcc.ch ).
- Jako odpadní plyny vznikají při provozu běžného automobilu oxidy dusíku, které zvyšují kyselost dešťů a tak ovlivňují kyselost půdy. Pro řadu organismů je pH půdy limitním faktorem (Máchal 2007 s. 115).
- Fotochemický (nebo také losangeleský) smog se tvoří při interakci výfukových emisí (konkrétně s oxidem dusičitým) se slunečním zářením (o vlnové délce kratší než 400 nm). Vzniká přízemní ozón, který je jedovatý pro lidi (dráždí dýchací orgány i oči), ale může účinně decimovat také vegetaci (Máchal 2007 s. 115).
- Významným environmentálním faktorem zásadně narušujícím životní prostředí v blízkosti silnic je hluk (ovlivňuje především výskyt ptactva).
- I v případě, že by auta nevypouštěla do ovzduší žádné emise, vynucovala by si automobilová doprava obrovské, hluboké a trvalé zásahy do krajiny v podobě silničních a dálničních sítí a příslušné infrastruktury.
- Za automobily jako výrobky se také skrývá nezanedbatelný „ekologický tlumok“. Tím se myslí veličina, jejíž hodnota se vyjadřuje v jednotkách hmotnosti materiálu, který bylo třeba vynaložit na výrobu, provoz, údržbu, dopravu a likvidaci daného výrobku (Librová 2003, s. 22)
3) Šetrnější formy dopravy
V rámci téhle kapitoly často nechávám prostor žákům, aby si v případě zájmu připravili referát (prezentaci k uvedeným tématům):
- Cyklistika a chůze (sport/životní styl).
- Elektromobilita (a výroba elektřiny pro elektromobily).
- Carsharing (sdílení aut).
- Současné možnosti hromadné dopravy. Na tomto místě seznamuji žáky se způsoby, jak posoudit, který druh dopravy je „ekologičtější“. Existují pro tento účel zajímavé online aplikace. Osobně používám osvědčenou internetovou kalkulačku Ecopassenger (http://www.ecopassenger.org), kde si uživatel zvolí trasu například z Brna do Berlína a aplikace propočítá, vyhodnotí a srovná ekologické zátěže cesty vlakem, letadlem nebo osobním automobilem (přičemž uvažuje průměrnou obsazenost daného dopravního prostředku a mnoho jiných faktorů). Výsledkem jsou srozumitelné sloupcové grafy s několika environmentálními parametry (např. produkce oxidu uhličitého, produkce oxidů dusíku, produkce emisí toxických pro člověka, aj.)
Závěr
Podle mé osobní zkušenosti mají žáci základní školy spíše kladný vztah k automobilům. Řada z nich (ačkoli rozhodně ne všichni) sní o tom, že jakmile to bude možné, pořídí si „pořádné“ (tedy především silné) auto. Představa vlastní budoucnosti bez vlastního automobilu je pro ně značně obtížná. Myslím, že není špatné, když jim škola mírně nabourá představu idyly s autem tím, že odhalí i ty problematické stránky motorismu. Mohou pak jednou učinit volbu svého životního stylu na kvalifikovanějších základech.
[1] Pokud jde o říční dopravu, často se místo uhlí užívalo dřevo z lesů či pralesů v blízkosti břehů řek. To v některých lokalitách vedlo k masivnímu a často nevratnému odlesňování krajiny.
[2] V Glasgow zabíjel redukční smog v roce 1909 a podlehlo mu 1063 lidí, v Londýně v roce 1952 měl smog 4000 obětí (Máchal 2007, s. 115).
[3] V rámci tohoto článku se nebudu zabývat tím, jak konkrétně seznamujeme žáky s funkcí tepelných strojů, protože se to obsahově míjí se smyslem článku, který má pojednávat především o dopravě jako environmentálním problému.
Literatura a použité zdroje
FEYNMAN, R.; LEIGHTON, R.; SANDS, M. Feynmanovy přednášky z fyziky. 1. vyd. Praha, 2000. ISBN 978-80-7200-405-8.
HORÁK, J.; LINHART, I.; KLUSOŇ, P. Úvod do toxikologie a ekologie pro chemiky. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2007. ISBN 978-80-7080-548-0.
KAMINSKÝ, J.; VRTEK, M. Obnovitelné zdroje energie. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, 1998. ISBN 80-7078-445-8.
HOUGHTON, J. Globální oteplování. Praha: Academia, 1998. 228 s. ISBN 80-200-0636-2.
KELLER, J. Naše první cesta do prvohor (o povaze automobilové kultury). Praha: Sociologické nakladatelství, 1998. ISBN 80-85850-64-8.
LIBROVÁ, H. Vlažní a váhaví (kapitoly o ekologickém luxusu). Brno: Doplněk, 2003. ISBN 80-7239-149-6.
MÁCHAL, A. Průvodce praktickou ekologickou výchovou. 2. vyd. Brno, 2007. ISBN 80-902954-0-1.
Ačkoliv nepředpokládám, že v rámci tradiční výuky fyziky mají vyučující prostor podrobně se věnovat těmto mezipředmětovým přesahům, je tento článek inspirací např. pro integrovaný předmět „SCIENCE“.
