Kakšno vodo lahko pijemo? Modul za poučevanje kemije in biologije obogatitvene dejavnosti za nadarjene učence v 9. razredu osnovne šole. Povzetek Sklop obravnava tematiko vode. Posebej se usmerja na pitno vodo in problem onesnaženja vode. Med glavnimi onesnaževalci obravnava problematiko s strani kmetijstva, saj so nekateri deli Slovenije zaradi tega še posebej ogroženi. S pomočjo nalog in vprašanj bodo učenci znanje o kemiji vode utrdili in usvojili. Z argumentirano diskusijo (znotraj skupine) in pri poročanju na koncu naravoslovnega dne bodo odgovorili na zastavljeno vprašanje v naslovu učnega modula. Modul vključuje 1. Navodila za učence Podroben opis scenarija ter učne vsebine in nalog, ki jih morajo učenci rešiti. 2. Navodila za učitelja Predlogi, kako poučevati z učnim modulom. 3. Način preverjanja in ocenjevanja znanja 4. Učiteljevi zapiski Predlogi strategij in kriterijev ocenjevanja. Podane dodatne informacije o učni vsebini in rešitve nalog v navodilih za učence. Zahvala Modul so pripravili Nataša Jokan, Maja Purkat, Ana Simončič (konzulent: dr. Iztok ) po priporočilih EC FP7 PROFILES projekta na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana. Spletna stran projekta je http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php; e-pošta: profiles@pef.uni-lj.si; UL-PROFILES projektna skupina (2011) v okviru Konzorcijuma - www.profiles-projects.eu. 1
Učni cilji/kompetence povezani z vsebino modula; Učenci: cilji (iz UN) BIOLOGIJA Razumejo vplive človeka na biotske sisteme (organizmi, ekosistemi, biosfera) in te vplive raziščejo v lastnem okolju (urbanizacija, prekomerna raba naravnih virov, degradacija in drobljenje ekosistemov, onesnaževanje okolja idr.). Razumejo načela trajnostnega razvoja in s svojim ravnanjem prispevajo k trajnostnemu razvoju v lastnem okolju in se aktivno vključujejo v ozaveščanje o tej problematiki. Spoznajo, da lahko okolje zaradi naravnih vzrokov in človekovih dejavnosti vsebuje snovi, ki so škodljive za človeka in druge organizme. Spoznajo, da trajnostni razvoj zahteva vzpostavitev standardov za spremljanje sprememb v tleh, vodah in ozračju ter ukrepov za preprečevanje škodljivih sprememb. KEMIJA Uporabljajo ph-lestvico kot merilo za oceno kislosti in bazičnosti raztopin. Opredelijo pojme raztopina, topnost snovi, koncentracija. Uporabljajo eksperimentalno-raziskovalni pristop oziroma laboratorijske spretnosti. Poglabljajo svoje znanje varnega ravnanja z jedkimi snovmi. Višji cilji za nadarjene učence Ovrednotijo ravnanje ljudi, ki vpliva na biotske sisteme v svojem okolju (ločevanje odpadkov, varčevanje z vodo, uporaba gnojil v kmetijstvu, uporaba prevoznih sredstev idr.). Uporabijo znanje o skrbi za okolje v vsakdanjem življenju in aktivno sodelujejo pri okoljskih akcijah v lastnem okolju (čistilne akcije ipd.) Razumejo, da je voda topilo, v katerem se raztapljajo različne snovi, zaradi česar lahko pride do onesnaženosti vode. Na konkretnem primeru preverijo ali vzorec vode ustreza standardom pitne vode. Na podlagi Pravilnika o pitni vodi preverijo ustreznost pitnosti vode določenega vzorca glede na ph. Pri eksperimentalnem delu določijo, katera snov je topilo, topljenec, raztopina in odčitajo koncentracijo. S pomočjo angleških navodil izvedejo poskus. Pri poskusu pokažejo svoje znanje o ravnanju z jedkimi snovmi. Vsebina učnega načrta: vpliv človeka na biotske sisteme; okolje lahko vsebuje snovi, ki so škodljive za človeka in druge organizme; pomen trajnostnega razvoja; ph-lestvica za določanje bazičnosti in kislosti vode; razumevanje pojmov: raztopina, topnost snovi, koncentracija; uporaba eksperimentalno-raziskovalnega pristopa; uporaba podatkov iz različnih virov. 2
TEME Metode in oblike dela: metode: besedne metode (ustna razlaga, pogovor, delo z besedilom, metoda pisanja); demonstracijske metode (risanje); eksperimentalne metode; metode izkustvenega učenja (samorefleksija, reševanje problemov, poučevanje s primeri); oblike (frontalna, indvidualna, delo v dvojicah, skupinsko delo); didaktični sistemi (projektno delo). Predviden čas: 5 šolskih ur (45 min) Predznanje; Učenci naj bi že znali: razumeti, da biotsko pestrost ohranjamo z neposrednim varovanjem vse narave in biosfere nasploh in da ima pri tem pomembno vlogo človek; znali ugotoviti lastnosti vode za pitje in pojasniti nevarnosti pitja onesnažene vode; pojasniti razlike med površinskimi vodami in podtalnico ter razložiti pomen podtalnice kot vira pitne vode; utemeljiti pomen vode za življenje ter pojasniti posledice omejenosti vodnih zalog; prepoznati in opisati onesnaževalce voda (površinskih in podzemnih) in opisati posledice teh ravnanj; pojasniti pomen varovanja vode. 3
Aktivnosti učencev Kakšno vodo lahko pijemo? Ime in priimek: Skupina: Razred: Zakaj se to učim? Poraba vode je vedno večja in ravno zaradi tega se je pomembno vprašati o njeni razpoložljivosti. V današnjem času veliko svetovnega prebivalstva trpi pomanjkanje zdravstveno ustrezne pitne vode. Neustrezna voda pa lahko vodi do različnih bolezni, ki so lahko tudi smrtne. Kot vidimo, ni problem le količina vode, temveč tudi kakovost (Problematika pitnih voda, b.d.). Na kakovost vode lahko vplivamo tudi ljudje s svojim bolj ali manj odgovornim ravnanjem. Ravno zaradi tega je pomembno, da smo ozaveščeni, kaj vse lahko vpliva na kakovost vode, da bomo tudi sami bolj odgovorno ravnali in s tem pripomogli k manjši onesnaženosti voda. SOCIONARAVOSLOVNI KONTEKST Peter je odšel na obisk k dedku in babici na podeželje. Vsakega obiska pri njima se je zelo veselil, saj jima je zelo rad pomagal na vrtu in v sadovnjaku, prav tako pa je z veseljem odšel na dolg sprehod z njunim psičkom. S starši je namreč živel v mestu, v majhnem stanovanju, kjer niso imeli svojega vrta, prav tako pa ni imel nobene domače živali. In prav zato, je vedno z velikim navdušenjem odšel k babici in dedku. Ko pa je stopil skozi vrata, je takoj opazil, da je dedek slabe volje. Vprašal ga je, kaj ga je tako razjezilo. Dedek mu je povedal, da so na sosednji kmetiji zopet gnojili travnik in njivo, 4
najbolj pa ga je razjezilo to, da so umazano prikolico in vse pripomočke oprali kar v bližnjem potoku. To se mu je zdelo zelo neodgovorno. Ni mu bilo jasno, kako se nekateri ljudje sploh ne zavedajo, koliko škode lahko naredijo s tem. Tudi Petru ni bilo čisto jasno, kaj se lahko zgodi, zakaj bi bilo to tako strašno narobe. Zato je odšel na internet in začel brskati. Kmalu je naletel na naslednji članek 5
Nitrati v pitni vodi 0Apače, 14.04.2006, 13:37 STA V vodovodnem sistemu Apač so pristojne inšpekcijske službe ugotovile vsebnost nitratov v višini 81 miligramov na liter vode. Na krajevni skupnosti Apače so povedali, da so nitrati v pitni vodi prisotni že 20 let, (Foto: POP TV) V vodovodnem sistemu Apač so pristojne inšpekcijske službe s kemijsko analizo vzorca pitne vode, ki je bil odvzet prejšnji teden v eni izmed stanovanjskih hiš v Lutvercih, ugotovile vsebnost nitratov v višini 81 miligramov na liter vode. Takšna pitna voda z ugotovljenimi koncentracijami nitratov nad 50 miligramov na liter vode predstavlja resen zdravstveni problem za dojenčke, zlasti so občutljivi dojenčki do enega leta starosti. Na krajevni skupnosti Apače so povedali, da so nitrati v pitni vodi prisotni že 20 let, mesečno pa se njihova vrednost giblje od 70 do 80 miligramov na liter vode. Vzrok tiči v prekomernem gnojenju in gnojevki, ki zaliva vodno zajetje. V krajevni skupnosti menijo, da bi se ta problem dolgoročno rešil s priključitvijo vodovoda na novo vodno zajetje ali odkupom zemljišč, ki obdajajo obstoječe vodno zajetje. Uživanje takšne vode je dojenčkom do starosti enega leta prepovedano. Strokovnjaki priporočajo oskrbo dojenčkov z zdravstveno ustrezno pitno vodo, to priporočilo velja tudi za nosečnice in doječe matere. Občina Gornja Radgona za omenjeno populacijo na sedežu krajevne skupnosti Apače vsako sredo zagotavlja brezplačno razdeljevanje pitne vode. (Vir: Nitrati v pitni vodi (2006). Pridobljeno s: http://www.24ur.com/novice/slovenija/nitrati-v-pitnivodi.html) 6
(2) Učni cilji: (1) razumeti pomen vode za vsakdanje življenje; (2) razumeti vplive onesnaževanja na vodo; (3) izvesti poskus in ugotovoti, katera voda je ustrezna za pitje (3) Učni dosežki: (1) poznati pomen vode, (2) poznati in razumeti vplive onesnaževanja na vodo; (3) opraviti poskus in iz dobljenih rezultatov ugotoviti, katera voda je ustrezna za pitje (4) Predzanje: (1) razumeti, da biotsko pestrost ohranjamo z neposrednim varovanjem vse narave in biosfere nasploh in da ima pri tem pomembno vlogo človek; (2) znati ugotoviti lastnosti vode za pitje in pojasniti nevarnosti pitja onesnažene vode; (3) pojasniti razlike med površinskimi vodami in podtalnico ter razložiti pomen podtalnice kot vira pitne vode; (4) utemeljiti pomen vode za življenje ter pojasniti posledice omejenosti vodnih zalog; (5) prepoznati in opisati onesnaževalce voda (površinskih in podzemnih) in opisati posledice teh ravnanj; (6) pojasniti pomen varovanja vode. (5) Viri: Učbeniki, ki so vam na voljo in splet. (6) Novi pojmi: (1) nitrati; (2) ph; (3) nitriti; (4) trdota vode; (5) evtrofikacija PODATKI IN MODELI Problematika pitnih voda Po svetu poraba vode narašča. V obdobju zadnjih 100 let, se je poraba vode povečala kar za šestkrat. Posledično bo razpoložljivost vode postala v prihodnosti precej resna tema. Že v tem času ima 2.6 milijarde svetovnega prebivalstva pomanjkanje zdravstveno ustrezne pitne vode, 1.1 milijarde ljudi pa živi brez pitne vode. Iz neustrezne vode izhajajo bolezni in posledično za njimi umre 3.900 otrok. Zaradi diareje kot posledice neustrezne vode, umre 1.8 milijona ljudi po svetu v enem letu. Svetovna populacija se v tem času giblje okrog 6.6 milijard. Vsako leto lahko dodamo še 80 milijonov ljudi, ker pomeni dodatnih 64 m 3 sladke vode letno. Po ocenah naj bi bilo do leta 2025 dve tretjini svetovnega prebivalstva soočenega z resnim pomanjkanjem vode. Naraščanje števila prebivalstva, klimatske spremembe in današnji način ravnanja z vodo, lahko pripelje do velike svetovne krize. 7
Na Zemlji je 97.5% vode slane, ostane 2,5% sladke vode; od tega jo je 70% v zamrznjenem stanju. Na svetu le 10% vode uporabijo gospodinjstva, 20% jo uporabi industrija, največ, kar 70% pa kmetijstvo. Razvite industrijske države letno izpustijo 70% neprečiščenih odplak, kar 300-500 milijonov ton težkih kovin, topil, strupenega mulja itd., ki onesnažujejo vodne zaloge. Kakovost vode je pomembna ravno tako kot njena količina v vseh državah. V Sloveniji ima velik delež prebivalstva dostop do zdravstveno ustrezne vode, le pri nekaterih manjših vodovodih se pojavijo odstopanja. Glede kemijskih parametrov (pesticidi, nitrati ) najbolj izstopa severovzhodni del Slovenije. Na kakovost vode vplivajo predvsem kmetijstvo, urbanizacija, industrija in promet. (Povzeto po: Problematika pitnih voda (b.d.).pridobljeno s: http://www.zzv-lj.si/higiena-inzdravstvena-ekologija/pitna-voda/problematika-pitnih-voda) Kmetijstvo Najbolj rodovitna kmetijska tla v Sloveniji so na območjih, kjer so s stališča izpiranja nitratov podzemne vode najbolj ranljive. To so predvsem podzemne vode Krške, Dravske in Murske kotline, kjer so v podzemnih vodah opažene presežene koncentracije nitratov. Na teh območjih so tla plitva do globine 50 cm in na njih je velik delež njiv glede na strukturo tal, kar neugodno vpliva na nevarnost onesnaženja podzemnih voda z nitrati iz kmetijstva. Zaradi tega se v Sloveniji od leta 2004 izvaja nitratna direktiva, katere namen je zmanjševanje in preprečevanje nadaljnjega onesnaženja podzemnih voda z nitrati iz kmetijstva. Na koncentracijo nitratov v podzemni vodi vplivajo tudi same značilnosti tal. Kjer so tla plitva in lažja, je verjetnost izpiranja nitratov večja kot pri globljih in težjih tleh. Poleg naravnih danosti tal vplivajo na onesnaženje tudi različne dejavnosti na tem področju. Glavni vir onesnaženja podtalnice z nitrati so točkovna onesnaženja v kmetijstvu (neurejena skladišča živilskih gnojil, kanalizacija) ter razpršeno onesnaženje zaradi gnojenja z živinskimi in mineralnimi gnojili. 8
(Povzeto po: Nitrati v podzemni vodi in kmetijstvo (2008). Pridobljeno s: http://kazalci.arso.gov.si/?data=indicator&ind_id=95) Kaj so nitrati? Anorganska kemija: So soli dušikove (V) kisline in so močni oksidanti. Organska kemija: Estri dušikove kisline in alkoholov. Nitratni ioni: NO3 - z molekulsko maso: 62,0049 g/mol, v vodi so dobro topni Učinki na vodno življenje: V sladki vodi ali v sistemu rečnih ustij lahko nitrati dosežejo visoko raven, kar lahko povzroči pogin rib. Koncentracija večja od 30 ppm ovira rast, oslabi imunski sistem in povzroči stres nekaterim vrstam vodnih organizmov. Osnovni vir povečanja koncentracije nitratov v vodnih sistemih je odtekanje vode s površin, katere so prejele preveliko količino dušikovih gnojil. Ta povečana koncentracija lahko vodi do povečanega cvetenja alg (evtrofikacije) in tako pride do pomanjkanja kisika, kar povzroči spremembe v ekosistemih ter da nekaterim skupinam organizmov prevlado na drugimi. Ker se nitrati popolnoma raztopijo v vodi, jih posledično pogosto uporabljamo kot indikator kvalitete vode. Ob razpadu oziroma razkroju so nitrati popolnoma normalen kemijski produkt. Na kvaliteto vode tako lahko vpliva podtalna voda nad katero je veliko gnijočih sistemov, saj ostanki razkroja odtekajo v vodo. Jezera, ki se napajajo s podzemno vodo, so na ta način pogosto onesnažena z nitrati. Učinki na človeka: 9
Nitratom smo izpostavljeni preko hrane in vode. Nahajajo se lahko v sadju in zelenjavi (rdeča pesa, zelena solata, redkev, špinača). V telesu se reducirajo na nitrite in lahko povzročijo oksidacijo hemoglobina, kar je posebej nevarno za dojenčke do starosti 6 mesecev. Bolj ogrožene so še nosečnice in ljudje, katerim primanjkuje določenih encimov. V Pravilniku o pitni vodi (Ur.l. RS št.:19/04 in 35/04) so nitrati in nitriti uvrščeni v Prilogo 1, del B med kemijske parametre. Mejna vrednost je 50 mg/l za nitrat (NO3-) in 0,50 mg/l za nitrit (NO2-). V večini držav pa je mejna vrednost nitrata omejena na 10 mg/l. Pitna voda s koncentracijami nitratov nad vrednostjo 50 mg/l predstavlja zdravstveni problem za dojenčke, nosečnice in doječe matere. Uživanje take vode zanje ni primerno in je potrebna omejitev uporabe. Prekuhavanje vode nitratov ne uniči, zaradi izhlapevanja vode se njihova koncentracija lahko celo poviša. (Povzeto po: Nitrat (b.d.). Pridobljeno s: http://sl.wikipedia.org/wiki/nitrat) 10
Naloge učencev I. DEL Vprašanja za utrjevanje znanja Ključna vprašanja 1. Kaj vse vpliva na probleme s pitno vodo po svetu in v Sloveniji? 2. Kakšen je namen nitratne direktive, ki se v Sloveniji uporablja od leta 2004? 3. Kaj vpliva na koncentracijo nitratov v vodah na posameznih območjih? 4. Kolikšna je najvišja še dovoljena vsebnost nitratov na liter vode in za koga vse lahko presežena vrednost predstavlja zdravstveni problem? 5. Kaj nitrati v vodi lahko povzročijo organizmom, ki tam živijo? 6. Kaj nitrati, ki jih zaužije človek, lahko povzročijo človeškemu telesu? 7. Ali lahko nitrate s prekuhavanjem vode uničimo? 11
Naloge za vajo 1. Nariši formulo za vodo. Iz katerih elementov je sestavljena? 2. Kateri so glavni onesnaževalci vode? 3. Kaj lahko za vodo naredimo kot posamezniki? II. DEL Ali razumem 1. Ali si kdaj v lastnem okolju zasledil problem onesnaženosti vode? 2. Kako onesnaževanje vode vpliva na nas? 3. Kako bi lahko sami preverili ali je voda pitna? Je to dovolj zanesljiv način? 12
4. Kaj lahko naredimo, če opazimo velike spremembe v vonju, okusu ali barvi vode, ki teče iz pipe? 5. Zakaj misliš, da ima včasih voda vonj po kloru? 6. Vonj, okus in barva so indikatorski parametri, ki jih določamo v pitni vodi, obstajajo pa še dve vrsti parametrov. Na spletni strani http://www.ivz.si/mp.aspx?ni=115&_5_id=410&_5_action=shownewsfull#1 poišči, kateri sta še drugi dve vrsti parametrov. Kaj ti pove podatek, da v vodi prebivajo organizmi? Je ta voda pitna ali ne? Si že slišal za izraz cvetenje jezera? Kaj je to? Na spletni strani http://www.ivz.si/mp.aspx?ni=115&pi=5&_5_id=405&_5_pageindex=0&_5_group Id=245&_5_newsCategory=&_5_action=ShowNewsFull&pl=115-5.0 si poglej parametre, ki jih določamo v pitni vodi in njihove mejne vrednosti. III. DEL Katero izmed naštetih vod lahko pijemo? Utemelji zakaj. Preveri posamezno vodo. voda iz ribnika voda iz pipe 13
ustekleničena voda voda iz akvarija A. PREVERJANJE ph Navodila za preverjanje ph (povzeta in prevedena po navodilih iz kovčka Compact Laboratory for water testing): 1. Speri 2 testni posodici. 2. V vsako testno posodico s plastično brizgalko odmeri 5 ml vode. 3. Eno testno posodico daj na zgornjo polovico držala. V to posodico NE dodajaj nobenega reagenta. 4. Druga testna posodica je namenjena merjenju vzorca. Vanjo odmeri dve kapljici ph-1, zapri posodico in rahlo premešaj. 5. Drugo testno posodico (z reagentom) daj v spodnjo polovico primerjalnega držala. Držalo daj na kartonček z barvno lestvico. Vzorec z reagentom postavi na neobarvani del, špičasta konica primerjalnega držala pa naj kaže na numerično vrednost. 6. Odpri testni posodici in premakni primerjalno držalo po barvni lestvici, da najdeš ujemajočo barvo na lestvici. Posodici pri tem opazuj od zgoraj. 7. Preberi numerično vrednost, na katero kaže špičasta konica primerjalnega držala, oziroma oceni vmesno vrednost. Rezultate vpiši v spodnjo razpredelnico. B. PREVERJANJE DRUGIH PARAMETROV S pomočjo navodil iz kovčka (Compact Laboratory for Water testing) poskusi preveriti še naslednje parametre: nitrati, nitriti in trdota vode. Rezultate primerjaj z mejnimi vrednostmi, ki so določene v Pravilniku o pitni vodi. 14
voda/snovi ph nitrati (NO3) nitriti (NO2) trdota vode voda iz ribnika voda iz pipe ustekleničena voda voda iz akvarija MEJNE VREDNOSTI Kaj ugotoviš? 15
Kakšno vodo lahko pijemo? Navodila za učitelja Glavni namen vseh PROFILES modulov je, da se učenje začne na način, ki spodbudi interes učencev za učenje vsebine. To predstavlja takoimenovani scenarij, ki je na začetku modula zapisan kot zgodba v socio-naravoslovnem kontekstu, ki poleg motivacijske vloge predstavlja tudi možnosti ugotavljanja dejanskega predhodnega znanja učencev in tudi sproži razpravo o tem, katero dodatno naravoslovno znanje je potrebno za nadalnjo diskusijo o problemu in za njegovo rešitev. Nadaljnja razprava o scenariju je ključna komponenta PROFILES stretegije poučevanja, saj predstavlja uvod v "IL" in "ES" v akronimu PROFILES. Prvi predstavlja učenje z raziskovanjem, in drugi širše učenje o določenem problemu, ki izhaja iz doseganja ciljev izobraževanja (glej učne rezultate). Že definicija učnenja z raziskovanjem vključuje dejstvo, da so učenci aktivni pri izgradnji svojega znanja. Takšen pristop zahteva nek "sprožilec", da steče raziskovanje in je v večini primerov raziskovalno vprašanje (ali vprašanja), ki jih v najboljših primerih učenci sami postavijo. Raziskovalno vprašanje nato vodi raziskovalno učenje. Raziskovalno učenje omogoča učencem, da naprej razmišljajo o rešitvah problema in pridobivanju podatkov s prve roke, kot je eksperimentiranje, in s tem pridobivanje procesnih spretnosti, ali zbiranje podatkov z druge roke, kot so različni viri. Rezultat teh dejavnosti je razlaga pridobljenih podatkov, zato, da se pridobi rešitev naravoslovnega problema. V tem učnem modulu, predstavlja uvod (socio-naravoslovni scenarij) zgodba, ki pripoveduje o dečku Petru, ki se z dedkom pogovarja o gnojenju v kmetijstvu in pranju pripomočkov, ki se pri tem opravilu uporabljajo, kar v bližnjem potoku. Zakaj je prekomerno gnojenje lahko škodljivo? Katere snovi lahko pridejo v vodo? To je le nekaj vprašanj, ki jih lahko sproži scenarij in bi omogočala pričetek razprave med učenci (priporočeno je, da se ta del učnega modula izvede v skupinah po štiri učence). Učitelj seveda vodi učence do učenja specifičnih naravoslovnih pojmov, kot jih predpisuje učni načrt za bilogijo in kemijo (glejte cilje učnega načrta zgoraj). Pomembno je tudi, da učitelj do določene mere preveri predhodno znanje učencev, ker lahko tako ustrezno načrtuje svoje nadaljnje delo. Predznanje tega modula naj bi bilo: Učenci: (1) razumejo, da biotsko pestrost ohranjamo z neposrednim varovanjem vse narave in biosfere nasploh, pri tem pa ima človek pomembno vlogo; (2) znajo ugotoviti lastnosti pitne vode in pojasniti nevarnosti pitja onesnažene vode; (3) znajo pojasniti razlike med površinskimi vodami in podtalnico; 16
(4) znajo razložiti pomen podtalnice kot vira pitne vode; (5) znajo utemeljiti pomen vode za življenje ter pojasniti posledice omejenosti vodnih zalog; (6) znajo prepoznati in opisati onesnaževalce površinskih in podzemnih voda in opisati posledice teh ravnanj; (7) znajo pojasniti pomen varovanja voda. Glede na zgoraj navedeno drži, da ima socio-naravoslovni scenarij velik pomen pri uvajanju nadaljnjega učenja specifične naravoslovne vsebine modula, ki je v PROFILES modulih, doseženo s pristopom učenja z raziskovanjem. Za to je (so) potrebno(na) raziskovalna vprašanje(a), ki nastanejo na osnovi razprav učencev o socionaravoslovnem scenariju ali jih poda učitelj, če so učenci pri snovanju raziskovalnih vprašanj manj uspešni. V tem modulu je možno posataviti nekaj raziskovalnih vprašanj, kot na primer: 1. Kaj so nitrati? 2. Zakaj so nitrati nevarni za človeka? 3. Ali obstajajo v vodi še kakšne druge snovi, ki so nevarne za človeka? 4. Zakaj je prekomerno gnojenje škodljivo? Po opredelitvi raziskovalnih vprašanj, je v naslednjem koraku potrebno zasnovati raziskavo. Glede na vprašanja, moramo premisliti o vsebini vprašanja in kako je mogoče opraviti meritve. Glede na tip modula, ki je strukturiran tako, da se lahko učenci učijo sodelovalno, brez obsežnega vodenja učitelja, je priporočljivo, da se izvede pouk kot skupinsko delo. Delo v skupini naj bo načrtovano in vodeno s strani učencev. Po končanem skupinskem delu naj učenci poročajo o svojih rešitvah pridobljenih z raziskovanjem. Ključna tema raziskovalnega dela je onesnaženost pitne vode. Vprašanja, ki vodijo učenje in so vključena v besedilo, ki ga imajo na voljo učenci, so načrtovana tako, da vodijo razmišljanje učencev v tej smeri. Z učenjem z raziskovanjem, se pričakuje, da bodo učenci pridobili znanje o tem, kakšno vodo lahko pijejo in kaj vpliva na onesnaženost vode. Besedilo v zvezi z vsebino modula je vključeno tudi v navodila za učitelja, in sicer v učiteljeve zapiske, kjer je podan tudi slikovni material, ki ga lahko učitelj uporabi, če želi. Podane so tudi nekatere spletne strani, kjer lahko učenci najdejo več informacij o tej temi. Predstavljene so predvsem vsebine: vpliv človeka na biotske sisteme; okolje lahko vsebuje snovi, ki so škodljive za človeka in druge organizme; 17
pomen trajnostnega razvoja; ph-lestvica za določanje bazičnosti in kislosti vode; razumevanje pojmov: raztopina, topnost snovi, koncentracija; uporaba eksperimentalno-raziskovalnega pristopa; uporaba podatkov iz različnih virov. Na koncu učenja z raziskovanjem, kjer se medsebojno povežejo obravnavani pojmi, ki sestavljajo obravnavano temo o onesnaženju voda še ni konec aktivnosti učencev. Pomemben zaključek modula je vprašanje v naslovu, ki ga je potrebno obravnavati, tako da učenci utrdijo, ne le naučeno s sodelovanjem v razpravi v skupini, ampak tudi razvijejo sposobnosti sklepanja in argumentiranja. Rezultat učenja s PROFILES modulom je sprejetje odločitve oz. soglasja, na ravni posameznika, skupine in na koncu tudi razreda glede socio-naravoslovnega problema, ki ga je postavilo naslovno vprašanje in scenarij modula. Učni cilji posamezne učne ure Modul je oblikovan za naravoslovni dan in obsega 5 šolskih ur. Prvi dve uri sta namenjeni spoznavanju vode, snovi v njej, tretja in četrta ura sta namenjeni eksperimentalnemu delu, peta učna ura pa poročanju in diskusiji. Učni cilji prve učne ure Učenci: razumejo, da je voda topilo, v katerem se raztapljajo različne snovi, zaradi česar lahko pride do onesnaženosti vode; ovrednotijo ravnanje ljudi, ki vpliva na biotske sisteme v svojem okolju (ločevanje odpadkov, varčevanje z vodo, uporaba gnojil v kmetijstvu, uporaba prevoznih sredstev idr.). Učni cilj druge učne ure Učenci uporabijo znanje o skrbi za okolje v vsakdanjem življenju in aktivno sodelujejo pri okoljskih akcijah v lastnem okolju (čistilne akcije ipd.). Učni cilji tretje učne ure Učenci: pri eksperimentalnem delu določijo katera snov je topilo, topljenec, raztopina in odčitajo koncentracijo; na konkretnem primeru preverijo ali vzorec vode ustreza standardom pitne vode. 18
Učni cilji četrte učne ure Učenci: s pomočjo angleških navodil izvedejo poskus; pri poskusu pokažejo svoje znanje o ravnanju z jedkimi snovmi; na podlagi Pravilnika o pitni vodi preverijo ustreznost pitnosti vode določenega vzorca glede na ph. Učni cilji pete učne ure Učenci: predstavijo pridobljene rezultate; argumentirajo, kaj pomenijo dobljene vrednosti in jih primerjajo z mejnimi vrednostmi; odgovorijo na uvodno vprašanje, svoj odgovor natančno utemeljijo. Doseganje zastavljenih kompetenc Kompetenca 1. Spretnosti raziskovalnega dela. 2. Komunikacijske (pisne, govorne) spretnosti. 3. Sposobnosti odločanja in argumentacije odločitev. Kompetenca je dosežena s/z... izvajanjem poskusa s kovčkom Compact Laboratory for water testing poročanjem in razlago rezultatov pridobljenih pri poskus izvajanjem poskusa (določanje vrednosti pri kolorimetričnih metodah) 4. razumeti problematiko pitnih voda branjem članka o nitratih v pitni vodi, raziskovanjem literature o tej problematiki 5. razumeti vpliv kmetijstva in drugih procesov na vodo 6. razumeti negativne vplive onesnaženosti na človeka 19 ozaveščanjem kaj se dogaja v njihovem domačem okolju, raziskovanjem literature o tej problematiki spoznavanjem teme, raziskovanjem literature o tej problematiki
»Kakšno vodo lahko pijemo?«predlogi ocenjevanja Učitelj lahko preveri in oceni znanje učencev na različne načine. Pri tem lahko učitelj izbere in uporabi različne pristope v različnih učnih urah izvedbe modula v skladu s tem, kateri pristop se mu zdi najbolj primeren (A-C del). Pomembno je, da so to le predlogi za vrednotenje znanja in da učitelj izbere tiste, za katere meni, da so v dani situaciji najbolj smiselni. V delu A se vrednotijo razvite spretnosti učencev. Del B temelji na vrednotenju posameznih doseženih kompetenc v vsaki učni uri uporabe modula, del C pa podaja vrednotenje pisnih izdelkov ter procesov v skupini, ki jih učitelj opazuje. Vse dele lahko učitelj poljudno kombinira in jih uporabi za formativno oceno. Preverjanje in ocenjevanje znanja lahko poteka: 1. med poročanjem skupin na koncu skupinskega dela, kjer lahko ocenimo napredek posamezne skupine, 2. z ustnim preverjanjem znanja, kjer lahko posamezne učence vprašamo, da razložijo posamezne pojme ter na osnovi ustnega izražanja ocenimo njihovo razumevanje (v pomoč so nam lahko vprašanja iz učnega modula), 3. s pisnim preverjanjem in ocenjevanjem znanja, kjer morajo učenci ne le rešiti naloge objektivnega tipa, ampak tudi naloge, kjer zapišejo svoje razumevanje pojmov in argumentacije reševanja problemov, kar omogoča ugotavljanje razumevanja pojmov na višjih kognitivnih ravneh. Učitelj lahko dosežke učencev beleži na različne načine, lahko uporablja lestvico ocen, 1 = nezadostno; 2 = zadostno; 3 = dobro; 4 = prav dobro ; 5 = odlično. Učitelj lahko uporabi tudi tri- točkovne lestvice; na primer x niso niti minimalno dosežene kompetence, = minimalno dosežene kompetence in = ustrezno dosežene (več kot predvideno/pričakovano (na primer: biti kreativen, neodvisno mišljenje/razmišljanje, ki kaže pobude, itd.) Z numeričnimi ali drugimi ocenami lahko učitelj poda ali opiše opombe za celotno skupino ali posameznega učenca. Sumativne strategije vrednotenja niso prikazane, vendar bi se lahko nanašale na ustno vrednotenje in/ali s pisnimi preizkusi znanja. Primere vprašanj tudi za sumativno ocenjevanje na koncu šolskega leta je mogoče povzeti in adaptirati iz seznama vprašanj pod delom B, seveda pa lahko učitelj sam tvori tovrstna vprašanja iz vsebine modula. Da učitelj zasleduje učenčeve uspehe pri uporabi modula pa lahko pred uporabo modula pri 20
pouku rešijo učenci pred-preizkus znanja in nato po uporabi modula še po-preizkus znanja. Na tak način lahko učitelj do določene mere spremlja učinke uporabe modulov pri pouku. A del Ocena zahtevanih spretnosti učencev Spretnosti Ocena 1-5 / opis / zaznamek Socialne vrednote Zmožnost razdeljevanja nalog znotraj skupine Zmožnost oblikovanja timskega dela Zmožnost smiselnega argumentiranja v skupinski diskusiji Osebne spretnosti Zmožnost sodelovanja v procesu učenja Zmožnost kritičnega mišljenja Ustvarjalne zmožnosti Zmožnost predstavitve na zanimiv način Zmožnost samozavesti med predstavitvijo Zmožnost predstavitve dobljenih rezultatov v razredu Zmožnost spraševanja in izražanja osebnega mnenja Uporabljanje znanstvenih metod dela Zmožnost določitve namena obravnavanega dela Zmožnost uporabe različnih virov za pridobivanje informacij Sposobnost oblikovanja različnih stališč do obravnavanega dela Zmožnost priprave ustreznega delovnega načrta Zmožnost analize zbranih podatkov 21
Zmožnost oblikovanja sklepov 22
B del Ocena pridobljena med učnimi urami ali na končnem ustnem ali pisnem preizkusu znanja 1 2 1. učna ura Dimenzija Razumejo, da je voda topilo, v katerem se raztapljajo različne snovi, zaradi česar lahko pride do onesnaženosti vode. Ovrednotijo ravnanje ljudi, ki vpliva na biotske sisteme v svojem okolju (ločevanje odpadkov, varčevanje z vodo, uporaba gnojil v kmetijstvu, uporaba prevoznih sredstev idr.) Predlagan kriterij/kompetence za vrednotenje; Učenci: povedo, da voda, ki je topilo, raztaplja različne snovi (med drugim tudi nevarne snovi), posledično v vodo zahajajo različna onesnaževala. povedo primer iz vsakdanjega življenja, kako ljudje z določenim ravnanjem vplivajo na onesnaževanje okolja. Ocena 1-5 / opis / zaznamek Predlogi nalog: 1. Pojasni, kako različna onesnaževala pridejo v vodo in jo s tem onesnažijo! Voda je topilo, ki na svoji poti naleti na različne snovi (delci, trdne snovi, tekočine, plini). Te snovi raztaplja in jih prenaša s seboj. Na ta način razširja tudi nevarne kemikalije, radioaktivne snovi, mikroorganizme. 2. Zapiši primer iz vsakdanjega življenja, kako ljudje z določenim ravnanjem onesnažujejo okolje in nato še primer, kako ljudje z določenim ravnanjem skrbijo za okolje! Primer 1: Umetno gnojenje po poljih, kar povzroča spiranje teh snovi v podtalnico. Primer 2: Zbiranje deževnice za zalivanje vrtov. 2. učna ura Dimenzija Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: 1 Uporabijo znanje o Zbirajo deževnico in z njo zalivajo 23 Ocena 1-5 / opis / zaznamek
skrbi za okolje v vsakdanjem življenju in aktivno sodulujejo pri okoljskih akcijah v lastnem okolju (čistilne akcije ipd.). rože, pipo iz katere kaplja zaprejo, če pa se ne da, o tem poročajo hišniku, vode ne uporabljajo po nepotrebnem... Predlogi nalog: 1. Izberi si situacijo iz vsakdanjega življenja (npr. kako se zjutraj pripraviš za šolo) in jo opiši. Pri tem upoštevaj skrb za okolje! Primer: Ko se zbudim grem v kopalnico. Umijem si obraz, pipo takoj zaprem, da voda ne teče po nepotrebnem. Pri umivanju zob sem pozoren, da med ščetkanjem zaprem pipo... 1 2 3. učna ura Dimenzija Pri eksperimentalnem delu določijo katera snov je topilo, topljenec, raztopina in odčitajo koncentracijo. Na konkretnem primeru preverijo ali vzorec vode ustreza standardom pitne vode. Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Učenci povedo, da je voda topilo, snov, katere koncentracijo določajo, je topljenec, njuna zmes pa se skupaj imenuje raztopina. Na barvni lestvici/titrimetrični brizgalki odčitajo koncentracijo. Učenci dobljene rezultate primerjajo z mejnimi vrednostmi, ki jih poiščejo v Pravilniku o pitni vodi, nato pa povedo, ali je vzorec vode glede na dan parameter primeren za pitje ali ne. Ocena 1-5 / opis / zaznamek Predlogi nalog: 1. Izvedli smo poskus. Vzorcu vode smo dodali sadni sirup. Poveži. voda topljenec sadni sirup topilo sok raztopina 4. učna ura Dimenzija Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: 1 S pomočjo Učenci samostojno preberejo 24 Ocena 1-5 / opis / zaznamek
2 3 angleških navodil izvedejo poskus. Pri poskusu pokažejo svoje znanje o ravnanju z jedkimi snovmi. Na podlagi Pravilnika o pitni vodi preverijo ustreznost pitnosti vode določenega vzorca glede na ph. navodila, neznane besede poiščejo v slovarju, nato pa samostojno po navodilih izvedejo poskus. Pri poskusu učenci nosijo varovalno haljo in uporabljajo zaščitne rokavice. Učenci dobljene rezultate primerjajo z mejnimi vrednostmi, ki jih poiščejo v Pravilniku o pitni vodi, nato pa povedo, ali je vzorec vode glede na dan parameter primeren za pitje ali ne. Predlogi nalog: 1. Kaj je potrebno upoštevati pri delu z jedkimi snovmi? Pri delu z jedkimi snovmi je potrebno nositi zaščitno haljo,zaščitna očala in rokavice. 2. Preberi navodilo in reši nalogo: primer kratke kemijske naloge v angleščini. How To Do a Vinegar & Baking Soda Foam Fight Difficulty: Easy Time Required: Mere Minutes Here's How: 1. First, you need bottles for everyone. The classic 2-liter bottle is nice because it's compressible and holds a large volume. Gatorade bottles are also good because they have wide mouths, so it's easier to recharge the bottle. 2. Fill each bottle most of the way full of warm water and add a squirt of dishwashing detergent. 3. Gather the rest of the materials you will need: lots of vinegar and baking soda and food coloring if you want colored bubbles. Be advised: adding food coloring could result in staining of clothing and other surfaces. 4. Add some baking soda to the bottle (couple of tablespoons or so). Put your hand over the bottle opening and shake it up to get the detergent water all sudsy. Drip a bit of food coloring onto the suds. 5. Note: if you add the food coloring before shaking the detergent water, then the dye will go into the water and the bubbles will be clear. If you add the coloring just prior 25
to adding the vinegar then the bubbles will be deeply colored (which also increases the staining potential). 6. Pour in some vinegar. This starts the reaction. Feel free to give the bottle a little squeeze to help things along. Do NOT seal the bottle with a cap or lid. That basically makes a baking soda bomb, which is dangerous. 7. You can recharge the reaction with more baking soda and then more vinegar. If at any time you feel like shaking up the bottle only do this with your hand over the opening and never cap or seal the bottle. 8. The foam fight part most people figure out on their own. Have fun! Tips: 1. Avoid getting the mixture into your eyes or mouth. If eye contact occurs, rinse the solution out. Don't drink the contents of the foam fight bottle. 2. Avoid contact with unreacted vinegar or undiluted dishwashing detergent. Both can irritate skin and mucous membranes. What You Need: empty compressible plastic bottle - no lids water diswashing detergent baking soda vinegar food coloring (optional) (vir: Anne Marie Helmenstine, b.d.) 1 2 3 5. učna ura Dimenzija Predstavijo pridobljene rezultate. Argumentirajo, kaj pomenijo dobljene vrednosti in jih primerjajo z mejnimi vrednostmi. Odgovorijo na uvodno vprašanje, svoj odgovor Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Učenci svoje rezultate ustno poročajo svojim sošolcem. Učenci dobljene rezultate primerjajo z mejnimi vrednostmi, ki jih poiščejo v Pravilniku o pitni vodi, nato pa povedo, ali je vzorec vode glede na dan parameter primeren za pitje ali ne. Učenci povedo, da Pravilnik o pitni vodi določa mejne vrednosti za mikrobiološke, kemijske in Ocena 1-5 / opis / zaznamek 26
natančno utemeljijo. indikatorske parametre ter da preko njega lahko potrdimo ali je voda pitna ali ne. Predlogi nalog: 1. Kaj določa, kakšno vodo lahko pijemo? Ali so vrednosti točno določene? Kakšno vodo lahko pijemo je določeno v Pravilniku o pitni vodi. V njem so zapisani parametri, ki jih določajo v pitni vodi, za te parametre pa so določene le mejne vrednosti torej, do katere vrednosti je vsebnost neke snovi dovoljena. 2. Ali je voda, ki ima vrednost nitrata 40 mg/l, pitna ali ne? Utemelji. (Pomagaj si s Pravilnikom o pitni vodi). Ta voda je pitna, saj je mejna vrednost za nitrat (NO3) 50 mg/l. C del Vrednotenje na osnovi stretegij poučevanja Vrednotenje pisnih izdelkov učencev Dimenzija Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Zasnuje načrt raziskave oz. postavi raziskovalna vprašanja in/ali pozna namen raziskave/poskusov Ocena 1-5 / opis / zaznamek 1 Napiše načrt oziroma poročilo raziskave Načrt raziskave zadošča minimalnim standardom, ki jih določi učitelj. Zna ustrezno predvidevati raziskovalne rezultate. 2 3 Zbira eksperimentalne podatke Interpretira ali izračuna iz zbranih podatkov Razvije ustrezen postopek raziskave in zna določiti katere spremenljivke je potrebno konktrolirati. Ustrezno zbere in zapiše opazovanja/podatke (npr. število opazovanj, kaj upošteva kot sprejemljivo, kako natančno so zbrani podatki, zavedanje možnih napak ). Interpretira podatke, zbrane na ustrezen način, ki ga zna upravičiti, vključno z uporabo ustreznih grafov, tabel in simbolov. 27
4 5 6 določene parametre in sklepa na njihovi osnovi Odgovarja na vprašanja Riše diagrame/ tabele/modele simbolne predstavitve. Naravoslovno ali družbenonaravoslovno mišljenje Ustrezno sklepa glede na posatavljena raziskovalna vprašanja. Zagotavlja pravilne pisne odgovore na vprašanja, podane v ustni ali pisni obliki. Ponuja dovolj podrobne odgovore, zlasti kadar je pozvan, naj poda mnenje ali odločitev. Lahko zagotovi zahtevane grafične prikaze. Je zmožen grafično predstaviti rezultate v primerno velikih grafih in s primernimi podrobnostmi. Sposoben zagotoviti popolne in ustrezne naslove za diagrami, slikam, tabelam. Izkazuje ustvarjalno mišljenje in postopke pri reševanju problemov. Poda ustrezno družbeno-naravoslovno odločitev na določeno vprašanje ali skrb, s pravilno poudarjeno naravoslovno komponento. Vrednotenje z opazovanjem 1 2 Dimenzija Deluje v skupini, med dejavnostmi in razpravo Izvedbo raziskave ali poskusa Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Prispeva k delu skupine. Sodeluje z drugimi v skupini in v celoti sodeluje pri delu skupine. Prikazuje vodstvene sposobnosti - vodi skupino z ustvarjalnim razmišljanjem in pomagati tistim, ki potrebujejo pomoč (kognitivno ali psihomotorično); povzema rezultate. Kaže toleranco do članov skupine in jih spodbuja. Razume cilje raziskave/eksperimentalnega dela in ve, kateri teste in/ali meritve je potrebno opraviti. Izvaja raziskavo/eksperimentalno delo v skladu s pripravljenimi navodili/načrtom. Ocena 1-5 / opis / zaznamek 28
Uporablja laboratorijski inventar na varen način. Do sebe in drugih deluje varno pri delu. Vzdržuje urejeno in čisto delovno površino. 29
»Kakšno vodo lahko pijemo?«zapiski učitelja V tem modulu bodo učenci spoznali pomen pitne vode za človeka. Najprej bodo učenci prebrali članek»nitrati v pitni vodi«. Na ta način naj bi spodbudili učenčevo zanimanje za spoznavanje vode, pomena pitne vode in problema onesnaženosti. V nadaljevanju učenci spoznajo nekaj pomembnih teoretičnih osnov o problematiki pitne vode po svetu in v Sloveniji, o vplivu kmetijstva in same zgradbe tal na določenem področju na kakovost vode ter o nitratih in njihovih učinkih na žive organizme. Učenci bodo preko serije vprašanj, ki se vsebinsko dopolnjujejo in kognitivno nadgrajujejo, ponavljali bistvene vsebine, pojme povezane z vodo. V zaključku bodo zasnovali serijo poskusov, s katerimi bodo ugotovili, katera voda je primerna za pitje in ali so primerjane vode ustrezne za življenje v njej. Preko tega bodo rešili problemsko nalogo, saj bodo morali uporabiti pridobljeno znanje v novi situaciji. Po končanem skupinskem učenju z uporabo učnega gradiva modula učenci s pomočjo učitelja poročajo o težavah, na katere so naleteli pri skupinskem delu. Učitelj vodi diskusijo in argumentacije skupin ter zagotovi, da vse skupine ustrezno odgovorijo na vprašanje postavljeno v naslovu, ki omogoča soočenje s socio-naravoslovnim kontekstom učnega modula. Problematika pitnih voda Po svetu poraba vode narašča. V obdobju zadnjih 100 let, se je poraba vode povečala kar za šestkrat. Posledično bo razpoložljivost vode postala v prihodnosti precej resna tema. Že v tem času ima 2.6 milijarde svetovnega prebivalstva pomanjkanje zdravstveno ustrezne pitne vode, 1.1 milijarde ljudi pa živi brez pitne vode. Iz neustrezne vode izhajajo bolezni in posledično za njimi umre 3.900 otrok. Zaradi diareje kot posledice neustrezne vode, umre 1.8 milijona ljudi po svetu v enem letu. Svetovna populacija se v tem času giblje okrog 6.6 milijard. Vsako leto lahko dodamo še 80 milijonov ljudi, ker pomeni dodatnih 64 m 3 sladke vode letno. Po ocenah naj bi bilo do leta 2025 dve tretjini svetovnega prebivalstva soočenega z resnim pomanjkanjem vode. Naraščanje števila prebivalstva, klimatske spremembe in današnji način ravnanja z vodo, lahko pripelje do velike svetovne krize. 30
Na Zemlji je 97.5% vode slane, ostane 2,5% sladke vode; od tega jo je 70% v zamrznjenem stanju. Na svetu le 10% vode uporabijo gospodinjstva, 20% jo uporabi industrija, največ, kar 70% pa kmetijstvo. Razvite industrijske države letno izpustijo 70% neprečiščenih odplak, kar 300-500 milijonov ton težkih kovin, topil, strupenega mulja itd., ki onesnažujejo vodne zaloge. Kakovost vode je pomembna ravno toliko kot njena količina v vseh državah. V Sloveniji ima velik delež prebivalstva dostop do zdravstveno ustrezne vode, le pri nekaterih manjših vodovodih se pojavijo odstopanja. Glede kemijskih parametrov (pesticidi, nitrati ) najbolj izstopa severovzhodni del Slovenije. Na kakovost vode vplivajo predvsem kmetijstvo, urbanizacija, industrija in promet. (Povzeto po: Problematika pitnih voda (b.d.).pridobljeno s: http://www.zzv-lj.si/higienain-zdravstvena-ekologija/pitna-voda/problematika-pitnih-voda) Kmetijstvo Najbolj rodovitna kmetijska tla so v Sloveniji na območjih, kjer so s stališča izpiranja nitratov podzemne vode najbolj ranljive. To so predvsem podzemne vode Krške, Dravske in Murske kotline, kjer so v podzemnih vodah opažene presežene koncentracije nitratov. Na teh območjih so tla plitva do globine 50 cm in na njih je velik delež njiv glede na strukturo tal, kar neugodno vpliva na nevarnost onesnaženja podzemnih voda z nitrati iz kmetijstva. Zaradi tega se v Sloveniji od leta 2004 izvaja nitratna direktiva, katere namen je zmanjševanje in preprečevanje nadaljnjega onesnaženja podzemnih voda z nitrati iz kmetijstva. Na koncentracijo nitratov v podzemni vodi vplivajo tudi same značilnosti tal. Kjer so tla plitva in lažja, je verjetnost izpiranja nitratov večja kot pri globljih in težjih tleh. Poleg naravnih danosti tal vplivajo na onesnaženje tudi različne dejavnosti na tem področju. Glavni vir onesnaženja podtalnice z nitrati so točkovna onesnaženja v kmetijstvu (neurejena skladišča živilskih gnojil, kanalizacija) ter razpršeno onesnaženje zaradi gnojenja z živinskimi in mineralnimi gnojili. (Povzeto po: Nitrati v podzemni vodi in kmetijstvo (2008). Pridobljeno s: http://kazalci.arso.gov.si/?data=indicator&ind_id=95) Kaj so nitrati? Anorganska kemija: So soli dušikove (V) kisline in so močni oksidanti. Organska kemija: Estri dušikove kisline in alkoholov. Nitratni ioni: NO3 - z molekulsko maso: 62,0049 g/mol, v vodi so dobro topni 31
Učinki na vodno življenje: V sladki vodi ali v sistemu rečnih ustij lahko nitrati dosežejo visoko raven, kar lahko povzroči pogin rib. Koncentracija večja od 30 ppm ovira rast, oslabi imunski sistem in povzroči stres nekaterim vrstam vodnih organizmov. Osnovni vir povečanja koncentracije nitratov v vodnih sistemih je odtekanje vode s površin, katere so prejele preveliko količino dušikovih gnojil. Ta povečana koncentracija lahko vodi do povečanega cvetenja alg (evtrofikacije) in tako pride do pomanjkanja kisika, kar povzroči spremembe v ekosistemih, ter da nekaterim skupinam organizmov prevlado na drugimi. Ker se nitrati popolnoma raztopijo v vodi, jih posledično pogosto uporabljamo kot indikator kvalitete vode. Ob razpadu oziroma razkroju so nitrati popolnoma normalen kemijski produkt. Na kvaliteto vode tako lahko vpliva podtalna voda nad katero je veliko gnijočih sistemov, saj ostanki razkroja odtekajo v vodo. Jezera, ki se napajajo s podzemno vodo, so na ta način pogosto onesnažena z nitrati. Učinki na človeka: Nitratom smo izpostavljeni preko hrane in vode. Nahajajo se lahko v sadju in zelenjavi (rdeča pesa, zelena solata, redkev, špinača). V telesu se reducirajo na nitrite in lahko povzročijo oksidacijo hemoglobina, kar je posebej nevarno za dojenčke do starosti 6 mesecev. Bolj ogrožene so še nosečnice in ljudje, katerim primanjkuje določenih encimov. V Pravilniku o pitni vodi (Ur.l. RS št.:19/04 in 35/04) so nitrati in nitriti uvrščeni v Prilogo 1, del B med kemijske parametre. Mejna vrednost je 50 mg/l za nitrat (NO3-) in 0,50 mg/l za nitrit (NO2-). V večini držav pa je mejna vrednost nitrata omejena na 10 mg/l. Pitna voda s koncentracijami nitratov nad vrednostjo 50 mg/l predstavlja zdravstveni problem za dojenčke, nosečnice in doječe matere. Uživanje take vode zanje ni primerno in je potrebna omejitev uporabe. Prekuhavanje vode nitratov ne uniči, zaradi izhlapevanja vode se njihova koncentracija lahko celo poviša. 32
(Povzeto po: Nitrat (b.d.). Pridobljeno s: http://sl.wikipedia.org/wiki/nitrat) Evtrofikacija Do evtrofikacije pride zaradi povečane koncentracije anorganskih hranil, kot so na primer nitrati ali fosfati, v ekosistemu. Ta pojav je opazen predvsem na območjih z gosto poseljenostjo in intenzivnim kmetijstvom, saj je pogosto posledica vnašanja odpadnih voda v naravno okolje, lahko pa je tudi posledica naravnih procesov. Pri tem procesu se poveča količina biomase v vodi. Najočitneje to opazimo v stoječih ali počasi tekočih vodah, saj tam te snovi zastajajo. Zaradi povečanja hranilnih snovi se tudi alge hitreje razmnožijo, te pa potem prerastejo površino jezera. To se imenuje cvetenje voda. Alge pa tudi množično odmirajo, zaradi njihove bakterijske razgradnje pa se porablja kisik. Posledično pride do znižane koncentracije kisika v vodi, kar pa ne ustreza tudi drugim organizmom. (Povzeto po: Evtrofikacija (b.d.). Pridobljeno s: http://sl.wikipedia.org/wiki/evtrofikacija) OCENJEVANJE KAKOVOSTI VODE ph nam pove, do katere stopnje je vodna raztopina kisla ali bazična (Compact Laboratory for water testing, b.d.). RAZTOPINA ph H + KONCENTRACIJA V MOL/L Kisla < 7 > 10-7 - zelo kisla 0-3 - šibko kisla 3-7 Nevtralna 7 10-7 (H + koncentracija = OH - koncentracija) Bazična >7 < 10-7 - šibko bazična 7-11 - zelo bazična 11-14 (vir: Compact Laboratory for water testing, b.d., str. 4) TRDOTA VODE "Trdoto vode povzročajo soli alkalnih zemeljskih kovin kalcija, magnezija, stroncija in barija. Ker se stroncij in barij navadno pojavljata v vodi le v sledeh, je trdota definirana 33
kot vsebina v vodi iz kalcijevih ionov (Ca 2+ ) in magnezijevih ionov (Mg 2+ ) v mmol/l" (Compact Laboratory for water testing,b.d., str. 4). Trdota vode: se meri v nemških trdotnih stopinjah 1 d = 10 mg/l CaO (Compact Laboratory for water testing, b.d.) 0-4 N = zelo mehka voda 4-8 N = mehka voda 8-12 N = srednje trda voda 12-18 N = dokaj trda voda 18-30 N = trda voda nad 30 N = zelo trda voda. (Unuk, Hanželič, b.d. pridobljeno s http://www.naturesclassroom.si/09/pdf/problemskenalogepp/problemska_naloga_kemijs ka_analiza_vode_darja_hanselic_irena%20_unuk.pdf) SPLOŠEN OPIS METOD ZA OCENJEVANJE VODE Kolorimetrične metode - pri teh metodah vzorcu vode dodamo reagent, ki povzroči reakcijo s tisto snovjo, ki jo določamo. Barvo vzorca, ki nastane, nato primerjamo z barvno lestvco. Vsako barvno polje pomeni določeno koncentracijo (Compact Laboratory for water testing, b.d). Titrimetrične metode - Vzorcu vode najprej dodamo indikator, nato pa po kapljicah dodamo raztopino reagenta, ki reagira s snovjo, ki jo določamo. Indikator spremeni barvo, ko celotna snov, ki jo določamo, reagira. Volumen raztopine reagenta, ki je potreben za spremembo barve, je sorazmeren z vsebnostjo omenjene snovi v vzorcu. Zato je lahko vsebino določimo direktno iz skale na pipeti (Compact Laboratory for water testing, b.d.). Organoleptične lastnosti: - ocena barve: barvo vode ocenimo tako, da pogledamo v čašo z vodo, ki smo jo postavili na belo podlago. Barva vode je lahko prozorna, komaj opazno rumena ali rumena. - ocena bistrosti: bistrost vode ocenimo tako, da pogledamo v čašo z vzorcem, ki smo jo prav tako postavili na belo podlago. Voda je lahko bistra, komaj opazno motna, motna, ali pa so v njej vidni trdni delci. 34
- ocena vonja: oceno vonja vode naredimo tako, da vodo zapremo v manjšo steklenico, jo dobro pretresemo in povohamo. Ugotovimo lahko, da voda nima vonja, ima zelo slab vonj, nedefiniran vonj, slab vonj...) Kemijska analiza vode: Opravimo jo lahko s pomočjo VISOCOLOR KOVČKA za analizo vode, tako da sledimo priloženim navodilom. Merimo prisotnost amonijaka, nitratov, nitritov, fosfatov, ph, karbonatno in nekarbonatno trdoto. Na popisnem listu imamo tudi mejne dovoljene količine za posamezne snovi. Povečana količina amonijevih, nitratnih, nitritnih in fosfatnih ionov je lahko posledica prekomerne uporabe gnojil ali odplak iz naselij, povečana količina železa pa lahko kaže na prisotnost industrije. Karbonatna trdota vode predstavlja raztopljene soli kalcijevega in magnezijevega hidrogen-karbonata, nekarbonatna pa še drugih ionov (železovih, sulfatnih, kloridnih...) (Unuk, Hanželič, b.d. pridobljeno s http://www.naturesclassroom.si/09/pdf/problemskenalogepp/problemska_naloga_kemijs ka_analiza_vode_darja_hanselic_irena%20_unuk.pdf) Nitrati NO3+ Povečanje nitratov pomeni, da voda odteka s površin, ki so prejela prevelike količine dušikovih gnojil. To pogosto vodi do pojava cvetenja alg, kar pa privede do pomanjkanja kisika v vodnem sistemu. Mejna vrednost je 50 mg/l, merilno območje: 1 90 mg/l NO3+. Nitriti NO2- Nitritni ioni so strupeni za vsa živa bitja in povzročajo rakava obolenja. Mejna vrednost je 0,50 mg/l oziroma 0,10 mg/l v pitni vodi. Merilno območje: 0,02 0,5 mg/l NO2-. Navodila in opozorila pri pripravi materiala za eksperimentiranje Navodila za preverjanje ph (povzeta in prevedena po navodilih iz kovčka Compact Laboratory for water testing): 1. Speri 2 testni posodici. 2. V vsako testno posodico s plastično brizgalko odmeri 5 ml vode. 3. Eno testno posodico daj na zgornjo polovico držala. V to posodico NE dodajaj nobenega reagenta. 35
4. Druga testna posodica je namenjena merjenju vzorca. Vanjo odmeri dve kapljici ph- 1, zapri posodico in rahlo premešaj. 5. Drugo testno posodico (z reagentom) daj v spodnjo polovico primerjalnega držala. Držalo daj na kartonček z barvno lestvico. Vzorec z reagentom postavi na neobarvani del, špičasta konica primerjalnega držala pa naj kaže na numerično vrednost. 6. Odpri testni posodici in premakni primerjalno držalo po barvni lestvici, da najdeš ujemajočo barvo na lestvici. Posodici pri tem opazuj od zgoraj. 7. Preberi numerično vrednost, na katero kaže špičasta konica primerjalnega držala, oziroma oceni vmesno vrednost. S pomočjo navodil iz kovčka poskusi učenec sam preveriti še naslednje parametre: nitrati, nitriti in trdota vode. Rezultate primerja z mejnimi vrednostmi, ki so določene v Pravilniku o pitni vodi. Kakšne so njihove ugotovitve? Posebno pozornost je potrebno nameniti rokovanju z vsebino kovčka. Učenci morajo dosledno upoštevati navodila, ki so priložena v kovčku. Gre za upoštevanje same priprave raztopine-prave količine, mešanja le te, upoštevanje časovnih omejitev, uporabe pripomočkov, snovi. Posebno pozornost je potrebno nameniti tudi rokovanju z jedkimi snovmi, ki so v kovčku. Učenci morajo imeti pri poskusih zaščitne halje, zaščitna očala in rokavice. Rešitve nalog z delovnega lista za učence Ključna vprašanja 1. Kaj vse vpliva na probleme s pitno vodo po svetu in v Sloveniji? Naraščanje števila prebivalstva, klimatske spremembe, način ravnanja z vodo, kmetijstvo, urbanizacija, industrija, promet. 2. Kakšen je namen nitratne direktive, ki se v Sloveniji uporablja od leta 2004? Zmanjševanje in preprečevanje nadaljnjega onesnaženja podzemnih voda z nitrati iz kmetijstva. 3. Kaj vpliva na koncentracijo nitratov v vodah na posameznih območjih? Kmetijstvo-točkovna onesnaženja in razpršeno onesnaženje, značilnosti tal. 4. Kolikšna je najvišja še dovoljena vsebnost nitratov na liter vode in za koga vse lahko presežena vrednost predstavlja zdravstveni problem? 0,50 mg/l. Presežena vrednost je nevarna za dojenčke do starosti 6 mesecev, nosečnice in ljudi, katerim primanjkuje določenih encimov. 5. Kaj nitrati v vodi lahko povzročijo organizmom, ki tam živijo? 36
Povzročijo lahko pogin rib. Organizmom oslabi imunski sistem, jim povzroči stres. Povečana koncentracija lahko povzroči evtrofikacijo, kar povzroči pomanjkanje kisika sprememba v ekosistemih, nekatere skupine organizmov prevladajo. 6. Kaj nitrati, ki jih zaužije človek, lahko povzročijo človeškemu telesu? V telesu se reducirajo v nitrite, kar lahko povzroči oksidacijo hemoglobina. 7. Ali lahko nitrate s prekuhavanjem vode uničimo? Ne, koncentracija se lahko celo poviša. Naloge za vajo 8. Nariši formulo za vodo. Iz katerih elementov je sestavljena? H2O, H-vodik (2 atoma vodika), O-kisik 9. Kateri so glavni onesnaževalci vode? Kmetijstvo, urbanizacija, promet. 10. Kaj lahko za vodo naredimo kot posamezniki? Ščetkanje zob pri zaprti pipi, vodo s katero operemo zelenjavo lahko porabimo za zalivanje rož, pipe iz katerih kaplja zapremo oziroma popravimo, zbiramo deževnico in z njo zalivamo vrt, uporabljamo čistilna sredstva brez fosfatov (Problematika pitnih voda, b.d.) Ali razumem? 11. Ali si kdaj v lastnem okolju zasledil problem onesnaženosti vode? 12. Kako onesnaževanje vode vpliva na nas? Voda je topilo, ki na svoji poti naleti na različne snovi (delci, trdne snovi, tekočine, plini). Te snovi raztaplja in jih prenaša s seboj. Na ta način razširja tudi nevarne kemikalije, radioaktivne snovi, mikroorganizme. Onesnaževala v vodi pa na nas delujejo na različne načine in tudi učinki so različni. Odvisno od posameznika, delež vnosa snovi z vodo, vrste povzročitelja,...snovi ali pa mikroorganizme, ki so v vodi lahko prejmemo skozi prebavila, lahko pa tudi skozi kožo, sluznico, dihala (Pogosta vprašanja o pitni vodi, 2010). 13. Kako bi lahko sami preverili ali je voda pitna? Je to dovolj zanesljiv način? O pitnosti vode lahko predvidevamo tako, da pri tem uporabimo svoje čute - okus, vonj, vid. Vendar pa so okus, vonj in barva zgolj indikatorski parametri, kar pomeni, da moramo za natančnejše preverjanje kakovosti vode uporabiti teste (Parametri, ki jih določamo v pitni vodi, 2011). 14. Kaj lahko naredimo, če opazimo velike spremembe v vonju, okusu ali barvi vode, ki teče iz pipe? 37
Spremembi vonja, okusa ali barve je potrebno najti vzrok. Dokler ta ni znan, ta voda ni primerna za pitje (Opisi indikatorskih parametrov, ki jih najdemo v pitni vodi: priloga I pravilnika o pitni vodi, del c, indikatorski parametri (Ur. l. rs št. 19/2004, 35/2004, 26/2006, 92/2006)). Spremebe lahko javimo inšpektoratu Republike Slovenije za kmetijstvo in okolje, lokalnemu vodovodu 15. Zakaj misliš, da ima včasih voda vonj po kloru? Ker ta postopek uporabljajo zato, da bi uničili bakterije in nekatere viruse. Postopek kloriranja je namreč uporabljen za dezinfekcijo pitne vode. Če ima voda tak vonj, lahko sklepamo, da je ta voda mikrobiološko varna (Pogosta vprašanja o pitni vodi, 2010). 16. Vonj, okus in barva so indikatorski parametri, ki jih določamo v pitni vodi, obstajajo pa še dve vrsti parametrov. Na spletni strani http://www.ivz.si/mp.aspx?ni=115&_5_id=410&_5_action=shownewsfull#1 poišči, kateri sta še drugi dve vrsti parametrov. Kaj ti pove podatek, da v vodi prebivajo organizmi? Je ta voda pitna ali ne? Si že slišal za izraz cvetenje jezera? Kaj je to? Poleg indikatorskih parametrov, pitni vodi določamo še mikrobiološke in kemijske parametre. Mikrobiološki parametri nam kažejo na onesnaženost vode z mikroorganizmi (v vodi tako lahko najdemo različne mikroorganizme-bakterije, viruse, praživali, druge. Vsi pa niso škodljivi.), kemijski pa na onesnaženost s kemičnimi snovmi, ki lahko za naše zdravje predstavljajo tveganje. O pitnosti vode lahko torej sklepamo na podlagi izmerjenih rezultatov (ki jih dobimo, ko opravimo različne teste), ki jih nato primerjamo z mejnimi vrednostmi, ki so določene v Pravilniku o pitni vodi. Za indikatorske parametre mejne vrednosti niso določene glede na neposredno nevarnost za zdravje. Opozarjajo pa nas na spremembe v vodi, ki jih je potrebno raziskati (Pogosta vprašanja o pitni vodi, 2010). Na spletni strani (Parametri, ki jih določamo v pitni vodi, 2011 - glej literaturo) si poglej parametre, ki jih določamo v pitni vodi, in njihove mejne vrednosti. Cvetenje vode pomeni, da se določena populacija alg v vodi (slani ali sladki) preveč razraste. Barva vode je odvisna od vrste alg. Obarvana je lahko zeleno, rumeno-rjavo ali pa rdeče. Cvetenje je lahko škodljivo, kadar vključuje strupeni ali škodljiv fitoplankton. To negativno vpliva na ostale organizme. Temu lahko rečemo tudi evtrofikacija. Do evtrofikacije pride zaradi povečane koncentracije anorganskih hranil, kot so na primer nitrati ali fosfati, v ekosistemu. 38
To pojav je opazen predvsem na območjih z gosto poseljenostjo in intenzivnim kmetijstvom, saj je lahko pogosto posledica vnašanja odpadnih voda v naravno okolje, lahko pa je tudi posledica naravnih procesov. Pri tem procesu se poveča količina biomase v vodi. Najočitneje to lahko opazimo v stoječih ali počasi tekočih vodah, saj tam te snovi zastajajo. Zaradi povečanja hranilnih snovi se tudi alge hitreje razmnožijo, te pa potem površino jezera prerastejo. To se imenuje cvetenje voda. Alge pa tudi množično odmirajo, zaradi njihove bakterijske razgradnje pa se porablja kisik. Posledično pride do znižane koncentracije kisika v vodi, kar pa ne ustreza tudi drugim organizmom. (Povzeto po: Cvetenje voda (b.d.). Pridobljeno s: http://sl.wikipedia.org/wiki/cvetenje_voda in Evtrofikacija (b.d.). Pridobljeno s: http://sl.wikipedia.org/wiki/evtrofikacija ) Problemska naloga: 17. Eksperimentiranje: izvajanje testov za preverjanje kakovosti vode. Katero izmed naštetih vod lahko pijemo? Utemelji zakaj. Preveri posamezno vodo. voda iz ribnika pitna voda iz pipe ustekleničena voda voda iz akvarija voda/snovi ph nitrati (NO3) nitriti (NO2) trdota vode voda iz ribnika voda iz pipe ustekleničena voda voda iz akvarija MEJNE VREDNOSTI 39
Primer rezultatov eksperimentalnega dela: voda/snovi ph nitrati (NO3) nitriti (NO2) trdota vode voda iz ribnika voda iz pipe 7,5 23 mg/l 0,5 mg/l 12ᵒd ustekleničena voda voda iz akvarija MEJNE VREDNOSTI 6,5 9,5 50 mg/l 50 mg/l ni m.v.* *Trdota vode: 0-4 N = zelo mehka voda 4-8 N = mehka voda 8-12 N = srednje trda voda 12-18 N = dokaj trda voda 18-30 N = trda voda nad 30 N = zelo trda voda 1. Ugotavljanje ph 2. Ugotavljanje vsebnosti nitratov 40
3. Ugotavljanje vsebnosti nitritov 4. Trdota 41