Projekty badawcze 2018/2019
Potrzebujemy uczniów aktywnych, od wczesnych lat uczących się samodzielnie poszukiwać, po części dzięki spontanicznej aktywności własnej, po części dzięki temu co im oferujemy, takich, którzy wcześnie nauczą się mówić co jest sprawdzalne, a co po prostu pomysłem jaki przyszedł im do głowy. Jean Piaget Czego Jan może nauczyć się od Jasia czyli o korzyściach ze współpracy w ramach projektów badawczych Drodzy Pedagodzy, przypomnijcie sobie sytuacje z dzieciństwa, w których z prawdziwą przyjemnością czegoś się uczyliście? Kiedy to było? W jakich warunkach? W jakim środowisku? Co pamiętacie wyraźniej sam proces uczenia się czy poznawane treści? Co było szczególnego w tamtych sytuacjach, że do dziś wspominacie je jako przyjemne? Czy warto zadać sobie takie pytania i poświęcić chwilę na refleksję i szczerą odpowiedź? Z perspektywy nauczycielki z 32-letnim stażem, która przeżyła już kilka systemowych reform w oświacie mogę z całą pewnością powiedzieć warto! Po pierwsze, odwołanie się do własnego doświadczenia do tego co mnie dorosłą dziś motywuje, a co motywowało kiedyś, gdy byłam w wieku szkolnym bardzo wzbogaca. Pomaga zmienić perspektywę i spojrzeć na szkołę oczami dziecka. Po drugie, tak naprawdę jedynym, o co warto zabiegać, pracując w szkole, jest rozwój ucznia. Warto jak najdłużej utrzymywać jego naturalną ciekawość świata i ludzi; warto wbrew wszystkim pesymistom i ignorantom tworzyć w szkole środowisko psychospołeczne sprzyjające uczeniu się. To uczniowie mają doświadczać, przeżywać, działać, zadawać pytania. Jeśli na zajęciach panuje przyjazna atmosfera, której nie towarzyszy lęk związany z nieustannym ocenianiem wtedy dziecko uruchamia cały potencjał poznawczy. Gdy coś nas zaciekawi, rzeczywistość szkolna staje się barwna i dynamiczna. Emocje są konieczne do wyzwolenia neuroprzekaźników sprzyjających uczeniu się. Ciekawość, emocje, bezpieczeństwo, poczucie, że mamy wpływ na to, co robimy są niezbędne zarówno, kiedy uczy się Jaś, jak i Jan. Dlatego nowoczesna pedagogika kładzie akcent na metody, które angażują uczniów. Zwłaszcza takie, które zwiększają samodzielność ucznia w planowaniu i organizowaniu własnej pracy. Jednocześnie dowodzi, że uczenie się jest procesem społecznym. Realizacja projektów badawczych jest zatem doskonałą okazją, aby promować współpracę uczniowską zamiast rywalizacji; aby zapewniać uczniom warunki do twórczego działania; aby dać im sposobność doskonalenia kluczowych umiejętności stawiania pytań i hipotez, wnioskowania, uogólniania... Ważniejsze niż zapamiętywanie podręcznikowych informacji jest stawianie pytań w realnych sytuacjach, a następnie poszukiwanie odpowiedzi. Zarówno społeczna, jak i edukacyjna wartość metody badawczej w nauczaniu jest nie do przecenienia. Projekt Szkoła bliżej nauki ma wesprzeć nauczycieli w tworzeniu atrakcyjnych zajęć, którym towarzyszy przyjazna atmosfera. W drugim roku projektu będzie współpracować z Wami czworo naukowców zaangażowanych w popularyzowanie nauki, prowadzących zajęcia z młodzieżą szkolną, otwartych na kontakt ze środowiskiem pedagogicznym. Wspólnie z nimi i Waszymi uczniami zrealizujecie cztery różne projekty badawcze, będące elementem większych badań naukowych. Niezwykle wartościowy dydaktycznie jest fakt, że uczniowie doświadczą wszystkich etapów realizacji projektu we własnych szkołach nie na wycieczkach placówek badawczych. Mają możliwość rzeczywistego kontaktu z nauką, są włączeni w cały proces i nie pozostają jedynie biernymi obserwatorami pokazu. Mogą zapytać naukowca nie tylko o rzeczy związane z projektem, ale także wypytać go o jego codzienną pracę. To od uczniów zależy w dużej mierze powodzenie przedsięwzięcia, co daje im poczucie sprawstwa a to wyzwala wewnętrzną motywację, tak potrzebną do działania.
Projekty badawcze start! Tematyka projektów badawczych nawiązuje do problemów aktualnych, rzeczywistych i bliskich życia codziennego: ginące na całym świecie pszczoły oznaczają mniejsze plony, a to prowadzi do podniesienia cen jedzenia; korozja jest przyczyną wielu katastrof budowlanych; radon wdychamy każdego dnia i nie unikniemy promieniowania; zrozumienie zmian w zachowaniu pojedynczych rozwielitek to także zrozumienie różnorodności naszych potrzeb. To urealnia zadania stawiane przed uczniami. A jednocześnie realizacja każdego z czterech projektów wpisuje się w treści i cele podstawy programowej kształcenia ogólnego. Nauczyciel ma możliwość włączenia projektu badawczego do planu pracy z daną klasą, a zakres treści pozwala na interdyscyplinarne podejście do problemu. Możliwa i pożądana jest współpraca nauczycieli przedmiotów przyrodniczych, matematyki oraz informatyki. Praca z naukowcem to kolejny zaplanowany w projekcie Szkoła bliżej nauki etap. Przygotowaniem do niego były warsztaty i wizyty w Centrum Nauki Kopernik. Przez cały czas wsparciem dla Was są naukowcy, eksperci i opiekunowie. Służą radą, konsultacjami, dodatkowymi spotkaniami, a kiedy będziecie tego potrzebować pomogą w rozwiązywaniu konkretnych problemów. Warto pamiętać, że w każdej szkole działa zespół dydaktyczny. To współpracujący ze są nauczyciele oraz dyrektor, bardzo ważny w całym procesie. To on od początku do końca wspiera swoich nauczycieli, dba o dobrą atmosferę pracy, motywuje swój zespół. Zaspokaja także potrzeby nauczycieli w zakresie czasu i organizacji pracy tak, aby uczniowie mogli bez przeszkód realizować badania. Wierzymy, że realizacja projektów badawczych przyniesie ogrom satysfakcji nie tylko uczniom i nauczycielom, ale też dyrektorom szkół. To doskonała okazja do efektywnego rozwoju placówki i wkład w przygotowanie młodych ludzi do dorosłego życia. dr Joanna Alicja Stocka W każdej szkole biorącej udział w projekcie Szkoła bliżej nauki nauczyciele z uczniami zrealizują jeden z proponowanych projektów badawczych. W tym celu będą współpracować z naukowcami, którzy pewien element swoich badań chcą oddać w ręce uczniów. Grupy uczniów i nauczycieli zaplanują prace i rozdzielą zadania, ustalą sposób zbierania danych. Każdy z zespołów przeprowadzi analizę zebranych danych, opracuje wnioski z badań i przygotuje prezentację dotyczącą całego procesu realizacji projektu badawczego w szkole. Proponowane projekty badawcze są różnorodne i dotyczą różnych dziedzin nauki: chemii, fizyki i biologii, a ich realizacja wymaga niekiedy użycia narzędzi cyfrowych i matematyczno-informatycznych, a co za tym idzie aktywnego uczestnictwa i współpracy między nauczycielami różnych przedmiotów. Naukowcy i projekty badawcze: Magdalena Osial chemik. Projekt Koroduj obejmuje badanie wpływu czynników zewnętrznych na wytrzymałość metali oraz wpływ produktów korozji na wzrost roślin. Dariusz Aksamit fizyk medyczny. Projekt Radon zmierz to jest poświęcony naturalnej promieniotwórczości. Głównym zadaniem będzie zbudowanie układu do odczytu detektorów radonu i wykonanie pomiarów w domu, szkole i okolicy. Barbara Pietrzak ekolog, biolog ewolucyjny. Projekt pod nazwą Środowisko czyni zwierzę to próba odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób środowisko, np. obecność drapieżników, kształtuje zachowania rozwielitek (Daphnia). Marcin Grabowski entomolog (specjalista od owadów). Projekt M3 dla pszczoły poświęcony jest owadom i testowaniu różnych rodzajów domków dla owadów pod kątem zasiedlania ich przez zapylacze.
Koroduj Magdalena Osial Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski koroduj@kopernik.org.pl Z zawodu jestem chemikiem, z wyboru naukowcem, a z pasji popularyzatorem nauki. Udzielam się w różnych przedsięwzięciach mających na celu zainteresowanie dzieci i młodzież przedmiotami ścisłymi oraz przyszłą karierą naukowca. Przemierzając najdalsze zakątki kraju, bezustannie prowadzę warsztaty naukowe w ramach projektu Manufaktura Naukowców. Jestem pozytywnie zakręcona na punkcie nauki, swoim podejściem zarażam najmłodszych pasją do odkrywania tajemnic świata i zgłębiania wiedzy. W wolnej chwili rysuję, majsterkuję i uczę się od gry na pianinie po haft. Mam duszę włóczykija i nonkonformisty, a każdy dzień jest dla mnie nowym wyzwaniem. Ciekawość świata nie pozwala mi usiedzieć w miejscu. Koroduj Projekt zalecany dla uczniów z klas VII i VIII (klas gimnazjalnych) Projekt można zrealizować w ciągu 4 miesięcy, większość działań w budynku szkoły. Projekt dotyczy korozji obejmie badanie wpływu czynników zewnętrznych na wytrzymałość metali oraz wpływ produktów korozji na wzrost roślin.
Materiały do fotowoltaiki 2 to półprzewodniki, przewodzące elektryczność słabiej niż metale, ale mogące pochłaniać promieniowanie słoneczne. Dzięki temu można je wykorzystać do przetwarzania energii słonecznej w elektryczność. W moich badaniach sprawdzam, jak właściwości otrzymanych materiałów zmieniają się w zależności od warunków ich powstawania. Zajmuję się także materiałami, które mogą być przydatne w medycynie. Zawierają one żelazo, ięc mogą być przyciągane przez magnes. Wytwarzam je, mieszając różne związki chemiczne i otrzymuję ziarna o wielkości sto razy mniejszej niż rozmiar czerwonych krwinek we krwi. Dzięki temu nie są one atakowane przez układ odpornościowy zaraz po podaniu ich do tkanki. Do powstałych ziaren przyłączam leki przeciwnowotworowe i tak zmodyfikowane nanomateriały badam różnymi metodami, np. sprawdzam czy ziarna sklejają się, czy opadają na dno naczynia lub przenikają przez błony biologiczne, czy są bezpieczne dla organizmu Metale korodują pod wpływem różnych czynników. Już samo powietrze może wystarczyć, aby rozpoczął się proces utleniania powierzchni. Moje badania Na co dzień wytwarzam i badam nanomateriały 1, czyli materiały w rozmiarze od 1 do 100 miliardowych części metra. Materiały o tak małym rozmiarze mają inne właściwości fizykochemiczne niż te o dużych rozmiarach, np. 1 m 0.1 µm. Dzięki swoim właściwościom (np. określony kształt, struktura...) mogą być zastosowane w wielu dziedzinach życia. W swojej pracy zajmuję się dwoma rodzajami nanomateriałów: takimi, które mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach do wytwarzania elektryczności z energii słonecznej (fotowoltaika) oraz wspierającymi medycynę. 1 Nanomateriałem są na przykład włókna papieru, łuski na skrzydłach motyli czy cząsteczka cukru. Takie materiały mają unikalne własności magnetyczne. Na przykład jeśli podamy materiał bezpośrednio do tkanki nowotworowej i przyłożymy odpowiednie pole magnetyczne, to cząstka materiału rozgrzeje się, zabijając komórki raka. Łącząc ten efekt z lekami przeciwnowotworowymi, być może będzie można skuteczniej leczyć pacjentów. W obu dziedzinach fotowoltaice i medycynie otrzymane materiały mogą być odporne na środowisko, w którym się znajdują lub ulegać korozji w kontakcie z wodą, powietrzem, solami itd. Stąd moje zainteresowanie badaniami nad korozją. 2 Pod nazwą fotowoltaika kryje się bardzo prosty proces pozyskiwania energii elektrycznej ze słońca co sprawia, że jest przyjazna dla środowiska. Panele fotowoltaiczne zrobione są z krzemu, który przechwytując fotony (najmniejsze jednostki światła), wprawia w ruch elektrony, co produkuje energię elektryczną. Prąd stały płynący z paneli słonecznych do inwentera solarnego zmieniany jest na prąd zmienny, dzięki któremu działają urządzenia w domu.
Nasz wspólny projekt Korozja jest procesem stopniowego niszczenia materiału, głównie pod wpływem czynników zewnętrznych, którego nie można wyeliminować, ale daje się znacznie ograniczyć. Korozję mogą wywoływać także ropa naftowa, gazy spalinowe, a nawet gazy takie jak amoniak, dwutlenek węgla i inne związki chemiczne. Zjawisko jest powszechne i niechciane. W przypadku metali lub stopów (np. pręt stalowy), proces korozji będzie zachodził bardzo szybko pod wpływem elektrolitu (np. słonej wody). Wtedy zjawisko ma charakter elektrochemiczny, a obecność soli w wodzie przyspiesza ten proces. Korozji mogą ulegać także tworzywa sztuczne takie jak osłony do izolowania kabli, rury, uszczelki, przewody narażone na wysokie temperatury lub wysokie ciśnienie, kompozyty (np. osłony turbin w maszynach, osłony silnikowe), zawory, beton, ceramika (w osłonach do bezpieczników elektrycznych) i wiele innych, przez co zostaje osłabiona ich struktura i wytrzymałość. Projekt Koroduj ma na celu przedstawienie zjawiska korozji oraz uświadomienie, jaki wpływ mają czynniki zewnętrzne na wytrzymałość materiałów, przez szereg eksperymentów. Przeprowadzone doświadczenia ułatwią poznanie różnic pomiędzy metalami a ich położeniem w układzie okresowym pierwiastków, poznanie sposobów ochrony różnych materiałów przed korozją, zrozumienie czym jest skala ph oraz czym różnią się od siebie kwasy, zasady i sole. Uczniowie poznają procesy zachodzące dla różnych metali kiedy znajdują się one w kontakcie z wodą, słoną wodą, ziemią, betonem, pod wpływem różnych temperatur, nasłonecznienia i różnych innych czynników zewnętrznych. Doświadczenia będą podzielone na kilka części: sprawdzanie jak różne roztwory wpływają na korozję próbek metali 3, jak próbki metali ulegają korozji po umieszczeniu ich w betonie i jak obecność korodujących próbek metali w ziemi wpływa na wzrost roślin. W trakcie realizacji projektu uczniowie zaplanują eksperymenty naukowe, w których próbki różnych metali 4, będą wystawiali na działanie wielu czynników zewnętrznych, aby przyspieszyć proces korozji. Mierzony będzie odczyn ph roztworów. Przygotowane próbki metali będą ważone przed eksperymentem oraz po nim, aby sprawdzić ubytek masy i oszacować, jak bardzo uległy korozji. Dodatkowo próbki metali będą zalewane betonem przygotowanym w naczyniach jednorazowych, a beton będzie wystawiany na działanie czynników zewnętrznych, analogicznie jak próbki metali nie zalane betonem. Po kilku tygodniach beton będzie rozłupany, aby sprawdzić co stało się z próbkami metali, które zostały w nim umieszczone. Próbki metali będą ważone przed umieszczeniem i po wyjęciu ich z betonu. Próbki metali będą też umieszczane w naczyniach wypełnionych ziemią, gdzie będą hodowane rośliny (trawa, rzeżucha ), aby sprawdzić, czy obecność metalu i produktów jego korozji wpływa na wzrost roślin. Część próbek zostanie pokryta powłokami ochronnymi (uczniowie pomalują je m.in. lakierem), aby sprawdzić, czy taki zabieg spowolni proces korozji. Uczniowie w ramach projektu poznają metodę badawczą: przeprowadzą eksperymenty (między innymi samodzielnie przygotują roztwory i próbki metali, zważą je, zmierzą odczyn ph, przygotują różnego rodzaju beton, wyhodują rośliny), przeanalizują otrzymane wyniki (dane zbiorą w programie typu Excel, będą mieli okazję zastanowić się, jak skład betonu wpływa na korozję) i wyciągną wnioski (odpowiedzą na pytanie, jak zabezpieczać różne metale przed korozją). 3 Dodatkowo omawiane będą skutki stosowania soli do odmrażania nawierzchni, działania soli morskiej na elementy metalowe stosowane w przemyśle morskim, wpływ solii innych związków chemicznych na korozję zbrojenia metalowego w budownictwie, wpływ dodatków do betonu na korozję zbrojenia. Zostanie także poruszony temat, dlaczego tylko niektóre metale można stosować w implantach medycznych i dlaczego niektóre z nich zastępuje się w przemyśle stopami metali. 4 pręt żelazny, pręt stalowy, drut miedziany, gwoździe ocynkowane i nieocynkowane, folia aluminiowa
Badanie korozji w różnych roztworach Badanie korozji w betonie Badanie korozji w ziemi oraz wpływu jej produktów na rośliny przygotowanie + ważenie próbek metali + badanie oporności multimetrem pokrywanie części próbek warstwą ochronną, np. lakierem przygotowanie roztworów soli, kwasowych, zasadowych, deszczówki przygotowanie betonu w naczyniach jednorazowych (z piaskiem itd.) przygotowanie ziemi w naczyniach jednorazowych pomiar ph roztworów umieszczenie próbek metali w betonie umieszczanie próbek metali w ziemi na kilka dni/tygodni umieszczenie metali w roztworach na kilka dn i/tygodni przygotowanie roztworów: soli, kwasowych i zasadowych sianie roślin ścieranie skorodowanej warstwy i ważenie próbek metali zalanie betonu z metalem przygotowanymi roztworami na kilka dni/ tygodni badanie korozji, hodowla roślin i obserwacja ich wzrostu, badanie wpływu produktów korozji na rośliny Rdzę można klasyfikować według różnych kryteriów: mechanizmów powstawania, efektów lub miejsca, w którym występuje. rozłupanie betonu, obserwacja korozji oraz porównanie wyników
Potrzebne materiały Pomieszczenie dostęp do bieżącej wody (sala ze zlewem lub zlew w pobliżu sali) stół/ /ławka do przygotowania próbek sala z oknem lub wentylacją* Materiały Dostępne w sklepach budowlanych drut żelazny (Ø kilka mm) lub gwoździe żelazne drut stalowy (Ø kilka mm) lub gwoździe stalowe blacha stalowa gwoździe lub śrubki ocynkowane drut miedziany (Ø kilka mm) Do szkół zostaną dostarczone nieodpłatnie wybrane próbki innych metali: molibden, platyna, tytan, złoto i/lub inny metal w celu sprawdzenia jego odporności na korozję. cement lakier ochronny do metalu papier ścierny o małej ziarnistości Materiały Dostępne w większości sklepów/w szkole: NaOH (kret do czyszczenia rur) słaby kwas np. octowy (ocet) papierki uniwersalne do zmierzenia ph sól kuchenna piasek ziemia do hodowli roślin (ze sklepu lub z ogródka) ziarna rzeżuchy/trawy taca/kuweta wiaderko/miska (do przygotowania kilku kilogramów betonu) folia ochronna na stoliki w trakcie pracy naczynia jednorazowe plastikowe lub słoiki szklane talerzyki plastikowe jednorazowe łyżeczki jednorazowe / patyczki (do mieszania roztworów i próbek betonu) folia spożywcza lub woreczki jednorazowe rękawiczki gumowe/lateksowe/foliowe młotek Sprzęt na wyposażeniu szkoły miernik typu multimetr do mierzenia oporności lupa lub mikroskop do oglądania próbek Inne program Excel lub Gnumeric (www.gnumeric.org/download.html) * Próbki betonu mogą być wytwarzane na świeżym powietrzu, ale do przechowywania próbek na czas trwania eksperymentów zalecana jest sala z wentylacją i/lub oknem Szczegółowe listy sprzętu otrzymały samorządy odpowiedzialne za zakup materiałów.
Podsumowanie Projekt ma na celu zrozumienie przez uczniów zjawiska korozji oraz uświadomienie wpływu czynników zewnętrznych na wytrzymałość metali. Jednocześnie działania zaplanowane w projekcie mają wyrobić u uczniów umiejętności w zakresie komunikacji w grupie, pracy zespołowej, organizacji pracy w trakcie wykonywania eksperymentu, a także polepszenie umiejętności prezentacji wyników uzyskanych w trakcie eksperymentu. Uczniowie dowiedzą się: na czym polegają różnice między metalami czym jest korozja jak czynniki zewnętrzne wpływają na zjawisko korozji jakie procesy zachodzą dla różnych metali jeśli znajdą się w różnym środowisku (ziemia, woda) oraz jakie procesy zachodzą w roślinach, gdy środowisko jest zanieczyszczone metalami jak można chronić metale przed korozją czym jest skala ph czym różnią się od siebie kwasy, zasady i sole dlaczego w licznych zastosowaniach przemysłowych zamiast czystego metalu używane są stopy jaki jest wpływ stosowania np. soli do odsalania na elementy metalowe w konstrukcjach samochodów dlaczego tylko niektóre metale mogą być stosowane w implantach medycznych Uczniowie poznają przede wszystkim metodę naukową w praktyce: od planowania eksperymentu, przez jego przeprowadzenie i analizę danych po wyciąganie wniosków oraz korzystanie ze źródeł naukowych. Projekt polecamy uczniom z klas VII i VIII (z klas gimnazjalnych) ze względu na stopień trudności oraz potrzebny zasób wiedzy. Jeszcze kilka lat temu bezpośrednie koszty korozji na całym świeciezacowano na około 2 biliony dolarów.
M3 dla pszczoły Marcin Grabowski Katedra Ekologii i Biogeografii Wydział Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytet Mikołaja Kopernika pszczoly@kopernik.org.pl Ukończyłem Wydział Ogrodnictwa, Biotechnologii i Architektury Krajobrazu Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego. Z zamiłowania i z wykształcenia jestem entomologiem/przyrodnikiem. Zajmuję się ekologią owadów, ochroną gatunkową bezkręgowców oraz ekologią gatunków inwazyjnych. Interesują mnie ich preferencje pokarmowe, dyspersja (rozprzestrzenianie się gatunków) oraz ich funkcja w ekosystemie. Działam aktywnie w projektach naukowych związanych z ekologią owadów zapylających, szczególnie dziko występujących pszczół. Wspólnie z naukowcami z innych krajów staram się poznać mechanizmy spadku ich liczebności. Opracowujemy także metody służące ochronie owadów m.in. przez tworzenie miejsc sprzyjających ich występowaniu (łąki kwietne, domki itp.). Chcę, aby praca była dla mnie przyjemnością i służyła poznaniu otaczającego nas świata przyrody. M3 dla pszczoły Projekt polecany uczniom z klas V i VI szkoły podstawowej. Miejsce działań szkoła oraz tereny wokół budynku szkoły. Uczniowie zajmujący się tym projektem dowiedzą się wiele na temat owadów zapylających: o ich roli i znaczeniu dla środowiska, wymaganiach pokarmowych, rozwoju i problemach. Zrozumieją, czym są strategie życiowe zwierząt i poznają sposoby ochrony pszczół. W okresie jesienno-zimowym uczniowie zajmą się budową domków dla owadów i dowiedzą się, co robić, aby owady chciały w nich mieszkać. Później wysieją kwietne miniłąki i sprawdzą, które rośliny pszczoły cenią najbardziej.
i pokrewieństwo dziko występujących pszczołowatych 1. W badaniach prowadzone są również obserwacje interakcji owad-roślina (kwiat). Wyniki posłużą tworzeniu zaleceń dla producentów mieszanek roślin kwitnących, aby skład gatunkowy nasion zapewniał pszczołom odpowiedni pokarm w ciągu całego sezonu. Ważnym aspektem tych prac będzie wsparcie władz miasta w zarządzaniu terenami zieleni 2 w dostosowywaniu ich do potrzeb owadów zapylających (pszczół), jednocześnie uwzględniając potrzeby mieszkańców miast. Zieleń miejska pełni bowiem różne funkcje i ma również za zadanie poprawiać standard życia ludzi. Dlaczego to takie ważne? Pszczoły potrzebują pokarmu roślinnego: nektaru, pyłku kwiatowego lub spadzi 3. Niestety, rolnictwo przybrało postać wielkoobszarowych, głównie jednogatunkowych upraw, coraz mniej jest ukwieconych łąk wraz z końcem kwitnienia dominujących roślin, pszczoły tracą dostęp do pożywienia. Za to w mieście panuje spora różnorodność gatunków roślin w parkach, domowych ogródkach, na działkach, nieużytkach, balkonach. Murarka ogrodowa (Osmia bicornis) to jeden z gatunków samotnej pszczoły. Nie buduje samodzielnie gniazda, korzysta z istniejących już szczelin w łodygach roślin, pod korą drzew... Moje badania W swoich badaniach skupiam się przede wszystkim na owadach uważanych przez człowieka za pożyteczne (np. biegaczowate, biedronki i złotooki, które zjadają szkodniki roślin, dzikie gatunki pszczół, które zapylają rośliny stanowiące dla człowieka pokarm). Zajmuję się ekologią pszczół nauką o relacjach między pszczołami oraz o relacjach między pszczołami a otaczającym je środowiskiem. Dlatego jednym z głównych kierunków moich aktualnych badań są dziko występujące gatunki pszczół. Obecnie zajmuję się projektem, którego celem jest określenie czy zróżnicowane zarządzanie zielenią miejską (ogródki działkowe, skwery, parki, cmentarze, trawniki) wpływa na różnorodność gatunkową, specjalizację pokarmową Dlatego warto sadzić takie rośliny, które mogą wykarmić pszczoły od wiosny do jesieni. Warto przy tym pamiętać, że dzikie pszczoły nie przejawiają agresji względem człowieka i albo wcale nie żądlą, albo tylko w ostateczności. Ich użądlenia nie wywołują jednak reakcji alergicznych. Aby uniknąć nieprzyjemności, wystarczy spokojnie poczekać aż pszczoła odleci. U dzikich pszczół, w tym u trzmieli, żądło mają tylko samice. Służy im do obrony przed wrogami, a przede wszystkim do składania jaj. 1 Do rodziny pszczołowatych należy ponad 5800 gatunków owadów, m. in., trzmiele, na które wiele osób mówi bąki. Większość pszczołowatych, w przeciwieństwie do pszczoły miodnej, prowadzi samotniczy tryb życia. 2 np. parki, skwery, trawniki, bulwary, rabaty, aleje wzdłuż szlaków komunikacyjnych 3 Spadź to sok roślinny częściowo przetrawiony przez mszyce, czerwce i miodunki. Pyłek to męskie komórki rozrodczeroślin, zawierające duże ilości składników pokarmowych. Świeży pyłek kwiatowy zawiera większość witamin potrzebnych do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu. Nektar to słodka ciecz wydzielana przez gruczoły roślinne, roztwór wodny różnych cukrów i niewielkich ilości innych substancji (m.in. związków białkowych, aminokwasów, kwasów organicznych...).
Łatwo rozpoznać, czy domek dla owadów jest zasiedlony - rurki są wtedy zalepione błotem. Nasz wspólny projekt Owady, w tym zapylające, pełnią kluczowe funkcje w ekosystemach (zapylają rośliny 4 ), utrzymując zarówno różnorodność biologiczną dzikich roślin, jak i produkcję rolniczą (szacowana wartość światowej produkcji to 153 miliardy euro rocznie). Na całym świecie odnotowuje się spadki w liczebności kolonii dzikich pszczołowatych (pszczół samotnic, trzmieli) i pszczoły miodnej. Mają na to wpływ takie czynniki jak utrata siedlisk, pasożyty i choroby, pestycydy, a także zmiany klimatu. Na świecie żyje około 25 tysięcy gatunków dzikich pszczół, a w faunie Polski jest ich ponad 460 gatunków. Wśród nich większość stanowią pszczoły samotnice. Ich nazwa wzięła się stąd, że w przeciwieństwie do owadów socjalnych (zakładających gniazda składające się z całej rodziny, jak trzmiele czy pszczoły miodne), każda samica zakłada wiele gniazd pojedynczych. Pszczoły samotnice prezentują szeroki wachlarz strategii życiowych czyli sposobów życia. Na przykład zakładają gniazda w różnym środowisku, wybierają różne materiały do budowy gniazda (ziemia, przetrawione drewno, liście roślin), zjadają różne rodzaje pożywienia (nektar i/lub pyłek roślinny). Najczęściej spotykanymi dzikimi pszczołami w ekosystemach miasta są murarki, pszczolinki i lepiarki. Dla zapewnienia im dogodnych warunków życiowych niezbędne jest zadbanie o właściwe siedliska, czyli miejsca, w których znajdą schronienie, będą mogły się rozmnażać i znajdą odpowiedni pokarm. To dlatego w miastach projektowane są rabaty i łąki kwietne (źródło pożywienia)w połączeniu z potencjalnymi miejscami gniazdowania hotelami dla owadów. Hotele czyli domki dla pszczół są zwykle budowane z łodyg roślin (np. trzciny, słomy, bambusa itp.), można też wywiercić w drewnie otwory lub, użyć suchych gałęzi. Takie sztuczne miejsca do gniazdowania są w stanie zapewnić optymalne warunki do rozwoju lokalnie występujących gatunków pszczół, co razem z zapewnieniem ożywienia (roślin kwitnących) zaspokaja najważniejsze potrzeby owadów miejsce do schronienia i rozrodu oraz pokarm. 4 Pszczoły to najbardziej znane i najdokładniej zbadane zapylacze. Ale jak wynika z badań prowadzonych w różnych miejscach na świecie (także w Polsce) zapylaniem zajmują się również muchy, chrząszcze, osy, motyle, mrówki i wiele innych. Rola dzikich pszczół w procesie zapylania jest dominująca pszczoły odwiedzają 50-75 % kwiatów. Naukowcy zwracają uwagę, że praca innych owadów nie jest może tak wydajna jak pszczół, ale jest bardzo ważna dla produkcji nasion i owoców oraz dla zachowania różnorodności biologicznej.
Co będziemy badać? Obecnie w światowej literaturze pojawiają się jedynie informacje o tym, że dziko występujące owady (pszczoły) chętnie korzystają z hoteli dla owadów w miastach. Natomiast brakuje informacji o ich preferencjach dotyczących materiałów użytych do budowy domków. Kolejnym aspektem jest atrakcyjność samych roślin. Informacje takie są dostępne głównie dla pszczoły miodnej lub trzmieli. Wiedza o dzikich pszczołach w warunkach miejskich jest dość niewielka, szczególnie ta dotycząca okresu wczesnowiosennego. Celem projektu będzie sprawdzenie przydatności różnych materiałów (np. drewno, rurki bambusowe, gliniane cegły wykorzystywanych do budowy domków dla pszczół oraz zbadanie atrakcyjności roślin kwitnących okresie przedwiośnia i wiosny. Uczniowie będą odnotowywać liczbę pszczół odwiedzających poszczególne rabaty w czasie obserwacji, a także stopień zasiedlania hoteli. Przydatność domków dla pszczół jest oceniania przez liczenie zajętych otworów w danym materiale (drewno, cegła), Rozpoznanie, które otwory zostały zajęte przez owady jest łatwe i widać to gołym okiem. jest zróżnicowanie roślin kwitnących - tak, aby przez jak największą część roku owady miały dostęp do pożywienia. Kolejnym etapem będzie pokazanie w teorii i praktyce jak należy budować hotele i udostępniać je pszczołom. Nauczyciele otrzymają niezbędne materiały szkoleniowe, będą mieli także możliwość konsultacji. Harmonogram projektu uwzględni także czas potrzebny na naukę posługiwania się microbitami i dostosowanie ich do badania temperatury wewnątrz hoteli dla owadów. Uczniowie wraz z nauczycielami otrzymają spis gatunków roślin adekwatnych do fenologii 5 końca zimy/początku wiosny (np. ciemiernik, krokus, śnieżyczka, śnieżyca, szachownica, cebulica syberyjska, szafirek, narcyz). Wybiorą swoje zestawienia, z których stworzą małe rabaty na początku umieszczając je na parapetach w klasach (trzeba zapewnić im ciepło, wodę i światło). Następnym krokiem będzie umieszczenie rabat razem z domkami w pobliżu szkoły. Później uczniowie rozpoczną pomiary temperatury w domkach dla owadów i obserwacje zasiedlania ich przez owady. W kilku krajach Europy prowadzone są prace nad zasiedlaniem domków dla owadów. Jednak wciąż nikt nie zweryfikował typu budowy domku pod kątem temperatury panującej w jego wnętrzu jako jednego z głównych czynników warunkujących zasiedlanie. Zestawy Micro:bit, w które są wyposażone szkoły, posłużą pomiarowi temperatury panującej wewnątrz różnego rodzaju hoteli dla owadów (różniących się materiałem użytym do budowy). Będziemy w tym pierwsi! Uczniowie, dzięki udziałowi w projekcie, będą mieli merytoryczny wkład w rozwój wiedzy na ten temat. W pierwszym etapie uczniowie poznają podstawy dotyczące ekologii pszczół (rozwój, wymagania pokarmowe i siedliskowe) oraz problemy, z jakimi borykają się owady na świecie i w ekosystemie miasta, na przykładzie Warszawy i okolic. Następnie uczniowie zapoznają się z metodami wspomagającymi występowanie pszczół na terenach miejskich. Jednym z najważniejszych takich działań 5 Fenologią określamy zjawiska zachodzące w życie roślin/zwierząt w zależności od pory roku i zmieniających się warunków atmosferycznych. W naszym klimacie wyróżniamy osiem fenologicznych okresów roku: przedwiośnie, pierwiośnie, wiosnę, wczesne lato, lato, wczesną jesień, jesień i zimę.
Orientacyjny harmonogram Potrzebne materiały Etap prac październik 2018 Nauka podstaw ekologii dzikich pszczołowatych nauka posługiwania się microbitami i dostosowanie ich do badań Nauka posługiwania się microbitami i dostosowanie ich do badań październik grudzień 2018 Wypełnianie hoteli dla owadów różnymi materiałami Uwaga: hotele będą później mocowane w pobliżu budynku szkolnego styczeń marzec 2019 Przygotowywanie rabat roślinnych i ich pielęgnacja w klasach Przygotowanie gruntu pod rabaty w pobliżu szkoły Uwaga: usunięcie wierzchniej warstwy ziemi, wypełnienie w razie potrzeby nową ziemią, wyrównanie terenu marzec kwiecień 2019 Umieszczenie hoteli dla owadów i rabat w pobliżu budynku szkolnego Badania atrakcyjności rabat i zasiedlania hoteli przez owady zapylające Pomieszczenie sala z oknami i parapetami na rabaty* miejsce w pobliżu szkoły z możliwością ustawienia rabat i zamontowania hoteli dla owadów teren bliskość roślin kwitnących (drzewa, krzewy, rośliny zielne) Materiały hotele dla owadów oraz materiały do ich wypełnienia (drewno, trzcina, cegły gliniane) wiertła do wiertarki ziemia ogrodnicza cebule/nasiona roślin Sprzęt na wyposażeniu szkoły konewka lub butelki plastikowe do podlewania rabat lupy szpadel wiertarka wkrętaki/śrubokręty aparat fotograficzny do zdjęć makro zestaw Micro:bit * proponowany rozmiar rabaty to 30 x 60 cm Szczegółowe listy sprzętu otrzymały samorządy odpowiedzialne za zakup materiałów.
Podsumowanie Projekt ma za zadanie określić przydatność różnych materiałów użytych do budowy domków (hoteli dla owadów) jako miejsca do rozwoju oraz ocenić przydatność różnych kwitnących gatunków roślin przedwiośnia/wiosny jako bazy pokarmowej dla dziko występujących pszczołowatych w ekosystemie miasta. Ważnym celem projektu będzie zweryfikowanie typu budowy hoteli pod kątem temperatur panujących w nich jako jednego z głównych czynników warunkujących zasiedlanie domków przez owady. Podczas realizacji projektu uczniowie: poznają podstawy biologii i ekologii owadów zapylających poznają podstawy entomologii (ekologii owadów zapylających) zrozumieją, czym są strategie życiowe zwierząt poznają sposoby ochrony pszczół będą ćwiczyli planowanie badań ekologicznych będą ćwiczyli systematyczność w czasie opiekowania się rabatami i podczas pomiarów temperatury w domkach dla owadów rozwiną wrażliwość na los zwierząt zrozumieją ich znaczenie dla środowiska Przede wszystkim uczniowie poznają metodę naukową w praktyce: od momentu planowania prac i korzystanie ze źródeł naukowych przez przeprowadzenie obserwacji po analizę zebranych danych i wyciągnięcie wniosków. Pszczoły muszą odwiedzić około 4 miliony kwiatów, aby zebrać nektar na kilogram miodu. Podczas jednego lotu z ula do ula pszczoła odwiedza 50-100 kwiatów.
Środowisko czyni zwierzę Barbara Pietrzak Wydział Biologii Uniwersytet Warszawski srodowisko@kopernik.org.pl Jestem ekolożką, przekonaną, że we współczesnym świecie ekologia odgrywa ważna rolę jako nauka, mimo że często o tym zapominamy. Odkrywa przed nami nieraz zaskakujące powiązania w ekosystemach świata. Pomaga nam tym samym lepiej rozumieć konsekwencje naszych działań i znajdować rozwiązania problemów lokalnych i globalnych. Podczas zajęć, które prowadzęna Uniwersytecie Warszawskim, pokazuję studentom niektóre z tych powiązań, staram się zachęcać do stawiania pytań i podsuwać narzędzia do samodzielnego znajdowania odpowiedzi. O swoich badaniach opowiedziałam w trzy minuty w konkursie FameLab. Przez trzy lata uczyłam biologii w międzynarodowym gimnazjum, prowadziłam też organizowane przez Wydział Biologii UW lekcje w szkołach oraz warsztaty biologiczne dla Krajowego Funduszu na rzecz Dzieci, popularyzuję wiedzę biologiczną podczas Festiwali Nauki, Nocy Biologów i innych wydarzeń. Środowisko czyni zwierzę Projekt polecany uczniom z klas V i VI szkoły podstawowej. Miejsce działań szkoła oraz tereny wokół budynku szkoły Uczniowie w ramach tego projektu spróbują znaleźć odpowiedź na pytanie, w jaki sposób środowisko (np. obecność drapieżników) kształtuje zachowania zwierząt.
W swoich badaniach przyglądam się zwierzętom z trzech różnych gatunków. Wraz z grupą współpracowników i studentów badamy trwałość zachowań w trakcie rozwoju u żaby moczarowej testując śmiałość osobników w stadium kijanki i później, u dorosłych żab. Sprawdzamy też, czy larwy wodzienia (owada), które są śmiałe, przeobrażają się w równie śmiałe poczwarki, a potem w śmiałe dorosłe osobniki. Testujemy, jak informacja o zagrożeniu wpływa na tę zależność. Wreszcie, jako jedni z pierwszych zajmujących się tym tematem, przyglądamy się osobowościom u zwierząt klonalnych, rozmnażających się partenogenetycznie 1. Prowadzimy badania z użyciem drobnych skorupiaków planktonowych z rodzaju Daphnia, by odpowiedzieć na szereg postawionych tutaj pytań. Na zdjęciu powyżej widać Daphnia. Rozwielitki są filtratorami: żywią się bakteriami, glonami i zawiesiną organiczną wychwytywaną z wody Moje badania Ważnym kierunkiem badań, które obecnie prowadzę, jest wyjaśnienie, w jaki sposób kształtują się indywidualne różnice w zachowaniu zwierząt (badania finansowane przez grant Narodowego Centrum Nauki - 2016/23/D/NZ8/01736). Od dawna obserwuje się, że osobniki w populacjach różnią się między sobą zachowaniem. Jedne konsekwentnie podejmują ryzyko, podczas gdy inne trzymają się blisko kryjówek. Zaskakująco mało wiemy, jak kształtują się takie różnice.w jakim stopniu ewolucja, zapisana w genach, determinuje zachowane? Jaką rolę odgrywa informacja przekazana od rodziców? Na ile późniejsze zachowania kształtowane są przez wczesne doświadczenia zwierzęcia? Podejmujemy ten temat, ponieważ konsekwencje zróżnicowania osobowości zwierząt są widoczne także na wyższych poziomach organizacji życia. To osobniki oraz ich indywidualności kształtują rzeczywistość biologiczną. Śmiałe rozwielitki podpływają bliżej powierzchni wody niż te nieśmiałe. Może się okazać, że jedne i drugie są zjadane przez różne ryby, a to oznacza, że należą do różnych łańcuchów pokarmowych i znajdują się w różnych miejscach sieci troficznej (sieci pokarmowej). Znając zasięgi pojedynczych żab w populacjach i ich indywidualne preferencje pokarmowe, możemy lepiej planować ochronę tego gatunku. Wreszcie, skoro nauka przyznaje, że każda rozwielitka, każda żaba jest inna, możemy uznać to za wsparcie w naszych dążeniach do objęcia nas, ludzi, prawdziwie zindywidualizowaną opieką, między innymi medyczną. Może to też przynieść zmianę naszego stosunku do zwierząt w ogóle, na czym bardzo mi zależy. 1 Partenogeneza (inaczej dzieworództwo) to odmiana rozmnażania bezpłciowego. Polega na rozwoju osobników dorosłych z niezapłodnionego jaja (komórki jajowej). Spotyka się ją m.in. u owadów (mszyce), skorupiaków (rozwielitki), ryb, płazów, gadów. Partenogeneza może być traktowana jako cecha przystosowawcza.
Nasz wspólny projekt W każdej grupie zwierząt osobniki różnią się między sobą czy to wyglądem, czy też zachowaniem. Jedne stale ryzykują życiem, żeby zdobyć pożywienie, inne pozostają w ukryciu mimo głodu. Jedne stale są ruchliwe, inne zdają się ospałe. Część różnic zapisana jest w genach, a część wynika z wcześniejszych doświadczeń osobników przebytych w trakcie rozwoju, głodu, chłodu, choroby czy zagrożenia. Wszystkie takie czynniki mogą trwale kształtować zachowania zwierząt w ich dorosłym życiu. Wagę tych różnic dla ewolucji gatunku, dla funkcjonowania całego zespołu organizmów, który zwierzęta współtworzą, nauka wciąż poznaje. Najmniej chyba rozpoznane jest to, jak różnice się kształtują w trakcie życia zwierzęcia. Podstawowym celem badawczym naszego projektu jest odpowiedzenie na pytanie, w jaki sposób środowisko kształtuje zachowania zwierząt. samice rodzą genetycznie identyczne córki. Badając osobniki pochodzące od jednej samicy, z jednego klonu, możemy założyć, że obserwowane różnice między osobnikami są wynikiem różnic środowiskowych a nie genetycznych. Dla rozwielitek, tak jak dla innych zwierząt, kluczowe jest rozmnożenie się zanim dopadnie je drapieżnik. Dlatego też zbadacie, jak doświadczenie obecności zagrożenia (w postaci drapieżnika lub tylko jego zapachu) wpływa na późniejszą śmiałość i aktywność poszczególnych osobników. Możecie też przyjrzeć się wpływowi innych czynników. Sfilmujecie zachowania i zanalizujecie nagrania, ale najpierw, przyjrzycie się rozwielitkom oraz ich współmieszkańcom w zbiorniku i razem zastanowimy się, co w trawie piszczy Przebieg działań Zwierzętami, którym się przyjrzycie, są rozwielitki Daphnia 2 choć maleńkie to dobrze widoczne gołym okiem, niemal przezroczyste skorupiaki. Żyją w jeziorach, starorzeczach, śródpolnych zbiornikach wodnych i śródmiejskich sadzawkach. Żywią się, odfiltrowując z wody jednokomórkowe glony jeśli woda jest przejrzysta, to najpewniej dzięki rozwielitkom. Same są podstawowym pokarmem dla wielu ryb i dlatego, jako ogniwo łączące glony, czyli producentów, z konsumentami wyższych rzędów, są ważnym elementem ekosystemów, w których żyją. Są także wdzięcznym obiektem do badań łatwym w hodowli. Ponieważ są przezroczyste to dobrze widać wypełniony glonami przewód pokarmowy i jaja w komorze lęgowej samicy, a pod binokularem bijące serce, ruch oka i odnóży filtrujących wodę. Rozmnażają się partenogenetycznie bez udziału samców, Przygotowanie 1 Połowy 2 Obserwacja 3 Stawianie pytań Eksperyment 5 Ekspozycja 6 Test 7 Analiza 2 Rozwielitki (Dafnia) to rodzaj słodkowodnych stawonogów zaliczanych do grupy wioślarek (grupa drobnych, głównie słodkowodnych skorupiaków). Mają dwie pary czułków: pierwsza pełni rolę narządu czuciowego, druga stanowi główny narząd ruchu (rozwielitki poruszają się skokami) oraz pięć par odnóży tułowiowych, pełniących funkcje filtracyjne. Rozmiary ich ciała wahają się od 1 do 6 mm, samce są znacznie mniejsze od samic. Żywią się glonami, bakteriami i zawiesiną organiczną, którą odfiltrowują z wody. Mają nieduży, ale dobrze upakowany genom, a w nim więcej genów niż ma człowiek. 4 Planowanie 8 Prezentacja
Przygotowanie 1. Połowy Ten etap to pojedyncza wyprawa, najlepiej odbyta jak najwcześniej póki jest dobra pogoda i póki zwierzęta są aktywne. W tym etapie może towarzyszyć Wam jedna z doktorantek Zakładu Hydrobiologii UW. W okolicy szkoły uczniowie znajdą zbiornik wodny może to będzie jezioro, parkowy staw albo pozostałości starorzecza i wybierzecie się wspólnie z uczniami z zestawem pomiarowym, wiadrem, siatkami (jak na motyle), kasarkami i kuwetą. Z pomocą zestawu Woda uczniowie wykonają pomiary temperatury, zasolenia i innych parametrów wody. Złowią drobne zwierzęta bezkręgowe. Mogą kryć się w przybrzeżnej roślinności, w osadach dna lub w toni wodnej przy brzegu. Uczniowie przeprowadzą proste badanie dotyczące różnorodności biologicznej sąsiadującego ze szkołą zbiornika. Pochylą się nad nimi, próbując rozpoznać, kim są. Jeśli znajdą wśród nich rozwielitki świetnie! Zabierzecie ich kilka lub kilkanaście w zakręcanych pojemnikach z wodą do szkoły i rozpoczniecie hodowlę w dużych słojach na parapecie. Uczniowie będą karmić je drożdżami lub trzymanymi w lodówce zawiesinami glonów przywiezionymi z uniwersytetu. Jeśli nie znajdą w zbiorniku rozwielitek, przywiozę Wam paręnaście samic z jednego ze szczepów mówimy na nie klony z naszego laboratorium. Hodowla będzie wymagała rozpisania dyżurów, ponieważ dobrze, żeby zwierzęta były karmione codziennie, z wyjątkiem weekendów. 2. Obserwacja Hodowla i obserwacje zachowań rozwielitek to ważny etap, który z jednej strony uczy odpowiedzialności za wspólną hodowlę, z drugiej strony inspiruje i rozbudza ciekawość. Samo karmienie podczas dyżuru będzie trwało chwilę. Warto ten czas wykorzystać do przeprowadzania wstępnych obserwacji. Rozwielitki hodowane w słoikach na parapecie można obserwować nawet gołym okiem! Uczniowie będą wykonywać te obserwacje indywidualnie, w ciągu dnia podczas przerwy, na początku przez minutę. Gdy dzieci się oswoją na początku może się wydawać, że w słoju nic się nie dzieje, a taka obserwacja wymaga skupienia czas obserwacji stopniowo wydłużycie. Potem dołożycie robienie notatek. Wreszcie etap zakończy się przygotowaniem przez uczniów pisemnego opisu zachowania zwierząt wtedy zwróćcie ich uwagę na różnice między obiektywnym zapisem obserwacji a interpretacją oraz przygotowaniem zwierząt do eksperymentów. 3. Stawianie pytań Uczniowie w grupach podzielą się swoimi obserwacjami. Postawią pierwsze pytania. Wtedy Was odwiedzę i opowiem trochę o pełnym wyzwań życiu Daphnia. Później, znowu w grupach, uczniowie sformułują pytania o zachowania rozwielitek o ich zróżnicowanie, czynniki wpływające na nie, przyczyny takich lub innych reakcji. W domu zastanowią się nad możliwymi odpowiedziami. 4. Planowanie Uczniowie podzielą się swoimi pomysłami. Z moją pomocą sformułują przypuszczalne odpowiedzi w taki sposób, by stały się możliwymi do przetestowania hipotezami. Zapiszemy te, które będziemy weryfikować w eksperymencie, np. rozwielitki, które jako młode miały kontakt z drapieżnikiem, będą w dorosłym życiu mniej śmiałe od rozwielitek, które tego kontaktu nie miały. Albo odwrotnie? Wtedy trzeba się będzie zastanowić, jak to sprawdzić. Może część rozwielitek należy hodować w wodzie, w której była wcześniej ryba, a część w wodzie nieskażonej zapachem ryby? A potem porównać ich skłonność do opuszczania kryjówki? Co tak naprawdę trzeba będzie zmierzyć, żeby to określić? Jakie do przeprowadzenia takich badań?
Eksperyment 5. Ekspozycja W pierwszym etapie realizacji badań, młode rozwielitki uczniowie będą eksponować na wybrany czynnik środowiskowy 3 lub będą pozostawione w warunkach kontrolnych. Proponuję, żeby czynnikiem środowiskowym było zagrożenie drapieżnictwem, które może zostać zasymulowane np. przez użycie wody po trzymaniu w niej ryby, najlepiej karasia (Carassius auratus, złotej rybki ). Możecie też ze mną skonsultować wykorzystanie innej ryby, jeśli ktoś z Was będzie mógł na tydzień taką udostępnić. Innym drapieżnikiem może być wspomniany już wodzień przezroczystych larw potrzebnych będzie kilkaset, może będą w eksplorowanym przez Was zbiorniku. Z kolei innym badanym czynnikiem środowiskowym może być ograniczenie ilości dostępnego pokarmu. Jeśli zdecydujecie się na tę opcję, kluczowe będzie precyzyjne odmierzanie pokarmu będziemy musieli tak dobrać dawkę, by zwierzęta doświadczyły umiarkowanego, ale nie skrajnego głodu. Proponuję też użyć zestawu Woda do kontroli temperatury i zasolenia. Uczniowie wybiorą pipetkami z hodowli najmłodsze rozwielitki, które rozłożą pojedynczo do małych szklanek. Każdy uczeń będzie mógł zaopiekować się jednym osobnikiem. Losowo wybierzemy, które osobniki będą eksponowane, a które posłużą jako kontrolne. Ten etap będzie trwał tydzień i będzie wymagał dyżurów i codziennej wymiany wody, poza weekendami. Kontrolne osobniki muszą być traktowane tak samo, tylko będą dostawały wodę bez zapachu drapieżcy lub większą porcję pokarmu. Uczniowie od tego etapu będą pracować w zespołach. Każdy z nich przeprowadzi niezależny test behawioru obejmujący wszystkie zabiegi. Można także przyjrzeć się tętnu bicia serca rozwielitki w wodzie z zapachem drapieżnika i bez. Daphnia są przezroczyste, więc jeśli użyjecie binokularu i stopera, możecie zliczać uderzenia serca osobnika umieszczonego na wklęsłym szkiełku w kropli wody. 7. Analiza Uczniowie w zespołach zanalizują położenie zwierząt na wybranych klatkach swoich nagrań. Można to zrobić odręcznie, z linijką przy ekranie, ale proponuję użyć oprogramowania, jak np. ImageJ łatwiej będzie uzyskać gotowe dane: średnią prędkość rozwielitki, przebytą przez nią drogę, miejsce przebywania itp. Na tej podstawie uczniowie wykonają wykresy i porównają rozwielitki między grupami. Przyjrzymy się międzyosobniczym różnicom w obrębie grup. 8. Prezentacja W zespołach uczniowie przygotują plakaty prezentujące badania: cel, metodę, wyniki. Przyjrzycie się im razem, przedyskutujecie otrzymane wyniki i sformułujecie wnioski. 6. Test W drugim etapie badań uczniowie będą rejestrować zachowanie w różnych okresach życia pojedynczych osobników ( doświadczonych i naiwnych ). Proponuję użyć podświetlonych od dołu przezroczystych, płytkich pojemników, kuwet lub płytek laboratoryjnych. Na statywie uczniowie umieszczą kamerę (lub telefon z opcją nagrywania) i będą filmować zachowania zwierząt. Nagrania mogą trwać od kilku minut do godziny ustalimy to. 3 Ważne jest, żeby przez kilka dni eksponowane osobniki dostawały świeży sygnał o obecności drapieżnika (aktywne substancje chemiczne rozkładają się przed upływem doby) lub właściwą ilość świeżego pokarmu, bez ewentualnych resztek z wczoraj.
Potrzebne materiały Miejsce sala z oknami i wolną przestrzenią na parapetach dostęp do lodówki przechowywanie drożdży lub glonów dostęp do sali z komputerami (w końcowej części projektu) Zwierzęta rozwielitki (złowione, a jeśli to się nie uda zostaną dostarczone przez naukowca)* ryba (np. karaś, mogą być też drapieżniki bezkręgowe, np. larwy wodzienia) rybę można zakupić (trzeba jej znaleźć dożywotniego opiekuna) bądź pożyczyć z czyjegoś akwarium Materiały wiadra z pokrywką (do nalewania wody ze zbiornika, potem do uzdatniania* wody) plastikowe dzbanki (1-3 l, do przelewania wody, przydadzą się na każdym etapie) kasarki (rodzaj sieci do połowu bezkręgowców wodnych) kuwety białe duże (min. 30 x 40 cm) uproszczone klucze do oznaczania bezkręgowców wodnych (dostarczy naukowiec) plastikowe zakręcane pojemniki (100 ml moczówki albo większe) duże słoje do hodowli (1-3 l) glon (naukowiec może dostarczyć z uniwersytetu) lub drożdże piekarskie pipetki plastikowe (do przekładania pojedynczych rozwielitek) * jeśli hodowla zwierząt przypadnie na przerwy świąteczne lub ferie ochotnicy opiekują się hodowlą np. w domu * woda nie może być prosto z kranu ani z bajora, powinna przynajmniej postać dobę z boku napowietrzając się sitka kuchenne (do odcedzania rozwielitek przy zmianie wody) napowietrzacze akwariowe z wężykami i kamieniami (pomagają w uzdatnianiu wody) plastikowy pojemnik 5-10 l (do eksponowania ryby i odbierania pachnącej nią wody) szklanki (najlepiej 100 ml, tzw. literatki) płytki laboratoryjne lub przezroczyste pojemniki (jako areny eksperymentalne do testów) plastikowe pojemniki przezroczyste (do umieszczenia na nich płytek podczas nagrania) lustro, mieszczące się w pojemniku (do odbicia padającego z okna światła do góry) czarna tektura (potrzebna podczas nagrania, do osłonięcia z boków pojemników ze zwierzętami) taśma klejąca kamera ze statywem (lub telefon komórkowy z kamerką) markery (do opisywania naczyń ze zwierzętami) szkiełko wklęsłe np. zegarkowe (do obserwacji rozwielitki pod binokularem) ewentualnie stoper (może być w telefonie) ewentualnie nieduże akwarium z osprzętem, jeśli klasa zdecyduje się hodować rybę po eksperymencie Sprzęt na wyposażeniu szkoły: zestaw edukacyjny Woda ewentualnie binokular (do obserwacji tempa bicia serca) kabel lub karta SD do zgrania filmów komputery z dostępem do Internetu rzutnik, ekran program do analizy obrazu, ImageJ bezpłatny (imagej.nih.gov) Szczegółowe listy sprzętu otrzymały samorządy odpowiedzialne za zakup materiałów.
Podsumowanie Projekt Środowisko czyni zwierzę ma na celu zachęcić uczniów do przyjrzenia się indywidualnym różnicom w zachowaniach zwierząt, a także odpowiedzenia na pytanie, skąd się te różnice biorą poprzez przygotowanie i przeprowadzanie eksperymentów w zespołach badawczych. Motywacja Osobniki i ich indywidualności kształtują rzeczywistość biologiczną. Zrozumienie, jak kształtują się międzyosobnicze różnice, prowadzi nas do lepszego zrozumienia tego, jak funkcjonują sieci troficzne i całe ekosystemy. Proponowana metoda pracy zapoznaje uczniów nie tylko z omawianym problemem biologicznym, ale i z metodą naukową w praktyce. Podczas realizacji projektu uczniowie: poznają podstawy biologii i ekologii badanego organizmu i zrozumieją jego rolę w ekosystemie, zrozumieją potrzebę prowadzenia badań opartych na obserwacji i doświadczeniu, poznają podstawy metody naukowej i będą potrafili ją zastosować w praktyce postawią pytania i sformułują hipotezy badawcze oraz poszukają sposobów ich przetestowania, będą współpracowali w zespole w celu zrealizowania zadania badawczego, rozwiną wrażliwość na los zwierząt i dbałość o ich bezpieczeństwo, postępując z nimi humanitarnie i instruując innych w tym zakresie. Uczniowie poznają przede wszystkim metodę naukową w praktyce: od planowania eksperymentu, przez jego przeprowadzenie i analizędanych po wyciąganie wniosków oraz korzystanie ze źródeł naukowych. Żywe i suszone rozwielitki wykorzystywane są przez akwarystów jako pokarm dla ryb. Są też chętnie wykorzystywane przez naukowców w badaniach procesów ekologicznych.
Radon zmierz to Dariusz Aksamit Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej radon@kopernik.org.pl Jestem fizykiem medycznym, wykorzystuję wiedzę fizyczną (głównie o promieniowaniu jonizującym, jego wykrywaniu i oddziaływaniu z żywymi organizmami) w diagnostyce i terapii chorób, przede wszystkim onkologicznych. Ukończyłem Politechnikę Warszawską, jestem więc inżynierem lubię budować, konstruować, mierzyć, a nie tylko liczyć. Ważne jest dla mnie, aby praca, którą wykonuję, rozwiązywała konkretne i realne problemy. Działam w Stowarzyszeniu Rzecznicy Nauki, popularyzując wiedzę w mediach (prasa, radio, telewizja, filmy w internecie, występy na scenie ) oraz promując krytyczne myślenie i walcząc z pseudonauką. Radon zmierz to Projekt zalecany dla uczniów z klas VII i VIII / klas gimnazjalnych Projekt można zrealizować w ciągu 4 miesięcy, większość działań w budynku szkoły. Uczniowie w ramach tego projektu będą mierzyć stężenie radonu w różnych miejscach: w domu, w szkole, na zewnątrz.
Moje badania Zajmuję się zastosowaniem druku 3D (techniki drukowania przestrzennego, w którym z modelu komputerowego powstaje trójwymiarowy obiekt) w radioterapii, czyli leczeniu chorób nowotworowych za pomocą promieniowania jonizującego. Technologia ta umożliwia tworzenie obiektów przestrzennych odpowiadających anatomii pacjenta. Mogą to być fantomy, udające jego ciało w trakcie próbnych napromienień, gdy sprawdza się, czy plan leczenia jest odpowiedni (i czy nie zabijemy pacjenta przez błąd w obliczeniach ). Mogą to być również bolusy 1, czyli przygotowywane indywidualnie dla chorego obiekty, które umiejscawia się bezpośrednio na jego skórze. Mają one za zadanie modyfikować rozkład dawki promieniowania jonizującego we wnętrzu ciała pacjenta. To dlatego, że dążymy, aby określoną ilość promieniowania otrzymał guz, a możliwie mało prawidłowe tkanki naokoło. Zastosowań jest dużo, szczególnie, że sam druk 3D to bardzo szeroka dziedzina można drukować plastikiem lub żelem, można robić miękkie i elastyczne obiekty, a można laserowo spiekać metal Oprócz tego zajmuję się wszelkimi pomiarami związanymi z promieniowaniem jonizującym, w tym pomiarami promieniotwórczego gazu, którym oddychamy radonu 2 przy pomocy tzw. folii PADC (poliwęglanu diglikolu allilowego), badając np. stężenie radonu w dowolnym pomieszczeniu. Prowadzę także prace dyplomowe studentów, którzy mierzą stężenie radonu w wodzie, glebie, powietrzu oraz opracowują nowe metody pomiarowe. 1 Dotychczas bolusy przygotowywano z parafinowych plastrów układanych bezpośrednio na skórze pacjenta lub odlewie. Tak wykonane bolusy nie gwarantują właściwej jednorodności materiału oraz dobrego przylegania do ciała chorego. Kształt bolusa drukowanego 3D projektowany jest dzięki tomografii komputerowej. W systemach do planowania leczenia obliczany jest rozkład dawki promieniowania jonizującego wokół zmian nowotworowych. Na zdjęciach powyżej widać proces przygotowywania bolusów, od wykonania tomografii komputerowej po gotowy wydruk 3D. Źródło zdjęć: http://gazetalekarska.pl/?p=32909 2 Radon jest bezbarwnym, bezwonnym radioaktywnym gazem szlachetnym. Występuje naturalnie, jako produkt rozpadu radu, który z kolei powstaje z obecnego w przyrodzie w sporych ilościach uranu. Jego najstabilniejszy izotop 222Rn jest stosowany w radioterapii. Jest najcięższym znanym pierwiastkiem gazowym jest on 8 razy cięższy niż średnia gęstość gazów atmosferycznych. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Oziębiony poniżej temperatury krzepnięcia tworzy nieprzezroczyste kryształy i świeci brylantowo-niebieskim światłem.
Nasz wspólny projekt Radon to promieniotwórczy gaz naturalnie obecny w powietrzu, który jest głównym czynnikiem naszego naturalnego narażenia na promieniowanie. Jest też ważnym punktem odniesienia w dyskusji o poziomach promieniowania (np. z elektrowni jądrowej) ponieważ pozwala zinterpretować podawane w mediach informacje. Czy wiadomość, że promieniowanie wynosiło 3 msv/h to dużo czy mało? Jeśli spojrzymy na poniższy wykres pokazujący ile dostajemy promieniowania z różnych źródeł, naturalnych i sztucznych, dopiero możemy zrozumieć, co wynika z takiej informacji. Rodzaje promieniowania wymienione na rysunku: kosmiczne promieniowanie naturalne docierające do powierzchni Ziemi z przestrzeni kosmicznej / wewnętrzne promieniowanie naturalne pochodzące od pożywienia / gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych / toron naturalny izotop radonu / źródła sztuczne dawne wybuchy jądrowe, przedmioty powszechnego użytku, awaria czarnobylska Więcej osób słyszało o Czarnobylu niż o radonie, tymczasem wykres pokazuje, że gaz, którym oddychamy, jest głównym czynnikiem narażenia na promieniowanie jonizujące! Co ciekawe, stężenie radonu w powietrzu zmienia się w zależności od wielu czynników. Zależy m.in. od budowy geologicznej podłoża (w jakim miejscu Polski mieszkasz?), rodzaju materiałów budowlanych wykorzystanych do budowy domu (mieszkasz w bloku z wielkiej płyty czy w drewnianym domku?), wysokości, na której wykonuje się pomiar (mieszkasz na parterze czy na ostatnim piętrze?), zwyczajów domowników, które wpływają na intensywność i częstość wietrzenia pomieszczeń (wychodzisz z psem na spacer? śpisz przy otwartym oknie?) Uśredniając wyniki pomiarów, okazuje się, że w Polsce radon stanowi 36% łącznej dawki wszystkich źródeł promieniowania, chociaż w poszczególnych przypadkach może się to mocno zmieniać. 3 A jak jest w Twoim przypadku? Odpowiemy na to pytanie w ramach realizacji projektu edukacyjnobadawczego. Uczniowie pod okiem nauczycieli wykonają pomiary radonu w domu, szkole, okolicy. Sprawdzą, jakie jest jego stężenie w miejscach, gdzie dużo przebywają i razem spróbujemy zrozumieć, czemu w jednych miejscach jest go więcej, a w innych mniej. Rysunek 1. Udział różnych składowych promieniowania w średniej rocznej dawce otrzymywanej dla przykładowego mieszkańca Polski. Jednostka msv (czyt.: milisiwert) oznacza dawkę promieniowania, wyrażoną jako ilość energii pochłoniętej przez materię podzieloną przez masę tej materii, 1 Sv = 1 J/1 kg. Źródło: Raport Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki (http:www.paa.gov.pl) 3 Jak radon przedostaje się do mieszkań? Głównym źródłem jest ziemia, z której wydostaje się na powierzchnię. Ponieważ jest cięższy od powietrza, gromadzi się w zagłębieniach terenu i piwnicach. Później, dzięki różnicy ciśnień oraz przeciągów, potrafi rozchodzić się po mieszkaniach. Wdychamy go z powietrzem, a w płucach radon napromieniowuje okoliczną tkankę, doprowadzając do jej uszkodzenia. Aby zmniejszyć stężenie radonu w domu wystarczy częste wietrzenie lub dobra wentylacja. Piwnice również warto wietrzyć oraz uszczelniać w nich nawet niewielkie pęknięcia w betonowej podłodze, ścianach, a także szpary wokół instalacji.