Сити-фермерство – шаг в будущее

Дополнительная образовательная программа

по агробиоинженерии

«СИТИ-ФЕРМЕРСТВО – ШАГ В БУДУЩЕЕ»

8 - 9 классы

г. Новосибирск, р.п. Краснообск

Пояснительная записка

Курс «Сити-фермерство – шаг в будущее» предназначен для учащихся 8-11 классов и направлен на формирование экологического мышления, бережливого отношения к природным ресурсам планеты, конкретизацию знаний о современных направлениях аграрного производства в условиях урбанизации, навыков межотраслевой коммуникации на основе понимания технологий и процессов в смежных и несмежных отраслях.

В «Атласе новых профессий», изданных бизнес-школой «Сколково» и Агентством стратегических инициатив, профессия «Сити-фермер» названа среди 25 наиболее интересных профессий будущего. Сити-фермер – специалист, который создает и поддерживает эффективное функционирование автономных и экологичных конструкций, позволяющих получать сельскохозяйственную продукцию в условиях города. Профессия «Сити-фермер» универсальна, специалист должен обладать знаниями и по агрономии, и по экологии, и по экономике, обладать инженерными компетенциями.

Перспективность развития данного направления и связанных с ним агробиоинженерных технологий определяется тем, что в настоящее время происходит глобальный процесс уменьшения сельского населения и увеличения городского, которое минимально занимается выращиванием сельхозпродукции, но останется ее активным потребителем. При этом в Новосибирской области потребность в овощеводческой продукции, как и в целом в Сибирском Федеральном округе перекрывается только на 50%. Ежедневная норма потребления взрослого человека – более 400 г овощей, что составляет в среднем 128 - 164 кг в год. Являясь крупным промышленным регионом с населением в 2,8 млн. человек (1,6 млн. человек проживает только в городе Новосибирске), область имеет потребность в плодоовощной продукции порядка 400 тыс. тонн, производит – 200-220 тыс. тонн. Это значительно повышает актуальность курса «Сити-фермерство – шаг в будущее» в условиях Сибири и открывает широкие перспективы для внедрения его в образовательную деятельность.

При реализации курса будет использована гидропонная установка, оснащенная прибором «Over grower», позволяющим максимально автоматизировать процесс ухода за растениями при выращивании в гидропонике. 

В биолаборатории МБОУ СОШ №112 созданы все условия для организации исследовательской и проектной работы обучающихся межпредметного содержания, направленной на развитие ключевых агробиотехнологических компетенций.

Посредством организации практико-ориентированной деятельности учащихся будут решены задачи:

1. Развитие общекультурной компетентности учащихся, расширение и углубление знаний по биологии, химии, технологии, экономике, использование их в практической деятельности;

2. Развитие познавательной активности и самостоятельности, наблюдательности, творческих способностей учащихся;

3. Формирование представлений о профессиях, связанных с агробиоинженерией.

Общая межпредметная программа направлена на выработку у обучающихся универсальных учебных действий, формирование исследовательского типа мышления и профессионально ориентирована на отрасль сельского хозяйства и биотехнологии.

Первый блок программы: Пропедевтический - направлен на поиск и получение знаний по истории гидропонного способа выращивания растений, сведений о роли зарубежных (Иоганн ван Гельмонт, Эдме Мариотт, Марчелло Мальпиги, Стефан Хэйлс, Джон Вудворд, Юстус фон Либих, Юлиус Закс (Боннский университет) и Вильгельм Кноп (Лейпциг-Меккернская опытная станция), Уильям Герикке) и отечественных (Климент Аркадьевич Тимирязев и Дмитрий Николаевич Прянишников) ученых в развитии данного направления выращивания растений, формирование понятий об основных законах растениеводства (закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений, закон минимума, оптимума и максимума, закон совокупного действия факторов жизни растений и др.), понятий о различных современных перспективных видах гидропоники, их плюсах и минусах, о технических решениях и перспективах их совершенствования.

Второй блок программы: Исследовательский - направлен на изучение потребностей различных видов растений (влажность, температурный режим, освещение, с точки зрения химии – понятие о макро- и микроэлементах), выявление наиболее продуктивных культур для выращивания на гидропонике (овощных, пряно-ароматических, лекарственных), формирование понятий о посевных качествах семян и их оценке, наблюдение за растениями во время вегетации, овладение методиками установления их фенологических фаз, определения высоты растений, площади их листовой поверхности, осуществление мониторинга за их развитием, за общим фитосанитарным состоянием в биолаборатории, а также навыками ведения первичной документации - журналов, дневников наблюдения и т.п. А также проведение выездного научного эксперимента в Сибирском федеральном научном центре агробиотехнологий Российской академии наук (ФГБУН СФНЦА РАН), в котором школьники на практике познакомятся с методами агрохимического эксперимента.

Третий блок программы: Аналитический - предполагает овладение методиками проведения простейших анализов, навыками организации экспериментальной работы. Для расширения и углубления знаний по биологии, химии, агрономии, инженерии, формирования навыков использования их в практической деятельности этот блок открывает наиболее широкие возможности.

Четвертый блок: Практический - проведение семинаров в рамках реализации проекта по темам: «Роль растений в жизни планеты», «Растение – фабрика органических веществ», «Посевные качества семян», «Грунты и субстраты для выращивания растений», «Питательные элементы», «Симптомы нарушения минерального питания», «Влияние азота, фосфора и калия на рост и развитие растений», «Роль микроэлементов в жизни растений», «Удобрения», «Гидропоника», «Автоматизация процессов при выращивании растений», «Экономические перспективы сити-фермерства», а также реализация и презентация индивидуальных и групповых проектов по бизнес-планированию и организации офисных и домашних ферм.

Ожидаемые результаты и социальные эффекты от реализации программы:

Для обучающихся:

- возможность получения практико-ориентированных знаний по направлениям:

агроинженерия, биотехнология, экономика, маркетинг;

- формирование умений быстро адаптироваться к новым технологиям;

- получение допрофессиональной подготовки, в том числе и для детей с ОВЗ.

Для педагогов:

- расширение возможностей профессионального роста и самообразования;

- возможность творческого и профессионального общения.

Для родителей:

- удовлетворенность от получения детьми качественного образования, обеспечивающего индивидуально-личностное развитие и социальную адаптацию в обществе.

Для города и региона:

- создание образовательного комплекса по естественнонаучному направлению с учетом особенностей инновационных биотехнологий, где обучающийся не только приобретает определенные знания, умения и навыки, но и получает возможность применить их на практике; изучив основы предпринимательства, может разработать свой бизнес-план, развивая свои профессиональные и личностные качества, которые востребованы современной экономикой и рынком труда.

Учебно-методический план

Содержание программы (64 часа)

Блок 1. «Прогрессивное растениеводство и перспективы его развития»

1, 2. Краткая история развития растениеводства как отрасли и науки – 2 часа – теоретическое занятие и семинар.

3, 4. Мировые ресурсы растениеводства – 2 часа – теоретическое занятие и семинар.

5, 6. Основные законы растениеводства – 2 часа – теоретическое занятие и семинар.

7, 8. Обзор современных технологий прогрессивного растениеводства – 2 часа – теоретическое занятие и семинар.

9. Круглый стол «Сити-фермерство, как агробизнес» - 1 час.

10. Зачет – 1 час.

Блок 2. «Растение, как объект исследования»

1, 2. Выбор объекта исследований – сравнительный анализ культур перспективных для выращивания в условиях города. Потребности различных видов растений. Современные сорта и гибриды. – 2 часа.

3, 4. Все начинается с семян. Практические занятия по определению посевных качеств семян – 2 часа.

5, 6. Выращиваем растения – что важно знать? Понятие о вегетационном периоде растений, биологической и технической спелости, продуктивности, элементах структуры урожая, программировании урожая – 2 часа.

7. Основы научных исследований в растениеводстве. Методы эмпирического исследования: наблюдение, измерение, сравнение, эксперимент. Правила ведения документации – 1 час.

8. Практическое занятие по организации наблюдений за растениями во время вегетации, по ведению журнала фенологических наблюдений – 1 час.

9, 10. Практические занятия – Посев семян в кассеты – 2 часа.

11. Практическое занятие – Методика определения фенофаз – 1 час.

12. Болезни растений, понятие о фитопатологии. Сельскохозяйственная энтомология, понятие о фитофагах и энтомофагах. Современные средства защиты растений – 1 час.

13. Практическое занятие – Мониторинг фитосанитарного состояния сити-фермы – 1 час.

14. Практическая работа – Сравнительный анализ субстратов для выращивания растений – 1 час.

15. Практическая работа – Влияние света и температуры на рост растений – 1 час.

16. Практическое занятие по измерению высоты растений – 1 час.

17. Практическое занятие по определению площади листовой поверхности растений – 1 час.

18. Зачет – 1 час.

19. Проведение выездного эксперимента в научно-исследовательском учреждении Российской академии наук (приурочен к Дню науки) – 1 час.

20. Зачет – 1 час.

Блок 3. «Эксперимент в действии»

1. Техника безопасности при проведении экспериментальной работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование, правила обращения – 1 час.

2. Лабораторно-практическая работа – Предварительный анализ воды, используемой для приготовления питательных растворов (жесткость, концентрация солей, рН) – 1 час.

3. Лабораторно-практическая работа – Тургорное состояние клеток. Осмотическое давление в клетке – 1 час.

4. Лабораторно-практическая работа – Поднятие воды в растении по сосудам – 1 час.

5. Зачет по теме водный режим растений – 1 час.

6. Влияние азота, фосфора и калия на рост и развитие растений. Роль мик-роэлементов в жизни растений. Удобрения. Симптомы нарушения минерального питания растений – 1 час.

7. «Из чего же, из чего же, из чего же…» или элементарный состав живых организмов. Лабораторно-практическая работа – Микрохимический анализ золы растения – 1 час.

8. Лабораторно-практическая работа – Распознавание минеральных удобрений – 1 час.

9. Лабораторно-практическая работа – Обнаружение нитратов в листьях растений – 1 час.

10. Зачет по теме минеральное питание растений – 1 час.

11. Дыхание, как один из важнейших физиологических процессов обмена веществ у растений – 1 час.

12. Лабораторно-практическая работа – Дыхание прорастающих семян – 1 час.

13. Лабораторно-практическая работа – Определение интенсивности дыхания. Обнаружение дегидрогеназ, пероксидазы, каталазы – 1 час.

14. Зачет по теме дыхание растений – 1 час.

15. Процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических соединений – 1 час.

16. Лабораторно-практическая работа – Получение спиртовой вытяжки хлорофилла. Спектр поглощения хлорофилла. Действие щелочи на хлорофилл. Разделение пигментов – 1 час.

17. Лабораторно-практическая работа – Поглощение зеленым растением углекислого газа из воздуха. Зависимость интенсивности фотосинтеза от интенсивности света – 1 час.

18. Лабораторно-практическая работа – Образование крахмала в листьях растений. Образование сахара в зеленых листьях на свету – 1 час.

19. Зачет по теме фотосинтез – 1 час.

20. Круглый стол «Роль эксперимента в научном познании. Исторический экскурс» - 1 час.

Блок 4. «Шаг в профессию будущего»

1. Применение метода моделирования для создания моделей разнообразных биологических систем – 1 час.

2. Автоматизация процессов при выращивании растений – 1 час.

3. Практическая работа – Контрольные измерения показателей питательного раствора – 1 час.

4. Практическая работа – Контрольные измерения показателей микроклимата гидропонной установки – 1 час.

5. Практическая работа – «Мозговой штурм» по разработке устройств, позволяющих автоматизировать выращивание растений – 1 час.

6. Экономические перспективы сити-фермерства. Структура бизнес плана сити-фермы – 1 час.

7. Практическая работа – Составление маркетингового плана сити-фермы – 1 час.

8. Практическая работа – Составление производственного плана сити-фермы – 1 час.

9. Практическая работа – Составление организационного плана сити-фермы – 1 час.

10. Практическая работа – Составление финансового плана сити-фермы – 1 час.

11. Практическая работа – Анализ жизнеспособности проекта сити-фермы и оценка возможных рисков – 1 час.

12. Зачет по бизнес планированию сити-фермы – 1 час.

13, 14. Защита индивидуальных и групповых проектов по бизнес-планированию и организации офисных и домашних сити-ферм на основе гидропоники» - 2 часа.

Основные знания и умения

1. Готовность и способность к саморазвитию, личностному и профессиональному самоопределению;

2. Способность к созданию системы значимых социальных и межличностных отношений, ценностно-смысловых установок, отражающих личностные и гражданские позиции;

3. Умение ставить цели и строить жизненные планы;

4. Формирование первоначальных систематизированных представлений о сельскохозяйственных растениях, методах их исследования, выращивания, способах использования; овладение понятийным аппаратом и символическим языком агробиоинженерии;

5. Осознание объективной значимости основ биологии, химии как областей современного естествознания, понимание их прикладной значимости;

6. Овладение способностью анализировать и объективно оценивать наблюдаемые явления, навыками безопасного обращения с веществами, используемыми при выращивании растений; умением анализировать и планировать безопасное поведение в целях сохранения здоровья и окружающей среды;

7. Умение устанавливать связи между реально наблюдаемыми явлениями и процессами, происходящими в микромире;

8. Приобретение опыта использования различных методов изучения объектов: изучения исторических источников, наблюдения, сравнения, проведения эксперимента с использованием лабораторного оборудования и приборов, моделирования и др.;

9. Формирование умений работать в команде, ответственного отношения к работе других людей, культуры труда;

10. Формирование экологического мышления, бережливого отношения к природным ресурсам нашей страны и планеты в целом.

Список используемой литературы

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: Учебное пособие / Под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996. – 192 с.

2. Боннет Б. Химия без лаборатории. Увлекательные опыты и развлечения / Б. Боннет и Д. Кин; пер. с англ. Н. Харламовой. – М.: АСТ: Астрель, 2008. – 127 с.

3. Викторов Д.П. Малый практикум по физиологии растений: учебное пособие для биол. спец. вузов / Д.П. Викторов. – М.: Высшая школа, 1983. – 135 с.

4. Воронцов А.Б. Практика развивающего обучения. – М.: Русская энциклопедия, 1998. – 234 с.

5. Воскресенская О.Л., Грошева Н.П., Скочилова Е.А. Физиология растений: Учебное пособие. / Мар. гос. ун-т. –Йошкар-Ола, 2008. –148 с.

6. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Настольная книга учителя химии. 9 кл.- М.:Дрофа, 2003.

7. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. ГДР. 1974. – Пер. с нем. – Л.: Химия, 1980. – 392 с.

8. Гэлстон А. Жизнь зеленого растения /А. Гэлстон, П. Дэвис, Р. Сэттер. – М.: Мир, 1983. – 552 с.

9. Добротин Н.Ю. Обсуждение проблем наркомании на уроках химии. «Химия в школе» - 2002. -№ 2-4.

10. Ерейская Г.П. Эффектные демонстрационные опыты по химии: готовимся к ЕГЭ (часть С)/ Г.П. Ерейская, А.В. Храменкова, В.М. Таланов. – Ростов-на Дону: Феникс, 2016. – 167 с.

11. Леенсон И.А. Удивительная химия. – М.: ЭНАС-КНИГА, 2016 – 256 с.

12. Леенсон И.А. Чет или нечет? Занимательные очерки по химии. – М.: Химия, 1987. – 176 с.

13. Малый практикум по физиологии растений: учебное пособие / под ред. А.Т. Мокроносова. –М.: Изд-во МГУ, 1994. –184 с.

14. Пичугина Г.В. Ситуационные задания по химии. 8-11 классы. – М.: ВАКО, 2014. – 144 с.

15. Сказкин Ф.Д. Практикум по физиологии растений. / Ф.Д. Сказкин, Е.И. Ловчиновская, Т.А. Краснокамская и др. – М.: Государственное издательство «Советская наука», 1953. – 311 с.

16. Смолкин А. М. Методы активного обучения. — М.: Высшая школа, 2001. – 362 с.

17. Химия. Предметная неделя в школе: планы и конспекты мероприятий/ авт.-сост. Л.Г. Волынова и др. – Волгоград: Учитель, 2007. – 142 с.

18. Эксперимент по физиологии растений в средней школе. Пособие для учителей / Е. М. Васильева Т. В. Горбунова Л. И. Кашина. - М.: «Просвещение» 1978. - 112 с.

19. Юдин А.М., Сучков В.Н., Коростелин Ю.А. Химия для Вас. – М.: Химия, 1986. – 192 с.