podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnbqt1amvhptez.pdfmatematika...

12
P – 542 Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegije Nada Roguljić Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska [email protected] Arijana Burazin Mišura Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska [email protected] Jelena Krčum Pomorska škola, Split, Hrvatska [email protected] Sažetak. Glavna ideja ovog rada ukazati je na načine kako uključiti održivost u kurikulum matematičkih kolegija. Problematika održivosti je u svojoj biti interdisciplinarno područje. Postoji mnoštvo prilika za uvođenje primjera održivosti u matematičke kolegije, počevši od algebre i geometrije sve do analize i statistike. Poučavanje o održivosti prirodnih resursa ima najveći utjecaj upravo na velikim dodiplomskim matematičkim kolegijima poput onih koji se izvode na Sveučilišnom odjelu stručnih studija. Preporučamo načine na koji sveučilišni nastavnici matematike mogu pružiti kvalitetnu i autentičnu poduku svojim studentima baziranu na stvarnim podacima, koja uključuje ideje o održivosti unutar matematičkog konteksta, a bez ugrožavanja obveznih matematičkih sadržaja. Kao dodatni ishod učenja možemo očekivati osvještavanje važnosti problematike brige o okolišu i podizanje ekološke svijesti studenata. Ključne riječi: podučavanje, matematika, održivost 1. Uvod Tema održivosti (eng. sustainability) tema je koja zadnjih desetljeća zadire u sve sfere ljudskog života i djelovanja pa tako i u obrazovanje. Svjesni smo činjenice da je ubrzani industrijski i tehnološki razvoj čovječanstva s jedne strane donio kvalitetu života u razvijenim zemljama, a s druge strane doveo u pitanje održivost života na našoj planeti budućim generacijama. Neracionalni pristup eksploataciji prirodnih resursa i nedostatak promišljanja vladajućih elita doveo nas je do trenutka kada je nužno potreban preokret u razmišljanju o sadašnjosti kako bi negativne trendove u budućnosti okrenuli u održive. Pojam održivosti se različito definira: kao neprekidno održavanje raznolikog i produktivnog okoliša o kojem sav život ovisi; odgovorno korištenje resursa na neodređeno vrijeme; zadovoljavanje potreba sadašnjosti bez ugrožavanja mogućnosti budućih generacija da zadovolje svoje potrebe. Zato održiva budućnost prvenstveno ovisi o spremnosti društva da educira stručnjake koji će znati voditi radne procese, stvoriti infrastrukturu potrebnu da se optimizira upravljanje resursima. Obrazovanje, bilo formalno ili neformalno ključ je razvoja znanja, tehnologija i vještina potrebnih za održivu budućnost. Svjesni globalnog problema i upitne budućnosti Ujedinjeni narodi su proteklo desetljeće (2005. 2014.) proglasili desetljećem obrazovanja za održivi razvoj. Nizom lokalnih i globalnih aktivnosti promicali su obrazovanje i podizanje razine svjesnosti za održivi razvoj od pojedinca do šire društvene zajednice. Brojne su inicijative zaživjele u raznim obrazovnim sferama poglavito u matematičkom obrazovanju i srodnim prirodnim i tehničkim disciplinama. Matematika planeta Zemlje 2013. (MPE 2013) je inicijativa matematičkih znanstvenih organizacija u svijetu s ciljem pronalaženja načina na

Upload: others

Post on 02-Sep-2019

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 542

Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegije

Nada Roguljić

Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska

[email protected]

Arijana Burazin Mišura

Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska

[email protected]

Jelena Krčum

Pomorska škola, Split, Hrvatska

[email protected]

Sažetak. Glavna ideja ovog rada ukazati je na načine kako uključiti održivost u kurikulum

matematičkih kolegija. Problematika održivosti je u svojoj biti interdisciplinarno područje. Postoji

mnoštvo prilika za uvođenje primjera održivosti u matematičke kolegije, počevši od algebre i

geometrije sve do analize i statistike. Poučavanje o održivosti prirodnih resursa ima najveći utjecaj

upravo na velikim dodiplomskim matematičkim kolegijima poput onih koji se izvode na Sveučilišnom

odjelu stručnih studija. Preporučamo načine na koji sveučilišni nastavnici matematike mogu pružiti

kvalitetnu i autentičnu poduku svojim studentima baziranu na stvarnim podacima, koja uključuje ideje

o održivosti unutar matematičkog konteksta, a bez ugrožavanja obveznih matematičkih sadržaja. Kao

dodatni ishod učenja možemo očekivati osvještavanje važnosti problematike brige o okolišu i

podizanje ekološke svijesti studenata.

Ključne riječi: podučavanje, matematika, održivost

1. Uvod

Tema održivosti (eng. sustainability) tema je koja zadnjih desetljeća zadire u sve sfere

ljudskog života i djelovanja pa tako i u obrazovanje. Svjesni smo činjenice da je ubrzani

industrijski i tehnološki razvoj čovječanstva s jedne strane donio kvalitetu života u razvijenim

zemljama, a s druge strane doveo u pitanje održivost života na našoj planeti budućim

generacijama. Neracionalni pristup eksploataciji prirodnih resursa i nedostatak promišljanja

vladajućih elita doveo nas je do trenutka kada je nužno potreban preokret u razmišljanju o

sadašnjosti kako bi negativne trendove u budućnosti okrenuli u održive. Pojam održivosti se

različito definira: kao neprekidno održavanje raznolikog i produktivnog okoliša o kojem sav

život ovisi; odgovorno korištenje resursa na neodređeno vrijeme; zadovoljavanje potreba

sadašnjosti bez ugrožavanja mogućnosti budućih generacija da zadovolje svoje potrebe. Zato

održiva budućnost prvenstveno ovisi o spremnosti društva da educira stručnjake koji će znati

voditi radne procese, stvoriti infrastrukturu potrebnu da se optimizira upravljanje resursima.

Obrazovanje, bilo formalno ili neformalno ključ je razvoja znanja, tehnologija i vještina

potrebnih za održivu budućnost. Svjesni globalnog problema i upitne budućnosti Ujedinjeni

narodi su proteklo desetljeće (2005. – 2014.) proglasili desetljećem obrazovanja za održivi

razvoj. Nizom lokalnih i globalnih aktivnosti promicali su obrazovanje i podizanje razine

svjesnosti za održivi razvoj od pojedinca do šire društvene zajednice. Brojne su inicijative

zaživjele u raznim obrazovnim sferama poglavito u matematičkom obrazovanju i srodnim

prirodnim i tehničkim disciplinama. Matematika planeta Zemlje 2013. (MPE 2013) je

inicijativa matematičkih znanstvenih organizacija u svijetu s ciljem pronalaženja načina na

Page 2: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 543

koji matematičke discipline mogu biti korisne u rješavanju globalnog svjetskog problema.

Ova inicijativa rezultirala je nizom tematskih događanja u 2013. godini, uključujući i više od

10 dugoročnih programa na institutima širom svijeta, više od 50 radionica, gostovanjima

pozvanih predavača, brojnim javnim predavanjima, razvojem obrazovnih materijala,

tematskim umjetničkim izložbama i međunarodnim nagradnim natječajem za razvoj

inovativnih obrazovnih modula prikladnih za širu diseminaciju.

2. Matematika i održivost

Trend integriranja koncepta održivosti u matematičke kolegije i obrnuto sve je prominentniji

na svim razinama obrazovanja. Razlog leži u njihovoj prirodnoj vezi. Doslovno sva pitanja u

održivom razvoju zahtijevaju matematičke vještine: mjerenja, procjene, pretvorbe jedinica,

skaliranja u jednodimenzionalnom, dvodimenzionalnom, trodimenzionalnom, a čak i

četverodimenzionalnom prostoru, matematičkog modeliranja rasta ili pada, korištenja

numeričkih podataka u različitim analizama i razumijevanju ograničenja [3]. Analize

održivosti počivaju na tablicama, grafovima i matematičkim jednadžbama. Međutim, da bi

ideja održivosti zaživjela u svojoj punini nije dovoljno da se integrira samo u postojeće STEM

discipline, već je nužno da održivost postane nova obrazovna paradigma. Kao takva mogla bi

transformirati ne samo suhoparne akademske discipline nego bi promijenila način na koji

razmišljamo o svemu što nas okružuje. Analiziranje realnih problema iz područja održivosti

donosi dodanu vrijednost nastavi matematike. Studenti dobivaju širu sliku, postaju svjesni

ograničenja koje nam priroda postavlja, a i uviđaju važnost matematike na putu rješavanja

gorućih problema. Održivost je autentični, zanimljivi i motivirajući kontekst u kojem

matematika ima svoju nezamjenjivu ulogu.

3. Primjeri integriranih sadržaja

U ovom ćemo poglavlju kroz više primjera sugerirati kako integrirati teme iz održivosti u

nastavu matematike u visokom školstvu, ponajprije u području matematičke analize i

statistike [2]. Za obradu realnih podataka koristit ćemo se MS Excelom 2007, standardnim i

pristupačnim alatom koji je većina studenata u mogućnosti koristiti.

3.1 Prosječna globalna temperatura

Za potrebe ovog primjera potrebno je dohvatiti podatke o prosječnoj globalnoj temperaturi

[9]. U radnom listu MS Excela kreira se točkasti dijagram. Uz pomoć opcije Trendline izabere

se odgovarajuća funkcija koja najbolje modelira podatke. Kriterij odabira je iznos koeficijenta

determinacije 𝑅2.

Tako za dohvaćene podatke dobivamo sljedeći prikaz:

Slika 1 Kretanje prosječne globalne temperature od 1950. do 2014. godine

Page 3: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 544

Od studenata možemo očekivati da nađu rješenja sljedećih problema [4]:

- Odredite matematički model koji dobro opisuje kretanje prosječne globalne

temperature kao funkcije vremena.

Dane podatke sa zadovoljavajućim iznosom koeficijenta determinacije 𝑅2 modelira

kvadratna funkcija

𝑓(𝑥) = 0,000183 ∙ 𝑥2 + 0,005413 ∙ 𝑥 + 13,871188 .

- Upotrebom dobivenog modela prognozirajte globalnu prosječnu temperaturu za

navedeni niz godina, kao i porast temperature u odnosu na 2014. godinu (𝑡1).

Tablica 1

Godina Prognozirana temperatura 𝑡2 ∆𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1

2020. 15,15 0,26

2040. 15,84 0,95

2100. 18,80 3,91

- Odredite godišnju stopu promjene prosječne globalne temperature u 2014. godini.

Kada se stopa promjene ne bi mijenjala, tj. kada bi ostala na nivou one u 2014. godini

izvršite predviđanja iz gornje tablice.

Odgovarajuće rješenje nalazi se određivanjem nagiba tangente na krivulju u danoj

točki. Stoga je potrebno odrediti prvu derivaciju dobivene funkcije i njenu vrijednost

za 2014. godinu (𝑥 = 64).

𝑓′(𝑥) = 0,000366 ∙ 𝑥 + 0,005413

𝑓′(64) = 0,0288

Možemo reći da je 2014. prosječna globalna temperatura bila 14,89℃ uz stopu

godišnjeg rasta 0,0288℃.

Tablica 2

Godina Prognozirana temperatura 𝑡2 ∆𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1

2020. 15,06 0,17

2040. 15,64 0,75

2100. 17,37 2,48

- Prema danom modelu odredite koje bi godine očekivana prosječna globalna

temperatura iznosila 20℃.

𝑦 = 20℃

Rješavanjem kvadratne jednadžbe dolazimo do rješenja 𝑥 = 168,81 (2119. godina).

Obradi ovakvog sadržaja može slijediti kraća rasprava o uzrocima globalnog zatopljenja,

posljedicama na okoliš i život na zemlji, mogući scenariji, osobnoj odgovornosti pojedinca za

moguće promjene. Zainteresirane studente može se uputiti na daljnje proučavanje

problematike [10].

3.2 Koncentracija CO2 u zraku

Za potrebe ovog primjera potrebno je dohvatiti podatke o koncentraciji CO2 u zraku. Podaci

su mjereni u atmosferskom opservatoriju na Havajima Mauna Loa i dohvaćeni s web stranice

[11] za razdoblje od 1959. do 2015., a od 1950. do 1958. povijesni podaci sa [13] (godišnje

prosječne vrijednosti CO2). Podaci su:

Page 4: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 545

Slika 2 Koncentracija CO2 u zraku, od 1950. do 2015. godine

U radnom listu MS Excela kreira se točkasti dijagram. Uz pomoć opcije Trendline izabere se

odgovarajuća funkcija koja najbolje modelira podatke. Kriterij odabira je iznos koeficijenta

determinacije 𝑅2. Tako za dohvaćene podatke dobivamo sljedeći prikaz:

Slika 3 Koncentracija CO2 u zraku, od 1950. do 2015. godine podaci modelirani kvadratnom funkcijom

Od studenata možemo očekivati da odgovore na sljedeća pitanja:

- Odredite matematički model koji dobro opisuje kretanje koncentracije CO2 kao

funkcije vremena.

Dane podatke sa zadovoljavajućim iznosom koeficijenta determinacije 𝑅2 modelira

kvadratna funkcija:

𝑓(𝑥) = 0,01330 ∙ 𝑥2 + 0,52838 ∙ 𝑥 + 310,36069

Page 5: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 546

- Upotrebom dobivenog modela prognozirajte kolika bi bila očekivana vrijednost

koncentracije CO2 2050. godine?

𝑓(100) = 496,20 𝑝𝑝𝑚

- Odredite godišnju stopu promjene koncentracije CO2 u 2015. godini. Kada se stopa

promjene ne bi mijenjala, tj. kada bi ostala na nivou one u 2015. godini izvršite

predviđanja očekivane vrijednosti koncentracije CO2 2050. godine.

𝑓′(𝑥) = 0,0266 ∙ 𝑥 + 0,52838

𝑓′(65) = 2,25738

Predviđanje za 2050. godinu na bazi stope rasta iz 2015. dobit ćemo uvrštavanjem

dobivenih podataka u jednadžbu tangente.

𝑦 = 𝑓′(𝑥0) ∙ (𝑥 − 𝑥0) + 𝑦0

gdje je 𝑓′(𝑥0) stopa promjene (nagib tangente) u 𝑥0 = 65 (2015. 𝑔𝑜𝑑𝑖𝑛𝑎), 𝑦0 =400,83 𝑝𝑝𝑚 koncentracija CO2 u 2015. godini, a 𝑥 = 100(2050. 𝑔𝑜𝑑𝑖𝑛𝑎), 𝑦 tražena

koncentracija u 2050. godini. Tako bi, uz istu stopu promjene iz 2015., koncentracija

CO2 2050. iznosila 479,84 𝑝𝑝𝑚.

Slika 4 Koncentracija CO2 u zraku, od 1950. do 2015. godine modelirana kvadratnom funkcijom; tangenta na

krivulju u 𝑥 = 65

- Prema [7] pri koncentraciji CO2 od 450 𝑝𝑝𝑚 vjerojatnost globalnog zatopljenja od

2℃ iznosi 50 %. Procijenite koje bi se godine mogla doseći ta vrijednost i prema

dobivenom modelu, kao i prema kontinuiranom rastu stopom iz 2015. godine.

𝑦 = 450 𝑝𝑝𝑚

Rješenje ćemo dobiti rješavanjem jednadžbe. U prvom slučaju kvadratne, a u drugom

slučaju linearne. Možemo zatražiti od studenata da napišu kratki tekst u kojem

objašnjavaju dobivene vrijednosti.

Ako trend porasta koncentracije CO2 nastavi slijediti dobiveni model s 50 % sa

sigurnošću se tijekom 2035. godine može očekivati globalno zatopljenje od 2℃, a ako

pak nastavi rast s konstantnom stopom iz 2015. Godine, taj porast može se očekivati u

2037. godini. Objasnite odakle razlika?

Prema [1] porast temperature od 1℃ na današnju vrijednost globalne prosječne

temperature značio bi daljnje zakiseljavanje oceana, slom prirodnih ekosustava, a

značio bi i novih 18 – 60 milijuna gladnih u nerazvijenim zemljama. Porast od 1,5℃

mogao bi dovesti do smanjenja ledenog pokrivača na Grenlandu i podizanja razine

Page 6: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 547

mora za 7 m te posljedičnog poplavljivanja obalnog pojasa. Porast od 2℃ doveo bi do

smanjenja poljoprivrednog prinosa u bogatim zemljama kao i ugroženost nedostatkom

pitke vode za 1 – 3 milijardu stanovništva. Porast od 3℃ značio bi propast ekološkog

sustava Amazonske prašume. Porast od 4℃ značio bi potpuni gubitak poljoprivredne

proizvodnje za čitavu Afriku i Australiju.

Kakav bi trebao biti trend promjene koncentracije CO2 da bi izbjegli ovakav scenarij?

3.3 Emisija CO2 u atmosferu (podaci za Hrvatsku)

Za potrebe ovog primjera potrebno je dohvatiti podatke o emisiji CO2 u atmosferu. Kako bi se

studenti lakše identificirali s problemom dobro je preuzeti podatke za Hrvatsku. Podaci su

dohvaćeni s web stranice [6]. Obuhvaćena je emisija CO2 koja nastaje zbog sagorijevanja

fosilnih goriva i proizvodnje cementa. Ona uključuje i ugljični dioksid proizveden tijekom

potrošnje krutog, tekućeg i plinovitog goriva.

Slika 5 Emisija 𝐶𝑂2 u RH Slika 6 Emisija 𝐶𝑂2 u RH u tonama po stanovniku

Moguća pitanja koja se mogu postaviti studentima su:

- Koje je godine (od početka mjerenja) zabilježena maksimalna emisija CO2 i koliko je

ona iznosila? U usporedbi s 1992. godinom koliki je porast zabilježen?

Vidljivo je i iz tablice kao i grafa da je dosadašnji maksimum dosegnut 2007. godine i

iznosi 5,501 𝑡𝑜𝑛𝑎/𝑠𝑡𝑎𝑛𝑜𝑣𝑛𝑖𝑘𝑢. U odnosu na 1993. zabilježen je porast emisije od

1,049 𝑡𝑜𝑛𝑎/𝑠𝑡𝑎𝑛𝑜𝑣𝑛𝑖𝑘𝑢

- Izračunajte postotnu promjenu emisije u svim godinama promatranog perioda u

odnosu na početnu 1992. godinu. Interpretirajte stope promjene za 1994. i 2008.

godinu!

1994. godine zabilježeno je smanjenje emisije CO2 za 3,28 % u odnosu na 1992.

godinu, a 2008. godine zabilježen je porast emisije CO2 u odnosu na 1992. godinu za

40,42 %.

- Izračunajte postotnu promjenu emisije u nizu uzastopnih godina (lančane indekse) i

pronađite te interpretirajte one indekse koji ukazuju na najveće smanjenje, odnosno

povećanje emisije u promatranom vremenskom periodu.

Page 7: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 548

Najveći pad emisije zabilježen je 2009. godine kada je, u odnosu na 2008., emisija

smanjena za 7,64 %. Najveći se pak skok u emisiji dogodio 1996. godine kada je

zabilježen porast emisije za 9,24 % u odnosu na 1995. godinu.

Slika 7 Emisija 𝐶𝑂2 u RH u tonama po stanovniku od 1992. do 2011, bazni indeksi na nivou 1992. godine i

lančani indeksi te pripadne stope promjene

Daljnja rasprava može ići u smjeru pronalaženja razloga za najveći pad emisije 2009.

godine u odnosu na 2008., pogotovo sa studentima ekonomskih usmjerenja. Kako bi

se usmjerilo studente mogu im se podastrijeti podaci o kretanju BDP-a u tom

promatranom razdoblju [6]. Evidentno je naime da je u tom periodu u RH došlo do

pada gospodarske aktivnosti, a posljedično i smanjenja rasta emisije CO2.

Slika 8 BDP per capita (US$) za RH 2007. - 2014. Slika 9 Stopa promjene BDP-a od 2007. do 2014.

Page 8: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 549

3.4 Održivo ribarstvo

Recentna povijest zabilježila je više slučajeva kolapsa ribljeg fonda nekih vrsta, primjerice

norveške haringe, bakalara, peruanskih inćuna, pogotovo u razdoblju od 1960. do kraja

prošlog stoljeća.

Slika 10 Kolaps ribljeg fonda atlantskog bakalara [12]

Tako je izlov atlantskog bakalara s održivog nivoa oko 250 000 tona godišnje narastao na

visokih 800 000 tona godišnje što je dovelo do potpunog kolapsa u 1992. godini. Ovakve su

pojave posljedica pretjeranog izlova, ali i klimatskih promjena, promjene temperature

svjetskih mora te nedovoljne brige o akvakulturi. No, moguće je imati održivo ribarstvo

pravilnim gospodarenjem i striktnim provođenjem lovnih kvota. Danas postoje institucije čija

je to primarna zadaća. Jedan od načina da se postigne kvalitetno i promišljeno planiranje je

modeliranje ulaznih varijabli (dostupnost hrane, stopa uzgoja, temperatura vode, onečišćenja)

i izlaza (prirodna smrt, komercijalni ribolov). Takvo modeliranje moguće je pomoću

diferencijalnih jednadžbi [5].

3.4.1 Model kretanja količine ribe u ograničenom prirodnom okolišu

Ponudit ćemo posve pojednostavljen model količine ribljeg fonda u nekom geografski

ograničenom području (npr. uvala).

𝑑𝑥

𝑑𝑡= 𝑥 ∙ (1 −

𝑥

12)

U ovom modelu 𝑥 predstavlja količinu ribe (masu u tisućama tona), 𝑡 vrijeme (u godinama).

Faktor 𝑥 s desne strane modela predstavlja rast ribljeg fonda, a izraz u zagradama smanjenje

zbog ograničavajućih utjecaja. Broj 12 predstavlja stabilni (održivi) nivo ribljeg fonda.

Postavimo početni uvjet. Neka je početna količina ribe 500 t. Pišemo onda 𝑥(0) = 0,5.

Studenti kojima se ovo gradivo izlaže trebali bi biti u stanju rješiti diferencijalnu jednadžbu uz

zadani početni uvjet. Ovo je diferencijalna jednadžba sa separiranim varijablama. Njeno

rješenje uz zadani početni uvjet je:

𝑥(𝑡) =12

1 + 23 ∙ 𝑒−𝑡

Page 9: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 550

Dobiveni model u MS Excelovom radnom listu izgleda:

Slika 11 Model kretanja ribljeg fonda u geografski ograničenom području (uvala)

- Kako se mijenja količina ribe u prve četiri godine? Koja funkcija opisuje takvo

ponašanje?

- Kako se mijenja količina ribe za 𝑡 > 6 ? Oko koje vrijednosti se stabilizira?

- Odredite točku infleksije za dani model?

- Dodatno istražite kakva je to logistička funkcija i koje se pojave njom

modeliraju?

3.4.2 Model održivog ribarenja

Pretpostavimo dalje da u naš morski zaljevski ekosustav dođe ribarski brod koji lovi 2000 t

ribe godišnje. Tada model u diferencijalnom obliku izgleda:

𝑑𝑥

𝑑𝑡= 𝑥 ∙ (1 −

𝑥

12) − 2

Neka je početna vrijednost održivi iznos u tom sustavu 12 000 tona.

𝑥(0) = 12

Uz zadani početni uvjet dobivamo model koji u MS Excelu izgleda:

Slika 12 Model održivog ribarenja u geografski ograničenom području (uvala)

Page 10: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 551

Uočimo da je riblji fond smanjen u odnosu na prvotnu količinu (za nešto više od 2000 tona

godišnjeg ulova), ali je riblji fond i dalje stabilan (stacionaran).

3.4.3 Model neodrživog ribarenja

Pretpostavimo sada da u naš morski zaljevski ekosustav dođe ribarski brod koji lovi 6000 t

ribe godišnje. Tada model u diferencijalnom obliku izgleda:

𝑑𝑥

𝑑𝑡= 𝑥 ∙ (1 −

𝑥

12) − 6

Neka je početna vrijednost ovog puta 20 000 tona.

𝑥(0) = 20

Rješenje ove diferencijalne jednadžbe s danim početnim uvjetom je:

𝑥(𝑡) = 20 −116

7 + 3 ∙ 𝑐𝑡𝑔(𝑡2)

Ukoliko rješavanje ovakvog problema izlazi van okvira kolegija moguće je koristiti neki od

računalnih “solvera” diferencijalnih jednadžbi.

Uz zadani početni uvjet dobivamo model koji u MS Excelu izgleda:

Slika 13 Model neodrživog ribarenja u geografski ograničenom području (uvala)

- Kada će doći do potpunog kolapsa ribljeg fonda?

- Koji je uzrok tome?

Na ovaj način studentima približavamo ovu problematiku i neophodnost matematičkog

modeliranja i kao posljedicu toga razumno gospodarenje ribljim fondom, uvođenje kvota, kao

i perioda dopuštenog ribolova.

Daljnja rasprava može ići prikazom podataka o izlovu sardine iz Jadranskog mora [8].

- Kojom funkcijom možemo modelirati rast količine izlovljene sardine?

- U kojem je periodu zabilježen najveći rast? Koliki je on u apsolutnom, a koliki u

postotnom iznosu?

- U radnom listu MS Excela modelirajte podatke eksponencijalnom funkcijom.

- Kada bi rast zadržao taj trend koliki bi bio godišnji ulov 2025. godine?

- Mislite li da jadranskoj srdeli prijeti slični kolaps?

- Razmislite o mogućim rješenjima!

Page 11: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 552

Slika 14 Ulov srdele u RH Slika 15 Kretanje ulova srdele u Jadranskom moru od 2000. do 2014.

Slika 16 Ulov srdele u RH modeliran eksponencijalnim modelom

4. Zaključak

Iz gore prezentiranih primjera vidljiva je snažna veza između matematičkih modela i alata i

problematike održivosti prirodnih resursa. Vjerujemo da uključivanjem ovakvih sadržaja, u

ponekad suhoparne akademske kolegije, možemo postići sinergiju pozitivnih učinaka.

Podučavati matematiku kroz održivost i održivost kroz matematiku. Upotrebom realnih

primjera u nastavi matematika postaje i društveno angažirana disciplina. Studenti prepoznaju

korisnost izučavanja matematike, a pri tome im raste svijest o ograničenim resursima koje

nam planet pruža za život. Time potičemo i njihovu osobnu odgovornost te proaktivno

djelovanje za održivu budućnost kako lokalne tako i globalne zajednice. S obzirom na to da je

održivost izrazito interdisciplinarno područje, smatramo da je upravo Sveučilišni odjel za

stručne studije, zbog svoje politehničke prirode, idealno mjesto za razvoj novih

interdisciplinarnih modula kojim će se sveobuhvatno pristupiti problemu održivosti.

Page 12: Podučavanje održivosti kroz matematičke kolegijed.researchbib.com/f/cnBQt1AmVhpTEz.pdfmatematika ima svoju nezamjenjivu ulogu. 3. Primjeri integriranih sadržaja U ovom ćemo poglavlju

P – 553

5. Literatura

[1] Warren R. (2006.). Impact of global climate change at different annual mean global temperature

increases. In H.J. Schellnhuber et al. (eds), Avoiding Dangerous Climate Change. (pp. 93-131).

Cambridge University Press, Cambridge.

[2] Pfaff, Thomas J. (2011.). Educating About Sustainability While Enhancing Calculus. Primus:

Problems, Resources, and Issues in Mathematics Undergraduate Studies;, Volume 21(Issue 4), 338-

350.

[3] Taylor, Corinne H. (2012). Quantitative Reasoning and Sustainability, Numeracy; Volume 5(Issue

2), Article 1

[4] http://www.sustainabilitymath.org/ (dohvaćeno 10. 3. 2016.)

[5] http://www.intmath.com/blog/mathematics/modeling-fish-stocks-7377 (dohvaćeno 7. 3. 2016.)

[6] http://data.worldbank.org/country/croatia (dohvaćeno 15. 3. 2016.)

[7] IPCC Fourth Assessment Report Ch. 10 https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-

wg1-chapter10.pdf (dohvaćeno 10. 3. 2016.)

[8] http://www.dzs.hr/ (dohvaćeno 9. 3. 2016.)

[9] http://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata/GLB.Ts.txt. (dohvaćeno 5. 3. 2016.)

[10] http://www3.epa.gov/climatechange/kids/index.html

[11] http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/index.html#mlo (dohvaćeno 1. 3. 2016.)

[12] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Surexploitation_morue_surp%C3%AAcheEn.jpg (dohvaćeno

17. 3. 2016.)

[13]http://www.earth-policy.org/?/data_center/C23/%20or%20directly%20www.earth-policy.org/

datacenter /xls/book_tgt_climate_12.xlsxwww.dzs.hr/ (dohvaćeno 18. 3. 2016.)

Teaching sustainability in mathematics

Nada Roguljić

University of Split, University Department of Professional Studies, Split, Croatia

[email protected]

Arijana Burazin Mišura

University of Split, University Department of Professional Studies, Split, Croatia

[email protected]

Jelena Krčum

Maritime School, Split, Croatia

[email protected]

Abstract. The main aim of this paper is to show how to incorporate sustainability into a Mathematics

courses curriculum. Sustainability issues are inherently interdisciplinary. There are ample

opportunities for introducing sustainability examples in math courses, from algebra and geometry to

calculus and statistics. Teaching environmental sustainability to the large undergraduate math courses,

as they are at the Department of Professional Studies of the University of Split, will have the greatest

reach, due to their size. We suggest ways in which university mathematics teachers can provide a

quality learning experience for their students that includes notions of sustainability within the

mathematical context, without compromising the mathematical content of their courses. As an

additional learning outcome, we can expect embedding the importance of these matters into the minds

of the students and raising their environmental awareness.

Key words: teaching, mathematics, sustainability