PS-未来 规划可持续未来的数学和计算方法

关于 PS-Future 项目及其模块

PS-Future 项目是由罗格斯大学牵头的合作项目,参与者包括罗格斯大学离散数学和理论计算机科学中心 (DIMACS)、环境与生物科学学院和 Heldrich 劳动力发展中心;数学及其应用联盟 (COMAP);科罗拉多州立大学;格罗顿学校;霍巴特和威廉史密斯学院;以及来自全国各地的许多作家和教育工作者。

这些模块旨在提供 4-6 天的课堂活动,涉及将计算和数学方法应用于可持续性的各种主题。每个模块都与数学中的共同核心州立标准 (CCSS) 相关联,并针对特定数学课程的内容。每个模块还涉及下一代科学标准 (NGSS) 所要求的学科核心概念,特别是针对环境科学和生物学课程中教授的概念。这些模块还特别适合解决数学和科学的实践标准。

每个模块都包含与模块主题相关的工作示例,并讨论所需的技能和培训,以及有关此类工作的薪水和未来需求的信息。在许多情况下,模块中会提到具体的职位名称。

模块

被动式太阳能

让学生利用直角三角学设计节能建筑。学生了解太阳仰角随季节变化的情况,以及如何利用它让阳光照进来或遮挡阳光,从而提高能源效率。他们还尝试使用不同的材料来观察它们的吸热性能。

水流向何处?

历史上,水一直被视为理所当然,尤其是在美国东南部等潮湿地区。本模块使用估算和量纲分析的数学概念来了解水的排放量和总径流量。利用体积和面积的几何概念,学生将探索一英寸降雨的真正含义以及不同地形之间的差异。学生将计算径流量并确定水流向何处以及它对环境的影响。

天气生成器

向学生介绍“天气生成器”,用于模拟天气数据,例如未来不同地点的降水量。学生将了解天气统计持久性的概念以及天气、水循环和全球可持续性之间的关键联系。

疯狂:蝙蝠白鼻综合症模型

研究蝙蝠在生态系统中扮演的许多重要作用,以及它们现在如何受到白鼻综合症 (WNS) 的威胁。该模块引入了 SIR(易感、感染、移除)模型来研究 WNS。学生了解蝙蝠种群减少对生态系统和人类的影响,并使用基于电子表格的模拟来模拟疾病进展并探索拟议的抗击疾病策略的效果。

入侵物种

研究植物和动物入侵物种的生态影响。学生了解入侵种群如何在地理景观中生长和扩散,并使用不同的种群增长和空间扩散规则进行定量评估和模拟。学生模拟控制入侵物种扩散的策略,并讨论为什么有些策略成功而有些策略失败。

水上游戏

将博弈论应用于水资源(及其他自然资源)的可持续利用 水资源游戏使用数学博弈论中的概念来模拟水资源和其他稀缺资源的竞争,并研究冲突各方可用的潜在策略。学生使用博弈论根据游戏玩法预测结果,并通过改变相关收益来改变结果。

NIMBY(不要在我家后院)

《不在我家后院》探讨了在决定将有毒废物倾倒在何处时如何考虑社会和环境正义。此类设施通常位于经济不发达地区,其优先考虑事项会进一步加重本已处于不利地位的人们的不利地位。

边缘生活

可持续性是前瞻性的,而自然资源是有限的。因此,可持续性规划涉及根据未来对这些资源的持续需求来决定如何使用有限的资源。可持续性规划旨在确定可以无限期持续下去而不会严重损害自然资源、人民或经济的做法,尤其是那些处于危险之中的做法。虽然仅根据直接的经济影响来做出决策很诱人(也更简单),但这样做很容易忽视可能破坏可持续性的长期环境(和社会)后果。在规划可持续性时,重要的是要考虑到人类经济和社会系统存在于环境之中并依赖于环境。决策者需要确定他们的选择如何影响人类和环境系统,以及这些选择是否可以无限期地持续到未来。

生态系统服务:森林的多重价值

让学生沉浸在森林资源管理决策中。该模块向学生介绍采样方法,以评估森林资源和潜在木材价值,同时考虑生态系统服务的价值,如防止侵蚀、碳封存和栖息地提供。它表明,自然生态系统的可持续管理需要全面核算一项行动的所有影响——包括直接影响和间接影响——随着时间的推移。

城市可持续性

介绍使用地理信息系统 (GIS) 探索美国城市内部和跨城市的温室气体 (GHG) 排放模式及其随时间的变化的基本概念。学生还可以绘制城市和农村地区的热图,并考虑土地使用与 GHG 排放之间的联系。

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