Mit Energie in den...
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Mit Energie in den Informatikunterricht
Mit Energie in den InformatikunterrichtStefan Moll
Clausthal, 08.03.2011
Workshop auf dem till2011 in Clausthal
Einstimmung:
Was verbinde ich mit dem Themenkomplex
Mit Energie in den InformatikunterrichtStefan Moll
Clausthal, 08.03.2011
Was verbinde ich mit dem ThemenkomplexInformatik und Energie für die Schule?
Projektzusammenhang
• Projekt „Bildung für eine nachhaltige Energieversorgung und -nutzung“
• Sieben (Fach-)Didaktiken: Physik, Chemie, Biologie, Sachunterricht,Informatik, Ökonomie, Berufs- und Wirtschaftspädagogik
• Förderung durch Stiftung „Zukunfts- und Innovationsfonds Niedersachsen“
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Clausthal, 08.03.2011
„Zukunfts- und Innovationsfonds Niedersachsen“
• Allgemeine Ziele:
• "Energiebildung" als innovativen multi- und interdisziplinären Bildungsauftrag definieren
• Entwicklung und Erprobung von Unterrichtskonzepten zur Energiebildung
• Verankerung der Energiebildung in Schulprogrammen und landesweiten Kerncurricula.
Energie als zentraleEnergie als zentraleEnergie als zentraleEnergie als zentraleHerausforderung der ZukunftHerausforderung der ZukunftHerausforderung der ZukunftHerausforderung der Zukunft
Energie als ITEnergie als ITEnergie als ITEnergie als IT----ProjektProjektProjektProjekt
Informationsverarbeitungsprozesse bei- der Erzeugung und dem Transport- der Steuerung von Verbrauchern- der Auswertung von Prozess- und
Bildungsauftrag EnergiebildungBildungsauftrag EnergiebildungBildungsauftrag EnergiebildungBildungsauftrag Energiebildung
- Energiebildung als innovativer multi- und interdisziplinärer Bildungsauftrag
- Entwicklung und Erprobung von
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- der Auswertung von Prozess- und Verbrauchsdaten
- der Visualisierung energetischer und energietechnischer Aspekte
- Entwicklung und Erprobung von Unterrichtsmaterialien und -konzepten zur Energiebildung
- Verankerung der Energiebildung in Schule und Lehrerbildung
- im Zusammenhang mit der Bildung für nachhaltige Ent-wicklung
Energie als Feld auf der Suche nach KontextenEnergie als Feld auf der Suche nach KontextenEnergie als Feld auf der Suche nach KontextenEnergie als Feld auf der Suche nach KontextenZum Beispiel:- Energieverbrauch von IT-Systemen- Schulsolaranlagen- Steuerung von Windkraftanlagen
Energie und IT: Beispiel „Virtuelle Kraftwerke“
• Entwicklung:
• Immer mehr Kleinerzeuger
• Immer mehr wetterabhängige Erzeuger vs. kontinuierlicher Lastperioden, somit
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• Immer mehr wetterabhängige Erzeuger vs. kontinuierlicher Lastperioden, somit schwankende Verfügbarkeit, gefährdete Versorgungssicherheit
• Liberalisierung des Strommarktes, Stromhandel
• Idee: Zusammenschluss vieler Kleinerzeuger zu einer nach außen hin einzelnen Einheit
• Lastausgleiche etc. werden intern geregelt
• Strom wird gemeinsam verkauft und überhaupt erst handelsfähig
Energie und IT: Beispiel „Smart Grid“
• Entwicklung:
• Variierende Nachfrage nach Strom auf der Verbraucherseite,
• variierendes Angebot von Strom auf der Erzeugerseite
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• variierendes Angebot von Strom auf der Erzeugerseite
• Problem: Lastausgleich immer schwieriger
• Idee: Vernetzung von Erzeugern und Verbrauchern
• Lastausgleiche etc. werden intern geregelt
• Stromverbraucher werden nach Dringlichkeit eingestuft und zentral gesteuert
• Einbeziehung auch dezentraler Speichersysteme (z. B. E-Auto)
• Tarifanreize für Verbraucher, individuelle Rückmeldung via Smart Meter
Übergreifendes Szenario "Vom Dach auf die Homepage"
Informatik (z. B.):− Netzwerktechnik− HTML− Programmierung− Dateiformate (cvs, png)− Datenbanken
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− Datenbanken
Energiebildung:− Kenndaten von Solaranlagen− Auseinandersetzung mit Tages-,
Wochen-, Jahresertrag− CO2-Vermeidung, finanzieller Ertrag
Zielgruppen:Sek I, II, AG
Unterrichtsidee (Unsere) Schulsolaranlage
Informatik:
− Daten mit einer Tabellenkalkulation auswerten
− Grundstrukturen von Software am Beispiel Tabellenkalkulation kennenlernen
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lernen
EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::
− Kenndaten von Solaranlagen
− Einschätzung des Ertrags
− CO2-Ersparnis
Zielgruppen:
Sek I
Unterrichtsbeispiel Solardaten im XML-Format
• Solaranlage liefert Datensätze im XML-Format an ftp-Server
• Schnittstelle: WebBox des Wechselrichters
• eigentlicher Zweck:
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• eigentlicher Zweck: • Dokumentation für Wartungszwecke
• Daten zur Rückmeldung an Betreiber, z. B. über sunnyworld.com
• XML-Beispiel technischer Anwendungen (i. Ggs. zu Text-, Grafik- oder sonstigen Formate)
Unterrichtsbeispiel Solardaten im XML-Format
Informatik:
− XML als Beschreibungsformat
− Spezielle Form für Solaranlage
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="yes"?>
<WebBox xmlns:msdata="urn:schemas-microsoft
<Info>
<Created>2010-06-06T07:15:36</Created>
<Culture>en-US</Culture>
</Info>
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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::
− Kenndaten von Solaranlagen kennen
− Leistungsfähigkeit einschätzen
− CO2-Ersparnis
Zielgruppen:
Sek I oder Sek II
</Info>
<MeanPublic>
<Key>WR34MS03:1100206262:dI</Key>
<First>4</First>
<Last>4</Last>
<Min>4</Min>
<Max>4</Max>
<Mean>4</Mean>
<Base>202</Base>
<Period>900</Period>
<TimeStamp>2010-06-06T07:15:36</TimeStamp>
</MeanPublic>
Unterrichtsbeispiel Solardatenbank
• Die von Solaranlage gelieferten Datensätze im XML-Format werden automatisiert ausgewertet und die Daten in eine Datenbank integriert.
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Datenbank integriert.
• Zugriff über MySQL-Frontend möglich.
• Die Datenbank verfügt über die Daten aus den Datensätzen und Informationen zum Standort
• BeispielSELECT serialNummer, MAX(hTotal)
FROM werte
GROUP BY serialNummer;
Unterrichtsbeispiel Solardatenbank
Informatik:
− SQL: z. B. Group-By-Klausel,Aggregatfunktionen
− Ggf. ER-Diagramme vertiefen
SELECT serialNummer, MAX(hTotal)
FROM werte
GROUP BY serialNummer;
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− Ggf. ER-Diagramme vertiefen
Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:
− Kenndaten von Solaranlagen kennen
− Leistungsfähigkeit einschätzen
− CO2-Ersparnis
Zielgruppen:
Sek II
GROUP BY serialNummer;
SELECT DATE(Zeit), Max(Pac)
FROM werte
WHERE (serialNummer = 1100206262)
AND (DATE(Zeit) < "2010
AND (DATE(Zeit) >= "2010
GROUP BY DATE(Zeit);
Unterrichtsbeispiel Nachgeführte Solaranlage
Informatik:− Sensor-Aktor-Prinzip− Programmierung (grafisch
oder textuell, ggfs. SPS)− Vergleich und Bewertung
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− Vergleich und Bewertung verschiedener Lösungen
Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:− technische Aspekte in der
Energieerzeugung erfassen und Beurteilen
Zielgruppen: Sek I (grafische Programmierung), Sek II/BBS
Unterrichtsbeispiel Smart Metering und Datenschutz
Informatik:− Anwendungsfall Datenschutz− Technischer Aufbau von
Smart Metering Systemen
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Smart Metering Systemen
Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:− Vor- und Nachteile solcher Systeme
für den Kunden (und den Versorger)kennen und bewerten können.
Zielgruppen: Sek I/II
Unterrichtsbeispiel Biogasanlage
Informatik:
− UML-Modellierung
− Klassen-, Sequenz-, Aktivitätsdiagramme
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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::
− Funktionsweise einer Biogasanlage
− Ggf. Problematik der notwendigen Substrate
Zielgruppen:
Sek II
Beispiel Energieverbrauch von PC-Komponenten
Informatik:− PC-Komponenten und -bauteile− Leistungsaufnahme als eine
Kenngröße für Komponenten
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Kenngröße für Komponenten
Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:Energiebildung:− Energiebedarf als Kostenfaktor− Einsparmöglichkeiten durch
Komponentenwahl
Zielgruppen:BBS (z. B. LF4, IT-Berufe), ggf. Sek I
Unterrichtsidee Energieverbrauch im Haushalt
Informatik:
− Daten erfassen und sinnvoll modellieren
− Grundstrukturen von Software am Beispiel Tabellenkalkulation kennenlernen
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lernen
EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::
− Energiebedarf als Kostenfaktor
− Realistische Einschätzung des Verbrauchs, bewusstes Verhalten
Zielgruppen:
Sek I
Unterrichtsidee Virtuelle Kraftwerke
Informatik (Mögliche Aspekte)
− Virtuelle Kraftwerke modellieren (UML)
− Abläufe in Teilen modellieren und simulieren bzw. Programmieren
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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung (Mögliche Aspekte)
− Bedeutung solch vernetzter Strukturen
− Problem des Lastausgleichs, Lösungsansätze dazu
Zielgruppen:
Eher Sek II
Unterrichtsidee Stoffstromnetze
Informatik:
− Prozesse modellieren mit Stoffstromnetzen (Wirtschaftsinformatik)
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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::
− Zusammenhänge zum Gesamtenergiebedarf von Produkten erkennen
Zielgruppen:
Sek II/BBS
LehrerbildungSommersemester 2009
„Unterrichtspraktikum“ (Pflicht für MEd BBS, Fach Informatik): Entwicklung und Erprobung einer Unterrichtseinheit im Lernfeld „Einfache IT-Systeme“
Softwarepraktikum „Entwicklung schulrelevanter Software“ (Wahlpflicht für MEd BBS, Fach Informatik): Prototyp für Daten aus einer Solaranlage für die Homepage auslesen, verarbeiten und aufbereiten.
Sommersemester 2010
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Sommersemester 2010
Seminar 'Informatische Bildung im Bildungskontext "Energie"' (Wahlpflicht für Lehrämter)Berücksichtigung im Unterrichtspraktikum
Softwarepraktikum, Überarbeitung der Datenbank und der Nutzerschnittstellen.
Abschlussarbeiten
Lehrerfortbildungen