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Mit Energie in den Informatikunterricht Mit Energie in den Informatikunterricht Stefan Moll Clausthal, 08.03.2011 Workshop auf dem till2011 in Clausthal

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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

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Einstimmung:

Was verbinde ich mit dem Themenkomplex

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Was verbinde ich mit dem ThemenkomplexInformatik und Energie für die Schule?

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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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„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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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>

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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;

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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);

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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

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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

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Unterrichtsbeispiel Biogasanlage

Informatik:

− UML-Modellierung

− Klassen-, Sequenz-, Aktivitätsdiagramme

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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::

− Funktionsweise einer Biogasanlage

− Ggf. Problematik der notwendigen Substrate

Zielgruppen:

Sek II

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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

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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

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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

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Unterrichtsidee Stoffstromnetze

Informatik:

− Prozesse modellieren mit Stoffstromnetzen (Wirtschaftsinformatik)

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EnergiebildungEnergiebildungEnergiebildungEnergiebildung::::

− Zusammenhänge zum Gesamtenergiebedarf von Produkten erkennen

Zielgruppen:

Sek II/BBS

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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