  МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИНФОРМАЦИОННОГО ИНТЕРАКТИВНОГО
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ПРИЛОЖЕНИЯ «УМНЫЙ ГОРОД» ДЛЯ РАЗВИТИЯ КУЛЬТУРЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДИ УЧАЩИХСЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Исполнитель: Общество с ограниченной ответственностью «Рукарта»
|
Программа (подмероприятие, мероприятие, программа): подмероприятия 5.2 «Создание основанной на информационно-коммуникационных технологиях системы управления качеством образования, обеспечивающей доступ к образовательным услугам и сервисам» мероприятия 5. «Распространение во всех субъектах Российской Федерации современных проектов энергосбережения в образовательных учреждениях» Задачи 2 «Приведение содержания и структуры профессионального образования в соответствие с потребностями рынка труда»
Федеральной целевой программы развития образования на 2011-2015 годы
|
Проект: «Разработка и внедрение информационных интерактивных учебно-методических пособий для развития культуры энергосбережения и энергоэффективности среди учащихся образовательных учреждений субъектов Российской Федерации» (Ф-32)
|
Руководитель проекта: С.А. Фомченкова
|
Москва 2013
Содержание
1Введение 4
2Возрастные и психофизиологические особенности учащихся школьного возраста и специфика работы с ними 20
3Особенности усвоения учащимися школьного возраста специфической образовательной области (энергосбережение и энергоэффективность) 28
4Специфика работы с разными средствами предъявления информации 37
5Классификация информационных технологий обучения 46
6Различные варианты оснащения учебного процесса средствами ИКТ 60
7Примерная образовательная программа курса развития культуры энергосбережения и энергоэффективности среди учащихся образовательных учреждений в соответствии с утвержденной Концепцией приложения «Умный город» 71
7.1.Актуальность программы 72
7.2.Требования к примерной образовательной программе курса 73
7.3.Цель программы 77
7.4.Задачи программы 77
7.5.Содержание курса 79
7.6.Тематическое планирование 84
7.7.Соответствие требованиям ФГОС 88
7.8.Информационные материалы 95
7.9.Заключение 115
8Общие подходы по использованию приложения «Умный город» с учетом различных вариантов оснащения учебного процесса средствами ИКТ 117
9Организация учебного процесса в условиях различных вариантов организации учебного процесса 132
9.1.Рекомендации по проведению тематических уроков по энергосбережению и энергоэффективности 136
9.2.Рекомендации по организации индивидуальной и коллективной работы учащихся образовательных учреждений с использованием приложения «Умный город», режимов применения приложения, его учебных модулей 147
9.3.Общие рекомендации по организации урочной и внеурочной деятельности с использованием приложения «Умный город» 151
10Заключение 155
1Введение
В последние два десятилетия энергосбережение стало актуальной проблемой для всего мира. Мировое сообщество озабочено тем, что деятельность человечества разрушает окружающую среду, изменяет климат и приводит к истощению невозобновляемых природных энергетических ресурсов. Рост потребления энергии, изменение климата и экологические проблемы тесно связаны между собой, поскольку производство энергии путем сжигания ископаемых видов топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа, метана, оксидов азота, создающих парниковый эффект. Загрязнение атмосферы вредными веществами — продуктами сжигания топлива, является одним из основных негативных факторов, влияющих на здоровье населения планеты. В целях замедления глобального изменения климата, снижения вреда здоровью населения принимаются международные соглашения о сокращении
выбросов в атмосферу. Примером такого соглашения является
Киотский протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата
(Киото, 11.12.1997 г.), по которому промышленно-развитые страны добровольно приняли на себя обязательства по сокращению эмиссии (выбросов) парниковых газов. Основным предметом регулирования Протокола являются мероприятия по сокращению выброса CO2, в связи с чем особую значимость приобретают мероприятия не по наращиванию традиционных энергомощностей, а по использованию энергосберегающих технологий и возобновляемых энергоресурсов.
Российская Федерация ратифицировала Киотский протокол 4 ноября 2004 года, продемонстрировав тем самым желание принять участие в решении мировым сообществом глобальной проблемы изменения климата. Россия обязалась не превышать в 2008-2012 г.г. (первый период действия Киотского протокола) уровень выбросов 1990 г. Фактически в 2007 г. выбросы составляли только 77% от уровня 1990 года. Есть основания полагать, что Россия гарантированно выполнит свои обязательства по Киотскому протоколу.
Актуальность энергосбережения в национальном масштабе — на уровне отдельных государств — связана как с необходимостью улучшения экологии (сокращения выбросов загрязняющих веществ), так и с обеспечением энергетической безопасности и конкурентоспособности национальных экономик. При этом для стран с ограниченными собственными запасами ископаемых топливных ресурсов энергетическая безопасность означает предотвращение зависимости экономики от импорта топлива (например, в настоящее время страны Европейского Союза импортируют около 50% необходимого им газа, а, по экспертным оценкам, к 2030 году они будут импортировать 84%). Для того чтобы снизить зависимость экономики от импорта топлива при одновременном сокращении эмиссии парниковых газов, многие страны приоритетом своей политики делают переход на возобновляемые источники энергии. Для ресурсодобывающих стран, в том числе, для России, энергетическая безопасность означает обеспечение растущего внутреннего спроса на энергоресурсы за счет более эффективного использования той энергии, что уже производится, а не за счет увеличения добычи топливных ресурсов и строительства новых генерирующих мощностей.
Россия занимает третье место в мире по абсолютному показателю совокупного объема энергопотребления (после США и Китая) и при этом среди десяти стран — крупнейших потребителей энергии она отличается самым высоким уровнем энергоемкости: тратит больше энергии на единицу валового внутреннего продукта (ВВП), чем любая из этих стран. Очевидно, что высокий показатель энергоемкости — количества энергии, затраченной на единицу выпуска продукции или выполненных работ — связан с тем, что значительная часть территории России располагается в холодных климатических поясах, ряд населенных пунктов находится в самых холодных районах планеты и в экономике страны преобладает тяжелая промышленность. Однако, по оценкам специалистов, даже если учесть совокупность всех этих факторов, потребление энергии в России все же приблизительно на 20% выше, чем в других странах со сходными уровнем доходов, территорией, климатическими характеристиками и структурой промышленности.
Высокая энергоемкость свидетельствует о неэффективном использовании энергоресурсов, оказывает негативное влияние на экономику России, ее энергетическую безопасность, на окружающую среду. Как отмечают специалисты, потенциал снижения энергоемкости в России настолько велик, что его реализация может привести к экономии 45% полного потребления энергии (и соответственно сокращению выбросов углекислого газа на 50%) в 2005 году. При этом инвестиции в энергоэффективность могут обеспечить снижение энергоемкости и удовлетворить растущий спрос на энергоресурсы при затратах втрое меньших, чем капиталовложения, необходимые для строительства новых генерирующих мощностей.
Основным актом законодательства Российской Федерации в сфере энергоэффективности является положение Федерального Закона от 23.11.2009г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», которым установлено, что объектом государственного регулирования в области энергосбережения являются отношения, возникающие в процессе деятельности, направленной на:
эффективное использование энергетических ресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении;
осуществление государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов;
развитие добычи и производства альтернативных видов топлива, способных заменить энергетические ресурсы более дорогих и дефицитных видов;
создание и использование энергоэффективных технологий, топливо, энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, приборов для учета расхода энергетических ресурсов и для контроля за их использованием, систем автоматизированного управления энергопотреблением;
обеспечение точности, достоверности и единства измерения в части учета отпускаемых и потребляемых энергетических ресурсов.
Проблема неэффективного использования энергоресурсов в настоящее время привлекает большое внимание российского руководства. В выступлении Президента России на совещании по вопросам повышения экологический и энергетической эффективности экономики России 3 июня 2008 г. было отмечено, что Россия занимает первое место в мире по потерям энергии в тепловых сетях и уровень энергоэффективности по большинству производств отстает от современного в 10–20 раз. В Указе Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 г. № 889 была поставлена задача снижения к 2020 году энергоемкости экономики страны не менее чем на 40 процентов по сравнению с 2007 г., в том числе о необходимости принятия мер по техническому регулированию, направленных на повышение энергетической и экологической эффективности таких отраслей экономики, как электроэнергетика, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт.
Промышленные потребители энергоресурсов — предприятия — заинтересованы в ресурсосбережении, потому что существенную долю в себестоимости продукции составляют затраты на энергоресурсы.
В условиях постоянного роста тарифов на энергоносители прибыли промышленных предприятий снижаются. Повысив эффективность использования энергоресурсов, предприятия смогут сохранить конкурентоспособность (и не только на отечественном рынке,
но в перспективе и на мировом рынке). Мероприятия по энергосбережению (весьма затратные) в конечном итоге окупают затраты на их проведение, причем многократно.
Бытовые потребители энергоресурсов — население — чаще всего заинтересованы в энергосбережении, если они при этом имеют возможность экономить свои средства на оплату ресурсов. Кроме того, проведение отдельных энергосберегающих мероприятий
в доме и квартире поддерживается людьми, если это повышает комфортность проживания (улучшает микроклимат в помещениях). Нельзя преуменьшать значение и таких стимулов нефинансового характера, как забота о состоянии окружающей среды и сохранности природных ресурсов, об интересах будущих поколений, которые оказывают влияние на большое количество граждан при условии достаточной их информированности по этой проблеме. Чтобы ресурсосбережение на уровне личного потребления стало общественной нормой, частью бытовой культуры, необходимы значительные усилия со стороны государства и других заинтересованных организаций и лиц, направленные на формирование общественного мнения и создание разного стимулов для конечных потребителей энергии.
Таким образом, в ресурсосбережении заинтересованы как мировое сообщество и отдельные государства, так и потребители ресурсов, включая население. Актуальность данной проблемы понимают и в системе образования. В настоящее время в России реализуется множество проектов и мероприятий (лекции, семинары, экологические марафоны), направленных на пропаганду среди учащихся школ и педагогов идей энергосбережения и энергоэффективности с целью привлечения внимания к глобальной энергетической проблеме.
На таких мероприятиях преподаватели знакомятся с основными задачами экологического образования и обучения в области энергосбережения, получают информацию о том, как помочь учащимся получить необходимые знания и развить такие умения, которые позволят им выбрать индивидуальные и коллективные решения для улучшения качества жизни без угрозы для будущих поколений.
Сегодня существует насущная необходимость в создании специально адаптированного информационного интерактивного учебно-методического пособия для учащихся образовательных учреждений, ознакомившись с которым молодые люди могли бы в игровой форме освоить основы экономии электроэнергии и вопросы энергоэффективности на конкретных объектах, произвести технологические энергоэффективные усовершенствования и наблюдать за реальным экономическим эффектом, как в абсолютном выражении, так и в относительном.
Развитие информационных технологий, в том числе сближение вычислительной и коммуникационной техники, определяет постоянное возрастание сложности программного обеспечения компьютерных технологий обучения. Крупные проекты в этой области характеризуют, как правило, сложность описания (большое количество функций, процессов, элементов данных и взаимосвязи между ними), а также наличие совокупности взаимодействующих информационных и программных компонентов, имеющих локальные задачи и цели функционирования.
Цели и задачи
Добиться повышения эффективности образовательного процесса произойдет по нашему глубокому убеждению в связи:
с более осознанным, а значит и более прочным усвоением обучающимися знаний, умений и навыков, определенных государственными образовательными стандартами, за счет развития познавательной активности и познавательного интереса школьников, возможности их самостоятельного и творческого продвижения в изучаемых предметных (надпредметных и межпредметных) областях;
с приданием результатам образования личной и социальной значимости;
с появлением возможности организовать подлинно дифференцированного обучения с сохранением единой структуры теоретических знаний;
со значительным повышением положительной мотивации и интереса обучающихся к учению.
Одним из базовых педагогических и методологических подходов, лежащих в основе информационного интерактивного учебно-методического приложения «Умный город» является деятельностный подход. Использование деятельностного подхода в качестве базового позволило выделить ключевые задачи и способы действий, которые были положены в основу выбора и структурирования содержания данной игры. В рамках деятельностного подхода результаты образования не обязательно представляются в предметном формате, а могут иметь характер универсальных (метапредметных) умений или компетенций.
Помимо общих целей обучения, воспитания и развития, определяемых действующей в отечественной системе образования номативно-правовой базой, нами были выделены особенные, в той или иной мере специфичные.
Целями использования информационного интерактивного учебно-методического приложения «Умный город» в образовательной практике являются:
повышение эффективности учебной деятельности детей с помощью использования современных образовательных технологий и имеющихся в учреждениях образования современных электронных средств обучения;
повышение эффективности педагогической деятельности за счет научной организации труда учителя, информатизации процесса обучения, контроля знаний, умений и навыков, снижения временных затрат учителей при подготовке и проведения уроков и внеклассных мероприятий;
широкое использование при организации и проведении уроков разнообразных форм их организации, дидактических методов и приемов;
мотивация учащихся и стимулирование их познавательной активности и познавательного интереса к учению, индивидуализация процесса обучения школьников;
обеспечение максимальной реализации принципа доступности обучения за счет использования уникальных средств визуализации учебного процесса;
реализация индивидуального подхода к обучению за счет максимально возможного учета индивидуальных психолого-физиологических особенностей обучающихся (темперамента,
типа ЦНС, доминантной модальности, восприятия, памяти, мышления и т.д.).
Обучение энергосбережению в школе способствует тому, что школьники от осознания глобальных проблем переходят к личным действиям, вместе с учителями ищут резервы экономии энергии дома и в школе, применяют простейшие меры энергосбережения. Они передают свои достижения родителям, соседям, местным властям, содействуя внедрению принципов устойчивого развития в обществе.
Основными элементами образования в области энергосбережения являются воспитание ответственности за будущее планеты и обучение научно обоснованными методам рационального потребления ресурсов (то есть способности это осуществить на практике). Образование в области энергосбережения — это не столько изучение теоретического материала, а обучение практическим действиям. Важная часть обучения — обосновать и научить рациональному использованию электроэнергии, тепла, воды. Например, использовать энергетические ресурсы только в тех местах и в то время, где и когда мы действительно нуждаемся в них. Для этого дома или в школе иногда достаточно просто выключить свет или неиспользуемое оборудование из сети. Но почему-то очень часто мы, взрослые, об этом забываем. Это дает возможность детям проявить ответственность, взять инициативу в свои руки.
Понятие «Smart Cities»
С целью сохранения ресурсов появились «умные» инженерные инфраструктуры, которые включают в себя системы, позволяющие контролировать в реальном времени работу всех узлов сети, получать информацию о фактическом потреблении ресурсов в каждом узле сети и в конечном итоге выстраивать оптимальные потребительские стратегии и оптимизировать потребление:
равномернее распределять нагрузку во времени, разгружать «пиковые периоды» и догружать периоды с минимальной нагрузкой;
выявлять потери, быстро обнаруживать и устранять аварии.
Внедрение ресурсосберегающего подхода в управлении коммунальным хозяйством стало возможным и доступным только сегодня. Это связано с тем, что стоимость оборудования и мероприятий по «умному учету» и «умному потреблению» снизилась, а получаемая экономическая выгода, напротив, возросла. В России внедрение «умных технологий» происходит значительно медленнее, чем в других странах, но, тем не менее, процесс внедрения ресурсосберегающих технологий идет по нарастающей. Предпосылками для этого являются снижение стоимости оборудования и необходимость управлять системами в экономном режиме из-за недостаточности ресурсов (вода, тепло, электроэнергия и пр.) В результате оптимизации потребления можно снизить излишнее потребление ресурсов на 10-30% – это высокий процент, особенно в ситуациях предельных нагрузок систем.
Оптимизацией режимов работы инфраструктур занимались всегда, например, в 70-е годы в СССР была создана единая энергосистема, сочетающая в себе разные типы генерации (атомную – почти нерегулируемую по мощности, тепловую — средне регулируемую и гидро — быстро регулируемую), а также систему оперативного управления всеми сетями и генераторами, но в масштабах страны или крупных регионов. В масштабах же среднего или малого города, квартала, дома такое регулирование не осуществлялось, так как это достаточно тонкая настройка оказывалась экономически нецелесообразной (сложной в реализации, дорогой и пр.) Аналогичные системы и подходы существовали и в других странах. В настоящее время за счет новых технологий «умная» настройка может уже спуститься на уровень города и дома. Переход от пилотных проектов к более-менее массовому внедрению в Европе и Северной Америке произошел в 90-е годы XX века.
«Smart Cities» («Умный город») — это единая система управления городским хозяйством, основанная на энергосберегающих и энергоэффективных технологиях, информатизации производственных процессов.
Внедрение «умных технологий» дает возможность улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения количества вредных выбросов в окружающую среду, в том числе за счет использования нетрадиционных источников энергии, введения экотранспорта и т.п. Такие технологии могут обеспечить город качественной питьевой водой благодаря инновационным системам очистки, сделать жизнь горожан более безопасной. Они позволяют создавать эффективную систему транспорта: уменьшить загруженность дорог за счет интеллектуального регулирования трафика, создания дорожных информационных служб.
«Умные технологии» могут также лежать в основе создания эффективной социальной инфраструктуры, с едиными базами данных о населении, которые позволят оперативно обмениваться информацией и принимать решения, они могут сократить «бумажную» работу.
Внедрение этих технологий повысит качество электроснабжения и высвободит дополнительные финансовые средства за счет энергосбережения. Такая единая система управления позволяет существенно улучшить качество предоставляемых горожанам услуг, повысить эффективность всех служб города.
Основные механизмы оптимизации потребления ресурсов в «умном» городе:
распределение нагрузки на инфраструктурные сети во времени, т.е. снижение неравномерности потребления в период пиков и провалов (основная проблема всех инфраструктур);
распределение в пространстве, т.е. создание сетевых, а не линейных систем поставки ресурса позволят маневрировать потоками и «обходить» аварийные или пиковые участки;
создание динамически управляемых источников мощности: малоинерционные генераторы, накопители, демпферы и др.;
создание распределенной генерации различного масштаба;
снижение потерь и ресурсопотребления конечных пользователей («умные» дома, энергоэффективное оборудование и др.)
Реализация проектов «умного» города в России на примере Белгорода и Нижнего Новгорода.
Нижний Новгород — один из городов мира, где начал осуществляться проект «Умный город». Инфраструктура такого города должна быть полностью выстроена на новых технологиях, позволяющих рационально использовать источники энергии и минимизировать воздействие на окружающую среду. Уже сегодня в Нижнем Новгороде внедрены:
энергосберегающие автоматические программы управления уличным освещением с использованием фотоэлементов и ламп малой мощности;
автоматизированная система учета электроэнергии в работе городского электротранспорта.
В Нижнем Новгороде и Белгороде, где также реализуются проекты «умного» города, экономика динамично развивается и постоянно растет уровень энергопотребления, поэтому вопрос энергосбережения весьма актуален.
В Белгороде и Нижнем Новгороде сегодня частично используется автоматизированная система, позволяющая контролировать состояние электросетей, вести учет энергопотребления, определять количество перегоревших ламп и дистанционно управлять режимами освещения с районных диспетчерских пунктов.
Интеллектуальные счетчики электроэнергии обеспечивают точность расчетов энергетиков с потребителями, позволяют дистанционно снимать показания со счетчиков, контролировать качество электроэнергии.
«Умные сети» способны повышать качество электроснабжения посредством применения реклоузеров, бустеров и других современных устройств.
Предпосылками возникновения идеи «умного» города являются:
рост загруженности инфраструктур. Неустойчивость инфраструктур при режимах близких к предельным значениям.
появление технических возможностей дешевой передачи в реальном времени большого объема информации и ее обработки.
появление технической возможности создания дешевых и массовых интеллектуальных управляющих узлов (светофоров, задвижек и т.п.), программируемых и управляемых дистанционно.
появление возможности создания надежных и экономически конкурентоспособных малых или автономных систем ресурсообеспечения (электро- и теплогенерация,
водоочистка и т.п.).
накопление опыта проектирования многопараметрических управляющих/управляемых систем в отдельных отраслях и системах: авиация, портовое дело, энергетика и т.д.
Современный этап развития «умных» городов характеризуется выходом «интеллектуальных технологий» в массы. Эта революция сравнима по масштабам с созданием систем массовой сотовой связи или всеобщей компьютеризацией. Сегодня появился целый пласт технических и организационных проблем и решений, которые подтолкнут к выходу на совершенно другой уровень развитие инфраструктурных систем. Новые технологии будут отличаться от существующих образцов, как современные телефоны сегодня отличаются от систем мобильной связи 80-х годов. Какое из технических решений получит массовое применение сложно сказать, также как и тогда, когда появились революционные технологии в сотовой связи.
Реализация проектов «умного» города в Европе.
В Амстердаме внедряется инновационная система регулирования энергопотребления, которая позволяет амстердамским семьям получить более полное представление о потребляемой ими электроэнергии. В жилищах семей-участниц проекта были установлены интеллектуальные счётчики и домашние системы регулирования энергопотребления. В результате этого проекта потребители сократили расходы на электроэнергию, снизились выбросы углеводородов как минимум на 14%.
Из вышеизложенного следует, что на сегодняшний день для формирования культуры энергосбережения, существует необходимость создания специально адаптированного информационного интерактивного учебно-методического пособия для учащихся образовательных учреждений, раскрывающего значение энергии для жизни и развития общества. Необходимо познакомить учащихся со способами получения энергии, ее преобразовании, передачи и использования; а также ознакомить с правовой базой энергосбережения, рассмотреть сущность различных энергосберегающих технологий в народном хозяйстве и в быту, изучить экологические аспекты энергетики, причин и последствий изменения климата, перспектив энергопотребления и энергосбережения, научить использовать альтернативные источники энергии.
|
