Mit Energie in den Informatikunterricht

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1 Workshop auf dem till2011 in Clausthal

2 Einstimmung: Was verbinde ich mit dem Themenkomplex Informatik und Energie für die Schule?

3 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 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.

4 Energie als zentrale Herausforderung der Zukunft Bildungsauftrag Energiebildung - Energiebildung als innovativer multi- und interdisziplinärer Bildungsauftrag - Entwicklung und Erprobung von Unterrichtsmaterialien und -konzepten zur Energiebildung - Verankerung der Energiebildung in Schule und Lehrerbildung - im Zusammenhang mit der Bildung für nachhaltige Entwicklung Energie als IT-Projekt Informationsverarbeitungsprozesse bei - der Erzeugung und dem Transport - der Steuerung von Verbrauchern - der Auswertung von Prozess- und Verbrauchsdaten - der Visualisierung energetischer und energietechnischer Aspekte Energie als Feld auf der Suche nach Kontexten Zum Beispiel: - Energieverbrauch von IT-Systemen - Schulsolaranlagen - Steuerung von Windkraftanlagen

5 Entwicklung: Energie und IT: Beispiel Virtuelle Kraftwerke Immer mehr Kleinerzeuger 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

6 Entwicklung: Energie und IT: Beispiel Smart Grid Variierende Nachfrage nach Strom auf der Verbraucherseite, 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

7 Übergreifendes Szenario "Vom Dach auf die Homepage" Informatik (z. B.): Netzwerktechnik HTML Programmierung Dateiformate (cvs, png) Datenbanken Energiebildung: Kenndaten von Solaranlagen Auseinandersetzung mit Tages-, Wochen-, Jahresertrag CO2-Vermeidung, finanzieller Ertrag Zielgruppen: Sek I, II, AG

8 Unterrichtsidee (Unsere) Schulsolaranlage Informatik: Daten mit einer Tabellenkalkulation auswerten Grundstrukturen von Software am Beispiel Tabellenkalkulation kennen lernen Energiebildung: Kenndaten von Solaranlagen Einschätzung des Ertrags CO 2 -Ersparnis Zielgruppen: Sek I

9 Unterrichtsbeispiel Solardaten im XML-Format Solaranlage liefert Datensätze im XML-Format an ftp-server Schnittstelle: WebBox des Wechselrichters 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)

10 Unterrichtsbeispiel Solardaten im XML-Format Informatik: XML als Beschreibungsformat Spezielle Form für Solaranlage Energiebildung: Kenndaten von Solaranlagen kennen Leistungsfähigkeit einschätzen CO 2 -Ersparnis Zielgruppen: Sek I oder Sek II <?xml version="1.0" encoding="utf-8" standal <WebBox xmlns:msdata="urn:schemas-microsoft <Info> <Created> T07:15:36</Created> <Culture>en-US</Culture> </Info> <MeanPublic> <Key>WR34MS03: :dI</Key> <First>4</First> <Last>4</Last> <Min>4</Min> <Max>4</Max> <Mean>4</Mean> <Base>202</Base> <Period>900</Period> <TimeStamp> T07:15:36</TimeStamp> </MeanPublic>

11 Unterrichtsbeispiel Solardatenbank Die von Solaranlage gelieferten Datensätze im XML-Format werden automatisiert ausgewertet und die Daten in eine Datenbank integriert. Zugriff über MySQL-Frontend möglich. Die Datenbank verfügt über die Daten aus den Datensätzen und Informationen zum Standort Beispiel SELECT serialnummer, MAX(hTotal) FROM werte GROUP BY serialnummer;

12 Unterrichtsbeispiel Solardatenbank Informatik: SQL: z. B. Group-By-Klausel, Aggregatfunktionen Ggf. ER-Diagramme vertiefen Energiebildung: Kenndaten von Solaranlagen kennen Leistungsfähigkeit einschätzen CO 2 -Ersparnis Zielgruppen: Sek II SELECT serialnummer, MAX(hTotal) FROM werte GROUP BY serialnummer; SELECT DATE(Zeit), Max(Pac) FROM werte WHERE (serialnummer = AND (DATE(Zeit) < "2010 AND (DATE(Zeit) >= "2010 GROUP BY DATE(Zeit);

13 Informatik: Sensor-Aktor-Prinzip Programmierung (grafisch oder textuell, ggfs. SPS) Vergleich und Bewertung verschiedener Lösungen Energiebildung: technische Aspekte in der Energieerzeugung erfassen und Beurteilen Unterrichtsbeispiel Nachgeführte Solaranlage Zielgruppen: Sek I (grafische Programmierung), Sek II/BBS

14 Unterrichtsbeispiel Smart Metering und Datenschutz Informatik: Anwendungsfall Datenschutz Technischer Aufbau von Smart Metering Systemen Energiebildung: Vor- und Nachteile solcher Systeme für den Kunden (und den Versorger) kennen und bewerten können. Zielgruppen: Sek I/II

15 Unterrichtsbeispiel Biogasanlage Informatik: UML-Modellierung Klassen-, Sequenz-, Aktivitätsdiagramme Energiebildung: Funktionsweise einer Biogasanlage Ggf. Problematik der notwendigen Substrate Zielgruppen: Sek II

16 Beispiel Energieverbrauch von PC-Komponenten Informatik: PC-Komponenten und -bauteile Leistungsaufnahme als eine Kenngröße für Komponenten Energiebildung: Energiebedarf als Kostenfaktor Einsparmöglichkeiten durch Komponentenwahl Zielgruppen: BBS (z. B. LF4, IT-Berufe), ggf. Sek I

17 Unterrichtsidee Energieverbrauch im Haushalt Informatik: Daten erfassen und sinnvoll modellieren Grundstrukturen von Software am Beispiel Tabellenkalkulation kennen lernen Energiebildung: Energiebedarf als Kostenfaktor Realistische Einschätzung des Verbrauchs, bewusstes Verhalten Zielgruppen: Sek I

18 Unterrichtsidee Virtuelle Kraftwerke Informatik (Mögliche Aspekte) Virtuelle Kraftwerke modellieren (UML) Abläufe in Teilen modellieren und simulieren bzw. Programmieren Energiebildung (Mögliche Aspekte) Bedeutung solch vernetzter Strukturen Problem des Lastausgleichs, Lösungsansätze dazu Zielgruppen: Eher Sek II

19 Unterrichtsidee Stoffstromnetze Informatik: Prozesse modellieren mit Stoffstromnetzen (Wirtschaftsinformatik) Energiebildung: Zusammenhänge zum Gesamtenergiebedarf von Produkten erkennen Zielgruppen: Sek II/BBS

20 Sommersemester 2009 Lehrerbildung 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 Seminar 'Informatische Bildung im Bildungskontext "Energie"' (Wahlpflicht für Lehrämter) Berücksichtigung im Unterrichtspraktikum Softwarepraktikum, Überarbeitung der Datenbank und der Nutzerschnittstellen. Abschlussarbeiten Lehrerfortbildungen

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