Guidelines for ICETA 2007 Paper Preparation

INOVACE STUDIA DIDAKTIKY TECHNICKÉ A INFORMAČNÍ VÝCHOVY: VYTVÁŘENÍ
KOMPETENCÍ K INTEGROVANÉ VÝUCE
Katedra technické a
informační výchovy
3.mezinárodní
konference
Nové technologie ve
výuce
PedF MU Brno
listopad 2009
Martin Havelka, Čestmír Serafín, Jiří Kropáč
Katedra technické a informační výchovy,
Pedagogická fakulta Univerzity Palackého v Olomouci
Telefon: +420 585 635 812, e-mail: [email protected]
Resumé: Příspěvek pojednává o koncepční inovaci významné části výuky oborové didaktiky,
realizované na Katedře technické a informační výchovy PdF UP v Olomouci. Ta spočívá
v organizaci výuky podporující vytváření kompetencí budoucích učitelů k integrované výuce. Tento
záměr vyplývá ze současného vývoje techniky a názorů na výuku o technice na úrovni sekundárního
vzdělávání, formulovanými mj. Rámcovými vzdělávacími programy, které určují požadavek na
výuku o technice pojatou uceleně, včetně širších souvislostí techniky (přírodovědných,
společenských i humanitních). Tento požadavek je učitelem uplatňován ve fázi projektování výuky
a ve vlastním procesu výuky, zde potom mohou být vytvářeny kompetence žáků ve smyslu
klíčových kompetencí, včetně jejich složky regulační. Konstruktivistické teorie učení prokazují, že
učitelé uplatňují především ty postupy a přístupy, jimiž byli sami připravováni a které prožili [1]. Je
tedy potřebná výuka oborové didaktiky, v níž si studenti určitou vlastní činností vytvářejí
předpoklady pro řízení obdobné činnosti žáků požadovaným způsobem a směřující k integrovanému
pojetí.
Klíčová slova: didaktika technické a informační výchovy, kompetence učitele k integrované výuce,
integrovaná výuka, moderní materiální didaktické prostředky, stavebnice, žákovské laborování.
o segment, v němž si studenti prožitkem vlastní činnosti
vytvářejí předpoklady pro řízení obdobné činnosti žáků.
1. ÚVOD
Dalším důležitým aspektem, na nějž se v souladu s pojetím
výuky směřující k realizaci vzdělávací oblasti Člověk a svět
práce na ZŠ a též s pojetím vybraných odborných předmětů
vyučovaných na středních školách zaměřujeme je
směřování k integrovanému pojetí výuky.
V našem školském systému aktuálně probíhá řada změn
v oblasti koncepce a realizace kurikula a to na úrovni jak
základního, tak i středního školství /RVP, tvorba ŠVP,
odpovídající změny v pojetí výuky/. V této souvislosti byly
na Katedře technické a informační výchovy PdF UP
v Olomouci ve výuce navazujícího magisterského studia
studijního programu Učitelství technické a informační
výchovy pro střední školy a 2. stupeň základních škol
realizovány určité dílčí změny v oblasti výuky oborové
didaktiky technické a informační výchovy.
Uvedené inovace výuky oborové didaktiky technické
a informační výchovy jsou v souladu se současnými
požadavky na změnu strategie výuky technických
a informatických předmětů danými změnou filozofie
vnášenou Rámcovými vzdělávacími programy. Důraz je
kladen na posílení vytváření specifických kompetencí
významných pro realizaci příslušných RVP (respektive
ŠVP).
Pojmem integrovaná výuka autoři V. Spilková [2]
i J. Podroužek [3] chápou integrovanou výuku ve smyslu
spojení (syntézy) učiva jednotlivých učebních předmětů
nebo kognitivně blízkých vzdělávacích oblastí v jeden celek
s důrazem na komplexnost a globálnost poznávání, kde se
uplatňuje řada mezipředmětových vztahů. Integrovaná
výuka tak není založena jen na předmětovém kurikulu, ale
vychází z tzv. integrovaného kurikula. Toto chápání, kdy
integrovaná výuka směřuje k syntéze, k hledání vztahů
a souvislostí mezi jednotlivými prvky obsahu vzdělání,
zdůrazňována je komplexnost a celostnost poznávání
odpovídající životní realitě, je východiskem uplatňovaného
přístupu.
2. VÝCHODISKA: KONSTRUKTIVISTICKÉ
PŘÍSTUPY A ČINNOSTNÍ POJETÍ VÝUKY
Respektován je tak požadavek na uceleně pojatou výuku
o technice, která zahrnuje i její širší souvislosti
(přírodovědné, společenské i humanitní).
Z konstruktivistických teorií učení vyplývá, že učitelé při
realizaci výuky uplatňují především takové přístupy,
s nimiž mají sami zkušenosti ze své pregraduální přípravy.
[1]. Výuka oborové didaktiky je tak nyní doplněna
V této souvislosti je pro nás inspirativní publikace [4]
zabývající se problematikou integrovaného pojetí výuky
v přírodovědných
předmětech,
otázkám
aplikace
konstruktivistických teorií v oblasti výuky přírodovědných
1
vyučovacích předmětů a jejich vazbou na integrované pojetí
výuky je dále mj. věnován i pramen [5].
samotných pro práci se svými žáky, mohou je zapojit do
přípravy na vyučovací hodinu a využít program při realizaci
mikrovýstupů. Součástí aplikace je i možnost testování
znalostí žáků pomocí problémových učebních úloh, hledání
závad apod.
3. VYMEZENÍ SOUBORU PROBLÉMŮ DIDAKTIKY
TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ SMĚŘUJÍCÍCH
K ROZVÍJENÍ KOMPETENCÍ K INTEGROVANÉ
VÝUCE
V případě přípravy souboru učebních úloh program nabízí
při jejich řešení:
• výběr z možností, kdy řešitel musí zvolit správnou
odpověď,
V úvodu řešení projektu byla provedena analýza aktuálního
obsahu vzdělávání s cílem nalézt oblasti, které jsou buď
problematické z hlediska osvojení (jejich osvojení
představuje zpravidla pro studenty určitou obtíž), nebo mají
např. určitý interdisciplinární charakter a jsou tedy vhodné
k realizaci integrovaného pojetí výuky. Vybrány byly tyto
oblasti: elektronika, design a konstruování, digitální
technika, integrace ICT do výuky, aspekt bezpečnosti práce.
Na takto vymezený obsah je následně zaměřena pozornost v
praktické části výuky oborové didaktiky.
• dotaz na hodnotu, kdy je třeba při řešení úlohy provést
výpočet a správnou hodnotu vepsat do dialogového
boxu,
• řešení problémů, kdy je v elektrickém obvodu nutné
najít chybnou součástku za pomoci virtuálních měřicích
přístrojů.
Konstrukční stavebnice LEGO Mindstorms for Education:
Konstrukční stavebnice LEGO Mindstorms for Education je
moderním MDP umožňujícím mj. integraci ICT v obecně
technickém předmětu na ZŠ, své místo však nachází i na
gymnáziu jak v jeho víceleté, tak v klasické formě, či na
technicky zaměřených středních odborných školách.
Uplatnění nalézá i na vysokých školách, kde je využívána
jednak na pedagogických fakultách při přípravě budoucích
učitelů obecně technického předmětu a jednak na technicky
zaměřených vysokých školách při přípravě budoucích
odborníků – techniků (např. oblast programování,
automatizace apod.). Jde o vhodný prostředek pro aplikaci
projektové metody výuky, pro realizaci skupinové
(i samostatné) práce žáků na nejrůznějších projektech
výzkumného charakteru (žákovské laborování).
4. VÝBĚR SOUBORU MATERIÁLNÍCH
DIDAKTICKÝCH PROSTŘEDKŮ POTŘEBNÝCH
PRO ZAČLENĚNÍ UVEDENÉ PROBLEMATIKY DO
VÝUKY OBOROVÉ DIDAKTIKY
Za účelem realizace výuky vybraných témat ve výše
uvedených oblastech byly vybrány tyto materiální
didaktické prostředky (dále jen MDP):
Elektrotechnická a elektronická laboratoř EDISON4.0:
Učitelé i žáci mohou v tomto simulačním programu vytvářet
virtuální elektrické a elektronické obvody s využitím
nejčastěji užívaných elektronických komponent (baterie,
rezistory, diody, žárovky, LED diody, tranzistory i logická
hradla) zobrazovaných ve fotorealistické podobě a zároveň
za pomocí elektrotechnických schémat. K dispozici jsou
propojovací panely a také řada virtuálních přístrojů (zdroje
napětí, zdroje signálu, měřící přístroje, osciloskopy aj.).
Budoucí učitelé si nejdříve osvojí postupy činností se
stavebnicemi a následně se zaměří na projektování
a realizaci výuky využívající tento moderní MDP.
Pro použití stavebnic Lego Mindstorms, příslušných
senzorů a fotovoltaického minipanelu ve výuce byl navržen
soubor vzorových učebních úloh, mj:
Tento simulační program nalezne uplatnění při seznámení
žáků se základními zákonitostmi u jednoduchých obvodů na
základní škole (zapojení se žárovkami, spínači, Ohmův
zákon...), tak i při analýze a syntéze obvodů na střední
škole.
Umožňuje
sestavení
složitějších
obvodů
s polovodičovými součástkami a modelování jejich
chování. V lineárních obvodech lze zobrazit také
charakteristiky obvodových prvků a odvodit matematický
model popisující chování obvodu. Program umožňuje mj.
provedení analýzy výstupu sestaveného obvodu v závislosti
na frekvenci nebo analyzovat časový průběh napětí na
nabíjejícím se kondenzátoru. Blíže viz [6].
• učební úlohy zaměřené na dataloging a měření
vybraných fyzikálních veličin,
• učební úlohy zaměřené na měření na fotovoltaickém
minipanelu,
• učební úlohy zaměřené na realizaci modelu
fotovoltaické elektrárny, modelování činnosti FV
elektrárny,
• učební úlohy zaměřené na realizaci inteligentních
modelů (vozítka a samohyby různé konstrukce),
Systém Edison 4 CZ obsahuje sbírku přes sto sestavených
obvodů zahrnutých do souboru pokusů k tématům: Ohmův
zákon, dělič napětí, rezistory zapojené v sérii a paralelně,
RC obvod, dolnofrekvenční RC propust, obvody s LED,
bipolární transistor, obvod s tranzistorem MOS,
multivibrátor, hradlo AND.
Na těchto a dalších obvodech mohou budoucí učitelé rychle
a efektivně ověřovat možnosti aplikace programu i obvodů
• učební úlohy zaměřené na programování realizovaných
modelů,
• učební úlohy zaměřené na realizaci modelů vyžadujících
komunikace dvou či více kostek NXT (a RCX),
programování vzájemné komunikace.
Bezpečnost práce a ochrana zdraví při práci:
2
Bezpečnost a ochrana zdraví při práci je velmi důležitou
součástí činností člověka v jeho běžném pracovním životě,
ale i mimo něj, která má výrazný integrující charakter.
Cílem bezpečnosti práce je předcházení a omezování rizik
ohrožujících životy a zdraví zaměstnanců při práci, která
vznikají nejen působením škodlivých faktorů, špatnou
volbou a použitím pracovních prostředků a postupů, ale
i působením nevhodného uspořádání pracoviště či nízkou
úrovní vzdělávání v této oblasti.
pružinového oscilátoru se uplatní jednoosý akcelerometr
(stejně tak v oblasti dynamiky tuhého tělesa, vozíčková
dráha apod.).
• V oblasti optických měření např. ve fotometrii, či
v oblasti měření vybraných optických charakteristik
materiálů pro optiku se uplatní různé varianty optických
čidel.
• V oblasti chemie a elektrochemie nalezne uplatnění řada
čidel pro měření pH a elektrické vodivosti.
Bezpečnost a ochrana zdraví při práci je součástí nejen
každé pracovní činnosti ale i výchovně vzdělávací činnosti
a je ovlivněna pracovními podmínkami a charakterem
práce, výchovou a vzděláváním. Proto je tato oblast velmi
významná zejména z pohledu výuky a vzdělávání.
Za účelem realizace výuky vybraných témat byly vybrány
a do výuky začleněny také interaktivní prezentace na téma:
• Čidlo pro měření radioaktivního záření (alfa, beta,
gama) nalezne uplatnění v oblasti fyziky částic a nauky
o materiálech.
• V oblasti akustických měření nalezne uplatnění čidlo
akustického tlaku jak při čistě fyzikálních měřeních tak
např. při monitorování úrovně akustického tlaku
(akustické pozadí) v rámci monitorování kvality
životního prostředí či chodu různých zařízení.
1. Požární ochrana.
2. Pravidla první pomoci při úrazu.
3. Všeobecné požadavky bezpečnosti práce.
bezpečnosti práce při obrábění kovu a dřeva.
• Zajímavostí je např. čidlo pro monitorování srdečního
tepu, které se umísťuje na prst ruky či ušní boltec a které
nalezne uplatnění v rámci výuky biologie či v oblasti
sportu.
Zásady
4. Bezpečnostní předpisy v oblasti elektrotechniky.
5. Revize a kontrola ručního elektrického nářadí. Kontrola
elektrických spotřebičů.
Zpracováno na základě pramenů [7], [8] a [9].
Výše uvedené didaktické prostředky umožňují ve výuce
oborové didaktiky zdůraznit také důležitou návaznost na
aktuální legislativní požadavky.
6. ZÁVĚR
Aplikace uvedených moderních MDP v praktické části
výuky oborové didaktiky přináší příležitost k vytváření
a rozvíjení klíčových a odborných kompetencí učitele
technické a informační výchovy, jedná se mj. o:
5. LEGO: NÁSTIN MOŽNÝCH APLIKACÍ
• soubor kompetencí k práci s uvedenými MDP,
• Při aplikaci infračerveného senzoru typu optická závora
spolu s měřením času lze provádět řadu měření
týkajících se problematiky kinematiky hmotného bodu.
ty následně podmiňují vznik dalších kompetencí:
• kompetence k organizaci práce žáků s uvedenými MDP.
• Senzor úhlu/otáček nalezne uplatnění např. při
objasňování zákonitostí spojených se studiem dějů
u mechanického oscilátoru – matematické či fyzikální
kyvadlo (přeměny mechanické energie a zákonitosti
kmitání mechanického oscilátoru) nebo v oblasti studia
zákonitostí rotačního pohybu těles.
Vedle naplňování obecných cílů jakými jsou rozvoj
technického myšlení žáků a rozvoj organizačních
a komunikačních dovedností žáků jsou zvláště ve vztahu
k integrované výuce důležité dovednosti jako žákovské
laborování a dovednost řešení vybraných problémů
a učebních úloh komplexního charakteru, z nichž některé
byly naznačeny výše.
• Čidla teplotní naleznou uplatnění v oblasti molekulové
fyziky a termodynamiky (změna vnitřní energie
soustavy a konání práce, tepelná výměna, kalorimetrická
měření, fázové přeměny).
Lze shrnout, že oborová didaktika má pro završení
učitelského studia neoddiskutovatelný význam. Aby však
mohlo dojít k naplnění jejího účelu, musíme výuce věnovat
patřičný časový prostor. V takto vytvořeném rámci je třeba
mj. aplikovat výuku s použitím vhodně volených
materiálních didaktických prostředků k tomu, aby
u budoucích učitelů mohlo dojít k utváření příslušných
klíčových a odborných kompetencí.
Uvedené moderní MDP mj. usnadňují integraci žákova
poznání jak ve směru horizontálním (mezipředmětové
vztahy), tak ve směru vertikálním - přechod od konkrétně
názorného k abstraktnímu, od znalostí k dovednostem
i praktické povahy, od teorie k praxi.
• Teplotní čidla společně s čidlem barometrického tlaku
naleznou uplatnění při ověřování či odvozování
zákonitostí spojených s rovnovážným stavem
termodynamické soustavy.
• Čidla el. proudu, el. napětí a čidlo magnetického pole
naleznou široké uplatnění v oblasti elektromagnetického
pole, v oblasti elektrického měření neelektrických
veličin (kupříkladu tenzometrická měření) potom
převodník proudu ± 10 mA.
• V oblasti studia zákonitostí mechanického kmitání
3
[9]
7. ODKAZY
[1] SPILKOVÁ, V. Kurikulární reforma jako výzva pro
proměny učitelského vzdělávání. In Aktuální požadavky
základních škol na oborovou skladbu učitelské přípravy.
Olomouc : Votobia, 2006, s. 29-35.
ISBN 80-7220285-5.
Firemní materiály EDUXE: sensory HiTechnic
[cit. 24. 9. 2009]
Dostupné
z
URL:
<http://www.eduxe.cz/legomenu/hitechnic_menu.htm>.
AUTOŘI
Martin Havelka: odborný asistent Katedry technické
a informační výchovy na PdF UP v Olomouci. Ve své
odborné práci na katedře se zaměřuje na oblast výuky
strojírenských předmětů (technická mechanika, stroje
a zařízení), vede i didakticky zaměřené disciplíny, mj. Svět
práce a dále Speciální didaktické praktikum zaměřené na
využití moderních materiálně didaktických výukových
prostředků (LEGO Mindstorms for Education, dataloging se
senzory LogIT DCP Microsense).
[2] SPILKOVÁ, V. Integrace obsahu učiva v primární
škole. In K současným problémům vnitřní transformace
primární školy. Pedagogická fakulta Univerzity
Karlovy. Praha : PdF UK, 1998, s. 25-36.
ISBN
80-86039-47-1.
[3] PODROUŽEK, L. Integrovaná výuka na základní škole.
1. vydání. Plzeň : Nakladatelství Fraus, 2002. 96 s.
ISBN 80-7238-157-1.
Jiří Kropáč: docent Katedry technické a informační
výchovy na PdF UP v Olomouci. V odborné i vědecké
činnosti je zaměřen na didaktiku technických předmětů, na
otázky didaktické transformace, na problematiku širších
souvislostí techniky.
[4] BÍLEK, M.; RYCHTERA, J.; SLABÝ, J. Integrovaná
výuka přírodovědných předmětů. [cit. 20 9 2009].
Dostupné
z
URL:
<http://esfmoduly.upol.cz/elearning/integr/index.html>.
Čestmír Serafín: docent Katedry technické a informační
výchovy na PdF UP v Olomouci. Ve výzkumné práci se
orientuje na oblast elektrotechniky a elektroniky v edukaci,
elektrotechnické stavebnice a problémy didaktiky
elektrotechnicky orientovaných předmětů.
[5] NEZVALOVÁ, D. ed. Konstruktivismus a jeho aplikace
v integrovaném pojetí přírodovědného vzdělávání.
Integrovaná přírodověda. 1. vyd. Olomouc : VUP, 2006.
75 s. ISBN 80-244-1391-4.
[6] Firemní materiály BEN: Elektrotechnická a elektronická
multimediální laboratoř EDISON 4.0 [cit. 24. 9. 2009]
Dostupné z URL: <http://shop.ben.cz/cz/731270edison.aspx>.
DODATEK – DALŠÍ INFORMACE
Příspěvek vznikl za podpory projektu FRVŠ č. 1384/2009.
PŘÍLOHA K ČLÁNKU
Pro ilustraci způsobu, jakým je v duchu aplikace
konstruktivistické teorie v praktické části výuky oborové
didaktiky využíváno některých výše uvedených MDP
uvádíme zjednodušený pracovní list (vzhledem k charakteru
a rozsahu článku bez grafických prvků a ilustrací)
k jednomu z řady témat řešených při práci s konstrukční
stavebnicí LEGO Mindstorms for Education.
[7] Firemní
materiály
EDUXE:
Senzory
DCP
Microdevelopments
použitelné
s
LEGO
[cit. 24. 9. 2009]
Dostupné
z
URL:
<http://www.eduxe.cz/logitworld/sen_vse.php>.
[8] Firemní materiály EDUXE: Elektrické prvky LEGO
[cit. 24. 9. 2009]
Dostupné
z
URL:
<http://www.eduxe.cz/legomenu/elkompo.htm >.
4
Téma: Energie ze Slunce
/navazuje na společný úvod Obnovitelné zdroje energie/
Pomůcky:
Cíle projektu /společné pro uvedená témata/:
Řešitelé:
• stavebnice LEGO Mindstorms
• kostka RCX
• znají princip činnosti fotovoltaického panelu;
• PC software ROBOLAB v 2.9
• chápou význam základních parametrů fotovoltaického
panelu a jsou schopni s nimi pracovat;
• fotovoltaický minipanel
• mají základní přehled o praktických možnostech využití
fotovoltaické techniky;
• sensory LEGO a sensory DCP Microsense
• znají trendy v oblasti využití fotovoltaické techniky;
Motivace:
Získávání „čisté“ energie z obnovitelných zdrojů energie
(OZE) formou přeměny energie dopadajícího světla
(elektromagnetické záření) na elektrickou energii
prostřednictvím fotovoltaických článků je jednou
z perspektivních možností. V současnosti je ve vývoji nová
generace těchto článků, která má mít vyšší účinnost
přeměny a schopnost přeměny i při osvětlení rozptýleným
světlem (schopnost pracovat i při podmračeném počasí).
• jsou schopni posoudit možnosti použití fotovoltaického
systému jako alternativního zdroje elektrické energie;
• jsou schopni posoudit konkrétní lokalitu z hlediska
aplikace fotovoltaické techniky;
• při práci s konstrukční stavebnicí jsou schopni pracovat
dle návodu i samostatně tvořivě řešit problémy;
• získané poznatky a osvojené dovednosti jsou schopni
aplikovat při plánování a realizaci výuky daného tématu.
Dílčí úlohy:
U1: Zpracujte přehled faktorů, které aktuálně v pozitivním
či negativním smyslu ovlivňují možnosti masovějšího
využití fotovoltaické techniky pro výrobu „ekologicky
čisté“ elektrické energie.
Praktická činnost se stavebnicí:
U5: S užitím fotovoltaického minipanelu realizujte
v několika po sobě následujících dnech monitorování
intenzity dopadajícího slunečního záření v závislosti na
čase. Využijte dataloging a senzory (napěťový, proudový,
čidlo intenzity osvětlení).
U2: Zpracujte informativní přehled o stavu využití solární
energie v naší republice. /Použijte fulltextové vyhledávání –
hesla: Solární liga, Slunce do škol, Napájeni Sluncem,
Solartec aj./
U6: S užitím fotovoltaického minipanelu realizujte
v několika po sobě následujících dnech monitorování vlivu
umístění fotovoltaického panelu (orientace vzhledem ke
světovým stranám a orientace vzhledem ke svislé ose) na
energetický zisk z přeměny dopadajícího slunečního záření.
Využijte dataloging a senzory (napěťový, proudový, čidlo
intenzity osvětlení).
U3: Sestavte písemný přehled aplikací fotovoltaické
techniky, s nimiž jste se setkali či víte, že jsou v praxi
užívány. /Svůj přehled porovnejte se seznamem aplikací./
U4: Informace získané při plnění výše uvedených úloh
zpracujte do přehledného didaktického materiálu, který
bude použitelný pro výuku tématu „OZE – využití energie
slunečního záření“.
Požadované výstupy:
Přehled aplikací fotovoltaické techniky /k projektu Energie za Slunce/
1. skupina - mobilní aplikace s malými požadavky na dodaný výkon,
pracující na malé napětí (zpravidla náhrada či doplnění bateriového
provozu): hodinky (např. Citizen systém EcoDrive), kalkulátory, hračky
a modely, nabíječe akumulátorů, spotřební elektronika napájená či dobíjená
solárními články (kapesní svítilny, zahradní noční osvětlení
s akumulátorem a solárními články, radiopřijímač, ultrazvukový odpuzovač
hlodavců či bodavého hmyzu, apod.).
2. skupina – mobilní popř. stacionární aplikace pracující v místech bez
přístupu k rozvodné soustavě: parkovací automat, dopravní značení –
samostatně stojící prvek emitující světlo s pomocí LED, samostatně stojící
meteorologická zařízení (letiště, meteostanice apod., zařízení na sterilizaci
vody pomocí UV lampy (humanitární pomoc pro oblast s nedostatkem
pitné vody), experimentální (zpravidla závodní) automobily a ultralehká
letadla, tzv. ostrovní FV napájecí systémy (mj. karavany, jachty apod.).
3. skupina – silnoproudé (ryze napájecí) aplikace: FV elektrárny – fasádní
a střešní systémy, solární panely družic, kosmických sond a orbitálních
stanic.
• Výsledky měření zobecněte ve smyslu zhodnocení vlivu
umístění solárního panelu na energetický zisk z hlediska
jeho optimalizace v případě letního a celoročního
provozu.
• Výsledky měření vyhodnoťte a formulujte závěry
týkající se vlivu umístění solárního panelu na
energetický zisk.
• Zpracujte výsledky řešení výše uvedeného souboru úloh
do podoby komplexního didaktického materiálu pro
realizaci výuky zaměřené na problematiku OZE pro:
a)
výuku na II. stupni ZŠ,
b)
výuku na střední škole.
Téma: Fotovoltaická elektrárna
/navazuje na úvod Energie ze Slunce/
5
Fotovoltaické systémy mohou pracovat ve dvou
principiálně odlišných uspořádáních. Jedná se buď o
fotovoltaické solární systémy připojené na síť, nebo o tzv.
izolované /popř. ostrovní/ fotovoltaické solární systémy.
Cíle: /společné, viz výše/
Pomůcky:
• stavebnice LEGO Mindstorms
• kostka RCX
• PC software ROBOLAB v 2.9
• fotovoltaický minipanel
• sensory LEGO a sensory DCP Microsense
U4: S použitím stavebnice LEGO sestavte funkční model
fotovoltaické elektrárny tak, aby její solární panel byl
schopen sledovat pohyb Slunce na obloze během dne
a elektrárna tak dosahovala maximální účinnosti přeměny
energie dopadajícího záření na elektrickou energii.
(V podmínkách učebny bude pohyb Slunce na obloze
simulovat žárovka stolní lampy, s níž budeme pomalu
pohybovat. Model musí při změně vnějších podmínek
nalézt novou optimální polohu panelů.)
Dílčí úlohy:
U1: Vyhledejte dostupné informace o uspořádání síťových
a ostrovních
fotovoltaických
systémů
v literatuře
a informačních pramenech.
• Načrtněte bloková schémata pro síťový a ostrovní
fotovoltaický systém.
• Vysvětlete funkci jednotlivých funkčních celků u obou
systémů.
• Zhodnoťte výhody a nevýhody obou uspořádání a
z toho plynoucí možnosti aplikace.
• Navrhněte princip činnosti modelu
U2: Vyhledejte, jaké parametry charakterizují fotovoltaický
panel a fotovoltaický systém jako celek.
• Vytvořte program pro řízení činnosti modelu
• Sestavte model
• Ověřte funkčnost modelu
• Vymezte nejprve tyto parametry na základě vlastní
úvahy.
• Výsledek poté srovnejte s parametry
u výrobce či prodejce takovéhoto systému.
U5: Navrhněte a proveďte měření, při kterém ověříte
a vyčíslíte míru efektivnosti polohování panelu modelu FV
elektrárny ve srovnání s pevným panelem. Použijte
sestrojený model FV elektrárny z předchozí úlohy
a identický FV panel bez možnosti polohování. Použijte
RCX kostku s senzory jako dataloger.
nalezenými
U3: Představte si, že jste majitel malé nemovitosti, která je
mimo dosah elektrické rozvodné sítě /srub popř. karavan/.
Zvolte počet osob (2, 4, 6), způsob provozu (víkendový či
dlouhodobý letní) a množství provozovaných spotřebičů
(osvětlení, lednička, rozhlasový přijímač, TV přijímač,
GSM zabezpečovací zařízení apod.) a zjistěte jejich
příkony.
Požadované výstupy:
• Výsledky měření vyhodnoťte a formulujte závěry
týkající se vlivu polohování solárního panelu na
energetický zisk.
• Vymezte počet a technické parametry spotřebičů
(příkon, jmenovité napětí, jmenovitý proud).
• Výsledky měření zobecněte.
• Zpracujte výsledky řešení výše uvedeného souboru úloh
do podoby komplexního didaktického materiálu pro
realizaci výuky zaměřené na problematiku OZE pro:
• Vymezte typ provozu.
• Ke zvolenému zařízení navrhněte fotovoltaický systém
(pro každý jeho prvek uveďte typ, množství, cenu
a další parametry dle vlastního uvážení).
a)
výuku na II. stupni ZŠ,
b) výuku na střední škole.
• Zhodnoťte výhody a nevýhody navrženého řešení.
Dílčí úlohy pro praktickou činnost se stavebnicí:
Poznámka: V procesu řešení úloh využijte poznatky
z řešení předchozích částí projektu.
Motivace:
6