Smart Cities - Städte der Zukunft
Überblick
Zusammenfassung
Stichworte: Intelligente Städte, Datenerfassung, Energie, nachhaltige Entwicklung
Fächer: Mathematik, Physik, Umweltwissenschaften, Naturwissenschaften
Altersgruppe der Schüler*innen: 11-18
Zeitrahmen: Energie für morgen: 2 x 45 Minuten; Luftqualität: 4 Stunden für den theoretischen Teil (regulär), 2 Stunden/Woche in einem Schuljahr für den praktischen Teil (außerunterrichtlich)
Kooperation: Schulen in der Umgebung, Forschungslabors, örtliche Gemeinden
Direkt zu: Energie für morgen, Luftverschmutzung, Luftqualität, Berufsorientierung
Einen Einblick in die Unterrichtseinheit direkt von den Autor*innen finden Sie in diesem Webinar in englischer Sprache (YouTube).
Einführung
Was sind intelligente Städte und was bedeutet in diesem Zusammenhang Nachhaltigkeit?
Die Europäische Kommission definiert eine intelligente Stadt wie folgt:
Eine intelligente Stadt bedeutet mehr als nur den Einsatz digitaler Technologien für eine bessere Ressourcennutzung und weniger Emissionen. Sie erfordert intelligentere städtische Verkehrsnetze, verbesserte Wasserversorgungs- und Abfallentsorgungseinrichtungen und effizientere Methoden zur Beleuchtung und Beheizung von Gebäuden. (European Commission, n.d. [1])
Das bedeutet, dass eine intelligente Stadt intelligente Technologien nutzt und Daten durch das Internet der Dinge (IoT) analysiert, um die Lebensqualität der Bürger*innen zu verbessern.
Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt in Städten, weshalb die Nachhaltigkeit der Energieressourcen und der Umweltbedingungen von entscheidender Bedeutung sind.
Über dieses Material
In diesem Projekt werden wir uns mit drei verwandten Bereichen befassen: Dem Energieverbrauch, der Luftverschmutzung und mit der Analyse der Luftqualität:
- Energie für morgen: Hier untersuchen die Schüler*innen, ob es möglich ist, die von ihrer Stadt benötigte Energie durch Solarstrom zu erzeugen. Zudem schauen sie sich an, welche Probleme sich hierbei ergeben.
- Luftverschmutzung: Darin untersuchen die Schüler*innen die Ursachen der Luftverschmutzung auf der Grundlage von Forschungsergebnissen im globalen Maßstab.
- Luftqualität: In diesem Teil untersuchen und interpretieren die Schüler*innen gespeicherte Daten über die Luftqualitätsparameter in ihrer Stadt mit selbst gebauten Analysegeräten.
In all diesen Projekten werden die Schüler*innen wertvolle Fähigkeiten erlernen und ein Verständnis für die Konzepte des Smart-City-Systems entwickeln. Die Projekte können unabhängig voneinander durchgeführt werden.
Energie für morgen
In diesem Abschnitt wird eine Methode vorgestellt, mit der die Schüler*innen herausfinden können, ob ein Haus oder die Stadt allein durch Solarenergie versorgt werden kann.
In diesem Projekt wird untersucht, ob durch die Nutzung von Solarenergie die Stromversorgung unserer Städte in der Zukunft gewährleistet werden kann. Mithilfe kostenloser Software untersuchen die Schüler*innen und die Lehrkräfte, wie viel Solarenergie erzeugt werden kann und wie viel Landfläche dafür benötigt wird.
Wir beginnen mit der Forschungsfrage: Können wir mit erneuerbaren Energien (Solarenergie) genug Energie erzeugen, um unsere Städte zu versorgen?
Die Schüler*innen können über den Energieverbrauch diskutieren und sie lernen, vereinfachende Annahmen zu formulieren und mit der Software zu rechnen. Das Projekt ist sehr gut skalierbar.
Ein Einblick in die Software
Luftverschmutzung
In diesem Teil werden globale Datenbanken genutzt, um die Luftverschmutzung in verschiedenen Städten zu untersuchen.
Die Schüler*innen analysieren die Ursachen und Auswirkungen von Luftverschmutzung auf globaler Ebene auf der Grundlage von Forschungsergebnissen.
Sie betrachten verschiedene Aspekte, wie die Entwicklung der CO2-Emissionen im Laufe der Zeit und die Emissionen verschiedener Länder.
Mithilfe eines CO2-Fußabdruck-Rechners schätzen die Schüler ihren eigenen Beitrag zu den CO2-Emissionen.
Das Video fasst das Projekt zusammen. Die Untertitel sind auf Englisch.
Luftqualität
Die Schüler*innen bauen eigene Luftanalysegeräte (CaeliBox 1 und CaeliBox 2) und untersuchen mit ihnen die Luftqualität ihrer Umgebung.
Gute Luftqualität ist eine Voraussetzung für ein gesundes Leben, aber die Luft in unseren Städten ist zunehmend verschmutzt. Die Schüler*innen finden heraus, welche wichtigen Parameter zur Ermittlung des Luftqualitätsindexes verwendet werden.
Dann können sie ein echtes Analysegerät mit Sensoren und verschiedenen Open-Source-Elektronikplattformen bauen, um die ausgewählten Luftparameter zu messen und die Daten in Echtzeit zu übertragen.
Aus der Datenanalyse können die Schüler*innen Rückschlüsse auf die Luftqualität in ihrer eigenen Stadt ziehen und die Öffentlichkeit, die Gemeinde und die Verwaltung alarmieren, damit geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.
Autor*innen von Smart Cities: Gerald Decelles III (NO), Corina Toma (RO), Panagiota Argyri (GR)
European Commission, aufgerufen in November 2021
Ergänzende Materialien zur Berufsorientierung
Themen der nachhaltigen Entwicklung eignen sich hervorragend, um Schüler*innen mit Berufen im MINT-Bereich vertrauter zu machen. An konkreten Beispielen wird gezeigt, wie verschiedene Berufsfelder einen Beitrag zu einer klimafreundlichen und nachhaltigen Zukunft leisten können. Schüler*innen können sich z.B. darüber informieren, welche Berufe eine Rolle bei der Entwicklung, der Herstellung und der Installation von Solaranlagen spielen oder um Berufsfelder rund um nachhaltige Mobilität.
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