Программа элективного курса "Мы ищем энергию"

Аннотация

Актуальность курса заключается в том, что в свете реформы общеобразовательной школы повышаются роль и значение межпредметных связей дисциплин. Каждому учителю физики необходимо постоянно развивать стремление учащихся выяснять причины явлений, с которыми они встречаются ежедневно. Тематическая направленность курса способствует приучению детей к самостоятельной творческой работе, развитию инициативы, вносит элементы исследования в их учебу, содействуют выбору будущей профессии.

Цели курса:

Обучающие:

• сформировать общее представление о способах преобразования возобновляемой энергии в электрическую и тепловую;
• овладение конкретными знаниями энергосберегающих технологий, необходимыми для решения проблемы дефицита электроэнергии;
• раскрыть перспективы использования альтернативной энергии.

Развивающие:

• развитие познавательных интересов, творческих способностей;
• развитие способности приобретать знания, критически оценивать полученную информацию;
• развить способность саморазвиваться интеллектуально, нравственно самосовершенствоваться.

Воспитательные:

• повышение уровня сознания учащихся необходимости энергосбережения;
• сознательное самоопределение будущей сферы деятельности.

Задачи курса:

• Исследовать вопрос об актуальности использования возобновляемых источников энергии.
• Изучить источники ресурсов альтернативной энергии и провести оценку их потенциала. Проанализировать причины ограничения масштабов использования ВИЭ.
• Изучить принципы преобразования возобновляемой энергии в электрическую и тепловую. Провести сравнение стоимостей электроэнергии, вырабатываемой различными электростанциями.
• Дать оценку достоинствам и недостаткам использования альтернативных энергоресурсов.
• Рассмотреть новые энергоэффективные технологии и предложить свои варианты решения проблемы энергосбережения.
• Исследовать пути развития энергоресурсов будущего.
• Собрать действующие модели установок, использующих солнечную, ветровую энергию и энергию воды.

Описание работы:

Элективный курс “Мир ищет энергию” дополняет и развивает школьный курс физики раздел “Энергия. Закон сохранения энергии. Производство и передача электроэнергии”, а также является информационной поддержкой выбранного профиля дальнейшего образования и ориентирован на удовлетворение любознательности старших школьников, их аналитических и синтетических способностей. Курс рассчитан на 17 часов для учащихся 10-11 классов, выбравших естественно-научный профиль. Он основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении физики, химии, географии и других дисциплин в средней школе.

Результат, на достижение которого направлена работа:

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

• наблюдать и описывать энергетические процессы производства и передачи энергии;
• выдвигать гипотезы;
• выполнять измерения и делать расчеты и выводы;
• интерпретировать результаты экспериментов;
• работать с Интернет ресурсами и документами СМИ;
• применять закон сохранения энергии в различных процессах.

Сколько лет и кем апробирована работа:

Работа апробирована учителем физики школы, учителем экономики этой же школы. Элективный курс вошел в банк лучших элективных курсов методического кабинета города Батайска и рекомендован учителям школ города. Курс прошел апробацию в течении 2-х учебных годов.

Пояснительная записка

Бурное развитие промышленности и быстрый рост населения Земли вызывают увеличение потребности в топливе и рост его добычи. В последние годы термин “энергетический кризис” все чаще стал появляться в печати и обыденной речи. По прогнозам ученых, запасами угля человечество обеспечено на 100–150 лет, ресурсов нефти хватит на 40–50 лет. По этим причинам возникает необходимость поиска новых видов энергии: неисчерпаемых и экологически чистых. До последнего времени возобновляемые источники энергии (ВИЭ) рассматривались лишь как энергоресурсы будущего, когда будут исчерпаны традиционные источники энергии или когда их добыча станет чрезвычайно дорогой и трудоемкой. Ситуацию резко изменило осознание человечеством экологических пределов роста. Быстрый экспоненциальный рост негативных антропогенных воздействий на окружающую среду ведет к существенному ухудшению среды обитания человека. Поддержание этой среды в нормальном состоянии становится одной из приоритетных целей жизнедеятельности общества. Экономический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в настоящее время оценивается в 20 млрд. тонн условного топлива в год, что в два раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. И это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего. Основное преимущество возобновляемых источников энергии – неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. В связи с выше изложенным представляется актуальным познакомить учащихся с историей развития альтернативной энергетики, способами преобразования возобновляемой энергии в электрическую и тепловую, и перспективами использования альтернативной энергии. Материалы курса не только позволят выполнить требования к уровню подготовки выпускника школы в понимании единства природы как целого, овладении понятиями и представлениями современной физики, связанными с жизнедеятельностью человека, но и помогут развить творческие способности, осознанные мотивы учения, сознательно выбрать будущую профессию.

Объект исследования: процесс развития познавательного интереса при использовании различных видов энергии и их физическое объяснение.

Цель исследования: исследование альтернативных видов энергии

Предмет исследования: ветровые электростанции, фруктовые батарейки

Планируемые образовательные результаты:

• Сформировано общее представление об особенностях ВИЭ и перспективах развития энергоресурсов будущего.
• Учащиеся исследовали спектр источников ресурсов альтернативной энергии, увидели сложность процессов взаимодействия человека и окружающей природы, как проявление особой формы единства человека и природы.
• Для сознательного выбора будущей профессии учащиеся осознанно мотивируют процесс получения знаний, развивают свои творческие способности.

Методические рекомендации:

Активизация познавательной деятельности школьников осуществляется посредством разнообразия форм, средств, методов обучения. Необходимо учитывать индивидуальные особенности учащихся (способности, склад мышления, интересы и др.).

Для проведения занятий по данному курсу при изучении нового материала рекомендуется лекционно-семинарская форма. Лекция - наиболее экономичный способ передачи учебной информации, поскольку в ней материал излагается концентрированно, в логически выдержанной форме. Семинар ориентирует учащихся на проявление самостоятельности в учебно-познавательной деятельности, предполагает работу с дополнительной литературой и средствами Интернет – ресурсов. Курс рассчитан на большую исследовательскую работу учащихся, домашние эксперименты и опыты.

Работы учащихся по теме “Сберечь выгоднее, чем создать”, “Сколько стоит зимой открыть двери?” можно оформить как проекты, предложив сравнить особенности различных видов энергии. Элективный курс предназначен для учителей физики, экономики, химии, экологии, и может быть использован в средних школах, гимназиях, лицеях и колледжах естественнонаучного профиля. Этот курс может быть использован и преподавателями дополнительного образования.

Для реализации этой методики необходимы: компьютеры, мультимедийный проектор, Интерактивная доска (по возможности), средства Интернет – ресурсов, таблицы “Производство и передача электроэнергии”, “Альтернативные источники энергии”.

Тематическое планирование курса:

Содержание программы:

Модуль№1 Введение

1.1. Возобновляемые источники энергии. Классификация ВИЭ

Истощение потенциала традиционных энергоресурсов. Быстрый экспоненциальный рост негативных антропогенных воздействий на окружающую среду. Актуальность использования возобновляемых источников энергии. Основное преимущество возобновляемых источников энергии – неисчерпаемость и экологическая чистота. Виды возобновляемой энергии.

Модуль№2 Традиционные ВИЭ 

2.1. Гидравлическая энергия

Первые гидроэлектростанции. Принципы работы ГЭС. Преимущества гидроэнергетики. Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС. Гидроэнергетика в мире: крупнейшие ГЭС в мире. Гидроэлектростанции России. Аварии и происшествия на ГЭС. Экологические изменения в широком развитии гидроэлектрических ресурсов.

2.2. Энергия биомассы

Биомасса — энергоносители растительного происхождения. Технологии выработки энергии. Наиболее оптимальный способ использования биомассы. Газификация и пиролиз. Экологические показатели. Стоимость тепла и электроэнергии. Перспективные области применения турбогенераторов, использующих биомассу.

3.3. Геотермальная энергия.

Геотермальная энергетика. Ресурсы: перспективные источники перегретых вод. Достоинства и недостатки. Геотермальная электроэнергетика в мире и России. Классификация геотермальных вод. Геотермальные электрические станции с комбинированным циклом для северных районов России. Перспективность использования альтернативной энергии и КПД установок.

Модуль №3 Нетрадиционные ВИЭ 

3.1. Солнечная энергия

Энергия поставляемая на нашу планету Солнцем. Преобразования энергии Солнца в электрическую. Солнечные электростанции. Солнечные батареи. Широкий спектр применения солнечных батарей. Энергопассивные дома. Город “Солнца”. Ограничение масштабов использования фотоэлектрических солнечных батарей. Главная помеха для развития солнечной энергетики – земная атмосфера. Идея космической СЭС. Перспективы развития солнечной энергетики в России.

3.2. Ветровая энергия

Ветер служит человеку. Первые путешествия под парусом. Начало эры воздухоплавания. Воздушные винты в начале ХХ века. Преобразование энергии ветра. Ветровые двигатели: типы и принцип действия. Ветровые электростанции. Экономическое и экологическое “за” и “против” ветровой энергетики. Территории, где возможно развивать, и уже развита ветровая энергия; ветровая энергия с точки зрения экологии. Революционный ветрогенератор от самарского изобретателя.

3.3. Энергия морских волн и океанических течений. Энергия приливов.

Общие сведения об использовании энергии ветровых волн. Энергия поверхностных волн. Конструкция волновой электростанции. Гольфстрим – источник колоссальных энергетических ресурсов. Механическая мощность океанского течения. Подводная электростанция, собирающая энергию волн. Приливная энергия. Принципы работы ПЭС. Крупнейшая в мире приливная электростанция. Достоинства и недостатки волновой энергии. Потенциал и перспективы использования энергии волн.

Практикум 

Работа с технологическими наборами LEGO DACTA: 9680 (“Энергия, работа, мощность”) 9681 (“Возобновляемые источники энергии”)

Знакомство на практике с возобновляемыми источниками энергии: солнечной энергией, энергией ветра и энергией потока воды и способами преобразования энергии, а также соотношениями между энергией, работой и мощностью. В основе всех предлагаемых заданий – фундаментальный закон природы, который гласит, что энергия не исчезает и возникает вновь, а только переходит из одного вида в другой. Сборка действующих моделей, использующих энергию солнца, ветра и воды.

Модуль №4 Энергосбережение

4.1. Энергоэффективные технологии.

Когенерационные установки с многотопливными двигателями Стирлинга. Сверхпроводники – многообещающая возможность экономии энергии. Наночастицы снижают энергозатраты. Эффективное использование электроэнергии. Технологии двойного применения. Энергосберегающая бытовая техника. “Правильные” лампы.

4.2. Энергопассивный экодом.

Проблема энергосбережения при эксплуатации дома. Понятие энергопассивного жилища. Энергопассивный экодом – это жилище, где используются возобновляемые источники энергии и материалы, и не наносится вред природе и здоровью человека. Строительные материалы, теплообеспечение и утилизация отходов жизнедеятельности в энергоэффективном экодоме. Рисуем свой экодом, используя знания о ВИЭ и энергоэффективных технологиях.

4.3. Урок экономии электроэнергии.

Экономное применение освещения в домах и производственных помещениях. Приборы для экономии электроэнергии: термостаты, таймеры, цифровые счетчики. Сравнение характеристик лампы накаливания и энергосберегающих ламп. Практические советы экономии электроэнергии в быту.

4.4. Экономия электроэнергии в школе.

Анализ потребления и расхода электроэнергии в школе. Предложение по экономии электроэнергии в школе.

Модуль№5

Конференция “Возобновляемая энергетика–реальность и перспективы” 

5.1 История развития видов альтернативной энергетики. Преобразование возобновляемой энергии в электрическую и тепловую. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой различными электростанциями. Перспективность использования альтернативной энергии и КПД установок.

 Конференция проходит в форме ролевой игры в режиме круглого стола. Учащиеся выбирают роль (эколога, строителя АЭС, бизнесмена, представителя партии “Зеленых”) и отстаивают свою точку зрения.

Презентация

Приложение

Литература для учителя:

1. Воробьев В.Н., Смирнов Н.П. Общая океанология. Часть 2. Динамические процессы. – Санкт-Петербург: РГГМУ, 1999.

2. Баланчевадзе В.И., Барановский А.И. и др. Энергетика сегодня и завтра. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Громов Ф.Н., Горшков С.Г. Человек и океан. С.-П., ВМФ, 2006
4. Дж. Твайдел, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии, – М. Энергоатомиздат,1990.

5. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника,1997.

6. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы: В вопросах и ответах. – М.: Знание, 1997.

7. Лаврус В.С. Источники энергии. – М., Наука и техника, 1997.

8. Нетрадиционные источники энергии. – М.: Знание, 1982.

9. Оптимистический взгляд на будущее энергетики мира /Под ред. Р. Кларка: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1994.

10. Сибикин М.Ю., Сибикин Ю.Д. Технология энергосбережения. – М. Профессиональное образование, 2006.

11. Энергетические ресурсы мира/ Под ред. П.С.Непорожнего, В.И. Попкова. – М.: Энергоатомиздат, 1995.

12. Юдасин Л.С. Энергетика: проблемы и надежды. – М.: Просвещение, 2001.

Литература для учащихся:

1. Атомная энергия. Энциклопедия для детей. – М.: СЛОВО, 1994.

2. Аугусто Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. Оксфорд-пресс.1983.

3. Володин В.Ю., Хазановский П.Л. Энергия, век двадцать первый. Детская литература, 1989.

4. Кондаков А.М. Альтернативные источники энергии – География в школе. 4/06 – М.: Педагогика. 2006.

5. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии. – М.: Наука, 2004.

6. Наука. Энциклопедия для детей. – М.: СЛОВО, 1994.

7. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Сборник статей под редакцией П.П. Мальцева, М., Техносфера, 2006.

8. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии, – М., Техносфера, 2006.

9. Техника. Энциклопедия для детей. Том 18 – М.: АВАНТА+, 2006.

10. Физика. Энциклопедия для детей. Том 16-17 – М.: АВАНТА+, 2005.

Интернет-источники:

1. www.energoinform.org – Концепция проекта Российской программы развития возобновляемых источников энергии – 2010
2. www.mte.gov.ru/search.htm – Министерство энергетики Российской Федерации.
3. www.energystrategy.ru – Основные положения энергетической стратегии России до 2020 года на сайте Института энергетической стратегии.
4. www.intersolar.ru – Центр солнечной энергии "Интерсоларцентр"
5. www.solar-battery.narod.ru – Сайт по солнечной энергетике.
6. www.aris.ru/MSHP/DEMEH/EN_RES – Программа "Использование новых возобновляемых источников энергии и местных энергоресурсов в сельском хозяйстве на 2001-2015 годы" на сайте Департамента технической политики Министерства сельского хозяйства.
7. www.po.pssr.ru – Сайт АО "Свердловэнерго". Раздел "Технологии" дает описание и развитие различных источников возобновляемой энергии в мире и в России.

Заключение

Альтернативная энергетика – это будущее и надежда всего человечества на улучшение среды обитания, на увеличение производительных сил, на рост производства продуктов питания, на создание жизненных удобств для всех и каждого. Даже если удастся добывать на Луне и доставлять на Землю сверхэнергоемкий гелий-3, никогда не исчезнет желание и необходимость использовать неиссякаемую лучистую энергию солнца, повсеместное тепло земных недр, мощную силу ветра, морских волн, течений и приливов, атмосферное электричество, гравитацию, магнетизм и другие явления природы. Для их крупномасштабного практического использования будут нужны новые технические идеи, высокоэффективные изобретения и особые технические средства. Над всем этим уже сегодня во всем мире работают крупные научные коллективы и одиночки –энтузиасты. Если этим элективным курсом я привлекла внимание обучающихся, значит достигла своей цели-повысила интерес к альтернативным источникам энергии.

Жить только для себя-не значит жить!
А потому должны мы постараться
Энергию разумно потребить,
не только правнукам должна она достаться.
Энергия повсюду на земле:
В запасах нефти, газа, древесины,
В ветрах могучих, в каменном угле
И в солнечных лучах, в морских глубинах.
давайте новый мир построим мы,
Где будет много радости и света,
Но свет от солнца, ветра и воды
И в будущем достигнем мы успеха,
А ветроустановки навсегда
Пусть атомные станции заменят,
Не будет загрязнений никогда,
И жизнь нам это к лучшему измени.