В своей работе я уже более 10 лет использую метод проектов. Студенты не только овладевают знаниями и умениями по преподаваемому мною предмету «Инженерная графика», но также имеют возможность добывать эти знания, проводить исследования, формировать свое мышление. Это способствует развитию не только их творческих способностей, но и развитию личности в целом.
Проектная деятельность является основой реализации предлагаемого ФГОС системно-деятельного подхода. При использовании метода проектов в образовательном процессе учитываются возрастные, физиологические, психологические, а также индивидуальные особенности учащихся.
Работа над проектом начинается с представления о будущем проекте, планировании и с последующей реализацией этого плана. В этом 2018–2019 учебном году темой проекта стала «Транспорт будущего».
Представляю вашему вниманию работу студентов 2 курса— творческий проект «Транспорт будущего».
На начальном этапе работы студенты обозначают проблему: «Мы очень любим читать. Наши самые любимые книги — это фантастика. Аркадий и Борис Стругацкие, Роберт Шекли, Рэй Бредбери, Гарри Гаррисон самые любимые авторы. Первая фантастическая книжка, которую мы читали, была про приключения Алисы Селезневой. Эта книга была написана в 70-х годах ХХ века, автор Кир Булычев. Вместе с Алисой мы попали в будущее, где перемещались по воздуху в автомобиле — капсуле. По этой книге был создан мультфильм «Тайна третьей планеты» и сериал «Гостья из будущего». И теперь, собирая информацию об электромобиле, мы мечтаем о будущем. Поэтому и выбрали специальность, связанную с автомобилями, поступив в Академию транспортных технологий».
В России сейчас насчитывается почти четыре тысячи автотранспортных предприятий, которые заняты грузовыми и пассажирскими перевозками. Также существует огромное количество коммерческих машин, например, маршрутки. И практически все они с бензиновыми и дизельными двигателями.
Санкт-Петербург сейчас уже пятимиллионный мегаполис, в котором существует огромная транспортная проблема. Экология в черте города давно нарушена. Почти в каждой семье теперь есть одна или даже две машины. Выбросы в атмосферу от автомобильного транспорта увеличиваются с каждым годом приблизительно на 3 %. Кроме того, многие автомобили сильно изношены, т. к. их эксплуатируют 15 и больше лет. А такие старые машины загрязняют атмосферу еще больше. На таких машинах ездить нельзя!
За год каждый автомобиль поглощает из атмосферы четыре тонны кислорода, а выбрасывает восемьсот килограммов угарного газа, двести килограммов углеродов, сорок килограммов оксидов азота. Получается, что в атмосферу России попадает двадцать миллионов тонн канцерогенных веществ только от движения автомобилей! Это очень большой ущерб для экологии нашей страны.
Резкий рост заболеваемости жителей Санкт-Петербурга связан с нарушениями иммунитета человека. По словам врачей, главная причина — это загрязнение окружающей среды. Поэтому все острее становится проблема экологической безопасности.
Цель проекта студенты описывают так: «Многие наши ровесники задумываются о будущем. И автомобиль будущего мы по-разному себе представляем. Кто-то думает, что он будет летать, а кто-то считает, что просто он будет выполнять свое назначение — перевозить людей и грузы. Но мы думаем, что он не будет обычным сегодняшним автомобилем. Через несколько лет многое может измениться. Возможно, не будет традиционных двигателей внутреннего сгорания. Их могут заменить электродвигатели или новые двигатели на альтернативном топливе, например, на водороде. Ведь главный признак прогресса автомобилей — это жесткие экологические нормы. Мы считаем, что автомобиль будущего будет экологически чистым и в тоже время технически сложным механизмом. В будущем все машины будут управляться роботами, которые быстро реагируют на обстановку на дороге, не устают и не отвлекаются на телефонные звонки. Уже сейчас в автомобилях есть GPS, роботизированные коробки передач, автоматическая парковка, и даже синтезатор речи как в фильме «Пятый элемент» в машине Брюса Уиллиса. Таким образом, целью проекта стала проблема: возможно ли использовать электромобили на дорогах С.-Петербурга».
Далее студенты делают анализ ранее проведенных исследований: обзор исторических сведений об электромобилях в России и за рубежом. Рассматривают вопрос распространения электромобилей в мире и перспективы их применения. Использование электрической энергии для самоходных экипажей в России началось на стыке XIX и XX веков. Русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков (1847–1894) занимался разработкой электродвигателя для экипажа. Он получил авторское свидетельство на одну из выдвинутых им идей электромобиля.
Известный теоретик в области электротехники Чиколев Владимир Николаевич (1845–1898) разработал в 1879 году теорию регулирования скорости движения электрических экипажей с помощью контроллеров. Он создал конструкцию для пуска электродвигателей.
Самый знаменитый изобретатель в этой области — это русский инженер — Романов Ипполит Владимирович.
Рис.1 Электромобиль Ипполита Владимировича Романова
Он придумал и сконструировал двухместный электромобиль. Такой электромобиль существовал в двух вариантах. Первый — кэб с полностью закрытым кузовом. Второй — коляска с капюшоном сверху и дополнительными панелями от дождя и снега, которые выдвигались в нужный момент — когда шел снег или дождь.
Известно, что Ипполит Романов спроектировал также и четырехместный электромобиль, подробное описание которого до нашего времени не сохранилось. Однако детали конструкции электрического омнибуса на семнадцать человек (пятнадцать сидящих и двух стоящих) дошли до наших дней. Эту машину Романов построил в 1899г.
Ипполит Романов хотел организовать в Петербурге акционерное общество для использования восьмидесяти электрических омнибусов. Но Городская Дума решила, что на этот проект не хватает достаточных средств. Поэтому изобретатель не смог продолжить работу. А в тот момент у него был уже готов проект экипажа на 24 человека!
Студенты провели анализ качеств электромобилей в настоящее время.
«Несмотря ни на что, машины, работающие на электроэнергии, не исчезли. Разные электромобили стали использовать для передвижения грузов на заводах, в парках аттракционов, на стадионах. Создали также и детские электромобили!
Рис.2 Детский электромобиль Mini Racer
Учитывая плохую экологическую обстановку во всем мире, использование электромашин становится все более актуальным. Ведь в отличие от обычных автомобилей, электромобиль не засоряет атмосферу продуктами сгорания топлива.
В ВУЗах, где готовят специалистов — экологов, уделяют особое внимание информированию общества об электромобиле, как современном виде безопасного транспорта. Ведь электротранспорт имеет массу преимуществ: экологическая чистота привода, надежность и долговечность, недорогая стоимость использования. В современных аккумуляторных батареях можно использовать энергию, накопленную в электромобиле за ночь.
В электромобиле вместо бензинового двигателя используют электромотор, который питается от контроллера, регулирующего количество энергии. Батареи аккумуляторов можно заряжать от простой электрической розетки.
Существуют еще гибридные модели, которые заправляются бензином. Они использует и батарею, и мотор. Это повышает эффективность двигателя».
Рис.3 Зарядка электромобиля
В проекте рассмотреныпреимущества электромобилей: главное достоинство электрических автомобилей состоит в экологичности. У этих машин нет вредных выхлопов, потому что не используются моторные и трансмиссионные масла, нефтяные топлива, антифризы. Поэтому во много раз уменьшается взрывоопасность машины. Электромобили предельно просты по конструкции и в техобслуживании, отличаются невысокой стоимостью техобслуживания. Используемая в них энергия, вырабатываемая на электростанциях, гораздо дешевле бензина. Тяговый электродвигатель имеет коэффициент полезного действия (90–95) %, в то время как двигатель внутреннего сгорания — всего 42 процента. Аккумуляторы могут подзаряжаться днем от солнца, ночью от сети, во время движения — со склона. Кроме того, электромобиль легко управляется даже неопытными водителями.
Рис.4 Энергетически независимый электромобиль с солнечной батареей
В проекте также рассмотреныинедостатки электромобилей: большая масса аккумуляторов и необходимость длительной зарядки. Производство недорогих и безвредных аккумуляторов сейчас является большой сложностью. Некоторые аккумуляторы стоят очень дорого — тысячи долларов. Есть свинцовые энергоемкие батареи, но они слишком тяжелые. В сегодняшних высокоэнергоемких аккумуляторах используются драгоценные металлы. Поэтому они очень дорогие и быстро разряжаются. Проблемой является и утилизация использованных аккумуляторов. Ведь в них содержатся ядовитые вещества. У электромобилей малый пробег между зарядами. При скорости электромобиля менее 90 км/ч можно проехать лишь около 160 км с плавным разгоном и торможением, без отопления и кондиционера. Пока в нашем городе мало заправочных станций. Поэтому необходимо создавать автозарядную инфраструктуру в городах по всей нашей стране. Но при массовой подзарядке большого количества электромобилей возможны перегрузки электросетей. Сейчас такие перегрузки бывают только в сильные морозы. Бесшумность работы электродвигателя создает опасность для пешеходов. По статистике аварийности, наезды электромобилей на пешеходов на 20 % выше, чем бензиновых. Разработчики предлагают снабдить электромобили звуковым сигналом. Этот сигнал должен имитировать звук двигателя внутреннего сгорания. Сейчас этот генератор звукового сигнала обязателен лишь в одной стране — Японии. Высокая продажная цена также существенный недостаток электромобиля. По расчетам специалистов электромобиль в России будет стоить больше полутора миллиона рублей. Кроме того, к этой стоимости добавятся налоги и НДС.
В проекте рассмотрены и перспективы развития электрозаправочных станций в Санкт-Петербурге.
В Петербурге ООО «Револьта» собирается вложить 16 миллионов рублей в строительство 40 зарядных станций для электрокаров под брендом Revolta. А по всей России компания собирается построить 2 тысячи электрозаправок общей стоимостью 1,5млд. рублей. Международный инвестиционный фонд Enerfund финансирует этот проект. Зарядная станция для электромобиля размером (1,5 х 0,18) м не требует строительства отдельной площадки. Напольное или настенное устройство зарядки может разместиться и на парковке, и в гараже. Сейчас компания «Револьта» ищет партнеров, которые заинтересованы в установке и эксплуатации зарядных станций. Ими могут стать владельцы обычных бензиновых автозаправочных станций.
Компания «Вектор МП Групп» еще летом 2011 года объявила о запуске в Петербурге 10 зарядных станций для электромобилей. Проект остановили высокие цены на подключение к электросетям. Сейчас владельцы территорий их устанавливают на своих собственных условиях. Ведь зарядная станция требует существенного увеличения мощностей. На специализированной станции аккумулятор заряжается за 30 минут на 80 %, а от дома от электрической розетки с напряжением 220 В — за шесть часов.
Кроме того, для развития электрозарядной инфраструктуры необходимо, чтобы государство контролировало тарифы.
Отсутствие инфраструктуры сдерживает рост продаж электромобилей в Петербурге. А если ее не развивать, то все усилия по продвижению электромобилей пойдут насмарку. Недавно импортеры электромобилей добились от правительства России отмены ввозных таможенных пошлин, это может позволить снизить их розничную цену (в среднем она составляет 1,8 млн. рублей), что составляет примерно 20 %.
Рис. 5 Электромобиль ELLada от АвтоВАЗ
Студентыищут и предлагают свое решение проблемы: «Мы считаем, что решение проблемы возможно следующими путями.
- Альтернативные источники энергии — для решения экологических проблем.
Для работы электромобиля нужна электрическая энергия. Человек еще не научился получать энергию безотходным способом. В процессе производства энергии окружающая среда превращается в экологически опасное пространство. Реальный путь для улучшения экологической ситуации в стране — поиск альтернативных источников энергии. Сегодня существуют следующие альтернативных источников энергии:
a) солнечные электростанции, которые используют энергию солнечной радиации и преобразуют солнечную энергию в электрическую. Электрическая мощность действующих солнечных электростанций свыше 30 МВт. В Санкт-Петербурге, правда, этот источник энергии не актуален, но в южных районах страны вполне пригоден. Например, в Краснодарском крае;
b) ветроэнергетика — энергетика, связанная с преобразованием энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию. Ветровая энергия может быть использована везде, т. к. это возобновляемый источник энергии. Например, на Мурманском шоссе недалеко от С.- Петербурга есть такая станция;
c) приливные электростанции — они преобразует энергию морских приливов в электрическую. В России несколько морей, поэтому это решение актуально. Уже действуют такие приливные электростанции в России на Баренцевом море, во Франции, в Китае;
d) геотермальные электростанции — теплоэлектростанции, преобразующие внутреннее тепло Земли (энергию горячих источников) в электрическую энергию. В России на Камчатке в 1966 году заработала первая геотермальная электростанция мощностью 5 МВт. К восьмидесятым годам ее мощность достигла 11 МВт. Такие электростанции имеются в Японии, США, многих странах Европы, а также Новой Зеландии.
- Для снижения стоимостиэлектромобилей мы предлагаем:
a) выделить отдельные полосы для движения электромобилей на тех трассах, где не менее 3-х полос. Ведь скорость движения электромобилей ниже, чем привычных для нас бензиновых автомобилей, а по отдельной полосе они смогут двигаться с комфортом, без пробок. Например, такие полосы можно сделать в Петербурге во Фрунзенском районе по улице Бухарестской, по проспекту Славы, по самой длинной улице города — Софийской, длина которой 16 километров. Тогда и покупателей станет больше, а значит, и стоимость снизится;
b) снизить, или лучше отменить транспортный налог на электромобили хотя бы на первое время;
c) в) построить зарядные станции возле гипермаркетов «Лента», «Метрика», «Мега», «Карусель», на парковках автомобилей;
d) сделать бесплатные зарядные станции для всех частных электромобилей, как в Норвегии;
e) для того, чтобы электромобили перестали быть мечтой, и для развития должного уровня всей инфраструктуры нужна помощь государства».
На основе изученной литературы и интернет — источников студенты делают выводы: «Сегодня электричество еще не может соревноваться с двигателями внутреннего сгорания, особенно в климате северных районов России. Сейчас компромиссным вариантом является производство гибридов — машин, где бензиновый или дизельный двигатель дополняется электрическим мотором. Принцип у всех гибридных машин одинаков — они могут работать и от бензина, и от аккумуляторных батарей. Гибриды потребляют меньше бензина по сравнению с обычными машинами, и поэтому более экологичны. Энергию гибридный электромотор получает из аккумуляторов, которые подзаряжаются от двигателя внутреннего сгорания. У многих гибридов установлено два вида тормозных систем: это и обычные гидравлические тормоза, и регенеративные. Иначе говоря, энергия торможения поступает вновь в аккумуляторы.
Каким будет автомобиль будущего? Мы уверены, что будущее именно за электромобилем. В городах России будут построены электрозарядные станции, а цена на электромобили постепенно снизится. Мы надеемся, что возможно скоро по дорогам нашего родного города Санкт-Петербурга будут ездить красивые и экологически чистые электромобили. И водить его станет так же легко, как велосипед. В ближайшем будущем такой транспорт будет использоваться не только, как помощник в сфере услуг и развлечений. Красота, простота управления, бесшумность работы сделает его самым популярным транспортом.
И может быть, то, что нам кажется сейчас чем-то невероятным, завтра окажется вполне привычным».
Литература:
- Бусыгин Б. П., Техника-молодежи, № 3, Изд. Техника Молодёжи, 1994;
- Жук А. З., Клейменов Б. В., Фортов В. Е., Шейндлин А. Е. Электромобиль на алюминиевом топливе. — М: Наука, 2012. — 171 с.
- Программа проектной и учебно-исследовательской деятельности обучающихся уровня основного общего образования
- http://spbkk.edumil.ru/images/stories/docs/obrazovateknaya_programma/2016_10_pprogramma_proektnoi_d.pdf
- Проектная и исследовательская деятельность в условиях реализации ФГОС: сборник материалов конференции/ Агентство образоват. Инициатив, прикладного исследования и консалтинга «Перспективы»; сост., отв. ред.: Осколкова Н. В.]. — Северодвинск, 2016. — 112 с.: ил.
- http://perspektivs.ru/assets/images/27.03/Projektnaya_i_issledovatelskaya_deyatelnost.pdf
