Inteligentní zařízení jako zdroj motivace nejen ve výuce, ale i v práci

Člověka mohou v životě překvapit různé životní situace, do kterých se často dostane bez vlastního přičinění. Většina lidí v současnosti uznává, že prvních 20 let 21. století probíhalo ve znamení stále se zvyšující životní úrovně a životního komfortu vůbec. Nyní se situace ale radikálně mění. Prvním problémem byla epidemie covidu-19, která ochromila nejenom společenský život lidí, ale i různá ekonomická odvětví. Co se ale podařilo udržet, byla státní infrastruktura a zásobování potravinami. Druhým problémem je ruská invaze na Ukrajinu a s ní spojené problémy s násobně stoupajícími cenami energií související s dovozem ropy a plynu z Ruska. Dále Evropa propaguje tzv. Green Deal, který je mimo jiné charakterizován značným odklonem od tradičních způsobů získávání energie.

Není třeba velké představivosti, že tyto výše uvedené aspekty se dotknou mimo jiné i zemědělské výroby a projeví se v masivně rostoucích cenách potravin. Podle odhadů Organizace OSN pro výživu a zemědělství (FAO) budeme muset do roku 2050 vyprodukovat o 60 % více potravin, abychom nasytili 9,3 miliardy světové populace. To by při zachování běžného způsobu hospodaření znamenalo příliš velkou zátěž pro naše přírodní zdroje. Nemáme tedy jinou možnost než se pustit do ekologičtější revoluce. Můžeme udržitelně zvýšit produkci plodin pomocí řady technik, které jsou více v souladu s ekosystémy, a to tak, že minimalizujeme používání externích vstupů a pomůžeme zemědělcům vyrovnat se s extrémy počasí, které stále více provázejí změnu klimatu (1).

Trendem posledních let je snaha o co možná největší přiblížení výsledků zemědělské činnosti městským aglomeracím. Nejedná se o úplně novou převratnou myšlenku. Pamětníci žijící v ostravské aglomeraci si jistě vybaví aktivity firmy Celpak v Paskově, která využívala odpadní teplo k chovu lososovitých ryb a k pěstování rostlin ve sklenících. Novou možností jsou tzv. vertikální farmy, které zahrnují pěstování rostlin ve vrstvách v různých částech budov. Vertikální zemědělství zahrnuje pěstování rostlin v interiéru, proto se mu někdy říká také indoor farming. Místo slunečního světla a deště se ve vertikálních farmách používá LED osvětlení a řízené systémy pěstování a výživy.

Rostliny jsou vertikálně poskládány ve vrstvách, takže mnohé farmy vypadají jako sklady plné velkých regálů. Vertikální zemědělství je považováno za vysoce efektivní a udržitelný způsob produkce potravin. Společnost Nordic Harvest například uvádí, že spotřebuje 250krát méně vody, než by potřebovala tradiční farma, rovněž se značně eliminuje používání pesticidů, o což v rámci udržení životního prostředí usilujeme. Nespornou výhodou je i skutečnost, že tento druh farmy není závislý na počasí, a proto lze čerstvé produkty pěstovat celý rok (2).

V ideálním případě by se pro vertikální farmy mohla využít například kombinace chov ryb a pěstování hospodářských plodin. Odpad související s chovem ryb by byl využitelný pro hnojení rostlin, a naopak neupotřebitelné zbytky z produkce rostlin by mohly posloužit jako potrava pro ryby. Městské prostředí je pro tento záměr takřka ideální lokalita, skleníky umístěné na střechách domů by měly dostatek světla, je možné také jako zdroj energie využít možnosti solárních kolektorů a své uplatnění by našla i recyklovaná voda z lokálních čističek odpadních vod

Klíčem k této efektivitě je automatizace. Software, robotika a datová věda jsou některé z technologií, které se ve vertikálních farmách používají k monitorování plodin a vytváření optimálních pěstebních podmínek. To zahrnuje řízení teploty, vlhkosti, CO₂ a světla. Co ale asi daná situace také vyžaduje, je dostatek odborníků ve výše uvedených oblastech.

V České republice je obecně problém s počty žáků a absolventů středních odborných škol a učilišť. Dle statistické ročenky z roku 2021 klesl zájem o studium středních odborných škol a tím počty žáků přibližně o 45 000 žáků ve srovnání se školním rokem 2010/11, s tím je také detekován snížený počet absolventů ve vzpomínaných letech přibližně o 14 000 osob (3).

Dle sdělení předsedy Asociace vzdělávacích zařízení pro rozvoj venkovského prostoru musí zemědělské školy podle něj na pracovní trh dodat především lidi ochotné pracovat v konvenčním a ekologickém zemědělství s širokým záběrem odborných vědomostí, přílišná specializace není na místě. „Zemědělské podniky volají po absolventech s maturitou, protože věková struktura jejich zaměstnanců je vysoká. Nutností je zařazení do výuky robotizaci a automatizaci a další prvky, o kterých se mluví v souvislosti s průmyslem 4.0 neboli čtvrtou průmyslovou revoluci odrážející trend digitalizace (4).“

Počet žáků zemědělských škol trvale klesá, poněkud lepší je situace na zemědělských učilištích, ale absolventi v zemědělské výrobě nezůstávají a hledají si pracovní zařazení v jiných oborech. V podvědomí veřejnosti je utkvělá představa, že práce v zemědělství znamená pracovat sedm dní v týdnu bez nároku na odpočinek.

Obrázek č. 1: Možnosti sledování a řízení zemědělské činnosti Zdroj: AUTOR NEUVEDEN, Autor Neuveden. IoT port [online]. [cit. 27. 7. 2022]. Dostupný na WWW: https://www.iotport.cz/iot-novinky/zemedelstvi/chytr-zahradnien-s-internetem-vc

To už ale neplatí. V zemědělství se stejně jako v jiných oborech lidské činnosti pracuje s nejnovějšími technologiemi, například s drony, GPS navigacemi nebo samořídícími traktory, počítači řízenou výrobou apod. Používání nových technologií ve školách zaručuje studentům uplatnění v praxi a lepší výběr budoucího zaměstnavatele (5).

Z výše uvedeného mimo jiné vyplývá, že budoucnost českého zemědělství závisí na nové generaci kvalifikovaných pracovníků. S tím souvisí i očekávaný pokrok v zemědělských technologiích a robotizaci. Jak ale zajistit, aby mladí studenti v oboru setrvali? Lidé k němu musí cítit pozitivní vztah. Je tedy nezbytné informovat veřejnost a zejména děti o prestiži a trendech zemědělské výroby, a to již od útlého věku (6).

Napomoci v tomto ohledu může také nová koncepce informatiky, která bude od školního roku 2022/23 plošně zavedena na základních školách. V návaznosti na mezipředmětové vztahy informatiky s přírodopisem, fyzikou, chemií, zeměpisem a environmentální výchovou ve spojení s inteligentními výukovými pomůckami máme značnou možnost motivace žáků mimo jiné ke studiu zemědělských oborů.

Praktickým příkladem může být využití inteligentního skleníku ve výuce. Inteligentní skleníky mají nepopiratelně velký motivační a tím i výukový potenciál. Při dodané výbavě programovatelnými čidly probouzí v žácích touho po poznání a vyvolává kladení otázek typu: „Co se stane, když…?“. Zkušený pedagog je může motivovat nenápadnými výzvami zaměřenými například na intenzitu fotosyntézy v závislosti na vlnových délkách světla, působením zálivky s různým pH na různé typy rostlin, které rostliny mají největší podíl na výrobě kyslíku, jak souvisí vzdušná a půdní vlhkost atd. Velkou výzvou pak je využití praktičnosti informatiky. Každá rostlina potřebuje k životu ideální abiotické podmínky. Zkusme je tedy pomocí algoritmů, jednoduchých technických zařízení a za použití vlastního informatického myšlení zajistit. Můžeme regulovat teplotu, pH, množství zálivky, intenzitu osvětlení, měřit koncentraci kyslíku a oxidu uhličitého, obsah živin N, P, K apod.

Výsledkem tohoto pedagogického působení složeného z kombinace konstruktivismu, počítačem podporovaných experimentů a badatelské výuky není jen osvojení vědomostí, ale rovněž prohloubení lásky k živé přírodě, a odměnou žáků pak například vypěstování zástupce vzácnějšího druhu flory, popřípadě dozrání plodů některé z miniaturních rostlin. Při snadno realizovatelném pokusu závislosti fotosyntézy na osvětlení můžeme využít například tyto souvislosti s jinými předměty. Kromě tedy přírodopisu můžeme vysvětlit v chemii, jak se mění koncentrace kyslíku v různých fázích dne, z hlediska fyziky se můžeme zamyslet nad měřením intenzity světla, ekologie se může vyjádřit k problematice světelného smogu, v matematice můžeme statisticky zpracovat naměřená data a konečně v informatice můžeme využít znalost programování při nastavení řízeného osvětlení skleníku.

Obrázek č. 2: Schéma chytrého skleníku Autor díla: Martin Rangl

Předpokládáme, že pedagogové neomezí využití skleníku jen na pár výukových hodin v přírodopise probírané fotosyntézy, ale že budou jednotlivé procesy společně se svými žáky sledovat po celý školní rok, reagovat na nečekané situace a případně upravovat řídicí software inteligentního zařízení.

Tento článek by měl sloužit jako prolog série článků s tematikou využití chytrých zařízení ve výuce informatiky, které chceme vkládat do sekce Materiály do výuky na Metodickém portálu RVP.CZ. V některém z následujících článků si vás dovolíme seznámit se způsoby řízení možných funkcionalit skleníku, předvedeme, jaké jsou možné vazby na jednotlivé tematické celky učiva, ukážeme vám naše návrhy ukázkových vyučovacích hodin zaměřených na spojení matematiky, přírodovědných oborů, ICT s cílem motivace mimo jiné i k řemeslům. 

Ve Společnosti pro kvalitu školy se dlouhodobě zabýváme počítačem podporovanými experimenty a badatelskou výukou. V zařazení inteligentních zařízení do výuky vidíme reálnou možnost přiblížení informatiky i žákům, kteří prozatím neměli k hodinám informatiky příliš kladný vztah a kterým unikala její potřebnost v současném technicky zaměřeném světě. Jako druhý přínos vidíme i možnost směrování žáků do pracovních oborů, které se jim v současnosti zdají neatraktivní. Spolupracujeme ve své činnosti s více než 200 školami a v některých již námi doporučovaná zařízení fungují s velice pozitivní zpětnou vazbou. Pokud vás tato tematika zajímá, obraťte se na nás, rádi pomůžeme také vám. Koneckonců děláme to i pro naši budoucnost.