Вся программа 8 класса · 4.2. Искусственный интеллект и экология
Для учебного городского павильона предлагают «умное» управление и обещают экономию 30%. Но в расчёте забыли электричество контроллера. Как проверить обещание, сохранив свет и работу необходимых устройств?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Подготовьте: экран или распечатки, тетради, ручки и калькулятор. Все таблицы, тексты и ключи находятся в статье и PDF. Ключи открывайте после самостоятельной попытки; ученические листы печатайте отдельно от раздела учителя.
Вариант без регистрации: работайте по готовым материалам и учебным журналам на экране или бумаге. Ученики не создают аккаунтов и не передают личных данных. Учебная имитация позволяет проверить рассуждение, но не заменяет настоящий эксперимент с сервисом.
Все мощности и жетоны условные. Ученики не открывают электроприборы и не управляют реальным освещением; схема проекта выполняется на бумаге.
| Время | Этап | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Первое решение и основания |
| 5–14 | Теория и разобранный пример | Понятия, доказательства и ограничения |
| 14–25 | Практика 1 | Проверяемый результат по критериям |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос в новые условия |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, возражение, общее решение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и сверка |
Что собрать: результаты двух практик, основания вывода и индивидуальную проверку. Минуты включают чтение, обсуждение и запись; раздел соответствия программе предназначен учителю вне этих 45 минут. При 0–1 балле в проверке вернитесь к разобранному примеру; при 2–3 уточните пропущенное звено; при 4 предложите новый случай. Критерии нужны для обратной связи, не задают обязательную школьную отметку.
01. Проблемная ситуация
Для учебного городского павильона предлагают «умное» управление и обещают экономию 30%. Но в расчёте забыли электричество контроллера. Как проверить обещание, сохранив свет и работу необходимых устройств?
За 1 минуту прочитайте ситуацию; за 2 запишите предварительное решение и основание; за 2 сравните с соседом и назовите недостающую проверку. Все числовые данные и реплики условного ИИ созданы для обучения, не являются результатом испытания действующего сервиса.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты — понятия; 3 — совместный разбор; 2 — проверка ограничений примера.
Энергия в кВт·ч = мощность в кВт × длительность в часах. Мощность — скорость потребления, энергия — количество за период; кВт и кВт·ч не взаимозаменяемы. Базовый и новый сценарии сравниваются за одинаковое время при сопоставимой услуге. В таблице все значения условные, не измерения здания.
Датчики дают сведения о посещаемости и условиях. Обычный таймер включает свет по заданному правилу; это не обязательно ИИ. Модель может прогнозировать загрузку по прежним обезличенным подсчётам, времени и погоде; её прогноз проверяют отдельно. Управление должно сохранять обязательный свет и вентиляцию. Фотографии лиц для прогноза потока не нужны.
Экономия = энергия базы − энергия нового сценария, включая дополнительные устройства. Процент экономии = экономия / база × 100%. Меньшее время работы не всегда допустимо: нельзя объявить пользу, если необходимая функция перестала работать. Расчёт — прогноз эффекта, пока не проведены сопоставимые измерения.
Другие задачи умного города: обнаружение утечек воды по расходу, планирование вывоза отходов по заполнению контейнеров, мониторинг воздуха по датчикам. Это разные показатели: экономию электричества нельзя выдавать за доказанное улучшение качества воздуха или переработки отходов. Сгенерированная реклама смешивает цели чаще, чем таблица измерений.
Разобранный пример. Лампа мощностью 2 кВт работала 4 часа: 8 кВт·ч. При двух часах получим 4 кВт·ч. Если новый контроллер за период потребил 1 кВт·ч, суммарно 5: экономия 3 кВт·ч, а не 4. Необходимость света в остальные два часа проверяется отдельно.
03. Практика 1: Проверьте энергоотчёт группы
| Устройство | Мощность, кВт | База, ч | Новый сценарий, ч |
|---|---|---|---|
| Свет прохода | 2 | 4 | 2 |
| Свет учебной зоны | 3 | 4 | 3 |
| Обязательная вентиляция | 2 | 4 | 4 |
| Информационные устройства | 1 | 4 | 2 |
| Новый контроллер | 0,25 | 0 | 4 |
Период наблюдения 4 часа. Сокращение работы света и информационных устройств допустимо только при проверке, что люди не нуждались в них в отключённое время. Вентиляцию сохраняем. Помощник объявил: «Потребление 23 вместо 32, экономия больше 28%, всё доказано».
- За 2 минуты распределите роли: расчётчик, проверяющий единиц, редактор отчёта.
- За 4 минуты вычислите энергию каждой строки и два итога.
- За 3 минуты исправьте число и статус обещания, учтя контроллер и сохранение услуг.
- За 2 минуты представьте отчёт с одной независимой проверкой эффекта.
Форма результата: Групповой энергоотчёт: расчёт, правка рекламы, протокол измерения.
Критерии: По 1 баллу: строки и единицы; итоги энергии; экономия и процент; условия и проверка. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
База: 8+12+8+4=32 кВт·ч. Новый: 4+9+8+2+1=24. Экономия 8 кВт·ч, 8/32×100%=25%. 23 получилось без контроллера; больше 28% не подтверждается полным расчётом. Это учебный прогноз при заданных длительностях. Проверить журнал посещаемости, свет и работу устройств, затем измерить полное потребление при одинаковом периоде и условиях. Вывод о сокращении выбросов потребовал бы отдельного коэффициента и источника энергии.
Оценка: По 1 баллу: строки и единицы; итоги энергии; экономия и процент; условия и проверка. Всего 4.
04. Практика 2: Спроектируйте полезный городской павильон
| Компонент | Цена, учебные жетоны | Энергия, кВт·ч/день |
|---|---|---|
| Крыша от осадков | 2 | 0 |
| Управляемый свет | 2 | 2 |
| Контроллер | 1 | 1 |
| Информационное табло | 1 | 2 |
| Датчик качества воздуха | 1 | 0,5 |
Обязательны крыша, свет, контроллер. Выберите один дополнительный компонент. Лимит цены 6 жетонов, энергии 6 кВт·ч/день. Исходный павильон потреблял 8 кВт·ч/день; сопоставимость функций ещё надо проверить. Данные для прогноза нагрузки: час, погода, обезличенное число посещений, без лиц.
- За 2 минуты выберите компоненты и проверьте оба лимита.
- За 3 минуты нарисуйте цепочку «данные → прогноз загрузки → допустимое управление → проверка».
- За 2 минуты рассчитайте ожидаемую экономию и назовите экологическую функцию добавления.
- За 1 минуту сравните две группы по одинаковым критериям.
Форма результата: Схема павильона с паспортом цены, энергии, данных и проверки.
Критерии: По 1 баллу: состав и лимиты; схема; энергия/экономия; функция и граница. Всего 4.
Ответ, объяснение и критерии для учителя
С табло: цена 2+2+1+1=6, энергия 2+1+2=5, экономия относительно 8 — 3 кВт·ч, 37,5%. С датчиком: та же цена 6, энергия 3,5, экономия 4,5 или 56,25%. Оба варианта допустимы, назначение разное. Табло информирует о транспорте, датчик даёт показатель для мониторинга воздуха, не очищает воздух сам. Схема: подсчёты/час/погода → прогноз посещений → управление необязательным светом с ручным резервом → журнал энергии и доступности. Не объявлять два разных функционала равноценными без условий сравнения.
Оценка: По 1 баллу: состав и лимиты; схема; энергия/экономия; функция и граница. Всего 4.
05. Обсуждение: аргумент и возражение
Тезис: «Любое умное устройство делает город экологичнее». За 2 минуты найдите аргумент по потреблению; за 3 возражение по контроллеру и датчику; за 2 согласуйте измеримые критерии.
Ожидаемое рассуждение и критерии обсуждения
В заданном сценарии расход снизился на 8 кВт·ч. Однако оборудование тоже потребляет энергию; датчик измеряет, а не устраняет загрязнение. Нужны целевой показатель, сохранение услуг, полные расходы и проверка за сопоставимые периоды. ИИ полезен, когда улучшает измеримый результат, а не только название устройства.
Критерии: аргумент по данным; содержательное возражение; условие итогового решения; роль ответственного человека. По 1 баллу за каждый элемент.
06. Индивидуальная проверка понимания
База за день 20 кВт·ч. Новый режим основных устройств 15, контроллер ещё 2. Найдите полный расход, экономию, процент и условие корректного сравнения.
За 3 минуты запишите самостоятельный ответ; за минуту сверьте ключ и исправьте другим цветом; за последнюю минуту сдайте запись. По 1 баллу за каждый из четырёх содержательных элементов.
Ключ и критерии: 4 балла
Полный расход 17 кВт·ч; экономия 3; 3/20=15%. Услуги, длительность и условия должны быть сопоставимы, весь новый расход учтён. По 1 за каждый элемент.
07. Связь с исходной программой
Пункт программы → действие → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Что проверяет учитель |
|---|---|---|
| Умные города: снижение энергопотребления | Рассчитывает энергию двух сценариев | Различает кВт и кВт·ч |
| Работать с искусственным интеллектом над исследованием энергопотребления в умном городе (в группе) | Проверяет учебный отчёт и формулирует запрос модели | Учитывает контроллер и условия |
| Работать с искусственным интеллектом (в группе) над проектированием полезного городского строения в умном городе | Разрабатывает схему павильона с функцией прогнозирования | Проверяет оба ограничения |
| Представлять результат работы в виде схемы | Защищает цепочку данных и действия | Показывает проверку результата |
Матрица относится к результатам данного урока. Другие существенные результаты модуля раскрываются в остальных уроках по опубликованному плану.
Источники и права на материалы
Основа содержания и результатов — исходная программа класса. Поурочное название и учебные случаи — авторская методическая развёртка, не дословные названия модулей программы. Числовые наборы, реплики условных помощников и ситуации специально подготовлены для урока. Учебные журналы не являются результатами испытания реального ИИ.
Логотип «Школы России» используется в материалах портала; авторские схемы предназначены для учебной работы. Внешние материалы сохраняют указанные условия использования.