Starý počítač jako námět pro integrovanou výuku vzdělávací oblasti RVP Člověk a příroda

Starý počítač jako námět pro integrovanou výuku vzdělávací oblasti RVP „Člověk a příroda“ Pavel Opatrný Katedra učitelství a didaktiky chemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova. [email protected]

1. Úvod Školský systém v ČR prochází za poslední desetiletí řadou změn, z nichž jedna z nejvýznamnějších je bezesporu tvorba Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (RVP ZV) Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze [1]. Jeho implementace na základních školách nabývá konkrétní podobu ve formě Školního vzdělávacího programu (ŠVP), podle nějž musí začít každá základní škola vyučovat nejpozději ve školním roce 2007/2008. Důraz je nově kladen především na tzv. klíčové kompetence, jenž představují „souhrn vědomostí, dovedností, schopností, postojů a hodnot důležitých pro osobní rozvoj a uplatnění každého člena společnosti“ [1]. Více by také, krom jiného, mělo dojít k posílení mezipředmětových vztahů a integraci výuky, což se může učitelům jevit jako jedna z největších obtíží přípravy ŠVP. S integrací výuky také úzce souvisí hledání a příprava nových výukových témat, které mohou najít své ztvárnění formou netradičních forem a metod výuky. Může jít např. o aktivizační metody výuky, při kterých žák prezentuje své výsledky rozličným způsobem [2]. Jedním z vhodných témat pro integraci nejen přírodovědných předmětů se zdá být i tématika nakládání se starou výpočetní technikou, jenž se úzce dotýká předmětů jako výpočetní technika, chemie [např. 17], matematika, občanská výchova, cizí jazyky, zeměpis atd. Podstatné je s žáky probrat otázky – složení staré výpočetní techniky; nakládání se starými elektrickými a elektronickými zařízeními v ČR a ve světě; poukázat na nebezpečí skrývající se v některých obsažených látkách; možnosti recyklace vybraných materiálů a to vše s přispěním nejrůznějších domácích i zahraničních elektronických článků publikovaných nejen na internetu.

2. Osobního počítač

2.1 Geneze a stáří osobního počítače Výroba průměrné počítačové sestavy (PC, monitor, myš, klávesnice) je nejen energeticky, ale i surovinově velmi náročná. Pro výrobu jednoho počítače je zapotřebí až na 240 kg fosilních paliv, což činí takřka desetinásobek jeho samotné váhy [3]. Dále se k výrobě jednoho počítače spotřebuje asi 22 kilogramů různých druhů chemikálií a 1500 litrů vody [4]. Jen průměrná roční výroba 25 mil. počítačových sestav v USA, z nichž každá obsahuje asi 3 kg plastů, představuje spotřebu: •

142 milionů litrů ropy a

•

212 milionů m3 zemního plynu [5].

Stáří průměrného osobního PC se pohybuje okolo dvou až tří let a jen v USA se ročně vyřadí 20 mil. PC, z nichž většina končí na skládkách a pouze 11 % těchto zařízení je dále zpětně recyklováno [6].

2.2 Materiálové složení osobního PC Největším problémem recyklace elektrických a elektronických zařízení stále zůstává komplexní kombinace různých materiálů - kovů (40%), polymerů (30%) a keramických materiálů (30%) [6]. Materiály dalšího zpracování jsou především plasty a kovy. Podle společnosti IBM tvoří 5 % díly pro přímé opětovné použití (čipy, paměťové prvky) a 0,8 % plasty schopné k dalšímu roztřídění.

a) 30 % polymerů Mezi nejčastěji používané polymery v elektrotechnice patří především:


ABS (akryl-butadien-styrol),




PMMA (polymetylmetakrylat),




PVC (polyvinylchlorid).

Předpokladem výroby kvalitního recyklátu plastických hmot je jejich čisté vytřídění. Následující technologie úpravy jako drcení, mletí, zbavení prachu a rozdělení plastů podle hustoty umožňují vznik poměrně čisté drti [6].

b) 40 % kovů Tab. 1 ukazuje zastoupení kovových prvků v osobním PC. Kovový prvek Podíl % Cu 20 Fe 8 Sn 4 Ni 2 Pb 2 Al 2 Zn 1 Ag 0,2 Au 0,1 Pd 0,005 Tab. 1 Zastoupení kovových prvků v osobním PC. Způsob oddělování kovového podílu od nekovového je především magnetická separace a separace na bázi specifické hmotnosti. Před samotným tříděním je potřeba materiál vždy upravit na požadovanou velikost. Materiál upravujeme nejčastěji na různých drtičích a mlýnech [6]. Z chemických procesů jsou nejčastěji používány:  Extrakce drahých kovů v tavenině olova.  Kyanidové loužení.  Separace paladia.  Elektrolýza. c) 30 % keramiky Z keramických materiálů jsou nejvíce zastoupeny z 15 % Si02, 6 % Al2O3, 6 % ostatní oxidy a 3 % BaTiO3 a slída [6]. V 1 kg „průměrné“ základní desky počítače najdeme 272 g plastu 18 g niklu (Ni) 0,17 g tantalu (Ta) 130 g mědi (Cu) 10 g antimonu (Sb) 0,14 g molybdenu (Mo) 41 g železa (Fe) 4 g zinku (Zn) 0,11 g palladia (Pd) 25 g (Br) 0,45 g stříbra (Ag) 0,08 g beryllia (Be) 24 g olova (Pb) 0,45 g zlata (Au) 0,08 g kobaltu (Co) 20 g cínu (Sn) 0,36 g kadmia (Cd) 0,05 g ceru (Ce) Tab. 2 Složení „průměrné“ základní desky počítače Zdroj: Petera, M. Osobní počítače a životní prostředí [7]

2.3 Ekologická nebezpečnost skrývající se v zařízeních výpočetní techniky Těžké kovy jsou vesměs přítomny v relativně neškodné formě slitin a sloučenin. Především As, Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Pb, Sb, Se, Te, Tl, V a Zn. Tyto látky se však mohou uvolňovat působením kyselých dešťů, průsakových vod, slunečního záření a činností bakterií z odpadu na skládkách nebo těkat do ovzduší při spalování komunálního odpadu. Dále také výpočetní technika obsahuje množství halogenů, olejů, polychlorovaných bifenilů a dalších organických a anorganických nebezpečných látek.

2.4 Příspěvek na likvidaci starých elektrických a elektronických zařízení v ČR Dne 13. 8. 2005 vstoupila v platnost některá ustanovení novely zákona o odpadech, která se týkají všech elektrických a elektronických zařízení. Jejím účelem je prevence vzniku odpadních elektrických či elektronických zařízení a cílem je opětovné použití a recyklace použitého elektrozařízení. Všichni výrobci a dovozci elektrospotřebičů tak musejí finančně přispívat do kolektivního systému, ze kterého je a bude recyklace starších výrobků financována [8]. Kč/Ks 4 10 30 60 100 200 4 10 30 60 100 200 4 10 30 60 100 200

Elektrozařízení – příklady Výše recyklačního poplatku zahrnuje 19% DPH Mobilní telefony a příslušenství, telefonní přístroje, vysílačky, kalkulačky. Samostatné PC komponenty, klávesnice, elektronické diáře, tel. Záznamníky. PC základní jednotky včetně vnitřních komponentů, faxy, registrační pokladny, elektrické psací stroje. Monitory do 21“, notebooky, laptopy; tiskárny, kopírky nebo multifunkční zařízení do hmotnosti 20 kg. Tiskárny nebo kopírky nebo skenery nebo multifunkční zařízení hmotnosti od 20 do 50 kg. Monitory nad 21“; tiskárny, kopírky nebo multifunkční zařízení nad 50 kg; jiné počítače nad 50 kg. Analogové fotoaparáty, sluchátka, dálkové ovladače, mikrofony, komponenty zabezpečovacích systémů (čidla), adaptéry, nabíječky. Osobní přehrávače (discmany, walkmany, MP3), digitální fotoaparáty, radiopřijímače, radiobudíky. Videokamery, GPS, přenosné radiomagnetofony, sady reproduktorů, herní konzole. Televize do 21“, DVD, videa, věže, hi. komponenty, SAT a DVBT přijímače, elektronické hudební nástroje. Domácí kina (bez TV). Televize nad 21“. Elektrické nebo elektronické hračky, přenosné svítilny, stopky, krokoměry, výškoměry, počítače pro potápění. Bazénová čerpadla, elektrický pohon rollerů a zastřešení bazénů, protiproudy, el. saunová kamna. Dětská elektrická vozítka poháněná akumulátory, sportovní trenažery (např. rotopedy). Bazénové odvlhčovače. Elektrické lodní motory. Výherní mincovní či hrací automaty.

Tab. 3 Výše příspěvku na financování sběru a recyklaci tzv. historického elektroodpadu [8]

3. Náměty činností se starým PC ve školní výuce 3.1 Něco z výpočetní techniky Názorná demonstrace jednotlivých částí a periférií osobního počítače s vysvětlením jejich příslušné funkce. Mohli bychom také žáky upozornit, jak se za poslední roky mnohdy velmi razantně změnily jednotlivé části osobního PC (monitor, základní deska a procesor PC, rozšiřují desky, pevný disk, klávesnice, polohovací zařízení a tiskárny). Možno výklad doplnit i názornými „historickými“ ukázkami jednotlivých zařízení, či patřičnými fotografiemi např. z internetu.

3.2 Něco z chemie Obsahuje-li počítač především kovy, polymery a keramiku, pak bychom na úvod mohli stručně charakterizovat jednotlivé skupiny těchto materiálů. Dále bychom mohli stručně rozvést názvosloví, charakteristiku a význam jednotlivých chemických prvků obsažených v základní desce PC (viz. Tab. 2). Jsou-li plasty a kovy základními materiály dalšího zpracování, pak lze provést ve výuce několik názorných experimentů: PLASTY: Zkouška rozpustnosti (v acetonu, ethanolu, chloroformu); Zkouška v plameni (deformace látky, unikání par …); Pyrolytická zkouška; Důkaz halogenu vázaného v organické látce (Beilsteinova zkouška) [9]. KOVY: Zkouška zlata (využijeme kontaktů mikroprocesoru); Chemické přeměny mědi (např. z cívky základní desky); Důkaz železa - reakce s Berlínskou modří (očištěný kovový obal skříně PC) [10]. Výklad můžeme doplnit výkladem o chemickými procesech zpracování uvedených materiálů [6].

3.3 Něco z matematiky Na základě údajů Tab. 2 a po následném zvážení staré základní desky PC žáci mohou vypočítat zastoupení prvků zvážené základní desky. Vypočítat procentuelní zastoupení drahých kovů v základní desce PC. Z údajů v kapitole „Geneze a stáří osobního počítače“ mohou žáci zjistit matematickými výpočty spotřebu ropy a zemního plynu při výrobě jednoho PC v USA nebo doplnit následující tabulku:

Kov

měď olovo zinek hliník hořčík titan ocel

Spotřeba Spotřeba energie Úspora – Úspora energie při při výrobě rozdíl proti výrobě kovů z amortizovaného spotřeby výrobě z rud materiálu [MWh t-1] kovů z rud -1 -1 [MWh t ] [MWh t ] [%] 13,5 1,7 11,8 87,4 % 9,5 0,5 ? ? 10 0,5 ? ? 65 2 ? ? 90 2 ? ? 126 52 ? ? 16 7,5 ? ? Tab. 4 Úspora energie zpracováním druhotných surovin [11]

3.4 Něco z občanské výchovy, cizích jazyků a zeměpisu V občanské výchově se především můžeme zmínit o platných zákonech a nařízeních upravující oblast nakládání s odpadem z elektrický a elektronických zařízení (OEEZ) Směrnice 2002/96/ES o odpadních elektrických a elektronických zařízeních (OEEZ); v ČR Zákon č.185/2001 Sb.; Normy související s životním prostředím (ISO 9001, ISO 9002, ISO 9003, ISO 14000 a ISO 14004); Katalog odpadů (Vyhl. MŽP 381/2001 Sb.), či Basilejská úmluva (100/1994 Sb.). Ve výuce cizích jazyků bychom např. mohli pracovat s cizojazyčnými články z této oblasti (angličtina) [12], (němčina) [13,14]. V zeměpise bychom si mohli přiblížit a charakterizovat oblasti, těžby surovin potřebných k výrobě elektrických a elektronických zařízení, či oblasti jak produkce PC, tak i místa „nešetrné“ likvidace těchto zařízení [15].

4. Závěr Nastíněná problematika samozřejmě nevystihuje všechny možnosti jejího začlenění do integrované výuky. Je pouze a jen na učiteli, zda a které partie tohoto tématu si zvolí ve své výuce. To, že podvědomí, znalosti budoucích učitelů nejsou příliš na vysoké úrovni dokazuje realizovaný dotazník „Kam se starými počítači?“ [16]. V němž si až 87 % všech dotazovaných přálo zařazení tohoto tématu do školní výuky. Ekologická témata, k nimž lze s určitostí zařadit i téma recyklace starých elektrozařízení, se teprve pozvolna dostávají do povědomí naší populace a proto větší informovanost může být dostatečným impulsem pro přípravu a zařazení informací tohoto typu do výuky všeobecně vzdělávacích předmětů na všech stupních školského systému.

5. Literatura 1. Výzkumný ústav pedagogický v Praze. [on-line]. [cit. 24. 7. 2006]. Zdroj: . 2. CHUPÁČ, A. Presentation of results teaching exercise by pupil at primary school using ICT. In DRLÍK, M. et al. (ed.) UNINFOS 2006. Nitra : UKF, 2006, s. 219 - 223. ISBN 80-8050-976-X. 3. Computers and the Enviroment: Understanding and Managing their Impacts. KUEHR, E., WILLIAMS, E. (eds.), Kluwer Academic Publications : Dordrecht, 2004. ISSN 1-4020-1680-8. 4. MACH, M. Věk nečistých počítačů. EkoList 10. 5. 2004, [on-line]. [cit. 24. 7. 2006]. Zdroj: . 5. http://www.fi.muni.cz/~tomp/envi/slides/slide11_2.html [cit. 24. 7. 2006]. 6. BENEŠ, D. Technologie zpracování elektroodpadu – všeobecně [on-line]. [cit. 24.7.2006]. Zdroj: . 7. PETERA, M. Osobní počítače a životní prostředí [on-line]. [cit. 24. 7. 2006]. Zdroj: . 8. ASEKOL – Zpětný odběr elektrozařízení. Reklamační materiály. [on-line]. [cit. 24. 7. 2006]. Zdroj: <www.asekol.cz/soubory/skládačka-asekol1.pdf>. 9. BENEŠ, P., MACHÁČKOVÁ, J. 200 chemických pokusů. Praha : Mladá fronta, 1977. 10. TRTÍLEK, J., HOFMANN, V., BOROVIČKA, J. Školní chemické pokusy. Praha : SPN, 1973. 11. BENEŠ, D. Technologie zpracování elektroodpadu – monitory a televizory [on-line]. [cit. 24 .7. 2006]. Zdroj: . 12. http://www.usatoday.com/tech/news/2002/02/25/computer-waste.htm

[cit.

24.

7.

2006]. 13. http://www.afrikanet.info/index.php?option=com_content&task=view&id=234&Itemi d=2 [cit. 24. 7. 2006]. 14. http://www.rz.uni-frankfurt.de/services/cd-recycling.html [cit. 24. 7. 2006]. 15. MACH, M. Věk nečistých počítačů. EkoList 10. 5. 2004, [on-line]. [cit. 24. 7. 2006]. Zdroj: . 16. OPATRNÝ, P., BÍLEK, M., TURČÁNI, M. Chemistry in the personal computer – know how for school project. Research in Didactics of Chemistry, Pracownia

Dydaktyki Chemii, Katedra Chemii, Akademia Pedagogiczna im. Komisji Edukacji Narodowej, Krakow, 2006 (v tisku). 17. ŠKODA, J. DOULÍK, P. Chemie 8 – učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň: Nakladatelství Fraus, 2006. 136 s. ISBN 80-7238-442-2.

Anotace „Informační“ společnost dnešní doby si už ani neumí představit být bez výpočetní techniky. Obzvláště to platí pro mladou generaci, která si snad už mnohdy ani neumí jinak představit trávit volný čas, komunikovat, či hrát hry, než s pomocí PC. Právě oblasti výroby, složení, nebezpečnosti odpadu a zařazení do školní výuky tématiky staré výpočetní techniky je věnován následující přípěvek. Úvodní část příspěvku se snaží toto téma zasadit do širšího rámce integrované výuky nejen přírodovědným předmětům. Kapitola osobní počítač přibližuje čtenáři, náročnost výroby PC, jeho materiálové složení spolu s procesy izolace vybraných látek a jejich recyklace. Kapitolu uzavírá několik informací o nebezpečnosti vybraných prvků a výši příspěvku na likvidaci starých elektrických a elektronických zařízení v ČR. Následující kapitola popisuje konkrétní nasazení staré výpočetní techniky ve školní výuce – ve výpočetní technice (objasnění funkce jednotlivých částí); v chemii (experimentální činnost s kovy a plasty); v matematice (výpočty zastoupení prvků v základní desce PC, materiálové spotřeby výroby PC a energetických úspor při recyklaci); v občanské výchově, cizích jazycích a zeměpisu (práce s platnou legislativou, cizojazyčnými články a geografickými oblastmi produkce a likvidace PC). Závěrečné shrnutí odkazuje na výsledky realizovaného dotazníku „Kam se starými počítači?“ s výzvou po větší informovanosti z oblasti recyklace starých elektrozařízení.