Source material

Глава 23 Продовольствие, устойчивость и научная грамотность в одном пакете? Возможности и проблемы использования аквапоники среди молодежи в школе, с точки зрения Дании

1. 23.1 Введение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Устойчивое производство и потребление продовольствия являются важными проблемами общества. Рост населения, нехватка пахотных земель и урбанизация — все это важные факторы в этой области, что ведет к росту интереса к новым технологиям устойчивого производства продовольствия, которые не обязательно ограничиваются морскими или сельскими районами. Аквапоника является одной из таких технологий, которая получила повышенное внимание, в частности, поскольку она может быть легко применена и в городских условиях. Эти новые технологии, включая аквапонику, также открывают новые возможности как средства обучения для людей всех возрастов, но они особенно привлекательны для молодых людей в школе. В этой главе рассказывается о результатах образовательной программы Growing Blue & Green (GBG), которая была разработана и опробована в образовательных учреждениях в районе Большого Копенгагена. Дополнительные исследования также свидетельствуют о том, что, как представляется, существует потенциал использования аквапоники в качестве ключевого способа изучения вопросов устойчивого производства продовольствия по широкому спектру учебных дисциплин в школе, поскольку она может быть легко интегрирована в существующую учебную программу. В нескольких исследованиях было рассмотрено применение аквапоники в образовательном контексте. Graber et al. (2014) исследовали потенциал аквапоники как метода производства продуктов питания для городских территорий, обучающих проблемам устойчивости учащихся седьмого класса на научных занятиях. Идея концепции заключалась в том, чтобы познакомить и обучать студентов по «системному мышлению», сочетая рыбу и растениеводство. Junge et al. (2014) показали, что способность студентов мыслить системно значительно улучшилась в результате. Исследование также показало, что, опираясь на социальное обучение в группах, студенты развивают более широкие навыки работы в команде. Однако, помимо этих примеров, литература по аквапонике является относительно ограниченной, и в большинстве имеющихся статей основное внимание уделяется технологическим аспектам систем. В этой главе предпринимается попытка восполнить этот пробел в знаниях путем изучения возможностей интеграции технологии аквапоники в школьное обучение и раскрыть некоторые ограничения, а также возможности.

   Эта глава основывается на трех эмпирических случаях, когда аквапоника применялась в начальных школах в районе Большого Копенгагена. Это включает в себя исследование образовательных возможностей в школе (Bosire et al. 2016), технико-экономическое обоснование, проведенное преподавателями (Bosire and Sikora 2017), а также анализ первой части образовательного исследования Growing Blue & Green (Toth and Mikkelsen 2018).

   Цель этой главы состоит в том, чтобы представить и обсудить образовательные аквапонические мероприятия, в которых аквапоника используется в начальной школе Дании, а также обсудить, каким образом теория может быть применена на практике. В главе обсуждается потенциал аквапоники для содействия углублению знаний о городском устойчивом производстве продуктов питания среди детей младшего школьного возраста в школах, а также потенциал создания цифровой грамотности путем добавления саморегулирующегося цифрового зондирования и инструмент обслуживания, то есть инструмент EgBG.

2. 23.2 Концептуальная основа

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Можно ожидать, что поддержка устойчивого развития (УР) продовольственной системы с помощью просветительских усилий будет хорошей инвестицией, поскольку в будущем дети будут определять политику и продюсеры.

   Согласно Shephard (2008), педагоги и, в частности, высшие учебные заведения традиционно сосредоточивают внимание на познавательной области обучения, при этом основное внимание не уделяется начальному образованию. Мы придерживаемся мнения о том, что использование соответствующих учебных средств на уровне начальной школы может стать важной основой для обеспечения долгосрочных позитивных изменений в обществе. Они могут быть реализованы с помощью альтернативных подходов к обучению и преподаванию, отличающихся от традиционных дедуктивных подходов, таких, как «обучение на практике» и «эмпирическое обучение», которые были впервые предложены Дьюи (1997 год) в его трудовом опыте и образовании. В нашей исследовательской работе мы представляем тип внеклассной трехмерной перспективы, где мы добавляем к результатам обучения учащихся, нажимая на аффективную область, которая фокусируется на интересах, настроениях, оценках, ценностях, изменении поведения и эмоциональных множествах или предубеждениях (Shephard et al. 2015). Практическая аквапоника обещает предоставить практический инструментарий индуктивного обучения для образования.

   Все исследования основываются на идее Service Learning (SL), где студенты используют академические знания для удовлетворения потребностей сообщества, и треугольнике знаний (образование, исследования и инновации), которые являются частью обучения в программе Integrated Food Studies (IFS) в Университете Ольборга (Миккельсен и Юстесен) 2015). IFS также использует Problem-Based Learning (PBL), где обучение подходит с открытыми проблемами без абсолютного правильного ответа, а также подходы SL. SL является педагогическим подходом, который уходит корнями в PBL, а также в эмпирическом подходе к обучению (McKay-Nesbitt et al. 2012). Предполагается, что, используя подход SL, студенты будут участвовать в проектах, основанных на потребностях, пожеланиях и требованиях местных общин. Недавний интерес к реформированию образовательной практики и стратегий делает использование аквапоники важным компонентом в образовательном контексте своевременным и актуальным. Кроме того, все шире используются индуктивные методы, такие как PBL и дисциплинированное обучение (Wood 2003: Armstrong 2008), а также эмпирическое обучение (Beard 2010; McKay-Nesbitt et al. 2012), где повседневные проблемы и вопросы используются для информационного процесса обучения. Все эти понятия благоприятны для обучения аквапонике. Кроме того, идея SL совместима с концепцией обучения аквапоники и недавней школьной реформой Дании (Министерство образования Дании 2014), в которой представлены руководящие принципы интеграции практических и теоретических аспектов учебной программы.

   Несмотря на то, что существует несколько аквапонических систем, которые могут поставляться производителями и/или заказными системами, разработанными консультантами, технология аквапоники в принципе довольно проста. Таким образом, основные принципы могут быть хорошо поняты учащимися, и системы могут разрабатываться, строиться и контролироваться студентами с использованием целого ряда материалов и методов, начиная от базовых до сложных. Принимая эту посылку, аквапоника, таким образом, является технологией, которая в высшей степени подходит для подхода «треугольник знаний». Образование может быть улучшено за счет установления связей между тремя сторонами «треугольника знаний», т.е. образованием, исследованиями и инновациями. Инновационное мышление о том, как образование в интересах устойчивого развития может быть реализовано с помощью практических образовательных инструментов, приводит педагога к аквапонике: методу производства продуктов питания, который по сути является симбиотической интеграцией двух зрелых дисциплин — рециркулирующей аквакультуры и гидропоники в одной производственной системе, где живая рыба генерирует питательные вещества для растениеводства. В одной из начальных школ Копенгагена была создана простая система аквапоники, подобная той, которая показана на рис. 23.1. На рисунке показаны некоторые из основных компонентов, используемых с кратким описанием принципа его работы: простой аквариум, где вода в аквариуме держится на постоянной высоте благодаря соответствующей конструкции для комфорта рыбы. Благодаря качке из резервуара подстойника, расположенного под растительным слоем, избыток воды, содержащей рыбные отходы, перемещается по клубам растительных растений, где хранятся бактерии и другие микробы.

   

   Рис. 23.1 Аквапоническое обучение и экспериментальный макет. На рисунке показана установка, включающая аквариум для рыб и устройства мониторинга, используемые для измерения равновесия всей системы. Последняя часть является основой цели обучения для студентов. (Фото: любезно предоставлено Лией Гуннарсдоттир)

   Отстойник и растущий слой действуют вместе как механические и биофильтры, соответственно, удаляя твердые вещества и растворенные отходы.

   Схема, приведенная на рис. 23.1, иллюстрирует практический образовательный пример, в котором основное внимание уделяется устойчивости, поскольку она представляет собой практический пример того, как можно достичь целей, поставленных в рамках целей в области устойчивого развития (ЦУР) Повестки дня ООН на период до 2030 года в области УР (ООН 2015b). Цель № 2, которая нацелена на искоренение голода, обеспечение продовольственной безопасности и улучшение питания и поощрение устойчивого сельского хозяйства, и цель № 4, которая нацелена на обеспечение инклюзивного и справедливого качественного образования и поощрение возможностей обучения на протяжении всей жизни для всех (ООН 2015b). Эти важнейшие вопросы могут быть включены в подход, основанный на проблемах обучения (PBL), который был разработан в деле GBG. Основываясь на общей твердой убежденности в наличии технологических решений проблем современных продовольственных систем, подход GBG способствует демонстрации «экологической модернизации» в процессах производства продуктов питания. С помощью разработки дидактических тем EgBG, касающихся устойчивости и продовольственной грамотности, стало ясно, что для того, чтобы такая система привела к переменам, необходима правильная платформа, с помощью которой можно было бы обмениваться знаниями и навыками между молодыми людьми и их учителями в школьной среде.

   Другие исследования показали, что отсутствие грамотности среди молодежи в области продовольствия и питания вызывает растущую озабоченность (Vidgen and Gallagos 2014; Dyg and Mikkelsen 2016). Это особенно актуально, поскольку традиционные способы производства продовольствия и нынешние устойчивые движущие силы науки и техники подпитывают неустойчивую глобальную эксплуатацию земных ресурсов, что привело к многочисленным проблемам в рамках продовольственной системы (FAO 2010; UNDP 2016). Кроме того, увеличение численности населения мира и стремительная урбанизация перегружают продовольственную систему. Организация Объединенных Наций прогнозирует, что в течение следующих 15 лет численность населения мира увеличится более чем на 1 млрд. человек, достигнув 8,5 млрд. человек в 2030 году. Согласно прогнозам, большинство из них (66%) будут проживать в городах к 2050 году (ООН 2015a). Эти тенденции в сочетании с ростом нездоровых привычек питания и расстройств, связанных с питанием, сделали необходимым новый подход к пищевому питанию и агролитерации в школе.

   Опыт проекта GBG и результаты многочисленных интервью как с преподавателями, так и со студентами показали, что успешное применение аквапоники зависит от тщательного планирования и обслуживания системы. Цифровая версия GBG — EgBG — была разработана для решения этих проблем и использования связанных с этим возможностей для продвижения цифровой грамотности в школе. Идея EgBG черпает вдохновение из идеи саморегуляции в биологических системах. Она концептуально основана на идее автопоэза: речь идет о системе, способной воспроизводить и поддерживать себя. Термин, впервые введенный в 1972 году биологами Матуриной и Варелой (1980), описывает самоподдерживающуюся химию живых клеток,, и с тех пор концепция применяется в широком спектре областей, таких как когниция, теория систем, и социология. В исследовании EgBg, показанном на рис. 23.2, качество воды, температура, содержание растворенного кислорода, CO2, рН, аммиака и нитритов измеряются с помощью датчиков с использованием электронных и цифровых установок, а затем с соответствующей автоматизированной регулировкой. и корректировки на требуемый или заданный уровень. Эта система, используемая наряду с базовым режимом обслуживания, позволяет детям лучше изучать информационно-коммуникационные технологии (ИКТ), а также предметы науки, техники, инженерии и математики (STEM), а также более глубокое понимание практики устойчивого городского земледелия и охраны животных. EgBG минимизирует человеческие ошибки и уменьшает количество критических ресурсов, таких как физический труд и часы, которые в противном случае потребовались бы для ухода и обслуживания сбалансированной аквапонной системы.

   

   Рис. 23.2 Экспериментальная установка EgBG. На рисунке показаны две части системы. Сама аквапонная система и измерительные приборы и миниконтроллер, используемые для наблюдения за биологическим состоянием системы EgBG

3. 23.3 Методы

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   В контексте этой главы были использованы три источника данных, в том числе а) исследование возможностей получения образования в школе (Bosire et al. 2016), b) технико-экономическое обоснование, проведенное преподавателями (Bosire and Sikora 2017), и с) исследование EgBG (Toth and Mikkelsen 2018).

   Первое исследование (a) было проведено с целью изучения возможностей и проблем использования аквапоники в качестве образовательного инструмента. Цель исследования состояла в том, чтобы выяснить, в какой степени имеет смысл использовать аквапонику в школьном обучении. Были собраны данные трех независимых качественных опросов (N = 3). Информаторами были: 1) учитель биологии, занимающийся преподаванием естественных наук в начальной школе; 2) предприниматель-консультант, который является экспертом в области аквапонии; и 3) один местный аквапонный биофермер. Процедура анализа данных была основана на подходе будущих семинаров (Jungk and Müllert 1987), что привело к классификации и оценке в соответствии с тремя категориями: критика, фантазия и стратегия.

   Во втором исследовании (b) было проведено технико-экономическое обоснование в государственной школе Blågaard, расположенной в муниципалитете Копенгагена, в сотрудничестве с двумя преподавателями биологии и учителем физики и с одобрения администрации школы. Участвовал также местный аквапонный биофермер и эксперт. Для обучения была разработана недорогая аквапоника с использованием простой системы производства продуктов питания «сделай сам» (DIY) и готовых компонентов. Идея такого проектирования и строительства заключалась в том, чтобы проиллюстрировать, что такого рода технологии могут быть легко применены, и это не только для современного городского развития, но и может использоваться в качестве научного учебного инструмента в более скромных условиях, таких, как местная школа. Поскольку бюджет школы ограничен, общая цель состояла в том, чтобы завершить проект при низких затратах и тщательно вписать систему в соответствие с требованиями существующих учебных программ.

   В третьем исследовании (c) в усовершенствованную версию системы аквапоники был добавлен цифровой компонент и был введен EgBG. EgBG - это учебная программа, основанная на простой аквапонике, и она предназначена для создания идей обучения среди подростков. Особое внимание в программе уделяется обучению принципам устойчивого производства продуктов питания в городах и в то же время содействию обучению ИКТ. Дидактика программы направлена на то, чтобы показать, как биологическая система, такая как аквапоника, может управляться, маневрироваться и саморегулируться с помощью датчиков и механизмов обратной связи. Это делается путем подключения датчиков, которые измеряют температуру, рН и баланс питательных веществ через цифровой интерфейс, такой как Arduino. EgBG разработал простой инструмент городского сельского хозяйства, основанный на учебном пакете для школ, где учащиеся могут узнать об этой технологии на уроках биологии. Изучая, как работают датчики, они могут узнать, как ИКТ могут быть интегрированы для мониторинга и контроля живой биологической системы.

   Образовательная программа EgBG может быть использована как в междисциплинарном курсе с ИКТ в качестве темы, так и в предметах биологии, физики и химии. Компоненты EgBG предназначены для недорогостоящей аквапонной системы, которая была разработана для школьного контекста, как описано выше. Некоторые из ключевых элементов были поставлены компанией BioTeket, которая имеет социальную и культурную сферу с упором на экологические технологии. BioTeket предлагает серию семинаров и мероприятий, дающих жителям Копенгагена возможность приобрести опыт устойчивой городской жизни. Сборка проводилась под техническим контролем компании. В соответствии с национальными учебными программами ИКТ в начальной школе преподаются не как самостоятельный предмет, а сквозным образом, охватывающий несколько предметов. Таким образом, сочетание умной и сенсорной системы управления и биологической системы представляется вполне понятным для этого требования. Технологии городского сельского хозяйства требуют системы мониторинга с множеством датчиков, так как поддержание баланса системы требует непрерывного измерения температуры, рН и т.д. Для удовлетворения этого требования EgBG был разработан в сотрудничестве между Университетом Ольборга, муниципальной школой в Альбертслунде и предприятие «Биотекет». Процесс разработки был сконфигурирован в качестве исследования действий, где данные собирались вместе с процессом разработки.

4. 23.4 Выводы и обсуждение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   1. Результаты первого исследования показали, что видение нового способа обучения с включением современной технологии может восприниматься как преимущество в влиянии на трансформационные процессы в школе. Тем не менее этот процесс требует некоторых критических, практических и теоретических соображений для внедрения системы, с тем чтобы она была успешной и устойчивой в долгосрочной перспективе. Некоторые из положительных вопросов с точки зрения пользователей включали широкий спектр применения в предметах биологии, математики, естествознания и многое другое. Снижение загрязнения и эффективное использование ресурсов; гибкость установки системы, например, на крышах; и производство (органические\ *) двойных продуктов (рыба и растительные продукты). Потенциальные ограничения включают временные ограничения, нехватку финансовых ресурсов, а также необходимость частого ухода и обслуживания. (\ * В ЕС действующее законодательство предусматривает, что только растительные продукты, выращенные в почве, могут считаться «органическими». Это не так, например, в США, где продукты аквапоники могут выращиваться органически и законно продаваться как органические.)

   2. Из второго исследования (b), технико-экономическое обоснование, опыт исследования показал, что концепция обучения, общая идея и дидактика хорошо вписываются в учебные программы, а также в проекты, которые школа уже планировала осуществить в области устойчивого развития. Опыт показал, что такое обучение необходимо тщательно планировать заблаговременно. Кроме того, идея подхода «треугольник знаний», предусматривающего вовлечение обучения в сферу услуг, университетских исследований, малого предприятия и персонала, занимающегося обучением, в неформальную сеть проектов и инноваций, является плодотворным способом организации этого мероприятия. Кроме того, инициатива пользуется поддержкой муниципалитета, который рассматривает предпринимательство и инновационные подходы к обучению в качестве важных целей.

   3. Третье исследование (c), исследование EgBG, показало, что школа поддерживала и уже приобрела недавно приобретенные датчики для измерения pH, температуры, COSub2/sub и растворенного кислорода (DO). Таким образом, данные можно было бы проводить с минимальными новыми усилиями по подготовке кадров, поскольку преподавательский состав уже хорошо подготовлен к сбору данных в цифровом формате. Школа, в момент запуска проекта, уже планировала измерить нитрат и аммиак с помощью датчиков, поскольку основной концепцией обучения было повышение знаний, навыков и компетентности в отношении азотного цикла. Идея создания аквапонной технологии и ее применения в обучении была легко принята школой, так как в соседней школе уже была установлена и запущена такая система AP.

   Благодарность Спасибо учителям биологии Метте и Эльсе в школе Blågård в Копенгагене, Лилье Гуннарсдоттир и учителям школы Херстедлунда, а также Инге Кристенсену из Центра Природы в муниципалитете Альбертслунд. Благодарим также Виктора Тота, студента Integrated Food Studies, Ольборгский университет, за предоставление данных из исследования EgBG. Спасибо также Томашу Сикоре и Кэтрин Брейдал из интегрированных исследований продуктов питания, которые участвовали в полевых работах. Спасибо также владельцу и генеральному директору Лассе Антони Карлсену из Bioteket, Копенгаген, за предоставление компонентов и руководство в разработке программы GBG.