太陽光パネルが新しい学校と新しい学習方法に電力を供給

早春の日のためにパステルピンクとグリーンの服を着た2年生のキャサリン・クリブスさんは、自分の学校へのバーチャル校外学習でエネルギーについて学んでいました。

彼女はタッチスクリーンを何度もタップし、バージニア州アーリントンにあるディスカバリー小学校の「エネルギーダッシュボード」をじっくりと眺めた。タブレット端末で、校舎の内外を360度スワイプして眺めた。仮想教室に埋め込まれたアイコンをクリックすると、LED照明やコンクリート充填発泡ブロック製の高断熱外壁といった省エネ設備について学ぶことができた。仮想の学校厨房では、フライヤーがないため、油脂を空気中に排出するために必要なエネルギーが少なくて済むという説明を読むことができた。さらにスワイプすると、学校の屋上に飛び出し、約1,700枚のソーラーパネルが目の前に広がっていた。

数分後、彼女はパソコンから顔を上げて、2年生の喧騒をしのぐ自信に満ちた声で進捗状況を説明した。「ソーラーパネルが回転することを学んだの」と彼女は言った。「つまり、太陽が動くと、パネルも動くのね。」

このバーチャルツアーに加え、ディスカバリーのダッシュボードでは、学校のエネルギー発電量がリアルタイムで表示されます。また、カラフルな棒グラフと円グラフで、照明、プラグ負荷、キッチン、HVACごとにエネルギー使用量も追跡しています。この集計結果から、ディスカバリーは太陽光発電パネルを通じて年間の消費電力を上回るエネルギーを発電していることがわかります。

消費エネルギーと同量以上のエネルギーを生産する建物は「ネットゼロ」と呼ばれます（必要量以上のエネルギーを生産する場合は「ネットポジティブ」と呼ばれます）。そして全米では、小中学校が「ネットゼロ」建築ブームを牽引しており、10年前の概念実証から始まり、現在では数百棟の完成済みまたは建設中の建物へと成長しています。

こうした超グリーンスクールは、都市部から農村部、富裕層から低所得層、民主党支持の州から共和党支持の州まで、あらゆる地域で数十校建設されています。ネットゼロ・ビルディングの推進は、環境面と経済面のインセンティブに焦点を当ててきました。米国エネルギー省の報告によると、K-12（小中学校）のエネルギー支出は年間60億ドルに上ります。これは教科書とコンピューターの支出を合わせた額を上回り、教師の給与に次ぐ額です。しかし、ネットゼロ推進を先導するK-12（小中学校）の学校は、教育面でも大きなメリットを見出しています。

ディスカバリー高校の2年生が光と熱のエネルギーを求めて校内をくまなく調べている間、3年生のグループはテーブルの周りに集まり、学校のエネルギーデータを使って分数の「物語の問題」をブレインストーミングしていました。

彼らは、昨日の太陽エネルギーのうち学校がどれだけの量を消費したか、1時間の太陽エネルギーを1日全体と比較すること、そして学校のエネルギー使用量のうち照明による量がどれだけかを示すために、分数を使うことを提案しました。分子と分母はダッシュボードから取得できます。

「この建物のどこを歩いても、そこから学ぶことができます」とディスカバリー校の校長、エリン・ルッソ氏は語った。学校の正面玄関には大型スクリーンのエネルギーダッシュボードが設置されており、地熱ポンプや直流を交流に変換する太陽光発電インバーターなど、建物の機械システムは廊下の大きなガラス窓の後ろに目立つように展示されている。

光の挙動について学ぶため、ディスカバリー高校の5年生は、学校の屋上にある太陽光発電実験室（個別に計測される調整可能なパネルがいくつかある）を訪れ、パネルの角度によって発電量がどのように変化するかを確認しました。

「エネルギーは普段、目に見えないものです」と、5年生の理科教師アンドリュー・ブリッジズさんは言います。「でも、子どもたちは窓のすぐ外にある太陽光パネルを見ることができます。曇りの日には発電量が減少するのもわかるんです。」

ブリッジズ先生の生徒たちは、電気の使用パターンも調べ、土曜日が日曜日よりもなぜ大幅に多いのか、あるいは午前5時になぜ急上昇するのかを推測しようとしました。「エネルギーダッシュボードを使ったテストは行いませんでした。それは私たちが目指しているものではないからです」とブリッジズ先生は言います。「教師としての私の目標は、批判的思考力のある人材を育てることです。エネルギーダッシュボードは、ほとんどの人があまり考えていないことに生徒たちの目を開かせてくれると思います。」

それでも、ディスカバリーの教師はバージニア州の学習基準を網羅する必要があり、これらの基準をダッシュ​​ボードを使った授業と一致させるのは難しい場合があります。ある時点では、3年生に学校の毎日のエネルギー消費量を使ってグラフを描くことを学習させる予定でしたが、ダッシュボードではデータが棒グラフで表示されるため、この計画は中止されました。バージニア州の3年生の学習基準では、経時的な変化を追跡するために折れ線グラフを使用することが求められています。

ディスカバリー校の数学コーチ、アンジェラ・トーピーとテクノロジーコーチ、キース・リーブスは、教師たちが校舎のデータを基準に基づいた授業に取り入れられるよう支援しています。生徒たちは、学校のエネルギー消費量を用いて、平均値、中央値、最頻値といった統計的指標を学んだり、太陽光パネルを様々な素材で覆ってエネルギー生産量を予測することで、透明度、半透明度、不透明度を実証したりします。

州の基準を満たすだけでなく、ディスカバリーの教師たちはダッシュボードの技術的な問題にも対処しなければなりません。生徒が多すぎると、サーバーの負荷がかかり、ダッシュボードがダウンしてしまうことがよくあります。そのため、教師たちは通常、生徒をチーム分けしたり、交代で作業させたりして、あるグループがダッシュボードにアクセスし、残りの生徒が他の課題に取り組むようにしています。あるいは、ダッシュボードのデータのスクリーンショットを配布することもあります。

それでも、トルピー氏によると、生徒たちが自分の校舎で学ぶことのメリットは、こうした課題をはるかに上回るとのことだ。「エネルギーダッシュボードを取り出し、自分の学校の実際のデータを使って文章題を作っている様子を見ると、生徒たちの興奮ぶりが分かります」とトルピー氏は生徒たちについて語った。「生徒たちは自信を深めているのです。」

これらの授業の信憑性は、学校全体で持続可能性に焦点を当てていることでさらに高まっています。ディスカバリー校には、生徒会の代わりにエコアクションクラブがあり、そのメンバーが学校のエネルギー使用量、ゴミ、食品廃棄物、水の消費量、その他の指標を毎年監査しています。5年生のエコアクションメンバー、チャーリー・ダンツカーさんは、学校のエネルギー監査は年度の初めに実施されたと説明します。「基本的に、私たちはすべての教室を歩き回り、照明の数を数え、何がコンセントに差し込まれているかを確認し、ヴァンパイアを探しました」とダンツカーさんは言います。彼によると、ヴァンパイアとは、電源を切っていてもコンセントに差し込まれたまま電力を消費する機器のことです。

しかし、生徒たちは監査で多くの無駄を発見しませんでした。ディスカバリー校は既に非常に高いエネルギー効率を誇っています。1平方フィートあたりの電力使用量を示す「エネルギー使用指数」は、学区内の小学校平均の約3分の1です。学区はこの成功をさらに発展させていく予定です。

アーリントンは急速に発展している学区で、ディスカバリー小学校は進行中の学校建設プログラムの一環として2015年に開校しました（溢れかえる生徒数に対応するため、トレーラーパークを備えた中学校とキャンパスを共有しています）。両校の共用運動場の下には地熱井戸があり、地下水ループを利用して夏の冷房と冬の暖房を提供しています。

学区は当初、ネットゼロ校の建設を計画していませんでしたが、シャーロッツビルの建築会社VMDOから予算内で建設できると伝えられました。アーリントン公立学校のエネルギーマネージャー、キャシー・リン氏は、ディスカバリー校のツアーを定期的に主催しており、屋上からは約1,700枚のパネルで構成される500キロワットの太陽光発電パネルを見学できます。VMDOが設計したもう一つのネットゼロ小学校も2019年に開校予定です。学区の規模が拡大するにつれ、リン氏はさらなるネットゼロ校の建設を推進しています。

「もしすべてのディスカバリー号を所有していれば、光熱費は年間100万ドル以下になるだろうと教育委員会に伝えています。しかし今は、年間700万ドル近くもかかっています」と彼女は語った。

ネットゼロビルの推進と認証を行う非営利団体、ニュービルディングズ・インスティテュートのCEO、ラルフ・ディノラ氏によると、この計算は成長を続ける公立学区にとってますます理にかなっているという。学校は何十年も同じ所有者によって使用されることを想定して設計されているため、エネルギー節約が初期費用を上回るには十分な時間がある。初期費用はいずれにしても過去10年間で大幅に減少している。太陽光発電のコストは大幅に低下しており、ディノラ氏によると、必要なエネルギー効率は「最先端技術を必要としません。現在市場で一般的に使用されている標準的な建築資材を使用すればいいのです」。

ネットゼロ学校を建設するための初期費用を標準的な学校と比較するのは難しい。なぜなら、建設費用は気候によるエネルギー効率の課題と同様に大きく異なるからだ。しかし、ネットゼロ建物で最も高価な部分は太陽光発電パネルであるということは変わらない。たとえば、ディスカバリー校の建物と太陽光発電パネルの建設費用は1平方フィートあたり約316ドルだったが、プロジェクト設計チームを率いたVMDOの建築家ウィック・ノックス氏によると、建物単体の費用は1平方フィートあたり262ドルだった（この数字には学校の2つの芝生サッカー場の費用は含まれていない）。多くの場合、学区は自治体が太陽光発電を追加するために追加資金を調達すればネットゼロになる可能性のある、超エネルギー効率の「ネットゼロ対応」学校を建設することを選択する。

2018年3月のNBIレポートによると、ネットゼロ認定校、または「新興」校（建設中または建設がまだ完了していないため認定されていない校舎）は89校あります。学校施設は非住宅向けネットゼロ建築の主要形態であり、NBIが追跡している全プロジェクトの37%を占めています。こうした取り組みを支援するため、エネルギー省は2016年にK-12（小中学校）のネットゼロ校建設に関するハウツーレポートを発行し、学区に技術指導を行う「ゼロエネルギースクール・アクセラレーター」プログラムを立ち上げました。

ネットゼロスクールのトレンドはまだ比較的小規模ですが、あらゆる地理的・社会経済的背景を持つ学区で盛んに行われています。サウスカロライナ州ホリー郡の学区は、4万3800人の生徒の大半が貧困層ですが、2017年に3校、2018年に1校、さらに1校を開校し、現在建設中です。生徒の半数が無料または割引価格の昼食を受講し、4分の1が英語を学習しているサンフランシスコ統一学区では、既存の小学校を改修した1校を含む、3校のネットゼロスクールを建設中です。ノースカロライナ州ホーク郡にあるサンディグローブ中学校は、生徒の約60%が低所得者層で、ネットプラス校舎として各学年が省エネ競争を繰り広げています。そして、ニューヨーク市初のネットゼロスクールであるスタテン島のキャスリーン・グリム・リーダーシップ＆サステナビリティ・スクール（PS 62）では、屋内と校庭に並んだ黄色いエアロバイクがペダルの動力を生み出し、その様子が大スクリーンに表示される。

エネルギーダッシュボードは、これらの建物を教育ツールとして活用する人気の方法ですが、必ずしも必要ではありません。オレゴン州のフッドリバー中学校は、92平方メートルの温室を含むネットゼロの理科・音楽棟を増築した後、数年前に食品保存科学プログラムを立ち上げました。フッドリバーの生徒たちは、温室用のネットゼロ暖房・冷房システムを設計・構築しています。例えば、発泡スチロール製の箱に黒くスプレー塗装したソーダ缶を敷き詰めた太陽熱集熱器や、夏の高温の空気を高密度の岩石層に引き込み、気温が下がるにつれて徐々に熱を温室に放射する太陽光発電の「気候バッテリー」などがあります。

フッドリバーの生徒たちは、水産養殖システムの維持、果樹、ブドウ、茶葉などの作物の栽培に加え、教師のマイケル・ベッカーから毎年恒例の課題を与えられています。それは、トマトを一年中栽培することです。まだ完全には成功していませんが、近づいてきています。昨年は、12月に入ってもトマトが実っていました。

「私の授業計画は、『ここに問題があります。それを解決してください』です」とベッカー氏は語った。「私たちはネットゼロエネルギー予算を非常に意識しているので、生徒たちは超鋭いエンジニアになって、従来とは異なる解決策を見つけなければなりません。」

ディスカバリー校では、教育戦略も拡大しています。昨年の学校運営計画には、教師が四半期ごとに少なくとも1回、持続可能性に焦点を当てた授業を行うことが求められていましたが、多くの教師はそれを低いハードルだと指摘しました。

「持続可能性について毎日教えることを目指しています」と、5年生を担当するブリッジズ先生は語った。この取り組みを強化するため、リーブス先生はエネルギーダッシュボードに変更を加え、生徒が収集した学校のゴミの量、水の使用量、交通量に関するデータを追加しようとしている。また、教師たちは、生徒が既存のダッシュボードに入力する生データを容易に入手できるようにし、バージニア州のK-12（幼稚園から高校3年生までの）新しいコンピュータサイエンスの基準に合わせて、生徒が独自のカスタマイズされたダッシュボードを作成できるようにしたいと考えている。

2018年春、ディスカバリーのスタッフは、グリーン・スクールズ・ナショナル・ネットワークのエグゼクティブ・ディレクターであるジェニファー・セイデル氏と協力し、基準に基づいた持続可能性に関する授業を作成するための、より包括的な取り組みを開始しました。ディスカバリーは、GSNNが最近設立した「カタリスト・ネットワーク」に加盟します。これは、持続可能性教育のベストプラクティスを紹介し、生徒の学習における持続可能性教育の優良事例を検証するとともに、従来の学校教育と持続可能性教育の優劣に関する研究を促進することを目的とした、約100校の学校で構成されています。

「今のところ、逸話はたくさんある」とセイデル氏は言う。「だが、ゴールドスタンダードの研究はまだない。」

2019年度からは、エコアクションクラブだけでなく、全生徒がサステナビリティ監査を実施する予定です。各学年は、監査を通して、問題解決のステップである「デザイン思考」を用いた協働的なマスタープロジェクトを通して、取り組むべき課題や問題点を特定します。

ディスカバリー高校の美術教師、マリア・バークさんは、過剰な剪定の被害を受けた学校の庭園に花粉媒介者を呼び戻すために、形と色を適切に組み合わせた屋外彫刻を制作するなど、すでにいくつかのデザイン思考プロジェクトを生徒たちに指導してきました。

「学生たちにイノベーターとして、解決策を見つけるスキルを身につけさせたいのです」とバーク氏は述べた。「未来を見つめ、世界を念頭に置きながら協働し、革新を起こしていく人材になってほしいのです。」

環境教育に関するこの記事は、教育における不平等とイノベーションに焦点を当てた非営利の独立系報道機関、The Hechinger Reportによって制作されました。ニュースレターにご登録ください。