Μαθητές ΓΕΛ

Nikimou09@gmail.com, melkaf14@gmail.com, helenkyriazis@gmail.com, georgakm@gmail.com

Ηλίας Αθανασόπουλος, Στασινός Γιαννέας

Φυσικός, Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών, Φυσικός, Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών

athnasopoulos@e-ursulines.gr, gianneas@e-ursulines.gr

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον. Η ηλεκτρόλυση του νερού, δηλαδή η διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο με την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, πραγματοποιείται μέσω μιας ειδικής συσκευής ηλεκτρόλυσης όπου εισάγονται δύο ηλεκτρόδια που είναι συνδεδεμένα με μια μπαταρία. Ύστερα, παρατηρείται ο σχηματισμός φυσαλίδων στα δύο ηλεκτρόδια σηματοδοτώντας την έναρξη της παραγωγής των δύο αερίων (υδρογόνο και οξυγόνο) που με το πέρασμα του χρόνου, αυξάνεται. Στο πείραμα χρησιμοποιήσαμε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ ως μπαταρία, για να επιτευχθεί η ηλεκτρόλυση του νερού με χαμηλό κόστος και με περιβαλλοντικά επωφελή τρόπο, αξιοποιώντας την άφθονη ηλιακή ενέργεια. Ιδανικά, μπορούν να παραχθούν από 1 λίτρο νερό περίπου 1200 λίτρα υδρογόνου (και περίπου 600 λίτρα οξυγόνου) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο. Με την διαδικασία αυτή, καταλήξαμε στο συμπέρασμα πως με μια μεγαλύτερη ποσότητα νερού θα παραχθούν ακόμα περισσότερα λίτρα υδρογόνου που αργότερα θα τροφοδοτήσουν με ηλεκτρική ενέργεια κτήρια, βιομηχανίες, κοινόχρηστους χώρους (οδούς, πλατείες κλπ.) και με καύσιμη ύλη οχήματα Ι.Χ., μέσα μαζικής μεταφοράς μέχρι και διαστημικούς πυραύλους.

Λέξεις κλειδιά: οξυγόνο, υδρογόνο, ηλεκτρόλυση νερού, καύση.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η εξάντληση των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι ένα θέμα που καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε στην εποχή μας. Πώς μπορούμε όμως να παράγουμε υδρογόνο από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα; Η ηλεκτρόλυση του νερού μπορεί να αποτελέσει μέρος της λύσης αυτού του προβλήματος. Στη συγκεκριμένη αυτή εργασία επικεντρωθήκαμε στο παραγόμενο υδρογόνο, που αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία ως φορέας καθαρής ενεργείας όσων αφορά ένα φιλικότερο για το κλίμα, μέλλον. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι δεν είναι όλες οι διαδικασίες παραγωγής υδρογόνου εξίσου βιώσιμες ή φιλικές προς το περιβάλλον. Για να αξιοποιηθούν στο έπακρο τα οφέλη του υδρογόνου ως καθαρή πηγή ενέργειας, είναι εξαιρετικά σημαντικό να χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για την παραγωγή του. Η ηλεκτρόλυση είναι η περισσότερο υποσχόμενη διαδικασία καθώς επιτρέπει την φιλική προς το περιβάλλον παραγωγή του υδρογόνου, κυρίως όταν η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και σε αυτή την περίπτωση, μέσω από ένα φωτοβολταϊκό πάνελ. Έτσι λοιπόν, η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, μπορεί να μειώσει σημαντικά τις εκπομπές CO2 στην παραγωγή υδρογόνου, καθιστώντας την πιο βιώσιμη.

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΜΑΣ

1.        i.          Να πετύχουμε την παραγωγή καθαρού «πράσινου» υδρογόνου και οξυγόνου.
2.      ii.          Να αναδείξουμε την χρήση υδρογόνου ως καθαρό καύσιμο σε κυψέλες καυσίμων.
3.    iii.          Να παρουσιάσουμε την χρήση υδρογόνου ως καθαρό καύσιμο για την τροφοδότηση μηχανών εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ).
4.    iv.          Να προτείνουμε τρόπους καύσης του οξυγόνου και του υδρογόνου.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον.

Σχήμα 1. Φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, για την παραγωγή H2 η οποία αποθηκεύεται και μεταφέρεται με βυτιοφόρο όχημα.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΥΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον.

Σχήμα 2. Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα.( Διάσπαση νερού σε H2 και O2)

ΤΙ ΥΛΙΚΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΑΜΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ

1.        i.          Ποτήρι ή δοχείο με νερό με λίγο θειικό οξύ για να αγώγιμο.
2.      ii.          Μία παροχή ρεύματος, στο συγκεκριμένο πείραμα ένα φωτοβολταϊκό πάνελ.
3.    iii.          Δύο ηλεκτρόδια.
4.    iv.          Καλώδια σύνδεσης.
5.       v.          Συσκευή ηλεκτρόλυσης Hoffman.

ΕΚΤΕΛΕΣΗ

1.        i.          Προετοιμασία διαλύματος:
2.      ii.          Αρχικά, γεμίζουμε ένα δοχείο με νερό στο οποίο προσθέτουμε θειικό οξύ έτσι ώστε να υπάρχουν αρκετά ιόντα για την εκτέλεση του πειράματος.
3.     iii.          Ύστερα γεμίζουμε τη συσκευή ηλεκτρόλυσης Hoffman με το με διάλυμα αυτό από το δοχείο του μεσαίου σωλήνα.
4.    iv.          Σύνδεση καλωδίων με τα ηλεκτρόδια:
5.      v.          Συνδέουμε στα δύο ηλεκτρόδια τα καλώδια παροχής.
6.    vi.          Σχηματισμός αερίων:
7.    vii.          Ενεργοποιούμε την παροχή ρεύματος και δίνουμε τάση 10 Volt.
8. Στην άνοδο, δηλαδή στον θετικό πόλο παράγεται οξυγόνο και παρατηρείται έντονος αφρισμός  ενώ στην κάθοδο, δηλαδή στον αρνητικό πόλο παράγεται υδρογόνο.

Διακρίνουμε την παραγωγή φυσαλίδων και στους δύο σωλήνες ενώ παρατηρούμε το ότι ο όγκος του παραγόμενου υδρογόνου είναι διπλάσιος από τον όγκο του παραγόμενου οξυγόνου. Η στάθμη του διαλύματος στο σωλήνα μέσα στον οποίο παράγεται το υδρογόνο ελαττώνεται αρκετά σε σχέση με του οξυγόνου.

Σχήμα 3. Πείραμα ηλεκτρόλυσης που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του σχολείου μας.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Μετά την ηλεκτρόλυση παράγεται υψηλής καθαρότητας υδρογόνου. Πιο συγκεκριμένα, στην κάθοδο, ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) ανάγονται σε υδρογόνο ενώ στην άνοδο, το νερό οξειδώνεται σε οξυγόνο και πρωτόνια. Οι διεργασίες αυτές περιγράφονται αντίστοιχα από τις παρακάτω αντιδράσεις

2H+(aq) + 2e- → H2(g) (κάθοδος)

και

2H2O(liq) → O2 + 4H+(aq) + 4e- (άνοδος)

οι οποίες μας δίνουν το συνολικό μηχανισμό της ηλεκτρόλυσης

2H2O(liq) → O2(g) + 2H2(g)

 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Από τα αποτελέσματα του πειράματος της ηλεκτρόλυσης νερού προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα:

1.        i.          Το νερό μπορεί να διασπαστεί σε δύο απλούστερες ουσίες: το υδρογόνο και το οξυγόνο άρα, είναι σύνθετη ουσία.
2.      ii.          Το υδρογόνο είναι καύσιμο και το οξυγόνο είναι οξειδωτικός παράγοντας για καύση.
3.     iii.          Όσες φορές και αν διασπάσουμε οποιαδήποτε ποσότητα νερού, θα προκύπτει η ίδια αναλογία όγκου και μάζας υδρογόνου – οξυγόνου. Επομένως, το νερό έχει σταθερή σύσταση.
4.    iv.          Ο όγκος του υδρογόνου είναι διπλάσιος από τον όγκο του οξυγόνου.
5.      v.          Το υδρογόνο που παράγεται είναι υψηλής καθαρότητας.
6.    vi.          Το παραγόμενο οξυγόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για βιομηχανική ή άλλη χρήση όπως για παράδειγμα: σε διαστημικές αποστολές η διάσπαση του νερού θα μπορούσε να παράγει υδρογόνο και οξυγόνο για να καλύψει τις ανάγκες των αστροναυτών
7.   vii.          Το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο οχημάτων.

ΧΡΗΣΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ

Το υδρογόνο μπορεί να χαρακτηριστεί σαν το απόλυτο καύσιμο, διότι δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον καθώς κατά την καύση του παράγεται μόνο νερό και καθόλου ρύποι. Ο 21ος αιώνας προβλέπεται να είναι ο αιώνας του υδρογόνου, της μηδενικής εκπομπής ρύπων καυσίμου και της σταδιακής εγκατάλειψης των ορυκτών καυσίμων και των προβλημάτων που συσσώρευσαν στο περιβάλλον μας. Ενδεικτικά, η Ισλανδία, προσβλέπει σε μία υποδομή πλήρως βασισμένη στο υδρογόνο μέχρι το 2030-2040, ενώ μέχρι το 2030 στόχος του υπουργείου ενέργειας των Η.Π.Α. είναι η αντικατάσταση του 10% της ενεργειακής κατανάλωσης από ενέργεια υδρογόνου.

Κυψέλες καυσίμου (Fuelcell):Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήματος το οποίο χρησιμοποιεί το υδρογόνο ως καύσιμο και αναλαμβάνουν τη μετατροπή του καυσίμου σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Δεν αποτελούν δηλαδή τον ίδιο τον κινητήρα αλλά το μέσο που παράγει ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα κινητήρα. Στην προκειμένη περίπτωση παράγεται ηλεκτρισμός για κάποιο ηλεκτρικό μοτέρ, που με τη σειρά του θα κινήσει το αυτοκίνητο.

Σχήμα 4. Απεικονίζεται η ηλεκτροχημική αντίδραση στην κυψέλη καυσίμου. Το υδρογόνο οξειδώνεται στην άνοδο, ενώ το οξυγόνο ανάγεται στην κάθοδο, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Οχήματα υδρογόνου (FCEV): Τα οχήματα υδρογόνου, FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles), αποτελούν ηλεκτρικά αυτοκίνητα τα οποία διαθέτουν ως καύσιμο υγροποιημένο ή αέριο υδρογόνο που έχει παραχθεί με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, αποθηκευμένο σε κάποιο ρεζερβουάρ υψηλής πίεσης.

Η ηλεκτρόλυση λαμβάνει χώρα εντός της κυψέλης καυσίμου, δηλαδή του ηλεκτρολυτικού κελιού που διαχωρίζει τα δύο στοιχεία με μία μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίου (PEM). Από τη μία, εισάγεται το υδρογόνο και από την άλλη αέρα από το περιβάλλον. Ο στόχος, στην προκειμένη περίπτωση είναι να δημιουργηθεί μία αντίδραση μεταξύ του υδρογόνου και του οξυγόνου του αέρα, παράγοντας ρεύμα και νερό. Μία κυψέλη καυσίμου μπορεί να παράγει σταθερά περίπου 0,7 Volt. Αυτά μπορεί να μην δείχνουν σπουδαία, χρησιμοποιώντας όμως μία σειρά από τέτοιες κυψέλες, εύκολα παράγεται ικανή ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Επιπλέον, στην πράξη το μόνο «απόβλητο» μίας μονάδας fuel cell είναι η παραγωγή υδρατμών, που αποβάλλονται απροβλημάτιστα στο περιβάλλον με αποτέλεσμα να μειώνεται η ρύπανση του.

Σχήμα 5. Διάγραμμα οχήματος με κυψέλη καυσίμου, που απεικονίζει τα βασικά εξαρτήματα και τη ροή ε-νέργειας: Ηλεκτρισμός, Υδρογόνο, Πρόωση

BOSCH

«Το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτροκίνηση με κυψέλες υδρογόνου.»: Για την Bosch το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτρική ενέργεια, πόσο μάλλον, όταν η εταιρεία θεωρεί την ηλεκτροκίνηση σημαντικό παράγοντα για την μείωση των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα. Γι’ αυτό η Bosch αναπτύσσει ένα σύστημα κίνησης κυψελών καυσίμου υδρογόνου με έμφαση στα φορτηγά, το οποίο σχεδιάζει να βγάλει στη παραγωγή το 2022-2023. Με το συγκεκριμένο σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου, ακόμη και φορτηγά 40 τόνων θα μπορούν να διανύσουν πάνω από 1.000 χλμ. σε ηλεκτρική λειτουργία. Το νέο αυτό σύστημα μετάδοσης κίνησης αναμένεται να καθιερωθεί σταδιακά και στα επιβατικά οχήματα.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Η συμμετοχή μας στον διαγωνισμό ACSTAC αποτέλεσε μια μοναδική εμπειρία που θα μας συνοδεύει στο υπόλοιπο της ακαδημαϊκής μας σταδιοδρομίας καθώς είχαμε την δυνατότητα όχι μόνο να παρουσιάσουμε την έρευνά μας αλλά ταυτόχρονα να παρακολουθήσουμε ενδιαφέρουσες εργασίες παιδιών, που μας προσέφεραν πολλές καινούργιες πληροφορίες σε διάφορους τομείς. Συνεπώς, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το Αμερικανικό Κολλέγιο Ανατόλια, που μας έδωσε την ευκαιρία να συμμετέχουμε στον διαγωνισμό και στα workshop που οργανωθήκαν, τα οποία μας βοήθησαν να καταλάβουμε με πόσους διαφορετικούς τρόπους μπορούμε να συμβάλλουμε στη περίθαλψη του πλανήτη μας. Επιπλέον, θα θέλαμε να εκφράσουμε την ευγνωμοσύνη που νιώθουμε για την βοήθεια και καθοδήγηση που μας προσέφεραν οι καθηγητές μας και για την ατέλειωτη υποστήριξη που λάβαμε από τη διεύθυνση του σχολείου μας, «Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών». Τέλος, ελπίζουμε να σας κινήσει το ενδιαφέρον το άρθρο μας, έτσι ώστε να συμβάλλουμε όλοι μαζί στην προστασία του περιβάλλοντος.

ΑΝΑΦΟΡΕΣ

ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ- Γραφείο Εκπαίδευσης: Ηλεκτρόλυση νερού. Διαθέσιμο online:.

CHEMNOESIS: Η ηλεκτρόλυση του νερού. Διαθέσιμο online: https://chem.noesis.edu.gr/I-ilektrolysi-tou-nerou

Ιστολόγιο Αλευρά Πέτρο: 2.6.1 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ – ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ – ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ. Διαθέσιμο online: https://blogs.sch.gr/petalevras

Wikipedia: Ηλεκτρόλυση. Διαθέσιμο στο https://el.wikipedia.org/wiki/Ηλεκτρόλυση

Wikipedia: Κυψέλη_καυσίμου https://el.wikipedia.org/wiki/Κυψέλη_καυσίμου

CAR AND DRIVER: Υδρογόνο: Πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο με κυψέλες καυσίμου. Διαθέσιμο Online:https://www.caranddriver.gr/texnologia/arthro/ydrogono_kai_kypseles_kaysimou_h_arxi_leitourgias_video-7737072/

Wikipedia. Solid oxide fuel cell (protonic). Διαθέσιμο online:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Solid_oxide_fuel_cell_protonic.svg/200px-Solid_oxide_fuel_cell_protonic.svg.png

BOSCH: Το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτροκίνηση με κυψέλες υδρογόνου. Διαθέσιμο online: https://www.bosch.gr/news-and-stories/fuel-cells/

Χημεία (Β΄ Γυμνασίου) – Βιβλίο Μαθητή (Εμπλουτισμένο): 2.6 Διάσπαση του νερού – Χημικές ενώσεις και χημικά στοιχεία. Διαθέσιμο online:http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2206/chimeia_b-gymnasiou_html-empl/index2_6.html

Europosters: Green hydrogen production from ecological renewable power generation outline diagram. Διαθέσιμο online: https://www.europosters.gr/green-hydrogen-production-from-ecological-renewable-power-generation-outline-diagram-f532737070

Atlas Copco: Παραγωγή υδρογόνου: Πώς γίνεται το υδρογόνο και τι είναι; Διαθέσιμο online: https://www.atlascopco.com/el-gr/compressors/air-compressor-blog/what-is-hydrogen-and-how-is-it-

Θεοδωρίδης Θεόδωρος Ερμής, Μπουμπαγατζόγλου Άγγελος, Κανιώρης Ορέστης, Τσεσμετζής Ραφαήλ, Τζεβελέκου Παρασκευή, Τοπαλίδης Μενέλαος, Κώστα Ελένη, Παπαμιχαήλ Αλεξάνδρα – Ιωάννα, Μερτζιανίδου Μαρία, Ζερβού Αικατερίνη – Ειρήνη, Σεγκούνας – Πλιόγκος Κωνσταντίνος, Γκίνου Γαλάτεια, Διαμαντίδου Μελίτα, Μάτσα Μελιτίνη, Παπατζίκου Μαρία-Χρυσή, Μάργαρη Μαγδαληνή, Τσιρακίδου Δήμητρα, Πεσματζόγλου Θεοδόσης  και Ορφανίδης Δημήτρης

 Επιβλέποντες καθηγητές

Γεωργούδας Ιωακείμ ^1*, Καθηγητής Πληροφορικής

Τσιουμπέρη Γιαννούλα ^2*, Καθηγήτρια Πληροφορικής

Ρουβάς Γεώργιος^{3 **}, Καθηγητής Πληροφορικής

¹mgeorgoudas@gmail.com, ²itsioub@sch.gr, ³grouvas@anatolia.edu.gr

*Μουσικό Γυμνάσιο Θεσσαλονίκης με Λυκειακές Τάξης, Προέκταση Εγνατίας 118, Τ.Κ. 55535, Πυλαία, Θεσσαλονίκη

**Anatolia High School, Τζον Κένεντι 60, 555 35 Πυλαία, Θεσσαλονίκη

Περίληψη

Το συγκεκριμένο project υλοποιήθηκε με τη συνεργασία μαθητών και Καθηγητών του Anatolia College και του Μουσικού Σχολείου Θεσσαλονίκης. Πιο συγκεκριμένα, μαθητές του Club Robotics & Automations του Anatolia College και μαθητές τμημάτων Β’ και Γ’ Γυμνασίου του Μουσικού Σχολείου Θεσσαλονίκης υλοποίησαν εν μέρει παράλληλα και εν μέρει σε συνεργασία μια ρομποτική ορχήστρα, ξεκινώντας από την ίδια βασική ιδέα, χρησιμοποιώντας όμως διαφορετικά εργαλεία (Arduino, MicroBit), διαφορετικές υλοποιήσεις, αντιμετωπίζοντας διαφορετικές προκλήσεις και προβλήματα, καταλήγοντας έτσι σε δύο πολύ διαφορετικές κατασκευές. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει συνοπτικά την πορεία των δύο μαθητικών ομάδων και τα αποτελέσματα της μεταξύ τους συνεργασίας.

Λέξεις-κλειδιά: Μουσική Τεχνολογία, Arduino, MicroBit

Εισαγωγή

Το έναυσμα για τη συμμετοχή μας στο project που θα σας παρουσιάσουμε υπήρξε η αγάπη μας για τη μουσική και την τεχνολογία. Έτσι, ενθουσιαστήκαμε όταν οι Καθηγητές μας πρότειναν να κατασκευάσουμε μία ρομποτική ορχήστρα και να την παρουσιάσουμε στο Συνέδριο ACSTAC.

Η αρχική ιδέα ήταν μια ρομποτική ορχήστρα που θα έδινε τη δυνατότητα στον χρήστη να παίξει μουσική, αυτοσχεδιάζοντας στη βάση ηχογραφημένων πρωτότυπων μελωδιών. Πιο συγκεκριμένα, ο χρήστης θα επέλεγε ένα μουσικό όργανο, πατώντας το σχετικό κουμπί, οπότε και θα γινόταν η αναπαραγωγή μιας μελωδίας, ενώ θα ενεργοποιούνταν ταυτόχρονα και ένας ρομποτικός drummer, ο οποίος θα συνόδευε τη μελωδία. Όσο τα drums και η μελωδία θα έπαιζαν, ο χρήστης θα μπορούσε να συνοδεύσει παίζοντας ζωντανά μουσική σε ένα μικρό πιάνο.

Το συγκεκριμένο project λειτουργεί ως ένα παράδειγμα σύνδεσης της τεχνολογίας με τις τέχνες και ειδικότερα τη μουσική, προωθεί τη μουσική παιδεία και ενισχύει την καλλιτεχνική, ενώ ταυτόχρονα στοχεύει και στην καλλιέργεια της δημιουργικότητας.

Υλικά-Μέθοδοι

Όπως αναφέρθηκε και στην περίληψη, οι ομάδες των δύο σχολείων δούλεψαν παράλληλα και σε μεγάλο βαθμό χωρίς να συνεργάζονται μεταξύ τους. Οι βασικοί λόγοι που έγινε αυτό είναι το διαφορετικό πλαίσιο στο οποίο εργάστηκαν οι δύο ομάδες (μάθημα, club) στο σχολείο, το βαρύ εξωσχολικό πρόγραμμα όλων των παιδιών, αλλά και οι διαφορετικές ρομποτικές τεχνολογίες που είχε στη διάθεσή του κάθε σχολείο (Arduino, MicroBit).

Οι μαθητές του ΜΣΘ αξιοποίησαν ρομποτικά kit με μικροεπεξεργαστές MicroBit. Τα στάδια που ακολούθησαν ήταν τα ακόλουθα:

1. Κατασκευή controller – Προγραμματισμός controller σε Microbit, και Προγραμματισμός λαμπάκια και potentiometer.

2. Κατασκευή βάσης Robot – Κατασκευή καθίσματος, Ανάπτυξη σκελετού βάσης, Προσθήκη αισθητήρων κρούσης, Στήριξη βάσης, και Προσθήκη τυμπάνων.

3. Κατασκευή Robot – Κατασκευή σώματος, Σύνδεση με κάθισμα, Ενδυνάμωση κατασκευής, Προσθήκη χεριών και Motor, και Σχεδιασμός κατασκευή και προσθήκη κεφαλιού και ποδιού.

4. Κατασκευή μηχανισμών – Σχεδιασμός και υλοποίηση μηχανισμού μπότας, Τελειοποίηση μηχανισμού μπότας, και Ενσωμάτωση μηχανισμού μπότας στη βάση.

Οι μαθητές του Anatolia College χρησιμοποίησαν μικροεπεξεργαστές Arduino. Τα στάδια που ακολούθησαν ήταν τα ακόλουθα:

1.Drum Set -  Σχεδιασμός 3D μοντέλου (TinkerCad), 3D εκτύπωση drum set, Προσθήκη αισθητήρων, και Αρχική κωδικοποίηση λειτουργίας

2.‘Ερευνα – Επιλογή αισθητήρων, Εύρεση documentation αισθητήρων, Εύρεση απαραίτητων βιβλιοθηκών για Arduino IDE, και Έρευνα παρόμοιων υλοποιήσεων

3.Βηματική Κωδικοποίηση – Κωδικοποίηση λειτουργίας κάθε αισθητήρα ξεχωριστά

4.Engineering και Τελική Κωδικοποίηση – Κατασκευή πρωτότυπου μηχανισμού και τελική κωδικοποίηση λειτουργίας με τη χρήση μεγάλου breadboard

5.Τελικό Σχέδιο και Συναρμολόγηση – Επιλογή υλικού και κατασκευή βάσης, Τοποθέτηση ορχήστρας σε βάση, Τοποθέτηση αισθητήρων σε Drum Set,  μεταφορά συνδέσεων και καλωδιώσεων σε μικρά breadboard και τοποθέτηση εντός βάσης.

Η μία ομάδα χρησιμοποίησε Piezo electric αισθητήρες, ενώ η άλλη ομάδα χρησιμοποίησε αισθητήρες κρούσης τύπου Nezha για την ανίχνευση κραδασμών ή χτυπημάτων τους οποίους προσάρμοσαν στα drums. Η ομάδα του ΜΣΘ χρησιμοποίησε μηνύματα MIDI μηνύματα για να γίνει αναπαραγωγή των ήχων από ένα laptop, ενώ η ομάδα του Anatolia College έπαιζε τους ήχους απευθείας από MP3 module που ήταν συνδεδεμένο με το Arduino και με ηχείο.

Αποτελέσματα

Όπως μπορείτε να δείτε και στις Εικόνες 1, 2 και 3, οι τελικές υλοποιήσεις των δύο σχολείων διαφέρουν πολύ μεταξύ τους. Αυτό οφείλεται στις προκλήσεις και τα προβλήματα που αντιμετώπισαν οι δύο ομάδες, αλλά και στις επιλογές που έκαναν έτσι ώστε η τελική κατασκευή να είναι πλήρως λειτουργική, ακόμα και αν δεν περιελάμβανε όλες τις δυνατότητες της αρχικής ιδέας.

Εικόνες 1 και 2: Η τελική κατασκευή της ομάδας του Anatolia College

Εικόνα 3: Η τελική κατασκευή της ομάδας του Μουσικού Σχολείου Θεσσαλονίκης

Συζήτηση

Μετά από συζήτηση μεταξύ μας, θεωρούμε ότι η συμμετοχή μας σε αυτό το project μας βοήθησε πάρα πολύ και σε πολλά επίπεδα. Μετά τη γνωριμία των παιδιών που συμμετείχαν από τα δύο σχολεία, φάνηκε η καλή χημεία μεταξύ μας και όλοι συμφωνήσαμε ότι θα μπορούσαμε να είχαμε μια πιο στενή συνεργασία. Η συμβολή των Καθηγητών που υποστήριξαν το έργο ήταν καθοριστική, όχι μόνο λόγω του μεγάλου αριθμού μαθητών που συμμετείχαν, αλλά κυρίως λόγω της επιμονής τους στο να καταφέρουμε να έχουμε φτιάξει κάτι πλήρως λειτουργικό πριν την ολοκλήρωση του deadline. Πράγματι, αυτό το καταφέραμε και έτσι μπορέσαμε να συμμετάσχουμε στο Συνέδριο ACSTAC, εκεί όπου αντιληφθήκαμε πως υπάρχουν πολλοί συνομήλικοί μας με τους οποίους μοιραζόμαστε το ίδιο πάθος, αλλά και κοινές ανησυχίες και προβληματισμούς. Παιδιά τα οποία ταξίδεψαν πολλά χιλιόμετρα από κάθε μεριά της χώρας για να μας δείξουν τη δουλειά τους και να δουν τη δική μας. Παιδιά με μεγάλο ενδιαφέρον για τις Επιστήμες και τις εφαρμογές της για τη λύση προβλημάτων στον πραγματικό κόσμο. Παιδιά που μας έκαναν να νιώσουμε πιο δυνατοί και πιο αισιόδοξοι για το μέλλον.

Συμπεράσματα

Τα βασικά συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε έχουν να κάνουν κυρίως με τον τρόπο που εργαστήκαμε.

Σε project στα οποία συμμετέχουν πολλοί μαθητές, με διαφορετικά προγράμματα και υποχρεώσεις, είναι σημαντικό να εξετάζεται σε τακτά χρονικά διαστήματα η πορεία των εργασιών και να γίνονται αλλαγές στο πλάνο, στις αναθέσεις αλλά και στην τελική κατασκευή, έτσι ώστε η ολοκλήρωση του project να βρίσκει τις ομάδες με μία πλήρως λειτουργική κατασκευή, ακόμα και αν δεν έχει όλες τις δυνατότητες του αρχικού σχεδίου. Ειδικά σε ό,τι έχει να κάνει με project που απαιτείται και προγραμματισμός, η αβεβαιότητα αυξάνεται, καθώς δεν είναι πάντα σίγουρο ότι μια ομάδα θα έχει καταφέρει να γράψει λειτουργικό κώδικα στον χρόνο που είχε υπολογίσει να αφιερώσει.

Τέλος, είναι σημαντικό σε ένα τόσο απαιτητικό project να γίνεται μια δυνατή αρχή, έτσι ώστε να εντοπιστούν νωρίς οι δυσκολίες, οι παρανοήσεις και τα προβλήματα, τα οποία σίγουρα υπάρχουν αλλά είναι δύσκολο να προβλεφθούν κατά το στάδιο του σχεδιασμού, έτσι ώστε να υπάρχει ο χρόνος για να γίνουν προσαρμογές στο πλάνο ή/και στην τελική κατασκευή.

Ευχαριστίες

Κλείνοντας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τους Καθηγητές – μέντορές μας για την ευκαιρία που μας έδωσαν, επειδή μας ηρεμούσαν όταν τα πράγματα δεν πήγαιναν καλά αλλά ταυτόχρονα δεν μας άφηναν να χαλαρώσουμε όταν τα πράγματα πήγαιναν καλά. Ακόμα, θα θέλαμε να συγχαρούμε όλους όσους εργάστηκαν για την οργάνωση του Συνεδρίου ACSTAC και να τους ευχαριστήσουμε για την τιμή που μας έκαναν να μας απονείμουν το Βραβείο STEAM. Το Βραβείο αυτό θα θέλαμε να το αφιερώσουμε σε όλα τα παιδιά που συμμετείχαν στο Συνέδριο και μοιράστηκαν με εμάς όχι απλά τους προβληματισμούς τους για το μέλλον αλλά τις λύσεις που προτείνουν, καθώς και στους Καθηγητές τους που τους έδωσαν τη δυνατότητα να ακουστούν και σε εμάς να τους ακούσουμε.

Μαθητές/τριες, 1^ο Γενικό Λύκειο Ξάνθης

alexpan488@gmail.com, nicktarchanidis@gmail.com, vasiloudiv@gmail.com, papanastasiouariadni@gmail.com

Ιωαννίδης Ισίδωρος

Καθηγητής Πληροφορικής ΠΕ86, 1^ο Γενικό Λύκειο Ξάνθης

isioannid@gmail.com

Περίληψη

Αντικείμενα που βρίσκονται ως εκθέματα στο χώρο μουσείου, ψηφιοποιούνται σε 3 διαστάσεις μέσω φορητής συσκευής 3D scanner. Ακολουθεί επεξεργασία μέσω εξειδικευμένων εφαρμογών για την παραγωγή του μοντέλου σε 3 διαστάσεις (3D model). Επόμενο στάδιο είναι η ενσωμάτωση του παραγόμενου 3D μοντέλου στο οπτικό περιβάλλον του συστήματος οράσεως επαυξημένης πραγματικότητας. Κατάλληλα προγραμματιστικά εργαλεία αξιοποιούνται για τη ρεαλιστική αναπαράσταση. Τελικά, ο χρήστης μέσω ειδικών γυαλιών οράσεως βλέπει το αντικείμενο στην πλήρη του μορφή σε 3 διαστάσεις, στο χώρο που βρίσκεται, το διαχειρίζεται περιστρέφοντάς το με τα χέρια του σε ένα εικονικό αλλά και πραγματικό περιβάλλον (Augmented Reality) και βλέπει πληροφορίες για αυτό.

Λέξεις κλειδιά: μοντελοποίηση, επαυξημένη, πολιτισμός

Εισαγωγή

Η ομάδα συστάθηκε μετά από δημιουργικές ανησυχίες, αναζητήσεις και συζητήσεις που είχανε οι μαθητές/τριες σχετικά με μια ιδέα που προέκυψε για αξιοποίηση τεχνολογιών αιχμής για την προώθηση της τοπικής πολιτιστικής κληρονομιάς. Σε συνεργασία με τους καθηγητές και τον Διευθυντή του σχολείου αποφασίστηκε να προχωρήσει ο σχεδιασμός της ιδέας και να γίνει έρευνα σχετικά με τα γνωστικά πεδία που απαιτούνται, τις δεξιότητες, το χρόνο αλλά και τον εξοπλισμό και προϋπολογισμό του έργου. Αφού εξασφαλίστηκαν οι πόροι του έργου μέσω του Δήμου Ξάνθης αλλά και τα απαραίτητα πεδία συνεργασιών με το Λαογραφικό και Ιστορικό Μουσείο Ξάνθης, ακολούθησε η οργάνωση της υλοποίησης του έργου. Κατανεμήθηκαν εργασίες σε διάφορους τομείς και έτσι δημιουργήθηκαν οι ομάδες 3D σάρωσης, μοντελοποίησης, προγραμματισμού, παραγωγής, γραφιστικού σχεδιασμού, έρευνας πολιτιστικού περιεχομένου και καταγραφής-τεκμηρίωσης.

Ομάδα, μεθοδολογία, ρόλοι

Η ομάδα των μαθητών/τριών βασιζόμενοι στις γνώσεις, το ταλέντο και τις φρέσκιες ιδέες συναντήθηκαν δημιουργικά με σκοπό να αναπτύξουν ένα σύγχρονο έργο που συνδέει τις τεχνολογίες της νέας εποχής με τον πολιτισμό. Η ομάδα συγκροτήθηκε και λειτούργησε στα πλαίσια εκπαιδευτικού ομίλου με αντικείμενο «Εικονική και Επαυξημένη Πραγματικότητα». Ανατέθηκαν ρόλοι, αναπτύχθηκε χρονοδιάγραμμα εργασιών με επιμέρους tasks. Υπήρξε ενεργός εμπλοκή των μαθητών στη διαδικασία με διακριτούς αλλά ταυτόχρονα αλληλένδετους ρόλους. Καλλιεργήθηκαν οι αξίες και οι δεξιότητες της συνεργασίας, της διαλλακτικότητας και της διαπραγμάτευσης για την επίτευξη ενός κοινού στόχου. Συναντήσαμε δυσκολίες και προβλήματα που επιλύθηκαν με την ανάπτυξη ποικιλίας στρατηγικών αντιμετώπισης ζητημάτων που επινοήθηκαν από τα μέλη της ομάδας. Οι μαθητές κινητοποιήθηκαν ώστε να μάθουν να μοιράζονται γνώσεις και να καλλιεργήσουν την κριτική σκέψη καθώς και τον αναστοχασμό. Τελικά διευκολύνθηκε και η ανάδειξη των «κρυμμένων» δυνατοτήτων και δεξιοτήτων των μαθητών. Οι μαθητές της Β τάξης Λυκείου που συμμετείχαν στην ομάδα και οι ρόλοι τους ήταν οι Πανταζίδης Αλέξανδρος (3D Modeling), Ταρχανίδης Νικόλαος Χρήστος (Programming VR/AR environment), Τσούτσας Φίλιππος (Headset play), Πασχαλίδης Αλέξανδρος (Οργάνωση Διαχείριση εξοπλισμού), Μαραγκοζίδης Αναστάσιος (Τεκμηρίωση- Παρακολούθηση έργου), Ουζούνης Κωνσταντίνος (Προγραμματιστικά εργαλεία), Γουδέλης Απόστολος (Προγραμματισμός), Βασιλούδη Βασιλική (Πολιτιστική τεκμηρίωση- Δημόσιες σχέσεις), Παπαναστασίου Αριάδνη (Φωτογραφία-Γραφιστική-Design), Ζαϊτίδη Φωτεινή (Πολιτιστική τεκμηρίωση-Δημόσιες σχέσεις)

Η πρόκληση

Η πρόκληση ξεκινά από το γεγονός ότι οι νέοι και οι νέες σήμερα χρειάζονται μια διαφορετική και πιο μοντέρνα προσέγγιση στη γνωριμία τους με μουσειακά εκθέματα, στο πλαίσιο μιας επίσκεψης σε μουσείο ή στην περίπτωση που υπάρχουν περιορισμοί στη μετακίνηση. Σημαντικά εκθέματα που βρίσκονται σε χώρους που η απόσταση είναι απαγορευτικός παράγοντας, όπως για ανθρώπους που κατοικούν σε άλλες χώρες ή προβλήματα μετακίνησης ή κινητικά δεν επιτρέπουν την εμπειρία της επίσκεψης. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας και οι ισχυρές δυνατότητες του διαδικτύου επιτρέπουν στη σημερινή εποχή τη δημιουργία εναλλακτικών προτάσεων για την επίσκεψη σε μουσεία.  Πολλά μουσεία στον κόσμο προσφέρουν δυνατότητες ψηφιακής περιήγησης στους χώρους τους. Χρησιμοποιώντας κάμερες 360ο δημιουργούν την ψευδαίσθηση της περιήγησης στο χώρο σε περιβάλλον όμως 2 διαστάσεων (2D) για απεικόνιση σε οθόνη laptop, tablet κ.α.  Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια εμπειρία θέασης χώρου και εκθεμάτων στο γνώριμο περιβάλλον της 2D οθόνης με τη χρήση κλασικών συσκευών όπως ποντίκι, touchpad ή οθόνη αφής. Στη διαδικασία δεν συμμετέχει το σώμα του παρατηρητή, αφού αυτός βρίσκεται πιθανώς σε συνήθη στάση καθισμένος σε καρέκλα, ή πολυθρόνα ή σε όρθια στάση κρατώντας ένα tablet!

Η ιδέα – πρόταση – καινοτομία 

Σε μια προσπάθεια εναλλακτικής και καινοτόμας προσέγγισης με τη χρήση τεχνολογιών αιχμής, η μαθητές πρότειναν τη «μεταφορά» των εκθεμάτων σε περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας.  Με την ιδέα αυτή ο άνθρωπος θα μπορεί να προβάλει το αντικείμενο σε έναν εικονικό χώρο ή να το «φέρει» στον δικό του χώρο αυξάνοντας κατακόρυφα τη βιωματική εμπειρία. Η εικονική ή η επαυξημένη πραγματικότητα υλοποιείται με τη χρήση ειδικών γυαλιών κεφαλής (headset) των οποίων τη λειτουργία και ο προγραμματισμός ήταν μια ισχυρή πρόκληση για τους μαθητές. Η καινοτόμα πρόταση αρχίζει να παίρνει υπόσταση μέσα από διαδικασία καταιγισμού ιδεών των μαθητών, αναδύοντας ταυτόχρονα τις δεξιότητες και τα ταλέντα τους. Φαντάζονται και καταθέτουν την ιδέα κορύφωσης της βιωματικής εμπειρίας του εικονικού επισκέπτη, με τη δυνατότητα να «πιάνει» και να μετακινεί το αντικείμενο ενώ ταυτόχρονα να ενημερώνεται με σχετικές πληροφορίες για αυτό.

Αποτελέσματα 

Αρχικά, έγιναν σειρά από δοκιμαστικές σαρώσεις ξυλόγλυπτων αντικειμένων στο περιβάλλον του Εργαστηρίου Πληροφορικής του σχολείου, για τη ρύθμιση των παραμέτρων των συσκευών και την εξεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού αυτών για την πιστή αναπαραγωγή του 3D πλέγματος (3D mesh) των μοντέλων. Αφού εντοπίστηκαν και επιλύθηκαν προβλήματα, καταλήξανε στις βέλτιστες ρυθμίσεις φωτισμού, ρυθμού και τρόπου της 3D σάρωσης, απόδοσης της υφής και των χρωμάτων, και ήταν έτοιμοι για την επαφή με τα πραγματικά εκθέματα!

Οι μαθητές επισκέφθηκαν το Λαογραφικό και Ιστορικό Μουσείο Ξάνθης, και αναπτύξανε την ιδέα τους. Παραχωρήθηκε χώρος και χρόνος να περιηγηθούνε στο μουσείο, και λαμβάνοντας υπόψη τη σημαντικότητα των εκθεμάτων, την παλαιότητα, τη σπανιότητα, αλλά και τις υφές, τη γεωμετρία, τα χρώματα, καταλήξανε στα εκθέματα προς μοντελοποίηση (Σχήμα 1).

Εικόνα 1. Βάζο 1911 πορσελάνη, Ραπτομηχανή 1890 χυτοσίδηρος, 3D σάρωση-μοντελοποίηση

 Οι μαθητές/τριες ήρθαν σε επαφή με τη χρήση συσκευής σαρωτή 3 διαστάσεων για τη σάρωση αντικειμένων (Creality 3DScanner). Επίσης, χρησιμοποίησαν εφαρμογές ψηφιακής μοντελοποίησης με εξοπλισμό υψηλών προδιαγραφών στην επεξεργασία 3Dγραφικών (Blendersoftware). Τέλος, οι μαθήτριες/τές ήρθαν σε επαφή με τις τεχνολογίες του συστήματος όρασης επαυξημένης πραγματικότητας (MetaQuest 3), τη διαχείριση του χώρου και τον προγραμματισμό σε εξειδικευμένη πλατφόρμα ανάπτυξης 3Dαναπαραστάσεων (Unityplatform).

Τελικά, ο χρήστης βλέπει το αντικείμενο στην πλήρη του μορφή σε 3 διαστάσεις, στο χώρο που βρίσκεται ο ίδιος, το διαχειρίζεται περιστρέφοντάς το με τα χέρια του σε ένα εικονικό αλλά και πραγματικό περιβάλλον (Augmented Reality) και βλέπει πληροφορίες για αυτό (Σχήμα 2). Η εμπειρία συνοδεύεται από «χαλί» κλασσικής μουσικής που επιφορτίζει το χρήστη με το ανάλογο πλαίσιο συναισθημάτων.

ΕΙκόνα 2. Στιγμιότυπο από την καταγραφή της θέασης μέσω των γυαλιών VR/AR

Ο αντίκτυπος στην κοινότητα, σύνδεση επιστήμης με κοινωνική προσφορά

Ο σκοπός του έργου αφορά στην εξοικείωση με την τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας  η οποία προτείνουμε να χρησιμοποιηθεί για την προώθηση της τοπικής πολιτιστικής κληρονομιάς. Η προτροπή «Μην αγγίζετε» δεν έχει πια ισχύ σε ένα εικονικό περιβάλλον και αντιστρέφεται προτείνοντας «Αγγίξτε, περιστρέψτε, περιεργαστείτε!»

Οι μαθητές περιηγήθηκαν στους χώρους του μουσείου, αλληλοεπίδρασαν μέσα από κοινές εμπειρίες, συνεργάστηκαν, συζήτησαν και έλαβαν αποφάσεις ως ομάδα. Αναζήτησαν την ιστορία των εκθεμάτων, πληροφορίες για τη χρήση τους, για τον τόπο αλλά και την χρονολογία κατασκευής τους. Μετέφεραν τις εμπειρίες και τη νέα γνώση σε όλη τη μαθητική κοινότητα μέσα από σχετική εκδήλωση, διεγείροντας το ενδιαφέρον των συμμαθητριών/των τους και προτρέποντάς τους για συμμετοχή σε εκπαιδευτικές δράσεις.

Οι υπεύθυνοι του Λαογραφικού και Ιστορικού Μουσείου Ξάνθης έλαβαν ερείσματα και ιδέες από τη νέα γενιά, για καινοτόμους τρόπους αξιοποίησης των νέων τεχνολογιών, ώστε οι αποστάσεις να μην είναι εμπόδιο στην επαφή με τον πολιτισμό οποιουδήποτε τόπου. Επίσης, αίρονται τα εμπόδια για ανθρώπους με προβλήματα μετακίνησης ή φυσικής παρουσίας σε χώρους μουσείων ώστε να έρθουν σε επαφή με εκθέματα μέσα από εικονική αλλά παράλληλα βιωματική και ρεαλιστική εμπειρία!

Συμπεράσματα, μέλλον

Η συγκεκριμένη ιδέα θα μπορούσε να αναπτυχθεί και να εξελιχθεί «μεταφέροντας» στο εικονικό περιβάλλον, εκτός από τα εκθέματα, το σύνολο των χώρων ενός μουσείου, ώστε ο επισκέπτης να αποκτά μια πλήρη εμπειρία επίσκεψης, περπατώντας μέσα στους χώρους και κινούμενος μέσα σε αυτούς.

Η τεχνολογία των ειδικών γυαλιών κεφαλής (headset) εξελίσσεται διαρκώς, με νέες δυνατότητες, μείωση του όγκου, του  βάρους και επανασχεδιασμού της δομής και εμφάνισής των. Θα μπορούν να αναπτυχθούν συνεργασίες μουσείων ώστε ο επισκέπτης ενός τοπικού μουσείου να έχει τη δυνατότητα μέσα σε έναν ειδικά διαμορφωμένο χώρο, με το κατάλληλο headset να επιλέγει άλλα μουσεία τα οποία θα ήθελε να επισκεφθεί!

Ευχαριστίες

Ο εξοπλισμός του έργου αποκτήθηκε με την ευγενική χορηγία του Δήμου Ξάνθης. Ευχαριστούμε θερμά το Ιστορικό και Λαογραφικό Μουσείο Ξάνθης για το χρόνο, το χώρο που μας παραχώρησε καθώς και τη δυνατότητα που μας έδωσε για την επεξεργασία των σημαντικών εκθεμάτων.

Βιβλιογραφία

Branchus Creations (23/01/2024), Creality CR-Scan Ferret Pro 3D Scanner, Διαθέσιμο online: ">προσπελάστηκε 20/6/2025

DraftId (3/10/2024), Creality CR Studio 2.0 Masterclass | How to 3D scan using Creality CR Scan Lizard, Διαθέσιμο online: "> προσπελάστηκε 20/6/2025

Dartside Scenics (29/6/2024), 3D scanning with the Creality CR-Scan Otter, Διαθέσιμο online:

Blender Guru (25/7/2024), Beginner Blender Tutorial – Full Course, Διαθέσιμο online:

Brad’s Art School (20/2/2025), The World’s Easiest Blender Tutorial for Beginners, Διαθέσιμο online:

Unity Technologies (2025), Getting started with Unity, Official website, Διαθέσιμο online: https://unity.com/learn/get-started προσπελάστηκε 20/6/2025

Unity Technologies (2025), Create with VR for Educators, Official website, Διαθέσιμο online: https://learn.unity.com/educators προσπελάστηκε 20/6/2025

Unity Technologies (2025), Unity Documentation, Unity 6.1 User Manual, Official website, Διαθέσιμο online: https://docs.unity3d.com/6000.1/Documentation/Manual/UnityManual.html προσπελάστηκε 20/6/2025

JD Dev (9/1/2025), Unity 6 – Complete Beginners Tutorial, Διαθέσιμο online:

Meta (2025), Getting started with Meta Quest 3, Official website, Διαθέσιμο online: https://www.meta.com/help/quest/1994971530885728/?srsltid=AfmBOopnDdGLZ2KjhQTpyW2eRvUK4dbc0RUbp2FJ_qAJu8vQLDFwEeR5 προσπελάστηκε 20/6/2025

Immersive insiders (16-7-2024), VR Basics: Grabbing Objects | Meta SDK, Διαθέσιμο online:

Lucid Worlds (17/11/2024), How to make a Mixed Reality app for the Quest 3, Διαθέσιμο online:

ManifestXR (15-3-2024), Bringing 3d Files To Apple Vision Pro And Meta Quest 3, Διαθέσιμο online:

Απόφοιτος Χαροκοπείου Πανεπιστημίου Αθηνών και Front-End Developer στην FOSSBot Τeam (1), Υποψήφιος Διδάκτορας Χαροκοπείου Πανεπιστημίου Αθηνών και Υπεύθυνος ανάπτυξης FOSSBot (2), Αναπληρωτής Καθηγητής Χαροκοπείου Πανεπιστημίου Αθηνών και επιβλέπων προγράμματος (3)

elefthppg99@gmail.com (1), chronis@hua.gr (2), varlamis@hua.gr  (3)

Περίληψη

Τα τελευταία χρόνια η εκπαιδευτική ρομποτική χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στον τομέα του STEM. Η χρήση εκπαιδευτικών ρομπότ επιτρέπει την παρουσίαση θεωρητικών και μη θεωρητικών εννοιών με συγκεκριμένους όρους και την βαθύτερη κατανόηση τους μέσω πρακτικών ασκήσεων που επεκτείνουν τις ήδη αποκτηθείσες γνώσεις των μαθητών. Ωστόσο, όσο περισσότερα ρομπότ χρησιμοποιούνται στην εκπαίδευση, τόσο περισσότερα ρομπότ χρειάζονται, πράγμα που είναι δαπανηρό για τα σχολεία, ενώ ταυτόχρονα καθιστά απαγορευτική την ατομική διδασκαλία μεταξύ ρομπότ και μαθητή. Η μόνη λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η κατασκευή ρομπότ με 3D εκτυπώσιμα υλικά και ενοποιημένο λογισμικό, με σκοπό την σημαντική μείωση του κόστους κατασκευής του ρομπότ. Είναι μια πρωτοποριακή λύση που υποστηρίζεται από τον Ανοιχτό Κώδικα και το Ανοιχτό Λογισμικό. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το FOSSBot το οποίο , το οποίο θα παρουσιαστεί παρακάτω, αναλύοντας τον τρόπο κατασκευής, λειτουργίας και χρήσης μέσα στην τάξη καθώς και τον τρόπο αναβάθμισης του λογισμικού του.

Εισαγωγή

Η επιστήμη, η τεχνολογία, η μηχανική, και τα μαθηματικά (STEM), είναι γνωστικά πεδία που παρέχουν εργαλεία ιδιαίτερα σημαντικά τόσο στους δασκάλους όσο και στους μαθητές. Ιδιαίτερη βαρύτητα αυτών των εργαλείων καταλαμβάνει η ρομποτική, που μπορεί να προσφέρει ποικίλους εναλλακτικούς τρόπους μάθησης, με σκοπό την καλύτερη κατανόηση θεωρητικών και μη αντικειμένων. [4]

Μελέτες για τη χρήση του STEM δείχνουν ότι τα συγκεκριμένα εργαλεία μπορούν να συμβάλλουν στην διαμόρφωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας από την πρώιμη παιδική ηλικία έως και το πανεπιστήμιο, για αυτό και θεωρούνται καινοτόμα και πρωτοποριακά. [1,5,8,10]

Η βασική θεωρία για το STEM αναπτύχθηκε από τον Papert [9], όπου με βάση αυτή, οι μαθητές αλληλεπιδρούν με εργαλεία και υλικά, χρησιμοποιώντας τις ήδη κεκτημένες γνώσεις και εμπειρίες για να δημιουργήσουν νέες [7]. Τα εργαλεία STEM προσφέρουν την ευκαιρία στους μαθητές να λύσουν προβλήματα του πραγματικού κόσμου και ταυτόχρονα να επεκτείνουν τις προσωπικές τους εμπειρίες, καθώς γίνονται ενεργοί μαθητές [1,2,6,7]. Μάλιστα καθώς έρχονται σε επαφή με φυσικές συσκευές, όπως τα ρομπότ, η διαδικασία γίνεται πιο ευχάριστη και διατηρείται το ενδιαφέρον του μαθητή [3]. Στην σημερινή εποχή, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, έχουν αναπτυχθεί και οι «έξυπνες συσκευές», με την χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης, οι οποίες μπορούν να συμβάλλουν στην διδασκαλία ορισμένων αντικειμένων, όπως αυτό της υπολογιστικής σκέψης και της ικανότητας επίλυσης προβλημάτων.

Σε αυτήν την εργαστηριακή παρουσίαση, παρουσιάζουμε το Free και Open Source Software Bot (FOSSBot), ένα ρομπότ ανοιχτού κώδικα και ανοιχτού σχεδιασμού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκπαιδευτικούς σκοπούς σε όλα τα επίπεδα του εκπαιδευτικού συστήματος, υποστηρίζοντας πολλές διαφορετικές δραστηριότητες και σενάρια διδασκαλίας. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά του FOSSBot μπορούν να συνοψιστούν στα εξής:

• Τα σχέδια δημιουργίας του ρομπότ είναι ανοιχτά και μπορούν να τροποποιηθούν ανάλογα, ώστε να υποστηρίζουν το περισσότερα σενάρια.

• Τα πλαστικά μέρη του ρομπότ μπορούν να εκτυπωθούν σε τρισδιάστατο εκτυπωτή με πολύ χαμηλό κόστος. Οπότε αν κάποιο φθαρθεί μπορεί αρκετά εύκολα, να αντικατασταθεί.

• Το FOSSBot περιλαμβάνει μια λίστα ηλεκτρονικών ειδών που μπορούν εύκολα να βρεθούν στην αγορά στα χαμηλό κόστος. Όλα τα εξαρτήματα μπορούν να συναρμολογηθούν ακολουθώντας τις οδηγίες συναρμολόγησης που είναι επίσης δημόσια διαθέσιμο. Οποιαδήποτε ελαττωματικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν.

• Η στοίβα λογισμικού, η οποία είναι γραμμένη σε Python, είναι αρθρωτή και κοντέινερ, επομένως μπορεί εύκολα να επεκταθεί με περισσότερες λειτουργίες, επιτρέποντας στους χρήστες ρομπότ να ενημερώσουν το στην πιο πρόσφατη έκδοση με το πάτημα ενός κουμπιού.

• Το ρομπότ είναι αυτόνομο και τηλεχειριζόμενο, πράγμα που σημαίνει ότι ο καθένας μπορεί να συνδέσει το σε αυτό μέσω φορητού υπολογιστή, smartphone ή tablet ή μπορεί να συνδεθεί στο τοπικό δίκτυο μέσω του wifi.

• Ο προγραμματισμός του ρομπότ μπορεί να γίνει με ποικίλους τρόπους, με αποτέλεσμα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από διαφορετικές ηλικίες και σε διαφορετικά περιβάλλοντα: i) απευθείας στην Python 100 στο χαμηλότερο επίπεδο, ii) χρησιμοποιώντας διαδραστικά σημειωματάρια (Python Jupyter) στο μεσαίο επίπεδο,  iii) χρησιμοποιώντας μια διεπαφή χωρίς κώδικα (Google Blockly) ή iv) χρησιμοποιώντας μια διεπαφή χρήστη που βασίζεται σε κουμπιά που εκτελεί προκαθορισμένα σενάρια κώδικα.

Στην επόμενη ενότητα αναφέρονται παραδείγματα άλλων εκπαιδευτικών ρομπότ, ενώ στην ενότητα 3 και 4, γίνεται η ανάλυση του υλικού και του λογισμικού του FOSSBot αντίστοιχα. Στην συνέχεια, η ενότητα 5 παρουσιάζει τον τρόπο σχεδίασης του FOSSBot για να ταιριάζει με τα εκπαιδευτικά σενάρια σε διαφορετικά επίπεδα ηλικίας και τέλος η ενότητα 6 συνοψίζει με τα επόμενα βήματά μας για την μελλοντική βελτίωση του ρομπότ και την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων του ρομπότ στο μέγιστο βαθμό.

Σχετική δουλειά

Η εξέλιξη και η ενσωμάτωση της εκπαιδευτικής ρομποτικής είναι κάτι που έχει ξεκινήσει εδώ και μερικές δεκαετίες, για να μπορέσει να χρησιμοποιείται τόσο έντονα στην εκπαιδευτική διαδικασία Ένα από τα μεγαλύτερα βήματα που έγιναν στον τομέα αυτό είναι η από την εταιρεία Lego, η οποία συνδύασε τα τουβλάκια Lego με ηλεκτρονικά στοιχεία, με αποτέλεσμα η κατασκευή ενός ρομπότ να μοιάζει σαν μια δραστηριότητα παιχνιδιού. Βασιζόμενα στην παραπάνω λογική, δηλαδή της συναρμολόγησης ρομπότ που έχουν την δυνατότητα να προγραμματιστούν, ακολούθησαν τα ρομποτικά κιτς στον τομέα της εκπαίδευσης, όπως η σειρά Mindstorm και Wedo ή το Bee-Bot ή η Hydra, που βασίζεται σε Arduino και χρησιμοποιεί Blockly μπλοκς.

Το FOSSBot έχει τις ρίζες του σε ένα άλλο ρομπότ ανοιχτού κώδικα και ανοιχτού σχεδιασμού, που σχεδιάστηκε το 2019, ως μέρος του έργου Google Summer of Code. Αυτό το ρομπότ, που ονομάζεται Proteas και ήταν ένα ρομπότ DIY, με τρισδιάστατα εκτυπώσιμα μέρη και αρθρωτό σχέδιο. Επίσης, χρησιμοποιεί Blockly μπλοκς, όπως η Hydra, αλλά πολύ περισσότερα σε αριθμό καθώς και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολύ μεγαλύτερο εύρος ηλικιών, σε σχέση με τα προαναφερθείσα ρομπότ, που το καθένα από αυτά απευθύνεται σε συγκεκριμένες ηλικίες.

Σύστημα

Το ρομπότ FOSSBot ανήκει στην κατηγορία DIY(Do It Yourself), αφού μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί και από μη παραγωγούς, δηλαδή από άτομα που δεν ήταν οι αρχικοί κατασκευαστές του, ενώ η διαδικασία αποσυναρμολόγησης και επανασυναρμολόγησης μπορεί να αποτελέσει μέρος της εκπαιδευτικής διαδικασίας στα πλαίσια της σχολικής εκπαίδευσης. Αυτό είναι εφικτό, καθώς το FOSSBot είναι κατασκευασμένο από ηλεκτρονικά υλικά που μπορούν να βρεθούν εύκολα στο εμπόριο με χαμηλό κόστος ενώ τα πλαστικά μέρη είναι εύκολα εκτυπώσιμα.

Εικόνα 1: Πάνω όψη του FOSSBot

3D Εκτυπώσιμα μέρη

Τα πλαστικά μέρη, εκτός από τους τροχούς, μπορούν εύκολα να εκτυπωθούν, με τρισδιάστατο εκτυπωτή χρησιμοποιώντας τα σχέδια που έχουν γίνει από την αρχή και έχουν χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση των πρώτων αντιγράφων. Ο συνολικός χρόνος εκτύπωσης όλων των πλαστικών μερών είναι περίπου 36 ώρες.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το σώμα του ρομπότ έχει σχεδιαστεί για να είναι εύκολο στη συναρμολόγηση. Αυτό οφείλεται στο σχεδιασμό του περιβλήματος στο εσωτερικό του ρομπότ ώστε να ταιριάζει με τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και στην τοποθέτηση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στις αντίστοιχες θέσεις τους, ώστε να μην μετακινούνται κατάχρηση του ρομπότ. Επιπλέον, στην εξωτερική επιφάνεια εκτυπώνονται σύμβολα που υποδεικνύουν τη θέση κάθε αισθητήρα. Αυτό βοηθά επίσης τους εκπαιδευτικούς να γνωρίζουν πού βρίσκονται τα ηχεία και οι άλλοι αισθητήρες.

Τα τυπωμένα πλέγματα στην μπροστινή και την επάνω πλευρά του ρομπότ βοηθούν να διατηρούνται δροσερά τα ηλεκτρικά μέρη. Η υποδοχή φόρτισης του ρομπότ, ο διακόπτης on/off και ο μοναδικός βρόχος για τη ρυμούλκηση μικρών αντικειμένων βρίσκονται όλα. Αυτός ο βρόχος χρησιμεύει επίσης για την προστασία του ρομπότ από μικρές συγκρούσεις. Η δεύτερη χρήση του είναι για προπονητικές ασκήσεις όπου το ρομπότ πρέπει να τραβάει αντικείμενα μικρού βάρους και μεγέθους.

Πάνω από τους τροχούς βρίσκονται δύο τυπωμένα σπόιλερ τόσο για την προστασία των τροχών όσο και για την αισθητική σχεδίαση του ρομπότ.

Η άνω επιφάνεια του ρομπότ χωρίζεται σε δύο μέρη. Ένα κάλυμμα που στερεώνεται στο κύριο σώμα χρησιμοποιώντας μοναδικά κλιπ αποτελεί το αρχικό εξάρτημα. Το κύριο κάλυμμα μπορεί να ενωθεί με το κάλυμμα χρησιμοποιώντας μια θέση και περιστροφή κίνησης και κλειδώματος. Το κάλυμμα έχει μεγάλη κυκλική τομή στο κέντρο και μικροσκοπικά ορθογώνια κοψίματα εκατέρωθεν. Αυτό το κύριο κάλυμμα μπορεί απλά να αφαιρεθεί για να δώσει πρόσβαση στο εσωτερικό του ρομπότ και μπορεί επίσης να υποστηρίξει μια βάση από τούβλα Lego, επιτρέποντας την προσθήκη περισσότερων τούβλων στην κορυφή του ρομπότ. Αυτή η επιλογή δίνει τη δυνατότητα στους δασκάλους των χαμηλότερων τάξεων να συνδυάσουν FOSSBot με άλλα έργα Lego και μπορεί να βοηθήσει στην προσθήκη νέων δραστηριοτήτων στο FOSSBot.

Ηλεκτρονικά

Η επιλογή των ηλεκτρονικών στοιχείων είναι μια διαδικασία που έχει γίνει με μεγάλη προσοχή, ώστε να επιλεγούν τα κατάλληλα ηλεκτρονικά που είναι εύκολα αναζητήσιμα στην αγορά, συμβατά με Raspberry Pi, έχουν μικρό κόστος αλλά και ικανά να παρέχουν την μέγιστη δυνατή λειτουργικότητα στο ρομπότ. Ο κατάλογος των ηλεκτρονικών περιλαμβάνει τα ακόλουθα: γυροσκόπιο, επιταχυνσιόμετρο, δύο χιλιομετρητές (Evripidou, και συν.), δύο κινητήρες για τους τροχούς, RGB LED, επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λιθίου και αισθητήρας μπαταρίας για τη μέτρηση της ισχύος τους, αντίσταση φωτογραφίας, αισθητήρας απόστασης υπερήχων, ηχείο και τέλος κενό/απόσταση υπέρυθρων αισθητήρας. Με την χρήση των παραπάνω ηλεκτρονικών εξαρτημάτων τα οποία είναι χαμηλού κόστους και εύκολα διαθέσιμα  ευρέως, το FOSSBot μπορεί να κατασκευαστεί με κόστος μικρότερο από 200 USD. Ταυτόχρονα, σε περίπτωση που κάποιο ηλεκτρονικό εξάρτημα είναι ελαττωματικό ή κάποιο πλαστικό μέρος φθαρθεί μπορεί να αντικατασταθεί αρκετά εύκολα.

Όλα τα ηλεκτρονικά στοιχεία του ρομπότ συνδέονται πάνω στην πλακέτα. Μερικές από τις πλακέτες που είχαμε εξετάσει ως πιθανές επιλογές ήταν Raspberry Pi (Zero or 4), Arduino MKR and ESP32. Εν τέλει η πλακέτα που επιλέχθηκε είναι η Raspberry Pi Zero, με πρόσβαση στο Ίντερνετ και δυνατότητα χρήσης της ολοκληρωμένης έκδοσης της γλώσσας προγραμματισμού Python και των βιβλιοθηκών της καθώς και του Docker για την συνεχή ενημέρωση του λογισμικού.

Εικόνα 2: Ηλεκτρονικά στοιχεία του FOSSBot

Λογισμικό του FOSSBOT

Το FOSSBot βασίζεται σε μια αρθρωτή στοίβα λογισμικού, η οποία επιτρέπει την υλοποίηση διαφόρων λειτουργιών προγραμματισμού, οι οποίες ενορχηστρώνονται μέσω ενός GUI και τον εύκολο έλεγχο του υλικού μέσω μιας βιβλιοθήκης λογισμικού που λειτουργεί ως λειτουργικό σύστημα του FOSSBot. Η στοίβα περιλαμβάνει το Google Blockly, το Python Jupyter, το Python Flask για τη φιλοξενία του GUI του FOSSBot, τη βασική βιβλιοθήκη FOSSBot γραμμένη σε Python για τον έλεγχο του υλικού του ρομπότ και, τέλος, τον χρήστη μέσω της διεπαφής χρήστη. Περιλαμβάνει μια χειροκίνητη λειτουργία που παρέχει, δηλαδή έναν τρόπο ελέγχου του ρομπότ χωρίς καμία γνώση προγραμματισμού.

Το λογισμικό FOSSBot έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τις τελευταίες εκδόσεις των προαναφερθέντων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των Docker, Continuous Integration και Logical Microservices Integration (CI). Όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, ο προγραμματισμός του ρομπότ μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους, οι οποίοι περιγράφονται παρακάτω.

Εικόνα 3: Λογισμικό

Τρόποι λειτουργίας

Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι χρήσης του FOSSBot, όπως απεικονίζονται και στην παραπάνω εικόνα. Η χρήση της διεπαφής του FOSSBot επιτρέπει στον χρήστη να επιλέξει έναν από τους πιθανούς τρόπους χρήσης:

• της διεπαφής χρήστη χωρίς κωδικοποίηση που είναι κατάλληλη για παιδιά προσχολικής ηλικίας και παρουσιάζει τις κυρίως δυνατότητες του ρομπότ, για παράδειγμα μετακίνηση του ρομπότ προς τα μπροστά ή πίσω

• της διεπαφής χρήστη κωδικοποίησης που βασίζεται σε μπλοκ που εστιάζει σε μαθητές πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης

• της συγγραφής κώδικα σε σημειωματάρια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διδασκαλία μαθητών Λυκείου Μαθητές Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης και διδάσκοντας στους μαθητές τις βασικές αρχές του προγραμματισμού Python (όπως βρόχους, συνθήκες, συμβάντα κ.λπ.).

• της συγγραφής σεναρίων σε Python απευθείας στο κέλυφος προγραμματισμού FOSSBot, ελέγχοντας των ηλεκτρονικών στοιχείων του ρομπότ σε χαμηλό επίπεδο.

Συνεχής ανάπτυξη λογισμικού και ενημερώσεις

Το FOSSBot αποτελείται από ένα σύστημα μοντέρνας αρχιτεκτονικής, με κάθε κομμάτι του λογισμικού να βρίσκεται σε ξεχωριστή εικόνα του Docker, με συνεχής ενοποίηση τους μέσω συνεχών αναβαθμίσεων του λογισμικού του. Η αρχιτεκτονική βασίζεται στην συνεχής ενοποίηση (CI) και αυτό επιτυγχάνεται μέσω του Github, το οποίο πέρα από ότι είναι ένα αποθετήριο κώδικα, διαθέτει και εργαλεία για την σωστή οργάνωση και συνεργασία των μελών της ομάδας αλλά και την συνεχή αναβάθμιση και ενημέρωση των αρχείων του λογισμικού του ρομπότ. Πέρα από το Github, χρησιμοποιείται και το Docker Hub, στο οποίο προωθούνται οι αλλαγές που γίνονται κάθε φορά στον κώδικα στο Github, ώστε να υπάρχει διαθέσιμη η εικόνα της τελευταίας.

Εκπαιδευτικά σενάρια FOSSBOT

Όπως έχει αναφερθεί και σε προηγούμενες ενότητες, το FOSSBot προσφέρει ποικίλους τρόπους δημιουργίας εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων για παιδιά και μαθητές όλων των βαθμίδων. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση των μπλοκς αλλά και των ποικίλων αισθητήρων και ηλεκτρονικών στοιχείων που διαθέτει το ρομπότ. Ακολουθούν μερικά ενδεικτικά παραδείγματα:

• Ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει ένα δικό του πρόγραμμα με όσες εντολές επιθυμεί να διαλέξει από την βιβλιοθήκη εντολών. Έτσι μπορεί να ξεκινήσει δημιουργώντας απλούστερες δομές και στην συνέχεια πιο πολύπλοκες, συνδυάζοντας εντολές επανάληψης, δομές επιλογής, αισθητήρες ή και μεταβλητές.

• Στο κάτω μέρος του ρομπότ υπάρχουν 3 αισθητήρες infrared reflective obstacle avoidance, χάρη στους οποίους το ρομπότ έχει την δυνατότητα να ακολουθεί την μια μαύρη συνεχόμενη γραμμή στο πάτωμα. Κατά αυτόν τον τρόπο, το ρομπότ μπορεί να εκτελεί μια απόσταση φτάνοντας σε κάποιο στόχο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνοδευτικά με κάποιο χαλάκι στο οποίο να απεικονίζονται διαδρομές.

• Μπορούν ακόμα να διεκπεραιωθούν πειράματα με την χρήση του ultrasonic αισθητήρα απόστασης, με σκοπό το ρομπότ να ακολουθήσει ή να αποφύγει κάποιο  αντικείμενο. Πως μπορεί να επιτευχθεί αυτό; Στο μπροστινό μέρος του ρομπότ, φαίνονται να υπάρχουν δύο μάτια. Αυτά δεν έχουν μόνο διακοσμητικό ρόλο αλλά και πρακτικό, αφού είναι αισθητήρες υπερήχων. Αυτοί με την εκπομπή υπερηχητικών κυμάτων μπορούν να υπολογίσουν την απόσταση ενός αντικειμένου που βρίσκεται μπροστά τους. Συνεπώς, αφού το ρομπότ έχει την δυνατότητα να εντοπίσει κάποιο αντικείμενο μπροστά του, αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί με δύο τρόπους, είτε να το ακολουθήσει σε περίπτωση που το μπροστινό αντικείμενο κινείται είτε να το αποφύγει σε περίπτωση που αυτό είναι ακίνητο και δεν θέλουμε να υπάρξει σύγκρουση. Ένα τέτοιο παράδειγμα θα ήταν ο υπολογισμός της απόστασης του αντικειμένου από το σταθμευμένο ρομπότ και στην συνέχεια ο μαθητής να δώσει τις κατάλληλες εντολές από το περιβάλλον του Blockly, ώστε το ρομπότ να κινηθεί με τον κατάλληλο τρόπο για να αποφύγει το σταθμευμένο αντικείμενο μπροστά του.

• Ένα άλλο πείραμα είναι αυτό με την χρήση ultrasonic αισθητήρα απόστασης, ώστε να δοθεί η απάντηση στο ερώτημα: «Πως επηρεάζονται τα υπερηχητικά σήματα από τα υλικά;» Τα υπερηχητικά κύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πειράματα τόσο για την μέτρηση της απόστασης, που αναφέρθηκαν παραπάνω, όσο και για το πως επηρεάζονται από το υλικό πάνω στο οποίο θα “χτυπήσουν”. Για παράδειγμα, αν τα υπερηχητικά κύματα που θα εκπέμψει ο αισθητήρας του ρομπότ, πέσουν πάνω σε ύφασμα, τότε αυτά θα χαθούν στο χώρο και η τιμή της απόστασης που θα προκύψει ως μέτρηση, δεν θα είναι σωστή. Αντίθετα, αν τα υπερηχητικά κύματα πέσουν κ ανακλάσουν πάνω σε σκληρή επιφάνεια, η τιμή της απόστασης θα είναι πολύ πιο κοντά στην πραγματική. Ακόμα, αν τα υπερηχητικά κύματα πέσουν πάνω σε γωνία, πιθανόν δεν θα υπάρξει μέτρηση για την απόσταση ανάμεσα στο ρομπότ και στην γωνία.

• Στο πίσω μέρος του ρομπότ, υπάρχει μια ειδική θήκη, στην οποία μπορεί να τοποθετηθεί κάποιο μολύβι ή στυλό. Τα παιδιά χρησιμοποιώντας το περιβάλλον του Blockly, μπορούν να δώσουν τις κατάλληλες εντολές, έτσι ώστε το ρομπότ να κινηθεί με τέτοιο τρόπο για να σχεδιαστεί στην επιφάνεια πάνω στην οποία κινείται το ρομπότ το σχήμα που πρέπει να προκύψει. Η προσθήκη μολυβιού/ στυλού στην ειδική θήκη δίνει την δυνατότητα χρήσης του ρομπότ για τον σχεδιασμό βασικών σχημάτων.

Συμπεράσματα και επόμενα βήματα

Από την πρώτη στιγμή, το FOSSBot υποστηρίχθηκε από ομάδες ανοικτού κώδικα, όπως το GFOSS και το Ίδρυμα Ωνάση, που χρηματοδότησαν τη συναρμολόγηση των πρώτων 100 FOSSBots. Ακόμα, το πρόγραμμα Google Summer of Code χρηματοδότησε τον πρώτο γύρο ανάπτυξης. Φυσικά, υποστήριξη βρέθηκε από φοιτητές και καθηγητές ελληνικών πανεπιστημίων που έχουν αγκαλιάσει την όλη πρωτοβουλία, για την προσεκτική σχεδίαση μπλοκ κώδικα και την προσφορά της μέγιστης λειτουργικότητας του ρομπότ μέσα από τα σχεδιασμένα και υλοποιημένα μπλοκ. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη περιθώρια βελτίωσης για να καταστεί το FOSSBot ανταγωνιστικό σε σχέση με τις υπάρχουσες εμπορικές λύσεις. Ο κύριος στόχος μας είναι να λύσουμε όλα τα προβλήματα που σχετίζονται με το λογισμικό FOSSBot και να απλοποιήσουμε τη διαδικασία συναρμολόγησης σχεδιάζοντας μια ειδική πλακέτα που ενσωματώνει το μεγαλύτερο μέρος της καλωδίωσης. Παράλληλα, η ομάδα ανάπτυξης εργάζεται σε στενή επαφή με τους εκπαιδευτικούς για τη δημιουργία διδακτικού υλικού.

Ευχαριστίες

Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν τους φοιτητές από το Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Αθηνών που υποστήριξε την ανάπτυξη και τη συναρμολόγηση του FOSSBot μέχρι τώρα: Θανάσης Αποστολίδης, Δημήτρης Χαρίτος, Γιώργος Καζάζης. Επίσης οι φοιτητές του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Αθηνών που συνέβαλε με κώδικα στο GSoC: Γιώργος Λοϊζίδης, Δανάη Μπρίλλη καθώς και την εξειδικευμένη ομάδα εκπαιδευτών STEM από το GFOSS για την υποστήριξη των αναδυόμενων εκπαιδευτικών αναγκών και ιδεών μέσω της προσεκτικής σχεδίασης των μπλοκς. Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό οι άνθρωποι από την Ελληνική Εταιρεία Ελεύθερου Λογισμικού Ανοικτού Κώδικα (GFOSS) και ιδιαίτερα ο Θόδωρος Καρούνος που πίστεψαν στο FOSSBot και υποστηρίζουν την προσπάθεια από την αρχή του.

Αναφορές

1. Alimisis, D. (2013). Educational robotics: Open questions and new challenges. Themes in Science and Technology Education, σσ. 6, 63–71.

2. Benitti, F. (2012). Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review. Computers & Education, σσ. 58, 978-988.

3. Eguchi, A., & Shen, J. (2012). Student learning experience through CoSpace educational robotics. In Proceedings of the Society for Information Technology & Teacher Education International Conference. Association for the Advancement of Computing in 429.

4. Evripidou, S., Georgiou, K., Doitsidis, L., Amanatiadis, A., Zinonos, Z., & Chatzichristofis, S. (χ.χ.). Educational robotics: Platforms, competitions and expected learning outcomes. doi:10.1109/ACCESS.2020.3042555

5. Li, Y., Wang, K., Xiao, Y., & Froyd, J. (2020). Research and trends in STEM education: A systematic review of journal publications. International Journal of STEM Education, σσ. 7, 1–16.

6. Miglino, O., Lund, H., & Cardaci, M. (1999). Robotics as an educational tool. Journal of Interactive Learning Research.

7. Papert, S., & Harel, I. (1991). Situating constructionism. Constructionism.

8. Shen, V., Yang, C., Wang, Y., & Lin, Y. (2012). Application of high-level fuzzy Petri nets to educational grading system. Systems with Applications, σσ. 39, 12935–12946.

9. Stager, G. (2010). A constructionist approach to teaching with robotics. In Proceedings of the Proceedings of Constructionism and Creativity Conference. Paris, France.

10. Wan, Z., Jiang, Y., & Zhan, Y. (2021). STEM education in early childhood: A review of empirical studies. Early Education and Development, σσ. 32, 940–962.

Γεωδυναμικό Ινστιτούτο, Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (1), Τμήμα Έρευνας και Ανάπτυξης, Ελληνογερμανική Αγωγή (2)

g.choul@noa.gr (1), sotiriou@ea.gr (2)

Εισαγωγή – Η ανάγκη της εισαγωγής της Εκπαιδευτικής Σεισμολογίας στη σχολική εκπαίδευση

Η Ελλάδα είναι η πιο σεισμογενής χώρα στην Ευρώπη [1] ενώ βρίσκεται στην έκτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο επομένως οι πολίτες της – από μικρή ηλικία – θα πρέπει να γνωρίζουν τις επιπτώσεις της έντονης σεισμικής δραστηριότητας της περιοχής. Η μείωση των επιπτώσεων των σεισμών μπορεί να επιτευχθεί όταν οι πολίτες έχουν ενημερωθεί σχετικά με τα μέτρα αντισεισμικής προστασίας που πρέπει να λάβουν πριν, κατά τη διάρκεια και μετά από έναν σεισμό. Σε ότι αφορά στη σχολική κοινότητα, καθοριστικής σημασίας είναι η ανάπτυξη «αντισεισμικής» συνείδησης και συμπεριφοράς στους εκπαιδευτικούς και στους μαθητές με τη διαρκή ευαισθητοποίηση, ενημέρωση και εκπαίδευσή τους. Η ενημέρωση των μαθητών σε θέματα αντισεισμικής προστασίας θα πρέπει να αποτελεί μέρος της καθημερινής σχολικής διαδικασίας, γι” αυτό το λόγο ο Οργανισμός Αντισεισμικού Σχεδιασμού και Προστασίας [2] διοργανώνει σε συνεργασία με τους Υπεύθυνους Αγωγής Υγείας και τους Υπεύθυνους Σχολικών Δραστηριοτήτων της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, σεμινάρια και σχετικές εκδηλώσεις. Τα σεμινάρια αυτά απευθύνονται στους Διευθυντές των σχολικών μονάδων και στους εκπαιδευτικούς που έχουν οριστεί ως υπεύθυνοι για τη σύνταξη των σχολικών σχεδίων έκτακτης ανάγκης με στόχο τη διαρκή ευαισθητοποίηση, ενημέρωση και εκπαίδευσή τους σε θέματα διαχείρισης του σεισμικού κινδύνου στις σχολικές μονάδες. Παρά τη σημαντική προσπάθεια που λαμβάνει χώρα σε αυτό το πλαίσιο στις περισσότερες περιπτώσεις οι δράσεις αυτές πραγματοποιούνται μεμονωμένα και αποσπασματικά και δεν έχουν τα αναμενόμενα αποτελέσματα.

Εικόνα 1. Η γεωγραφική κατανομή των σχολικών μονάδων – κόμβων του Δικτύου που διαθέτουν σχολικούς σεισμογράφους.Στο Δίκτυο συμμετέχουν 60 σχολικές μονάδες από την Ελλάδα, την Κύπρο, την Τουρκία, την Ιταλία, τη Βουλγαρία, τη Ρουμανία, την Πορτογαλία και το Ισραήλ.

Στόχος μας είναι να μετατρέψουμε σχολικές μονάδες σε διαφορετικές περιοχές της χώρας, σε Κόμβους Έρευνας και Καινοτομίας στην εκπαιδευτική σεισμολογία, σε κέντρα Επιμόρφωσης και Ενημέρωσης για τον Σεισμικό κίνδυνο ώστε να πραγματοποιηθεί μια μεγάλης κλίμακας εφαρμογή των προτεινόμενων ιδεών και προσεγγίσεων που θα αποτελέσει τη βάση για μελλοντική επέκταση των δράσεων σε όλα τα ελληνικά σχολεία (OECD 2002a, OECD 2020b). Παράλληλα έχουμε αναπτύξει ένα παιδαγωγικό πλαίσιο το οποίο επιτρέπει την επιτυχή ένταξη της Υπεύθυνης Έρευνας και Καινοτομίας στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών (EU, 2014, Sotiriou et al., 2020). Έτσι καθοδηγούμε τους μαθητές στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών, χρησιμοποιώντας τις πραγματικού (ή παρελθόντος) χρόνου σεισμολογικές παρατηρήσεις ως στοιχεία μιας επιστημονικής έρευνας. H ένταξη των αρχών της Υπεύθυνης Έρευνας και Καινοτομίας μπορεί να είναι ιδιαίτερα ωφέλιμη για τους μαθητές, καθώς τους υποστηρίζει στην ανάπτυξη κριτικής σκέψης και στην ενίσχυση συνεργατικών δεξιοτήτων, ενώ η ενίσχυση της διαθεματικότητας είναι σημαντική για τη δημιουργία του ενεργού πολίτη. Επιχειρώντας να βιώσουν οι μαθητές το ρόλο του υπεύθυνου και ενεργού πολίτη μετατρέπει το σχολείο τους σε κόμβο ενημέρωσης της τοπικής κοινωνίας για το φαινόμενο του σεισμού (Coiro et al., 2016). Έτσι οι μαθητές αντιλαμβάνονται τον τρόπο με τον οποίο η επιστημονική πληροφορία, τα δεδομένα και τα συμπεράσματα που προκύπτουν, πρέπει να μεταφέρονται στο ευρύ κοινό ώστε να μην δημιουργούν φόβο απέναντι στο φαινόμενο. Οι δράσεις αυτές έχουν σαν στόχο να ενισχύσουν το επιστημονικό δυναμικό των τοπικών κοινωνιών με αναφορά την ενημέρωση και την πληροφόρηση για το φαινόμενο του σεισμού (Harris and Jones, 2028).

Δράσεις των Σχολικών Κόμβων του Δικτύου

Οι κόμβοι που ήδη λειτουργούν στις σχολικές μονάδες διοργανώνουν δράσεις σε τουλάχιστον τέσσερα επίπεδα

• σχεδιάζουν, φιλοξενούν και υποστηρίζουν δράσεις όπου οι μαθητές και εκπαιδευτικοί των σχολικών μονάδων υλοποιούν ερευνητικές δραστηριότητες (projects) που θα βασίζονται στην καταγραφή σεισμικών δονήσεων μέσω χαμηλού κόστους σεισμογράφων και την ανάλυση τους. Αναπτύσσονται δράσεις (με την επιστημονική καθοδήγηση της ερευνητικής ομάδας του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου) για την πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση όπου η πολυπλοκότητα αυξάνεται ανάλογα με τις εκπαιδευτικές ανάγκες των μαθητών και των εκπαιδευτικών τους. Οι δραστηριότητες είναι διαθεματικές και θα καλύπτουν μεγάλο φάσμα θεματικών περιοχών, γεωμετρικά και μαθηματικά προβλήματα (εύρεση επικέντρου του υπό μελέτη σεισμού), γεωγραφικά και γεωλογικά ζητήματα (διάκριση τεκτονικών και ηφαιστειακών σεισμών, τομογραφία της γης), τεχνολογικές κατασκευές και νόμοι της φυσικής (σχεδιασμός και κατασκευή σεισμογράφου με χρήση εκκρεμούς και νόμων του ηλεκτρομαγνητισμού), ανάπτυξη υπολογιστικής σκέψης και κώδικα (ανάπτυξη εφαρμογών σκανδαλισμού και έγκαιρης προειδοποίησης σε Scratch και Python). Οι εργασίες των μαθητών δημοσιεύονται στο Διεθνές Μαθητικό Επιστημονικό Περιοδικό Open Schools Journal for Open Science που δέχεται (με κρίση από την ερευνητές) άρθρα από τους μαθητές που περιγράφουν τα projects και τα αποτελέσματα τους. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές σχηματίζουν την εικόνα του πλήρους κύκλου της επιστημονικής διαδικασίας: σχεδιασμός πειράματος, συλλογή και ανάλυση δεδομένων και δημοσίευση των αποτελεσμάτων στην μαθητική επιστημονική κοινότητα.

Εικόνα 2. Σε κάθε σχολική μονάδα του δικτύου εγκαθίσταται χαμηλού κόστους εκπαιδευτικός σεισμογράφος ο οποίος είναι συνδεδεμένος με τη κεντρική βάση σεισμολογικών δεδομένων του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Η ερευνητική ομάδα του Δικτύου έχει σχεδιάσει και παρέχει στις σχολικές μονάδες τον απαραίτητο εξοπλισμό αλλά και αναλυτικές οδηγίες προς την εκπαιδευτική κοινότητα για την κατασκευή σεισμογράφων από τους μαθητές στο πλαίσιο εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων, όπως για παράδειγμα τα Εργαστήρια Δεξιοτήτων.

• υποστηρίζουν δράσεις συνεργασίας μεταξύ των σχολικών μονάδων του δικτύου (π.χ. υπολογισμός της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων, συνθήκες σύμπτωσης μεταξύ διαφορετικών σταθμών, ακριβής εντοπισμός επικέντρου) με στόχο την προσομοίωση της ερευνητικής μεθοδολογίας η οποία βασίζεται στη συλλογή ποιοτικών δεδομένων, στον διαμοιρασμό τους και την συστηματική συνεργασία των επιστημόνων για την ανάλυση τους. Η προτεινόμενη δράση «επιβάλλει» τη συνεργασία μεταξύ των κόμβων για την επίτευξη του κοινού ερευνητικού στόχου αλλά ταυτόχρονα βοηθά τους μικρούς μαθητές να κατανοήσουν πόσο σημαντικό είναι ο κάθε σεισμογράφος να λειτουργεί σωστά ώστε να παρέχει ακριβή δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές εισάγονται στις αρχές της Υπεύθυνης Έρευνας.

Εικόνα 3. Η πρόσβαση στα σεισμολογικά δεδομένα που συγκεντρώνουν οι κόμβοι του Δικτύου είναι διαθέσιμα σε όλους μέσω της διαδραστικής διαδικτυακής πλατφόρμας του Δικτύου. Η βάση σεισμολογικών δεδομένων περιέχει περισσότερες από 15000 καταγραφές σεισμών από το 2015 μέχρι και σήμερα. Οι μαθητές και οι εκπαιδευτικοί μπορούν να ανατρέξουν σε οποιαδήποτε χρονική περίοδο μέσα στο χρονικό αυτό διάστημα και να χρησιμοποιήσουν τα αντίστοιχα δεδομένα για τις δραστηριότητες τους. Στην εικόνα παρουσιάζεται η καταγραφή των πρόσφατων καταστροφικών σεισμών στην Τουρκία από τον σεισμογράφο της Ελληνογερμανικής Αγωγής στην Παλλήνη Αττικής.

• οι σχολικές μονάδες λειτουργούν ως κέντρα κατάρτισης επιμόρφωσης για άλλους εκπαιδευτικούς αλλά και ενημέρωσης για την τοπική κοινωνία. Μέσω της κατάρτισης οι εκπαιδευτικοί σχεδιάζουν νέα σενάρια και δράσεις όπου άλλοι εκπαιδευτικοί μπορούν να παρέμβουν προσαρμόζοντας τα στις δίκες τους ανάγκες. Υλοποιούνται σεμινάρια και επιμορφώσεις αλλά και υποστηρίζεται η ανάπτυξη εικονικών κοινοτήτων μάθησης μέσω της διαδικτυακής πλατφόρμας που λειτουργεί σαν αποθετήριο των σεισμικών καταγραφών αλλά και του εκπαιδευτικού περιεχομένου που έχει αναπτυχθεί αλλά και αναπτύσσεται από τη χρήση τους. Οι κόμβοι δεν υποστηρίζουν μόνο εκπαιδευτικούς και άλλες σχολικές μονάδες της περιοχής τους αλλά και εκπαιδευτικές κοινότητες σε όλη τη χώρα μέσα από το διαδίκτυο.
• Τέλος οι σχολικές μονάδες αποτελούν κεντρικά σημεία υποστήριξης διαγωνισμών και δράσεων εθνικής εμβέλειας (π.χ. διαγωνισμών για την κατασκευή σεισμογράφων, έξυπνων αλγορίθμων για την έγκαιρη προειδοποίηση για επερχόμενους σεισμούς, hackanthons μεταξύ μαθητών ή φοιτητών).

Για την υλοποίηση των παραπάνω δράσεων έχει σχεδιασθεί μία διαδραστική διαδικτυακή πλατφόρμα που λειτουργήσει ως εικονικός κόμβος καινοτομίας και επιμόρφωσης για μαθητές, και εκπαιδευτικούς. Έτσι προσφέρεται η δυνατότητα αξιοποίησης των δεδομένων που συλλέγονται και αποθηκεύονται από τους σχολικούς σεισμογράφους του δικτύου, σε πραγματικό χρόνο, από όλες τις σχολικές και εκπαιδευτικές κοινότητες (π.χ. φοιτητές) της χώρας. Όλοι μπορούν να επιλέξουν σεισμικά γεγονότα (σε χρόνο και περιοχή) και να χρησιμοποιήσουν την καταγραφή τους στους διαφορετικούς σταθμούς του δικτύου για περεταίρω ανάλυση. Στην πλατφόρμα του έργου, εκτός από το εκπαιδευτικό υλικό για τον καθηγητή (σχέδια μαθημάτων, προτεινόμενες δραστηριότητες κτλ.) παρέχεται και υλικό υποστήριξης – διαχείρισης του εκπαιδευτικού εργαλείου το οποίο απευθύνεται στον χρήστη (μαθητή – εκπαιδευτικού).

Αξιολόγηση των μαθησιακών αποτελεσμάτων του έργου

Η άμεση και δημιουργική χρήση των επιστημονικών δεδομένων στις δράσεις που υλοποιούνται στους κόμβους του Δικτύου προσφέρουν έναν αποτελεσματικό τρόπο βελτίωσης των αποτελεσμάτων τόσο των προγραμμάτων σπουδών όσο και της αξιολόγησης των μαθητών, των διδακτικών πρακτικών και του σχολείου, ως οργανισμού. Οι τεχνολογικά υποστηριζόμενες αξιολογήσεις και οι μηχανισμοί υποστήριξης που βασίζονται σε τέτοιες αναλύσεις βοηθούν τη διδασκαλία και τη μάθηση μέσω της κοινοποίησης στοιχείων μαθησιακής προόδου και μέσω παροχής ιδεών στους δασκάλους, τους διευθυντές των σχολείων, τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, τους γονείς και το σημαντικότερο, τους ίδιους τους μαθητές. Αυτές οι αξιολογήσεις μπορούν να ενσωματωθούν στις εκπαιδευτικές δραστηριότητες προκειμένου να ελαττωθούν οι ασυνέχειες κατά τη διάρκεια του μαθησιακού χρόνου. Για παράδειγμα, η οργάνωση των διερευνητικών δραστηριοτήτων στο πλαίσιο της προετοιμασίας των μαθητών για τα σχέδια εργασίας (projects) επιτρέπει την εισαγωγή μεθόδων με σκοπό την ανάλυση των επιδράσεων κατά την υλοποίηση κατάλληλων δραστηριοτήτων που προωθούν τη δεξιότητα επίλυσης πολύπλοκων προβλημάτων. Η αξιολόγηση των δράσεων που έχουμε σχεδιάσει και υλοποιούμε πραγματοποιείται σε δύο επίπεδα.

Ενισχύοντας την Ανοικτότητα του Σχολείου: Για την καταγραφή της επίδρασης των δράσεων που υλοποιούνται στις σχολικές μονάδες έχουμε ορίσει μία σειρά δεικτών που επιβεβαιώνουν την αύξηση της ανοικτότητας του σχολείου (Sotiriou et al., 2021[i]). Παράδειγμα τέτοιων δεικτών είναι το σχολείο να έχει α) ένα σαφές όραμα και στρατηγική (σχολικό αναπτυξιακό σχέδιο) που περιγράφει λεπτομερώς πώς το σχολείο θα υποστηρίξει τους μαθητές και τους εκπαιδευτικούς για να συμβάλουν στο ανοιχτό σχολείο, β) στρατηγικές για την ενθάρρυνση προσεγγίσεων που βασίζονται στην επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων, στην ανάπτυξη κριτικής σκέψης, στην ομαδική εργασία, στην ενεργό πολιτειότητα και την συμμετοχή όλων των μαθητών, γ) στρατηγικές/σχέδια για την επαγγελματική ανάπτυξη των εκπαιδευτικών ώστε να εντάσσουν συστηματικά σχετικές δράσεις στο αναλυτικό πρόγραμμα, δ) υποστηρίζει την ανάπτυξη ενός διεπιστημονικού περιβάλλοντος όπου οι μαθητές και εκπαιδευτικοί ενθαρρύνονται να δοκιμάζουν νέες ιδέες και προσεγγίσεις. Στην Εικόνα 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στα σχολεία του Δικτύου το σχολικό έτος 2021-2022.

Ενισχύοντας το Ενδιαφέρον και το Κίνητρο των Μαθητών: Σε ένα τέτοιο περιβάλλον είναι σημαντικό οι διευθυντές των σχολείων και οι εκπαιδευτικοί να αναγνωρίσουν ότι υπάρχουν βασικές συνθήκες που υποστηρίζουν βαθύτερα μαθησιακά αποτελέσματα και στρατηγικές και ότι οι συνθήκες αυτές είναι διαδοχικές και βασίζονται και οικοδομούνται η μία πάνω στην άλλη. Η βασικότερη προϋπόθεση είναι η ανάπτυξη μιας κουλτούρας που επικεντρώνεται στη μάθηση και προάγει την πεποίθηση ότι όλοι είμαστε συλλογικά υπεύθυνοι για τα μαθησιακά αποτελέσματα. Αυτές είναι δύο διαφορετικές έννοιες, εξαιρετικά σημαντικές και οι δύο. Υπάρχουν έξι στρατηγικές και παιδαγωγικές πρακτικές κοινές σε όλα τα σχολεία αφιερωμένες σε βαθύτερα μαθησιακά αποτελέσματα για τους μαθητές. Οι εκπαιδευτικοί πρέπει:

• Να ενδυναμώνουν τους μαθητές
• Να πλαισιώνουν (contextualize) τη γνώση
• Να συνδέουν τη γνώση με εμπειρίες του πραγματικού κόσμου
• Να διευρύνουν τη μάθηση πέρα από το σχολείο
• Να εμπνέουν τους μαθητές προσαρμόζοντας τις μαθησιακές εμπειρίες
• Να ενσωματώνουν την τεχνολογία με τρόπο που ενισχύει τη μάθηση

Εικόνα 4. Το γράφημα αποδίδει την αύξηση της ανοικτότητας των σχολικών μονάδων – κόμβων του Δικτύου κατά τη διάρκεια ενός σχολικού έτους. Η μέτρηση έχει πραγματοποιηθεί μα βάση τους βασικούς δείκτες ανοικτότητας (Sotiriou et al., 2021) και αναδεικνύει τη σημαντική επίδραση των δραστηριοτήτων των σχολικών μονάδων στην αύξηση της ανοικτότητας τους.

Εικόνα 5. Το γράφημα αποδίδει την αύξηση της ανοικτότητας των σχολικών μονάδων – κόμβων του Δικτύου κατά τη διάρκεια ενός έτους σε σχέση με την αύξηση του Ενδιαφέροντος των μαθητών όπως μετρήθηκε με τυποποιημένα εργαλεία (Glynn et al., 2011). Παρατηρούμε πως όσο πιο ανοικτό είναι το σχολικό περιβάλλον τόσο μεγαλύτερο είναι το Ενδιαφέρον των μαθητών για την επιστήμη.

Στην έρευνα μας, στα σχολεία του Δικτύου, μετρήθηκε με τυποποιημένα εργαλεία (Glynn et al., 2011, Bryan et al., 2011), το Ενδιαφέρον και το Κίνητρο των μαθητών να ασχοληθούν με την επιστήμη πριν και μετά την υλοποίηση των σχετικών δραστηριοτήτων. Παρατηρήσαμε πως όσο πιο ανοικτό είναι το σχολικό περιβάλλον (σημαντική αύξηση της ανοικτότητας) τόσο μεγαλύτερο είναι το Ενδιαφέρον των μαθητών για την επιστήμη. Τα δεδομένα αυτά προέρχονται από 2117 μαθητές και μαθήτριες από τα 60 σχολεία που συμμετέχουν στο Δίκτυο. Τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν την εξαιρετική σημασία που έχει για τη βελτίωση των μαθησιακών αποτελεσμάτων η ανοικτότητα της εκπαιδευτικής κοινότητας.

Εικόνα 6. Στο πλαίσιο της έρευνας μας παρατηρήσαμε σημαντική διαφοροποίηση της στάσης των μαθητών σε πολλές παραμέτρους που διαμορφώνουν την προσωπική ευθύνη για σημαντικά κοινωνικά θέματα και προκλήσεις αλλά και τη διάθεση για συμμετοχή στα κοινά και την αίσθηση της οικειοποίησης των προβλημάτων της τοπικής κοινωνίας.

Επιπρόσθετα στο πλαίσιο της έρευνας μας για την καταγραφή της επίδρασης των δράσεων του Δικτύου στην ενεργό πολιτειότητα χρησιμοποιήσαμε τα εργαλεία που έχουν αναπτυχθεί στο πλαίσιο της μεγάλης Ευρωπαϊκής πρωτοβουλίας RRI Tools ειδικά για τον σκοπό αυτόν. Παρατηρήσαμε σημαντική διαφοροποίηση της στάσης των μαθητών σε πολλές παραμέτρους που διαμορφώνουν την προσωπική ευθύνη για σημαντικά κοινωνικά θέματα και προκλήσεις αλλά και τη διάθεση για συμμετοχή στα κοινά και την αίσθηση της οικειοποίησης των προβλημάτων της τοπικής κοινωνίας.

Το φαινόμενο του σεισμού, η μελέτη του, η καταγραφή του αλλά και οι επιπτώσεις του, μέσα από την κατάλληλη παιδαγωγική προσέγγιση που ακολουθούμε, προσφέρει μία μοναδική ευκαιρία για την ένταξη της επιστημονικής μεθοδολογίας στη σχολική τάξη ενώ ταυτόχρονα, όπως αποδεικνύουν τα ερευνητικά δεδομένα, συμβάλει σημαντικά στην ανάπτυξη βασικών δεξιοτήτων των μαθητών αλλά αποτελεί και βάση για την βελτίωση της ανοικτότητας της κάθε σχολικής μονάδας.

Ανάπτυξη του Δικτύου

Οι δράσεις του Δικτύου επεκτείνονται διαρκώς. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη στους παρακάτω λόγους:

α. η υλοποίηση του (λειτουργία των φυσικών κόμβων) βασίζεται σε χαμηλού κόστους εξοπλισμό (κόστος σεισμογράφου μικρότερο των 300 ευρώ, λειτουργία με κανονική σύνδεση στο διαδίκτυο και στην υπάρχουσα υποδομή του σχολείου, για παράδειγμα σε οποιονδήποτε Η/Υ). Επιπρόσθετα από τη στιγμή της εγκατάστασης ο σεισμογράφος λειτουργεί χωρίς να απαιτείται κόστος συντήρησης ή να χρειάζεται επιτόπου τεχνική υποστήριξη.

β. Η φιλοξενία της διαδραστικής διαδικτυακής πλατφόρμας γίνεται στις υπάρχουσες υποδομές του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου, λαμβάνοντας υπόψη την απόλυτη συμβατότητα με τις εφαρμογές και τις βάσεις δεδομένων του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου. Πιθανές αναβαθμίσεις θα μπορούν πολύ εύκολα να λάβουν χώρα ή θα πραγματοποιούνται αυτόματα.

γ. Υπάρχει διαρκής ενημέρωση της βάσης δεδομένων καθώς υπάρχει διασύνδεση με το υφιστάμενο δίκτυο σεισμογράφων του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές έχουν στη διάθεση τους ένα πολύ μεγαλύτερο δίκτυο σεισμογράφων σε ολόκληρη την Ελλάδα και τις υπόλοιπες χώρες το οποίο είναι σε λειτουργία 24 ώρες την ημέρα και 365 ημέρες το χρόνο.

δ. Το εκπαιδευτικό υλικό που έχει αναπτυχθεί (αποτελεί προτεινόμενο υλικό από το ΙΕΠ για τα Εργαστήρια Δεξιοτήτων) είναι προσαρμοσμένο στο αναλυτικό πρόγραμμα της πρωτοβάθμιας και της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης με στόχο να ενταχθεί και στα μελλοντικά στα αναμορφωμένα αναλυτικά προγράμματα που θα υιοθετούν καινοτόμες εκπαιδευτικές προσεγγίσεις (αναμένεται να εφαρμοσθούν το σχολικό έτος 2025-2026).

Συμπεράσματα

Πρόκειται για μία μοναδική διαθεματική δράση που βασίζεται στη μεταφορά της γνώσης και της ερευνητικής πρακτικής από τη σεισμολογική έρευνα και τεχνολογία στην Πρωτοβάθμια και τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Προωθείται ταυτόχρονα η καλλιέργεια νοοτροπίας του υπεύθυνου πολίτη που επιδιώκει ενημερώνεται και να ανακαλύπτει διαρκώς αλλά και αναζητά λύσεις στα προβλήματα και τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι τοπικές κοινωνίες. Απώτερος σκοπός της δράσης είναι η ενημέρωση και εξοικείωση των μαθητών, των εκπαιδευτικών αλλά και της τοπικής κοινωνίας με σύγχρονες επιστημονικές τεχνικές μέσα από βιωματικά εργαστήρια κατασκευών και την παραγωγή επαναχρησιμοποιούμενου ανοιχτού εκπαιδευτικού περιεχόμενου στην Επιστήμη & Τεχνολογία (π.χ. τομέας Ρομποτικής και Ηλεκτροκίνησης), η Μηχανική και ο Μηχανολογικός Σχεδιασμός και τα Μαθηματικά (STEM: Science, Technology, Engineering, Mathematics). Η διαδικτυακή πλατφόρμα του Δικτύου συνδέει τις σχολικές αίθουσες με τα σεισμόμετρα που είναι τοποθετημένα στα σχολεία του δικτύου δίνοντας την ευκαιρία σε όλους τους μαθητές να έχουν πρόσβαση στα ανοικτά επιστημονικά δεδομένα για περεταίρω χρήση στο πλαίσιο του αναλυτικού προγράμματος και ανάλυση στο πλαίσιο διαθεματικών δραστηριοτήτων. Η ερευνητική ομάδα του έργου προτείνει εκπαιδευτικές δραστηριότητες και παρέχει το απαραίτητο υποστηρικτικό υλικό (οδηγό εφαρμογής, σχέδια μαθημάτων, απαιτούμενο λογισμικό, χρήσιμες ηλεκτρονικές διευθύνσεις, κα) για τους εκπαιδευτικούς και τους μαθητές. Είναι δυνατή έτσι η διδασκαλία εννοιών και στοιχείων από τις φυσικές επιστήμες με την ενεργό συμμετοχή των μαθητών, μέσα σε ένα πλαίσιο διαθεματικής προσέγγισης. Με αυτή τη διαδικασία αναπτύσσεται ένας δημιουργικός διάλογος μεταξύ των μαθητών από διαφορετικά σχολεία που τους επιτρέπει να επικυρώνουν τα αποτελέσματα των εργασιών τους και ταυτόχρονα τους ενισχύει στην προσπάθειά τους να κατακτήσουν έννοιες των φυσικών επιστημών και να κατανοήσουν την επιστημονική μεθοδολογία. Η αξιοποίηση των προτεινόμενων τεχνολογικών εργαλείων ενισχύει, το νέο περιβάλλον διδασκαλίας και παρέχει στους μαθητές το έναυσμα για παρατήρηση, διατύπωση υποθέσεων, δυνατότητα για πειραματισμό, καταγραφή και επεξεργασία των δεδομένων, διατύπωση θεωρίας, κατασκευή μαθηματικών μοντέλων και περαιτέρω έρευνα και παρατήρηση. Τέλος τους παρέχει τη δυνατότητα να παρουσιάζουν τα αποτελέσματά τους στα πλαίσια μιας οργανωμένης ερευνητικής και εκπαιδευτικής διαδικασίας.

Αναφορές

Ερευνητές: Απόστολος Μπιτζιλέκης Αποστολίδης  20181092@student.anatolia.edu.gr

Επιβλέπων καθηγητής: Αθηνόδωρος Μπαντής bandis@anatolia.edu.gr

Περίληψη

Σκοπός του πειράματος είναι να διερευνήσουμε πως μεταβάλλεται η ισχύς, αρά και η ενέργεια που παρέχει ένα φωτοβολταϊκό πάνελ (solar cell) σε σχέση με την γωνία που σχηματίζει η επιφάνεια με την φωτεινή δέσμη. Για το σχεδιασμό του πειράματος και την κατασκευή δημιουργήσαμε μία περιοχή χωρίς φωτισμό από άλλες πηγές ώστε να εξασφαλίσουμε ότι μόνο η φωτεινή πηγή της επιλογής μας  έπειτα απαιτείται να κατασκευάσουμε μία βάση στήριξης η οποία να περιστρέφεται, για τη μέτρηση της γωνίας θα χρησιμοποιήσουμε εφαρμογή από το κινητό τηλέφωνο. Το πάνελ θα το συνδέσουμε σε κύκλωμα με αμπερόμετρο και βολτόμετρο για τη μέτρηση της έντασης του ρεύματος και της διαφοράς δυναμικού. Θα καταλήξουμε έτσι σε συμπέρασμα για την περιοχή των γωνιών που η απόδοση του πάνελ είναι ικανοποιητική.

Λέξεις κλειδιά: Ηλιακό πάνελ, ισχύς εξόδου, ένταση ακτινοβολίας, τάση, ένταση ρεύματος.

Θεωρητική μελέτη

Το φωτοβολταϊκό πάνελ είναι μία κατασκευή που μπορεί να μετατρέπει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του ήλιου του ήλιου σε ηλεκτρική. Αποτελείται από ημιαγωγούς στους οποίους μέσω της απορρόφησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας τα ηλεκτρόνια των ατόμων μεταπηδούν σε στιβάδες υψηλότερης ενέργειας και έτσι οδηγούνται μέσω ηλεκτροδίων σε ηλεκτρικό ρεύμα. Ταυτοχρόνως εκπέμπεται και θερμότητα η οποία είναι πρακτικά απώλεια ενέργειας για το πάνελ.

Η απόδοση των φωτοβολταϊκών εξαρτάται από παράγοντες όπως το γεωγραφικό πλάτος, οι εποχές του χρόνου, η κάλυψη της ατμόσφαιρες με σύννεφα αλλά και η κλίση της ακτινοβολίας του ήλιου σε σχέση με την επιφάνεια τους. Για το λόγο αυτό τα σύγχρονα πάνελ έχουν μηχανισμούς που τα περιστρέφουν ώστε να είναι κάθετα στις ηλιακές ακτίνες.

Στην εικόνα 1 φαίνεται η επιφάνεια που καλύπτει η δέσμη ανάλογα με τη γωνία που σχηματίζει με την φωτεινή δέσμη.

Εικόνα 1

Η ένταση της ακτινοβολίας συνδέεται με την ισχύ από την σχέση

 I=PS2 (εξίσωση 1)

όπου I η ένταση ακτινοβολίας, P η ισχύς σε Watt και S το εμβαδό της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού.

Όταν η επιφάνεια είναι κάθετη η ισχύς γίνεται μέγιστη Pmax ενώ αν έχει γωνία φ σε σχέση με την κάθετη θέση τότε η ισχύς είναι:

 P=Pmax×συνφ (εξίσωση 2)

Στο πείραμα μετρήσαμε την ισχύ σε σχέση με την γωνία φ που σχηματίζει η επιφάνεια με την φωτεινή ακτίνα.

Διερευνητικό ερώτημα: «Ποια είναι η σχέση ανάμεσα στην γωνία της φωτεινής δέσμης και της ισχύος που παράγεται από το πάνελ;»

Εικόνα 2: Πραγματοποίηση του πειράματος

Πειραματική διάταξη

Για την πραγματοποίηση του πειράματος χρειάστηκαν τα εξής υλικά και όργανα (όπως στην εικόνα 2):

Φωτοβλαϊκό πάνελ διαστάσεων 20x20cm.

Καλώδια συνδέσεως.

Φωτεινή πηγή (προβολέας) ισχύος 500W.

Αντίσταση 470Ω.

Αναλογικό αμπερόμετρο.

Ψηφιακό βολτόμετρο.

Κινητό τηλέφωνο με εφαρμογή μέτρησης γωνίας.

Εικόνα

Αρχικά συνδέσαμε το κύκλωμα με το πάνελ ως πηγή/μπαταρία, και σε σειρά το αμπερόμετρο και την αντίσταση των 470Ω. Παράλληλα στην αντίσταση συνδέσαμε το βολτόμετρο.

Για τα όργανα μέτρησης, τα σφάλματα των μετρήσεων προσεγγίστηκαν ως εξής:

Το πολύμετρο (χρησιμοποιήθηκε ως αμπερόμετρο και βολτόμετρο) έχει με βάση τον κατασκευαστή σφάλμα 5%. Αυτό αφορά τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού και της έντασης του ρεύματος.

Για την εφαρμογή ‘clinometer’ της Apple με την οποία μετρήθηκε η γωνία του πάνελ η ακρίβεια μέτρησης είναι το 1ο δεκαδικό ψηφίο. Με τον τρόπο αυτό υπολογίζεται το σφάλμα στο συνθ πως φαίνεται στο παράδειγμα για τη γωνία θ = 410:

συν(410) = 0.754

συν(41.10 ) = 0.753

συν(40.90) = 0.756

Δθ=max-min2=0.756-0.7532=0.002

Με τον τρόπο αυτό υπολογίστηκε για όλες τις γωνίες

Πίνακας 1

Στη συνέχεια κατασκευάσαμε μία στήλη από χαρτόνι ώστε να αποφύγουμε την είσοδο φωτός από το περιβάλλον. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι συμπληρωμένα στον πίνακα 1

H επεξεργασία των μετρήσεων οδηγεί στην γραφική παράσταση (διάγραμμα 1)

Διάγραμμα 1

Συμπέρασμα

Τελικά μετά την διεξαγωγή του πειράματος, συμπεράναμε πως η υπόθεση μας επαληθεύθηκε, διότι οι μετρήσεις μας δείχνουν πως η ισχύς όντως αυξάνεται όπως και  η ενέργεια που παρέχει ένα φωτοβολταϊκό πάνελ (solar cell) όσο μεγαλώνει η γωνία που σχηματίζει η επιφάνεια με την φωτεινή δέσμη. Απλώς δεν επαληθεύεται με ακρίβεια η σχέση αναλογίας ανάμεσα στην ισχύ και το συνημίτονο της γωνίας όπως δείχνει ο συντελεστής συσχέτισης (correlation) της ευθείας. Επιπλέον παρατηρούμε μικρές τιμές για την ισχύ όταν οι τιμές συνθ είναι μικρές και αντίστροφα μεγάλες τιμές όταν το συνθ παίρνει μεγάλες τιμές. Αυτό είναι φανερό στο διάγραμμα. Οι αποκλίσεις μπορεί να εξηγηθούν από παράγοντες, όπως:

• Αξιοπιστία των οργάνων μέτρησης

• Πιθανώς διάχυση του φωτός που έφτανε στο πάνελ ακόμη και για μεγάλες γωνίες κλίσης

Προτάσεις βελτίωσης

Θα μπορούσαμε να επαναλάβουμε το πείραμα 2 φορές ώστε οι μετρήσεις μας να είναι ακριβέστερες έχοντας βρει τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων για τις μοίρες που υπολογίσαμε. Επίσης, ενώ καλύψαμε το φωτοβολταϊκό πάνελ, υπήρχε λίγο φως που χτυπούσε με αποτέλεσμα να διαφοροποιηθούν λίγο οι μετρήσεις σε σχέση με αυτές που περιμέναμε. Για αυτόν τον λόγο, θα μπορούσαμε να πετύχουμε να μην χτυπάει καθόλου φως μέσα στο πάνελ βάζοντας περισσότερες στρώσεις για κάλυμμα.

Βιβλιογραφία

Agrawal, D. C., Leff, H. S., & Menon, V. J. (1996). Efficiency and Efficacy of incandescent lamps. American Journal of Physics , 64 (5), 649-654.

Light Research Center. (2003, May). How are LEDs affected by heat? National Lighting Product Information Program .

M. Chegaar, A . Hamzaoui, A. Namoda, P. Petit, M. Aillerie, & A. Herguth. (2013). Effect of Illumination Intensity on Solar Cells Parameters. Energy Procedia , 36, 722-729.

Mackay, M. E. (2015). Solar Energy: An Introduction. Oxford: Oxford University Press.

Tsokos, K. A. (2008). Physics for the IB Diploma (5th Edition ed.). Cambridge: Cambridge University Press.

Νηπιαγωγός, ΜEd, ΥΠΑΙΘ (1), Νηπιαγωγός, Msc, ΥΠΑΙΘ (2), Νηπιαγωγός,  ΥΠΑΙΘ (3)

 efthbaki@gmail.com (1), mabeglopou@sch.gr (2),  tevangel@sch.gr (3)

Περίληψη

Σε έναν κόσμο που συνεχώς αλλάζει αλλά και είναι απρόβλεπτος, συχνά καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όπως π.χ. οι σεισμοί. Στόχος του συγκεκριμένου εκπαιδευτικού σεναρίου είναι οι μικροί μαθητές του Νηπιαγωγείου, να κατανοήσουν το φυσικό φαινόμενο του σεισμού, τις αιτίες του φαινομένου και να αποκτήσουν δεξιότητες επιβίωσης με τη λήψη μέτρων πρόληψης και προστασίας. Το θέμα σχετίζεται με την εκπαίδευση STE(A)M, καθώς το περιεχόμενο, οι δραστηριότητες και τα παιδαγωγικά εργαλεία προέρχονται από θέματα Επιστήμης, Μαθηματικών, Τεχνολογίας, Γλώσσας και Τέχνης. Οι μαθητές συμμετέχουν στη μάθηση και εμβαθύνουν στο θέμα με βιωματικές δραστηριότητες ενώ ερευνούν με μοντέλα. Η ανάπτυξη των δραστηριοτήτων βασίζεται στο μοντέλο 5Ε, με την ανάπτυξη των δραστηριοτήτων σε πέντε φάσεις, ενώ αξιοποιείται η διερευνητική, παιγνιώδης και συνεργατική μάθηση. Η εφαρμογή του εκπαιδευτικού σεναρίου πραγματοποιήθηκε σε συνθήκες δια ζώσης εκπαίδευσης, με τη χρήση πραγματικών αντικειμένων, χειραπτικού υλικού, ψηφιακών και εποπτικών εργαλείων, αλλά και με συμβολικό τρόπο.

Λέξεις κλειδιά: νηπιαγωγείο, steam, νέες τεχνολογίες, φυσικές επιστήμες, σεισμός

Εισαγωγή

Προκειμένου να εμπνεύσουμε τους μικρούς μαθητές ώστε να αντιληφθούν την προστιθέμενη αξία των STE(A)M δραστηριοτήτων, συμβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο στο να κεντρίσουμε το ενδιαφέρον τους για την Επιστήμη, χρειάζεται ένας ολιστικός τρόπος διδασκαλίας. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει ανάγκη να συνδυαστούν τα μαθήματα των Φυσικών Επιστημών με άλλους κλάδους, διασφαλίζοντας ότι η ολοκληρωμένη εκπαίδευση STE(A)M θα ενσωματώσει τη διδασκαλία με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνεται ελκυστική για κάθε μαθητή. Στο παρόν εκπαιδευτικό σενάριο, γίνεται μια προσπάθεια υλοποίησης ενός σεναρίου βασισμένο σε δραστηριότητες STE(A)M, αλλά και σε δραστηριότητες που δεν είναι προσανατολισμένες στο STE(A)M, με σκοπό την ολοκληρωμένη εκπαίδευση μέσω STE(Α)M. Αν δεχτούμε σύμφωνα και με τον Καριώτογλου (2006) ότι οι μαθητές έχουν διαμορφωμένες ιδέες για τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών και την ερμηνεία των φαινομένων πριν από την τυπική έναρξη της διδασκαλίας καθώς και ότι έχουν διαμορφώσει άποψη αλλά και ερμηνεία για διάφορα φυσικά φαινόμενα πριν την φοίτηση τους στο σχολείο (Driver, 1998), τότε η επιλογή της προσέγγισης του θέματος μέσω της εκπαίδευσης STE(Α)M με τον εμπλουτισμό της μαθησιακής εμπειρίας των μαθητών βοηθά τους μαθητές να μεταφέρουν τη γνώση τους, να λύσουν νέα προβλήματα και να εξάγουν συμπεράσματα βασιζόμενοι σε προηγούμενες αρχές που εφάρμοσαν μέσω φυσικών επιστημών, τεχνολογίας, μηχανικής, και μαθηματικών (Roberts, 2012). Η δημιουργία και η εφαρμογή του παραπάνω πλαισίου είναι εξάλλου ιδιαίτερη σημαντική για τους μαθητές ώστε να συνδέσουν τα θέματα STE(Α)M και τη χρήση τους με την καθημερινότητά τους, αλλά κυρίως με τις μελλοντικές επαγγελματικές τους διαδρομές (Kurup et al., 2017). Ένα ολοκληρωμένο σχέδιο μαθήματος STE(A)M είναι η λεπτομερής περιγραφή της πορείας της διδασκαλίας ή της «μαθησιακής τροχιάς» από έναν εκπαιδευτικό για ένα μάθημα, που θα βελτιώνεται και θα ενημερώνεται συνεχώς. Είναι περίπου ο σχεδιασμός εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων που διευκολύνουν τη βαθιά μάθηση για την ενίσχυση των δεξιοτήτων του 21ου αιώνα, όπως η κριτική σκέψη, η συνεργασία, η επικοινωνία, η δημιουργικότητα και η αποκλίνουσα σκέψη (Cevic, 2018). Ο σχεδιασμός μιας διαδρομής που βασίζεται σε μεθοδολογίες όπως το πρόβλημα, το έργο και η μάθηση βάσει πρόκλησης επιτρέπουν την ενσωμάτωση της μάθησης επίλυσης προβλημάτων, διερεύνησης και σχεδιασμού στη διδακτική δραστηριότητα, φροντίζοντας για πραγματικές προκλήσεις σε ένα αυθεντικό πλαίσιο, αυτό του κόσμου μας. Έχοντας αυτό υπόψη, μια ολοκληρωμένη προσέγγιση STE(Α)M θα αναπτύξει ικανούς πολίτες που προσωπικά και επαγγελματικά θα λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις στην καθημερινή τους ζωή και θα έχουν τη δύναμη να ακολουθούν τη σταδιοδρομία STE(Α)M και να καθοδηγούν την καινοτομία σε οποιαδήποτε ηλικία (Akcansa, 2020; McClure et al., 2017).

Η παρούσα εργασία αφορά το φαινόμενο του σεισμού (Καλίτσης, 2015; Παπαζαχαρίου & Κυρίτση, 2020) και υλοποιήθηκε σε τρία νηπιαγωγεία. Οι μικροί μαθητές καλούνται μέσω διαφορετικών δραστηριοτήτων να ανακαλύψουν τη γνώση μέσω πειραμάτων, δοκιμών και επαλήθευσης, καθώς επίσης να είναι σε θέση να κατανοήσουν πώς αυτή η γνώση μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση ή επίλυση καθημερινών προβλημάτων. Μέσω αυτού του σεναρίου μάθησης οι μαθητές θα:

• Γνωρίσουν για το σεισμό και γιατί προκαλείται

• Μάθουν τα προληπτικά μέτρα σε περίπτωση σεισμού

• Κατανοήσουν τη σημασία ενός καλά μελετημένου σχεδίου έκτακτης ανάγκης για χρήση μετά από μια μεγάλη καταστροφή

• Μάθουν να συνεργάζονται

• Κατανοήσουν την αξία της ομαδικής εργασίας

• Έρθουν σε επαφή με τα εργαλεία Web 2.0 και θα εκπαιδευτούν να τα χρησιμοποιούν

Το εκπαιδευτικό σενάριο θα ενισχύσει μεταξύ των μαθητών τις ακόλουθες δεξιότητες, που ορίζονται ως  δεξιότητες του 21ου αιώνα:

Κριτική σκέψη: οι μαθητές θα διερευνήσουν ιδέες, θα αιτιολογήσουν και θα εξετάσουν άλλες απόψεις
Δημιουργική σκέψη: οι μαθητές θα δημιουργήσουν ιδέες και θα ολοκληρώσουν έργα, μαθαίνοντας πώς να ανταποκρίνονται δημιουργικά σε μια πρόκληση
Συνεργασία: οι μαθητές θα ολοκληρώσουν δραστηριότητες, ενώ εργάζονται σε ζευγάρια και ομάδες
Επικοινωνία: οι μαθητές θα εργαστούν σε ομάδες και θα ασκήσουν τις δεξιότητες ανάγνωσης, γραφής, ομιλίας και ακρόασης, προκειμένου να συμμετάσχουν σε παραγωγικές συζητήσεις και να επιτύχουν κοινούς στόχους
Πληροφοριακός αλφαβητισμός: οι μαθητές, με τη βοήθεια της νηπιαγωγού λόγω της ηλικίας τους, θα αναζητήσουν πληροφορίες στο διαδίκτυο και θα χρησιμοποιήσουν μια μεγάλη ποικιλία εργαλείων, όπως ιστοσελίδες και εφαρμογές
Γραμματισμός στα μέσα ενημέρωσης: ενώ αναζητούν πληροφορίες στο διαδίκτυο, οι μαθητές θα μάθουν πώς να αναλύουν και να επιλέγουν τους κατάλληλους πόρους
Τεχνολογικός αλφαβητισμός: οι μαθητές θα διεξάγουν έρευνα σχετικά με την εικόνα που τους έχει ανατεθεί και θα εξετάζουν τις διαθέσιμες πληροφορίες
Παραγωγικότητα: ολοκληρώνοντας τα καθήκοντα που τους ανατίθενται, οι μαθητές θα αναπτύξουν την ικανότητα να πετυχαίνουν στόχους
Ηγεσία: δουλεύοντας σε ομάδες, οι μαθητές θα αναπτύξουν αυτή την έμφυτη ικανότητα να είναι σε θέση να καθοδηγήσουν, να παρακινήσουν και να προτρέψουν τα μέλη της ομάδας τους προς φιλόδοξους στόχους.

Θεωρητικό υπόβαθρο

Το ιδανικό κίνητρο για μάθηση είναι το ενδιαφέρον των παιδιών για το σχέδιο μαθήματος που προετοιμάζεται. Η μάθηση βάσει έργου (Problem-Based Learning), είναι ένα μοντέλο με επίκεντρο τους μαθητές, που οργανώνει τη μάθηση γύρω από έργα για την ανάπτυξη δεξιοτήτων κριτικής σκέψης, συνεργασίας και επικοινωνίας (Ζαφειροπούλου, 2021). Αντίθετα, τα έργα (projects) είναι σύνθετες εργασίες, βασισμένα σε πραγματικά προβλήματα, απαιτητικές ερωτήσεις που εμπλέκουν τους μαθητές σε διαδικασίες όπως η επίλυση προβλημάτων, ο σχεδιασμός, η λήψη αποφάσεων, η έρευνα και τέλος, η παραγωγή παρουσιάσεων ή ενός πραγματικού προϊόντος. Έτσι, η μάθηση βάσει έργου διασφαλίζει ότι η μάθηση προκύπτει από τις αυτόνομες εμπειρίες των μαθητών. Η μάθηση που βασίζεται στη διερευνητική μάθηση, βασίζεται στη σταδιακή οικοδόμηση της γνώσης μέσω της διατύπωσης ερωτήσεων από τους μαθητές. Οι μαθητές ανακαλύπτουν τη γνώση μέσω πειραμάτων, δοκιμών, επαλήθευσης. Η διαθεματική προσέγγιση που βρίσκεται στη βάση της διερευνητικής μάθησης αποτελεί το πλαίσιο επιλογής που καταργεί τον κατακερματισμό της γνώσης και την αντιμετωπίζει ως ολότητα. Η κατάλυση των ορίων μεταξύ των επιμέρους επιστημονικών πεδίων επιτρέπει την ενοποίηση των γνώσεων που έχουν κοινά χαρακτηριστικά σε όλες τις επιστήμες προωθώντας τη διεπιστημονική διασύνδεση (Πεντέρη κ.ά., 2021α; 2021β). Η επιστημονική εκπαίδευση με βάση την έρευνα είναι ζωτικής σημασίας για τη διδασκαλία STE(Α)M, επειδή οι μαθητές εργάζονται αναζητώντας πραγματικές λύσεις σε προβλήματα ή ερωτήματα μέσω της έρευνας. Αμφισβητούν κάθε αρχή που έχουν διδαχθεί και το δοκιμάζουν στην τάξη μέσα από εργαστηριακές δραστηριότητες. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να επικυρώσουν ή να απορρίψουν τη θεωρία στην οποία εισήχθησαν, απορρίπτοντας την παθητική γνώση και υποστηρίζοντας την απτή εφαρμογή της γνώσης. Η διεπιστημονική διδασκαλία είναι μια εκπαιδευτική διαδικασία στην οποία ενσωματώνονται δύο ή περισσότερες γνωστικές περιοχές προκειμένου να ενισχυθεί περαιτέρω η μάθηση. Η συνεργατική μάθηση, όπου τα μέλη της ομάδας αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας εμπειρίες και γνώσεις βασίζεται στον κονστρουκτιβισμό, όπου ο μαθητής εργάζεται σε ομάδες για την επίτευξη κοινών στόχων, τόσο μεμονωμένα όσο και σε ομάδες. Σύμφωνα με τον Eraut (1995), η ομαδοσυνεργατική μέθοδος με τη χρήση Τ.Π.Ε προσφέρει δυνατότητες αλληλεπίδρασης μέσω των οποίων μπορεί να οικοδομηθεί συλλογικά μια κοινή λύση στην επίλυση των διαφόρων ζητημάτων.

Η εξασφάλιση διαφορετικών δραστηριοτήτων και η επανάληψη τους σε τακτά χρονικά διαστήματα, ενισχύει τις αναδυόμενες δεξιότητες, στοχεύοντας στην απόκτησή τους, παρέχοντας στους μαθητές νέες εμπειρίες μέσω επικοινωνίας, ομαδικής εργασίας και πληροφοριών που αναζητούν δραστηριότητες. Το θέμα συνδέθηκε με την εκπαίδευση STE(A)M, καθώς το περιεχόμενο, οι δραστηριότητες και τα παιδαγωγικά εργαλεία προέρχονται από θέματα Επιστήμης, Μαθηματικών, Τεχνολογίας, Γλώσσας και Τέχνης. Είναι ενσωματωμένα σε ένα μάθημα με σκοπό να τονώσουν το ενδιαφέρον των μαθητών μέσα από την εξεύρεση λύσεων. Για το σκοπό αυτό, εκτός από τη βιωματική μάθηση, που είναι η κύρια προσέγγιση, οι δραστηριότητες επίλυσης προβλημάτων, η ανταλλαγή ιδεών, οι διαδικτυακές εφαρμογές, οι δραστηριότητες μοντελοποίησης και η συνεργατική μάθηση χρησιμοποιούνται για τον περαιτέρω εμπλουτισμό και υποστήριξη της διδακτικής διαδικασίας (Kaufman et al., 2015).

Δραστηριότητες

Σύμφωνα με τη Θεοδόση (2021) βασικά συστατικά στην εφαρμογή ενός αποτελεσματικού εκπαιδευτικού σχεδιασμού διδασκαλίας με μεθοδολογία STEAM αποτελούν τα “5 Ε”: Engagement, Elaboration, Exploration, Explanation, Evaluation (Ενασχόληση, Επεξεργασία, Εξερεύνηση, Εξήγηση και Αξιολόγηση). Αυτό το μοντέλο είναι τελείως διαφορετικό από την παραδοσιακή διδασκαλία (Mayes & Jackson, 2016) και προάγει τη βιωματική και μαθητοκεντρική μάθηση καθώς και την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία. Οι δραστηριότητες του εκπαιδευτικού σεναρίου αναπτύχθηκαν σε πέντε φάσεις με βάση το μοντέλο 5Ε, όπως αυτό περιγράφεται και στο Νέο Πρόγραμμα Σπουδών για το Νηπιαγωγείο (Πεντέρη κ.ά., 2021α; 2021β).

Α΄ Φάση Εξοικείωση:

• Εισαγωγή του θέματος στους μαθητές και παρουσίαση του βίντεο ">“What Is An Earthquake?”.

• Στη συνέχεια, ο/η εκπαιδευτικός ρωτάει τους μαθητές τι γνωρίζουν για τους σεισμούς και τι προφυλάξεις μπορούμε να λάβουμε σε περίπτωση σεισμού. Ακολουθεί καταιγισμός ιδεών και φτιάχνουν έναν νοητικό χάρτη με αυτά που γνωρίζουν (προϋπάρχουσες γνώσεις) και αυτά που θέλουν να μάθουν σε coggle.it (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 1).

                                                                  Σχήμα 1: Καταιγισμός ιδεών και συζήτηση, εννοιολογικός χάρτης στο coggle.it

• Οι μαθητές καλούνται σε πρόκληση. Παρακολουθούν μια παρουσίαση  (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 2) με τις οδηγίες που πρέπει να ακολουθήσουν και περιηγούνται στην πόλη τους μέσω Google Maps. Οι διαφάνειες της παρουσίασης μπορούν να κοπούν σε μικρές κάρτες  και να αναρτηθούν στον τοίχο. Παρατηρούν τα κτίρια, βρίσκουν τα σπίτια τους και αποφασίζουν να χτίσουν τα δικά τους κτίρια-σπίτια.

                                      Σχήμα 2: Πρόκληση – Εικονική περιήγηση

• Στην Εικόνα 3 παρουσιάζεται η αξιολόγηση της δραστηριότητας με Google 

Σχήμα 3: Τεχνολογία – Αξιολόγηση φόρμες Google

B΄ Φάση Επισκόπηση:

• Προκειμένου να ενθαρρυνθούν οι μαθητές να συνεργαστούν, ο/η εκπαιδευτικός τους χωρίζει σε ζευγάρια. Κάθε ζευγάρι παίρνει μια καρέκλα και πρέπει να την χρησιμοποιήσει για να χτίσει κτίρια με το σώμα του. Ο/Η εκπαιδευτικός τους ενθαρρύνει συνεχώς να πιστεύουν ότι μπορούν να βάλουν το σώμα τους σε διαφορετικές θέσεις π.χ. ξαπλωμένοι, σκυφτοί, γονατιστοί, με διάφορα σχήματα με τα χέρια και τα πόδια τους. Τα παιδιά πρέπει να ονομάσουν τις κατασκευές τους, να τις περιγράψουν, να δικαιολογήσουν τις επιλογές τους, να συγκρίνουν (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 4).

Σχήμα 4: Κατασκευές με το σώμα

• Κατόπιν, τα ζευγάρια χτίζουν κτίρια με κουτιά συσκευασίας (όπως εμφανίζεται στις Εικόνες 5,6). Πρώτα θα χρησιμοποιήσουν δύο κουτιά και μετά τρία. Θα συνεργαστούν για να χτίσουν το ψηλότερο, το χαμηλότερο, ισόγειο, διώροφο κτίριο. Πρέπει να κάνουν όσο περισσότερους συνδυασμούς μπορούν. Κατά τη διάρκεια της δραστηριότητας θα πρέπει να καταγράφουν τι κάνουν χρησιμοποιώντας μια κάμερα, έτσι ώστε να θυμούνται πόσα διαφορετικά κτίρια έχτισαν για να τα δείξουν και να τα εξηγήσουν στα άλλα παιδιά. Στην ολομέλεια θα εξετάσουν τις φωτογραφίες των κατασκευών τους και θα επισημάνουν προφορικά τα χαρακτηριστικά και τους κανόνες που ανακάλυψαν κατά την προηγούμενη φάση. Ο/Η εκπαιδευτικός, ξαναγράφει τις φράσεις των παιδιών, αφενός για να κάνει όλα τα παιδιά να καταλάβουν τι λέγεται και αφετέρου να εξοικειωθούν με το κατάλληλο μαθηματικό λεξιλόγιο. Η δραστηριότητα είναι διασκευή της δραστηριότητας των “πύργων” από το βιβλίο των Cook et al. (1997). Επέκταση: Χρήση χρωμάτων για την κατασκευή κτιρίων – πύργων και κατασκευή κτιρίων με γεωμετρικά σχήματα με τη μορφή κολάζ (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 7).

Σχήμα 5: Κατασκευές με κουτιά συσκευασίας

Σχήμα 6: Κατασκευές με κουτιά συσκευασίας

Σχήμα 7: Κατασκευές με τη μορφή κολάζ

Γ΄ Φάση Επεξήγηση:

• Οι μαθητές παρακολουθούν το βίντεο ">Earthquake – Πώς συμβαίνουν οι σεισμοί για να μάθουν για αυτό το φυσικό φαινόμενο και στη συνέχεια ακολουθεί η κύρια δραστηριότητα (Επιστήμη)

• Στην κύρια δραστηριότητα τα παιδιά χρησιμοποιούν υλικά όπως: χαρτόνι συσκευασίας, γλωσσοπίεστρο, ξυλάκια για σουβλάκι, καλαμάκια, χαρτοπετσέτα έτσι ώστε να χτίσουν άλλα κτίρια που αυτή τη φορά θα δοκιμάσουν την αντοχή τους στο «σεισμό» (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 8).

• Επίσης κατασκευάζουν και δοκιμάζουν τον δικό τους σεισμογράφο σύμφωνα με τις οδηγίες για να κατανοήσουν τις βασικές αρχές της σεισμικής μηχανικής και του σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένης της σημασίας μιας σταθερής βάσης  (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 9).

• Προκειμένου οι μαθητές να κατανοήσουν τη σημασία ενός καλά μελετημένου σχεδίου έκτακτης ανάγκης μετά από μια μεγάλη καταστροφή και να ενισχύσουμε τη δημιουργικότητά τους, παρουσιάζουμε το ακόλουθο σενάριο. Φανταζόμαστε ότι μόλις συνέβη ένας τεράστιος σεισμός στην πόλη μας. Αυτή η καταστροφή οδήγησε σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης καθώς προκλήθηκαν κατολισθήσεις, δρόμοι αποκλείστηκαν και ξέσπασαν πυρκαγιές. Οι μαθητές πρέπει να σκεφτούν τους κατάλληλους τρόπους αντιμετώπισης της κατάστασης, τι είδους οχήματα πρέπει να στείλουν και πώς πρέπει να τα σχεδιάσουν και να τα κατασκευάσουν. Τα παιδιά καλούνται να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν οχήματα με Lego (ή ισοδύναμα εξαρτήματα) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση προβλημάτων μετά το σεισμό. Εργάζονται σε ζευγάρια, καθώς σχεδιάζουν τα οχήματά τους, ανταλλάσσουν ιδέες και συνεργάζονται.

Σχήμα 8: Κατασκευή με χαρτόνι συσκευασίας, γλωσσοπίεστρο, ξυλάκια για σουβλάκι, καλαμάκια, ταινία χαρτιού

Σχήμα 9: Κατασκευή σεισμογράφου

• Ο/Η εκπαιδευτικός και οι μαθητές αποφασίζουν από κοινού, έτσι ώστε να πραγματοποιήσουν μια άσκηση σεισμού χρησιμοποιώντας την τεχνική του θεατρικού παιχνιδιού. Ο δάσκαλος εξηγεί αναλυτικά όλα τα βήματα που πρέπει να ακολουθήσουν οι μαθητές (π.χ. μπαίνουμε κάτω από τα θρανία, όταν ο σεισμός σταματάει και ήσυχα χωρίς πανικό μεταβαίνουμε στην αυλή του σχολείου και απομακρυνόμαστε από το κτίριο). Μόλις χτυπήσει το κουδούνι, οι μαθητές εκτελούν την άσκηση. Στο τέλος της άσκησης σεισμού συζητούν τη συνολική πορεία της, για πιθανά λάθη και για το τι θα μπορούσε να βελτιωθεί.

Δ’ Φάση Εμπλουτισμός:

• Ο/Η εκπαιδευτικός έχει ετοιμάσει ένα παιχνίδι στο λογισμικό Kidspiration (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 10) και δίνει τις απαραίτητες οδηγίες στους μαθητές. Οι μαθητές θα πρέπει να χρησιμοποιούν την τεχνική «drag and drop» και χρησιμοποιώντας τον διαδραστικό πίνακα της τάξης μετακινούν στο σακίδιο όσα αντικείμενα και αυτά που θα είχαμε μαζί μας σε περίπτωση σεισμού (π.χ. σφυρίχτρα, φακός κ.λπ.)

Σχήμα 10: Παιχνίδι στο λογισμικό Kidspiration

• Οι μαθητές χωρίζονται σε πέντε ομάδες και ζωγραφίζουν σε λευκά χαρτιά όλα τα βήματα που πρέπει να ακολουθήσουν σε περίπτωση σεισμού. Οι εικόνες τοποθετούνται σε ένα πλαίσιο στο πάτωμα, δημιουργώντας ένα παιχνίδι δαπέδου. Ο στόχος είναι το ρομπότ δαπέδου Beebot να περάσει από όλες τις εικόνες με τα βήματα που πρέπει να ακολουθήσουν οι μαθητές σε περίπτωση σεισμού. Μια ομάδα τριών μαθητών δημιουργεί τον αλγόριθμο χρησιμοποιώντας τις κάρτες του Beebot με τα βέλη για ολόκληρη τη διαδρομή του επιδαπέδιου ρομπότ Beebot (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 11). Μια άλλη ομάδα δύο παιδιών προγραμματίζει το ρομπότ, σύμφωνα με τον αλγόριθμο. Όταν ολοκληρωθεί η δραστηριότητα, ο/η εκπαιδευτικός τοποθετεί τις κάρτες σε διαφορετικές θέσεις και η δραστηριότητα ξεκινά και πάλι από την αρχή με άλλες ομάδες μαθητών.

Σχήμα 11: Παιχνίδι δαπέδου με το επιδαπέδιο ρομπότ Beebot

• Ο/Η εκπαιδευτικός συζητάει με τους μαθητές για το τι είδαμε και μάθαμε για τον σεισμό τις προηγούμενες ημέρες. Καταγράφει τις απαντήσεις και καλεί τα παιδιά να φανταστούν πώς θα αντιδρούσαν τα σώματά τους αν ήταν κτίρια και γινόταν σεισμός. Οι μαθητές ονομάζουν τα κτίρια που παρουσιάζουν με τα σώματά τους (όπως εμφανίζεται στην Εικόνα 12). Μοιράζονται τις ιδέες τους. Στη συνέχεια αποφασίζουν να παίξουν με το σώμα τους και τη μουσική υπόκρουση. Καθώς ακούγεται το πρώτο μουσικό κομμάτι, τα παιδιά σχηματίζουν τα κτίρια με το σώμα τους. Ο/Η εκπαιδευτικός ρωτά τους μικρούς μαθητές για τα κτίρια που χτίζουν με το σώμα τους. Π.χ. Γέφυρα, μνημείο, σπίτι κ.λπ. Στη συνέχεια, η μουσική αλλάζει, γίνεται δυνατή, τα κτίρια σώματα των παιδιών ταλαντεύονται (όσο διαρκεί η μουσική) κάποια πέφτουν, άλλα παραμένουν όρθια. Όταν η μουσική αλλάζει πάλι σε ήρεμη, σταματούν να ταλαντεύονται και ρωτάμε τους μαθητές γιατί κάποιοι έπεσαν και άλλοι στάθηκαν όρθιοι στον σεισμό. Ακολουθεί συζήτηση, όπου ακούγονται οι απόψεις όλων των μαθητών καθώς αιτιολογούν τις απόψεις τους.

 Σχήμα 12: Οι μαθητές εκφράζονται βιωματικά και δημιουργικά μέσω της μουσικής

• Συζητάμε τι μπορούμε να κάνουμε για να προστατευτούμε από τον σεισμό, μετά από όλα όσα είδαμε και μάθαμε σε προηγούμενα μαθήματα. Ο/Η εκπαιδευτικός ρωτάει τους μαθητές, πώς μπορούν να παρουσιάσουν αυτά που έμαθαν για την προστασία από τους σεισμούς. Τα παιδιά προτείνουν να εργαστούν σε μικρές ομάδες και να ζωγραφίσουν τα μέτρα αντισεισμικής προστασίας καθώς και να χρησιμοποιούν εικόνες περιοδικών (συνδυασμός ζωγραφικής – κολάζ).  Όλες μαζί οι δημιουργίες των παιδιών, θα γίνουν αφίσα, με τίτλο: «Μείνετε ασφαλείς την ώρα του σεισμού»

Ε΄ Φάση Εκτίμηση:

Οι μαθητές παρουσιάζουν την αφίσα στη σχολική κοινότητα καθώς και στους γονείς των μαθητών. Επιπλέον, δημιουργούν εκ νέου έναν νοητικό χάρτη στο coogle.it, τον συγκρίνουν με τον αρχικό και συμπληρώνουν φύλλα εργασίας. Μέσα από τις δραστηριότητες, τις ερωτήσεις και τα αποτελέσματα της εργασίας των μαθητών, ο/η εκπαιδευτικός κατανοεί τον τρόπο με τον οποίο οι μαθητές συνεργάστηκαν, κατανόησαν και εμπλούτισαν τις γνώσεις τους σχετικά με το μάθημα. Οι εκπαιδευτικοί παρέχουν ανατροφοδότηση σχετικά με τον τρόπο υλοποίησης των μαθημάτων, λαμβάνοντας υπόψη την ηλικία και τα ενδιαφέροντα των μαθητών. Κατά την υλοποίηση των μαθημάτων, το ενδιαφέρον των μαθητών και η ενεργός συμμετοχή τους στα μαθήματα, καθώς και τα αποτελέσματα των δράσεων που κλήθηκαν να υλοποιήσουν, ήταν προϋπόθεση για τη βελτίωση και διεύρυνση των γνώσεων των μαθητών. Κατά τη διάρκεια της εφαρμογής των μοντέλων, οι μαθητές εργάστηκαν με ενθουσιασμό, ανακαλύπτοντας νέες πληροφορίες μάθησης σχετικά με το φυσικό φαινόμενο του σεισμού. Ο κύριος στόχος ήταν να εξοικειωθούν με τον σεισμό και να κατανοήσουν τα μέτρα προστασίας, σε σημείο που να είναι σε θέση να προστατευτούν σε μια τέτοια περίπτωση.

Στο τέλος κάθε φάσης υπήρχε ένα είδος αξιολόγησης, αν οι μαθητές απέκτησαν και επέκτειναν τις γνώσεις τους, με αντίστοιχα φύλλα εργασίας και βιωματικά παιχνίδια. Τι είναι ο σεισμός, τι χρειαζόμαστε σε περίπτωση σεισμού, πώς προστατεύουμε τους εαυτούς μας κατά τη διάρκειά του και τι κάνουμε στη συνέχεια. Με τη δημιουργία της αφίσας στο τέλος, οι μαθητές παρουσίασαν αυτό που έμαθαν και αυτός είναι ίσως ο καλύτερος τρόπος για να αξιολογήσουν το σενάριο μάθησης.

Συμπεράσματα

Κρίνεται σημαντική η ένταξη των προγραμμάτων STE(A)M, με σκοπό την ανάπτυξη δεξιοτήτων, κριτικής ικανότητας, αυτονομίας και αυτενέργειας των μαθητών, που θα τους καταστήσουν πολίτες με ανεπτυγμένη κριτική σκέψη, ικανότητα επίλυσης προβλημάτων και αντιμετώπισης των προβλημάτων της σύγχρονης ζωής. Η περαιτέρω επιμόρφωση και κατάρτιση των εκπαιδευτικών προσχολικής αγωγής θα συμβάλλει στην οργάνωση και υλοποίηση προγραμμάτων STE(A)M, τα οποία θα βασίζονται στους παράγοντες επιτυχίας του μοντέλου που υποστηρίζει τις δεξιότητες και την αποτελεσματικότητα των εκπαιδευτικών, την εφαρμογή κατάλληλων διδακτικών πρακτικών και την χρήση ποικίλων υλικών και πόρων. Όσον αφορά στο παρόν εκπαιδευτικό σενάριο θα ήταν χρήσιμο και σκόπιμο να επαναληφθεί μέρος των δραστηριοτήτων στη διάρκεια της χρονιάς, έτσι ώστε οι μαθητές να εμπεδώσουν τις γνώσεις που απέκτησαν για το φαινόμενο που μελετήθηκε και να καταστούν περισσότερο ικανοί και έτοιμοι να το αντιμετωπίσουν αν και εφοσον παραστεί η ανάγκη.

Αναφορές

Ζαφειροπούλου, Σ. (2021). Διδασκαλία και εκμάθηση των μαθηματικών στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση σε ένα CSCL περιβάλλον μέσω μιας διεπιστημονικής (STEM) προσέγγισης. [Δημοσιευμένη Διπλωματική Διατριβή]. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Ελλάδα.                           http://dx.doi.org/10.26267/unipi_dione/1007.

Θεοδόση, Α. (2021). Η εφαρμοσιμότητα των προγραμμάτων STEM στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση:Μια εμπειρική μελέτη. [Αδημοσίευτη Διπλωματική Διατριβή]. Πανεπιστήμιο Πατρών, Ελλάδα.

Καλίτσης, Π. (2015). Η σεισμικότητα της Ελλάδας, Ψηφιακό Διδακτικό Σενάριο. Πλατφόρμα “Αίσωπος”. Ινστιτούτο Εκπαιδευτικής Πολιτικής (Ι.Ε.Π.). Ανακτήθηκε στις 7/7/2022 από την διεύθυνση http://aesop.iep.edu.gr/node/24473.

Καριώτογλου, Π. (2006). Παιδαγωγική γνώση περιεχομένου Φυσικών Επιστημών. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Γράφημα.

Παπαζαχαρίου, Ε., & Κυρίτση, Ε. (2020). Δε φοβάμαι το σεισμό, είμαι σεισμοειδικός. Open Schools Journal for Open Science, 3(5). https://doi.org/10.12681/osj.24088

Πεντέρη, Ε., Χλαπάνα, Ε., Μέλλιου, Κ., Φιλιππίδη, Α., & Μαρινάτου, Θ. (2021α). Οδηγός νηπιαγωγού – Υποστηρικτικό υλικό. Πυξίδα: Θεωρητικό και μεθοδολογικό πλαίσιο-Διδακτικοί σχεδιασμοί. Στο πλαίσιο της Πράξης Αναβάθμιση των Προγραμμάτων Σπουδών και Δημιουργία Εκπαιδευτικού Υλικού Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης του ΙΕΠ με MIS 5035542.

Πεντέρη, Ε., Χλαπάνα, Ε., Μέλλιου, Κ., Φιλιππίδη, Α., & Μαρινάτου, Θ. (2021β). Πρόγραμμα Σπουδών Προσχολικής Εκπαίδευσης – Νηπιαγωγείου. Στο πλαίσιο της Πράξης Αναβάθμιση των Προγραμμάτων Σπουδών και Δημιουργία Εκπαιδευτικού Υλικού Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης του ΙΕΠ με MIS 5035542.

Akcansa, N. (2020). 21st Century Skills: The Predictive Role of Attitudes Regarding STEM Education and Problem-Based Learning. International Journal of Progressive Education, 16(5), 443-458. https://doi.org/10.29329/ijpe.2020.277.27

Cevik, M. (2018). Investigating STEM Semantics and Perceptions of Engineer Candidates and Pre-service Teachers: A Mixed Method Study. International Journal of Educational Technology, 5(2), 1-17.

Cook, G., Jones, L., Murphy, C. and Thumpston, G. (1997). Enriching early mathematical learning. Open University Press.

Driver, R., Squires, A., Rushworth, P. & Wood-Robinson, V. (1998). Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών – Μία παγκόσμια σύνοψη των ιδεών των παιδιών, Αθήνα: Τυπωθήτω

Eraut, M. (1995). Group Work with Computers in British Primary Schools. Journal of Educational Computing Research, Vol. 13, pp. 61-87.

Kaufman, M. J., Kaufman, S. R., & Nelson, E. C. (2015). Learning Together: The Law, Politics, Economics, Pedagogy, and Neuroscience of Early Childhood Education. Rowman & Littlefield.

Kurup, P. M., Brown, M., Powell, G., & Li, X. (2017). Future Primary Teachers’ Beliefs, Understandings and Intentions to Teach STEM. Journal of Education, 5. https://doi.org/10.22492/IJE.5.SI.07.

Mayes, R.L. Dr. & Jackson, S. (2016). 21st Century STEM Reasoning [Paper Presentation]. Interdisciplinary STEM Teaching & Learning Conference. Georgia Southern University, U.S.A. https://digitalcommons.georgiasouthern.edu/stem/2016/2016/5/.

McClure, E. R., Guernsey, L., Clements, D. H., Bales, S. N., Nichols, J., Kendall-Taylor, N., & Levine, M. H. (2017). STEM starts early: Grounding science, technology, engineering, and math education in early childhood. New York: The Joan Ganz Cooney Center at Sesame Workshop.

Roberts, A. (2012). A Justification for STEM Education. Technology and Engineering Teacher. Ανακτήθηκε στις 7/7/2022 από την διεύθυνση: https://www.iteea.org/File.aspx?id=86478&v=5409fe8e

Εκπ/κός ΠΕ07, Πειραματικό Γυμνάσιο Πανεπιστημίου Πατρών (ΠΓΠΠ)

johanna.gr@gmail.com

Περίληψη

Το Πειραματικό Γυμνάσιο Πανεπιστημίου Πατρών (ΠΓΠΠ) συμμετείχε ως εταίρος στο Ευρωπαϊκό έργο Pixels and Meeples (https://pixels.deusto.es/index.html | 2020-1-ES01-KA201-082522, Μάρτιος 2021 – Μάιος 2023), που συντόνιζε το Πανεπιστήμιο DEUSTO (UNIVERSIDAD DE LA IGLESIA DE DEUSTO ENTIDAD RELIGIOSA) του Bilbao/Ισπανίας. Συμμετείχαν ακόμα τα εξής σχολεία: COLEGIO TRUEBA DE ARTXANDA COOP, Bilbao/Ισπανίας – Escola Dr. Horácio Bento de Gouveia, Madeira/Πορτογαλίας – Bertha-von-Suttner-Gymnasium Babelsberg, Potsdam/Γερμανίας και η εταιρία AGRpriority SL, Madrid/Ισπανίας. Στις σχολικές μονάδες έγινε η πιλοτική εφαρμογή των επιτραπέζιων παιχνιδιών, ανέλαβαν την μετάφραση των κανόνων των παιχνιδιών καθώς και υλοποίηση ημερίδας διάχυσης αποτελεσμάτων του έργου. Η εταιρία επιμελήθηκε την εκτύπωση των επιτραπέζιων παιχνιδιών.
Η υπολογιστική σκέψη (Computational Thinking) και η μάθηση που βασίζεται σε παιχνίδι (Game-based-learning) αποτέλεσαν τους δύο κεντρικούς πυλώνας, στους οποίους βασίστηκε και εστίασε το έργο. Με αυτό τον τρόπο ενισχύθηκαν STEAM δεξιότητες, όπως κριτική σκέψη, επίλυση προβλημάτων, ανάπτυξη στρατηγικών κλπ. Το παραχθέν πνευματικό προϊόν (Intellectual output) ήταν η δημιουργία δύο επιτραπέζιων παιχνιδιών («Block Miners” & “Red Code”). Σχεδιάζεται κι εκδοχή για κινητά τηλέφωνα για τα δύο αυτά παιχνίδια. Συντονιστής, υπεύθυνος και ο «ιθύνον νους» της δημιουργίας του έργου και των επιτραπέζιων παιχνιδιών ήταν ο καθηγητής Pablo Garaizar Sagarminaga του Πανεπιστημίου DEUSTO.

Λέξεις κλειδιά: Computational Thinking, Game-Based-Learning, European Project.

Υλοποίηση και Συναντήσεις

Το έργο ξεκίνησε μέσα στην πανδημία, γι’ αυτό και οι δύο πρώτες συναντήσεις (Kick-off meeting κι ενημέρωση) υλοποιήθηκαν διαδικτυακά (Μάρτιο και Ιούνιο 2021). [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=2713]
Τον Νοέμβριο του 2021 έγινε η πρώτη δια ζώσης συνάντηση των εταίρων στο Μπιλμπάο της Ισπανίας. Παρουσιάστηκαν τα «πρωτόλεια» επιτραπέζια παιχνίδια, αναλύθηκαν οι κανόνες και ορίστηκαν οι προθεσμίες για παράδοση των πρώτων  εργασιών των εταίρων. [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3299]

Στη δεύτερη δια ζώσης συνάντηση που έγινε στην Πάτρα τον Ιούνιο του 2022 ήταν έτοιμο το πρώτο επιτραπέζιο παιχνίδι και οι συμμετέχοντες πιλοτάρισαν το πρώτο επιτραπέζιο παιχνίδι του έργου. Κάθε σχολείο έλαβε δύο αντίτυπα για να μπορέσει να το πιλοτάρει και με τους μαθητές του. [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3305]

Η τρίτη και τελευταία δια ζώσης συνάντηση υλοποιήθηκε τον Ιανουάριου του 2023 στη Μαδέρα της Ισπανίας. Εκεί παρουσιάστηκαν οι μέχρι τότε ενέργειες των εταίρων (παρουσιάσεις, πιλοτάρισμα, διάχυση του έργου), συζητήθηκαν κάποια μεταφραστικά θέματα και παρουσιάστηκε το δεύτερο επιτραπέζιο παιχνίδι “Red Code”. Αφού διευκρινίστηκαν η ιδέα αλλά και οι κανόνες του παιχνιδιού, οι εταίροι το έπαιξαν για να το τεστάρουν πρώτα οι ίδιοι οι εκπαιδευτικοί, για να ακολουθήσει κατόπιν η «εφαρμογή» με τους μαθητές τους. Επειδή τα σχέδια/οι εικόνες που θα είναι στα χαρτιά του παιχνιδιού δεν ήταν σε τελική μορφή, δόθηκε μόνο ένα αντίτυπο στους εταίρους, μιας και θα ακολουθούσε η αποστολή δύο ολοκληρωμένων τεμαχίων. [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3320]

Τα επιτραπέζια παιχνίδια

Ακολουθεί η παρουσίαση των παραχθέν επιτραπέζιων παιχνιδιών του έργου:
1) Block Miners: Είναι ένα επιτραπέζιο παιχνίδι με κάρτες, το οποίο βοηθάει να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί η τεχνολογία Blockchain. Το blockchain είναι μια βάση δεδομένων στην οποία οι πληροφορίες ομαδοποιούνται σε μπλοκ που σχηματίζουν μια αλυσίδα. Χάρη σε διαφορετικούς μηχανισμούς ασφαλείας, αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την προσθήκη νέων μπλοκ δεδομένων στο τέλος της αλυσίδας, αλλά αποτρέπει την τροποποίηση των πληροφοριών στα μπλοκ που είχαν προστεθεί προηγουμένως. Στο Block Miners εξηγείται το blockchain χρησιμοποιώντας την πιο τυπική περίπτωση χρήσης: την ανταλλαγή κρυπτονομισμάτων. Ως εκ τούτου, εφευρέθηκε ένα πλασματικό κρυπτονόμισμα που ονομάζεται gamecoin. Όπως και στο Bitcoin, το αρχικό μπλοκ ή το μπλοκ γένεσης είναι διαφορετικό από τα άλλα και χορηγεί 50 gamecoins σε κάθε ταυτότητα συμμετέχοντα. Οι ταυτότητες είναι μυστικές κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού, αν και είναι δυνατό να αποκαλυφθούν εν μέρει ανάλογα με τις κινήσεις των αντιπάλων.
2) Red Code: Εδώ έχουμε δύο ομάδες: την μπλε ομάδα (blue team) και την κόκκινη ομάδα (red team). Αν κάποιος θέλει να διεισδύσει σε ένα δίκτυο υπολογιστών, να χακάρει διακομιστές, να σπάσει κωδικούς πρόσβασης, να λάβει εμπιστευτικές πληροφορίες και να αφαιρέσει μετά τα ίχνη του προτού τον συλλάβουν / ανακαλύψουν, τότε πρέπει να γίνει μέλος της Red Team. Στην ασφάλεια υπολογιστών, η Red Team είναι γνωστή ως μια ανεξάρτητη ομάδα που βοηθά έναν οργανισμό να βελτιώσει την ασφάλειά του επιτιθέμενη στο δίκτυό του για να εντοπίσει αδυναμίες. Αντίθετα, η Blue Team προσπαθεί να διασφαλίσει την ασφάλεια του δικτύου και να το προστατεύσει από επιθέσεις της Red Team. Μόλις κάποιος κατανοήσει καλά το παιχνίδι, μπορείς να δοκιμάσει να παίξει με έναν τρόπο που είναι λίγο πιο κοντά στο πραγματικό χακάρισμα. Σε αυτόν τον τρόπο, αντί να χρησιμοποιεί κάποιος αριθμητικές πράξεις όπως πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμός ή διαίρεση, θα χρησιμοποιεί δυαδικές πράξεις όπως INC, DEC, NOT, ROR και ROL για να έχει πρόσβαση σε υπολογιστές στο δίκτυο.

Πιλοτική εφαρμογή

Τον Οκτώβριο του 2022 έγινε η πρώτη πιλοτική εφαρμογή του Block Miners σε τρία τμήματα του ΠΓΠΠ: ένα της Β’ Γυμνασίου και δύο της Γ’ Γυμνασίου. Οι αντιδράσεις των μαθητών/τριων στο φύλλο αξιολόγησης που τους δόθηκε να συμπληρώσουν ήταν κυρίως θετικές: «Πού ωραίο παιχνίδι, μου άρεσε που ήταν διαφορετικό», «μου άρεσε που έπρεπε να χρησιμοποιήσω και τα μαθηματικά». Υπήρχαν όμως και διαφορετικές απόψεις: «δεν έχω συνηθίσει να παίζω έτσι», «με κούρασε που έπρεπε να κάνω πράξεις». Οι θετικά κείμενοι μαθητές ζητούσαν συνεχώς επανάληψη του παιχνιδιού!

Εκδήλωση Διάχυσης – Συνεργασία με Γυμνάσιο Μεθώνης

Στις 12 Δεκεμβρίου του 2022 το πρωί επισκέφτηκαν το ΠΓΠΠ 20 μαθητές/τριες του Γυμνασίου Μεθώνης με 4 εκπαιδευτικούς. Η διευθύντρια του Γυμνασίου Μεθώνης, που τους συνόδευε, ήταν πρώην εκπαιδευτικός στο ΠΓΠΠ και συμμετείχε στον αρχικό σχεδιασμό για την υλοποίηση του έργου στο Σχολείο. Μετά την μετακίνησή και την ανάληψη της νέας της θέσης ως Διευθύντρια στο Γυμνάσιο Μεθώνης, δέχτηκε με μεγάλη χαρά να συμμετέχουν οι μαθητές του Γυμνασίου Μεθώνης στην πιλοτική εφαρμογή του έργου. Οι μαθητές-επισκέπτες παρακολούθησαν κάποια μαθήματα στο Σχολείο, συνομίλησαν με μαθητές του ΠΓΠΠ, οι οποίοι κατόπιν τους εξήγησαν τους κανόνες του επιτραπέζιου παιχνιδιού. Ακολούθησε εφαρμογή, όπου μαθητές έπαιξαν σε ανάμεικτες ομάδες το παιχνίδι Block Miners. Υπήρξε ένας μικρός, ευχάριστος ανταγωνισμός.
Το απόγευμα της ίδιας μέρας, στην Εκδήλωση Διάχυσης (Multiplier Event) που έλαβε χώρα στην αίθουσα εκδηλώσεων του ΠΓΠΠ, παρουσιάστηκε το έργο και μετά μαθητές του ΠΓΠΠ και του Γυμνασίου Μεθώνης έπαιξαν το επιτραπέζιο παιχνίδι παρουσία εκπαιδευτικών, γονέων και κηδεμόνων. [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3312  &  https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3315]

Λίγο πριν ολοκληρωθεί το έργο, τέλος Απριλίου 2023, τρεις μαθητές της Γ’ Γυμνασίου, που συμμετείχαν από την αρχή στην πιλοτική εφαρμογή, αλλά και στην παρουσίασή του έργου στην Εκδήλωση Διάχυσης τον Δεκέμβριο του 2022, παρευρέθηκαν στον ραδιοφωνικό σταθμό του Πανεπιστημίου Πατρών UP FM PATRAS (upfm.upatras.gr), για να αποκαλύψουν στο ακροατήριο του UpFM Patras την δική τους εμπειρία με την ενασχόλησή τους με τα επιτραπέζια παιχνίδια του έργου. [Βλ. συναφές άρθρο-αναφορά στην ιστοσελίδα του Σχολείου: https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3324]

Συνέχεια

Με την ολοκλήρωση και του δεύτερου επιτραπέζιου παιχνιδιού (Red Code) όλοι οι εταίροι προετοίμασαν και μια πιλοτική φάση με μαθητές. Δυστυχώς, η χρονική στιγμή – λίγο πριν το Πάσχα, υλοποίηση και μετακίνηση μαθητών με άλλα ευρωπαϊκά προγράμματα καθώς και οι σχολικές εξετάσεις του τετράμηνού – δυσκόλεψαν την πιο διευρυμένη κι επαναλαμβανόμενη πιλοτική εφαρμογή του παιχνιδιού αυτού.

Συμπεράσματα

Το έργο Pixels & Meeples ενίσχυσε την εκπαιδευτική καινοτομία, προωθώντας τη συνεργασία, συνδέοντας τα σχολεία με άλλους ενδιαφερόμενους φορείς, πλησιάζοντας τους επιστήμονες στην πραγματική εφαρμογή της έρευνάς τους και λαμβάνοντας ανατροφοδότηση από πραγματικούς χρήστες για την αναγνώριση των αναγκών που πρέπει να αντιμετωπιστούν σε περαιτέρω έρευνα. Είχε μεγάλη επίδραση στην έρευνα για την εκπαίδευση βασισμένη σε παιχνίδια, καθώς περιλαμβάνει νέες εκπαιδευτικές λύσεις που χρησιμοποιούν παιχνίδια για να ενισχύσουν το περιεχόμενο στους τομείς STEAM. Βελτιώθηκαν στους μαθητές οι δεξιότητες που σχετίζονται με την υπολογιστική σκέψη και τις ψηφιακές δεξιότητες σε επίσημα, άτυπα και ανεπίσημα περιβάλλοντα, καθώς και άλλες δεξιότητες όπως η δημιουργικότητα, η συνεργασία, η επικοινωνία και η καινοτομία. Αυξήθηκε η συμμετοχή και η κινητοποίηση των μαθητών μέσω ελκυστικών, καινοτόμων και παιχνιδιάρικων εκπαιδευτικών πόρων.

Αλλά και οι εκπαιδευτικοί βελτίωσαν τις ψηφιακές δεξιότητες τους, συνδέοντας τις με την αύξηση της επαγγελματικής ανάπτυξης και της ικανότητας εργασίας σε διεθνές επίπεδο. Βελτιώθηκε η κινητοποίηση και η ικανοποίηση των εκπαιδευτικών στο καθημερινό τους έργο, παρακινώντας τη συμμετοχή των μαθητών στη διαδικασία μάθησης.

Αναφορές

Πολλαπλασιαστική Ημερίδα του έργου Pixels and Meeples στο ΠΓΠΠ (15.12.2022). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3312

Πρόσκληση σε ημερίδα. Πολλαπλασιαστική Ημερίδα του έργου Pixels and Meeples στο ΠΓΠΠ (08.12.2022). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3315

Συμμετοχή σε πρόγραμμα Erasmus+ KA201 του ΠΓΠΠ: Pixels and Meeples (30.10.2021). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=2713

Common creative licenses: Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές (CC BY-NC-SA 4.0): https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.el Τελευταία προσπέλαση της ιστοσελίδας στις 27 Ιουνίου 2023.

Pixels and Meeples: https://pixels.deusto.es/. Τελευταία προσπέλαση στις 27 Ιουνίου 2023.

Pixels and Meeples συνάντηση στην Ισπανία (02.12.2021). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3299

Pixels and Meeples συνάντηση στην Ελλάδα (30.06.2022). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3305

Pixels and Meeples συνάντηση στην Πορτογαλία (27.01.2023). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3320

“Pixels and Meeples” στο Ραδιόφωνο του UPFM Patras (02.05.2023). Ανακτήθηκε στις 27 Ιουνίου 2023 από τη διεύθυνση https://gym-aei-patras.ach.sch.gr/?p=3324

Καθηγήτρια ΠΕ03, 1ο ΕΠΑΛ « Νίκανδρος Παπαϊωάννου» – Αριδαία (1), Καθηγήτρια ΠΕ03 , 1ο ΕΠΑΛ « Νίκανδρος Παπαϊωάννου» – Αριδαία (2)

yolanda@sch.gr (1), chryelefth@sch.gr (2)

Περίληψη

Στο παρακάτω άρθρο παρουσιάζεται ένα έργο eTwinning σχετικά με τα μαθηματικά και αναφέρεται στα πλεονεκτήματα που αποκομίζουν οι εκπαιδευτικοί και οι μαθητές από την συμμετοχή τους σε τέτοια έργα. Το έργο αυτό προωθεί την εφαρμογή καινοτόμων διδασκαλιών, ενισχύει τις τεχνολογικές δεξιότητες των μαθητών και εκπαιδευτικών, καθώς επίσης και την συνεργασία αναμεσά σε εκπαιδευτικούς και μαθητές από διάφορες ευρωπαϊκές χώρες, προωθώντας  με τον τρόπο αυτό τη διαπολιτισμική εκπαίδευση. Το έργο παρουσιάζεται ως παράδειγμα επιτυχημένου έργου που προωθεί την ανακάλυψη και κατανόηση των μαθηματικών μέσω γραφικών παραστάσεων και εφαρμογής τους στην πραγματική ζωή. Οι μαθητές μελετούν και δημιουργούν έργα χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά και, ειδικότερα, τις ιδιότητες της γεωμετρίας, εφαρμόζοντάς τα στην πραγματική ζωή. Οι δραστηριότητες αυτές συμβάλλουν στην ανάπτυξη των μαθηματικών δεξιοτήτων των μαθητών, της δημιουργικότητάς τους και της κριτικής σκέψης. Επιπλέον, ενθαρρύνουν τις δεξιότητες επικοινωνίας και συνεργασίας σε ομάδες και βοηθούν τους μαθητές να αναπτύξουν ψηφιακές δεξιότητες.

Λέξεις κλειδιά: eTwinning, συνεργατική μάθηση, μαθηματικά, GeoGebra

Εισαγωγή

Τα έργα στην διαδικτυακή πλατφόρμα eTwinning προσφέρουν στους εκπαιδευτικούς και κυρίως στους μαθητές την δυνατότητα εφαρμογής καινοτόμων μεθόδων κατά την διδακτική πράξη ενώ συμβάλλουν και σε μια πληρέστερη και πιο δημιουργική εκπαιδευτική διαδικασία που προωθεί νέες τεχνικές μάθησης. Η χρήση των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνίας (ΤΠΕ) διευκολύνει μαθητές και εκπαιδευτικούς να αποκτήσουν και να εξελίξουν τις ήδη υπάρχουσες τεχνολογικές δεξιότητες τους (Camilleri, 2016).

Ένα από τα σημαντικότερα οφέλη των έργων αυτών, είναι να προάγουν τη συνεργασία ανάμεσα σε εκπαιδευτικούς και μαθητές που προέρχονται από διαφορετικές ευρωπαϊκές χώρες και συνεπώς διαφορετικά εκπαιδευτικά συστήματα. Κατά συνέπεια ενισχύεται η αμοιβαία κατανόηση, παράγεται καινοτόμο εκπαιδευτικό υλικό και δημιουργείται πρόσφορο έδαφος ώστε να τεθούν σε ισχύ οι αξίες της διαπολιτισμικής εκπαίδευσης (Camilleri, 2016).

Τα παραπάνω οφέλη γίνονται επίσης ορατά και στο έργο eTwinning Math Travelers. Καταλυτικό ρόλο για την υλοποίηση του έργου έπαιξε η διάδραση όλων, μέσω της δημιουργίας συνεργατικών ebooks, παρουσιάσεων και ερωτηματολογίων. Μάλιστα τα παραπάνω σε συνδυασμό  με την ανταλλαγή εμπειριών τόσο σε συζητήσεις στο φόρουμ όσο και στα online meetings είχαν σαν αποτέλεσμα την επιτυχή έκβαση του έργου (Papadakis, 2017).

Σκοπός του έργου ήταν οι μαθητές να ανακαλύψουν και να αντιληφθούν την ομορφιά των μαθηματικών μέσω της ορθής χρήσης γραφικών παραστάσεων, της επιλογής και αποτύπωσης διαφόρων έργων τέχνης με ιστορική σημασία καθώς και της πιθανής εφαρμογής των τελευταίων στην φύση. Κατά την διάρκεια του έργου Οι μαθητές μελέτησαν και δημιούργησαν εργασίες, χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά και ιδιαίτερα τις ιδιότητες της γεωμετρίας, με χρήση νέων τεχνολογιών και την εφαρμογή τους στην πραγματική ζωή.

Η διάρκεια του προγράμματος ήταν από Σεπτέμβριο – Μάιο 2021-2022. Επιτευχθήκαν οι παρακάτω στόχοι:

• η ανάπτυξη των μαθηματικών δεξιοτήτων,

• η ανάπτυξη της δημιουργικότητας των μαθητών και της κριτικής τους σκέψης,

• η ανάπτυξη των δεξιοτήτων επικοινωνίας και συνεργασίας σε ομάδες,

• η ανάπτυξη ψηφιακών δεξιοτήτων.

Δράσεις μαθητών

Κατασκευή της σημαίας κάθε χώρας με το λογισμικό Geogebra και συζήτηση στο forum για τα χρώματα της κάθε σημαίας αναδεικνύοντας με τον τρόπο αυτό την διαπολιτισμική διάσταση και τον αλληλοσεβασμό. https://www.geogebra.org/m/fsksfpyn#material/c8yr6uzc

Συμμετοχή όλων των συνεργατών στην Ευρωπαϊκή εβδομάδα Code Week, Οκτώβριος 9-24/2021 με θέμα την δημιουργία διάφορων σχημάτων pixels art σε ορθοκανονικό σύστημα συντεταγμένων. https://www.geogebra.org/m/a9x52ch7

Σχήμα 1: Pixels art σε ορθοκανονικό σύστημα συντεταγμένων.

Το πεδίο της γεωμετρίας έχει την εξαιρετική ιδιότητα να πλαισιώνεται από έννοιες που είναι ικανές να διεγείρουν την φαντασία και την δημιουργικότητα των μαθητών. Γενικότερα θεωρούμε ότι η γεωμετρία δεν έχει ουσιαστικά καμία σχέση με τον κόσμο γύρω μας, η φύση όμως αποδεικνύει ότι τα μαθηματικά βρίσκονται παντού.

 Εφαρμόζοντας την ιδιότητα αυτή οι μαθητές ασχολήθηκαν με σπειροειδή σχήματα που μπορούμε να ανακαλύψουμε στη φύση και τον σχεδιασμό τους με λογισμικό εφαρμόζοντας τις γεωμετρικές ιδιότητες. Σπείρα είναι η καμπύλη που γράφει ένα σημείο ενώ περιστρέφεται και απομακρύνεται, προς μια κατεύθυνση, από κάποιο σταθερό σημείο. Σχεδίασαν και μελέτησαν σπείρες σε τρίγωνα, τετράγωνα, την σπείρα του Θεοδώρου, τη σπείρα Baravelle και τη σπείρα Fibonaci.

Σχήμα 2: Η σπείρα του Θεοδώρου.

Οι μαθητές σχεδίασαν σπείρες σε ισόπλευρα τρίγωνα και εντόπισαν την καμπύλη αυτή. Η καμπύλη αυτή προκύπτει σχεδιάζοντας συνεχόμενα ισόπλευρα τρίγωνα, έχοντας ως πλευρά του επόμενου τριγώνου το ύψος (διάμεσος, διχοτόμος) του προηγούμενου.

Αντίστοιχα σχεδίασαν σπείρες σε τετράγωνα και γενικότερα σε κανονικά πολύγωνα. Παρακάτω παρουσιάζουμε την σπείρα Baravelle σε τετράγωνο. Η κατασκευή της προκύπτει από τη δημιουργία συνεχόμενων τετραγώνων στα μέσα του προηγούμενου, εισάγοντας έτσι την έννοια της γεωμετρικής σειράς. Οι μαθητές διερευνούν και ανακαλύπτουν ότι το εμβαδό κάθε επόμενου κανονικού πολυγώνου είναι ίσο με το μισό του προηγούμενου, όπως επίσης και των τριγώνων που σχηματίζουν την σπείρα. Επομένως  το εμβαδό της σπείρας που σχηματίζεται  προκύπτει από το άθροισμα όλων των τριγώνων. https://www.geogebra.org/m/yufsr4st#chapter/717707.

Σχήμα 3: Η σπείρα Baravelle σε τετράγωνο

 Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν διεθνείς ομάδες και μαθητές από κάθε ομάδα πρότειναν ασκήσεις προς επίλυση σε άλλες ομάδες. Στόχος της δραστηριότητας ήταν η σύνδεση με το αναλυτικό πρόγραμμα (εφαρμογή του Πυθαγορείου θεωρήματος). Για τις δραστηριότητες αυτές δημιουργήθηκαν tutorials από τους εκπαιδευτικούς και το υλικό τοποθετήθηκε σε  ebook και στη σελίδα του οργανισμού Geogebra.

• ">
• https://www.geogebra.org/m/xw2cs3uc#chapter/717703
• https://online.fliphtml5.com/ogxwo/dkcl/#p=1

Η επόμενη δραστηριότητα περιείχε την μελέτη της ακολουθίας Fibonacci, μια ακολουθία που την βρίσκουμε παντού στη φύση. Η ακολουθία Fibonacci έχει συνάφεια με την Χρυσή αναλογία ή αλλιώς τον Χρυσό Αριθμό Φ που τον συναντάμε στην αρχιτεκτονική και στη ζωγραφική. Η ακολουθία Fibonacci αποτελείται από τους παρακάτω  αριθμούς 0,1,1,2,3,5,8,13,21….. με την ιδιότητα ότι κάθε επόμενος όρος προκύπτει από το άθροισμα των δυο προηγούμενων, δηλαδή, 0 +1 =1, 1+1 = 2, 2 + 1 = 3 κλπ.

Ένα τέτοιο παράδειγμα ανακάλυψαν οι μαθητές στα κουκουνάρια. Συγκεκριμένα, αν μετρήσουμε τους έλικες που περιστρέφονται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού και κατά την αντίστροφη φορά θα ανακαλύψουμε ότι υπάρχει ο συνδυασμός 5-8 , 8-13  κλπ.

Σχήμα 4: Η ακολουθία Fibonacci σε κουκουνάρια

Εφαρμόζεται η ακολουθία αυτή στη γεωμετρία, κατασκευάζοντας τετράγωνα με πλευρές τους παραπάνω αριθμούς που χωρίζοντάς τους με μια καμπύλη, προκύπτει ένα μοτίβο το οποίο βρίσκουμε παντού στη φύση. Οι μαθητές, επίσης, σχεδίασαν με το λογισμικό GeoGebra το Χρυσό ορθογώνιο με βάση την ακολουθία αυτή. Αρχικά σχεδίασαν δυο τετράγωνα με μήκος 1 μονάδα, στη συνέχεια ένα δεύτερο 2 μονάδες κλπ. Το αποτέλεσμα φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

• https://www.geogebra.org/m/unh73vnt#chapter/895905
• https://www.geogebra.org/m/unh73vnt

Σχήμα 5: Το Χρυσό ορθογώνιο σύμφωνα με την ακολουθία Fibonacci

Μια άλλη σπείρα με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι η σπείρα του Θεοδώρου, μια κατασκευή των τετραγωνικών ριζών των θετικών ακεραίων αριθμών. Η κατασκευή της σπείρας του Θεοδώρου ξεκινάει με ένα ισοσκελές ορθογώνιο τρίγωνο με μήκος των κάθετων πλευρών τη μονάδα και εφαρμόζοντας το πυθαγόρειο θεώρημα μας προκύπτει το μήκος της υποτείνουσας 2. Στην συνέχεια κατασκευάζεται ένα δεύτερο ορθογώνιο τρίγωνο που έχει ως μια κάθετη πλευρά την υποτείνουσα του προηγούμενου και η άλλη συνεχίζει να έχει μήκος 1. Το μήκος της υποτείνουσας του δευτέρου τριγώνου είναι 3. Επαναλαμβάνοντας την ίδια διαδικασία προκύπτει ότι το ν-ιοστό τρίγωνο έχει υποτείνουσα ν+1.

Στον παρακάτω σύνδεσμο δημιουργίες των μαθητών από τα συνεργαζόμενα σχολεία.

• https://padlet.com/mathtravellers2021/sqnvq2c9eoypjpl7

Σχήμα 6: Η σπείρα του Θεοδώρου

Ένα ακόμα ιδιαίτερο μοτίβο που μας εντυπωσιάζει στη φύση είναι τα λεγόμενα Fractals, που βρίσκονται παντού, από τις νιφάδες του χιονιού, στα δέντρα μέχρι και στο ανθρώπινο σώμα. Τα Fractals είναι ένα γεωμετρικό σχήμα, κάθε τμήμα του οποίου διατηρεί τον ίδιο στατιστικό χαρακτήρα με το σύνολο, δηλαδή μοτίβα που επαναλαμβάνονται σε προοδευτικά μικρότερες κλίμακες. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το τρίγωνο του Sierpinski, μια κατασκευή από ισοσκελή τρίγωνα ή το Πυθαγόρειο δέντρο, κατασκευές πάνω στις οποίες εργάστηκαν οι μαθητές.

• https://www.geogebra.org/m/aun7eeys#chapter/750241
• https://www.geogebra.org/m/svcpgzpj#chapter/750236
• https://padlet.com/ana_cojocari2005/6ivxavsqn5a7j1et

Σχήμα 7: Tο τρίγωνο του Sierpinski

Σχήμα 8: Το Πυθαγόρειο δέντρο

Μια άλλη δραστηριότητα σύνδεσης των μαθηματικών με την πραγματική ζωή ήταν η ανακάλυψη των συναρτήσεων. Το υλικό στον σύνδεσμο https://www.geogebra.org/m/uhbbfstc#chapter/896317. Οι μαθητές διερεύνησαν και εντόπισαν σε  διάφορες κατασκευές την συνάρτηση  f(x) = αx2 + βx + γ (1)

Σχήμα 9: Παράδειγμα παραβολής στη πραγματική ζωή

Επίλογος

Συμπερασματικά, δόθηκε η δυνατότητα να εισχωρήσουν οι μαθητές σε ένα πιο αντιληπτό κόσμο των μαθηματικών. Εδραιώνεται η άποψη ότι χρειάζονται αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο γίνεται η εκπαιδευτική διαδικασία. Η χρήση νέων τεχνολογιών εκπαιδεύει τον νου και συναρπάζει τους μαθητές, οι οποίοι πλέον επιζητούν κάτι διαφορετικό από την παραδοσιακή διδασκαλία. Το γεγονός ότι εμπλέκονται ενεργά στα παραπάνω έργα και μάλιστα επιθυμούν να συμμετάσχουν με μαθητές από άλλα ευρωπαϊκά κράτη ενθαρρύνει το πνεύμα της συνεργασίας και σίγουρα μας οδηγεί σε ένα μέλλον πιο αισιόδοξο. Ένα μέλλον που στο κέντρο της διδακτικής πράξης βρίσκονται οι αρχές της βιωματικής, διερευνητικής και εν τέλει διαφοροποιημένης μάθησης.

Αναφορές

Camilleri, R. (2016). Global education and intercultural awareness in eTwinning. Cogent Education, 3,1 

Gautschi, W. (2010). The spiral of Theodorous, numerical analysis, and special functions. Journal of Computational and Applied Mathematics,4, 1042 – 1052. 

Launay, M. (2016). Le grand roman des maths. Paris: Flammarion

Marshall, J. (03/07/2012). What is the Fibonacci Sequence and Why is It Famous? Ανακτήθηκε στις 15 Μάϊου 2023 από τη διεύθυνση https://www.scientificamerican.com/article/what-is-the-fibonacci-sequence/

Papadakis, S. (2017). Creativity and innovation in European education. Ten years eTwinning. Past, present and the future. International Journal of Technology Enhanced Learning, 8, 3-4.

Ευχαριστίες

Το έργο σχεδιάστηκε από τις χώρες Ελλάδα και Μολδαβία, από τους εκπαιδευτικούς Γιολάντα Χριστοπούλου ( 1ο ΕΠΑΛ Αριδαίας «Νίκανδρος Παπαϊωάννου») και Ludmila Cojocari (Gaudeamous High School).

Χώρες που συμμετείχαν:

Baruthane Ortaokkulu – Τουρκία

Osman Nuri Hekimoglou Anatolian High School – Τουρκία

Mustafa Bulbul Secondary School – Τουρκία

Etiler Anatolian High School – Τουρκία

Escola Basica dos 2o ve 3o Ciclos do Canico (madeira Adasi) – Πορτογαλία

Escola Basica Dr. Flavio Goncalves – Πορτογαλία

Agrupamento de Escolas Virginia Moura, Guimaraes -  Πορτογαλία

Tehnicka Skola Virovitica – Κροατία

Βyureghavan High School – Armenia

Lyceum of A. Pushkin – Μολδαβία

Waldorf school – Forest Technological High School – Ρουμανία

Virgil Lerunca High School, Ladesti – Ρουμανία

Jean monnet High School – Ρουμανία