Projekty Climate Detectives 2019-2020

Název projektu: Roboti v oku cyklonu: Studenti se zabývají robotickým inženýrstvím a meteorologií s cílem ochránit řecké ostrovy před změnou klimatu.

Tým: Experimentální detektivové

2019-2020   Experimentální škola Soluňské univerzity   Soluň   Řecko   30 Věk studenta: 8-9, 10-11

Výskyt středomořského cyklonu v Řecku loni v létě a katastrofy motivovaly naše studenty k vytvoření tohoto projektu, který zahrnuje jak aspekty environmentální výchovy, tak meteorologie. Přístup byl založen na filozofii STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) a kombinuje znalosti a informace z různých oborů. Návrh programu a konkrétněji metodika přístupu k výuce byla založena na metodě řešení problémů, což z něj zároveň činí scénář tvorby obsahu. Studenti měli za úkol najít způsob, jak pomocí nasbíraných dat z meteorologických stanic, která nahráli na školní stránky, a následně postupovat jak při předpovídání nebezpečných jevů, jako je cyklon, tak při předcházení problémům, které způsobují.

V letošním školním roce bylo rozhodnuto o realizaci tohoto projektu, který je novinkou z hlediska typu aktivit a tematického obsahu. V této souvislosti jsme se pokusili a podařilo se nám propojit čtyři vědní oblasti: a) vzdělávací robotiku, b) environmentální výchovu, c) meteorologii a d) algoritmické a informatické myšlení se zaměřením na kooperativní učení. Studenti si zlepšili porozumění a schopnost předpovídat cyklonovou aktivitu v Evropě - konkrétněji s dopadem na Řecko. Vyvinuli meteorologickou stanici a 3D model, který jim pomůže diagnostikovat meteorologické a klimatologické příčiny silných bouří. Studovali údaje, které shromáždili z meteorologické stanice zřízené na střeše školy. Tato data byla předána ke studiu na katedry meteorologie a klimatologie Přírodovědecké fakulty Aristotelovy univerzity v Soluni. Studenti si všimli, že teplota a vítr jsou dvě proměnné, které ovlivňují vznik silných bouří. Hledali a nacházeli způsoby včasného varování, aby obyvatelé pobřežních oblastí a ostrovů byli v bezpečí. Studenti, učitelé a vědci spolupracovali, navrhovali, prováděli, interagovali.

Tento projekt prospěl nejen naší místní komunitě, ale také mezinárodnímu společenství. Konkrétně byl výzkumný proces rozdělen do šesti (6) průzkumných fází. V první fázi studenti zkoumali environmentální důsledky změny klimatu a její dopady na ostrovní Řecko (pozorování problémové pozice). Zlepšili své znalosti atmosférických veličin, jako je teplota, vítr, srážky, vlhkost. To bylo důležité pro rozvoj projektu. Kromě toho si uvědomili různá měřítka, s nimiž se v meteorologii a klimatu často pracuje: Mikroklima (1 km), mezoměřítko (1-1000 km), synoptické (1000 km +) a globální. Důležitý rozdíl mezi středním a souhrnným měřítkem spočívá v tom, že souhrnné měřítko podléhá Coriolisově síle (je nuceno cirkulovat v důsledku rotace Země). Důležité je pochopení dopadu meteorologických jevů na obce. V Řecku je nejznámější systém výstrahy ΕΜΥ (http://www.hnms.gr/emy/el/), kde se k signalizaci nebezpečí pro civilní obyvatelstvo používá škála barev podle závažnosti a pravděpodobnosti. Ve druhé etapě se zkoumaly způsoby, jak se vypořádat s extrémním počasím a jak před ním varovat (Early Affairs). Zkoumali základní principy meteorologie a její nástroje pro zaznamenávání a předpovídání jevů. Ve třetí průzkumné etapě (myšlenka zaměřená na hypotézy) a ve spolupráci s katedrami meteorologie a klimatologie Přírodovědecké fakulty Aristotelovy univerzity v Soluni studovali a sestrojili meteorologickou stanici pro záznam konkrétních ukazatelů (výška a směr srážek, teplota a rychlost proudění, vzduch, relativní vlhkost a barometrický tlak) pomocí stavebnice Raspberry Pi Oracle Weather Station. Studenti zjišťovali meteorologické parametry v reálném čase a během dne pozorovali teplotu, vlhkost vzduchu, směr a intenzitu větru, množství deště (https://thingspeak.com/channels/1010145).. To jsou důležité prvky pro pochopení meteorologie. Například při studiu teploty během dne zjistili, že souvisí se vznikem bouřek. Ve čtvrté průzkumné fázi (Využití a realizace řešení) se rozhodli, na který problém se zaměří (vyvolání velkých cyklonových vln), a byli vedeni k návrhu robota (s vhodnou automatizací), který by se s extrémními jevy vypořádal, přičemž jako zdroj informací použili standardní meteorologickou stanici, kterou již postavili. Jelikož je tento program zaměřen na pozorování Země, studenti také využili vynikající nástroj (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/) . V páté fázi výzkumného procesu studenti navrhli a s pomocí 3D tiskárny zkonstruovali model představující ostrovní prostředí, v němž robotické konstrukce komunikovaly s meteorologickou stanicí. Nakonec v šesté etapě (Případy - přehodnocení) byla simulace uvedena do provozu a byla provedena kontrola případných chyb nebo opomenutí. Tato etapa zároveň nabídla možnost vyhodnotit celou konstrukci, přepracovat ji a najít rozšíření pro její implementaci v dalších případech.

https://thingspeak.com/channels/1010145