Έργα Climate Detectives 2019-2020

Τίτλος του έργου: Ρομπότ στο μάτι του κυκλώνα: Οι μαθητές ασχολούνται με τη ρομποτική μηχανική και τη μετεωρολογία, με στόχο την προστασία των ελληνικών νησιών από την κλιματική αλλαγή.

Ομάδα: Πειραματικοί ντετέκτιβ

2019-2020   Πειραματικό Σχολείο του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης   Θεσσαλονίκη   Ελλάδα   30 Ηλικία του μαθητή: 8-9, 10-11

Η εμφάνιση του μεσογειακού κυκλώνα στην Ελλάδα το περασμένο καλοκαίρι και οι καταστροφές παρακίνησαν τους μαθητές μας να δημιουργήσουν αυτό το έργο, το οποίο περιλαμβάνει και τις δύο πτυχές της περιβαλλοντικής εκπαίδευσης και της επιστήμης της μετεωρολογίας. Η προσέγγιση βασίστηκε στη φιλοσοφία STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) και συνδυάζει γνώσεις και πληροφορίες από διαφορετικούς κλάδους. Ο σχεδιασμός του προγράμματος και πιο συγκεκριμένα η μεθοδολογία της διδακτικής προσέγγισης βασίστηκε στη μέθοδο επίλυσης προβλημάτων, καθιστώντας το ταυτόχρονα ένα σενάριο δημιουργίας περιεχομένου. Οι μαθητές κλήθηκαν να βρουν έναν τρόπο χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού που είχαν συλλέξει και είχαν ανεβάσει στο χώρο του σχολείου και στη συνέχεια να προχωρήσουν τόσο στην πρόβλεψη επικίνδυνων φαινομένων όπως ο κυκλώνας όσο και στην πρόληψη των προβλημάτων που προκαλούν.

Τη φετινή σχολική χρονιά αποφασίστηκε η υλοποίηση αυτού του σχεδίου, το οποίο αποτελεί καινοτομία όσον αφορά το είδος των δραστηριοτήτων και το θεματικό περιεχόμενο. Στο πλαίσιο αυτό, επιχειρήσαμε και καταφέραμε να συνδέσουμε τέσσερα επιστημονικά πεδία: α) Εκπαιδευτική Ρομποτική, β) Περιβαλλοντική Εκπαίδευση, γ) Μετεωρολογία και δ) Αλγοριθμική και Υπολογιστική Σκέψη με επίκεντρο τη συνεργατική μάθηση. Οι μαθητές βελτίωσαν την κατανόηση και την ικανότητα πρόβλεψης της δραστηριότητας των κυκλώνων στην Ευρώπη - πιο συγκεκριμένα με αντίκτυπο στην Ελλάδα. Ανέπτυξαν έναν μετεωρολογικό σταθμό και ένα τρισδιάστατο μοντέλο για να βοηθήσουν στη διάγνωση των μετεωρολογικών και κλιματολογικών αιτιών των ισχυρών καταιγίδων. Οι μαθητές μελέτησαν τα δεδομένα που συλλέγουν από τον μετεωρολογικό σταθμό που έχει εγκατασταθεί στην οροφή του σχολείου. Τα δεδομένα αυτά προωθήθηκαν στα τμήματα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης προκειμένου να μελετηθούν. Οι μαθητές παρατήρησαν ότι η θερμοκρασία και ο άνεμος είναι δύο μεταβλητές που επηρεάζουν τη δημιουργία ισχυρών καταιγίδων. Αναζήτησαν και βρήκαν τρόπους έγκαιρης προειδοποίησης, ώστε οι κάτοικοι των παράκτιων περιοχών και των νησιών να είναι ασφαλείς. Μαθητές, καθηγητές και επιστήμονες συνεργάστηκαν, σχεδίασαν, εκτέλεσαν, διασκεύασαν.

Το έργο αυτό δεν ωφέλησε μόνο την τοπική μας κοινότητα αλλά και τη διεθνή μας κοινότητα. Συγκεκριμένα, η ερευνητική διαδικασία χωρίστηκε σε έξι (6) διερευνητικά στάδια. Στην πρώτη φάση, οι μαθητές διερεύνησαν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και τις επιπτώσεις της στη νησιωτική Ελλάδα (Problem Position Observation). Βελτίωσαν την κατανόηση των ατμοσφαιρικών μεταβλητών όπως η θερμοκρασία, ο άνεμος, η βροχόπτωση, η υγρασία. Αυτό ήταν σημαντικό για την ανάπτυξη του έργου. Επιπλέον, αναδείχθηκαν οι διαφορετικές κλίμακες με τις οποίες αντιμετωπίζονται συχνά η μετεωρολογία και το κλίμα: Μικροκλίμα (1km), Μεσοκλίμακα (1-1000km), Συνοπτική (1000km +) και Παγκόσμια. Η σημαντική διαφορά μεταξύ της μεσαίας κλίμακας και της συνοπτικής είναι ότι η συνοπτική υπόκειται στη δύναμη Coriolis (αναγκάζεται να κυκλοφορεί λόγω της περιστροφής της Γης). Η κατανόηση του αντίκτυπου που έχουν τα μετεωρολογικά γεγονότα στις κοινότητες είναι σημαντική. Το πιο γνωστό σύστημα στην Ελλάδα είναι η προειδοποίηση ΕΜΥ (http://www.hnms.gr/emy/el/), όπου χρησιμοποιούν μια σειρά χρωμάτων για να σηματοδοτήσουν τον κίνδυνο στους πολίτες, με βάση τη σοβαρότητα και την πιθανότητα. Στο δεύτερο στάδιο διερευνήθηκαν τρόποι αντιμετώπισης και προειδοποίησης για ακραία καιρικά φαινόμενα (Early Affairs). Εξερευνούσαν τις βασικές αρχές της μετεωρολογίας και τα εργαλεία της για την καταγραφή και την πρόβλεψη των φαινομένων. Στο τρίτο διερευνητικό στάδιο (ιδέα με επίκεντρο την υπόθεση) και σε συνεργασία με τα τμήματα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, μελέτησαν και κατασκεύασαν μετεωρολογικό σταθμό για την καταγραφή συγκεκριμένων δεικτών (ύψος και διεύθυνση βροχόπτωσης, θερμοκρασία και ταχύτητα, αέρα, σχετική υγρασία και βαρομετρική πίεση) χρησιμοποιώντας το κιτ Raspberry Pi Oracle Weather Station. Οι μαθητές προσδιόρισαν τις μετεωρολογικές παραμέτρους σε πραγματικό χρόνο και παρατήρησαν κατά τη διάρκεια της ημέρας τη θερμοκρασία, την υγρασία, τη διεύθυνση και την ένταση του ανέμου, την ποσότητα της βροχής (https://thingspeak.com/channels/1010145).. Αυτά είναι σημαντικά στοιχεία για την κατανόηση της μετεωρολογίας. Για παράδειγμα, μελετώντας τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ημέρας, διαπίστωσαν ότι σχετίζεται με τη γέννηση καταιγίδων. Στο τέταρτο διερευνητικό στάδιο (Εκμετάλλευση και εφαρμογή λύσεων) αποφάσισαν σε ποιο πρόβλημα θα επικεντρωθούν (πρόκληση μεγάλων κυμάτων κυκλώνων) και οδηγήθηκαν στο σχεδιασμό ρομποτικής (με κατάλληλο αυτοματισμό) για την αντιμετώπιση των ακραίων φαινομένων, χρησιμοποιώντας ως πηγή πληροφοριών τον πρότυπο μετεωρολογικό σταθμό που είχαν ήδη κατασκευάσει. Καθώς αυτό το πρόγραμμα επικεντρώνεται στην παρατήρηση της Γης, οι μαθητές χρησιμοποίησαν επίσης ένα εξαιρετικό εργαλείο (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/) . Στο πέμπτο στάδιο της ερευνητικής διαδικασίας, οι μαθητές σχεδίασαν και κατασκεύασαν, με τη βοήθεια τρισδιάστατου εκτυπωτή, ένα μοντέλο που αναπαριστούσε ένα νησιωτικό περιβάλλον, στο οποίο ρομποτικές κατασκευές αλληλεπιδρούσαν με τον μετεωρολογικό σταθμό. Τέλος, στο έκτο στάδιο (Cases-Re-Assessment) η προσομοίωση τέθηκε σε λειτουργία και έγινε έλεγχος για τυχόν λάθη ή παραλείψεις. Παράλληλα, το στάδιο αυτό προσέφερε την ευκαιρία να αξιολογηθεί το σύνολο του σχεδιασμού, να επανασχεδιαστεί και να βρεθούν επεκτάσεις για την εφαρμογή του σε άλλες περιπτώσεις.

https://thingspeak.com/channels/1010145