Ilmastodetektivien hankkeet 2019-2020

Hankkeen nimi: Robotit pyörremyrskyn silmässä: Opiskelijat työskentelevät robottitekniikan ja meteorologian parissa ja pyrkivät suojelemaan Kreikan saaria ilmastonmuutokselta.

Joukkue: Kokeelliset etsivät

2019-2020   Thessalonikin yliopiston kokeellinen koulu   Thessaloniki   Kreikka   30 Oppilaan ikä: 8-9, 10-11

Välimeren syklonin esiintyminen Kreikassa viime kesänä ja sen aiheuttamat katastrofit motivoivat oppilaitamme luomaan tämän hankkeen, johon sisältyy sekä ympäristökasvatuksen että meteorologian osa-alueita. Lähestymistapa perustui STEM-filosofiaan (Science, Technology, Engineering, Mathematics), ja siinä yhdistetään eri tieteenalojen tietoja ja tietämystä. Ohjelman suunnittelu ja tarkemmin sanottuna opetusmenetelmä perustui ongelmanratkaisumenetelmään, mikä tekee siitä samalla sisällön luomisen skenaarion. Oppilaita pyydettiin etsimään keino käyttää koulun sivustolle ladattuja kerättyjä sääasematietoja ja etenemään sitten sekä vaarallisten ilmiöiden, kuten syklonin, ennustamiseen että niiden aiheuttamien ongelmien ehkäisemiseen.

Tänä lukuvuonna päätettiin toteuttaa tämä hanke, joka on toimintatyypiltään ja sisällöltään uusi. Tässä yhteydessä yritimme ja onnistuimme yhdistämään neljä tieteenalaa: a) opetusrobotiikka, b) ympäristökasvatus, c) meteorologia ja d) algoritminen ja laskennallinen ajattelu, jossa keskitytään yhteisölliseen oppimiseen. Opiskelijat paransivat ymmärrystään ja kykyään ennustaa syklonien toimintaa Euroopassa ja erityisesti niiden vaikutusta Kreikkaan. He kehittivät sääaseman ja 3D-mallin, joiden avulla he voivat diagnosoida ankarien myrskyjen meteorologisia ja ilmastollisia syitä. Oppilaat tutkivat koulun katolle pystytetystä sääasemasta keräämiään tietoja. Nämä tiedot toimitettiin Thessalonikin Aristoteleen yliopiston tiedekunnan meteorologian ja ilmastoinnin laitoksille tutkittavaksi. Opiskelijat huomasivat, että lämpötila ja tuuli ovat kaksi muuttujaa, jotka vaikuttavat voimakkaiden myrskyjen syntyyn. He etsivät ja löysivät keinoja ennakkovaroittamiseen, jotta rannikkoalueiden ja saarten asukkaat olisivat turvassa. Opiskelijat, opettajat ja tutkijat tekivät yhteistyötä, suunnittelivat, toteuttivat ja keskustelivat.

Tämä hanke ei hyödyttänyt ainoastaan paikallista yhteisöä vaan myös kansainvälistä yhteisöä. Tutkimusprosessi jaettiin kuuteen (6) tutkimusvaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa opiskelijat tutkivat ilmastonmuutoksen ympäristövaikutuksia ja sen vaikutuksia Kreikan saaristoon (ongelman sijainnin havainnointi). He paransivat ymmärrystään ilmakehän muuttujista, kuten lämpötilasta, tuulesta, sateesta ja kosteudesta. Tämä oli tärkeää hankkeen kehittämisen kannalta. Lisäksi korostuivat eri mittakaavat, joilla meteorologiaa ja ilmastoa usein käsitellään: Mikroilmasto (1 km), mesoskaala (1-1000 km), synoptinen (yli 1000 km) ja maailmanlaajuinen. Tärkeä ero keskipitkän mittakaavan ja yhteenvedon välillä on se, että yhteenvetoon kohdistuu Coriolis-voima (maapallon pyörimisestä johtuva pakko kiertää). On tärkeää ymmärtää, miten sääilmiöt vaikuttavat yhteisöihin. Kreikassa tunnetuin järjestelmä on ΕΜΥ-varoitus (http://www.hnms.gr/emy/el/), jossa vaaran vakavuuden ja todennäköisyyden perusteella annetaan siviileille merkki vaaran vakavuudesta eri väreillä. Toisessa vaiheessa tutkittiin tapoja käsitellä äärimmäisiä sääoloja ja varoittaa niistä (Early Affairs). He tutkivat meteorologian perusperiaatteita ja sen välineitä ilmiöiden tallentamiseen ja ennustamiseen. Kolmannessa tutkimusvaiheessa (hypoteesikeskeinen ajatus) ja yhteistyössä Thessalonikin Aristoteleen yliopiston luonnontieteellisen korkeakoulun meteorologian ja ilmastoinnin laitosten kanssa he tutkivat ja rakensivat sääaseman, jolla voidaan tallentaa tiettyjä indikaattoreita (sateen korkeus, suunta, lämpötila ja nopeus, ilman, suhteellinen kosteus ja ilmanpaine) käyttäen Raspberry Pi Oracle -sääasemapakettia. Opiskelijat tunnistivat meteorologiset parametrit reaaliajassa ja tarkkailivat päivän aikana lämpötilaa, kosteutta, tuulen suuntaa ja voimakkuutta, sateen määrää (https://thingspeak.com/channels/1010145)... Nämä ovat tärkeitä elementtejä meteorologian ymmärtämiseksi. Esimerkiksi lämpötilaa päivän aikana tutkittaessa he huomasivat, että se oli yhteydessä myrskyjen syntyyn. Neljännessä tutkimusvaiheessa (ratkaisujen hyödyntäminen ja toteuttaminen) he päättivät, mihin ongelmaan he keskittyvät (suurten pyörremyrskyaaltojen laukaiseminen), ja heidät johdatettiin robotiikan suunnitteluun (asianmukaisella automaatiolla) ääri-ilmiöiden käsittelemiseksi käyttäen tietolähteenä jo rakentamaansa tavallista sääasemaa. Koska tässä ohjelmassa keskitytään maanhavainnointiin, oppilaat käyttivät myös erinomaista työkalua (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/) . Tutkimusprosessin viidennessä vaiheessa oppilaat suunnittelivat ja rakensivat 3D-tulostimen avulla saariympäristöä kuvaavan mallin, jossa robottikonstruktiot toimivat vuorovaikutuksessa sääaseman kanssa. Kuudennessa vaiheessa (tapausten uudelleenarviointi) simulaatio otettiin käyttöön ja tarkistettiin, ettei siinä ollut virheitä tai puutteita. Samalla tämä vaihe tarjosi mahdollisuuden arvioida koko suunnitelmaa, suunnitella se uudelleen ja löytää laajennuksia sen toteuttamiseksi muissa tapauksissa.

https://thingspeak.com/channels/1010145