Projekty Detektywów Klimatu w latach 2019-2020

Tytuł projektu: Roboty w oku cyklonu: Studenci pracują nad inżynierią robotyczną i meteorologią, mając na celu ochronę greckich wysp przed zmianami klimatu.

Zespół: Eksperymentalni detektywi

2019-2020   Szkoła Eksperymentalna Uniwersytetu w Salonikach   Saloniki   Grecja   30 Wiek ucznia: 8-9, 10-11

Pojawienie się śródziemnomorskiego cyklonu w Grecji zeszłego lata i katastrofy zmotywowały naszych uczniów do stworzenia tego projektu, który obejmuje zarówno aspekty edukacji ekologicznej, jak i meteorologii. Podejście zostało oparte na filozofii STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) i łączy wiedzę i informacje z różnych dyscyplin. Projekt programu, a dokładniej metodologia podejścia do nauczania, opierała się na metodzie rozwiązywania problemów, dzięki czemu był to jednocześnie scenariusz tworzenia treści. Uczniowie zostali poproszeni o znalezienie sposobu na wykorzystanie zebranych danych ze stacji meteorologicznej, które zostały przesłane na stronę szkoły, a następnie przystąpienie zarówno do prognozowania niebezpiecznych zjawisk, takich jak cyklon, jak i zapobiegania problemom, które one powodują.

W tym roku szkolnym postanowiono wdrożyć ten projekt, który jest innowacją pod względem rodzaju działań i treści tematycznych. W tym kontekście podjęliśmy próbę i udało nam się połączyć cztery dziedziny nauki: a) robotykę edukacyjną, b) edukację ekologiczną, c) meteorologię oraz d) myślenie algorytmiczne i obliczeniowe, koncentrując się na wspólnym uczeniu się. Uczniowie poprawili zrozumienie i zdolność przewidywania aktywności cyklonów w Europie - a dokładniej ich wpływu na Grecję. Opracowali stację pogodową i model 3D, aby pomóc zdiagnozować meteorologiczne i klimatologiczne przyczyny silnych burz. Uczniowie przeanalizowali dane zebrane ze stacji meteorologicznej umieszczonej na dachu szkoły. Dane te zostały przesłane do wydziałów meteorologii i klimatologii Szkoły Nauk Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach w celu ich zbadania. Studenci zauważyli, że temperatura i wiatr to dwie zmienne, które wpływają na powstawanie silnych burz. Poszukiwali i znaleźli sposoby wczesnego ostrzegania, aby mieszkańcy obszarów przybrzeżnych i wysp byli bezpieczni. Uczniowie, nauczyciele i naukowcy współpracowali, projektowali, wykonywali, współdziałali.

Projekt ten przyniósł korzyści nie tylko naszej lokalnej społeczności, ale także społeczności międzynarodowej. W szczególności proces badawczy został podzielony na sześć (6) etapów eksploracyjnych. W pierwszej fazie uczniowie badali środowiskowe implikacje zmian klimatycznych i ich wpływ na wyspiarską Grecję (Obserwacja Pozycji Problemu). Poprawili swoje zrozumienie zmiennych atmosferycznych, takich jak temperatura, wiatr, opady deszczu i wilgotność. Było to ważne dla rozwoju projektu. Ponadto podkreślono różne skale, w których często traktuje się meteorologię i klimat: Mikroklimat (1 km), Mezoskala (1-1000 km), Synoptyczna (1000 km +) i Globalna. Istotną różnicą między średnią skalą a podsumowaniem jest to, że podsumowanie podlega sile Coriolisa (wymuszonej cyrkulacji z powodu obrotu Ziemi). Zrozumienie wpływu zjawisk meteorologicznych na społeczności jest bardzo ważne. Systemem najbardziej znanym w Grecji jest ostrzeżenie ΕΜΥ (http://www.hnms.gr/emy/el/), w którym używa się szeregu kolorów do sygnalizowania niebezpieczeństwa dla ludności cywilnej, w oparciu o dotkliwość i prawdopodobieństwo. W drugim etapie badano sposoby radzenia sobie z ekstremalnymi warunkami pogodowymi i ostrzegania przed nimi (Early Affairs). Badali podstawowe zasady meteorologii i jej narzędzia do rejestrowania i przewidywania zjawisk. W trzecim etapie eksploracyjnym (pomysł skoncentrowany na hipotezach) i we współpracy z wydziałami meteorologii i klimatologii Szkoły Nauk Uniwersytetu Arystotelesa w Salonikach, zbadali i zbudowali stację meteorologiczną do rejestrowania określonych wskaźników (wysokość i kierunek opadów, temperatura i prędkość, powietrze, wilgotność względna i ciśnienie barometryczne) przy użyciu zestawu Raspberry Pi Oracle Weather Station. Uczniowie identyfikowali parametry meteorologiczne w czasie rzeczywistym i obserwowali w ciągu dnia temperaturę, wilgotność, kierunek i intensywność wiatru, ilość deszczu (https://thingspeak.com/channels/1010145). Są to ważne elementy dla zrozumienia meteorologii. Na przykład, badając temperaturę w ciągu dnia, odkryli, że jest ona związana z narodzinami burz. W czwartym etapie eksploracyjnym (Eksploracja i wdrażanie rozwiązań) zdecydowali, na jakim problemie się skupią (wywoływanie dużych fal cyklonowych) i zostali poprowadzeni do zaprojektowania robotyki (z odpowiednią automatyzacją), aby poradzić sobie z ekstremalnymi zjawiskami, wykorzystując jako źródło informacji standardową stację pogodową, którą już zbudowali. Ponieważ program ten koncentruje się na obserwacji Ziemi, uczniowie korzystali również z doskonałego narzędzia (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/). W piątym etapie procesu badawczego uczniowie zaprojektowali i zbudowali, przy pomocy drukarki 3D, model reprezentujący środowisko wyspiarskie, w którym zrobotyzowane konstrukcje współdziałały ze stacją pogodową. Wreszcie, w szóstym etapie (Cases-Re-Assessment) symulacja została uruchomiona i sprawdzona pod kątem ewentualnych błędów lub pominięć. Jednocześnie etap ten oferował możliwość oceny całego projektu, przeprojektowania i znalezienia rozszerzeń do jego wdrożenia w innych przypadkach.

https://thingspeak.com/channels/1010145