Projekty Climate Detectives 2019-2020

Názov projektu: Roboti v oku cyklónu: Študenti pracujú na robotickom inžinierstve a meteorológii s cieľom ochrániť grécke ostrovy pred zmenou klímy.

Tím: Experimentálni detektívi

2019-2020   Experimentálna škola Solúnskej univerzity   Solún   Grécko   30 Vek študenta: 8-9, 10-11

Výskyt stredomorského cyklónu v Grécku minulé leto a katastrofy motivovali našich študentov k vytvoreniu tohto projektu, ktorý zahŕňa aspekty environmentálnej výchovy a meteorológie. Prístup bol založený na filozofii STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) a spája poznatky a informácie z rôznych odborov. Návrh programu a presnejšie metodika prístupu k vyučovaniu bola založená na metóde riešenia problémov, čím sa zároveň stal scenárom tvorby obsahu. Žiaci mali nájsť spôsob, ako pomocou zozbieraných údajov z meteorologických staníc, ktoré nahrali na školskom pracovisku, a potom postupovať tak pri predpovedaní nebezpečných javov, ako je cyklón, ako aj pri predchádzaní problémom, ktoré spôsobujú.

V tomto školskom roku bolo rozhodnuté realizovať tento projekt, ktorý je inováciou z hľadiska typu aktivít a tematického obsahu. V tejto súvislosti sme sa pokúsili a podarilo sa nám prepojiť štyri vedné oblasti: a) edukačnú robotiku, b) environmentálnu výchovu, c) meteorológiu a d) algoritmické a informatické myslenie so zameraním na kolaboratívne učenie. Žiaci si zlepšili porozumenie a schopnosť predpovedať cyklónovú aktivitu v Európe - konkrétnejšie s dopadom na Grécko. Vyvinuli meteorologickú stanicu a 3D model, ktorý pomáha diagnostikovať meteorologické a klimatologické príčiny silných búrok. Študovali údaje, ktoré zozbierali z meteorologickej stanice, ktorá bola zriadená na streche školy. Tieto údaje boli postúpené katedrám meteorológie a klimatológie na Škole vied Aristotelovej univerzity v Solúne, aby ich mohli študovať. Študenti si všimli, že teplota a vietor sú dve premenné, ktoré ovplyvňujú vznik silných búrok. Hľadali a našli spôsoby včasného varovania, aby obyvatelia pobrežných oblastí a ostrovov boli v bezpečí. Študenti, učitelia a vedci spolupracovali, navrhovali, realizovali, interaktívne spolupracovali.

Tento projekt priniesol úžitok nielen našej miestnej komunite, ale aj medzinárodnej komunite. Konkrétne bol výskumný proces rozdelený do šiestich (6) prieskumných etáp. V prvej fáze študenti skúmali environmentálne dôsledky zmeny klímy a jej vplyv na ostrovné Grécko (Pozorovanie problémovej polohy). Zlepšili svoje chápanie atmosférických premenných, ako sú teplota, vietor, zrážky, vlhkosť. To bolo dôležité pre rozvoj projektu. Okrem toho sa poukázalo na rôzne meradlá, s ktorými sa často zaobchádza v oblasti meteorológie a klímy: Mikroklíma (1 km), mezoskala (1 - 1 000 km), synoptická (1 000 km +) a globálna. Dôležitým rozdielom medzi strednou a sumárnou škálou je, že sumárna podlieha Coriolisovej sile (je nútená cirkulovať v dôsledku rotácie Zeme). Dôležité je pochopenie vplyvu meteorologických udalostí na spoločenstvá. V Grécku je najznámejší systém výstrahy ΕΜΥ (http://www.hnms.gr/emy/el/), kde sa na signalizáciu nebezpečenstva pre civilné obyvateľstvo používa škála farieb podľa závažnosti a pravdepodobnosti. V druhej etape sa skúmali spôsoby riešenia a varovania pred extrémnym počasím (Early Affairs). Skúmali základné princípy meteorológie a jej nástroje na zaznamenávanie a predpovedanie javov. V tretej prieskumnej etape (myšlienka zameraná na hypotézy) a v spolupráci s katedrami meteorológie a klimatológie Prírodovedeckej fakulty Aristotelovej univerzity v Solúne skúmali a skonštruovali meteorologickú stanicu na zaznamenávanie konkrétnych ukazovateľov (výška a smer zrážok, teplota a rýchlosť, vzduch, relatívna vlhkosť a barometrický tlak) pomocou súpravy Raspberry Pi Oracle Weather Station. Žiaci zisťovali meteorologické parametre v reálnom čase a počas dňa pozorovali teplotu, vlhkosť, smer a intenzitu vetra, množstvo dažďa (https://thingspeak.com/channels/1010145).. Sú to dôležité prvky pre pochopenie meteorológie. Napríklad pri skúmaní teploty počas dňa zistili, že súvisí so vznikom búrok. Vo štvrtej prieskumnej etape (Využitie a implementácia riešení) sa rozhodli, na ktorý problém sa zamerajú (vyvolanie veľkých cyklónových vĺn), a boli vedení k návrhu robota (s vhodnou automatizáciou) na riešenie extrémnych javov, pričom ako zdroj informácií použili štandardnú meteorologickú stanicu, ktorú už postavili. Keďže tento program je zameraný na pozorovanie Zeme, študenti využili aj vynikajúci nástroj (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/) . V piatej fáze výskumného procesu študenti navrhli a skonštruovali pomocou 3D tlačiarne model predstavujúci ostrovné prostredie, v ktorom robotické konštrukcie komunikovali s meteorologickou stanicou. Nakoniec v šiestej etape (Cases-Re-Assessment) bola simulácia uvedená do prevádzky a bola vykonaná kontrola prípadných chýb alebo opomenutí. Táto etapa zároveň ponúkla možnosť zhodnotiť celý návrh, prepracovať ho a nájsť rozšírenia pre jeho implementáciu v ďalších prípadoch.

https://thingspeak.com/channels/1010145