Σχέδια μαθήματος

Εισαγωγή

Στο πλαίσιο του προγράμματος οι εμπλεκόμενοι/ες μαθητές/τριες κλήθηκαν να διερευνήσουν τις περιβαλλοντικές διαστάσεις της κλιματικής αλλαγής, να αναζητήσουν τρόπους έγκαιρης πρόγνωσης και προειδοποίησης των αρμόδιων αρχών και του τοπικού πληθυσμού, να σχεδιάσουν και να υλοποιήσουν απαραίτητα μέτρα προστασίας και τέλος να εμπλέξουν και να ευαισθητοποιήσουν στην παραπάνω δράση όλους τους μαθητές/τριες του σχολείου μας, από το Νηπιαγωγείο μέχρι και το Λύκειο.

Για την επίτευξη του παραπάνω σκοπού αξιοποιήθηκαν ανοιχτές τεχνολογίες, εργαλεία και εξοπλισμός για τη δημιουργία επαναχρησιμοποιήσιμων, ανοιχτών και χαμηλού κόστους λύσεων που μπορούν να συμβάλλουν στην παρακολούθηση, έγκαιρη ενημέρωση και προστασία των τοπικών κοινωνιών από τα έντονα καιρικά φαινόμενα. Ειδικότερα, στο πλαίσιο του προγράμματος σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε

1. ένας πρότυπος μετεωρολογικός σταθμός σταθερής θέσης βασισμένος στον υπολογιστή μικρού μεγέθους Raspberry Pi
2. φορητοί μετρητές μετεωρολογικών δεδομένων βασισμένοι στον μικροελεγκτή BBC micro:bit και
3. πειραματικές ρομποτικές διατάξεις βασισμένες στα προγραμματιζόμενα ρομπότ Edison.

Το πρόγραμμα είχε αφενός διεπιστημονικό χαρακτήρα μιας και εμπλέκονται πτυχές της περιβαλλοντικής εκπαίδευσης, της φυσικής, της μετεωρολογίας, της στατιστικής, των μαθηματικών, των αρχαίων ελληνικών και της πληροφορικής και αφετέρου είναι ταυτόχρονα διαθεματικό, καθώς η όλη προσέγγιση στηρίχθηκε στη φιλοσοφία STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) και συνδύασε γνώσεις και πληροφορίες από διαφορετικά γνωστικά αντικείμενα. Μέσα από αυτή τη διαθεματική και διεπιστημονική προσέγγιση της κλιματικής αλλαγής και του φαινομένου του θερμοκηπίου, επιδιώχθηκε η καλύτερη δυνατή κατανόηση και ερμηνεία των πολύπλοκων αυτών εννοιών/φαινομένων στην ολότητά τους, στο πλαίσιο της διδασκαλία των παραπάνω τυπικών μαθημάτων διαφόρων βαθμίδων του αναλυτικού προγράμματος.

Τέλος, οι αρχές της ανοιχτής φιλοσοφίας (άδειες Creative Commons 4.0, BY, SA) υιοθετήθηκαν και στην δημιουργία του εκπαιδευτικού υλικού που παράχθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος με στόχο την ευρύτερη δυνατή  αξιοποίηση του από της εκπαιδευτική κοινότητα.

Στάδια Υλοποίησης

Κατά τη διάρκεια υλοποίησης του προγράμματος οι μαθητές του ομίλου Υπολογιστικής Σκέψης και Εφαρμοσμένης Ρομποτικής μετά από αναζήτηση στο διαδίκτυο, σχετική μελέτη και ανάλυση/συζήτηση, επέλεξαν

1. για τον μετεωρολογικό σταθμό σταθερής θέσης την υλοποίηση που αξιοποιεί τον υπολογιστή μικρού μεγέθους Raspberry Pi με βασικά κριτήρια στην επιλογή μας την απλούστερη κατασκευή/υλοποίηση και τις αυξημένες δυνατότητες που προσφέρει η αξιοποίηση ενός υπολογιστή με λειτουργικό σύστημα (όπως είναι το Raspberry Pi)
2. για τους φορητούς μετρητές μετεωρολογικών μεγεθών τους μικροελεγκτές BBC micro:bit λόγω της ευκολίας χρήσης τόσο του υλικού (hardware) όσο και του περιβάλλοντος προγραμματισμού τους
3. για τις ρομποτικές κατασκευές ενημέρωσης και προειδοποίησης την ανοιχτή ρομποτική πλατφόρμα Meet Edison

Για την σχεδίαση, κατασκευή, τοποθέτηση και διαχείριση των παραπάνω μετεωρολογικών διατάξεων δημιουργήθηκαν οι μαθητές του Ομίλου Υπολογιστικής Σκέψης και εφαρμοσμένης ρομποτικής:

• αναζήτησαν σχετικές επιστημονικές βιβλιογραφικές πηγές και πληροφορίες, διερεύνησαν, μελέτησαν και ενημερώθηκαν για θέματα που αφορούν στον καιρό, στο κλίμα και στα ακραία καιρικά φαινόμενα
• μελέτησαν με τη χρήση φύλλων εργασίας τα στάδια συναρμολόγησης, προγραμματισμού και τοποθέτησης σε κατάλληλα επιλεγμένο σημείου της σχολικής μονάδας ενός πρότυπου μετεωρολογικού σταθμού σταθερής θέσης βασισμένου στον υπολογιστή μικρού μεγέθους Raspberry Pi με δυνατότητα μέτρησης θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας, ατμοσφαιρικής πίεσης, ταχύτητας και κατεύθυνσης ανέμου και ανάρτησης των τιμών αυτών σε πραγματικό χρόνο στην διαδικτυακή πλατφόρμα ThingSpeak.
• συναρμολόγησαν και προγραμμάτισαν μικροϋπολογιστές BBC micro:bit ώστε να μετρούν τη θερμοκρασία, την υγρασία και την ατμοσφαιρική πίεση και κατασκεύασαν τα κατάλληλα εξαρτήματα ώστε να μετατρέψουν τα micro:bit σε wearables/φορητούς μετρητές
• κατέγραψαν συστηματικά με την βοήθεια του παραπάνω εξοπλισμού και μελέτησαν/ανέλυσαν μετεωρολογικά και κλιματικά δεδομένα (θερμοκρασία, ύψος βροχόπτωσης, διεύθυνση και ταχύτητα ανέμου, σχετική υγρασία και ατμοσφαιρική πίεση) για χρονικό διάστημα τριών μηνών
• αξιοποιώντας τα παραπάνω δεδομένα οι μαθητές σχεδίασαν και υλοποίησαν ρομποτικές κατασκευές βασισμένες στα προγραμματιζόμενα ρομπότ Edison με στόχο την έγκαιρη ενημέρωση και προειδοποίηση των πολιτών για τα ακραία καιρικά φαινόμενα (extreme events) καθώς και τους φυσικούς κινδύνους (natural hazards). Όλες οι παραπάνω διατάξεις θα επικοινωνούν / ανταλλάσσουν δεδομένα μεταξύ τους.

Για την συνολική εικόνα της τεχνολογικής διάστασης του προγράμματος δες συνημένη εικόνα.

Οι μαθητές της Α Γυμνασίου αξιοποίησαν την πειραματική διάταξη του μετεωρολογικού σταθμού καθώς και τα δεδομένα που καταγράφει:

• στο μάθημα της Γεωγραφίας της Α Γυμνασίου, οι μαθητές συσχέτισαν τα είδη κλίματος με το γεωγραφικό πλάτος ενός τόπου και τις περιπτώσεις τοπικών συνθηκών, όπως είναι οι μουσώνες στην Ινδία, οι βόρειοι παγωμένοι άνεμοι που πνέουν από την βόρεια Ασία προς την Ευρώπη κ.ά. Αφού διέκριναν τις έννοιες καιρός και κλίμα εργάστηκαν σε ομάδες προκειμένου να εμβαθύνουν σε θέματα που αφορούν στα ακραία καιρικά φαινόμενα (ορισμός, αιτίες, συνέπειες, παραδείγματα) και στην κλιματική αλλαγή (ορισμός, αιτίες, συνέπειες, παραδείγματα).
• στο μάθημα της Φυσικής της Α Γυμνασίου έγινε διάκριση από τους μαθητές των εννοιών της θερμοκρασίας και της θερμότητας, και ορίστηκαν έννοιες που σχετίζονται με καιρικά φαινόμενα όπως η πυκνότητα, η ταχύτητα ανέμου και ο όγκος νερού. Επιπλέον οι μαθητές ερμήνευσαν γραφικές παραστάσεις που προέκυψαν από τα δεδομένα καταγραφής του μετεωρολογικού σταθμού του ΠΣΠΘ.

Οι μαθητές της Β Γυμνασίου αξιοποίησαν την πειραματική διάταξη του μετεωρολογικού σταθμού καθώς και τα δεδομένα που καταγράφει:

• στο μάθημα των Μαθηματικών και συγκεκριμένα στο 4ο κεφάλαιο της  Άλγεβρας “Περιγραφική Στατιστική” οι μαθητές/τριες της β΄ Γυμνασίου,  εργαζόμενοι ομαδοσυνεργατικά, αφού κατέγραψαν τις μετρήσεις του  μετεωρολογικού σταθμού, δημιούργησαν τις κατανομές συχνοτήτων και  σχετικών συχνοτήτων και τα κατάλληλα διαγράμματα (ραβδογράμματα,  χρονογράμματα, ιστογράμματα, κυκλικά διαγράμματα κ.λπ.). Επίσης, βρήκαν τις μέσες τιμές και τις διαμέσους των μεταβλητών (θερμοκρασία, ύψος βροχής, υγρασία κ.λπ.) και τις σύγκριναν με τις  αντίστοιχες τιμές από προηγούμενες χρονιές.

Οι μαθητές της Β Λυκείου:

• εξέτασαν την επίδραση των μετεωρολογικών φαινομένων, ιδιαίτερα των έντονων, στον ανθρώπινο ψυχισμό, ο οποίος τα αντιμετωπίζει είτε ως θείες αποκαλύψεις (μύσαντες δ᾽ εἴχομεν θείαν νόσον), είτε ως εξωτερικεύσεις ψυχολογικών μηχανισμών (Αντιγόνη)
• διερεύνησαν την μετεωρολογική διαχρονία με λεξιλογική διερεύνηση των οικείων όρων του σοφόκλειου αποσπάσματος (ἔστ᾽ ἐν αἰθέρι μέσῳ κατέστη λαμπρὸς ἡλίου κύκλος καὶ καῦμ᾽ ἔθαλπε· καὶ τότ᾽ ἐξαίφνης χθονὸς τυφὼς ἀείρας σκηπτόν, οὐράνιον ἄχος, πίμπλησι πεδίον πᾶσαν αἰκίζων φόβην ὕλης πεδιάδος, ἐν δ᾽ ἐμεστώθη μέγας αἰθήρ)
• επιχείρησαν να απαντήσουν στο αριστοτελικής κοπής ερώτημα αν το ακραίο φαινόμενο την στιγμή της απείθειας της Αντιγόνης συμβαίνει “κατὰ τὸ εἰκὸς ἢ τὸ ἀναγκαῖον”: αν σηκώνει δηλαδή επιστημονική εξήγηση ή αν είναι μόνο δραματολογικά επιβεβλημένο

Οι μαθητές των Γ και Δ τάξεων του Δημοτικού:

• στο μάθημα της Μελέτης Περιβάλλοντος όπου αναζήτησαν σχετικές πηγές και πληροφορίες, διερεύνησαν, μελέτησαν και θα ενημερώθηκαν για θέματα που αφορούν στον καιρό, στο κλίμα και στα ακραία καιρικά φαινόμενα
• στο μάθημα της Γλώσσας της Γ δημοτικού όπου αξιοποιήθηκε διαθεματικά στην ενότητα «Πολιτείες ντυμένες στα λευκά» ενώ στο μάθημα της γλώσσας της Δ δημοτικού προσεγγίστηκαν αναλύθηκαν έννοιες όπως ανεμόμετρο, βροχόμετρο, υγρασία, μετεωρολογικός σταθμός, στατιστική κλπ. Επίσης, έγινε ορθογραφική ανάλυση και λεξιλογική κατάταξη όλων αυτών των λέξεων σε οικογένειες λέξεων που ανήκουν.
• στο μάθημα των Μαθηματικών οι ενότητες Οργάνωση δεδομένων και πληροφοριών και Αξιολογώ και οργανώνω πληροφορίες διδάχθηκαν αποκλειστικά με φύλλα εργασίας ετοίμασαν οι εκπαιδευτικοί των τάξεων και τα οποία παρουσιάζουν όλα τα στατιστικά δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού. Οι μαθητές εξοικειώθηκαν με τα διαγράμματα του σταθμού, έμαθαν να αναλύουν τα στατιστικά δεδομένα που έχουν σχέση με τον καιρό, να τα συγκρίνουν μεταξύ τους αλλά και με παλαιότερα και τελικά πώς να εξάγουν και να διατυπώνουν λογικά συμπεράσματα.
• στα εργαστήρια δεξιοτήτων στους θεματικούς άξονες «Περιβάλλον-Φροντίζω το περιβάλλον» και συγκεκριμένα στους τομείς, Οικολογική Συνείδηση, Κλιματική Αλλαγή, Πρόληψη και Προστασία από τις Φυσικές Καταστροφές, και «Δημιουργώ και Καινοτομώ-Δημιουργική σκέψη και πρωτοβουλία» στους τομείς STEM, Ρομποτική, νέες τεχνολογίες.

Τέλος οι μαθητές του Νηπιαγωγείου

• εμπλούτισαν το λεξιλόγιό τους και έμαθαν να χρησιμοποιούν κατάλληλο επιστημονικό λεξιλόγιο προκειμένου να συζητούν για τον καιρό
• ενίσχυσαν τις μεταγνωστικές δεξιότητές τους θέτοντας κατάλληλα ερωτήματα, διατυπωνοντας υποθέσεις και συμπεράσματα που αφορούν στον καιρό και στο κλίμα
• αντιλήφθηκαν μέσω της συστηματικής καταγραφής του καιρού την χρηστικότητα στην καθημερινή τους ζωή

Τομέας Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας του Τμήματος Γεωλογίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης

Το καινοτόμο εκπαιδευτικό πρόγραμμα με τίτλο «Ακραία καιρικά φαινόμενα: ενημέρωση, εκπαίδευση και προστασία με την αξιοποίηση ανοιχτών εργαλείων εκπαιδευτικής ρομποτικής» υλοποιείται σε συνεργασία και με την επιστημονική υποστήριξη του Τομέα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας του Τμήματος Γεωλογίας του ΑΠΘ.

Η συνεργασία ξεκίνησε κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2019-20 και χρηματοδοτήθηκε από την Επιτροπή Ερευνών (ΕΛΚΕ ΑΠΘ, Ειδικός Λογαριασμός Κονδυλίων Έρευνας του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η συνεργασία συνεχίζεται και κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2020-21 με προοπτική συνέχισης της και το επόμενο σχολικό έτος.

Το πρόγραμμα υλοποιείται με την επιστημονική υποστήριξη της αναπληρώτριας καθηγήτριας του τομέα μετεωρολογίας-κλιματολογίας Δρ. Κωνσταντίας Τολίκα.

Στο πλαίσιο αυτής της συνεργασίας η Δρ. Τολίκα, υλοποίησε μια σειρά on-line εισηγήσεων για τους εμπλεκόμενους μαθητές/εκπαιδευτικούς και ειδικότερα

Νηπιαγωγείο ΠΣΠΘ

• Ο καιρός και το κλίμα μέσα από την τέχνη (Μάρτιος 2021)

Γ, Δ Δημοτικού ΠΣΠΘ (Μελέτη Περιβάλλοντος, Γλώσσα, Μαθηματικά, Εργαστήρια Δεξιοτήτων)

• Ο καιρός και το κλίμα, Κλιματικές αλλαγές, Ακραία Καιρικά Φαινόμενα και Φυσικοί Κίνδυνοι (Μάρτιος, Απρίλιος 2021)

Α, Β Γυμνασίου ΠΣΠΘ (Γεωγραφία, Φυσική, Μαθηματικά)

• Ο καιρός και το κλίμα, Κλιματικές αλλαγές, Ακραία Καιρικά Φαινόμενα και Φυσικοί Κίνδυνοι (Μάρτιος 2021)
• Επεξεργασία δεδομένων θερμοκρασίας (μέσες τιμές – ακραίες τιμές) (Απρίλιος 2021)
• Επεξεργασία δεδομένων βροχόπτωσης και ανέμου (μέσες τιμές – ακραίες τιμές) (Μάιος 2021)

Όμιλος Υπολογιστικής Σκέψης ΠΣΠΘ

• Ο καιρός και το κλίμα, Ακραία καιρικά φαινόμενα (Οκτώβριος 2020)
• Επιλογή κατάλληλης θέσης τοποθέτησης ενός μετεωρολογικού σταθμού (Νοέμβριος 2020)
• Κλιματικές αλλαγές, Ακραία Καιρικά Φαινόμενα και Φυσικοί Κίνδυνοι (Μάρτιος 2021)
• Επεξεργασία δεδομένων θερμοκρασίας (μέσες τιμές – ακραίες τιμές) (Απρίλιος 2021)
• Επεξεργασία δεδομένων βροχόπτωσης και ανέμου (μέσες τιμές – ακραίες τιμές) (Μάιος 2021)

Β Λυκείου ΠΣΠΘ (Αρχαία Ελληνικά)

• Ο καιρός και το κλίμα μέσα από τα αρχαία κείμενα (Μάιος 2021)

Κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2019-20 πραγματοποιήθηκαν

• επισκέψεις των εμπλεκόμενων μαθητών στο Μετεωροσκοπείο του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, παρακολούθηση εισηγήσεων και ξενάγηση στο μετεωρολογικό πάρκο του μετεωροσκοπείου
• επισκέψεις/εισγήσεις της Δρ. Τολίκα στο Πειραματικό Σχολείο του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης

επιλογή της κατάλληλης θέσης για την τοποθέτηση του μετεωρολογικού σταθμού σταθερής θέσης

Κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2019-20 πραγματοποιήθηκαν

• επισκέψεις των εμπλεκόμενων μαθητών στο Μετεωροσκοπείο του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, παρακολούθηση εισηγήσεων και ξενάγηση στο μετεωρολογικό πάρκο του μετεωροσκοπείου
• επισκέψεις/εισγήσεις της Δρ. Τολίκα στο Πειραματικό Σχολείο του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης
• επιλογή της κατάλληλης θέσης για την τοποθέτηση του μετεωρολογικού σταθμού σταθερής θέσης

European Space Agency – ESA (Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος), στο πλαίσιο του προγράμματος Climate Detectives

Κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2019-20 το σχολείο μας συμμετείχε με το πρόγραμμα «Students work on robotic engineering and meteorology to protect Greek islands from climate change στον εκπαιδευτικό διαγωνισμό «Climate Detectives» της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Στο πλαίσια του διαγωνισμού αυτού οι μαθητές μας κλήθηκαν να «κάνουν τη διαφορά» στην προστασία του κλίματος της Γης. Ειδικότερα οι μαθητές του σχολείου μας διερεύνησαν ως «Κλιματικοί Ντετέκτιβ» το φαινόμενο του Μεσογειακού Κυκλώνα, χρησιμοποιώντας τόσο τα διαθέσιμα δεδομένα από γνωστές διαδικτυακές πλατφόρμας, όσο και τις μετρήσεις που πραγματοποίησαν με τον μετεωρολογικό σταθμό που σχεδίασαν και υλοποίησαν. Με βάση την έρευνά τους, οι μαθητές πρότειναν τρόπους για να βοηθήσουν στην παρακολούθηση και αντιμετώπιση του προβλήματος και τέλος μοιράστηκαν τα ερευνητικά ευρήματα στον ιστότοπο Climate Detectives.

Σε όλες τις φάσεις του έργου, επιστήμονες και εμπειρογνώμονες στον τομέα της παρατήρησης της Γης και του κλίματος υποστήριξαν την ομάδα του σχολείου μας.

Η πρόταση του σχολείου μας πέρασε όλα τα στάδια του διαγωνισμού και ολοκληρώθηκε με επιτυχία.

Περισσότερες πληροφορίες: https://climatedetectives.esa.int/projects-gallery-2019-2020/details/152/

Εταιρεία Ελεύθερου Λογισμικού / Λογισμικού Ανοιχτού Κώδικα

Κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2019-20 το σχολείο μας συμμετείχε στον 2ο πανελλήνιο διαγωνισμό ανοιχτών τεχνολογιών στην εκπαίδευση με την πρόταση «Οι μαθητές αξιοποιούν την εκπαιδευτική ρομποτική και τη μετεωρολογία για να προστατέψουν τα Ελληνικά νησιά από την κλιματική αλλαγή». Η πρόταση του σχολείου μας πέρασε με επιτυχία όλα τα στάδια του διαγωνισμού, χρηματοδοτήθηκε και ολοκληρώθηκε με επιτυχία στο τέλος του σχολικού έτους 2019-20.

Περισσότερες πληροφορίες: https://openedtech.ellak.gr/robotics2020/i-mathites-axiopioun-tin-ekpedeftiki-rompotiki-ke-ti-meteorologia-gia-na-prostatepsoun-ta-ellinika-nisia-apo-tin-klimatiki-allagi/

Μελλοντικές Συνεργασίας

Έχουν ήδη γίνει οι πρώτες επαφές με τον Συντονιστή Εκπαιδευτικού Έργου Φυσικών Επιστημών του 1ο ΠΕ.Κ.Ε.Σ. Κεντρικής Μακεδονίας κ. Σωκράτη Τουμπεκτσή με στόχο τη διάχυση και υλοποίηση από την επόμενη σχολική χρονιά του προγράμματος σε σχολικές μονάδες της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Στο πλαίσιο αυτό οι μαθητές του Πειραματικού Σχολείου του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης θα υποστηρίξουν του μαθητές άλλων σχολείων σε όλα τα στάδια σχεδιασμού, κατασκευής, τοποθέτησης, λειτουργίας, καταγραφής δεδομένων και συντήρησης ενός μετεωρολογικού σταθμού.

Να σημειωθεί ότι κάποιες σχολικές μονάδες έχουν εκδηλώσει ενδιαφέρον για συνεργασία και συμμετοχή στο πρόγραμμα για την επόμενη σχολική χρονιά. Στόχος λοιπόν για το σχολικό έτος 2021-22 είναι η δημιουργία ενός δικτύου συνεργαζόμενων σχολείων / μετεωρολογικών σταθμών