Ονοματεπώνυμο Εκπαιδευτικού/ων: Βαγιός Σταύρος Σχολική/ες Μονάδα/ες: ΓΕΛ Νεάπολης, Λακωνίας
Στοιχεία συμμετεχόντων μαθητών/τριών:
A2: 9 κορίτσια, 5 αγόρια, σύνολο: 14

Χρονική Περίοδος Υλοποίησης: πρώτο τετράμηνο σχολικής χρονιάς 2015-16

Περιγραφή του έργου

  • Η έμπνευση για την υλοποίηση της συγκεκριμένης εργασίας προήλθε κατά τη διάρκεια του σεμιναρίου του CERN «Greek Teachers Programme», στις 26-29 Αυγούστου 2015. Την τελευταία μέρα του σεμιναρίου έγινε παρουσίαση με τίτλο «Το CERN στο σχολείο». Συγκεκριμένα εκφράστηκε η ιδέα για υλοποίηση προσομοίωσης εφαρμογών που ήδη υπάρχουν και λειτουργούν στο CERN με τη χρήση της πλακέτας Arduino, όπως η ανίχνευση του σημείου δρόσου. Το συγκεκριμένο φαινόμενο είναι καταστροφικό για τους ανιχνευτές σωματιδίων που χρησιμοποιεί το CERN, αφού η υγρασία μπορεί να προκαλέσει λάθος μετρήσεις. Μια συσκευή που θα ανιχνεύει τη δημιουργία υγρασίας, μπορεί να βοηθήσει στην αποτροπή του συγκεκριμένου φαινομένου.
  • Η παραπάνω πρόταση υλοποιήθηκε στα πλαίσια της ερευνητικής εργασίας. Οι μαθητές που συμμετείχαν δεν είχαν καμία προηγούμενη εμπειρία στη ρομποτική και στον προγραμματισμό, κάνοντας την εργασία ακόμα πιο απαιτητική.
  • Χρησιμοποιήθηκαν: μια πλακέτα Arduino nano, ένας αισθητήρας DHT11 που μετράει θερμοκρασία και σχετική υγρασία, ένα breadboard και κάποια καλώδια. Τα υλικά μάς τα προμήθευσε το CERN, όπως και τον αλγόριθμο για τον υπολογισμό του σημείου δρόσου, το σχεδιασμό του κυκλώματος, κώδικα για την ανίχνευση της υγρασίας και της θερμοκρασίας. Αποφασίσαμε να δημιουργήσουμε ένα καινούργιο, φορητό κύκλωμα βάσει του προηγούμενου, το οποίο χρησιμοποιεί μια πλακέτα Arduino UNO, μια οθόνη 16 x 2, ένα ποτενσιόμετρο και έναν αισθητήρα DHT Όλα τα απαιτούμενα προήλθαν από το υλικό του καθηγητή.
  • Δεδομένου ότι το μάθημα εντάσσεται στις ερευνητικές εργασίες, εκτός από τις παρουσιάσεις που καλούνται να κάνουν οι μαθητές, πρέπει να δημιουργήσουν και ένα τέχνημα. Η ανακαλυπτική μέθοδος σε συνδυασμό με τη μέθοδο project είναι ο τρόπος που αποφασίστηκε να διδαχθεί το μάθημα. Έτσι σχεδιάστηκε το ακόλουθο πρόγραμμα:    1) Εισαγωγή (~1 διδ. ώρα): εισαγωγική διάλεξη και συζήτηση σχετικά με το ερευνητικό κέντρο CERN. Ανάλυση της ιδέας της εργασίας και της χρησιμότητάς της. Σημείο δρόσου. Χρησιμότητα του υπολογισμού του σημείου δρόσου για το CERN. Τρόπος δουλειάς-συνεργασίας-παραδοτέα (ολοκληρωμένη εφαρμογή + παρουσίαση). Ανάθεση παρουσιάσεων.           2) Γνωριμία με την πλατφόρμα Αrduino και το hardware που θα χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη της εφαρμογής (2 διδ. ώρες). Σύντομη περιγραφή του επεξεργαστή, πώς γίνονται οι συνδέσεις, παράδειγμα με ένα led + αντίσταση + μπαταρία. Συζήτηση σχετικά με τις προγραμματιζόμενες πλακέτες, τη χρήση τους και ανάθεση εργασίας με θέμα: «Οι προγραμματιζόμενες πλακέτες Arduino και η χρήση τους στη ρομποτική».   3) Software που θα χρησιμοποιηθεί στην εργασία μας (2 διδ. ώρες). Λεπτομερείς οδηγίες για εγκατάσταση του IDE, Ardublock και fritzing για χρήση των εργαλείων στο σπίτι, καθώς και επίδειξη χρήσης στα pc του εργαστηρίου. Φύλλο εργασίας με ένα απλό παράδειγμα από τα έτοιμα (blinking led) για να κατανοήσουν και να βιώσουν οι μαθητές τη λειτουργία του συστήματος και τον προγραμματισμό με χρήση του Ardublock.

4) Σχεδιασμός του κυκλώματος (2 διδ. ώρες): χρήση λογισμικού fritzing. Περιγραφή του αισθητήρα DHT11 και φύλλο εργασίας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και υγρασίας με Ardublock. Συσχέτιση του γραφικού κώδικα του Ardublock με τον δομημένο που χρησιμοποιεί το IDE. Φύλλο εργασίας για τον υπολογισμό του «σημείου δρόσου» με τη χρήση του IDE.                   5) Επέκταση της εφαρμογής: χρήση φορητής οθόνης lcd 16x2 για να γίνει όλο το σύστημα φορητό. Νέο φύλλο εργασίας για υλοποίηση και ολοκλήρωση της συσκευής μας.

  • Ήταν αναγκαία η συχνή εξήγηση βασικών εννοιών προγραμματισμού και κυκλωμάτων, ενώ πολύτιμη αποδείχθηκε η παράλληλη συμμετοχή των μαθητών στο μάθημα επιλογής της Α’ Λυκείου όπου διδάσκονται app inventor. Η χρήση φύλλων εργασίας βοήθησε στη γρήγορη εξοικείωση των μαθητών με τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα.
  • Το αρχικό πλάνο σχεδιασμού του έργου τηρήθηκε πιστά και η εργασία μας ολοκληρώθηκε στο σύντομο χρονικό διάστημα που είχαμε στη διάθεσή μας. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες: η πρώτη είχε ως αντικείμενο τον αισθητήρα DHT11, η δεύτερη τη φορητή οθόνη lcd και η τρίτη τη συλλογή του υλικού για τη δημιουργία της παρουσίασης. Υπήρχαν επίσης εργασίες που αφορούσαν στην ολομέλεια, ώστε όλοι οι μαθητές να εξοικειωθούν με όλα τα στάδια υλοποίησης.
  • Μετά τα δύο πρώτα φύλλα εργασίας (blinking led και μέτρηση θερμοκρασίας και υγρασίας) συνεχίσαμε με προγραμματισμό σε IDE του Arduino. Αν οι μαθητές έχουν τις βασικές γνώσεις προγραμματισμού, είναι καλύτερα να δουλεύουν κατευθείαν με το IDE του Arduino.

Αξιολόγηση

Στο τέλος της συγκεκριμένης εργασίας οι μαθητές έχουν συνειδητοποιήσει τη χρησιμότητα της πληροφορικής και ειδικά του προγραμματισμού ως συνδετικού κρίκου στις διαθεματικές εργασίες. Κατασκεύασαν την προσομοίωση μιας πολύ χρήσιμης συσκευής. Απέκτησαν εμπειρίες και βασικές δεξιότητες στον προγραμματισμό, την ικανότητα να δημιουργούν απλά, αλλά χρήσιμα προγράμματα. Γνώρισαν ότι στο ερευνητικό κέντρο CERN όπου διεξάγονται πειράματα φυσικής, η επιστήμη της πληροφορικής έχει πρωτεύοντα ρόλο.

Τα φύλλα εργασίας αναρτήθηκαν στο e-class, αλλά την επόμενη φορά θα γίνει χρήση του moodle για ασύγχρονη διδασκαλία.

Βιβλιογραφία, Πηγές, Παραπομπές

  • https://learn.adafruit.com/dht
  • http://playground.arduino.cc/
  • Παπάζογλου Π., Λιώνης Σ-Π., «Ανάπτυξη εφαρμογών με το Arduino”, Θεσσαλονίκη 2015
  • Πουλάκης Εμμανουήλ, «Προγραμματίζοντας με τον μικροελεγκτή Arduino”, Ηράκλειο 2015