Αξιοποίηση νέων τεχνολογιών στο Σχολικό Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών: Πειράματα με τη χρήση Arduino και Smartphone

Επιμορφωτικό πρόγραμμα με πιστωτικές μονάδες (ECTS)

Το Κέντρο Δια Βίου Μάθησης του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Ελλάδος, του πρώτου αγγλόφωνου Ελληνικού Δημόσιου Πανεπιστημίου, διοργανώνει:

Σεμινάριο κατάρτισης και εξειδίκευσης, 15 διδακτικών ωρών (50 ωρών συνολικής εργασίας), σε θέματα προώθησης του STEM μέσω της χρήσης νέων τεχνολογιών στο Εργαστήριο των Φυσικών Επιστημών, στα πλαίσια της εισαγωγής της εκπαίδευσης στην εποχή του Internet of Things (IoT).

Το σεμινάριο προσφέρεται στην ελληνική γλώσσα και θα διεξαχθεί στους εργαστηριακούς χώρους  του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Ελλάδος, σε δύο ημέρες.

Με την επιτυχή διαδικασία πιστοποίησης απονέμεται Βεβαίωση Επιτυχούς Παρακολούθησης που αντιστοιχεί σε 2 πιστωτικές μονάδες (ECTS).

 

*Στους εκπαιδευτικούς που θα συμμετάσχουν στο πρόγραμμα θα δοθούν εκ των προτέρων σχετικές βεβαιώσεις ώστε να λάβουν επιστημονική/επιμορφωτική άδεια απουσίας από τα Σχολεία τους.

Σκοπός προγράμματος

Όπως φαίνεται και από τον τίτλο του προτεινόμενου επιμορφωτικού προγράμματος, πρόκειται για βιωματικό σεμινάριο που αφορά την αξιοποίηση σύγχρονων εργαλείων για την προώθηση του STEM μέσω των Σχολικών Εργαστηρίων Φυσικών Επιστημών. Πρόκειται για μια δυναμικά εξελισσόμενη μεθοδολογία παγκοσμίως που επιδιώκει και την προώθηση των Φυσικών Επιστημών, καθιστώντας αυτές διαδικαστικά ελκυστικές και θεματικά σύγχρονες.

Αναγκαιότητα και περιγραφή του προγράμματος

Το βιωματικό σεμινάριο αφορά την παιδαγωγική αξιοποίηση του μικροελεγκτή Arduino και των αισθητήρων των smartphones στις Φυσικές Επιστήμες και την Τεχνολογία, στα πλαίσια της διάδοσης αυτών μέσα από ενοποιημένες δράσεις STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics).

Μια από τις πολλές δυνατότητες του Arduino, ενός αξιόπιστου, οικονομικά προσιτού και λειτουργικού εκπαιδευτικού εργαλείου, είναι η δυνατότητα αλληλεπίδρασης με το φυσικό κόσμο μέσω αισθητήρων για την καταγραφή, επεξεργασία και απεικόνιση δεδομένων διαφόρων φυσικών μεγεθών, όπως είναι η θερμοκρασία, η πίεση, η ένταση ρεύματος ή φωτός, η απόσταση κ.λπ. Αυτή του η ιδιότητα φαίνεται ότι μπορεί να αποτελέσει ένα ελκυστικό εργαλείο για την προώθηση του STEM που είναι η δυναμικά εξελισσόμενη μεθοδολογία παγκοσμίως για την προώθηση των θετικών επιστημών στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση και όχι μόνο.

Το βιωματικό σεμινάριο αφορά ακόμη τις σχετικά άγνωστες δυνατότητες χρήσης των smartphones στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας. Η αυξανόμενη τεχνολογική πρόοδος με ταυτόχρονη μείωση του κόστους, καθιστούν τα smartphones, με τους εσωτερικούς αισθητήρες που διαθέτουν αλλά και εξωτερικούς, ιδιαίτερα καινοτόμα, αξιόπιστα, εύχρηστα και ελκυστικά εργαλεία, υποψήφια για να αντικαταστήσουν πολλά από τα ακριβά όργανα μέτρησης σε ένα σχολικό ή πανεπιστημιακό εργαστήριο.

Το Σεμινάριο απευθύνεται
  • Το βιωματικό αυτό πρόγραμμα απευθύνεται σε όλους όσους διδάσκουν Φυσικές Επιστήμες ή τεχνολογικά μαθήματα στη Δευτεροβάθμια Γενική και Επαγγελματική Εκπαίδευση και ενδιαφέρονται να υλοποιήσουν με καινοτόμο τρόπο, ασκήσεις και μετρήσεις διαφόρων φυσικών μεγεθών στο Εργαστήριο και στο περιβάλλον, είτε στο πλαίσιο του προβλεπόμενου αναλυτικού προγράμματος, είτε στο πλαίσιο άλλων μαθημάτων, όπως είναι το μάθημα των Ερευνητικών Εργασιών.

    Επίσης, απευθύνεται σε Δασκάλους της Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης, οι οποίοι ενδιαφέρονται για τη εφαρμογή καινοτόμων μεθόδων στα πλαίσια του STEM, καθώς και σε  φοιτητές Σχολών Θετικών Επιστημών και Πολυτεχνικών Σχολών που ενδιαφέρονται για τη χρήση νέων τεχνολογιών στα εργαστήρια.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Με το πέρας του σεμιναρίου οι εκπαιδευόμενοι:

  • Θα είναι ικανοί να κατανοούν τις αρχές σύγχρονων υπολογιστικών τεχνολογιών Internet of Things και θα είναι ενήμεροι για τις προοπτικές των σχετικών τεχνολογιών.
  • Θα είναι σε θέση να χρησιμοποιούν smartphones, στο σχεδιασμό και την υλοποίηση εργαστηριακών ασκήσεων που αφορούν το ευρύτερο πεδίο των Φυσικών Επιστημών.
  • Θα είναι ικανοί να χρησιμοποιήσουν Αναπτυξιακές Πλατφόρμες Μικροελεγκτών, όπως αυτή του Arduino, ώστε να τις ενσωματώνουν επιτυχώς στο σχεδιασμό και την υλοποίηση πειραμάτων στα Σχολικά Εργαστήρια.
Διάρκεια και μεθοδολογία υλοποίησης του προγράμματος
  • Το πρόγραμμα διαρκεί 50 ώρες και το διδακτικό τμήμα του διάρκειας 15 ωρών πραγματοποιείται παρουσία των επιμορφούμενων στους χώρους των εργαστηρίων Η/Υ του ΔΙ.ΠΑ.Ε.

    Κατά τη διάρκεια των 15 αυτών ωρών, οι συμμετέχοντες θα εργαστούν σε ομάδες των δυο ατόμων έχοντας στη διάθεση τους Η/Υ (ή το δικό τους Laptop) και τον απαραίτητο πειραματικό εξοπλισμό (που θα διατεθεί από το Πανεπιστήμιο) όπως Arduino, breadboard, αισθητήρες για Arduino και smartphones, μαγνήτες, πηγές laser κ.λπ., ενώ θα τους παρασχεθεί και το έντυπο και ηλεκτρονικό επιμορφωτικό υλικό που απαιτείται για την επιτυχή διεξαγωγή των δραστηριοτήτων.

    Μετά το πέρας της διδασκαλίας θα δοθεί υλικό μελέτης και αφομοίωσης, από το οποίο οι επιμορφούμενοι θα εκπονήσουν σχετική εργασία, την οποία και θα παραδώσουν προκειμένου να τύχουν πιστοποίησης. Η μέση διάρκεια αυτής της διαδικασίας εκτιμάται στις 35 ώρες – σημειώνεται ότι θα οριστούν μέρες και ώρες συνεργασίας των επιμορφωτών με τους επιμορφούμενους, μέχρι το πέρας της προθεσμίας παράδοσης της εργασίας τους.

    Συνοπτικά, για την επιτυχή ολοκλήρωση του προγράμματος θα πραγματοποιηθούν:

    • 2 ημερήσια σεμιναριακού τύπου μαθήματα, διάρκειας 7 και 8 ωρών αντίστοιχα. Τα μαθήματα αυτά περιέχουν διδασκαλία τόσο με παρουσίαση, όσο και με εργαστηριακό τμήμα εφαρμογής.
    • Αξιολόγηση των συμμετεχόντων με τη χρήση φύλλων εργασίας μικρού μεγέθους.
    • Πιστοποίηση των συμμετεχόντων στο τέλος του προγράμματος, με την εκπόνηση εργασίας

    Όσοι επιμορφούμενοι δεν λάβουν Βεβαίωση Επιτυχούς Παρακολούθησης (δηλαδή πιστοποίηση που θα αντιστοιχεί σε 2 διδακτικές μονάδες ECTS), θα λαμβάνουν απλή Βεβαίωση Παρακολούθησης.

Περιεχόμενο Σπουδών - Θεματικές Ενότητες

Το περιεχόμενο σπουδών του συγκεκριμένου σεμιναρίου αφορά δύο θεματικές ενότητες:

Α’ Ενότητα: Χρήση του smartphone στο εργαστήριο Φυσικών Επιστημών

  • Σημασία των εργαστηριακών (και όχι μόνο) μετρήσεων στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Εισαγωγή στην τεχνολογία των smartphone.
  • Κατηγορίες και τεχνολογία των αισθητήρων των smartphone.
  • Είδη Χαρακτηριστικά των αισθητήρων, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
  • Εφαρμογές (applications) γενικής χρήσης που «φορτώνονται» στο smartphone και αξιοποιούν τους αισθητήρες του.
  • Εξειδικευμένες εφαρμογές (applications) που αξιοποιούνται σε λήψη, αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων που ενδιαφέρουν τις Φυσικές Επιστήμες, προτείνουν δραστηριότητες και πειράματα με το smartphone κ.λπ.
  • Ανασκόπηση εντυπωσιακών παραδειγμάτων από τη διεθνή βιβλιογραφία σε θέματα Μηχανικής, Ακουστικής, Οπτικής, Ηλεκτρομαγνητισμού κ.λπ.
  • Ανασκόπηση εργασιών που έχουν γίνει στον ελλαδικό χώρο όπως μέτρηση της ηχορύπανσης με smartphone, σύγκριση του επιταχυνσιομέτρου ενός smartphone με τον επαγγελματικό σεισμογράφο του Σεισμολογικού Κέντρου Θεσσαλονίκης, αξιοποίηση του smartphone στο πείραμα του Ερατοσθένη κ.α.
  • Πραγματοποίηση διαφόρων μετρήσεων όπως φωτισμού, απόστασης, ήχου, έντασης μαγνητικού πεδίου και έντασης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μέτρησης ραδιενέργειας κ.λπ.. Διατάξεις με βάση το smartphone επαλήθευση νόμων και θεωρημάτων όπως: ΑΔΜΕ σε ταλάντωση, εύρεση επιτάχυνσης σε κεκλιμένο επίπεδο, σύγκρουση αμαξιδίων και επαλήθευση της ΑΔΟ, φαινόμενο Doppler, μελέτη ελεύθερης πτώσης, νόμος του Oestred, μελέτη κίνησης ενός τηλεκατευθυνόμενου αμαξιδίου ή περιστρεφόμενου δίσκου, χρήση του αισθητήρα μαγνητικού πεδίου (μαγνητόμετρο) ενός smartphone για τη μελέτη μηχανικών φαινομένων κ.λπ.

Β’ ενότητα: Η πλατφόρμα Arduino και η αξιοποίησή της στο Εργαστήριο Φυσικών

  • Εισαγωγή στα συστήματα συγχρονικής λήψης και απεικόνισης δεδομένων (MBL) – Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
  • Σύντομη παρουσίαση της πλατφόρμας του Arduino και των περιφερειακών του. Κατηγορίες αισθητήρων γενικής χρήσης και αισθητήρων κατάλληλων για τον μικροελεγκτή Arduino (αισθητήρες φωτός, πίεσης, απόστασης, αερίων, ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, υπερύθρων, ραδιενέργειας (!) κ.λπ.).
  • Περιβάλλον προγραμματισμού του μικροελεγκτή. Τρόποι αποθήκευσης και παρουσίασης μέσω των πολλαπλών αναπαραστάσεων των δεδομένων και αποτελεσμάτων (πίνακες τιμών και διαγράμματα στην οθόνη του Arduino, σε Excel, σε οθόνη LCD κ.λπ.). Ασύρματη μετάδοση δεδομένων με RF, Bluetooth, WiFi κ.λπ. Προβολή video
  • Κατασκευή κυκλώματος για τη χρήση του αισθητήρα φωτός. Λήψη και απεικόνιση των μετρήσεων με πολλαπλούς τρόπους.
  • Αξιοποίηση δωρεάν προγραμμάτων plotting από το διαδίκτυο.
  • Χρήση του Arduino ως στοιχειώδης αυτοματισμός (π.χ. άναμμα ενός Led μόλις ο φωτισμός πέσει κάτω από ένα όριο).
  • Χρήση του αισθητήρα θερμοκρασίας.
  • Κατασκευή κυκλώματος λήψης μετρήσεων.
  • Ρύθμιση της ευαισθησίας.
  • Προσομοίωση του κυκλώματος με πρόγραμμα προσομοίωσης και απεικόνιση δεδομένων σε οθόνη LCD.
  • Αισθητήρας αερίων.
  • Σύνδεση, ρύθμιση ευαισθησίας, βαθμονόμηση του αισθητήρα, χρήση του αισθητήρα σε φαινόμενα που εξετάζουν οι Φυσικές Επιστήμες (παραγωγή CO2 σε ανάμιξη σόδας με ξύδι κ.λπ.)
  • Αισθητήρας απόστασης. Πειράματα μελέτης κινήσεων με τον Arduino.

Κόστος συμμετοχής:

Το κόστος συμμετοχής ανέρχεται στα 60€ τα οποία καταβάλλονται αμέσως μετά την αποδοχή του αιτούντος και όχι αργότερα από τις 19/6/2018. Οι επιλεγέντες θα λάβουν οδηγίες στο email που θα δηλώσουν. Θα τηρηθεί σειρά προτεραιότητας.

Προϋποθέσεις:

Αίτηση συμμετοχής στα Προγράμματα Διά Βίου Μάθησης μπορούν να υποβάλλουν απόφοιτοι και φοιτητές ΑΕΙ/AΤΕΙ κυρίως τμημάτων των Σχολών Θετικών Επιστημών.

Για την παρακολούθηση του προγράμματος δεν απαιτείται Η/Υ ή εξοπλισμός (Arduino), καθώς ο σχετικός εξοπλισμός θα παρασχεθεί από το Πανεπιστήμιο.

Θα ήταν επιθυμητό, οι επιμορφούμενοι να φέρουν μαζί τους κινητό τηλέφωνο (smartphone) ή tablet με πλατφόρμα android, για το πρώτο μέρος του σεμιναρίου.

Αίτηση ηλεκτρονικά στο:  https://e-services.ihu.edu.gr/registration-form/861/online-form/

Σημαντικές ημερομηνίες:

Εγγραφές μέχρι τις 19/6/2018

Διεξαγωγή του Σεμιναρίου: Τετάρτη 20/6/2018 και Τρίτη 26/6/2018 ώρες 9 – 15.30 στις εγκαταστάσεις του ΔΙ.ΠΑ.Ε.

Με την επιτυχή διαδικασία πιστοποίησης απονέμεται:

Βεβαίωση Επιτυχούς Παρακολούθησης που αντιστοιχεί σε 2 πιστωτικές μονάδες (ECTS).