ΟΝΟΜΑ ΟΜΑΔΑΣ: «Technofans»

ΣΧΟΛΕΙΟ: Πειραματικό Δημοτικό Σχολείο Πανεπιστημίου Πατρών

ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ: «Πράσινη κουλτούρα και κοινωνική ευαισθησία»

ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

Αφορμή για την ιδέα του project μας αποτέλεσε μια συζήτηση που κάναμε με τους μαθητές για τα ανθρώπινα δικαιώματα και τις ίσες ευκαιρίες που θα έπρεπε να έχουν όλοι οι άνθρωποι. Ως ομάδα μας προβλημάτισε το γεγονός ότι πολλοί συνάνθρωποί μας με σωματικές αδυναμίες δεν μπορούν να έχουν εύκολη πρόσβαση σε απλά αγαθά έτσι αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με μια κατασκευή που θα διευκολύνει την καθημερινότητα των ανθρώπων με προβλήματα όρασης.

ΘΩΡΗΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ

Τα υπάρχοντα συστήματα που παρέχουν βοήθεια σε αυτούς τους ανθρώπους είναι το μπαστούνι για τυφλούς και ο σκύλος οδηγός. Το μπαστούνι περιορίζει την κίνηση, είναι μεγάλο και καθόλου διακριτικό, μπορεί να κολλήσει σε κατασκευαστικές ατέλειες του πεζοδρομίου κ.α. από την άλλη ο σκύλος οδηγός είναι μια πολύ καλή αλλά πολύ ακριβή λύση που δεν μπορούν να διαθέτουν όλοι. Έτσι λοιπόν αποφασίσουμε να βρούμε μια διακριτική και οικονομική λύση.

ΙΔΕΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

Αρχικά σκεφτήκαμε να κατασκευάσουμε μια συσκευή που να προσαρμόζεται πάνω σε γυαλιά και αξιοποιώντας έναν αισθητήρα υπερήχων και ένα buzzer να ειδοποιεί τον χρήστη της συσκευής για εμπόδια μπροστά του ώστε να μπορεί να τα αποφύγει και να βρει τον δρόμο του. Με αυτό τον τρόπο θα μπορεί να αξιοποιήσει τις υπόλοιπες αισθήσεις του (ακοή και αφή) ώστε να αντικαταστήσει την όραση.

Στη συνέχεια, σκεφτήκαμε ότι θα διευκόλυνε πολύ τη ζωή αυτών των ανθρώπων αν φτιάχναμε ένα παρόμοιο σύστημα για τα χαμηλά εμπόδια ώστε να έχουν αίσθηση για τα εμπόδια που βρίσκονται ψηλά και χαμηλά. Έτσι σκεφτήκαμε να φτιάξουμε ένα παρόμοιο σύστημα που να προσαρμόζεται με ιμάντα στα παπούτσια ώστε να εντοπίζει και τα χαμηλά εμπόδια και να έχει το άτομο πλήρη εικόνα μπροστά του. Με τον αυτοκόλλητο ιμάντα, η συσκευή θα μπορεί να προσαρμόζεται σε οποιοδήποτε παπούτσι.

Τέλος, το τρίτο θέμα που μας απασχόλησε είναι το θέμα της ενέργεια που απαιτείται για να λειτουργούν αυτές οι συσκευές. Σκεφτήκαμε, λοιπόν, πως θα ήταν χρήσιμο να φτιάξουμε ένα οικολογικό σύστημα φόρτισης μπαταριών αξιοποιώντας την ηλιακή ενέργεια. (ηλιακός φορτιστής μπαταριών).

Τελικά τις δύο τελευταίες ιδέες δεν προλάβαμε να τις υλοποιήσουμε και μένει να το συνεχίσουμε την επόμενη σχολική χρονιά.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΗΘΗΚΕ

Η μεθοδολογία που επιλέχθηκε για να χρησιμοποιηθεί στο παρόν έργο είναι η μέθοδοςproject.

Βήμα 1. Η ΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΜΕ ΚΑΡΤΕΣ (DESIGN THINKING)

Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα σετ σχεδιαστικών καρτών για την υποστήριξη της διαδικασίας σχεδιαστικής σκέψης στην εκπαίδευση ειδικές για έργα STEAM για μαθητές δημοτικού, οι οποίες περιλαμβάνουν 9 κάρτες «Περιεχομένου», 22 κάρτες «Ιδεών» και 9 κάρτες «Βιωσιμότητας».

https://github.com/ioarvanit/We-design-for-STEAM/blob/ main/AllCards.pdf

Επιπλέον, ο πίνακας που φαίνεται παρακάτω μας βοήθησε να ορίσουμε το πρόβλημα και να περιγράψουμε τις επιπτώσεις του προβλήματος με πιο ακριβείς όρους, τοποθετώντας τους εαυτούς μας στην κατάσταση των χρηστών και των παρατηρητών.

Στη συνέχεια, ένα φανταστικό άτομο χρησιμοποιήθηκε για να αξιολογήσει και να ερμηνεύσει τις σκέψεις που δημιουργήθηκαν. Έπειτα, αναπτύχθηκαν τεχνικές δημιουργικότητας για την ανάπτυξη όσο το δυνατόν περισσότερων ιδεών που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση του προβλήματος . Στο τέλος αυτής της διαδικασίας, οι μαθητές κατάφεραν να καθορίσουν τις ανάγκες – προβλήματα – ευκαιρίες – Προτάσεις/ Ιδέες – Βιώσιμες Ιδέες και κατέληξαν στο επιθυμητό έργο (τα γυαλιά).

Βήμα 2. ΔΙΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ – ΑΝΑΚΑΛΥΠΤΙΚΗ ΜΑΘΗΣΗ

Η ομάδα έθεσε ερωτήματα σχετικά με τον ηλεκτρισμό και τα απλά ηλεκτρικά κυκλώματα και διατύπωσε υποθέσεις πάνω σε αυτά. Στη συνέχεια διεξήγαγαν πειράματα , έκαναν παρατηρήσεις και κράτησαν δεδομένα προκειμένου να επαληθεύσουν (ή όχι) τις αρχικές υποθέσεις τους. Τελικά, κατέληξαν σε σχέσεις. Με αυτόν τον τρόπο εξοικειώθηκαν με τα ηλεκτρικά κυκλώματα, τα εξαρτήματά τους και τους νόμους που τα διέπουν.

 

Βήμα 3. ΑΝΑΚΑΛΥΠΤΟΝΤΑΣ ΤΙΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑΣ ΤΟΥ PROJECT

Η ομάδα μελέτησε το θεωρητικό υπόβαθρο του έργου και κυρίως τον τρόπο λειτουργίας του αισθητήρα υπερήχων, που αποτελεί το κύριο στοιχείο της κατασκευής.

Όταν η ομάδα κατανόησε  τις βασικές αρχές του αισθητήρα υπερήχων σε συνδυασμό με το Arduino , κατέληξε στο τελικό διάγραμμα κυκλώματος που περιλαμβάνει όλο τον απαραίτητο εξοπλισμό.

Βήμα 4. ΔΙΑΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ

Η ομάδα εξοικειώθηκε με το Tinkercad – μια δωρεάν, εύχρηστη πλατφόρμα για τρισδιάστατο σχεδιασμό, ηλεκτρονικά κυκλώματα και προγραμματισμό. Σχεδίασαν κυκλώματα, έγραψαν κώδικα και προσομοίωσαν την λειτουργία του κυκλώματός τους. Με αυτόν τον τρόπο, καλλιεργήθηκαν ψηφιακές δεξιότητες ενώ ενισχύθηκε η γνώση για τα ηλεκτρικά κυκλώματα.

 

Το Tinkercad περιλαμβάνει μια δυνατότητα που ονομάζεται μπλοκ οπτικού κώδικα – και υποστηρίζεται από το Scratch Blocks!. Με αυτόν τον τρόπο ο προγραμματισμός του Arduino είναι πραγματικά εύκολος ακόμα και για μικρούς μαθητές δημοτικού.
Στον κώδικα που φαίνεται στα παραπάνω σχήματα είναι προφανές ότι δημιουργήσαμε μια νέα μεταβλητή που ονομάζεται «distance» και την αρχικοποιήσαμε στο μηδέν. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε έναν βρόχο “για πάντα” στον οποίο διαβάζουμε την τιμή του αισθητήρα υπερήχων και τον αποθηκεύουμε στη μεταβλητή “απόσταση”. Ακολουθεί μια δήλωση “if-else” η οποία εξετάζει την τιμή αυτής της μεταβλητής και στέλνει “υψηλή ένταση” στο pin4 εξόδου όταν η απόσταση είναι μικρότερη από 50 cm, διαφορετικά στην ακίδα εξόδου 4 παρέχεται  “χαμηλή ένταση”. Η ακίδα εξόδου 4 είναι συνδεδεμένη με το Buzzer, επομένως, κάθε φορά που αποστέλλεται υψηλή ένταση ισχύος σε αυτήν την έξοδο, το Buzzer ακούγεται δυνατά, διαφορετικά όχι. Το αποτέλεσμα αυτού του κωδικού είναι ότι κάθε φορά που ο αισθητήρας υπερήχων ανιχνεύει ένα εμπόδιο σε απόσταση μικρότερη από 50 cm, ηχεί το Buzzer και ο χρήστης παίρνει το μήνυμα για να αλλάξει κατεύθυνση.

Το Tinkercad περιλαμβάνει μια επιπλέον δυνατότητα που μπορεί να μεταφράσει αυτόματα το πρόγραμμα μπλοκ οπτικού κώδικα σε C++, έτσι οι μαθητές αφού ολοκληρώσουν τον κώδικα σε μπλοκ τον μετέφρασαν σε C++ και το αποτέλεσμα παρουσιάζεται εδώ. Με αυτόν τον απλό τρόπο οι μαθητές του δημοτικού εξοικειώνονται με γλώσσες προγραμματισμού υψηλού επιπέδου. Παρόλο που δεν γράφουν ένα πρόγραμμα σε C++ από την αρχή, μπορούν να το κατανοήσουν και να το εξηγήσουν.

Επιπλέον, το Tincercad δίνει τη δυνατότητα εξαγωγής του ηλεκτρονικού κυκλώματος (διάγραμμα) ώστε να μελετηθεί λεπτομερώς. Οι συνδέσεις και οι ακίδες εισόδου και εξόδου παρουσιάζονται εδώ.

Βήμα 5. ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ

Αφού είχαμε πάρει τη χορηγία του εξοπλισμού από το Ίδρυμα Ωνάση (λόγω της συμμετοχής στο διαγωνισμό), περάσαμε στην κατασκευή.

Βήμα 6. ΕΞΟΙΚΕΙΩΣΗ ΜΕ ΤΟΝ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ ARDUINO ΚΑΙ ΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΤΟΥ

Το Arduino αποτελείται από μια φυσική προγραμματιζόμενη πλακέτα  (συχνά αναφέρεται ως μικροελεγκτής) και ένα λογισμικό γνωστό ως IDE (Integrated Development Environment) που εκτελείται σε υπολογιστή. Χρησιμοποιείται για τη εγγραφή και τη μεταφόρτωση κώδικα στη φυσική πλακέτα. Ως εκ τούτου, η ομάδα εξοικειώθηκε με το Arduino  και την πλατφόρμα προγραμματισού IDE του και στη συνέχεια μετέφερε τον κώδικα (C++) που ήταν ήδη γραμμένος από το Tinkercad στο IDE και τον “φόρτωσε” στον μικροελεγκτή.

Βήμα 7.  ΠΛΗΣΙΑΖΟΝΤΑΣ ΣΤΟ ΤΕΛΟΣ

Σε αυτό το σημείο, η ομάδα δημιούργησε και δοκίμασε την κατασκευή σε εκπαιδευτικό περιβάλλον πρώτα με το Arduino Uno R3  και στη συνέχεια δημιούργησε και δοκίμασε το τελικό κύκλωμα με το Arduino Pro mini  για να μειώσει το μέγεθος της κατασκευής (Τεχνική επίλυσης προβλήματος).

 

Βήμα 8.  ΟΡΙΣΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ – ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ.

Μετά την τελική δοκιμή, μεταφορτώσαμε τον κώδικα μέσω ενός ειδικού προσαρμογέα (adaptor FT232) στο  Arduino Pro mini.

Στη συνέχεια κάναμε τις τελικές συγκολλήσεις του κυκλώματός μας.

Βήμα 9.  ΤΕΛΕΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΜΑΣ.

Τέλος,  προσαρμόσαμε το κύκλωμα σε ένα κοινό ζευγάρι γυαλιών ηλίου.

Η λειτουργία του παρουσιάζεται στο εξής βίντεο.

Το έργο παρουσιάστηκε στο σχολείο με την εξής παρουσίαση.

Όλο το υλικό βρίσκεται στον εξής φάκελο.