Ερευνητική Εργασία - Project (Γενικό Λύκειο)
Κατεβάστε σε μορφή PDF
 3 ώρες

Raspberry Pi: Ένας Ηλεκτρονικός Υπολογιστής σε μέγεθος πιστωτικής κάρτας

Γενική περιγραφή περιεχομένου: 

 

Τεχνολογική ανάλυση

Στο πλαίσιο του μαθήματος των Ερευνητικών Εργασιών της Α΄ τάξης ΓΕΛ εξετάζεται η χρήση της συσκευής Raspberry Pi, η οποία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα πλακέτας-υπολογιστή (single board computer), τεχνολογίας SoC (System on a Chip). Οι υψηλές της επιδόσεις στην αναπαραγωγή εικόνας-ήχου υψηλής πιστότητας, σε συνδυασμό με τις ελάχιστες ανάγκες σε κατανάλωση ενέργειας (περίπου 3W), είναι αξιοσημείωτες. Οι παραχωρήσεις όμως που πρέπει να γίνουν σε επίπεδο εφαρμογών που απαιτούν υψηλή υπολογιστική ισχύ, θα πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη και να μελετηθούν από τους μαθητές. Τέλος η χρήση Λογισμικού Ανοικτού Κώδικα είναι εφικτή αλλά και ισχυρά υποστηριζόμενη από τους κατασκευαστές της συσκευής, δίνοντας την ευκαιρία σε όσους ασχοληθούν με αυτή, να επωφεληθούν από τα οφέλη της. Μέσα από την παραμετροποίηση του Λογισμικού γίνεται δυνατός ο χειρισμός από μακριά, κάτι που δίνει πρόσθετες προοπτικές, ευελιξία και ευκολία στις ρυθμίσεις και την παρακολούθηση, για την εύρυθμη λειτουργία της συσκευής.

 

Ένταξη στο πρόγραμμα σπουδών / Προαπαιτούμενες γνώσεις

Το σενάριο εντάσσεται στο μάθημα της Ερευνητικής Εργασίας της Α΄ τάξης των ΓΕΛ.

Οι μαθητές πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζονται με ευχέρεια έναν τυπικό σταθμό εργασίας με λειτουργικό σύστημα Windows, ώστε να αρχικοποιήσουν ορθά το λογισμικό που θα εγκατασταθεί στην κάρτα μνήμης του Raspberry Pi. Επίσης θα πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με τα περιφερειακά που απαιτούνται για τη λειτουργία της συσκευής. Για όσες λεπτομέρειες δε γνωρίζουν, θα πρέπει να έχουν τις δεξιότητες να ανακαλύπτουν τις απαιτούμενες γνώσεις καθοδηγούμενοι από τον εκπαιδευτικό στα πλαίσια της κοινωνικοπολιτισμικής προσέγγισης.

 

Αναπαραστάσεις των Μαθητών / Πρόβλεψη δυσκολιών.

Μια βασική αναμενόμενη δυσκολία είναι η αντίληψη που έχουν οι μαθητές ότι όταν πρόκειται για συστήματα Η/Υ γραφείου, όσο πιο μεγάλη σε διαστάσεις η συσκευή, τόσο πιο εύκολο να ρυθμιστεί, να χρησιμοποιηθεί και να δώσει τα επιθυμητά αποτελέσματα. Επίσης έχοντας συνηθίσει καθ’ όλη τη διάρκεια της σχολικής τους ζωής αλλά και κατά την προσωπική τους ενασχόληση με τη χρήση κυρίως εμπορικού λογισμικού, δυσκολεύονται να προσαρμοστούν στη χρήση εναλλακτικού ανοικτού λογισμικού. Οι δυσκολίες αυτές επεκτείνονται περαιτέρω στη χρήση διατάξεων απομακρυσμένης πρόσβασης με τις οποίες οι μαθητές δεν είναι εξοικειωμένοι

 

Οργάνωση τάξης - Εφικτότητα σχεδίασης

Το σενάριο θα εξελιχθεί στο σχολικό εργαστήριο. Οι μαθητές θα χωριστούν σε ομάδες θα αναλάβουν τους ρόλους που περιγράφονται στο σενάριο (έρευνα αγοράς, συνδεσμολογία, διαμόρφωση υλικού, κλπ.). Στο τέλος της κάθε δραστηριότητας, κάθε ομάδα θα παρουσιάσει στις υπόλοιπες ομάδες την πορεία του έργου που ανέλαβε, τις δυσκολίες που αντιμετώπισε και τα αποτελέσματα.

 

Συμβόλαιο συνεργασίας των μελών της ομάδας - Διδακτικός θόρυβος.

Οι μαθητές επιλέγοντας το συγκεκριμένο θέμα Ερευνητικής Εργασίας, έχουν συμφωνήσει στην τήρηση ενός συμβολικού «συμβολαίου ατομικών υποχρεώσεων» έναντι της ομάδας. Οι όροι είναι απλοί και σαφείς και αφορούν στον σεβασμό των ιδεών των υπόλοιπων μελών, στην συνέπεια απέναντι στις ανατεθείσες εργασίες, στην ενεργή συμμετοχή με προτάσεις, επιχειρήματα και ιδέες και στην ενθάρρυνση των θετικών προσπαθειών των μελών της ομάδας. Ο εκπαιδευτικός από τη μεριά του θα πρέπει να φροντίσει να παρέχονται όλοι οι πόροι που περιγράφονται στις δραστηριότητες και οι οδηγίες να είναι σαφείς και συνεπείς ως προς το αποτέλεσμά τους. Σε αντίθετη περίπτωση θα προκαλείται σύγχυση και δυσανασχέτηση στους μαθητές οι οποίοι θα έχουν να αντιμετωπίσουν ένα ακόμη πρόβλημα στο έτσι κι αλλιώς μη οικείο για εκείνους γνωστικό πεδίο.

Ο Διδακτικός θόρυβος που μπορεί να προκύψει μπορεί να προέλθει από προβλήματα τεχνικής φύσεως που μπορεί να ανακύψουν κατά τη λειτουργία της συσκευής και των πόρων του εργαστηρίου, τα οποία ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να είναι έτοιμος να αντιμετωπίσει.

 

Μεθοδολογία

Οι μαθητές χωρισμένοι σε μικρές ομάδες, συνεργάζονται με σκοπό να εκτελέσουν τις δραστηριότητες που περιγράφονται στο πλαίσιο του σεναρίου.

Κατά τη διάρκεια της πρώτης και δεύτερης διδακτικής ώρας, παρακολουθούν την εισαγωγή από τον διδάσκοντα, μελετούν τα διαγράμματα και τις εικόνες, ελέγχουν τον διαθέσιμο εξοπλισμό που τους έχει δοθεί, προϋπολογίζουν το κόστος του εξοπλισμού που είναι απαραίτητος χρησιμοποιώντας ειδικές μηχανές αναζήτησης, παρακολουθούν ειδικές διαδραστικές παρουσιάσεις για την εγκατάσταση των περιφερειακών και τέλος διαμορφώνουν την κάρτα μνήμης με το λειτουργικό σύστημα που θα χρειαστεί για να εκκινήσουν τη συσκευή.

Στην τρίτη διδακτική ώρα οι μαθητές ακολουθούν τις οδηγίες που τους δίνονται και παραμετροποιούν τη συσκευή ώστε να μπορούν να την ελέγχουν εξ αποστάσεως, χωρίς η συσκευή να είναι συνδεδεμένη καν σε οθόνη, πληκτρολόγιο και ποντίκι, μέσω του τοπικού δικτύου στο οποίο βρίσκονται η συσκευή και ο απομακρυσμένος υπολογιστής.

 

Επεκτάσεις/διασυνδέσεις των εννοιών ή των δραστηριοτήτων

Οι δραστηριότητες συνδέονται εννοιολογικά αφού προηγείται η εγκατάσταση υλικού-λογισμικού και στη συνέχεια ακολουθεί η ρύθμιση της συσκευής για εξ αποστάσεως πρόσβαση.

 

Υποκείμενη θεωρία μάθησης

Ο οικοδομισμός είναι η κύρια θεωρία μάθησης που διέπει το σενάριο. Η φύση του μαθήματος επιβάλλει οι μαθητές να λειτουργήσουν ομαδοσυνεργατικά, οικοδομώντας σταδιακά τη γνώση, καθοδηγούμενοι με διακριτικότητα από τον εκπαιδευτικό. Είναι οι πρωταγωνιστές του μαθήματος, κάτι που τους «φορτώνει» με περισσότερες ευθύνες και καλούνται να φτάσουν στο επιθυμητό αποτέλεσμα μελετώντας το θέμα από πολλές πλευρές, αξιοποιώντας τα εργαλεία ΤΠΕ που τους παρέχονται και εφαρμόζοντας τις αρχές της κοινωνικοπολιτισμικής προσέγγισης που θα παρατεθούν από τον εκπαιδευτικό.

 

Αξιολόγηση

Οι δραστηριότητες αποτελούν οδηγό για την ορθή εγκατάσταση και λειτουργία του συστήματος. Οι μαθητές μπορούν να αξιολογηθούν ομαδικά ως προς το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων που εκτέλεσαν αλλά και ατομικά ως προς τη συμμετοχή τους, τη συνεργασία με τα υπόλοιπα μέλη και την ικανότητά τους να επικοινωνήσουν το αποτέλεσμα της έρευνάς τους. Είναι εφικτό να γίνει και αυτοαξιολόγηση των ομάδων και ατομικά των μελών τους.

Εκπαιδευτικό Πρόβλημα: 

Η διαρκής μείωση των διαστάσεων (downsizing) και η αύξηση των δυνατοτήτων των τεχνολογικών επιστημονικών επιτευγμάτων ήταν και παραμένει ζητούμενο. Με την αναβάθμιση της τεχνολογίας στους τομείς της Πληροφορικής, της Ρομποτικής και της Μικροηλεκτρονικής έγιναν τεράστια άλματα, με όλα τα επακόλουθα που έφεραν αυτές οι εξελίξεις.

Σκοπός του σεναρίου είναι η εξοικείωση των μαθητών με τη χρήση συσκευών χαμηλού κόστους, χαμηλής κατανάλωσης, μικρών διαστάσεων, επαρκούς υπολογιστικής ισχύος και με δυνατότητες εξ αποστάσεως πρόσβασης. Ο χειρισμός των συσκευών είναι παρόμοιος με τον χειρισμό συστημάτων προσωπικών υπολογιστών τα οποία χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητά μας.
Στηριζόμενο στις αρχές που διέπουν τις ερευνητικές εργασίες, το σενάριο ενθαρρύνει τη συνεργατικότητα, την ανάπτυξη μεταγνωστικών ικανοτήτων και την εργασία σε ολιγομελείς ομάδες με έμφαση στη βιωματική προσέγγιση.
 

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου: 
15 λεπτά
Φάση 1: Σύντομη παρουσίαση του θέματος από τον διδάσκοντα
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
20 λεπτά
Φάση 2: Μελέτη διαγραμμάτων και εξοπλισμού
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
30 λεπτά
Φάση 3: Αναζήτηση πληροφοριών στο Διαδίκτυο για το θέμα
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
25 λεπτά
Φάση 4: Συναρμολόγηση Υλικού - Αρχικοποίηση Λογισμικού
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
45 λεπτά
Φάση 5: Παραμετροποίηση Λογισμικού για πρόσβαση από μακριά
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
Διδακτικοί Στόχοι: 
  1. Να έλθουν σε επαφή με πλατφόρμες Ανοικτού Λογισμικού και συστήματα Η/Υ χαμηλής κατανάλωσης
  2. Να αντλούν τις απαραίτητες πληροφορίες από τον Παγκόσμιο Ιστό αξιοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία
  3. Να εγκαθιστούν ορθά τα περιφερειακά συστήματα της συσκευής Raspberry Pi
  4. Να εγκαθιστούν λογισμικό Ανοικτού Κώδικα για την άμεση λειτουργία της συσκευής
  5. Να παραμετροποιούν ορθά τη συσκευή ώστε να είναι προσβάσιμη εξ αποστάσεως
Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου: 
Raspberry Pi
RPi
Project
VNC
Open source software
SoC
υλικό
Λογισμικό
Υλικοτεχνική υποδομή: 
Οι υπολογιστές του σχολικού εργαστηρίου χρησιμοποιούνται ως εργαλείο για την έρευνα αγοράς των περιφερειακών, την παρακολούθηση των διαδραστικών οδηγιών, την μορφοποίηση και αρχικοποίηση της κάρτας μνήμης και τέλος τον χειρισμό εξ αποστάσεως της συσκευής. Στο τέλος η ίδια η συσκευή γίνεται μέρος του εξοπλισμού του σχολικού εργαστηρίου και οι μαθητές ερευνούν και μελετούν το λειτουργικό σύστημα που έχει εγκατασταθεί.
Δημιουργός Σεναρίου: ΜΙΧΑΛΗΣ ΒΑΜΒΑΚΑΡΗΣ (Εκπαιδευτικός)