Σχεδίαση και Αποτίμηση μιας Καινοτόμου Σειράς σε Θέματα STEM &amp; Επιχειρηματικότητας βασισμένη στη Σχεδίαση Μηχανικής (Engineering Design Process)
Creators: name: Δημητρούδης, Χρήστος Νικόλαου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: ΣΤΕΜ και Επιχειρηματικότητ
Έξυπνο θερμοκήπιο
Μάθηση βασισμένη σε έργο
STEM and Entrepreneurship
Smart greenhouse
Project based learning

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει τίτλο «Σχεδίαση και Αποτίμηση μιας Καινοτόμου Σειράς σε Θέματα STEM &amp; Επιχειρηματικότητας βασισμένη στη Σχεδίαση των Μηχανικών» και αφορά τη μελλοντική δημιουργία, από τους μαθητές, μιας πλήρους λειτουργικής μονάδας παρακολούθησης και ελέγχου των εσωτερικών περιβαλλοντικών συνθηκών ενός θερμοκηπίου με τη χρήση μικροελεγκτή (Arduino) και ανάπτυξη του κατάλληλου λογισμικού. Στο σημείο αυτό να αναφερθεί πως το θερμοκήπιο που θα κατασκευαστεί από τους μαθητές θα ενσωματώνει προηγμένες τεχνολογίες αυτοματοποίησης και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την πλήρη κάλυψη των ενεργειακών του αναγκών. Σκοπός του έργου είναι να δημιουργηθεί ένα θερμοκήπιο που όχι μόνο βελτιστοποιεί τις συνθήκες καλλιέργειας, αλλά και να λειτουργεί ανεξάρτητα από εξωτερικές πηγές ενέργειας, καθιστώντας το βιώσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον. Το θερμοκήπιο θα είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες για τη συνεχή παρακολούθηση παραμέτρων όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και το φωτισμό. Τα δεδομένα αυτά θα συλλέγονται και θα επεξεργάζονται από έναν μικροελεγκτή, ο οποίος ελέγχει αυτόματα συστήματα όπως τον φωτισμό LED, διασφαλίζοντας τις βέλτιστες συνθήκες για την ανάπτυξη των φυτών. Η ενεργειακή αυτονομία επιτυγχάνεται μέσω της ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκού πάνελ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ χρησιμοποιούνται μπαταρίες για την αποθήκευση της ενέργειας και την κάλυψη των αναγκών του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας ή σε περιόδους με μειωμένη ηλιοφάνεια. Επιπλέον, η εργασία περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας εικονικής επιχείρησης από τους μαθητές που θα εμπορεύεται το ενεργειακά αυτόνομο έξυπνο θερμοκήπιο. Η δικτυακή οργάνωση του υλικού υλοποιείται σύμφωνα με τις αρχές της Ανεστραμμένης Τάξης (Flipped Classroom), για την προετοιμασία των μαθητών στο σπίτι στα απαιτούμενα θέματα θεωρίας, ώστε κατά τη διάρκεια των εργαστηριακών συναντήσεων να επικεντρώνονται σε διερευνητικές δραστηριότητες επίλυσης προβλήματος. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για την πορεία υλοποίησης της σειράς είναι αυτή της Σχεδίασης των Μηχανικών (Engineering Design). Η συγκεκριμένη διδακτική σειρά έχει δημιουργηθεί για μαθητές Γυμνασίου στο πλαίσιο ενός εκπαιδευτικού ομίλου, που είναι πλέον θεσμοθετημένος στα Νέα Προγράμματα Σπουδών. Οι μαθητές εργάζονται σύμφωνα με τις αρχές της Ανεστραμμένης Τάξης. Έχει συνολική χρονική διάρκεια 8 εβδομάδων και αποτελείται από 8 συναντήσεις των μαθητών στην τάξη και 7 συναντήσεις στο σπίτι. Η εφαρμογή της σειράς πραγματοποιήθηκε από ένα σύνολο εκπαιδευτικών όλων των ειδικοτήτων. Στόχοι της διδακτικής σειράς είναι α) η σχεδίαση μιας καινοτόμου σειράς για ένα αυτοματοποιημένο θερμοκήπιο, που βασίζεται στη Σχεδίαση Μηχανικής (Engineering Design Process) και συνδυάζει αρχές της Επιχειρηματικότητας, β) η ανάπτυξη υλικού στην e-Class με τις αρχές της Αντεστραμμένης Τάξης, για μια μελλοντική υλοποίηση από μαθητές και γ) η αξιολόγηση του υλικού που αναπτύχθηκε από εκπαιδευτικούς.
description: This diploma thesis is entitled "Design and Evaluation of an Innovative Series on STEM &amp; Entrepreneurship Issues based on Engineering Design" and concerns the future creation, by students, of a fully functional unit for monitoring and controlling the internal environmental conditions of a greenhouse using a microcontroller (Arduino) and development of the appropriate software. At this point, it should be mentioned that the greenhouse that will be built by the students will incorporate advanced automation technologies and renewable energy sources to fully meet its energy needs. The aim of the project is to create a greenhouse that not only optimizes cultivation conditions, but also operates independently from external energy sources, making it sustainable and environmentally friendly. The greenhouse will be equipped with sensors to constantly monitor parameters such as temperature, humidity and lighting. This data will be collected and processed by a microcontroller, which automatically controls systems such as LED lighting, ensuring optimal conditions for plant growth. Energy autonomy is achieved through the integration of a photovoltaic panel for electricity production, while batteries are used to store energy and meet greenhouse needs during the night or during periods of reduced sunshine. In addition, the project includes the creation of a virtual business by the students that will market the energy autonomous smart greenhouse. The online organization of the material is implemented according to the principles of the Flipped Classroom, to prepare students at home for the required theory topics, so that during laboratory meetings they focus on exploratory problem-solving activities. The methodology used for the implementation of the series is that of Engineering Design. This teaching series has been created for high school students within the framework of an educational group, which is now institutionalized in the New Curricula. Students work according to the principles of the Inverted Classroom. It has a total duration of 8 weeks and consists of 8 student meetings in class and 7 home meetings. The implementation of the series was carried out by a set of teachers of all specialties. The objectives of the teaching series are a) the design of an innovative series for an automated greenhouse, based on the Engineering Design Process and combining principles of Entrepreneurship, b) the development of material in the e-Class with the principles of the Inverted Classroom, for a future implementation by students and c) the evaluation of the material developed by teachers.