Δυναμική αλληλεπίδραση των παραγόντων ενός οικοσυστήματος: εφαρμογή στην περιβαλλοντική εκπαίδευση με τη χρήση μοντέλων ασαφούς λογικής(fuzzy logic)
Creators: name: Ιωαννίδου, Ειρήνη Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Aλληλεπιδραστικά περιβάλλοντα μάθησης
Δυναμική αλληλεπίδραση παραγόντων οικοσυστήματος
Κορώνεια
Koronia
Interactive learning environments
Dynamic interaction of environmental stressors

description: Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής γίνεται εισαγωγή της ασαφούς λογικής στην Περιβαλλοντική Εκπαίδευση με κύριο στόχο την ενίσχυση της κατανόησης από τους μαθητές της δυναμικής συμπεριφοράς των οικοσυστημάτων και των αλληλεξαρτήσεων μεταξύ των βασικών παραγόντων επιβάρυνσής τους. Η ασαφής λογική είναι μια ευφυής τεχνική του πεδίου της υπολογιστικής νοημοσύνης και βασίζεται σε ένα σύνολο κανόνων οι οποίοι είναι εύκολα κατανοητοί επειδή παρουσιάζουν μεγάλη ομοιότητα με τη φυσική γλώσσα. Εισάγεται δε, ως μία επέκταση του υποθετικού και προβλεπτικού συλλογισμού επιτρέποντας τη διερεύνηση εναλλακτικών υποθέσεων. Η μεθοδολογική διάρθρωση της διατριβής έχει ως εξής: Αρχικά διερευνήθηκαν οι διαδικασίες του υποθετικού και προβλεπτικού συλλογισμού και η σχέση τους με τις θεωρίες μάθησης. Στη συνέχεια, αφού μελετήθηκαν οι θεμελιώδεις αρχές της ασαφούς λογικής, διερευνήθηκαν οι ιδιότητες των αλληλεπιδραστικών περιβαλλόντων γραφικών. Κατόπιν επιλέχθηκε έναοικοσύστημα το οποίο να είναι ιδιαίτερα επιβαρημένο, για να αποτελέσει το κύριο παράδειγμα εκπαίδευσης. Επιλέχθηκε το οικοσύστημα της Λίμνης Κορώνειας, επειδή επηρεάζεται σε πολύ υψηλό βαθμό από βιομηχανικά λύματα, αγροχημικά υπολείμματα και υπεράντληση. Ακολούθησε ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός μοντέλου ασαφούς λογικής που υπολογίζει το συνδυασμένο αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων θετικής ανάδρασης μεταξύ των σημαντικότερων παραγόντων επιβάρυνσης στον ιχθυοπληθυσμό της λίμνης. Το μοντέλο βασίζεται σε ένα σύνολο ασαφών κανόνων που αποτυπώνει τις γνώσεις των ειδικών και τις διαθέσιμες μετρήσεις των φυσικοχημικών παραμέτρων της λίμνης, διασφαλίζοντας την επιστημονική αρτιότητα των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Για να μπορέσουν να μεταφερθούν οι βασικές αρχές της ασαφούς λογικής στους μαθητές και να καλλιεργηθούν οι υποθετικές-προβλεπτικές τους ικανότητες, προστατεύοντάς τους από τη μαθηματική πολυπλοκότητα των εργαλείων, θεωρήθηκε απαραίτητη η ανάπτυξη ενός αλληλεπιδραστικού περιβάλλοντος γραφικών, το οποίο να ενσωματώνει το ασαφές μοντέλο της Λίμνης Κορώνειας. Το περιβάλλον γραφικών αναπτύχθηκε σε διαδοχικά στάδια σχεδιασμού, με την ενεργή συμμετοχή των μαθητών και δοκιμάστηκε πιλοτικά. Στη συνέχεια αξιολογήθηκε συγκριτικά με τη συμβατική μέθοδο διδασκαλίας, ως προς τα μαθησιακά του αποτελέσματα. Τα ευρήματα παρουσιάζουν σημαντική βελτίωση της κατανόησης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των παραγόντων επιβάρυνσης του οικοσυστήματος από τους μαθητές που πειραματίστηκαν με το γραφικό περιβάλλον. Επιπρόσθετα, το γραφικό περιβάλλον ενδυνάμωσε τις υποθετικο-προβλεπτικές δεξιότητές τους. Ακόμη, οι μαθητές εισήχθησαν σε έννοιες περιβαλλοντικής διαχείρισης, υιοθετώντας ρόλους διαχειριστών και υλοποιώντας σενάρια και δράσεις αποκατάστασης. Συμπερασματικά, το γραφικό περιβάλλον παρείχε τα απαραίτητα εργαλεία αναπαράστασης, οπτικοποίησης και προσομοίωσης που βοήθησαν τους μαθητές να διερευνήσουν ή και να προβλέψουν την κατάσταση του οικοσυστήματος κάτω από μεταβαλλόμενες συνθήκες
description: In this dissertation, Fuzzy Logic is introduced in the framework of Environmental Education in order to provide an insight to the complex environmental interactions. Fuzzy logic is a computational intelligence technique based on sets of rules that can be easily understood since they bear a close resemblance to natural language. It is introduced as an extension of hypothetico-predictive argumentation, allowing the investigation of alternative hypotheses. Research methodology can be described as follows: Initially, the relation between learning theories and hypothetico-predictive reasoning was investigated. Next, the fundamental principles of fuzzy logic were thoroughly examined, along with the prevailing characteristics of interactive learning environments. It was decided to investigate the behaviour of a highly stressed ecosystem as the main educational paradigm. The ecosystem of Lake Koronia, Greece, was chosen for this purpose since it is highly affected by industrial, domestic and agricultural activities. A fuzzy inference model of the lake was implemented in order to assess the combined effect of the positive feedback interactions among the most significant stressors (stressors are defined as anthropogenic factors that pose risk to ecosystem integrity) on the lakes fish population. The model was based on a set of fuzzy rules that express the environmental experts knowledge, as well as on the available measurements of the lakes physicochemical parameters, thus guarantying the scientific integrity of the simulation results. This stage was followed by the development of an interactive computer graphics environment that encompasses the computational tools and the fuzzy inference model of the lake. The aim was to present to the students only the comprehensible characteristics of the environmental stressors in the ecosystem of the lake, shielding them against the mathematical complexity of the tools. The interactive graphical interface was developed in successive design stages, with the active participation of the students. Initially, pilot tests were carried out and then, the proposed graphical interface was compared to the conventional method of teaching. The results show that the students experimentation with the stressors combinations using the graphical interface resulted in considerably improved learning outcomes and strengthened their hypothetico-predicive skills. Additionally, the students were introduced to the concepts of environmental management by adopting management roles and by attempting to restore the ecosystem. In conclusion, the graphical environment provided the necessary visualisation and simulation tools allowing the students to investigate and even predict the state of the ecosystem under varying conditions. Thus, it is considered valuable as an aid to environmental education