Σχολικός σεισμογράφος "Raspberry Shake" του Εργαστηρίου ΦΕ στο 9ο Δημοτικό Σχολείο Ρεθύμνου
Τι είναι ένας σεισμογράφος "Raspberry Shake";
Τα Raspberry Shake είναι μια σειρά συσκευών σεισμογραφίας που λειτουργούν με βάση το Raspberry Pi, έναν προσιτό και ευέλικτο μικροϋπολογιστή. Αυτές οι συσκευές προσφέρουν μια εξαιρετική ευκαιρία για εκπαιδευτικούς και μαθητευόμενους/-ες να μελετήσουν και να καταγράψουν σεισμικές δραστηριότητες πραγματικού χρόνου με προσιτό κόστος.
Οι συσκευές Raspberry Shake περιλαμβάνουν έναν σεισμογράφο και άλλα συνδεδεμένα εξαρτήματα που επιτρέπουν την ανίχνευση και καταγραφή των σεισμικών κυμάτων. Η συσκευή αυτή είναι ικανή να ανιχνεύσει και να καταγράψει τόσο τοπικούς όσο και απομακρυσμένους σεισμούς, με ακρίβεια που μπορεί να ανταγωνιστεί ακόμη και επαγγελματικά συστήματα σε κάποιες περιπτώσεις.
Στο εκπαιδευτικό περιβάλλον, ο Raspberry Shake μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διδάξει τη σχολική κοινότητα για τη σημασία και τη λειτουργία της σεισμολογίας, της γεωφυσικής και της γεωλογίας. Επίσης, μπορεί να βοηθήσει στην ενίσχυση των δεξιοτήτων STEM (Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανική, Μαθηματικά), καθώς οι μαθητές μαθαίνουν να συναρμολογούν τη συσκευή, να παρακολουθούν δεδομένα και να αναλύουν τα αποτελέσματα. Είναι ένα εργαλείο που προωθεί την πρακτικοβιωματική μάθηση και την ενεργό συμμετοχή σε επιστημονικά πειράματα, με καταγραφή και επεξεργασία πραγματικών δεδομένων, καθιστώντας το ιδανικό για χρήση σε σχολεία, σε εκπαιδευτικά προγράμματα, αλλά και στο πλαίσιο της επιστήμης των πολιτών.
Πώς λειτουργεί για να καταγράψει ένα σεισμό ο σχολικός σεισμογράφος "Raspberry Shake";
Ο σεισμογράφος Raspberry Shake καταγράφει σεισμούς χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα που μπορεί να ανιχνεύσει τα κύματα κίνησης που προκαλούνται από σεισμικά φαινόμενα. Ας δούμε βήμα προς βήμα πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία:
Ο αισθητήρας κίνησης που χρησιμοποιείται στον Raspberry Shake είναι γεωφώνιο, το οποίο είναι ένας τύπος σεισμικού αισθητήρα που ανιχνεύει τις δονήσεις του εδάφους. Τα γεωφώνια βασίζονται στην αρχή του ηλεκτροδυναμικού αισθητήρα. Αυτό σημαίνει ότι περιλαμβάνουν μια μάζα, έναν πηνίο και έναν μαγνήτη. Η μάζα είναι ενσωματωμένη στο κέντρο του πηνίου και ελεύθερα κρεμασμένη έτσι ώστε να μπορεί να κινείται όταν το έδαφος δονείται. Κατά τη διαδικασία ανίχνευσης, όταν υπάρχει μια σεισμική δόνηση, το έδαφος κινείται και αυτή η κίνηση μεταφέρεται στη μάζα του γεωφωνίου. Καθώς το έδαφος κινείται, η μάζα στο εσωτερικό του γεωφωνίου παραμένει σχετικά σταθερή λόγω της αδράνειάς της. Αυτό οδηγεί στο να κινείται το πηνίο γύρω από την ακίνητη μάζα. Η κίνηση του πηνίου γύρω από τον μαγνήτη δημιουργεί μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο, η οποία με τη σειρά της προκαλεί ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αυτή η επαγωγή μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Το παραγόμενο ηλεκτρικό σήμα αντιπροσωπεύει την κίνηση του εδάφους και είναι αυτό που καταγράφεται από το σεισμογράφο για περαιτέρω ανάλυση. Τα γεωφώνια είναι πολύ ευαίσθητα και μπορούν να ανιχνεύσουν και πολύ μικρές δονήσεις, κάτι που τα καθιστά ιδανικά για σεισμολογική παρακολούθηση, ενώ είναι επίσης σχετικά μικρά και φορητά, κάτι που επιτρέπει την εύκολη εγκατάσταση σε διάφορα σημεία. Αυτός ο τύπος αισθητήρα είναι θεμελιώδης στη λειτουργία των σεισμογράφων όπως ο Raspberry Shake, επειδή παρέχει την ακρίβεια και την ευαισθησία που απαιτείται για την αξιόπιστη καταγραφή σεισμικών δεδομένων.
Όταν ο αισθητήρας καταγράφει μια κίνηση, αυτή μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Το σήμα αυτό ανακλά την ένταση, τη διάρκεια και τη συχνότητα της κίνησης του εδάφους. Το αναλογικό ηλεκτρικό σήμα από τον αισθητήρα στη συνέχεια ψηφιοποιείται μέσω ενός μετατροπέα από αναλογικό σε ψηφιακό (ADC). Αυτό επιτρέπει στο σήμα να επεξεργαστεί και να αποθηκευτεί ψηφιακά. Το ψηφιοποιημένο σήμα επεξεργάζεται περαιτέρω από το Raspberry Pi, το οποίο εκτελεί λογισμικό ειδικά σχεδιασμένο για την ανάλυση σεισμικών δεδομένων. Εδώ γίνεται η ανίχνευση των σεισμικών γεγονότων, η καταγραφή της έντασης, καθώς και η δημιουργία χρονολογικών καταγραφών των κυμάτων. Τα δεδομένα αποθηκεύονται στη συσκευή και μπορούν να προβληθούν σε πραγματικό χρόνο μέσω του δικτύου ή να αναλυθούν περαιτέρω για εκπαιδευτικούς ή/και ερευνητικούς σκοπούς. Οι συσκευές Raspberry Shake συχνά συνδέονται σε ένα παγκόσμιο δίκτυο άλλων σεισμογράφων, επιτρέποντας την κοινή χρήση δεδομένων και την ανταλλαγή πληροφοριών με εκπαιδευτικούς, μαθητευόμενους/-ες και ερευνητές/-τριες μέσα από τη διάχυση δεδομένων σε παγκόσμια κλίμακα.
Με αυτόν τον τρόπο, ο σεισμογράφος Raspberry Shake μετατρέπει τις μικρές, αλλά σημαντικές κινήσεις του εδάφους σε κατανοητά δεδομένα, παρέχοντας ένα ισχυρό εκπαιδευτικό & ερευνητικό εργαλείο για τη μελέτη των σεισμών.
Τί είναι το δίκτυο των σχολικών σεισμογράφων του προγράμματος SEISMO–Lab;
Το πρόγραμμα SEISMO – Lab, Δίκτυο Κόμβων Καινοτομίας και Διάχυσης της Σεισμολογίας σε Σχολεία Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, βρίσκεται σε κομβικό σημείο καθώς επιτυγχάνει μια σημαντική πρόοδο με την εγκατάσταση 100 εκπαιδευτικών σεισμομέτρων τόσο σε σχολικές μονάδες των χωρών που συμμετέχουν στο πρόγραμμα (Ελλάδα, Ιταλία, Κύπρος, Ρουμανία, Τουρκία) όσο και σε άλλες χώρες όπως Γερμανία, Βουλγαρία και Σουηδία. Η επιτυχής ολοκλήρωση αυτής της φάσης ενισχύει τη δυνατότητα του δικτύου να παρακολουθεί και να καταγράφει τη σεισμική δραστηριότητα με αυξημένη ακρίβεια, επιτρέπει στα σχολεία να παρακολουθούν σε πραγματικό χρόνο τη σεισμική δραστηριότητα, παρέχοντας μια ανεκτίμητη πηγή γνώσης και εμπειρίας στους μαθητές καθώς δίνει τη δυνατότητα στην εκπαιδευτική κοινότητα να ασχοληθεί ενεργά με τη σεισμολογία και να αποκτήσουν πολύτιμες γνώσεις σχετικά με τους σεισμούς. Το δίκτυο SEISMOLAB επεκτείνεται συνεχώς, με στόχο να καλύψει ακόμα περισσότερες περιοχές και να προσφέρει στους μαθητές τη δυνατότητα να συνεργαστούν διαδραστικά. Η συνεργασία αυτή ενισχύεται μέσω εκπαιδευτικών εργαστηρίων και ψηφιακών πλατφορμών, όπου οι μαθητές μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες και να συνεργάζονται σε κοινά επιστημονικά έργα.
Το Γεωδυναμικό Ινστιτούτο του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και η Ελληνογερμανική Αγωγή, με αφορμή την ολοκλήρωση της εγκατάστασης του Δικτύου Σχολικών Σεισμογράφων σε 100 σχολικές μονάδες είχαν διοργανώσει (2024) και επιμορφωτικό εργαστήριο, με στόχο την ένταξη μεγάλης σειράς εκπαιδευτικών δράσεων στα Εργαστήρια Δεξιοτήτων. Μπορείτε να ενημερωθείτε για τις δράσεις του Δικτύου τα επτά χρόνια λειτουργίας του εδώ. Το Δίκτυο Σχολικών Σεισμογράφων συντονίζει ο Διευθυντής Ερευνών του Γεωδυναμικού Ινστιτούτου του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών, Δρ. Γεράσιμος Χουλιάρας σε συνεργασία με την Ελληνογερμανική Αγωγή.
Στο πλαίσιο του εργαστηρίου παρουσιάζεται στους συμμετέχοντες η διαδικτυακή πλατφόρμα SEISMO-Lab που λειτουργεί ως εικονικός κόμβος εκπαιδευτικής σεισμολογίας για μαθητές, και εκπαιδευτικούς, και προσφέρει τη δυνατότητα αξιοποίησης των δεδομένων που συλλέγονται και αποθηκεύονται από τους σχολικούς σεισμογράφους του δικτύου, σε πραγματικό χρόνο, από όλες τις σχολικές και εκπαιδευτικές κοινότητες. Όλοι μπορούν να επιλέξουν σεισμικά γεγονότα (σε χρόνο και περιοχή) και να χρησιμοποιήσουν την καταγραφή τους στους διαφορετικούς σταθμούς του δικτύου για περεταίρω ανάλυση. Στην πλατφόρμα του έργου, εκτός από το εκπαιδευτικό υλικό για τον καθηγητή (σχέδια μαθημάτων, προτεινόμενες δραστηριότητες κτλ.) παρέχεται και υλικό υποστήριξης – διαχείρισης του εκπαιδευτικού εργαλείου το οποίο απευθύνεται στον χρήστη (μαθητή/-τρια – εκπαιδευτικό).
Ο Σχολικός Σεισμογράφος του Εργαστηρίου Φυσικών Επιστημών στο 9ο Δημοτικό Σχολείο Ρεθύμνου"
Από τον Απρίλιο του 2024 στο Εργαστήριο ΦΕ και στις υποδομές του 9ου Δημοτικού Σχολείου Ρεθύμνου εγκαταστάθηκε και λειτουργεί ένας σχολικός σεισμογράφος Raspberry Shake 1D με κωδικό RC057 και εκπέμπει κανονικά τα σεισμικά δεδομένα.
Η εγκατάσταση ενός σχολικού σεισμογράφου, όπως το Raspberry Shake, σε ένα σχολείο προσφέρει πολλά εκπαιδευτικά πλεονεκτήματα, τόσο στοπλαίσιο της διδασκαλίας και της μάθησης του επιστημονικού περιεχομένου, όσο και στην καλλιέργεια του επιστημονικού κεφαλαίου της ευρύτερης σχολικής κοινότητας, με σημαντικά πλεονεκτήματα όπως τα ακόλουθα:
1. Εκπαιδευτική Εμπειρία και Μάθηση με Βιωματικό Τρόπο
Ο πιο σημαντικός λόγος για την εγκατάσταση ενός σεισμογράφου σε σχολείο είναι η δυνατότητα που προσφέρει στους/στις μαθητές/-τριες και στους/στις εκπαιδευτικούς να μάθουν για τις σεισμικές δραστηριότητες με άμεσο και βιωματικό τρόπο. Οι μαθητευόμενοι/-ες & οι εκπιαδευτικοί μπορούν:
- Να παρακολουθούν σεισμικά γεγονότα σε πραγματικό χρόνο.
- Να κατανοήσουν τις έννοιες της σεισμολογίας, της γεωλογίας και της γεωφυσικής μέσω πρακτικής εφαρμογής.
- Να αναλύσουν σεισμικά δεδομένα και να κατανοήσουν πώς οι σεισμοί επηρεάζουν τη Γη και τις δομές της.
2. Ανάπτυξη Δεξιοτήτων STEM (Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανευτική, Μαθηματικά)
Η χρήση ενός σεισμογράφου δίνει στους/στις μαθητευόμενους/-ες την ευκαιρία και τη δυνατότητανα ασχοληθούν με το πεδίο των STEM και να αναπτύξουν βασικές δεξιότητες, όπως:
- Τεχνολογία και Προγραμματισμός: Μαθαίνουν να ρυθμίζουν και να χρησιμοποιούν συσκευές υψηλής τεχνολογίας (όπως το Raspberry Pi) και να αναλύουν δεδομένα.
- Επιστήμη & Μηχανευτική: Αντιλαμβάνονται τις βασικές έννοιες της επιστήμης πίσω από τους σεισμογράφους και τη συσχέτισή τους με την κατασκευή των αισθητήρων.
- Μαθηματικά και Ανάλυση Δεδομένων: Εξετάζουν τα σεισμικά δεδομένα και εφαρμόζουν μαθηματικές έννοιες για την κατανόηση των κυμάτων και της έντασης.
3. Αυξημένη Ευαισθητοποίηση για τους Φυσικούς Κινδύνους
Η εγκατάσταση σεισμογράφου βοηθά στην ευαισθητοποίηση της σχολικής κοινότητας για τους φυσικούς κινδύνους όπως οι σεισμοί. Η κατανόηση των σεισμικών φαινομένων και της επίδρασής τους στο περιβάλλον και στις υποδομές μπορεί να:
- Εκπαιδεύσει τους/τις μαθητευόμενους/-ες σχετικά με την προετοιμασία για σεισμούς και την ασφάλεια κατά τη διάρκεια φυσικών καταστροφών.
- Ενθαρρύνει την ανάπτυξη στρατηγικών πρόληψης και προστασίας για τα κτίρια και τις κοινότητες.
4. Συμμετοχή στην Τοπική και την Παγκόσμια Σεισμολογική Κοινότητα
Οι συσκευές Raspberry Shake συνδέονται σε τοπικά δίκτυα (σχολικών) σεισμογράφων, αλλά και σε αντίστοιχα παγκόσμια δίκτυα και στέλνουν δεδομένα σε επιστημονικές πλατφόρμες. Αυτό σημαίνει ότι οι μαθητευόμενοι/-ες:
- Συμμετέχουν ενεργά στην παγκόσμια συλλογή σεισμικών δεδομένων.
- Έχουν την ευκαιρία να συνεργαστούν με άλλους μαθητές και επιστήμονες σε όλο τον κόσμο, ενισχύοντας το πνεύμα συνεργασίας και διεθνούς δικτύωσης.
5. Αναβάθμιση της Σχολικής Υποδομής και Καινοτομίας
Η εγκατάσταση ενός σεισμογράφου στο σχολείο δείχνει ότι το εκπαιδευτικό ίδρυμα υιοθετεί σύγχρονα και καινοτόμα εργαλεία και μεθόδους/ προσεγγίσεις/τεχνικές διδασκαλίας & μάθησης:
- Καινοτομία στο σχολικό περιβάλλον: Οι μαθητευόμενοι/ες και οι εκπαιδευτικοί αποκτούν πρόσβαση σε σύγχρονη τεχνολογία και εργαλεία που είναι χρήσιμα (και) στην πραγματική ζωή.
- Ενίσχυση της σχολικής υποδομής: Προσφέρει ένα σύγχρονο εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορες επιστημονικές διερευνήσεις, σχέδια εργασίας, εργαστ'ηρια δεξιοτήτων, αλλά και για σχολικές παρουσιάσεις και δραστηριότητες.
6. Ενεργοποίηση της (σχολικής) Κοινότητας & Ενεργός Πολιτειότητα
Η ύπαρξη σεισμογράφου σε ένα σχολείο μπορεί να αποτελέσει ένα σημείο ενδιαφέροντος και μάθησης για την ευρύτερη κοινότητα:
- Εκπαιδευτικά προγράμματα για γονείς και κοινότητα: Μπορεί να οργανωθούν εργαστήρια και παρουσιάσεις για γονείς και μέλη της σχολικής κοινότητας σχετικά με τους σεισμούς και τη σεισμολογία.
- Δημιουργία ενημερωτικών εκστρατειών: Οι μαθητευόμενοι/-ες μπορούν να συμμετέχουν σε προγράμματα ενημέρωσης για την προετοιμασία και την αντιμετώπιση του σεισμικού κινδύνου στην κοινότητά τους.
7. Δημιουργία Ευκαιριών για Έρευνα και Σχολικές Δραστηριότητες
Ο σεισμογράφος μπορεί να αποτελέσει βασικό εργαλείο για διάφορες σχολικές δραστηριότητες, όπως:
- Προγράμματα έρευνας και επιστημονικών έργων σε τοπικό επίπεδο, πέρα ή/και σε συνδυασμο με τις σχολικές δράσεις.
- Διαγωνισμούς και παρουσιάσεις με θέμα τη σεισμολογία με τα πολιποίκιλα και πραγματικά δεδομένα που συλλέγονται.
8. Προώθηση της Αειφορίας και Επιστημονικής Καλλιέργειας (επιστημονικό κεφάλαιο)
Η γνώση για τη σεισμολογία και την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών της Γης συνδέεται με τη βαθύτερη κατανόηση των φυσικών διεργασιών, κάτι που ενθαρρύνει την αειφορία και την υπεύθυνη στάση απέναντι στο περιβάλλον και τις φυσικές καταστροφές.
Συνοψίζοντας, η εγκατάσταση ενός σεισμογράφου στο σχολείο προσφέρει ένα μοναδικό συνδυασμό εκπαιδευτικών, επιστημονικών και κοινοτικών πλεονεκτημάτων. Ανοίγει τον δρόμο για τη διδασκαλία και μάθηση μέσω της πράξης, ενισχύει τις δεξιότητες των μαθητευόμενων και των επιαδευτικών στη διεπιστημονική προσέγγιση του STEM και επίσης προάγει την ευαισθητοποίηση για τους φυσικούς κινδύνους και τη βιωσιμότητα ακόμη και στο πλαίσο της επιστήμης των πολιτών (citizen science).
Δείτε παρακάτω ένα πρόσφατο βίντεο για την ομάδα επιστημόνων που υποστηρίζουν τη σειρά των Raspberry Shake
Δείτε παρακάτω ένα βίντεο με μία σύντομη περιγραφή ενός Raspberry Shake 1D (RS1D), το οποίο έχουμε και για δικό μας σχολικό σεισμογράφο!
Δείτε παρακάτω ακόμη ένα βίντεο για τη συναρμολόγηση ενός Raspberry Shake 1D (RS1D), το οποίο έχουμε και για δικό μας σχολικό σεισμογράφο!
