Tόσο μικρό μα και τόσο γιγάντιο… Δεν μπορούμε να το δούμε, αλλά μπορεί να αλλάξει την καθημερινότητά μας! Το «νάνο» υποδηλώνει κάτι μικρό, κάτι πολύ μικρό, περίπου ένα δισεκατομμύριο φορές μικρότερο από ένα μέτρο. Σε αυτές τις διαστάσεις τα υλικά «τρελαίνονται» και εμφανίζουν ιδιότητες μοναδικά πρωτόγνωρες. Πώς επηρεάζει το μέγεθος ενός υλικού τις ιδιότητές του; Πώς καταφέρνουν ορισμένα φυτά να απωθούν το νερό και να αυτοκαθαρίζονται; Πώς μπορώ να κάνω τα ρούχα μου ανθεκτικά στους λεκέδες; Πώς καταφέρνει η σαύρα γκέκο να περπατάει στο ταβάνι; Πώς μπορεί ένα ρομπότ να σκαρφαλώσει σε ένα γυάλινο παράθυρο; Πώς συνδέονται όλα αυτά με τον βιομιμιτισμό και την καθημερινή ζωή;

Η Nανοτεχνολογία συνδέεται με πολλές επιστήμες, όπως τη φυσική, τη βιολογία, τη χημεία και τα μαθηματικά, με στόχο την παραγωγή χρήσιμων εφαρμογών με καινοτόμες ιδιότητες. Μέσα από μια σειρά προσεγγίσεων, που περιλαμβάνουν ενδεικτικά επίλυση προβλημάτων, σχεδιασμό και διεξαγωγή πειραμάτων, παιχνίδια, μελέτη φυσικών και τεχνητών νανοϋλικών, αναζήτηση πληροφοριών, κατασκευή μοντέλων και ομαδικές δραστηριότητες, οι μαθητές εισάγονται στον συναρπαστικό κόσμο της επιστήμης και της τεχνολογίας σε νανοκλίμακα!

Μπροστά σου απλώνεται το ταμπλό του αγαπημένου σου επιτραπέζιου παιχνιδιού. Απέναντί σου κάθεται η καλύτερή σου φίλη. Παίζει πρώτη. «Ευτυχώς!» σκέφτεσαι, «το πιόνι της δεν έφτασε μακριά». Αμέσως πιάνεις τα δύο ζάρια και σκέφτεσαι: «Είναι πιθανό να φέρω διπλές; Μόνο έτσι θα μπορέσω να ξαναπαίξω και να έχω περισσότερες πιθανότητες να κερδίσω! Πόσο πιθανό είναι να τύχω δεύτερη φορά, συνεχόμενα, διπλές;»Υπάρχει τρόπος να απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις, αν και οι απαντήσεις ίσως σε εκπλήξουν.

Σε αυτό το μάθημα ταξιδεύουμε στον συναρπαστικό κόσμο των πιθανοτήτων και της στατιστικής. Αυτοί οι δύο κλάδοι των μαθηματικών είναι χρήσιμοι στην καθημερινή ζωή. Κάνοντας πειράματα, παρατηρώντας, καταγράφοντας, σημειώνοντας, σχεδιάζοντας, παίζοντας παιχνίδια τύχης, οι μαθητές και οι μαθήτριες εισάγονται στη θεωρία πιθανοτήτων. Κεντρικό ρόλο στο μάθημα παίζει η συλλογή, η ταξινόμηση, η επεξεργασία, η παρουσίαση, η ανάλυση και ερμηνεία δεδομένων με σκοπό τη λήψη αποφάσεων σε ερωτήματα που αντλούνται από την πραγματική ζωή.

Οι μαθητές και οι μαθήτριες εκτελούν πειράματα και παράγουν δεδομένα, τα οποία παρουσιάζουν σε γραφήματα, διαγράμματα και πίνακες, για να συγκρίνουν τα αποτελέσματά τους. Συζητούν και κρίνουν πηγές δεδομένων ως προς την εγκυρότητά τους, αναζητώντας προσπάθειες παραπλάνησης του κοινού. Ξεχωρίζουν τη θεωρητική από τη πειραματική πιθανότητα, μαθαίνουν να υπολογίζουν πιθανότητες και να χρησιμοποιούν αριθμητικά δεδομένα με τρόπο ώστε να προβλέπουν μελλοντικά γεγονότα. Τέλος, αναπτύσσουν στρατηγικές για τον υπολογισμό του πλήθους των πιθανών αποτελεσμάτων διάφορων γεγονότων.

Είναι τα ρομπότ πιο έξυπνα από τους ανθρώπους; Θα μπορούσαν πότε τα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου να ελέγξουν και εμάς; Σε αυτό το μάθημα, οι μαθητές ξεκινούν ένα ταξίδι στον κόσμο της τεχνολογίας, της μηχανικής, της αλγοριθμικής σκέψης και του προγραμματισμού. Μαθαίνουν να σχεδιάζουν, να κατασκευάζουν και να προγραμματίζουν τα δικά τους ρομπότ και έξυπνα συστήματα ελέγχου.

Στην ενότητα της ρομποτικής, οι μαθητές εμβαθύνουν στις δυνατότητες του LEGO EV3 Mindstorms, ενός ευέλικτου κιτ ρομποτικής που φημίζεται για την ευκολία χρήσης του. Μέσα από συναρπαστικές δραστηριότητες και προκλήσεις, μαθαίνουν πως να συναρμολογούν ρομπότ, να χρησιμοποιούν αισθητήρες και να προγραμματίζουν συμπεριφορές χρησιμοποιώντας ένα περιβάλλον προγραμματισμού που βασίζεται στο Scratch 3, προσαρμοσμένο για το EV3. Ανακαλύπτουν, μεταξύ άλλων, πώς να αποφεύγουν εμπόδια και να ακολουθούν γραμμές, ενώ συγχρόνως βελτιώνουν τις δεξιότητές τους στην επίλυση προβλημάτων και στην κριτική σκέψη.

Στην ενότητα του αυτοματισμού, οι μαθητές εξερευνούν τον κόσμο των ηλεκτρονικών και έξυπνων συστημάτων ελέγχου χρησιμοποιώντας το Arduino UNO, μια δημοφιλή πλατφόρμα μικροελεγκτών. Με το Arduino, μαθαίνουν να διασυνδέουν αισθητήρες, κινητήρες και άλλα εξαρτήματα, επιτρέποντάς τους να αυτοματοποιούν διαδικασίες και να δημιουργούν έξυπνα συστήματα, όπως ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ποτίσματος φυτών ή ένα σύστημα ασφαλείας σπιτιού. Χρησιμοποιώντας ένα περιβάλλον προγραμματισμού που βασίζεται σε Scratch 3, προσαρμοσμένο για το Arduino, οι μαθητές θα γράψουν κώδικα που θα ελέγχει τις εισόδους και τις εξόδους του Arduino, και την συμπεριφορά των έξυπνων συστημάτων που θα κατασκευάσουν.

Συνολικά, οι μαθητές αποκτούν μια βαθύτερη κατανόηση της ρομποτικής, του αυτοματισμού και του προγραμματισμού και εξοπλίζονται με δεξιότητες και γνώσεις ώστε να αντιμετωπίζουν πραγματικές προκλήσεις στο συνεχώς εξελισσόμενο τομέα της τεχνολογίας.

Μαθησιακοί στόχοι

• Ανάπτυξη κατασκευαστικών δεξιοτήτων για την κατασκευή ρομπότ χρησιμοποιώντας εξαρτήματα LEGO technic, συμπεριλαμβανομένης της δομικής ευστάθειας, την χρήση γραναζιών και των τρόπων ενσωμάτωσης αισθητήρων στο σώμα του ρομπότ, και εξοικείωση με την πλακέτα Arduino UNO και τα χαρακτηριστικά της, όπως ψηφιακές και αναλογικές ακίδες εισόδου/εξόδου, επιλογές τροφοδοσίας ρεύματος και διεπαφές επικοινωνίας.
• Κατανόηση της χρήσης διαφορετικών τύπων αισθητήρων (π.χ. αισθητήρες αφής, χρώματος, υπερήχων, γυροσκοπίου) για τη συλλογή και χρήση δεδομένων για τη δημιουργία διαδραστικών συμπεριφορών στα ρομπότ, όπως να αποφύγουν εμπόδια, να ακολουθήσουν μία γραμμή ή να ανιχνεύσουν και να απομακρύνουν αντικείμενα που βρίσκονται πάνω στην πίστα.
• Εξοικείωση με τις βασικές αρχές των ηλεκτρονικών, όπως τάση, ρεύμα, αντίσταση, κυκλώματα και εξαρτήματα όπως αντιστάσεις, LEDs και με τη σύνδεση αισθητήρων (θερμοκρασίας, φωτός, κίνησης, υπερήχων κ.α.) με πλακέτες Arduino και τη χρήση τους.
• Ανάπτυξη δεξιοτήτων διάγνωσης και αντιμετώπισης προβλημάτων υλικού ή λογισμικού και αποτελεσματικού εντοπισμού σφαλμάτων σε έργα Arduino ή ρομποτικής, χρησιμοποιώντας βασικές πρακτικές ασφαλείας κατά την εργασία με ηλεκτρονικά κυκλώματα.