Συντάχθηκε 26-11-2024 14:26
Ενημερώθηκε:
26-11-2024 14:28
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 06/12/2024 12:00
Λήξη: 06/12/2024 13:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Χρυσής Γιαννουλάκη
με θέμα
Ανάπτυξη Ηλεκτρονικού Συστήματος για Εκπαίδευση STEM
Development of an Electronic System for STEM Education
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης (επιβλέπων)
Καθηγητής Μιχαήλ Λαγουδάκης
Αναπληρωτής Καθηγητής Δοϊτσίδης Ελευθέριος (ΠΚ, Σχολή ΜΠΔ)
Περίληψη
Το τελευταίο χρονικό διάστημα παρατηρείται αύξηση ενδιαφέροντος σχετικά με την εκπαίδευση STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics). Βαθμιαία, μαζί με την εκπαιδευτική ρομποτική ενσωματώνονται τόσο στα προγράμματα σπουδών των σχολείων της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης όσο και σε εκπαιδευτικές εξωσχολικές δραστηριότητες. Η μεθοδολογία αυτή είναι πολύ σημαντική και παρόλο που έχει ευρέως υιοθετηθεί τις τελευταίες δεκαετίες εξακολουθεί να χρειάζεται προσιτά εργαλεία με εκτεταμένες δυνατότητες. Ωστόσο, τα υπάρχοντα σχετικά συστήματα αντιμετωπίζουν αρκετές προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένου του συνολικού κόστους και της πολυπλοκότητας του συνολικού συστήματος, καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη εξεύρεσης άλλων μαθησιακών συστημάτων, χωρίς τα μειονεκτήματα αυτά. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύχθηκε το σύστημα ColourBot όπου παρουσιάζει μια λύση χαμηλού κόστους. Περιλαμβάνει προσαρμοσμένο λογισμικό (Software) και υλικό (Hardware) που περικλείεται από λειτουργικά κελύφη. Τα κελύφη αυτά συνδέονται χρησιμοποιώντας έναν προσαρμοσμένο μηχανισμό σύνδεσης με ενισχυμένες δυνατότητες, ο οποίος επιτρέπει τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη διάφορων λειτουργικών πρωτοτύπων. Το σύστημα παρέχει προσαρμοσμένο λογισμικό ανάλογα με την ηλικία, το εκπαιδευτικό επίπεδο και τις δεξιότητες των χρηστών, όπου στην περίπτωση μας είναι μαθητές της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Ο προγραμματισμός του υλικού διαφοροποιείται από την συνηθισμένη ανάπτυξη συμβατικού κώδικα. Βασίζεται σε περιβάλλον οπτικού προγραμματισμού (visual programming), δίνοντας όμως την δυνατότητα στον χρήστη να βλέπει και τον πραγματικό κώδικα.
Τα πλεονέκτημα του είναι ότι αποτελείται από ηλεκτρονικά μικρότερου κόστους και μεγέθους, μια συνδεσμολογία όπου ελαχιστοποιεί την πολυπλοκότητα και την αστοχία σύνδεσης, περίβλημα αρκετά στιβαρό όπου είναι παράλληλα εύκολο στη χρήση και μια φιλική πλατφόρμα λογισμικού κατάλληλα σχεδιασμένη. Κατά την συγκεκριμένη προσέγγιση αναπτύχθηκαν νέα αρθρώματα και αναπτύχθηκαν συγκεκριμένα μαθησιακά σενάρια. Αυτός ο σχεδιασμός δίνει τη δυνατότητα για την κατασκευή πρωτότυπων ρομποτικών συσκευών και αυτοματισμών, ενισχύοντας τη δημιουργική σκέψη των μαθητών.
Abstract
Recently, there has been an increasing interest regarding STEM education (Science, Technology, Engineering, and Mathematics). Along with educational robotics, these fields are gradually being integrated into the curricula of Primary and Secondary Education schools, as well as in extracurricular educational activities. This methodology is very important, and although it has been widely adopted in the past decades, it still requires affordable tools with extensive capabilities. However, existing related systems face several challenges, including overall cost and system complexity, making it crucial to find alternative learning systems without these drawbacks. In this thesis, the ColourBot system was developed, offering a low-cost solution. It includes custom software and hardware, enclosed in functional shells. These shells are connected using a custom connection mechanism with enhanced capabilities, allowing for the design and development of various functional prototypes. The system provides customized software tailored to the age, educational level, and skills of the users, who, in this case, are students in Primary and Secondary education. The programming of the hardware differs from the usual development of conventional code. It is based on a visual programming environment, but it also allows the user to view the actual code.
Its advantages include electronics of lower cost and smaller size, a connection system that minimizes complexity and connection failures, a robust casing that is also easy to use, and a user-friendly software platform that is appropriately designed. Through this approach, new modules were developed, and specific learning scenarios were created. This particular design allows for the creation of prototype robotic devices and automation systems, encouraging students' creative thinking.
