Περιεχόμενα

Το πρόβλημα

Πολλά άτομα στη σχολική μας κοινότητα αντιμετωπίζουν μαθησιακές δυσκολίες. Ύστερα από σχετική έρευνα, ανακαλύψαμε πως ένα μεγάλο ποσοστό των μαθητών παρουσιάζουν μαθησιακές δυσκολίες⁽¹⁾. Ειδικότερα, στην Ελλάδα το 0,17% και, πολύ πιο ανησυχητικά, στην Τσεχία το 2,34% των μαθητών έχουν είτε σοβαρές ή μέτριες δυσκολίες μάθησης. Κατά συνέπεια, η ομάδα μας επέλεξε να ασχοληθεί με το πεδίο των μαθησιακών δυσκολιών. Αποφασίσαμε, όμως, να εργαστούμε μόνο με τη δυσαριθμησία και τη αναριθμησία, την δυσκολία και την ανικανότητα στην κατανόηση μαθηματικών όρων αντίστοιχα, κυρίως λόγω της ευρύτητας του πεδίου αυτού. Σε αυτό μας βοήθησε και η μεγάλη αγάπη μας για τα μαθηματικά. Συνεπώς, εκπονήσαμε μια εργασία-κατασκευή για την κατανόηση μαθηματικών εννοιών με πολυαισθητηριακή προσέγγιση (οπτικό/ακουστικό/κιναισθητικό στοιχείο). Επιπλέον κίνητρο για να υλοποιηθεί αυτή η εργασία ήταν ο μικρός αριθμός εκπαιδευτικών λογισμικών και κατασκευών που υπάρχουν, τουλάχιστον στην ελληνική γλώσσα, σχετικά με το εξελισσόμενο ερευνητικό πεδίο της ειδικής αγωγής και συγκεκριμένα των μαθησιακών δυσκολιών και των πολλαπλών αναπαραστάσεων. Η έγκαιρη παροχή ειδικά σχεδιασμένης παρεμβατικής διδασκαλίας στα παιδιά με τέτοιες ιδιαιτερότητες συνιστά τον πιο αποτελεσματικό τρόπο αντιμετώπισης μαθησιακών δυσκολιών σε καίρια γνωστικά αντικείμενα. Αυτό ακριβώς φιλοδοξεί η εργασία μας.

Η ιδέα μας

Επιχειρούμε με ένα τρενάκι, διπλές μπάρες στις διαβάσεις, φανάρια με οπτικά-ηχητικά σήματα και μια ταινία LED, να χτίσουμε γέφυρα ανάμεσα στην παιγνιώδη μάθηση και τις μαθησιακές δυσκολίες. Σε αυτή τη κατασκευή δωρίσαμε το όνομα Logilearn. Στόχος μας είναι η κατανόηση των μαθηματικών λογικών τελεστών “και” και “ή” για την αλήθεια μιας πρότασης στα μαθηματικά. Κατασκευάσαμε έτσι ένα διαδραστικό μηχανισμό, που αξιοποιεί τις δυνατότητες που μας προσφέρει το Arduino. Υλοποιήσαμε ουσιαστικά την πολλαπλή αναπαράσταση της μαθηματικής λογικής και των αριθμοσυνόλων στον άξονα των πραγματικών αριθμών, δίνοντας την ευκαιρία σε άτομα με μαθησιακές δυσκολίες να προσεγγίσουν τον φανταστικό κόσμο των μαθηματικών με οπτική, ακουστική και κιναισθητική αναπαράσταση. Αυτή η πολυαισθητηριακή προσέγγιση έχει αποδειχθεί πως διεγείρει και ενεργοποιεί διάφορα μέρη του εγκεφάλου, και συμβάλλει στην πιο αποτελεσματική εκμάθηση⁽²⁾. Κατά συνέπεια, η κατασκευή μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί από σχολεία, λογοθεραπευτές, εκπαιδευτήρια ή ακόμη γονείς και παιδιά, για να λειτουργήσει ως συνοδευτικό εργαλείο στην κατανόηση μαθηματικών εννοιών. Η παιγνιώδης μορφή της κατασκευής που προτείνουμε κάνει την πρόταση μας κατάλληλη για την πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Βέβαια, στο μέλλον με τη σωστή και μεθοδική ανάπτυξη της εργασίας μας, το Logilearn έχει τη δυνατότητα να εξελιχθεί σε ένα βοηθητικό εργαλείο στη αντιμετώπιση διάφορων δυσκολιών μάθησης.

Η εργασία μας

Όπως αναφέραμε ήδη χρησιμοποιήθηκε το Arduino για να ελέγχει τα διάφορα servo και LED. Συγκεκριμένα θα χρησιμοποιηθεί ένα Arduino Uno, δύο servos, τέσσερα LED και μια ταινία LED (1 μέτρο, από το οποίο πήραμε μόνο 70cm), καθώς και ένα σύστημα ρελέ. Η φυσική κατασκευή περιλαμβάνει ένα τρενάκι που κινείται πάνω σε ράγες με μπαταρία, περνάει από δύο μπάρες που ανοιγοκλείνουν όπου η καθεμία μπάρα συμβολίζει την ορθότητα των ανισώσεων και των εξισώσεων που εισάγονται (Ανοίγουν αν οι ισχυρισμοί που εισάγονται είναι σωστοί, κλείνουν αν όχι. Με συνδυασμό θα δημιουργηθεί μια οπτική αναπαράσταση των λογικών τελεστών.) Ακόμη υπάρχουν δύο LED που αντιπροσωπεύουν τους αριθμούς πάνω στον αριθμητικό άξονα, ο οποίος οπτικοποιείται με την ταινία LED. Σε συνδυασμό με την κατασκευή, όπου θα χρησιμοποιηθεί και HC05 Bluetooth Module, θα υπάρχει μια εφαρμογή στο Android που θα συνδέεται μέσω του module με το Arduino, και από εκεί θα μπορούμε να ελέγχουμε την κίνηση στο τρενάκι και τα φώτα εισάγοντας αριθμούς ή επιλέγοντας λογικούς τελεστές.

Εργαλεία που χρειαστήκαμε για τον προγραμματισμό:

Android IDE, που χρησιμοποιήθηκε για τον προγραμματισμό της εφαρμογής Logilearn,
Arduino IDE (προγραμματισμός Arduino)

Εργαλεία για την κατασκευή:

Κοπίδι
Πιστόλι σιλικόνης, και
Τροχός και τρυπάνι (με τη βοήθεια ενός ειδικού)

Αν θέλετε να δείτε τον κώδικα Arduino, πατήστε εδώ.

Εικόνα 1. Το πρώτο, πρώιμο, σχέδιο μας για την κατασκευή

Παρακάτω θα βρείτε αναλυτικώς γραμμένη τη διαδικασία που ακολουθήσαμε για να κατασκευάσουμε το Logilearn.

Το τρένο και οι μπάρες

Χρησιμοποίησαμε ένα απλό τρένο που λειτουγεί με μπαταρίες. Για να έχουμε τη δυνατότητα να σταματάμε το τρένο οπουδήποτε και οποιαδήποτε στιγμή θέλαμε, αξιοποίησαμε ένα ρελέ. Αυτό το ρελέ βρίσκεται πάνω στο τρένο, στο οποίο οι μπαταρίες ήταν συνδεδεμένες σε σειρά. Όπως ξέρουμε κάθε ρελέ, έχει τρεις θύρες, την COM, την NC και την NO. Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ. Γνωρίζουμε, επίσης, ότι το τρένο λειτουργεί όταν ο κινητήρας (DC) που βρίσκεται στο εσωτερικό τροφοδοτείται από τις μπαταρίες. Κάθε κινητήρας χρειάζεται δύο καλώδια για να δημιουργηθεί ένα κύκλωμα. Οπότε παίρνουμε το ένα από τα δύο καλώδια του κινητήρα, το κόβουμε στη μέση, και συνδέουμε τη μια άκρη με το COM του ρελέ και την άλλη με το NC το ρελέ. Έτσι, αν και το τρένο θα λειτουργεί κανονικά, τώρα μπορούμε πια να παιρνάμε ρεύμα στο ρελέ για να ανοίγουμε το κύκλωμα και να σταματάει ο κινητήρας, δηλαδή το τρένο.

Στη συνέχεια κατασκευάσαμε δύο χειροποίητα αλουμινένια πάνελ. Το πρώτο πάνελ (ας το ονομάσουμε "αρνητικό πάνελ") συνδέθηκε με το GND του Arduino, ενώ το άλλο (ας το ονομάσουμε "θετικό πάνελ") με μια ψηφιακή θύρα (στη δικιά μας περίπτωση ήταν η θύρα 13). Κατά συνέπεια, το τρένο θα παραμείνει ακίνητο όση ώρα περνάμε ρεύμα στο θετικό πάνελ. Όταν θελήσουμε να κινηθεί το τρένο, για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα διακόπτουμε το ρεύμα (στη δικιά μας περίπτωση έξι δευτερόλεπτα), ώστε το τρένο να αρχίσει να κινείται. Ύστερα από έξι δευτερόλεπτα, το θετικό πάνελ δέχεται ξανά ρεύμα τάσης 5V από το Arduino, οπότε όταν το τρένο ακουμπήσει ξανά τα πάνελ, το ρελέ θα ανοίξει το κύκλωμα του κινητήρα. Ξεχάσαμε να αναφέρουμε, ότι το τρένο έχει στη δεξιά και αριστερή πλευρά του ένα ελατήριο. Αυτά τα δύο ελατήρια θα ακουμπάνε τα πάνελ για να ελέγξει το Arduino το ρελέ που βρίσκεται πάνω στο τρένο.

Βέβαια, μπροστά από το τρένο υπάρχουν δύο μπάρες, ουσιαστικά δύο servo, τα οποία έχουν τοποθετηθεί έτσι ώστε να μπορέσουμε να κολλήσουμε ένα κομμάτι από πλαστικό για να δημιουργηθεί μια μπάρα, η οποία έχει τη δυνατότητα να ανοιγοκλείνει. Παρακάτω μπορείτε να δείτε την πορεία που ακολουθεί το τρένο καθώς και το σύστημα που περιγράψαμε παραπάνω:

Ο άξονας των αριθμών

Ο άξονας των αριθμών, όπως είδαμε παραπάνω, θα αναπαρασταθεί με τη χρήση ταινιών LED. Θα χρησιμοποίησουμε 5 ταινίες LED και δύο LED τοποθετημένα, όπως στο σχέδιο παραπάνω. Έτσι, με τις ταινίες LED μπορούμε να δείχνουμε τα διαστήματα ενώ με τα δύο LED έχουμε την ικανότητα να δείχνουμε αν τα διαστήματα αυτά είναι ανοιχτά ή κλειστά. Η κάθε ταινία LED ελέγχεται από ένα ρελέ μέσω του Arduino. Το κάθε LED ελέγχεται μέσω μιας αναλογικής θύρας.

Αποφασίσαμε όμως για να φαίνεται καλύτερα το σύστημα LED που κατασκευάσαμε να το στηρίξουμε πάνω σε μια βάση και να κολλήσουμε plexiglass πάνω από τις ταινίες για αισθητικούς λόγους. Έτσι, δημιουργήθηκε η παρακάτω κατασκευή:

Όπου βέβαια οι Α και Β είναι άγνωστοι που αντιπροσωπεύουν αριθμούς.

Η τελική εργασία

Παρακάτω μπορείτε να δείτε ένα βίντεο για τη συνολική πορεία που ακολουθεί το τρένο καθώς και άλλες φωτογραφίες:

Δείτε το βίντεο: