Mjerenje mikroklime u školskome pčelinjaku

zdravko_pavlekovic

Zdravko Pavleković

Sažetak

U prilogu je predstavljen rad skupine učenika Srednje škole Ravne na Koroškem. Riječ je o uređaju za mjerenje mikroklime školskoga pčelinjaka smještenoga na livadi uz šumu iza škole. Učenici su tijekom projektiranja i izrade uređaja pokazali visoku razinu kreativnosti i inovativnosti. S obzirom na to da se naša škola bavi obrazovanjem učenika za različita tehnička zanimanja, projekt je bio zamišljen interdisciplinarno, tako da povezuje učenike iz različitih tehničkih područja. U njega su tako bili uključeni učenici iz područja strojarstva, računalstva i elektrotehnike. Sam sustav za mjerenje mikroklime pčelinjaka temelji se na upotrebi mikroračunala Raspberry Pi na koji su spojeni odgovarajući senzori i mjerni pretvarači potrebni za prikupljanje pčelarima važnih informacija. Sustav mjeri težinu jedne košnice, temperaturu, relativnu vlažnost zraka i CO2 unutar pčelinjaka te temperaturu i vlažnost zraka izvan pčelinjaka. Pomoću tih podataka pčelari mogu pratiti stanje u pčelinjaku, npr. jesu li pčele zdrave i koliko je meda u košnici, sprema li se pčelinja zajednica na rojenje itd. Prikupljeni podatci mogu se vidjeti i analizirati i preko internetske stranice koja je izrađena posebno za tu namjenu i dostupna je svima koje ti podatci zanimaju (adresa je: http://193.2.42.18/cebelnjak). Osim izrade samoga mjernog sustava za uspješno dovršavanje projekta do pčelinjaka je trebalo povući i kablove za napajanje uređaja i pristup internetu, što je također realizirano tijekom izvođenje projektne nastave.

Ključne riječi: motivacija, aktivno učenje, projekti, tehnologije

Uvod

Zbog visokoga stupnja tehnološkoga razvoja i razvoja znanosti stručno-teoretska i praktična znanja koja učenici moraju usvojiti iz godine u godinu postaju sve opsežnija. Tako se učenike sve više opterećuje, ponekad i preko njihovih psihofizičkih mogućnosti, a oni unatoč tome često ne dobiju cjelovito znanje o raznim procesima. Projektno izvođenje nastave izazov je za profesore, ali i prigoda za učenike da znanja usvajaju na njima pristupačniji i zanimljiviji način.

Projektnu nastavu u našoj školi izvodimo na dva načina, izvannastavno, oblikujući grupe zainteresiranih učenika oko pojedinih projekata, te projektnim izvođenjem nastave tijekom dvaju za taj oblik nastave predviđenih tjedana.

U planiranju izvannastavnih projektnih aktivnosti sudjeluju programski stručni aktivi, a u pojedine projekte učenici se uključuju prema vlastitome zanimanju. Ponekad, kao u našem slučaju, oko određene teme povezuju se i interdisciplinarno, tako da se u projekt uključuju učenici iz različitih obrazovnih programa.

Tijekom projektnih tjedana učenici okupljeni oko poSlika1jedinih tema utvrđuju i povezuju znanja usvojena u pojedinim predmetima i područjima te nadograđuju ta znanja aktivnim učenjem u timu. Ta dva tjedna nastave izvode se sadržajno i organizacijski prema godišnjem planu i programu rada škole, a uključuju tematske sklopove i iz obaveznih i iz izbornih predmeta obrazovnoga programa.

Slika 1. Naš školski pčelinjak

Ideja i koncepcija projekta

U okviru projektne nastave timove učenike stavljamo u konkretne životne situacije u kojima zadane probleme rješavaju na temelju stručno-teoretskih spoznaja stečenih u redovnoj nastavi, pri čemu razvijaju pozitivan odnos prema najnovijim tehničkim dostignućima. Osim toga, učenici pritom međusobno razmjenjuju podatke do kojih su došli svojim samostalnim istraživanjem te pokušavaju unaprijediti postojeća tehnička rješenja korištenjem najnovijih informacijskih tehnologija.

Početkom školske godine odlučili smo se za projekt izrade uređaja za mjerenje mikroklime u našemu školskom pčelinjaku. Inicijalnu ideju za izradu ovakvoga uređaja dala je školska ravnateljica koja se godinu dana ranije i pobrinula da škola dobije vlastiti pčelinjak.

Projekt mora biti sadržajno i organizacijski dobro isplaniran kako bi učenike motivirao i poticao na rad. Učenici moraju imati dojam da je projekt u koji će uložiti svoj trud i znanje njihov jer će ga kao takvog na kraju lakše i suvereno predstavljati. Projektu i učenicima treba se maksimalno posvetiti, s vrlo jasnim ciljevima, kriterijima, mjerilima i očekivanjima. Svaki učenik uključen u projekt mora u projektu prepoznati ciljeve svoje aktivnosti, a na kraju i vidjeti rezultate svojega rada. No, to nije moguće bez timskoga rada i suradnje među svima koji sudjeluju u projektu, i profesora, i učenika.

Projekt smo koncipirali interdisciplinarno. Za projektiranje i izradu konstrukcije pčelarske vage bio je zadužen Jernej, učenik iz programa Strojarski tehničar, za projektiranje, izradu i postavljanje mjernoga sustava pobrinuli su se Miha i Anej, učenici iz programa Elektrotehničar, dok su za izradu i postavljanje internetske stranice i podatkovne baze na server bili zaduženi Antonio i Timotej, učenici iz programa Tehničar za računalstvo.

Izrada mjernoga sustava

Učenici zaduženi za izradu mjernoga sustava svoj su posao podijelili u više faza. U fazi pripreme izabrali su elektroničke komponente koje će biti korištene za mjerenje izabranih fizikalnih veličina. Koje će se veličine našim uređajem mjeriti, odredili smo na našem Slika2uvodnom sastanku.

Budući da je jedan od zahtjeva za rad mjernoga sustava bio slanje prikupljenih podataka putem internetske veze u bazu podataka na školskome poslužitelju, za našu je upotrebu bilo najprikladnije mikroračunalo Raspberry Pi.

Slika 2. Mikroračunalo Raspberry Pi 3, model B

Za mjerenje temperature i vlažnosti zraka izabrali smo senzorski modul DHT11, za mjerenje ugljičnoga dioksida izabrali smo modul MG811, dok smo vagu kojom će se mjeriti težina jedne košnice odlučili izraditi sami pomoću 50-kg mjernih elektrootporničkih mjernih traka. Zbog važnosti podataka odlučeno je da će uređaj mjeriti temperaturu i vlažnost zraka i izvan pčelinjaka.

U fazi projektiranja učenici su najprije nacrtali električnu shemu uređaja. Pritom su se koristili programom Eagle koji osim crtanja sheme omogućuje i 3D modeliranje uređaja. Kada je električna shema bila nacrtana s odgovarajućim rasporedom svih komponenata na pločici, uslijedila je izrada tiskane pločice pomoću posebne namjenske CNC glodalice.

Sljedeća je bila faza testiranja i baždarenja pojedinih senzorskih modula te izrada i testiranje vage. Za izradu pčelarske vage upotrijebljene su četiri 50-kg mjerne trake koje su u puni mjerni most povezane pomoću instrumentacijskog pojačala HX711. Budući se sila jednakomjerno razdijeli na sve četiri trake, naša pčelarska vaga ima sposobnost mjerenja do 200 kg.

U završnoj fazi slijedilo je spajanje senzorskih modula i vage Slika3na odgovarajuće priključke mikroračunala i pisanje programa. Budući da su senzori izrazito osjetljivi na vanjske utjecaje, pogreške pri mjerenju trebalo je smanjiti programskim putem upotrebom korekcijskih tablica.

Slika 3. Spoj mjernih traka u Wheatstoneov puni mjerni most

Izrada konstrukcije vage pčelarske košnice

Učenik iz obrazovnog programa Strojarski tehničar konstruirao je i izradio konstrukciju pčelarske vage, a prikupio je i tehničku dokumentaciju za sve nestandardne sastavne dijelove te pripremio montažne nacrte. Svoj je posao podijelio u više faza koje su slijedile odgovarajućim redoslijedom:

Slika 4. Sastavljanje pčelarske vage

Izrada mrežne stranice i programiranje

Program za mikroračunalo Raspberry Pi učenici su napisali pomoću programskoga jezika Python koji je zahvaljujući već pripremljenim programskim funkcijama, koje se mogu skinuti s interneta, vrlo prikladan za brzo pisanje korisničkih aplikacija. Mrežnu stranicu napisali su u PHP i HTML jeziku pri čemu je mikroračunalo Raspberry Pi Slika5upotrijebljeno kao internetski poslužitelj.

Podatci koji se prikupljaju mjernim sustavom pohranjuju se u podatkovnu bazu na školskome poslužitelju. Na internetskoj stranici ispisuju se samo posljednje izmjereni podatci o temperaturi, vlažnosti, ugljičnome dioksidu i težini. Prikupljenim podatcima stranica upozorava pčelara je li vrijeme za vrcanje i jesu li pčele zdrave ili nisu.

Slika 5. Mrežna stranica s prikazom zadnjega mjerenja

Slika6Učenici zaduženi za izradu mrežne stranice pobrinuli su se da stranica osim iscrtavanje grafikona sa svim mjerenim veličinama omogućuje i prikaz svake veličine posebno.

Slika 6. Grafikon s prikazom svih mjerenih veličina

 

Zaključak

Radom na projektu s jasnim ciljevima postigli smo vrlo visoku motiviranost učenika koja se manifestirala njihovom kreativnošću i inovativnošću i u samom procesu izrade i tijekom montaže te puštanja uređaja u rad.

Budući da smo u projekt uključili učenike iz različitih tehničkih područja, oni su se međusobno povezali i osvijestili potrebu za timskim radom.

Projektna nastava u odgojno-obrazovnom procesu vrlo je važna jer se u procesima aktivnoga učenja postižu rezultati kakvi su drugim oblicima rada vrlo teško dostižni. U fazi pripreme takav oblik nastave od profesora zahtijeva veliki angažman i dobro planiranje, dok je kod same izvedbe rad profesora usmjeren na poticanje i praćenje procesa učenja, a učenici su ti koji stvaraju i kroz različita predmetna pa i programska područja dolaze do Slika7novoga upotrebljivog znanja.

Evaluacijom projektno koncipirane nastave koju smo provodili u nekoliko proteklih godina vidljivo je da su učenici takvim pristupom nastavi izuzetno zadovoljni, a lakše ih je i motivirati budući da se radi o dinamičkom pristupu u kojem se lakše snalaze i vrlo rado međusobno surađuju. Najviše vole teme iz svakidašnjeg života, dakle one koje su im dobro poznate i u koje se lako mogu uključiti.

Slika 7. Uređaj za mjerenje mikroklime u upotrebi