Ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού για την εισαγωγή μαθητών στο Internet of Things (IoT) και τον προγραμματισμό μέσω του μικροϋπολογιστή Raspberry PI 2

Abstract

Το Internet of Things (IoT) - Διαδίκτυο των πραγμάτων είναι πλέον πραγματικότητα και έχει μετασχηματίσει πολλούς τομείς της καθημερινής μας ζωής. Αποτελείται από ένα ευρύτερο σύνολο αντικειμένων τα οποία συνδέονται στο Διαδίκτυο αλλά και μεταξύ τους ανταλλάσσοντας δεδομένα και επιτελώντας λειτουργίες. Για παράδειγμα ένα έξυπνο ψυγείο μας ενημερώνει για τις ελλείψεις σε τρόφιμα μέσω μηνύματος στο κινητό ή ένα fitness band μας παρέχει συνεχή ενημέρωση για την φυσική μας κατάσταση και την υγεία μας. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας όλο και περισσότερες συσκευές και αντικείμενα αποκτούν τη δυνατότητα σύνδεσης στο Διαδίκτυο και αλληλεπίδρασης με αυτό καθώς και μεταξύ τους. Οι λειτουργίες του IoT και οι υπηρεσίες που προσφέρει είναι πρωτόγνωρες και εντυπωσιακές ενώ ως στόχο έχουν την βελτίωση του βιοτικού επιπέδου του ανθρώπου. Το IoT μπορεί επιπλέον να αξιοποιηθεί με διάφορους τρόπους όπως για παράδειγμα ως εργαλείο μάθησης στην εκπαίδευση. Οι λειτουργίες του όχι μόνο τραβούν το ενδιαφέρον μαθητών και ενηλίκων αλλά μπορούν επίσης να συνδυάσουν αποτελεσματικά πολλούς διαφορετικούς εκπαιδευτικούς τομείς όπως φυσική, μαθηματικά, πληροφορική, τεχνολογία, γλώσσα κα. σε ποικιλία εκπαιδευτικών δράσεων με εντυπωσιακά αποτελέσματα. Σε πολλούς όμως οι λειτουργίες αυτές φαντάζουν δυσνόητες και ακατόρθωτες με αποτέλεσμα να τις θεωρούν ακατάλληλες για εκπαιδευτική χρήση. Σκοπός της διπλωματικής είναι να ανατρέψει αυτή την αντίληψη σχεδιάζοντας και δημιουργώντας εκπαιδευτικό υλικό σχετικό με το IoT, του οποίου η εφαρμογή του σε εκπαιδευτικά σεμινάρια μαθητών επέφερε θετικά αποτελέσματα. Οι μαθητές ενώ αξιοποιούσαν το εκπαιδευτικό υλικό με στόχο την υλοποίηση ενός συστήματος (υποσυστήματος του IoT) εισήχθησαν στον κόσμο του IoT και τον προγραμματισμό ενώ ήρθαν σε επαφή και χρησιμοποίησαν τον μικροϋπολογιστή Rasberry Pi 2. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιώντας τον μικροϋπολογιστή μονής πλακέτας (single board computer) Rasberry Pi 2 οι μαθητές κατασκεύασαν αυτοματοποιημένες λειτουργίες ενός έξυπνου σπιτιού τις οποίες στη συνέχεια ενσωμάτωσαν σε σχετικές μακέτες. Ο μικροϋπολογιστής έχει τη δυνατότητα σύνδεσης και προγραμματισμού διάφορων εξαρτημάτων, όπως αισθητήρες κίνησης και θερμοκρασίας, έτσι συνδυάζοντας τον με περιφερειακά εξαρτήματα και αισθητήρες και προγραμματίζοντας τον κατάλληλα, οι μαθητές υλοποίησαν τα πλήρως λειτουργικά συστήματα αυτόματου φωτισμού και συναγερμού ενός έξυπνου σπιτιού. Στην εν θέματι διπλωματική εργασία περιγράφεται η σχεδίαση, η οργάνωση και η υλοποίηση μιας εκπαιδευτικής δράσης με κεντρικό θέμα το IoT. Αρχικά γίνεται λόγος για τη λειτουργία του IoT και αναλύονται οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται η διαδικασία σχεδιασμού, οργάνωσης και υλοποίησης των προαναφερθέντων εκπαιδευτικών σεμιναρίων καθώς και τα αποτελέσματα από την αξιολόγηση τους.