Διερεύνηση και αξιολόγηση εκπαιδευτικών πειραμάτων φυσικής από απόσταση με τη χρήση ασύρματων δικτύων

Στη διεθνή βιβλιογραφία γίνεται συχνά λόγος για την ανεκτίμητη αξία του πειράματος στη διδασκαλία της Φυσικής, όσον αφορά την οικοδόμηση αντίληψης των διδασκομένων για τη βαθύτερη κατανόηση των φυσικών εννοιών. Η ανάπτυξη εκπαιδευτικών πειραμάτων αποτελεί μία πολύπλοκη διεργασία, καθότι ο ερευνητής θα πρέπει γνωρίζει πολύ καλά τη διεθνή βιβλιογραφία ώστε να προβεί σε δόκιμη επιλογή του αντικειμένου διδασκαλίας που πρόκειται να εισάγει στο εργαστήριο, εφαρμόζοντας καινοτομίες τόσο σε εκπαιδευτικό επίπεδο, όσο και σε επίπεδο μηχανικής. Στη δεύτερη περίπτωση, η ανάπτυξη και υλοποίηση του εκπαιδευτικού εξοπλισμού θα πρέπει να διασφαλίζει την ορθή λειτουργία και ομαλή διεξαγωγή του πειράματος, καθώς και να προωθεί τη διαδικασία εκμάθησης του γνωστικού αντικειμένου στους διδασκόμενους.Στη διεθνή βιβλιογραφία συναντώνται αρκετά παραδείγματα υλοποίησης εξοπλισμού απομακρυσμένης πρόσβασης σε εκπαιδευτικά πειράματα, τα οποία προορίζονται να συμπληρώσουν τις αδυναμίες του παραδοσιακού πειραματισμού. Τα πλεονεκτήματα του εξ αποστάσεως πειραματισμού δεν περιορίζονται μόνο στη δυνατότητα μελέτης από απόσταση, επεκτείνονται και στη δυνατότητα του εξ αποστάσεως ελέγχου πειραμάτων κατά τη διάρκεια παρουσίας των διδασκομένων στην τάξη, μέσω του δικτύου/διαδικτύου λόγου χάριν, μειώνοντας σημαντικά το κόστος εργαστηριακού εξοπλισμού. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη, υλοποίηση και αξιολόγηση καινοτόμου εκπαιδευτικού εξοπλισμού που υποστηρίζει την εξ αποστάσεως πρόσβαση σε μετρήσεις Φυσικών μεγεθών και συγκεκριμένα ατμοσφαιρικής πίεσης, με τη χρήση του δικτύου/διαδικτύου. Η υλοποίηση του εξοπλισμού βασίστηκε στην ανάπτυξη ασύρματου δικτυού αισθητήρων τεχνολογίας MEMS και έχει εφαρμογή στη βαρομετρική υψομετρία.Τα Μικρο-Ηλεκτρομηχανικά Συστήματα (Micro-Electromechanical Systems – MEMS) αποτελούν τεχνολογία αιχμής, η οποία φέρει τα χαρακτηριστικά μικρής συσκευασίας, χαμηλού κόστους και κατανάλωσης. Η τεχνολογία MEMS ενσωματώνει μία μηχανική λειτουργία, στην αλλαγή της οποίας παράγεται ηλεκτρικό σήμα. Λόγω της διεπιστημονικής φύσης των MEMS (επιστήμη των υλικών, συστήματα ελέγχου, αισθητήρες, σχεδιασμός ολοκληρωμένων συστημάτων, κ.ά.), η τεχνολογία αυτή έχει επιφέρει νέα αναπτυξιακή δυναμική στο βιομηχανικό αυτοματισμό και έχει επηρεάσει σημαντικά και την εκπαίδευση, όπου πλέον συναντώνται αρκετά περιγράμματα σπουδών με αντικείμενο μελέτης τα MEMS.Ακολουθώντας μια βιβλιογραφική ανασκόπηση στα πειράματα Φυσικής από απόσταση και κατόπιν συνοψίζοντας τους επικρατέστερους τρόπους υλοποίησης εξοπλισμού για την εξ αποστάσεως συλλογή Φυσικών μεγεθών, στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε αρχικά αξιολόγηση των μετρήσεων και μεθοδολογιών που χρησιμοποιούνται στη βαρομετρική υψομετρία με τη χρήση του πρωτότυπου ερευνητικού εξοπλισμού. Εν συνέχεια, πραγματοποιήθηκε αποτίμηση των προτεινόμενων εκπαιδευτικών πειραμάτων Φυσικής και του αντίκτυπου αυτών στην εκμάθηση των φοιτητών. Επίσης προτάθηκε μία εναλλακτική μορφή υλοποίησης του παρόντος εξοπλισμού για την υποστήριξη της εργαστηριακής εκπαίδευσης ατόμων με κινητική αναπηρία. Τέλος, αποτιμήθηκαν οι δυνατότητες που προσφέρουν οι σύγχρονες ψηφιακές τεχνολογίες στην πειραματική διδασκαλία της Φυσικής, καθώς και η διεπιστημονική έρευνα που απαιτείται για την υλοποίηση καινοτόμων πειραμάτων εργαστηριακής εκπαίδευσης σε ένα πεδίο που βρίσκεται ακόμη υπό διερεύνηση από την επιστημονική κοινότητα.