Γιατί είναι κρίσιμη για την εκπαίδευση η συμμετοχή στον Πανελλήνιο Διαγωνισμό STEM

Πώς συνάγεται αυτό; Από τις διακρίσεις των μαθητών μας τόσο στην Ολυμπιάδα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής & STEM, όπως επίσης και στους Μεσογειακούς Αγώνες Stemathlon τα τελευταία 20 χρόνια. Το ότι η χώρα μας κατατάσσεται στην τρίτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο και στη δεύτερη σε ευρωπαϊκό είναι αυτό που μας δείχνει τον δρόμο του τι πρέπει να γίνει στο τομέα της εκπαίδευσης. Ποιο είναι το σημαντικό μας καθήκον αναφορικά με την προετοιμασία της νεολαίας μας για την επιτυχή συμμετοχή της στον 21ο αιώνα;

Είναι απολύτως θεμιτό ένας άνθρωπος να διαφωνεί με την τεχνολογική πρόοδο που βασίζεται σε πολεμικές εφαρμογές. Πολλές από τις σύγχρονες εφαρμογές πρώτα εφαρμόστηκαν στις ένοπλες δυνάμεις και στη συνέχεια στην κοινωνία, όπως το GPS, το Ίντερνετ κ.λπ., και τώρα τα drones. Να δεχτούμε λοιπόν είτε συμφωνούμε είτε διαφωνούμε ότι οι ανάγκες των πολεμικών συγκρούσεων επιταχύνει την τεχνολογική εξέλιξη. Μάλιστα επειδή η ανάπτυξη λογισμικού και  ηλεκτρονικών στοιχείων είναι ιδιαίτερα χαμηλού κόστους η τεχνολογία είναι προσβάσιμη και αξιοποιήσιμη από όλους φτωχούς και πλούσιους  

Να πούμε δυο παραδείγματα  για την τεχνολογία και πώς αναπτύσσεται ταχύτατα.

• Η εταιρεία Huawei παράγει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο σε 76 δευτερόλεπτα.
• Η SpaceX θα εγκαταστήσει το πρώτο Data Center στο διάστημα με δωρεάν ενέργεια από τον ήλιο και θερμοκρασία ιδανική για ψύξη κ.λπ.
• Τα εργοστάσια θα παράγουν τα προϊόντα τους με γραμμές παραγωγής στηριγμένες σε ανθρωποειδή ρομπότ.

Τεράστιες ευκαιρίες στο STEM

Στην Ευρώπη τα αναλυτικά προγράμματα σπουδών παραμένουν στην ίδια φιλοσοφία. Δεν είναι το θέμα εάν κάποια χώρα έχει περισσότερη ή λιγότερη ύλη. Το θέμα είναι ότι το αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών είναι το ίδιο ως περιεχόμενο και η διδασκαλία του γίνεται με τον ίδιο τρόπο. Ο ένας μετά τον άλλο οι εκπαιδευτικοί διδάσκουν σε 40 λεπτά και παράλληλα πρέπει να αξιολογούν και τους μαθητές.

Υπάρχουν μαθητές που μπορούν να λύσουν οποιαδήποτε φροντιστηριακή άσκηση, αλλά αδυνατούν να κατανοήσουν συνδυαστικά Φυσικές Επιστήμες (ΦΕ), Μαθηματικά και Μηχανική στην εφαρμογή τους σε ένα project. Έτσι συνεχώς απομακρύνεται και διευρύνεται η σχολική πραγματικότητα από τα τεκταινόμενα στην κοινωνία. Ατομικισμός παπαγαλία χωρίς δεξιότητες αφού τα συστήματα είναι υπουργοκεντρικά και δεν δίνουν την δυνατότητα στη ανάπτυξη της μονάδος που είναι το κάθε σχολείο   

Η μόνη σοβαρή προσπάθεια σε παγκόσμιο επίπεδο για τη σύγκλιση της εκπαιδευτικής κοινότητας με την κοινωνία είναι η διοργάνωση μαθητικών διαγωνισμών. Έτσι, δειλά-δειλά, σε όλο τον κόσμο και ειδικά στις χώρες όπου υπάρχει παραγωγική δυνατότητα, ξεπήδησαν δεκάδες διαγωνισμοί με σκοπό οι μαθητές να εμπλακούν και να κατανοήσουν ακριβώς τι είναι η σύγχρονη τεχνολογία. Η χρήση των μικροελεγκτών (microcontrollers) σε συνδυασμό με αισθητήρες και ενεργοποιητές (π.χ. μοτέρ) αποτελούν τον προθάλαμο των νέων τεχνολογιών.

Λόγου χάρη το micro:bit είναι ένας μικροελεγκτής σε μέγεθος τσέπης που περιλαμβάνει επεξεργαστή, μνήμη, αισθητήρες (θερμοκρασίας, φωτός, επιτάχυνσης), LED οθόνη, κουμπιά, ηχείο, μικρόφωνο και ακροδέκτες (pins) εισόδου/εξόδου, λειτουργώντας σαν μια ολοκληρωμένη πλατφόρμα για εκμάθηση προγραμματισμού και δημιουργία projects.

Με βάση λοιπόν αυτά μπορούμε να κάνουμε την υπέρβαση, δηλαδή να συγκρίνουμε τους στόχους του αναλυτικού προγράμματος σπουδών με τους στόχους που έχουν οι διαγωνισμοί — όχι με την έννοια της απόρριψης του ενός ή του άλλου, αλλά με την έννοια της παράλληλης ύπαρξης και της συμπλήρωσης. Εδώ πρέπει να σημειωθεί η διαθεσιμότητα των μαθητών και η επίπονη και επίμονη εργασία τους για τη συμμετοχή, η υποστήριξη των μαθητών από τους γονείς τους καθώς και η διαθεσιμότητα των εκπαιδευτικών 

Ο Πανελλήνιος Διαγωνισμός STEM για τη χώρα μας απαλλαγμένος από εταιρικά συμφέροντα επενδύοντας στις ανοιχτές τεχνολογίες  αποτελεί το τρένο στις ράγες του οποίου συγκλίνουν όλα τα ανωτέρω. Έχει στόχο να εισάγει το κεφάλαιο των Απλών Μηχανών το οποίο ατυχώς είναι εκτός ύλης. Οι μαθητές όμως έτσι θα κατανοήσουν πως δημιουργούμε ένα λειτουργικό project ,τι σημαίνει ενέργεια για τη κίνηση, μετάδοση κίνησης, μετατροπή ενέργειας, έλεγχος της κίνησης με τη χρήση διακόπτη.

Με βάση τη θεματολογία που αλλάζει κάθε χρόνο που σημαίνει ότι ο σκοπός γνωστικά παραμένει ο ίδιος αλλά αλλάζει μόνο η προσαρμογή του project στο θέμα που αναγγέλλουμε κάθε χρόνο Αυτό σημαίνει ότι πάντα το project πρέπει να υπακούει στους νόμους των ΦΕ καθότι αυτός τελικά είναι ο στόχος Η εισαγωγή των νέων τεχνολογιών στις ΦΕ  

Υπάρχουν τέσσερις βασικές κατηγορίες για τη συμμετοχή των μαθητών στο διαγωνισμό

• Μικρό Δημοτικό
• Μεγάλο Δημοτικό
• Γυμνάσιο 
• Λύκειο

Παράδειγμα το μεγάλο δημοτικό 

Οι συμμετέχοντες μαθητές της Δ έως και ΣΤ Τάξης  καλούνται να εξερευνήσουν την εξέλιξη της τεχνολογίας σε τέσσερις βασικούς τομείς:

1. Πρωτογενής Τομέας (από το δρεπάνι στο έξυπνο αγρόκτημα): Εξετάζεται η μετάβαση από τα απλά εργαλεία χειρός σε συστήματα που χρησιμοποιούν αισθητήρες εδάφους και ρομπότ που «καταλαβαίνουν» πότε ένα φυτό χρειάζεται πότισμα ή είναι ώριμο.
2. Ενέργεια (από τη φωτιά στην έξυπνη διαχείριση): Η ενότητα καλύπτει την πορεία από την ανακάλυψη της φωτιάς και των ανανεώσιμων πηγών στα «έξυπνα» δίκτυα που χρησιμοποιούν αλγόριθμους για την πρόβλεψη της κατανάλωσης.
3. Μεταφορές (από το περπάτημα στο αυτοκίνητο που μας καταλαβαίνει): Εστιάζει στην εξέλιξη των μέσων μεταφοράς προς τα αυτόνομα οχήματα που διαθέτουν «εγκέφαλο» Τεχνητής Νοημοσύνης (ΤΝ) για να λαμβάνουν αποφάσεις στον δρόμο.
4. Πολιτισμός & Τέχνες (από τις σπηλαιογραφίες στα ψηφιακά μουσεία): Διερευνάται πώς η ΤΝ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία τέχνης ή, το σημαντικότερο, για τη διάσωση και διάδοση του πολιτισμού μας.

Η πρόκληση για τις ομάδες είναι να δημιουργήσουν ένα έργο (project) που είτε θα περιγράφει την ιστορική εξέλιξη μιας δραστηριότητας στους παραπάνω τομείς, είτε θα προτείνει μια νέα λύση σε ένα πρόβλημα με τη χρήση ΤΝ.Tο project λειτουργεί μόνο με αυτοματισμούς με απαιτούμενα   

Απαιτούμενα

• Αυτοματισμοί
• Μετρήσεις & γραφήματα: απαιτούν τη λήψη μετρήσεων φυσικών μεγεθών, οι οποίες πρέπει να εμφανίζονται σε γραφική παράσταση πραγματικού χρόνου στην οθόνη του υπολογιστή.
• Λήψη Αποφάσεων: η ενεργοποίηση των κινητήρων γίνεται βάσει σύγκρισης της μέτρησης με μια συγκεκριμένη τιμή (κατώφλι).
• Μηχανική: πρέπει να δίνουν κίνηση σε μηχανολογικές κατασκευές που χρησιμοποιούν απλές μηχανές (τροχαλίες, γρανάζια, μοχλούς κ.λπ.), οι οποίες έχουν αυξημένη βαρύτητα στην αξιολόγηση.
• Τεχνητή Νοημοσύνη: Χρησιμοποιεί υποχρεωτικά κάμερα με τεχνολογία ΤΝ (π.χ. AI Lens ή κάμερα υπολογιστή με ειδικό λογισμικό) για την αναγνώριση μοτίβων εικόνας.
• Εκπαίδευση Μοντέλου: Οι μαθητές πρέπει να κατανοήσουν τη διαδικασία εκπαίδευσης ενός μοντέλου ΤΝ και τις ηθικές πτυχές της τεχνολογίας.

Για να κατανοήσουμε τη σχέση ανθρώπου και τεχνολογίας όπως τις παρουσιάζουμε, μπορούμε να σκεφτούμε την ανθρώπινη νοημοσύνη ως τον σπόρο και την Τεχνητή Νοημοσύνη ως τον καρπό, υπενθυμίζοντας όμως ότι ο κηπουρός που φροντίζει και κατευθύνει την ανάπτυξη, παραμένει πάντα ο άνθρωπος.

Στη συνέχεια, στο Γυμνάσιο, υπάρχει εμβάθυνση και κεντρικός έλεγχος μέσω της μεταφοράς δεδομένων από το project στο cloud (IoT).

Ο ρόλος της εκπαίδευσης

Ο διαγωνισμός εισάγει στοιχεία τα οποία είναι εκτός αναλυτικού προγράμματος σπουδών, άρα το συμπληρώνει και το αναβαθμίζει. Ο στόχος του είναι οι μαθητές που θα ολοκληρώσουν το Γυμνάσιο να γνωρίζουν τη Μηχανική βασισμένοι στις απλές μηχανές, γλώσσες προγραμματισμού MakeCode & Python, εφαρμογές IoT & ΤΝ. Όλα αυτά βασισμένα σε αυτοματοποιημένα projects τα οποία υπακούν στους νόμους των ΦΕ. Αυτή είναι η ικανή και αναγκαία συνθήκη της σύγκλισης των μαθητών με την πραγματικότητα — ουσιαστικά η πραγματική επένδυση στη νεολαία μας. Δηλαδή δεν μπορείς να απαιτείς δεξιότητες του 21ου αιώνα όταν το εκπαιδευτικό πλαίσιο λειτουργεί με όρους δεκαετίας 1980. Οι απαιτούμενες δεξιότητες είναι:

• Η συλλογική εργασία στην υλοποίηση του project (teamwork). Όλα τα προϊόντα του 21ου αιώνα είναι αποτέλεσμα συλλογικής εργασίας πολλών γνωστικών αντικειμένων.
• Η αυτοπεποίθηση που πρέπει να έχουν οι μαθητές ως απαραίτητη προϋπόθεση για την επιτυχή εισαγωγή τους στην αγορά εργασίας.
• Η βαθύτερη και βιωματική κατανόηση των ΦΕ ως απαραίτητης προϋπόθεσης ανάπτυξης καινοτόμων projects.
• Με βάση αυτό, η επίλυση κάθε προβλήματος που αφορά τον άνθρωπο ή τον κόσμο που μας περιβάλλει.
• Η παγκοσμιοποιημένη εικόνα των μαθητών και εκπαιδευτικών συγκριτικά με το επίπεδο της κάθε χώρας μέσα από τη συμμετοχή τους σε τελικούς διαγωνισμών.
• Η γρήγορη ενσωμάτωση των νέων τεχνολογιών όπου για πρώτη φορά είναι προσβάσιμη σε όλους με σχεδόν μηδενικά κόστη    

Δεν υπάρχει άλλη δυνατότητα υλοποίησης αυτού του σχεδιασμού χωρίς τη συμμετοχή των μαθητών στον εν λόγω διαγωνισμό. Αδιαπραγμάτευτα κριτήρια για την αποδοχή, έγκριση και εισαγωγή του εν λόγω διαγωνισμού στις επίσημες δράσεις του Υπουργείου είναι:

• Η μη εμπορευματοποίηση του διαγωνισμού. Όλα τα ηλεκτρονικά στοιχεία είναι προϊόντα ανοιχτών τεχνολογιών καθώς και γλώσσας προγραμματισμού.
• Δημιουργεί το απαιτούμενο σημείο αναφοράς αναφορικά με το επίπεδο εξέλιξης Προγραμματισμού και Μηχανικής.
• Δημιουργεί το σημείο αυτοαξιολόγησης για την εκπαιδευτική κοινότητα για πρώτη φορά, καθώς δεν υπάρχει τίποτε αντίστοιχο.
• Δεν έχει κόστος συμμετοχής για κανένα από τους συμμετέχοντες

 Τα οφέλη της συμμετοχής 

Για τη σχολική μονάδα που συμμετέχει είναι σημαντικά τα οφέλη. Ένα σχολείο που έχει επιτυχίες σε διαγωνισμούς αποκτά κύρος και αναγνώριση, γεγονός που το κάνει πιο ελκυστικό για μαθητές, γονείς και εκπαιδευτικούς.

Οφέλη για το σχολείο

Η συμμετοχή των μαθητών στο διαγωνισμό δεν ωφελεί μόνο τους ίδιους, αλλά και το σχολείο:

• Βελτίωση της ακαδημαϊκής φήμης του σχολείου
  Ένα σχολείο που έχει επιτυχία στο διαγωνισμό αποκτά κύρος και αναγνώριση, γεγονός που το κάνει πιο ελκυστικό για μαθητές, γονείς και εκπαιδευτικούς. Έχουμε σημαντικά παραδείγματα στη χώρα μας.
• Κίνητρο για όλους τους μαθητές
  Όταν ένα σχολείο προωθεί τους διαγωνισμούς, δημιουργεί ένα περιβάλλον όπου οι μαθητές εμπνέονται να προσπαθήσουν περισσότερο και να βελτιωθούν ακαδημαϊκά.
• Προσέλκυση υποστηρίξεων και συνεργασιών
  Ένα σχολείο με δυναμική συμμετοχή σε διαγωνισμούς μπορεί να προσελκύσει χορηγίες και συνεργασίες με πανεπιστήμια και επιστημονικούς φορείς. Η ουσιαστική σύνδεση της σχολικής μονάδας με την κοινωνία και η στήριξη των δράσεων των μαθητών.

Οφέλη για τους εκπαιδευτικούς

Ουσιαστικά η παρεχόμενη γνώση προέρχεται από ένα παγκοσμιοποιημένο σύστημα που το καθορίζουν δύο πράγματα: η συμμετοχή μαθητών και εκπαιδευτικών από όλο τον κόσμο, καθώς και η παρουσίαση του project στην κατεύθυνση της επίλυσης προβλήματος. Η γνώση που εφαρμόζεται διαχέεται εντελώς δωρεάν. Αυτού του τύπου η εντελώς δωρεάν διάχυση γνώσης δεν μπορεί να γίνει με παραδοσιακούς τρόπους.

Στη χώρα μας συμμετέχουν οι μαθητές και οι εκπαιδευτικοί σε διαγωνισμούς από το 2007, όταν ακόμη στα νέα σχολικά βιβλία δεν υπάρχει κεφάλαιο για STEM και πολύ λίγα πράγματα περιέχει για εκπαιδευτική ρομποτική. Εάν πραγματικά επιθυμούμε την εισαγωγή των νέων τεχνολογιών όχι μόνο στην Πληροφορική (προγραμματισμός) αλλά γενικότερα στις ΦΕ, απαιτείται εκπαίδευση που δεν παρέχεται από το ισχύον σύστημα. Η συμμετοχή στο διαγωνισμό είναι μονόδρομος.

Οφέλη για την κοινωνία

Ο προγραμματισμός των μικροελεγκτών (microcontrollers) αποτελεί την αναγκαία συνθήκη σήμερα. Είναι μια γνώση που εφαρμόζεται σε όλες τις χώρες του κόσμου, από τις πιο προηγμένες έως τις πιο αδύναμες. Το βλέπουμε παντού: από τις πολεμικές συρράξεις έως τις εφαρμογές στη γεωργική παραγωγή, στις μεταφορές, στην ασφάλεια κ.λπ. Είναι η μοναδική συνθήκη για την εθνική ανάπτυξη εφαρμογών. Με αυτόν τον τρόπο αποκτούν τη δυνατότητα ανάπτυξης εφαρμογών και ουσιαστικά ανάδειξης του ταλέντου τους, όπως Project Manager, Προγραμματιστής, Μηχανικός κ.λπ. Είναι το εργαλείο που όταν το ντύσεις με τη αντίστοιχη γλωσσά προγραμματισμού μπορεί με προσημειώσει ότι πραγματικά οι άνθρωποι εφαρμόζουν στη κοινωνία. Αυτό σημαίνει ότι εφαρμόζεται σε όλο το φάσμα της εκπαίδευσης και όχι μόνο στη πληροφορική  

• Η ανάδειξη και η εισαγωγή του Πανελλήνιου Διαγωνισμού STEM στις επίσημες δράσεις του Υπουργείου Παιδείας.
• Η ανάδειξη της σχολικής μονάδας ως τεχνολογικού κέντρου.
• Η εκπαίδευση των εκπαιδευτικών στη χρήση των νέων τεχνολογιών, όχι μόνο των καθηγητών Πληροφορικής αλλά συνολικά των εκπαιδευτικών των ΦΕ. Έχουμε αναπτύξει ένα Portal το οποίο υποστηρίζει τους εκπαιδευτικούς https://portal.stem.edu.gr/
• Η ανάδειξη του ταλέντου των μαθητών μέσα από τη συλλογική τους εργασία για περαιτέρω ανάπτυξη.
• Η απόκτηση δεξιοτήτων επ’ ωφελεία των μαθητών και της κοινωνίας ευρύτερα.
• Η δημιουργία σημείου αναφοράς για την αξιολόγηση και αυτοαξιολόγηση της εκπαιδευτικής κοινότητας.
• Η πραγματική και ουσιαστική σύγκλιση της εκπαιδευτικής κοινότητας με την κοινωνία ως την αναγκαία συνθήκη του εκσυγχρονισμού του σχολείου.

Η διαθεματικότητα των projects όπως π.χ. Πανελλήνιος Διαγωνισμός με θέμα «Βυζαντινή Αυτοκρατορία και Επικοινωνίες», έδωσε τη δυνατότητα να υλοποιήσουν projects οι καθηγητές της Ιστορίας με τους καθηγητές Φυσικής και Πληροφορικής, όπως για τις φρυκτωρίες, με αποτέλεσμα ο διαγωνισμός να αποτελέσει τον πιλότο υλοποίησης διαθεματικών projects.

Ο διαγωνισμός αποτελεί τον καθρέφτη του κόσμου που ανατέλλει, ως η μοναδική πραγματική εικόνα του περιβάλλοντος στο οποίο θα κληθούν να εργαστούν όταν με το καλό εισέλθουν στην πραγματική αγορά.

Τέλος, ο διαγωνισμός αποτελεί την πλατφόρμα εμβάθυνσης και κατανόησης των ΦΕ σε συνδυασμό με τις νέες τεχνολογίες και τον προγραμματισμό. Αποτελεί την εξέλιξη του τρόπου που επενδύουμε στη νέα γενιά.  Δεν αφορά startups ούτε την ανάδειξη ευφυών πατεντών. Αν ανατρέξουμε σχηματικά στις αρχές του 20ού αιώνα, όταν ο ηλεκτρισμός διαμόρφωσε έναν νέο πολιτισμό, γίνεται σαφές ότι και σήμερα οι μαθητές επιθυμούν να εργάζονται στα σύγχρονα περιβάλλοντα το οποία θα καθορίσουν τη ζωή μας σε αυτό τον αιώνα. Δεν μπορεί το σχολείο να έχει αυτήν τη τεράστια επιστημονική απόκλιση από την κοινωνία  Είναι μια εξαιρετικά ικανή και ευφυής γενιά που χρειάζεται τα κατάλληλα εφόδια για να αναπτυχθεί και όχι να παραμείνει τεχνολογικά αναλφάβητη.