Lézerbarlang és interaktív természettudományos élménypedagógiai tér fejlesztése�

„Pro Ludovico Alapítvány”: Elsősorban a Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma és Kollégiuma intézmény oktatási, kulturális, tudományos, sport és szociális tevékenységeinek támogatását segíti.

Clairvaux-i Szent Bernát idézetét valljuk: „Ardere et lucere!” , azaz „Lángolj és világíts!” vagyis, a Teremtő szellemi, lelki, testi értékeket helyezett el a gyermekben, melyeket neveléssel kell a felszínre hoznunk!

​

A pécsi Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma közel 800 fős diáklétszámmal rendelkezik, a régió egyik legnagyobb középiskolája, országos beiskolázási intézmény.

• Az iskola jelentős számú nagyon tehetséges diákkal rendelkezik a természettudományok terén, célunk, hogy minél több tanuló számára adjuk meg a teret érdeklődésük kibontakoztatásához.
• Fontos, hogy a természettudományok terén kiemelkedő környezetet, oktató hátteret tudjunk nyújtani a hozzánk jelentkező diákok számára.
• Célunk olyan innovációs műhely kialakítása, mely az iskola pedagógiai eszköztárát bővíti,

kiemelten élménypedagógiai módszerek fejlesztésére és bevezetésére fókuszál.

​

1. kép A gimnázium alagsorában található lézeres akadálypálya

Magyarországon új lendületet kapott a lézerfizika a szegedi ELI szuperlézer építésével. Városunkban a Pécsi Tudományegyetem Fizika Intézetében dolgozó TeraHertz-es kutatócsoport által készül az ELI egyetlen Magyarországon összeállított részegysége, a TeraHertz-es fényforrás és spektrométer.

Szegeden, Pécsett és országos szinten is szükség van a megfelelő humánerőforrásra, a tudományosan képzett személyi állományra.

Az iskolánkban harmadik tanéve működő kvantumelektronika szakkör minőségi természettudományos és mérnöki előképzettséget biztosít, nem csak Pécs, Baranya, de a régió középiskolás tanulóinak számára is. A szakköri tevékenység kézzel fogható célja, eredménye az iskola alagsorában található „lézerbarlang” kiépítése, fejlesztése.

​

​

Mai világunkban, rohamosan fejlődő modern, hétköznapi technikai eszközök mindennapos használata során a felnövekvő nemzedék egyre erőteljesebb igénye ezek működésének megértése; a jelenségek magyarázatára irányuló élmény- és tapasztalatszerzés.

​

• Cél az iskola alagsorában egy véglegesen kiépített lézerbarlang (biztonsági rendszerekhez hasonló akadálypálya) berendezése, az optika alapjelenségeit bemutató interaktív installációkkal és számítógép vezérelte lézeres kép- és hang effektusokkal.
• A barlang tehát egyfelől optikai és elektronikai kísérletek színtere, másrészt pedig a barkács-fizika szakkörösök által elkészített érdekes, a középiskolás fizika további témaköreinek megértését elmélyítő fizikai kísérleteket bemutató interaktív eszközökből álló iskolai állandó interaktív fizika kiállítás helyszíne.
• A jövőnek is készül: moduláris, sok lehetőséget magában hordozó, bővíthető-variálható, diákok által épített interaktív természettudományos élménypedagógiai tér.

​

​

2. Miért indokolt a fejlesztés? Milyen társadalmi/ közösségi/környezeti problémára ad megoldást a projekt?

​

​

2. Célcsoportok:

-a lézerbarlang installációit építő szakkörös diákok (kis csoportos szakmai munka, műszaki és tudományos pályaorientáció; saját ötleteik kipróbálására, innovációra ad lehetőséget), szakköri létszám: 12-15 fő diák 2 fizikatanár és egy egyetemi oktató, külső szakértő

-a barlangot látogató diákok (és felnőttek), akik kipróbálhatják, élményeik által megtapasztalhatják a fizika jelenségeit, tudásukat ezáltal elmélyítve, érdeklődésüket felkeltve, őket új kérdésekre sarkallva. Évente több száz fő látogató (az iskola diáksága közel 800 fő + más iskolák érdeklődőinek köréből)

​

3. Hatások

A szakköri munka és a látogatás során fejlődik a tanulók:

• Kooperatív kompetenciája (a feladatok csoportmunkát igényelnek)
• Idegen nyelv használata (idegen nyelvű szakirodalom, leiratok)
• Fizikai és műszaki ismerete (elektronikai vezérlés, optikai utak építése, stb.)
• Programozási ismeretek (a működtetéshez szükséges szoftverek írása, tesztelése)

​

Ideje, hogy kis országunk kinevelje a jövő Neumann Jánosát, Teller Edéjét, Hevessy Györgyét, vagy Szent-Györgyi Albertjét (2. kép)

• Felgyorsult társadalmunkban a diákság kifejezetten célorientált felfogása és szemlélete is igényli az olyan projektek kidolgozását, melyek kitartó munkával, de belátható időn belül eredményesek tudnak lenni, és kicsiben leképezik egy tudományos munkacsoport munkájának részfeladatait, a műszaki pályán lényeges munkafolyamatokat.
• A tudományos célok, kérdések megfogalmazása, a megválaszolásukhoz szükséges kísérletek, modellek megtervezése, kivitelezése, összegzése, mint stratégia hasznos átadnivaló; erre törekszünk a szakköri munka során. A kis létszámú iskolai kutatócsoportunkban folyó munka során ablakot nyitunk diákjainknak a tudományos kutatásra és a műszaki tudományokra az ehhez szükséges alapok, tapasztalatok biztosításával.
• Célul tűztük ki, hogy szélesedjen a tanulók látóköre a műszaki- és természettudományokban általában. A szakköri tevékenység során megtanulják munkájukat jegyzőkönyvezni, problémáikat megfogalmazni és megoldani (akár külföldi vagy hazai szakirodalom segítségével), eredményeiket magyarázni, prezentálni, továbbgondolni.

​

​

• A projekt végeredménye egy állandó interaktív kiállítás, fizika kuckó, mely az év bármely napján látogatható; a tanórák kiegészítője is lehet.
• A lézerpince célja az egyetem előfutáraként „tudományos palánták” nevelése nem csupán a fizikusok számára, hanem minden orvosi, műszaki és természettudományi pályára készülő diáknak bővebb ismereteket és szélesebb látókört biztosít, hiszen manapság a lézerek és alkalmazásaik széles körben alkalmazott kutatási és felhasználási terület.

​

​

5. Az ötlet újszerűsége, innovatív jellege: Nem szokványos, hogy közoktatási intézmények diákok keze munkája révén varázskuckó-szerű interaktív teret alakítsanak ki, melynek elkészítése magas szintű (a középiskolás kurrikulumot alapul vevő, de azon túlmutató) természettudományos és műszaki ismereteket igényel.

• Nem egy készen kapott játéktér, hanem egy a diákokkal közösen kigondolt, megtervezett és kialakított barlang, mely megteremtése során az odavezető munka öröme és haszna legalább olyan izgalmas és tanulságos, mint a végeredmény használatbavétele.
• A fizika népszerűsítésének remek helyszínévé vált és válhat hosszú távon a projekt keretében megvalósított installációk sora a gimnázium pincéjében, állandó jelleggel.
• A diákok keze által megalkotott szellemi és tudományos termék, tér.
• A projekt megvalósítása során diákjaink folyamatosan használják az alkalmazott matematikát és fizikát, informatikát. Ezen tárgyak „közvetlen hasznának” megismerése, alkalmazása segíti magasabb szintjei iránti érdeklődés felkeltését.

​

​

​

​

​

​

Az gimnázium alagsorában található lézerpince egy újabb szárnya (3. kép) az idei tanévben építészetileg megújult, területe bővült. Az új rész berendezésére jelen pályázat keretein belül animációs lézer projektor megvalósítását tervezzük.

3. kép

4. A pályázat alapjául szolgáló projekt, innovációs ötlet, fejlesztési terv valamint az infokommunikációs megoldás jellege, részletes bemutatása, megvalósításának folyamata, a tevékenységek, módszerek felelősök és az időbeli ütemezés részletezésével

​

Projekt célja egy ANIMÁCIÓS LÉZER PROJEKTOR (4. kép) építése, és programozásának kidolgozása.

Az elektronika alkalmazásaként a lézer-optoelektronikai szakkör az analóg elektronikától indul és elvezeti a fiatalokat a digitális elektronikáig, megalapozván ezzel a robotika szakkört is. A projekt folyamatában több tudományterület alapjaival ismerkednek meg, és egy használható, izgalmas, pszeudo-3D („holografikus”) eszközt raknak össze.

​

A Projekt az alábbi részekből áll:

1. RGB sugár előállítása (3 lézer nyaláb egyesítése, 0-5 V analóg

vezérlés mindhárom lézerre)

2. Sugár eltérítés 2D galvanométeres szkennerrel (gyorsaság,

PID vezérlés optimalizálása)

3. DAQ egység beállítása ( 5 DA csatorna, min. 8 bit)

4. Hardverközeli illesztő szoftver felprogramozása

5. Magasszintű grafikus szoftver definiálása (C++, AUTOCAD, SolidAge)

6. Hangrendszer elkészítése (42 V-os törpefeszültség betápra)

7. Kép és hangeffektusok szinkronizálására alkalmas szoftver beüzemelése

8. Tesztelés, 1 perces animáció elkészítése

​

Felelősök (diákok):

1. Lézer egyesítés: Póla Márton
2. Hangrendszer és zene szerkesztés: Wensofszky Balázs
3. Galvo szkenner hangolás és interface: Mester Ádám
4. Programozás: Takács Flóra
5. Tartalom , forgatókönyv, animáció csoport: Szabó Dániel

​

4. kép

Ütemezés:

​

• 2019. Április: Teamek megalapítása, részprojektek definiálása, elméleti előkészítés

(analóg és digitális elektronika alapjai, próbapanelen mérések ), alkatrész beszerzés indítása

• Május: A részegységek kipróbálása (szkenner PID behangolása, ismerkedés a DAQ egységgel)
• Június : Első kísérletek a lézerfény eltérítésére (Lissajous görbék, karakterek, bitmap), hangrendszer összeállítása
• Szeptember: Grafikus szoftver élesítése, rutinik elsajátítása, lézer nyalábok egyesítése
• Október: A teljes rendszer összeszerelése, telepítése a Lézerbarlangban, tesztábrákkal
• November: Kép-hang szinkronizálás, animáció megtervezése, felprogramozása
• December: Bemutató előkészítése, végleges forma kialakítása, projektzárás.

​

​

IKT: Az iskola alagsorában található lézerbarlang folyamatos fejlesztése során optikai és elektronikai kísérletekkel bővül. A pince építését célzó kvantumelektronika szakkör tevékenysége során alkalmazott elektronikai és programozási megoldások:

• Málna PC alapú, környezeti paramétereket (a lézerpince és referenciaként a külső páratartalom, hőmérsékletét és nyomás) mérő, gyűjtő, vizualizáló rendszer kifejlesztése. Ezen paraméterek folyamatos monitorozása elengedhetetlen az érzékeny műszerek használatához.
• A lézeres akadálypályát (labirintust, 5. kép) saját tervezésű és építésű érzékelő áramkör figyeli, amely kikapcsolja a fényforrást, amint valamilyen tárgy akadályozza a sugármenetet (hozzáér valaki). Amikor valami miatt megszakad a lézersugár, az érzékelő fotodióda áramvezetési képessége megváltozik és egy RS flipflopnak nevezett logikai tárolót töröl. Ennek hatására a lézer kikapcsol.
• A többi optikai kísérlethez használatos lézer és egyéb fényforrások, motorok vezérlése is saját építésű.

5. kép

6. Az eredmények, hatások fennmaradása és további hasznosulása a projekt vége után? Hogyan lesz a projekt fenntartható?

​

​

• Az elkészült eszköz működtetése további költségeket nem igényel.
• A művészeti szakkörök (képzőművész, film, színjátszó), média tanóra is használatba veszik, kihasználtsága megnő.
• Mivel az iskolai lézerbarlang folyamatosan fejleszthető, sok lehetőséget kínáló tér, építése, fejlesztése sokéves, változatos projektmunkát tesz lehetővé
• A kvantumelektronika szakkör minden évben meghirdetésre kerül, tematikája az új résztvevők miatt hasonlóan alapozással indul. A haladó szintű diákok differenciált tevékenységére a lehetőség adott.
• Ötletpályázatot terveztünk a lézerpince effektusaira minden induló tanévben. A gyerekeknek lehetősége nyílik új ötletekkel előállni, érvelni az elképzeléseik mellett. A megvalósítás során igazolódik be, hogy tényleg kivitelezhető-e az ötletük.
• Nevezetes alkalmakkor évi rendszeres bemutató, tárlatvezetés: Kutatók éjszakája, Tudomány Napja, az iskola diáknapja (Lajos nap)
• Az építkező céllal érdeklődő diákok számára szeretnénk lehetőséget teremteni, hogy műszaki irányú kreativitásukat elméleti és gyakorlati alapozással segítve kamatoztathassák. Pedagógus által felügyelt, balesetvédelmi szempontból biztonságos foglalkozások teszik lehetővé az otthon esetleg veszélyes, szülők által érthető okokból nem támogatott szárnypróbálgatásokat.

​

​

7. Mi lehet a legnagyobb nehézség, amit a fejlesztés során le kell majd küzdeni?

Az ütemterv betartása:

• Az egyes projekt elemekre tervezett időbecslés nagyságrendi eltéréseket is mutathat a megvalósításkor.
• Folyamatos áttervezés az esetleges technikai problémák, betegségek, más iskolai elfoglaltságokhoz való igazítás miatt.
• Egyszerre igényel kreativitást, türelmet, alázatot és monotonitás-tűrést az ilyen jellegű tevékenység.

​

A tudományos és műszaki életben is gyakran előfordul, hogy újra kell tervezni, gondolni az eredetileg kitűzötteket.

​

• A motiváció folyamatos fenntartásával, a projekt állásának állandó értékelésével, azonnali reagálással a felmerülő problémákra a fenti nehézségek legyőzhetők, a projekt megvalósítható.
• A szakkörünkben állandó szaktanácsadó a Pécsi Tudományegyetem Fizikai Intézetének egyik munkatársa, számíthatunk az egyetem segítségére is, ha elakadnánk.

​

​

​

8. Milyen kommunikációs csatornák, eszközök segítségével és hogyan fogja népszerűsíteni a projektet?

• Intézményünkben minőségi tehetséggondozás működik, melynek keretében rendszeresen tartunk foglalkozásokat általános iskolás tanulóknak is. (Öveges Laborprogram, a partneriskolák természettudományos laborfoglalkozásai órarendbe iktatva)
• Iskolánkban működnek: Szent Bernát Kiválóan Akkreditált Tehetségpont, Minősített Tehetséggondozó Műhely, Inczédy Dénes Természetuddományos Labor
• Nyílt nap, az iskola diáknapja, Fényfesztivál, Kutatók éjszakája, Tudomány Napja és egyéb más rendezvényekhez kapcsolódni
• Elektronikus népszerűsítés: Iskolai LCD kijelzők (e-újság),Iskolai facebook oldal, Iskolai honlap (www.crnl.hu)
• Nyomtatott formájú népszerűsítés: Negyedévente 500 példányban megjelenő iskolaújság , Évente 1000 példányban megjelenő iskolai évkönyv, PécsMa Junior

​

​

​

​

​

​

​