Καλή μου ΤΝ, αυτό μπορώ να το φάω;

Πειραματικό Σχολείο του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης

Υπεύθυνοι Εκπαιδευτικοί: Φίλιππος Κουτσάκας, Εμμανουήλ Κοσμίδης, Εκπαιδευτικοί Πληροφορικής

Περιγραφή της ιδέας

Οι Αστικοί Λαχανόκηποι

Σχεδόν 7 στους 10 Έλληνες ζουν σε πόλεις. Η επαφή με το φυσικό περιβάλλον έχει χαθεί και μαζί έχουμε σχεδόν ξεχάσει πώς παράγονται τα φρούτα και λαχανικά που φτάνουν στο πιάτο μας. Σύμφωνα με την WWF και την πρωτοβουλία “Καλύτερη Ζωή” η εμφανής λύση για να καταφέρουμε να αλλάξουμε την κατάσταση, να ομορφύνουμε την καθημερινότητά μας, να παράγουμε οι ίδιοι μέρος των τροφίμων που καταναλώνουμε, να βρούμε ένα υγιεινό και κυρίως αγχολυτικό χόμπι, ακούει στο όνομα «αστικοί λαχανόκηποι». Λαχανόκηποι μπορούν να δημιουργηθούν σε μπαλκόνια και ταράτσες ή αυλές σχολείων. Δεν έχει σημασία πόσο μεγάλο ή μικρό χώρο διαθέτουμε. Αυτοί οι κήποι μπορούν να ποτιστούν με το νερό της βροχής και να δέχονται λίπασμα από υπολείμματα τροφών των νοικοκυριών, αυτά τα υπολείμματα που ούτως ή άλλως πετάμε μαζί με τις πολύτιμες θρεπτικές ουσίες που ακόμα περιέχουν. Μπορούν επίσης να γίνουν σημείο αναφοράς για μια γειτονιά και ταυτόχρονα να καλύψουν τις διατροφικές ανάγκες μιας σημαντικής μερίδας πολιτών, που βρίσκονται σήμερα στο έλεος της οικονομικής και κοινωνικής κρίσης. Πότε όμως ένα φρούτο ή λαχανικό είναι ώριμο για βρώση; Αυτό είναι κάτι το οποίο τόσο οι νεότερες αλλά πολλές φορές και μεγαλύτερες γενιές αδυνατούν να αναγνωρίσουν. Θα μπορούσε η τεχνητή νοημοσύνη να μας βοηθήσει σε αυτό, αξιοποιώντας τεχνολογίες ανοιχτής αρχιτεκτονικής;

Τεχνητή Νοημοσύνη και Μηχανική Μάθηση

Στις μέρες μας οι μαθητές/τριες περιστοιχίζονται όλο και περισσότερο από συσκευές που χρησιμοποιούν τεχνολογία Τεχνητής Νοημοσύνης και ιδιαίτερα Μηχανικής Μάθησης και η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των συσκευών αυτών είναι απαραίτητη για την ενίσχυση της κατανόησης των επιπτώσεων της ΤΝ στην κοινωνία. Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των ψηφιακών πλατφορμών διασκέδασης και πλατφορμών κοινωνικών δικτύων, των chatbots, των αλγόριθμων λήψης αποφάσεων, των αλγόριθμων πρόβλεψης, και άλλων εφαρμογών της ΤΝ θα εφοδιάσει τους/τις μαθητές/τριες με ικανότητες και εμπειρίες απαραίτητες για την εξέλιξή τους στο κοινωνικό και εργασιακό περιβάλλον. Στον τομέα της λήψης αποφάσεων από τις μηχανές, οι μαθητές/τριες συνήθως θεωρούν ότι ο «παντογνώστης» υπολογιστής λαμβάνει αποφάσεις με κάποιο ανεξήγητο, μαγικό τρόπο, αφού οι γνώσεις του είναι απεριόριστες. Με την ολοκλήρωση του εκπαιδευτικού προγράμματος αυτού επιδιώκεται οι μαθητές/τριες να κατανοήσουν ότι ο υπολογιστής «εκπαιδεύεται» και λαμβάνει αποφάσεις σύμφωνα με την εκπαίδευσή του αυτή. Όσο πιο άρτια και λεπτομερής είναι η εκπαίδευσή του, τόσο πιο ορθές θα είναι και οι αποφάσεις που λαμβάνει. Οι μαθητές/τριες θα κληθούν να δημιουργήσουν και εκπαιδεύσουν ένα μοντέλο Μηχανικής Μάθησης για τη διάκριση του βαθμού ωρίμανσης των παραγόμενων φρούτων και λαχανικών ενός αστικού λαχανόκηπου. Αξιοποιώντας τεχνολογία ανοιχτής αρχιτεκτονικής και μια από τις διαθέσιμες υπηρεσίες εκπαίδευσης νευρωνικών δικτύων μέσω προγραμματισμού και φιλικής διεπαφής χρήστη, κατάλληλης για παιδιά θα εντρυφήσουν σε έννοιες όπως σύνολο χαρακτηριστικών (feature set), εκπαίδευση με παραδείγματα, σύνολο δεδομένων εκπαίδευσης και δοκιμής, αξιολόγηση, γενίκευση. Θα συζητήσουν τα όρια των τεχνολογιών αυτόματης αναγνώρισης και θα μπορέσουν να προσεγγίσουν το ζήτημα της προκατάληψης των αλγορίθμων ως αποτέλεσμα της ελλιπούς εκπαίδευσης των αντίστοιχων μοντέλων Μηχανικής Μάθησης. Η λειτουργία των Νευρωνικών Δικτύων παρουσιάζεται στη φάση αυτή ως μαύρο κουτί ώστε να μπορέσουν οι μαθητές/τριες να κατανοήσουν συνολικά τη λειτουργία τους και να νοηματοδοτήσουν τις σχετικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούν καθημερινά. Στη συνέχεια οι μαθητές/τριες συζητούν τις εφαρμογές Μηχανικής Μάθησης της καθημερινότητας που γνωρίζουν και τις επιπτώσεις της κακής εκπαίδευσης που εμφανίζονται ως αλγοριθμικές προκαταλήψεις.

Σκοπός και επιμέρους στόχοι του προγράμματος

Οι μαθητές/τριες αναμένεται να είναι σε θέση να:

• δημιουργούν με μαστόρεμα (tinkering) ένα φορητό υπολογιστικό σύστημα ελέγχου ωρίμανσης φρούτων και λαχανικών, αξιοποιώντας τεχνολογία ανοιχτής αρχιτεκτονικής
• επεκτείνουν την μελέτη των εφαρμογών της ΤΝ και τις διακρίνουν σε εφαρμογές συμβολικής επεξεργασίας και εφαρμογές νευρωνικών δικτύων - μηχανικής μάθησης
• περιγράφουν συνοπτικά, με απλά λόγια και μέσα από απλά παραδείγματα βασικές έννοιες και μεθόδους της ΤΝ δημιουργήσουν και εκπαιδεύσουν ένα μοντέλο Μηχανικής Μάθησης για τη διάκριση του βαθμού ωρίμανσης των παραγόμενων φρούτων και λαχανικών ενός αστικού λαχανόκηπου.
• δημιουργούν με μαστόρεμα (tinkering) κατασκευές θερμοκηπίου / κάθετου κήπου
• να καλλιεργήσουν φρούτα και λαχανικά σε έναν αστικό λαχανόκηπο

Τα στάδια υλοποίησης του προγράμματος

1. Μελέτη υπάρχουσας κατάστασης / υφιστάμενων λύσεων αξιολόγησης του βαθμού ωρίμανσης φρούτων και λαχανικών τόσο με συμβατικές όσο και με μεθόδους που αξιοποιούν την Μηχανική Μάθησης
2. Σαφής καθορισμός του προβλήματος / ανάγκης που σχετίζεται με τις δυσκολίες προσδιορισμού του βαθμου ωρίμανσης των φρούτων και λαχανικών
3. Σχεδιασμός / αναλυτική περιγραφή της προτεινόμενης λύσης αυτοματοποιημένου και ευφυούς προσδιορισμού του βαθμού ωρίμανσης φρούτων και λαχανικών
4. Υλοποίηση κατασκευής συστήματος ελέγχου ωρίμανσης φρούτων και λαχανικών με την αξιοποίηση τεχνολογιών ανοιχτής αρχιτεκτονικής
5. Τεκμηρίωση, δημιουργία εκπαιδευτικού υλικού (Σχέδια μαθήματος / Φύλλα εργασίας / Παρουσιάσεις.

Η προτεινόμενη κατασκευή περιλαμβάνει

Επιτοίχιο θερμοκήπιο (κάθετος κήπος) κατασκευασμένο από επαναχρησιμοποιήσιμα υλικά το οποίο αποτελείται από

• Ξύλινη παλέτα η οποία θα τοποθετηθεί σε τοίχο
• Πλαστικά μπουκάλια γεμάτα με χώμα που θα στερεωθούν πάνω στην παλέτα
• Πλαστικό κάλυμμα με δυνατότητα αυτόματης μετακίνησης (κάλυψη / αποκάλυψη) με βάση τις συνθήκες που επικρατούν μέσα στο θερμοκήπιο

Φορητό σύστημα ελέγχου ωρίμανσης φρούτων και λαχανικών το οποίο αποτελείται από

• Υπολογιστή μικρού μεγέθους
• Κάμερα υψηλής ανάλυσης
• Οθόνη αφής

Λίστα προτεινόμενου εξοπλισμού *

Για την αυτόματη διαχείριση συνθηκών του θερμοκηπίου

Ποσότητα	Περιγραφή	Ενδεικτικό Κόστος
1	Raspberry Pi4 8GB	90 ευρώ
1	Display case ή εναλλακτικά οθόνη + case	50 ευρώ
1	Battery for Raspberry pi	20 ευρώ
1	Φορτιστής, καλώδια, SD card	30 ευρώ
1	High Definition camera	60 ευρώ
	**Συνολικό Κόστος κατά προσέγγιση	250 ευρώ**

Παραδοτέα του έργου

• Ιστοσελίδα παρουσίασης του έργου
• Αποθετήριο στο GitHub με το παραχθέν εκπαιδευτικό υλικό του έργου, διαθέσιμο ΕΔΩ

Πηγές, Βιβλιογραφία

Σταματόπουλος, Γ. 2016, Λίγα για την αστική κηπουρική, Ανακτήθηκε από https://www.efsyn.gr/stiles/yposimeioseis/92027_liga-gia-tin-astiki-kipoyriki

Bostanistas, Αστικοί λαχανόκηποι: η WWF στα ίχνη των bostanistas, Ανακτήθηκε από http://www.bostanistas.gr/?i=bostanistas.el.article&id=3044

Καλύτερη Ζωή από την WWF, Ανακτήθηκε από http://kalyterizoi.gr/