Напредно иновативно STEM-образование и истражување во земјотресното инженерство за одржлива средина – QUAKESAFE

Веќе шест децении ИЗИИС образува инженери од земјата и од странство во комплексните области на земјотресното инженерство  и инженерска сеизмологија. Покрај формалното образование, ИЗИИС секогаш ја ценел неформалната форма на образование преку тренинг курсеви, семинари, работилници, отворени денови, научни саеми и слично, дизајнирани да ја поддржат целосно инклузивноста во образованието. Последните активности на ИЗИИС исто така се фокусирани на градење на свесност за земјотресите  преку прилагодени интерактивни образовни активности, особено меѓу учениците во градинките, основните и средните училишта во нашата земја.

Во овој контескт, проектот „Напредно иновативно STEM-образование и истражување во земјотресното инженерство за одржлива средина: QUAKESAFE“, е иницијатива поддржана од УНЕСКО и финансирана од Huawei. Дизајниран е да им обезбеди на студентите иновативно STEM-образование и истражувачки активности фокусирани на земјотресното инженерство, со цел создавање безбедна и одржлива средина. Во одговор на итната потреба од проактивни мерки во региони подложни на земјотреси (вклучувајќи ги повеќето од Југоисточна Европа и од Медитеранот), овој проект има за цел да им овозможи на студентите стекнување на основни знаења и вештини за да го подобрат своето разбирање за земјотресите и нивното влијание на глобалната средина. Проектните активности се имплементирани во истражувачка и проблемски-ориентирана едукативна  средина во форма на пилот-студии во седум одбрани училишта во нашата земја преку интегриран концепт на интерактивни работилници, практични експерименти и симулации во виртуелна реалност (VR). Ваквиот пристап им овозможи на учениците практично разбирање на комплексниот природен феномен – земјотрес и развивање на критичко размислување и вештини за решавање проблеми врз основа на научни сознанија.

1. QUAKE SAFE-проектот како алатка за унапредување на СТЕМ-образованието

Kоја е целта на QUAKE SAFE-проектот?

QUAKE SAFE-проектот (1) има за цел да го продлабочи разбирањето на учениците за земјотресното инженерство и влијанието на земјотресот на луѓето и сигурноста и одржливоста на животната околина, преку иновативен образовен модел (сл. 1). Овој образовен модел вклучува интерактивни работилници, практични експерименти на мала виброплатформа и симулации преку виртуелна реалност (VR).

Проектот се стреми да овозможи

Слика 1. Цели на проектот

Имплементација на  QUAKE SAFE-проектот

Преку стратешки партнерства со едукативните институции, дизајнираните иновативни образовни и истражувачки активности се имплементираа во седум избрани средни и основни училишта во три различни градови во нашата земја и таргетираа повеќе од 200 ученици (сл. 2).

1. ООУ „Ѓорѓија Пулевски“, Скопје
2. ОУ „Крсте Мисирков“, Гевгелија
3. СУГС „Раде Јовчевски-Корчагин“, Скопје
4. СУГС „Владо Тасевски“ ,Скопје
5. СОУ „Јосиф Јосифовски“, Гевгелија
6. СОУ „Јосип Броз-Тито“, Битола
7. СУГС „Орце Николов“, Скопје

Слика 2. Работилница во СОУ „Јосип Броз-Тито“ – Битола

Едукативна иновативна програма

Образовната програма (сл. 3) е дизајнирана да им овозможи на учесниците интензивно едукативно искуство во областа на градежното конструкторство и земјотресното инженерство. Програмата се состои од три главни компоненти на програмата: интерактивна презентација и СТЕМ-едукативен квиз, проектни активности – ВР-лабораторија и показни вежби и експерименти на мали инженерски модели и евалуација. Секоја компонента е приспособена за подобро разбирање, поттикнување соработка и ефикасна евалуација на резултатите од учењето.

Слика 3. Интегрирана и иновативна едукативна програма

Интерактивна презентација  и СТЕМ-едукативен квиз

Со интерактивната презентација на учениците им се пренесуваат основни знаења во областа. Презентацијата е збогатена со графички слики, видеа и интерактивни елементи и е заокружена со СТЕМ-едукативен квиз кој овозможува динамична и ангажирана едукативна средина за учениците.

Содржината на презентацијата опфаќа и шест клучни теми:

• вовед во улогата и одговорностите на градежните инженери, истакнувајќи ја нивната важност во создавањето безбедни и одржливи конструкции;
• кратко објаснување за земјотресите, механизмот на нивното настанување, карактеристиките и последиците кои ги предизвикуваат на градбите, со цел да им се помогне на учениците да го разберат основниот предизвик со кој се соочуваат инженерите во сеизмички активните подрачја;
• последици од земјотресите преку реални примери и визуализација, нагласувајќи ги разорните ефекти врз објектите и општеството во целина;
• истакнување на проактивната улога на инженерите во ублажувањето на последиците од земјотресите, вклучувајќи иновативни проектни концепти, технологии и материјали;
• претставување на ИЗИИС, каде што учениците се запознаа со пионерската работа на ИЗИИС во развојот на иновативни решенија за ублажување на последиците од земјотресите и како место за едукација на земјотресни инженери;
• вовед во концептите за безбедно градење, при што беа претставени практични принципи за проектирање на сеизмички сигурни објекти, како и најдобрите практики и модерни техники за минимизирање на ризиците при сеизмички настани.

СТЕМ-едукативниот квиз е дизајниран да им овозможи на учениците да ги запомнат клучните работи по завршување на работилницата.

Квизот има „натпреварувачки“ карактер, со оглед на тоа што за секој точен одговор се добиваат поени во зависност од брзината на одговор. Со цел да се задржи приватноста на учениците, квизот е анонимен.

Квизот е изработен на веб-платформата www.kahoot.com, а поврзувањето на учениците е преку мобилни телефони преку скенирање на QR-код кој автоматски ги поврзува со квизот. Квизот се одвива со избирање на еден точен одговор од повеќе понудени можни одговори, преку кликање на точниот одговор на мобилните телефони (сл. 4). По секое прашање, како и по завршување на квизот се врши собирање на добиените поени од секој учесник и се прикажува рангирање, што поттикнува особено внимание и натпреварувачки дух кај секој ученик.

Слика 4. СТЕМ-едукативен квиз

Виртуелна лабораторија

Вклучувањето на иновативни пристапи во СТЕМ-образованието има суштинско значење за зголемување на интересот на учениците и нивното разбирање на комплексни научни и инженерски концепти. Во рамките на QuakeSafe, интегрирани се современи ресурси, кои преку комбинација на напредна технологија и практични активности создаваат сеопфатно и интерактивно искуство за учење. Дел од овие современи ресурси е и Виртуелната лабораторија, која им нуди на учениците незаборавно патување низ науката за земјотресите и на едноставен начин им ја објаснува улогата на инженерите во обезбедување на зголемена безбедност на градбите.

Виртуелната лабораторија им овозможува на учениците да истражуваат осум 3Д визуализирани интерактивни сцени, почнувајќи од внатрешноста на Земјата, па сè до лабораторијата на ИЗИИС. За таа цел беа користени три сета на VR-очила Meta Quest 2, овозможувајќи ефикасна ротација и вклученост на сите учесници (сл. 5).

Слика 5. Виртуелниот свет на земјотресите

Преку комбинација на најсовремената технологија и интерактивно учење, Виртуелната лабораторија не само што ја продлабочува свесноста и знаењето на учениците за земјотресите, туку и ги инспирира да ги ценат напорите на инженерите во создавање на безбедни објекти. Овој пристап овозможува едукативно и забавно искуство, кое поттикнува креативно размислување и практични вештини кај помладите генерации.

Инженерска лабораторија – градење и тестирање на мали модели

Реалните показни вежби претставуваат оригинална вредност на оваа едукативна програма. Учениците имаат можност да се стават во улога на градежни инженери, при што градат мали модели и истите ги испитуваат на мобилна виброплатформа.

За реализација на делот инженерска лабораторија обезбедени се наменски мали конструктивни едукативни модели (сл. 6) од компанијата Mola Education Ltda. Со едноставен принцип на спојување на елементите преку магнетни сили тие претставуваат одлична можност да се разбуди љубопитноста на учениците и да се задржи фокусот во текот на целата активност.

Слика 6. Мола (MOLA) модели

Мобилноста на малата виброплатформа APS400 од APS Dynamics овозможува нејзин лесен транспорт и релативно брзо поставување. Генерираните функции симулираат динамички сеизмички побуди кои за целите на работилницата успешно ги претставуваат земјотресите како природна појава.

Слика 7. Фаза на заедничка изградба на моделот

Инженерската лабораторија има за цел да го претстави реалниот процес на истражувачката дејност во областа на земјотресното инженерство. Така, учениците поделени во тимови заедно градат идентични модели (сл. 7), односно ги склопуваат конструктивните елементи доделени во сетот од Мола. Во тој дел се презентирани основните значења на конструкциите на градбите, преносот на сили и улогата на конструктивните елементи.

Откако моделите се успешно изградени од страна на учениците, во втората фаза тие се поставени на платформата каде накратко се запознаваат и со методот на истражување со виброплатформа (сл. 8). Со цел директно да се воочи влијанието на земјотресите, процесот на градба и изборот на конструктивен систем, од изградените модели се острануваат дел од елементите, што симулира оштетувања во реалните градби. Градацијата на оштетувања го одредува и самото однесување на моделот, па со тоа директно се прикажува разликата во однесувањето на градбите кои се изградени согласно со важечки регулативи за проектирање и изградба, и оние градби кои не се.

На тој начин, преку комплетно вклучување во процесот на градење и тестирање, учениците за миг се претвораат во инженери и учат како да се справат со земјотресите како природна појава и нивното влијание на градбите, како и да функционираат во тим.

Слика 8. Теоретски и практични аспекти од тестирањето на виброплатформата

Анкети за мерење на импактот

Со цел да се оцени ефективноста на работилниците и нивното влијание врз стекнувањето на нови знаења и перцепцијата на студентите за СТЕМ-дисциплините и земјотресното инженерство,  беа дизајнирани две анкети, пред и по имплементација на работилницата.

Вкупно 409 одговори беа собрани за да се оцени ефикасноста на работилниците и нивното влијание врз знаењето и перцепциите на студентите за дисциплините STEM и инженерството на земјотреси. Некои избрани резултати се прикажани подолу како примери за илустрирање на постигнатото влијание (сл. 9). Kомплетните резултати од анкетата може да се најдат во (2).

Пред работилницата

По работилницата

Слика 9. Измерен импакт од работилниците – селектирани резултати

Одговорите на анкетите покажуваат дека проектот QuakeSafe покажа значително подобрување во разбирањето на учениците за СТЕМ-дисциплините, земјотресното инженерство и улогата на инженерите во создавањето на безбедна и одржлива средина. Преку иновативниот пристап на проектот, учениците добија подлабок увид во комплексните научни концепти и нивните апликации во реалниот свет. Интеграцијата на интерактивни презентации, натпревари за градење на модели и ВР-симулации се покажаа како многу ефективни во поттикнување на нивниот ангажман и подобрување на резултатите од учењето. Со обезбедување на студентите со извонредни искуства и можности за креативност, проектот успешно го премости јазот помеѓу теоријата и практичната примена, овозможувајќи им подобро да ја разберат важноста на инженерските решенија за подготвеност за природни катастрофи.

Покрај тоа, употребата на технолошки подобрени алатки за учење го поттикна критичкото размислување, решавањето на проблемите и соработката меѓу студентите, подготвувајќи ги за идните предизвици во СТЕМ-областите. Овие резултати ја нагласуваат важноста на вклучувањето на таквите иновативни и интерактивни методи во образованието во СТЕМ, особено за помладите генерации кои во иднина треба да градат одржлива инфраструктура.

Заклучок

QUAKE SAFE-проектот (има за цел да го продлабочи разбирањето на учениците за земјотресното инженерство и влијанието на земјотресот на луѓето и сигурноста и одржливоста на животната околина, преку иновативен образовен модел. Овој образовен модел вклучува интерактивни работилници, практични експерименти на мала виброплатформа и симулации преку виртуелна реалност (VR). Проектот, кој има за цел унапредување на STEM-образованието, придонесува и кон  остварување на Агендата 2030 и на Целите за одржлив развој, особено на Целта 4 – Квалитетно образование, на Целта 5 – Рамноправност на половите и на Целта 9 – Индустрија, иновации и инфраструктура, (3).

Благодарност

Овој проект е финансиран во рамките на соработката меѓу УНЕСКО и Хуавеј, „Ревитализација на STEM-образованието за опремување на идните генерации со STEM- компетенции.

Автори: Апостолска Роберта, Шешов Влатко, Витанова Марија, Јекиќ Горан, Делова Елена, Наневска Ана, Манојловски Филип, Ивановски Дејан

Референци

• QUAKE SAFE – Institute of Earthquake Engineering and Engineering Seismology – IZIIS, (пристапено на 18.2.2025)
• Апостолска Р., Шешов В., Витанова М., Јекиќ Г., Делова Е., Наневска А., Манојловски Ф., Ивановски Д., Revitalizing STEM education to equip next generations with STEM competency, Извештај ИЗИИС 2025-16.
• https://www.unesco.org/en/articles/revitalizing-stem-education-europe (пристапено на 18.2.2025)
• (25) Institute of Earthquake Engineering and Engineering Seismology – IZIIS : Posts | LinkedIn