ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ στην ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ στην ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΕΥΔΟΞΙΑ ΑΡΑΒΙΔΟΥ AM 552 «Απτικές διεπαφές και υπολογιστική σκέψη: Ανάλυση της αλληλεπίδρασης μαθητών κατά τη συνεργασία» Tangible Interfaces and Computational Thinking: Analyzing the students interaction during collaboration Επιβλέπων: ΣΤΑΥΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ Αναπληρωτής Καθηγητής Διπλωματική Εργασία που υποβάλλεται στο πλαίσιο της μερικής εκπλήρωσης των απαιτήσεων για την απόκτηση Μεταπτυχιακού Διπλώματος στην Πληροφορική με εξειδίκευση στη Κατεύθυνση «Τεχνολογίες Πληροφορίας & Επικοινωνιών στην Εκπαίδευση» ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 2016

2 Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ ΣΤΑΥΡΟΣ, Αναπληρωτής Καθηγητής ΤΣΙΑΤΣΟΣ ΘΡΑΣΥΒΟΥΛΟΣ, Επίκουρος Καθηγητής ΠΟΛΙΤΗΣ ΔΙΟΝΥΣΙΟΣ, Επίκουρος Καθηγητής Η έγκριση της Διπλωματικής αυτής Εργασίας από το Τμήμα Πληροφορικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει την αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα. (Νόμος 5343/32, άρθρο 202, παρ. 2)

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Π ΕΡΙΛΗΨΗ Η υπολογιστική σκέψη αποτελεί ένα σύνολο δεξιοτήτων που αφορά και θα πρέπει να διαθέτουν όλοι οι άνθρωποι, ακριβώς όπως και οι ικανότητες γραφής, ανάγνωσης, αριθμητικής και είναι σημαντικό να εξασκείται από την παιδική ηλικία. Η υπολογιστική σκέψη είναι μία προσέγγιση για την επίλυση προβλημάτων με τρόπο που μπορεί να υλοποιηθεί με έναν υπολογιστή. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της συμβολής των απτικών διεπαφών, που αποτελούν διεπαφές που χρησιμοποιούν φυσικά χειροπιαστά αντικείμενα για να υποστηρίξουν την αλληλεπίδραση του χρήστη με τον ψηφιακό κόσμο, στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης. Το δείγμα ήταν 12 μαθητές, ηλικίας 8-9 ετών από σχολείο στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Μελετήθηκαν δεξιότητες της υπολογιστικής σκέψης και πως αυτές επηρεάζονται από την ενασχόληση με δραστηριότητες σε δύο είδους διεπαφές: μία απτική και μία γραφική διεπαφή. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι απτικές διεπαφές ενίσχυσαν στους μαθητές κάποιους τομείς που βοηθούν στην ανάπτυξη της υπολογιστικής σκέψης με ιδιαίτερη έμφαση στην συνεργατική επίλυση προβλημάτων. Στο τέλος της εργασίας παρουσιάζονται οι περιορισμοί της καθώς και προτάσεις για μελλοντικές έρευνες. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ III

4

5 ABSTRACT A BSTRACT Computational thinking constitutes a skill that set concerns and should be acquired by all humans, from an early age, just like writing, reading and mathematical skills. Computational thinking is a problem solving approach, which refers to solving problems in a similar way that a computer does. The aim of the present study was the investigation of the contribution of tangible interfaces in the development of computational thinking skills. Tangible interfaces are those interfaces that use real tangible objects in order to support the interaction between the user and the digital world. The sample of the present study was 12 students, aged 8-9 years coming from a primary school in the suburbs of Thessaloniki. Two types of interfaces were used for the purposes of the present analysis: a tangible and a graphic interface and the engagement in each one was investigated regarding its influence on computational thinking with particular emphasis on collaborative problem solving. Limitations of the present study and recommendations for future studies are also presented in the last section of the dissertation. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΙV

6

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ε ΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Πριν την παρουσίαση των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας, αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω ορισμένους από τους ανθρώπους που γνώρισα, συνεργάστηκα μαζί τους και έπαιξαν πολύ σημαντικό ρόλο στην πραγματοποίησή της. Καταρχήν, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Δημητριάδη Σταύρο, αναπληρωτή καθηγητή του τμήματος Πληροφορικής ΑΠΘ, που ήταν πάντα πρόθυμος να μου προσφέρει τις γνώσεις και την εμπειρία του, όποτε χρειάστηκα βοήθεια. Στη συνέχεια, ευχαριστώ ιδιαίτερα, τον Σαπουνίδη Θεοδόσιο, για την σημαντική καθοδήγηση του και την εξαιρετική συνεργασία που είχαμε, καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης αυτής της εργασίας. Έπειτα, θα ήθελα να ευχαριστήσω την συμφοιτήτρια μου Αβραμίδου Μαργαρίτα, για την πολύτιμη υποστήριξη που μου προσέφερε καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μας, καθώς επίσης και τη φίλη μου Πίτσια Βασιλική, για την αδιάκοπη συμπαράσταση της, κατά τη διάρκεια υλοποίησης αυτής της εργασίας. Κυρίως ευχαριστώ τους δύο υπέροχους γονείς μου, των οποίων η πίστη στις δυνατότητες μου αποτέλεσε αρωγό σε όλους τους στόχους και τα όνειρά μου. Τέλος, ευχαριστώ θερμά τον σύζυγο μου Βασίλη, για την παρακίνηση και την υποστήριξη του και αφιερώνω αυτή την εργασία στο μωράκι μας, που περιμένουμε να έρθει στον κόσμο σε λίγες εβδομάδες. 26/02/2016 Αραβίδου Ευδοξία ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ V

8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Π ΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... III ABSTRACT... ΙV ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ..V ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ VI ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ..VIII ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ...IX ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΑΠΤΙΚΩΝ ΔΙΕΠΑΦΩΝ ΟΙ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΣΤΟΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΤΗ ΈΡΕΥΝΕΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΣΤΗ ΜΑΘΗΣΗ ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ Η ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΈΡΕΥΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ VI

10 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ 3.1 ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΝΤΕΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΟΣΟΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΟΙΟΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I: ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.69 VII ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

11 ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Λ ΙΣΤΑ Σ ΧΗΜΑΤΩΝ ΓΡΑΦΗΜΑ 1: Χρόνος στην απτική διεπαφή για κάθε ζευγάρι.54 ΓΡΑΦΗΜΑ 2: Χρόνος στη γραφική διεπαφή για κάθε ζευγάρι.55 ΓΡΑΦΗΜΑ 3: Δράσεις χεριών στην απτική διεπαφή 56 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ VIII

12

13 ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Λ ΙΣΤΑ Π ΙΝΑΚΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Μεθοδολογία άλλων ερευνητών...46 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Σχήμα Ανάλυσης...47 ΠΙΝΑΚΑΣ 3: Χρόνοι σχετικοί με τη δραστηριότητα...53 ΠΙΝΑΚΑΣ 4: Χρόνοι άσχετοι με τη δραστηριοτητα...55 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ IX

14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Ε ΙΣΑΓΩΓΗ

16

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της συμβολής των απτικών διεπαφών στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης σε μαθητές δημοτικού ηλικίας 8-9 ετών. Πιο συγκεκριμένα, προσπαθούμε να διαπιστώσουμε αν δραστηριότητες βασισμένες σε απτικές διεπαφές βοήθησαν τους μαθητές στο να αναπτύξουν δεξιότητες υπολογιστικής σκέψης καθώς και αν αυτές ευνόησαν την ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης, σε μεγαλύτερο βαθμό συγκριτικά με τις γραφικές διεπαφές. Η εργασία δομείται σε κεφάλαια ως εξής: Στο Κεφάλαιο 2 αρχικά παρουσιάζεται το θεωρητικό πλαίσιο σχετικά με το ρόλο των απτικών διεπαφών στην εκπαίδευση καθώς και την έννοια της υπολογιστικής σκέψης και παρατίθενται τα ερευνητικά ερωτήματα της παρούσας εργασίας. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε από άλλους ερευνητές στη σχετική με το θέμα βιβλιογραφία, καθώς και το σχήμα ανάλυσης στο οποίο βασίστηκε η παρούσα εργασία. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται τόσο οι συμμετέχοντες, όσο και η οργάνωση της δραστηριότητας στην οποία βασίστηκε η έρευνα αυτή, ο τρόπος που συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν τα δεδομένα, τα ευρήματα και η συζήτηση με τα αντίστοιχα συμπεράσματα. Στο Παράρτημα I παρουσιάζεται αλφαβητικά η βιβλιογραφία που αναφέρεται στην εργασία. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 17

18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ

20

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ 2.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΑΠΤΙΚΩΝ ΔΙΕΠΑΦΩΝ Οι απτικές διεπαφές (Tangible User Interfaces) είναι διεπαφές που χρησιμοποιούν φυσικά χειροπιαστά αντικείμενα ώστε να υποστηρίξουν τους χρήστες να αλληλεπιδράσουν με τον ψηφιακό κόσμο. Γενικά στη βιβλιογραφία όταν χρησιμοποιούμε τον όρο «απτική» διεπαφή αναφερόμαστε σε διεπαφή που συνδυάζει: α) ένα ή περισσότερα φυσικά αντικείμενα (π.χ. κύβοι, puzzle) και β) ένα ψηφιακό αποτέλεσμα, δηλαδή μια αναπαράσταση των ενεργειών που κάνει ο χρήστης με τα φυσικά αντικείμενα σε ψηφιακό επίπεδο. Η πρώτη εργασία που παρουσίασε τη χρήση καθημερινών αντικειμένων σε αλληλεπίδραση με τον ψηφιακό κόσμο ήταν των Fritmaier et al το 1995 (Frei et al. 2000). Βασισμένοι σε αυτό, οι Ishii και Ulmer (1997) εισήγαγαν την έννοια των απτικών διεπαφών που αποτέλεσε από τότε ένα ελκυστικό πεδίο έρευνας. Τη δεκαετία που ακολούθησε οι απτικές διεπαφές αξιοποιήθηκαν σε διάφορες εφαρμογές (McNerney, 2004; Kelleher & Pausch, 2005; Sapoynidis & Demetriadis, 2009). Η πλειοψηφία αυτών των συστημάτων σχεδιάστηκε για μικρούς μαθητές (αρχάριους χρήστες) και εφαρμόστηκε σε πεδία όπως η μουσική, τα μαθηματικά, (Schweikardt & Gross, 2006), η εκμάθηση δυναμικών εννοιών (Zuckerman & Resnick, 2003b), η τρισδιάστατη μοντελοποίηση (Anderson et al., 1999), η αφήγηση ιστοριών (Stanton et al., 2001), η αναπαράσταση κουίζ (Terrenghi et al., 2006) τα logistics (Schneider et al., 2011) και μια από τις επιστημονικές περιοχές η οποία γνωρίζει εξαιρετικό ενδιαφέρον είναι η εφαρμογή των απτικών διεπαφών χρήστη στην εκμάθηση προγραμματιστικών εννοιών (Orit & Eva, 2009; Smith, 2009). Οι απτικές διεπαφές, σε σύγκριση με άλλους τύπους διεπαφών, έχουν έναν αριθμό από πλεονεκτήματα που μπορούν να αποδοθούν σε τέσσερις παράγοντες: Πρώτος παράγοντας είναι η φυσικότητα της διεπαφής. Σε διερευνητικές δραστηριότητες, η οικειότητα ενεργοποιεί την εξερεύνηση (Schneider et al., 2011). Κατά αυτόν τον τρόπο οι χρήστες κερδίζουν πειραματική γνώση ενός γνωστικού μοντέλου, καθοδηγούμενη πάντα από τους κατάλληλους περιορισμούς (Ullmer, Ishii, & Jacob, 2005) τους οποίους θέτει η φυσικότητα της διεπαφής. Επιπλέον, ο φυσικός χειρισμός ο οποίος υποστηρίζεται από τις ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 21

22 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ απτικές διεπαφές θεωρείται ότι είναι πιο οικείος, εμπλέκει και σωματικά τους χρήστες και έτσι έχει θετική επίδραση στην εμπλοκή και την ικανοποίηση (Price, et al., 2003), (Xie, Antle, & Motamedi, 2008). Δεύτερος παράγοντας είναι οι ιδιότητες που μπορούν να ενσωματωθούν. Τα φυσικά αντικείμενα έχουν κάποιες ιδιότητες οι οποίες μπορούν να κάνουν ένα απτικό σύστημα αποδοτικότερο από μία παραδοσιακή διεπαφή, εφόσον αξιοποιηθούν, παρέχοντας έτσι μια πιο πλούσια εμπειρία αλληλεπίδρασης και αυξάνοντας τις πιθανότητες για προβληματισμό και κατανόηση (Fernaeus & Tholander, 2006a; Fernaeus & Tholander, 2006b). Αυτές οι ιδιότητες δεν μπορούν για παράδειγμα εύκολα να αναπαρασταθούν σε ένα γραφικό περιβάλλον, οπότε και να ενισχύσουν τη μάθηση σε ένα συγκεκριμένο πεδίο γνώσης (Manches, O'Malley, & Benford, 2010). Παραδείγματος χάριν, η ενσωμάτωση υλικών ιδιοτήτων όπως το μέγεθος, το βάρος, η θερμοκρασία ίσως μπορούν να υποβοηθήσουν τη μάθηση σε τομείς όπως ο προγραμματισμός, τα μαθηματικά ή η χημεία (Marshall, 2007). Τα συνδυασμένα αποτελέσματα αυτών των ιδιοτήτων μπορούν πολύ πιθανόν να καταστήσουν μια απτική διεπαφή πιο διαισθητική και εύκολη να χρησιμοποιηθεί, για την οικοδόμηση της γνώσης. Κάποιος μπορεί να υποθέσει ότι οι απτικές διεπαφές μπορούν να μειώσουν το γνωστικό φορτίο, το οποίο απαιτείται για να μάθει ο χρήστης πως δουλεύει κάποια διεπαφή και αυτό μπορεί να απελευθερώσει γνωστικούς πόρους και ο χρήστης να εστιάσει καλύτερα στην οικοδόμηση γνώσης του συγκεκριμένου πεδίου (Marshall, 2007; Jacob et al., 2008). Ένας άλλος παράγοντας που κάνει τις απτικές διεπαφές να υπερτερούν είναι η καινοτομία των δράσεων που μπορούν να επιτευχθούν με την διεπαφή. Τα άτομα αποκτούν εσωτερικά κίνητρα για δραστηριότητες οι οποίες -μεταξύ άλλων- εμφανίζονται να είναι καινοτόμες, σύμφωνα με τη θεωρία της αυτοδιάθεσης (Ryan & Deci, 2000). Οι κατάλληλες αναπαραστάσεις πάνω στη διεπαφή μπορούν ίσως να αποδειχθούν χρήσιμες στη μείωση της πολυπλοκότητας προβλημάτων και να επηρεάσουν τη διαδικασία επίλυσης προβλημάτων (Schneider et al., 2011). Ακόμα, οι καινοτόμες δραστηριότητες που μπορούν να επιτευχθούν από τα παιδιά μαζί μέσω της πρωτοποριακής σύνθεσης του απτικού και του ψηφιακού, είναι ένας παράγοντας κλειδί ο οποίος μπορεί να αυξήσει τον προβληματισμό και την αναζήτηση (Rogers, et al., 2002). Τέλος οι συνεργατικές δυνατότητες των απτικών διεπαφών, είναι ένας παράγοντας που προσδίδει ιδιαίτερη αξία στα συστήματα αυτά. Οι απτικές διεπαφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν έτσι ώστε να υποστηρίξουν τη συνεργασία, πρόσωπο με πρόσωπο, με πολλά χέρια και αισθήσεις, επιτρέποντας πολύ εύκολα σε περισσότερους χρήστες να 22 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ συνεργαστούν (Falcão & Price, 2009). Κατά τη διάρκεια μιας απτικής συνεργατικής δραστηριότητας, οι χρήστες μπορούν να αυξήσουν την ορατότητά τους στην εργασία άλλων συμμετεχόντων και επίσης μπορούν εύκολα να ανταλλάξουν ιδέες και σκέψεις γύρω από το πλάνο εργασίας (Stanton et al., 2001). Τέτοιες διεπαφές με τις οποίες οι χρήστες μπορούν να αλληλεπιδρούν ταυτόχρονα έχουν δείξει ότι μπορούν να παρέχουν περισσότερες ευκαιρίες για ισότιμη συμμετοχή (Rogers et al., 2009). Οι χρήστες μπορούν ακόμη να παρακολουθούν τις χειρονομίες των άλλων, επιτυγχάνοντας με αυτόν τον τρόπο μια πιο πλούσια συνεργασία, συγκριτικά με μια γραφική απεικόνιση πάνω στην οθόνη ενός υπολογιστή (Goldin-Meadow, 2005). Τέλος, αρκετές έρευνες έχουν δείξει ότι η ομαδική εργασία σε κάποια συγκεκριμένη συνεργατική δραστηριότητα μπορεί να αυξήσει την εμπλοκή, ευχαρίστηση και τα κίνητρα των συμμετεχόντων (Inkpen, et al., 1995). 2.2 ΟΙ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΣΤΟΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟ Από τις αρχές της δεκαετίας του 60, η δημιουργία προγραμματιστικών εργαλείων για παιδιά είναι ένα ευρύ πεδίο έρευνας. Ένας μεγάλος αριθμός από γλώσσες προγραμματισμού δημιουργήθηκαν για παιδιά και αρχάριους χρήστες (Kelleher & Pausch, 2005), βασισμένος κυρίως σε γραφικές διεπαφές και αξιοποιώντας τις θεωρίες του εποικοδομισμού του Papert (Papert, 1980). Πιο πρόσφατα, κάποιες ενδεικτικές γλώσσες προγραμματισμού όπως οι ToonTalk (Kahn, 1999), Alice (Pausch et al., 1995), Scratch (Maloney et al., 2010) και ROBOLAB ενσωμάτωσαν απλή σύνταξη, εμφωλιασμένες επαναλήψεις και δομές ελέγχου με γραφική αναπαράσταση. Αυτές οι προσεγγίσεις οι οποίες βασίστηκαν σε γραφική διεπαφή, επέτρεψαν σε παιδιά να προγραμματίζουν μετακινώντας και συνδέοντας εικονίδια στην οθόνη υπολογιστών. Η διαδικασία του προγραμματισμού μέσα από γραφική διεπαφή απαιτεί την ικανότητα να μεταφραστούν οι συμβολικές αναπαραστάσεις πάνω στην οθόνη στις δράσεις ενέργειες που αυτές προκαλούν. Από την άλλη ο προγραμματισμός με απτική διεπαφή μπορεί να μειώσει αυτό το γνωστικό κενό μεταφέροντας τις προγραμματιστικές ενέργειες διαμέσου του χειρισμού απτικών αντικειμένων (Nusen & Sipotakiat, 2011). Στα τέλη της δεκαετίας του 70 η Radia Perlman, ερευνήτρια του MIT media lab, κατάλαβε ότι τα περισσότερα παιδιά, κάτω των χρονών, δεν ήταν σε θέση να αρχίσουν να προγραμματίζουν με τον παραδοσιακό τρόπο, (Kelleher & Pausch, 2005) δηλαδή πληκτρολογώντας κώδικα Logo σε έναν υπολογιστή με πληκτρολόγιο. Μια από τις σημαντικότερες δυσκολίες των παιδιών στον προγραμματισμό ήταν η σύνταξη του κώδικα ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 23

24 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ αλλά και η διεπαφή χρήστη. Τότε η Perlman άρχισε να σχεδιάζει κάποιες διεπαφές που θα επέτρεπαν ακόμα και στα παιδιά προσχολικής ηλικίας να μάθουν να προγραμματίζουν μια «χελώνα». Έτσι ως προϊόν αυτών των προσπαθειών, ήταν να δημιουργηθεί η πρώτη διεπαφή αυτού του είδους, το Tortis - Slot machine (Kelleher & Pausch, 2005). Από τότε έως και σήμερα ακολούθησαν διάφορες σχεδιαστικές προτάσεις. Κάποιες από αυτές αναφέρονται παρακάτω: Το Tortis Slot machine (Kelleher & Pausch, 2005; McNerney, 2004), ήταν το πρώτο σύστημα που κατασκευάστηκε και εισήγαγε τις πλαστικές κάρτες που μπορούσαν να μπουν σε μια από τις τρεις χρωματιστές στοίβες (κόκκινη, πράσινη, και μπλε) που υπήρχαν. Στο αριστερό άκρο κάθε στοίβας υπήρχε ένα κουμπί Do it. Όταν κάποιος πατούσε το κουμπί αυτό, μια εικονική χελώνα εκτελούσε την ενέργεια που φαινόταν στην φωτογραφία της κάθε κάρτας της πρώτης στοίβας. Όταν μια ενέργεια εκτελούνταν, η λάμπα κάτω από τη συγκεκριμένη κάρτα άναβε. Το Slot machine προσέφερε κάποιες σημαντικές δυνατότητες στο χρήστη, όπως η άμεση δυνατότητα χειρισμού του προγράμματος είτε προσθέτοντας είτε αναδιατάσσοντας είτε ακόμα και βγάζοντας κάρτες (McNerney, 2004). Η επόμενη προσπάθεια έγινε τη δεκαετία του 1990 και κατέληξε στη δημιουργία των AlgoBlocks (Kato et al., 1997; Suzuki & Kato, 1993). Το σύστημα αυτό, ήταν μια συλλογή από κύβους εντολές τους οποίους ο χρήστης συνέδεε με σκοπό να δημιουργήσει ένα πρόγραμμα, το οποίο θα καθόριζε τη διαδρομή ενός υποβρυχίου στην οθόνη του υπολογιστή. Τα AlgoBlocks κατασκευάστηκαν για να προωθήσουν τη συνεργασία. Η εμφάνιση αυτού του συστήματος έδωσε πραγματική ώθηση στο χώρο και οδήγησε στη δημιουργία και άλλων όμοιων συστημάτων. Η έρευνα του Timothy S. McNerney (2001) στις απτικές διεπαφές χρήστη άρχισε από το 2000 με την κατασκευή του συστήματος Tangible Programming Brick, που ήταν μια απτική γλώσσα προγραμματισμού. Οι κατασκευαστές δημιούργησαν ένα μονοδιάστατο σύστημα το οποίο βάζοντας το ένα τουβλάκι Lego πάνω στο άλλο θα έφτιαχναν μια αλληλουχία από εντολές. Για να γίνει το σύστημα πιο ισχυρό, έφτιαξαν τα τουβλάκια έτσι ώστε να παίρνουν μια κάρτα στα πλάγια. Αυτή η μέθοδος αρχικά είχε σκοπό να δώσει τη δυνατότητα στο σύστημα να αποκτήσει παραμέτρους, αλλά στην πορεία φάνηκε ότι μπορούσαν να τοποθετήσουν και άλλα πράγματα όπως διακόπτες, αισθητήρια κ.λ.π. Τα electronic block (Wyeth & Purchase, 2000) έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε τα παιδιά να μπορούν να τα συνδέσουν όπως κάνουν και με οποιουσδήποτε άλλους κύβους. Το σύστημα αυτό, έχει εισόδους, εξόδους και όταν συνδεθούν η έξοδος του ενός κουτιού ελέγχει την 24 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ είσοδο του άλλου. Βάζοντας τα electronic block το ένα πάνω στο άλλο, τα παιδιά φτιάχνουν προγράμματα που το κάθε ένα από αυτά εκτελεί και διαφορετική διεργασία. Επίσης, το σύστημα Block Jam (Newton-Dunn et al., 2003) είναι μια απτική διεπαφή και ταυτόχρονα μια οπτική γλώσσα η οποία επιτρέπει σε αρχάριους και μη χρήστες να εκμεταλλευτούν τις δυνατότητες της. Το σύστημα αυτό αποτελείται από 26 αντικείμενα τα οποία, ανάλογα με την τοπολογία σύνδεσης και τις ρυθμιζόμενες ιδιότητες τους, μπορούν να παράγουν μουσικές φράσεις. 2.3 ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ Ένας μεγάλος αριθμός απτικών συστημάτων (TUIs) μπορεί να χαρακτηριστεί ως ψηφιακά εργαλεία μάθησης. Οι απτικές διεπαφές είναι τεχνολογία που μπορεί να εκμεταλλευτεί αποδοτικά τα «ενσώματα» σχήματα της ανθρώπινης νοημοσύνης. Επιπλέον, σε συνθήκες συνεργασίας, οι απτικές διεπαφές διευκολύνουν και ενθαρρύνουν τρόπους επικοινωνίας που δεν είναι εύκολο να αξιοποιηθούν όταν οι χρήστες είναι αναγκασμένοι να αλληλεπιδρούν μέσω γραφικής διεπαφής (GUI). Παρακάτω θα εξετάσουμε τις εκπαιδευτικές δραστηριότητες στα πλαίσια του ρόλου του εκπαιδευτικού και του μαθητή Ο ρόλος του εκπαιδευτικού Ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι ιδιαίτερα σημαντικός για την σωστή χρήση των απτικών διεπαφών. Συγκεκριμένα ο ρόλος του εκπαιδευτικού θα πρέπει να προσφέρει: Στήριξη στους εκπαιδευόμενους. Ο εκπαιδευτικός καθοδηγεί, ενθαρρύνει και γενικότερα στηρίζει την προσπάθεια των εκπαιδευόμενων (facilitator). Χρήση υποστηρικτικού υλικού (π.χ. φύλλα εργασίας). Χωρισμός των παιδιών σε ομάδες και οργάνωση. Ανάθεση ρόλων στις ομάδες (π.χ. προγραμματιστής, αναλυτής,σχεδιαστής, αξιολογητής). Προώθηση του συναγωνισμού (κίνητρο για την ενεργό συμμετοχή των παιδιών) αλλά όχι τον ανταγωνισμό. Ένα μαθησιακό περιβάλλον εποικοδομητικής μάθησης (constructive learning), που θα παρέχει εκπαιδευτικές δραστηριότητες ενταγμένες σε διαδικασίες επίλυσης ανοιχτών προβλημάτων από τον πραγματικό κόσμο. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 25

26 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ Ο ρόλος του μαθητή Τα απτικά συστήματα, αποτελούν μια καινοτόμο δραστηριότητα, αρκετά ενδιαφέρουσα, η οποία εμπλέκει ενεργά τους μαθητές στη διαδικασία της μάθησης. Ο μαθητής λοιπόν στα πλαίσια αυτών των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων, θα πρέπει να συμμετέχει ενεργά στις δραστηριότητες που υλοποιούνται. Συγκεκριμένα, όταν ο μαθητής είναι μέλος μιας ομάδας, θα πρέπει να συνεργάζεται με τα υπόλοιπα μέλη της ομάδας του, χωρίς να σκέπτεται και να δρα ατομικιστικά. Επίσης, ο μαθητής κατά την επίλυση των δραστηριοτήτων που του ανατίθενται, αναλαμβάνει κάποιο από τους ρόλους που ορίζει ο εκπαιδευτικός. Γι αυτό λοιπόν, θα πρέπει να είναι διατεθειμένος να αναλαμβάνει συγκεκριμένου ρόλους, οι οποίοι πολλές φορές εναλλάσσονται. Ο μαθητής δεν θα πρέπει να λειτουργεί ατομικά και εγωιστικά, αλλά θα πρέπει να υπάρχει ένας υγιής ανταγωνισμός στα πλαίσια της ομάδας. Ακόμη, είναι σημαντικό, ο μαθητής να μην βλέπει την εκπαιδευτική δραστηριότητα μόνο σαν παιχνίδι αλλά και σαν μια δημιουργική μάθηση. 2.4 ΕΡΕΥΝΕΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΣΤΗ ΜΑΘΗΣΗ Παρακάτω παρατίθενται κάποιες έρευνες που έχουν διεξαχθεί σχετικά με τις απτικές διεπαφές στη μάθηση: 1. Using Tangibles to Promote Novel Forms of Playful Learning Ο Price et al. το 2003, σχεδίασε ένα παιχνίδι περιπέτειας όπου τα παιδιά σε ζευγάρια έπρεπε να ανακαλύψουν όσα περισσότερα μπορούσαν για ένα εικονικό φανταστικό πλάσμα, μέσα από συνεργατική αλληλεπίδραση με μια «σουίτα» απτικών διεπαφών. Στη μελέτη έλαβαν μέρος 12 παιδιά, ηλικίας 6-10 ετών. Τα πεδία τα οποία εξετάστηκαν ήταν η φαντασία, η δημιουργικότητα, η σκέψη σε διαφορετικά επίπεδα αφαίρεσης, η συνεργασία καθώς και η εξερεύνηση μέσω της αλληλεπίδρασης. Τα συμπεράσματα της μελέτης έδειξαν ότι στα παιδιά δίνονται κίνητρα για δράση και προβληματισμό, προκαλώντας παράλληλα την επιθυμία για εξερεύνηση. 2. Are Tangibles More Fun? Comparing Children's Enjoyment and Engagement Using Physical, Graphical and Tangible User Interfaces 26 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ Στο πεδίο της επίλυσης παζλ, ο Xie et al. (2008) παρουσίασε τα αποτελέσματα μιας συγκριτικής έρευνας που περιλάμβανε τη χρήση φυσικής, απτικής και γραφικής διεπαφής, με σκοπό τα παιδιά να λύσουν ένα παζλ. Η έρευνα αυτή που εστίαζε στα πιθανά γνωστικά και κοινωνικά πλεονεκτήματα της χρήσης απτικών διεπαφών έδειξε πως οι δηλώσεις των παιδιών, σχετικά με την ευχαρίστηση, δεν ανέδειξαν κάποια διαφορά, ανάμεσα στις τρεις πειραματικές συνθήκες. Σχετικά με την εμπλοκή, εντοπίστηκε ότι στη φυσική και στην απτική συνθήκη, ενεπλάκη σε επαναληπτικό παιχνίδι μεγαλύτερος αριθμός ατόμων. 3. Tangible computer programming: Exploring the use of emerging technology in classrooms and science museums Tufts University Μια ιδιαίτερα σημαντική εργασία στον απτικό προγραμματισμό αφορά τη δουλειά των Horn et al. οι οποίοι το 2009 σύγκριναν μια απτική και μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού στο μη ελεγχόμενο περιβάλλον ενός μουσείου (Boston museum of Science). Η έρευνα ανέδειξε πλεονεκτήματα της απτικής γλώσσας προγραμματισμού έναντι της γραφικής. Συγκεκριμένα, η απτική γλώσσα προγραμματισμού ήταν πιο ελκυστική και πιο αποδοτική στο να εμπλακούν ενεργά οι χρήστες. Επιπλέον, αυτή η ενεργός εμπλοκή φάνηκε να είναι ισχυρότερη για τα κορίτσια. 4. Benefits of a tangible interface for collaborative learning and interaction Το 2011 ο Schneider et al. διεξήγαγε μία ενδιαφέρουσα έρευνα στο αντικείμενο της διαχείρισης εφοδιασμού (logistics), συγκρίνοντας μια απτική και μια διεπαφή πολλαπλής αφής. Σκοπός ήταν να ερευνηθεί το κατά πόσο η φυσική υπόσταση των απτικών διεπαφών έχει επιρροή στην επίδοση, στην ποιότητα της συνεργασίας και στο εάν υπάρχει επίδραση στη γνώση στο συγκεκριμένο τομέα. Τα αποτελέσματα έδειξαν δείγματα βελτίωσης της ποιότητας της συνεργασίας και της ικανοποίησης των χρηστών. Ακόμα, η απτική διεπαφή βοήθησε στην ανεύρεση περισσοτέρων λύσεων στα προβλήματα και κατ αυτόν τον τρόπο αυξήθηκε η επίδοση και η γνώση. 5. To TUI or not to TUI: Evaluating performance and preference in tangible vs. graphical user interfaces Επιπλέον, οι Zuckerman & Gal-Oz το 2013, πραγματοποίησαν μια συγκριτική μελέτη στην οποία συμμετείχαν προπτυχιακοί φοιτητές (39 γυναίκες και 19 άντρες). Οι συμμετέχοντες δημιούργησαν προσομοιώσεις με όμοια απτική και γραφική γλώσσα μοντελοποίησης δυναμικών εννοιών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, αν και οι χρήστες ένιωσαν το ίδιο απορροφημένοι και ενεπλάκησαν το ίδιο και με τα δύο συστήματα, η απτική συνθήκη φάνηκε ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 27

28 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ να είναι πιο διασκεδαστική. Ακόμα, η γραφική διεπαφή αξιολογήθηκε σαν πιο εύκολη να χρησιμοποιηθεί. 6. Preparing for Future Learning with a Tangible User Interface: The Case of Neuroscience Την ίδια χρονιά, ο Schneider et al. πραγματοποίησε μια έρευνα, εμπλέκοντας 28 φοιτητές σε μία δραστηριότητα που αφορούσε την δημιουργία ψηφιακής μακέτας ενός εγκεφάλου και συγκεκριμένα της απτικής διεπαφής BrainExplorer. Η αξιολόγηση αυτού του συστήματος έδειξε ότι οι φοιτητές που ενεπλάκησαν στην ανοιχτού τύπου εξερεύνηση, ξεπέρασαν τους φοιτητές που χρησιμοποίησαν υλικά των παραδοσιακών σχολικών βιβλίων και ότι η σωστή αλληλουχία των δραστηριοτήτων είναι θεμελιώδους σημασίας για τη βελτίωση των επιδόσεων του μαθητή. Συνολικά, η διαθέσιμη βιβλιογραφία υποστηρίζει την άποψη πως η αυξημένη διάθεση των χρηστών για ελεύθερη διάδραση και η δυνατότητα που προσφέρουν τα απτικά συστήματα για δραστηριότητες που μοιάζουν με παιχνίδι (Price et al., 2003) είναι σημαντικοί παράγοντες που κάνουν τους χρήστες να εμπλέκονται ενεργά στη δραστηριότητα και πιθανώς να οδηγούν σε αυξημένη μάθηση. 2.5 ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ Η ραγδαία εξέλιξη των απαιτήσεων της κοινωνίας καθώς και των τεχνολογικών εξελίξεων, καθιστά την υπολογιστική σκέψη θεμελιώδες εφόδιο για τον σύγχρονο άνθρωπο. Η προσέγγιση αυτή δεν μπορεί να αφήσει αδιάφορο τον χώρο της εκπαίδευσης, ο οποίος θα κληθεί να ενσωματώσει τη νέα αυτή αντίληψη στην εκπαιδευτική διαδικασία, με σκοπό την καλύτερη προετοιμασία των μαθητών. Στην Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, οι ικανότητες που συμπεριλαμβάνονται στην υπολογιστική σκέψη μπορούν να καλλιεργηθούν και να ενισχυθούν σε όλα τα γνωστικά αντικείμενα. Ζωτικής σημασίας στην προσπάθεια αυτή, θεωρείται η συνεργασία της εκπαιδευτικής κοινότητας με την επιστημονική κοινότητα της Επιστήμης των Υπολογιστών. Η σημερινή εποχή χαρακτηρίζεται από την ιδιαίτερα μεγάλη ανάπτυξη των τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνιών. Η ραγδαία εξέλιξη των υπολογιστών, ειδικά σε ότι αφορά την απόδοση και τη λειτουργικότητα του υλικού αλλά και του λογισμικού, οδήγησε σε νέες περιοχές εφαρμογών και τρόπους αξιοποίησής τους, με σκοπό την παροχή ασφαλέστερων και 28 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ αποδοτικότερων συστημάτων υποστήριξης της ανθρώπινης δραστηριότητας. Παράλληλα όμως, η αύξηση της πολυπλοκότητας από την εισαγωγή εξελιγμένης τεχνολογίας σε ευρείας κλίμακας αυτοματοποιημένα συστήματα κάνει αναγκαία τη χρήση εργαλείων βασισμένων σε υπολογιστές για την υποστήριξη των διαδικασιών σχεδιασμού, υλοποίησης, ελέγχου, επίβλεψης και διάγνωσης αυτών των συστημάτων. Για να μπορεί ένα άτομο να χρησιμοποιήσει τέτοιου είδους εργαλεία, να σχεδιάσει συστήματα, να προβλέψει τη συμπεριφορά των συστημάτων και να τα μοντελοποιήσει, θα πρέπει να διαθέτει ικανότητες όπως η υπολογιστική σκέψη (Wing, 2006; Denning, 2009; Henderson, 2009). Η υπολογιστική σκέψη στην δεκαετία 50'-60' ήταν γνωστή ως αλγοριθμική σκέψη και σήμαινε έναν προσανατολισμό του νου στην διατύπωση προβλημάτων, όπως μετατροπές των τιμών μιας εισόδου σε μια έξοδο και στην αναζήτηση κατάλληλων αλγορίθμων για την εκτέλεση αυτών των μετατροπών. Στις μέρες μας, ο όρος έχει επεκταθεί και συμπεριλαμβάνει την σκέψη σε πολλαπλά επίπεδα αφαίρεσης, τη χρήση μαθηματικών για την ανάπτυξη αλγορίθμων και εξετάζει πόσο καλά μια λύση κλιμακώνεται ανάμεσα σε διαφορετικά προβλήματα. Ο όρος «υπολογιστική σκέψη» είναι στο επίκεντρο των πρόσφατων προσπαθειών για να περιγράψει και να προωθήσει νέους τρόπους σκέψης στην ψηφιακή εποχή. Ο όρος υπολογιστική σκέψη επινοήθηκε από την Jeannette Wing το 2006 για να περιγράψει ένα σύνολο από μοτίβα σκέψης που περιέχουν αποτελεσματικά και συστηματικά επεξεργασία πληροφοριών με ή χωρίς υπολογιστή (Allan et al., 2006). Η υπολογιστική σκέψη περιλαμβάνει μία γκάμα νοητικών εργαλείων που αντικατοπτρίζουν το εύρος του πεδίου της επιστήμης των υπολογιστών (Wing, 2006). Σύμφωνα με την Wing, η υπολογιστική σκέψη περιλαμβάνει το σχεδιασμό συστημάτων, την επίλυση προβλημάτων και την κατανόηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς αντλώντας από τις βασικές έννοιες της επιστήμης των υπολογιστών. Αναφέρεται σε ένα σύνολο δεξιοτήτων για όλους, όχι μόνο για τους επιστήμονες της πληροφορικής. Όσον αφορά τις ικανότητες του κάθε παιδιού στη γραφή, την ανάγνωση και την αριθμητική θα πρέπει να προσθέσουμε και την υπολογιστική σκέψη. Όπως η τυπογραφία διευκόλυνε την εξάπλωση της ανάγνωσης, της γραφής και της αριθμητικής, έτσι και οι υπολογιστές διευκολύνουν την εξάπλωση της υπολογιστικής σκέψης (Wing, 2006). Η υπολογιστική σκέψη, σύμφωνα με τους Barr και Stephenson είναι μια προσέγγιση για την επίλυση των προβλημάτων κατά τρόπο που μπορεί να υλοποιηθεί με έναν υπολογιστή. Οι μαθητές δεν γίνονται μόνο χρήστες εργαλείων, αλλά και κατασκευαστές αυτών. Χρησιμοποιούν μια σειρά από έννοιες, όπως η αφαίρεση, η αναδρομή και η ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 29

30 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ επανάληψη, για την επεξεργασία και ανάλυση των δεδομένων και δημιουργούν πραγματικά και εικονικά αντικείμενα (Barr & Stephenson, 2011). Κατά την Bers, η υπολογιστική σκέψη είναι ένα είδος αναλυτικής σκέψης που σχετίζεται, αλλά δεν ταυτίζεται με την μαθηματική σκέψη (π.χ. επίλυση προβλημάτων), τη μηχανική σκέψη (το σχεδιασμό και την αξιολόγηση των διαδικασιών), και την επιστημονική σκέψη (συστηματική ανάλυση). Η υπολογιστική σκέψη είναι το να κρίνει κανείς ένα πρόγραμμα όχι μόνο για την αποτελεσματικότητά του και την ορθότητα και την αλλά και για την αισθητική του, και το σχεδιασμό ενός συστήματος για την κομψότητά και την απλότητα του. Ο όρος αναπτύχθηκε από την πρωτοποριακή εργασία του Papert και των συνεργατών του σε βασισμένα στη σχεδίαση, εποικοδομικά, προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Αναφέρεται σε αλγοριθμικούς τρόπους επίλυσης των προβλημάτων και στην απόκτηση τεχνολογικής ευχέρειας-ικανότητας (Papert, 1980, 1993; Bers, 2005) H επιρροής της υπολογιστικής σκέψης σε άλλες επιστήμες είναι σε όλους μας γνωστή. Για παράδειγμα, η επιστήμη της στατιστικής έχει μεταμορφωθεί. Η επιστήμη αυτή χρησιμοποιείται σε προβλήματα τέτοιας κλίμακας, όσον αφορά τις διαστάσεις και τα μεγέθη των δεδομένων, που κανείς δεν θα το φανταζόταν μερικά χρόνια πριν. Οι σχολές επιστήμης υπολογιστών αγκαλιάζουν νέα ή υπάρχοντα τμήματα στατιστικής. Τα τμήματα στατιστικής σε όλους τους οργανισμούς προσλαμβάνουν επιστήμονες υπολογιστών. Το πρόσφατο ενδιαφέρον των επιστημόνων της πληροφορικής για τη βιολογία προκύπτει από την πεποίθησή τους ότι οι βιολόγοι μπορούν να ωφεληθούν από την υπολογιστική σκέψη. Η προσφορά της επιστήμης των υπολογιστών στη βιολογία ξεπερνά την ικανότητα αναζήτησης μέσα σε αχανή δεδομένα ψάχνοντας για μοτίβα. Η υπολογιστική βιολογία αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο οι βιολόγοι σκέφτονται. Παρόμοια, η υπολογιστική θεωρία των παιγνίων αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο σκέφτονται οι οικονομολόγοι, οι νανοϋπολογιστές τον τρόπο με τον οποίο σκέφτονται οι χημικοί, και οι κβαντικοί υπολογιστές τον τρόπο με τον οποίο σκέφτονται οι φυσικοί. Ο πανταχού παρών υπολογιστής είναι ένα όνειρο του χτες που έγινε πραγματικότητα σήμερα. H υπολογιστική σκέψη είναι η πραγματικότητα του αύριο. Jeannette Wing. Ουσιαστικά η Υπολογιστική Σκέψη είναι ένα υβρίδιο από άλλους τρόπους σκέψης όπως η αφηρημένη σκέψη, η λογική σκέψη, η σκέψη μοντελοποίησης και η εποικοδομητική σκέψη. Η επιστήμη των υπολογιστών είναι η μελέτη του υπολογισμού τι μπορεί να υπολογιστεί και πώς να το υπολογίσουμε. Η υπολογιστική σκέψη κατά την Wing έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: 30 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ Σύλληψη εννοιών και όχι προγραμματισμός. Η επιστήμη των υπολογιστών δεν είναι ο προγραμματισμός. Το να σκέφτεται κανείς σαν επιστήμονας της πληροφορικής σημαίνει περισσότερα από το να είναι ικανός να προγραμματίσει τον υπολογιστή. Απαιτεί σκέψη σε πολλαπλά επίπεδα αφαίρεσης. Ένας τρόπος σκέψης ανθρώπων, όχι υπολογιστών. Η υπολογιστική σκέψη είναι ένας τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι λύνουν προβλήματα, δεν είναι το να κάνουμε τους ανθρώπους να σκέφτονται σαν υπολογιστές. Εμείς οι άνθρωποι κάνουμε τους υπολογιστές ενδιαφέροντες. Οι υπολογιστές είναι βαρετοί, οι άνθρωποι είναι έξυπνοι και δημιουργικοί. Εφοδιασμένοι με υπολογιστικές συσκευές, χρησιμοποιούμε την εξυπνάδα μας για να αντιμετωπίσουμε προβλήματα που δεν θα τολμούσαμε να αναλάβουμε πριν την εποχή της πληροφορικής και να χτίσουμε συστήματα που το μόνο που τα περιορίζει είναι η φαντασία μας. Θεμελιώδης δεξιότητα, όχι δεξιότητα ρουτίνας. Θεμελιώδης χαρακτηρίζεται μια δεξιότητα που κάθε άνθρωπος πρέπει να κατέχει στη σημερινή κοινωνία. Η λέξη ρουτίνα σημαίνει μια μηχανική λειτουργία. Ειρωνικά, η ανθρώπινη σκέψη δεν θα είναι ρουτίνα μέχρι η επιστήμη των υπολογιστών να επιλύσει όλες τις μεγάλες προκλήσεις της τεχνητής νοημοσύνης και να κάνει τους υπολογιστές να σκέφτονται σαν άνθρωποι. Ιδέες, όχι αντικείμενα. Δεν είναι μόνο τα αντικείμενα υλικού και λογισμικού που παράγουμε αυτά που είναι πανταχού παρόντα και επηρεάζουν τη ζωή μας συνεχώς, θα είναι και οι υπολογιστικές έννοιες που χρησιμοποιούμε για να προσεγγίσουμε και να επιλύσουμε προβλήματα, να διαχειριστούμε την καθημερινή μας ζωή, να επικοινωνήσουμε και να αλληλεπιδράσουμε με άλλους ανθρώπους. Συμπληρώνει και συνδυάζει τη μαθηματική σκέψη με τη σκέψη του μηχανικού. Η επιστήμη των υπολογιστών, από τη φύση της αντλεί από τη μαθηματική σκέψη, αφού όπως όλες οι επιστήμες, τα τυπικά της θεμέλια βασίζονται στα μαθηματικά. Η επιστήμη των υπολογιστών, από τη φύση της αντλεί από τη σκέψη του μηχανικού, δεδομένου ότι κατασκευάζουμε συστήματα που αλληλεπιδρούν με τον πραγματικό κόσμο. Οι περιορισμοί της υπάρχουσας υπολογιστικής συσκευής αναγκάζουν τους επιστήμονες υπολογιστών να σκεφτούν υπολογιστικά, όχι μόνο μαθηματικά. Όντας ελεύθεροι να χτίσουμε ιδεατούς κόσμους μπορούμε να κατασκευάσουμε συστήματα πέρα από τον φυσικό κόσμο. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 31

32 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ Η υπολογιστική σκέψη είναι η νέα παιδεία του 21ου αιώνα. Κατά την επικοινωνία με άτομα που δεν εργάζονται στον τομέα της πληροφορικής, είναι σημαντικό να τονίσουμε τον πιθανό θετικό αντίκτυπο της εφαρμογής της υπολογιστικής σκέψης. Η Υπολογιστική σκέψη για όλους σημαίνει ότι θα είναι σε θέση να: 1. Ανακαλύπτουν νέους τρόπους για να αντιμετωπίζουν τα υπάρχοντα προβλήματα καθώς και να δείχνουν επιμονή σε απαιτητικά προβλήματα. 2. Κατανοούν ποιες είναι οι πτυχές ενός προβλήματος που επιδέχονται υπολογισμούς. 3. Υπογραμμίζουν τη δημιουργία γνώσης αντί της χρησιμοποίησης πληροφοριών. 4. Παρουσιάζουν τις δυνατότητες για δημιουργική επίλυση προβλημάτων και να έχουν αυτοπεποίθηση κατά την εμπλοκή σε πολύπλοκα προβλήματα. (Weintrop et al., 2015). 5. Εφαρμόζουν υπολογιστικές στρατηγικές, όπως διαίρει και βασίλευε σε κάθε τομέα. (Wing, 2010). 6. Προχωρούν σε καινοτόμες λύσεις στα προβλήματα που αντιμετωπίζουν. (Settle & Perkovic, 2010). 7. Εφαρμόζουν ή να προσαρμόζουν ένα υπολογιστικό εργαλείο ή τεχνική για μια νέα χρήση. 8. Αναγνωρίζουν την ευκαιρία να χρησιμοποιήσουν τον υπολογισμό σε ένα νέο τομέα. Η Υπολογιστική σκέψη για τους επιστήμονες, μηχανικούς και άλλους επαγγελματίες σημαίνει περαιτέρω να είναι σε θέση να: 1. Εφαρμόζουν νέες υπολογιστικές μεθόδους στα προβλήματά τους. 2. Αναδιατυπώνουν τα προβλήματα, ώστε να επιδέχονται υπολογιστικές στρατηγικές 3. Αντιμετωπίζουν πιο εύκολα υπολογιστικά κάποιες ερωτήσεις. 4. Εξηγούν προβλήματα και λύσεις με υπολογιστικούς όρους. (Wing, 2010) Είναι λοιπόν σαφές, σύμφωνα με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, ότι η Υπολογιστική Σκέψη πρέπει να αναπτυχθεί σε πρώιμο ηλικιακό στάδιο του ανθρώπου. 32 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ 2.6 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ Βήματα και στρατηγικές για την ανάπτυξη και την ενίσχυση της Υπολογιστικής Σκέψης είναι ο σχεδιασμός λύσεων σε προβλήματα μέσω της αφαίρεσης, της αυτοματοποίησης, της συλλογής και της ανάλυσης δεδομένων, της δημιουργίας αλγορίθμων. Ακόμη, είναι η εφαρμογή σχεδίων έτσι ώστε ανάλογα με την κάθε περίπτωση, να γίνεται ο κατάλληλος προγραμματισμός. Επίσης είναι οι δοκιμές και ο εντοπισμός σφαλμάτων καθώς και η χρήση μοντέλων, προσομοιώσεων και ανάλυσης συστημάτων. Στρατηγική είναι και η επικοινωνία, η χρήση λεξιλογίου, η εξερεύνηση, η δημιουργικότητα, η καινοτομία, η αναγνώριση της αφαίρεσης και η μετακίνηση ανάμεσα στα επίπεδα της, η επίλυση προβλημάτων μέσα σε ομάδες. Αναλυτικότερα, ειδικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην υπολογιστική σκέψη είναι: Η Τμηματοποίηση Τμηματοποίηση είναι η ικανότητα να σπάσουμε ένα πρόβλημα σε μικρότερα κομμάτια έτσι ώστε να μπορέσουμε να το εξηγήσουμε με σαφήνεια είτε σε ένα άλλο άτομο είτε στον εαυτό μας. H Γενίκευση και η Αφαίρεση Η ικανότητα να φιλτράρουμε τις πληροφορίες που δεν είναι απαραίτητες για την επίλυση ενός συγκεκριμένου τύπου του προβλήματος και να γενικεύσουμε τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες. Η Γενίκευση προτύπων και η αφαίρεση μας επιτρέπουν να αναπτύξουμε μια ιδέα ή μια διαδικασία σε γενικές γραμμές, έτσι ώστε να μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για την επίλυση άλλων προβλημάτων που είναι της ίδιας φύσης. Ο Αλγόριθμος Η ικανότητα να αναπτύξουμε βήμα-προς-βήμα τη στρατηγική για την επίλυση ενός προβλήματος. Ο σχεδιασμός ενός αλγόριθμου βασίζεται συχνά στην αποσύνθεση ενός προβλήματος και στον προσδιορισμό μοτίβων που συμβάλλουν στην επίλυση του προβλήματος. Στην επιστήμη των υπολογιστών, καθώς και στα μαθηματικά, οι αλγόριθμοι γράφονται συχνά αφηρημένα, χρησιμοποιώντας μεταβλητές στη θέση συγκεκριμένων αριθμών. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 33

34 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ 2.7 Η ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Τα τελευταία χρόνια στο εξωτερικό ο τομέας της εκπαίδευσης έχει αρχίσει να ενδιαφέρεται για την ανάπτυξη κατάλληλων διδακτικών και παιδαγωγικών στρατηγικών ενσωμάτωσης διαδικασιών καλλιέργειας και ανάπτυξης της Υπολογιστικής Σκέψης στο εκπαιδευτικό σύστημα (Brennan et al., 2012), (Yadav et al., 2011), (Barr et al., 2011), (Lee et al., 2011), (Lu et al., 2009). Ο λόγος για τον οποίο θα πρέπει να ενσωματωθεί η υπολογιστική σκέψη στην εκπαίδευση σύμφωνα με την διατύπωση του Karl Fisch είναι ότι «Σήμερα προετοιμάζουμε μαθητές για θέσεις που δεν υπάρχουν ακόμη, για χρήση τεχνολογιών που δεν έχουν ακόμα εφευρεθεί, προκειμένου να είναι ικανοί στο μέλλον να επιλύσουν προβλήματα που δεν γνωρίζουμε ακόμη ποια θα είναι αυτά». Για την ανάπτυξη της υπολογιστικής σκέψης στην εκπαίδευση θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι εξής παράγοντες: Η μεθοδολογία που θα χρησιμοποιηθεί Το πλαίσιο μέσα στο οποίο θα αναπτυχθεί Η αξιολόγηση Οι έννοιες οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν Οι στόχοι που θα τεθούν Πως θα γίνει η εφαρμογή Η υπολογιστική σκέψη πρέπει να αποτελεί για τους μαθητές μια νέα φιλοσοφία προσέγγισης όχι μόνο της επίλυσης των επιστημονικών προβλημάτων αλλά και των προκλήσεων της καθημερινότητάς τους (Yadav et al., 2011). Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να εφαρμόζουν τις διαδικασίες ελέγχου και εκσφαλμάτωσης, γνωστές και οικείες σε αυτούς από τον χώρο του προγραμματισμού, όχι μόνο στην προσπάθειά τους να εντοπίσουν και να διορθώσουν τα συντακτικά λάθη των προγραμμάτων τους, αλλά και στην προσπάθειά τους να αντιμετωπίσουν καθημερινά προβλήματα. Τα ημιδομημένα προβλήματα, η πολυπλοκότητα της λύσης και η εύρεση της βέλτιστης λύσης απαντώνται σε όλες τις εκφάνσεις της καθημερινής ζωής και μαθητές με ενισχυμένες τις ικανότητες της υπολογιστικής σκέψης ξεκινούν την σταδιοδρομία τους σε επαγγελματικό και προσωπικό επίπεδο με ένα σημαντικό προβάδισμα. Οι έννοιες και οι ικανότητες που συμπεριλαμβάνονται στην υπολογιστική σκέψη μπορούν να καλλιεργηθούν και να ενισχυθούν σε όλα τα γνωστικά αντικείμενα μέσω κατάλληλων μεθόδων και τρόπων 34 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ διδασκαλίας (Barr et al., 2011). Η ανάλυση, συλλογή και αναπαράσταση δεδομένων, η διάσπαση του προβλήματος σε υποπροβλήματα, οι αλγόριθμοι και οι διαδικασίες, η αφαίρεση, η αυτοματοποίηση και η προσομοίωση ενσωματώνονται και σε άλλα επιστημονικά πεδία πέραν αυτού της Πληροφορικής. Παραδείγματος χάριν, κάθε φορά που ζητείται από τους μαθητές στα μαθήματα Γλώσσας να γράψουν μια ιστορία χρησιμοποιώντας αλληγορίες και παρομοιώσεις ή να κατασκευάσουν ένα μοντέλο για ένα φυσικό φαινόμενο στα μαθήματα των Φυσικών Επιστημών ή να συνοψίσουν και να εξάγουν συμπεράσματα από γεγονότα στα μαθήματα των Κοινωνικών Επιστημών τους δίνεται η δυνατότητα να ασκήσουν και να αναπτύξουν την αφαιρετική τους ικανότητα σε πολλαπλά επίπεδα. Πιο συγκεκριμένα, στο χώρο της Πληροφορικής οι μαθητές μπορούν να αναπτύξουν τους βασικούς τομείς της υπολογιστικής σκέψης συμμετέχοντας ενεργά σε αυθεντικές, διερευνητικές, ομαδοσυνεργατικές δραστηριότητες, που έχουν νόημα για τους ίδιους, αξιοποιούν το γνωστικοπολιτιστικό τους υπόβαθρο και εστιάζονται στην μοντελοποίηση, στην προσομοίωση, στην ρομποτική καθώς και στην ανάπτυξη και στον σχεδιασμό αλληλεπιδραστικών πολυμέσων (Lee et al., 2011; Brennan et al., 2012). Δραστηριότητες που επικεντρώνονται στη διαδικασία της σκέψης και της μάθησης και δίνουν βαρύτητα όχι στο τι μαθαίνουν οι μαθητές αλλά πως μαθαίνουν, μετατρέπουν τους μαθητές από χρήστες και καταναλωτές της τεχνολογίας σε δημιουργούς και αυτό-εκφραστές. Η προσέγγιση αυτή (βασισμένη στον εποικοδομισμό) αντιμετωπίζει την τεχνολογία ως μέσο ανάπτυξης και ενίσχυσης της Υπολογιστικής Σκέψης (Κοτίνη & Τζελέπη, 2010). 2.8 ΕΡΕΥΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ Παρακάτω παρατίθενται διάφορες έρευνες που έχουν διεξαχθεί σχετικά με την υπολογιστική σκέψη στη μάθηση: 1. The TangibleK Robotics Program: Applied Computational Thinking for Young Children Στο άρθρο της Bers το 2010 γίνεται αναφορά στο πρόγραμμα ρομποτικής TangibleK για μικρά παιδιά, το οποίο χρησιμοποιεί τη ρομποτική ως ένα εργαλείο που εμπλέκει τα παιδιά στην ανάπτυξη υπολογιστικής σκέψης και μαθαίνει σ' αυτά τη διαδικασία της μηχανικής σχεδίασης. Η έρευνα εφαρμόστηκε στις τάξεις νηπιαγωγείου, πιλοτικά και διήρκησε πάνω από δέκα χρόνια. Το πρόγραμμα περιλάμβανε 20 ώρες μαθήματος χωρισμένες σε 6 συνεδρίες. Μετά από τις έξι συνεδρίες, η τάξη έπρεπε να δημιουργήσει ένα τελικό σχέδιο (π.χ. ρομποτική πόλη). Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι μέσα από την διαδικασία του σχεδιασμού και της διόρθωσης σφαλμάτων των προγραμμάτων, τα παιδιά αναπτύσσουν ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 35

36 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ όχι μόνο υπολογιστική σκέψη, αλλά και μια μεταγνωστική προσέγγιση για την επίλυση προβλημάτων και για τη μάθηση. Δεν είναι όμως ακόμα αρκετά γνωστός ο τρόπος εργασίας και το πώς οι νέες τεχνολογίες θα μπορέσουν να προωθήσουν την υπολογιστική σκέψη στα μικρά παιδιά. Η εμπειρία με το πρόγραμμα TangibleK δείχνει ότι τα μικρά παιδιά μπορούν να συμμετάσχουν ενεργά στις δραστηριότητες του προγραμματισμού και της ρομποτικής δεδομένου των τεχνολογιών της κατάλληλης ηλικίας και του προγράμματος σπουδών (Bers, 2010). 2. Scalable Game Design and the Development of a Checklist for Getting Computational Thinking into Public Schools Στην παρούσα μελέτη οι Repenning, Webb, και Ioannidou. το 2010 διερευνούν νέες στρατηγικές για το πώς θα αναβαθμίσουν τα υποχρεωτικά προγράμματα σπουδών των δημόσιων σχολείων μέσα από προσεγγίσεις για σχεδιασμό παιχνιδιού. Το έργο είχε διάρκεια τριών ετών. Συμμετείχαν πάνω από 2000 μαθητές από απομακρυσμένες αγροτικές περιοχές και κοινότητες Ιθαγενών της Αμερικής από τη νότια Ντακότα στο βόρειο Κολοράντο. Στόχος της μελέτης ήταν να διερευνηθεί το κατά πόσον είναι δυνατόν να εισαχθεί η υπολογιστική σκέψη σε μαθητές γυμνασίου μέσω του σχεδιασμού ενός παιχνιδιού. Με βάση τα αποτελέσματα, οι μαθητές οι οποίοι συνήθως δεν έδειχναν ιδιαίτερη διάθεση να ασχοληθούν με εργασίες, έδειξαν έντονο ενδιαφέρον και συμμετείχαν ενεργά. Επίσης, φάνηκε να κατανόησαν κάποιες έννοιες οι οποίες στο παρελθόν τους δυσκόλευαν. Η συγκεκριμένη μελέτη που παρουσιάζεται στο άρθρο αυτό, αποτελεί ένα πρώιμο πλαίσιο για την εισαγωγή της επιστήμης των υπολογιστών και της υπολογιστικής σκέψης στο κανονικό σχολικό πρόγραμμα (Repenning et al., 2010). 3. Initial Experience with a Computational Thinking Course for Computer Science Students Η μελέτη των Kafura και Tatar το 2011 εστιάζει στην προώθηση της έγκαιρης και βαθύτερης κατανόησης των βασικών εννοιών της υπολογιστικής σκέψης σε φοιτητές που ενδιαφέρονται για την επιστήμη των υπολογιστών ως ένα πιθανό αντικείμενο μελέτης τους. Στην έρευνα συμμετείχαν 15 σπουδαστές τριτοβάθμιας εκπαίδευσης, οι οποίοι βρισκόταν στο 2ο εξάμηνο σπουδών τους στο τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια. Η μελέτη διήρκησε 15 εβδομάδες και οι φοιτητές εργάστηκαν συνεργατικά σε ομάδες. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι μέσα από την μελέτη, δόθηκε η δυνατότητα στους μαθητές να αποκτήσουν μαθησιακές εμπειρίες σχετικά με μια ποικιλία από σημαντικές έννοιες πληροφορικής χρησιμοποιώντας όχι τον προγραμματισμό, αλλά διάφορα εργαλεία και προσομοίωση. Τους προσέφερε καλύτερη κατανόηση των εννοιών που είχαν ήδη μάθει 36 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΣΚΕΨΗ αλλά και μια σειρά από νέες έννοιες. Τέλος, μια ισχυρή πλειοψηφία των μαθητών ανέφεραν ότι το μάθημα βελτίωσε το λεξιλόγιό τους στο τεχνικό κομμάτι (Kafura & Tatar, 2011). 4. The Fairy Performance Assessment: Measuring Computational Thinking in Middle School Οι Werner, Denner, Campe και Kawamoto το 2012 πραγματοποίησαν μια έρευνα, σε επτά δημόσια σχολεία της Καλιφόρνιας που διήρκησε πάνω από δύο χρόνια. Στην έρευνα αυτή, συμμετείχαν εθελοντικά 325 μαθητές γυμνασίου. Το 1ο έτος, συμμετείχαν 78 μαθητές σε τάξεις εκτός του σχολικού ωραρίου. Από το 2ο έτος, συμμετείχαν 37 μετά το σχολείο και 196 σε μαθήματα επιλογής. Οι τάξεις επιλέχθηκαν τυχαία είτε σε ατομική βάση, ή σε ζευγάρια, με βάση μια έρευνα που δείχνει ότι ο προγραμματισμός με έναν εταίρο είναι πιο αποδοτικός (Werner et al., 2004). Για τις ανάγκες της έρευνας χρησιμοποιήθηκε το εκπαιδευτικό εργαλείο Storytelling Alice τον πρώτο χρόνο το και το Alice 2.2 τον δεύτερο. Στόχος της έρευνάς τους ήταν να αναπτύξουν και να δοκιμάσουν μια αξιολόγηση των επιδόσεων της υπολογιστικής σκέψης για μαθητές γυμνασίου, ώστε να μπορέσουν να αντιληφθούν γιατί υπάρχει διαφοροποίηση ανάμεσα στους μαθητές. Απώτερος σκοπός της έρευνας ήταν να αναπτυχθούν και να ενισχυθούν οι προσπάθειες για να εμπλακούν οι μαθητές ηλικίας Κ-12 με την υπολογιστική σκέψη. Συγκεκριμένα, εστίασαν στην αλγοριθμική σκέψη, στην αποτελεσματική χρήση της αφαίρεσης και της μοντελοποίησης. Οι προκλήσεις για τους μαθητές ήταν να κατανοήσουν τα γεγονότα, να αναγνωρίσουν το ελαττωματικό συμβάν, να σκεφτούν αλγοριθμικά, να διορθώσουν την ελαττωματική μέθοδο. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι η επίδοση των φοιτητών ήταν υψηλότερη στην εργασία, που μετρά την κατανόηση, και χαμηλότερη στην εργασία, που μετρά την κατανόηση, το σχεδιασμό, και την επίλυση σύνθετων προβλημάτων χρησιμοποιώντας αποσφαλμάτωση. Επίσης, κατέληξαν ότι είναι πιο αποδοτική η συνεργασία σε ζευγάρια για την εμπλοκή των μαθητών στην υπολογιστική σκέψη (Werner et al., 2012). 5. Computational Thinking and tinkering: Exploration of an early childhood robotics curriculum Στην έρευνα των Bers, Flannery, Kazakoff και Sullivan το 2013, έλαβαν μέρος 53 παιδιά, ηλικίας 4 έως 6 ετών και συγκεκριμένα 3 τάξεις νηπιαγωγείου, τα οποία εκτέθηκαν σε έννοιες προγραμματισμού υπολογιστών, ώστε να εξερευνηθούν τα μαθησιακά αποτελέσματα. Χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα ρομποτικής TangibleK, σε συνδυασμό με ένα αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών που σχεδιάστηκε για να εμπλέκει τα παιδιά του νηπιαγωγείου, στην εκμάθηση της υπολογιστικής σκέψης, της ρομποτικής, του προγραμματισμού και της επίλυσης προβλημάτων. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας τόνισαν τα δυνατά σημεία του ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 37

38 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ αναλυτικού προγράμματος σπουδών και τις περιοχές που θεωρείται απαραίτητος περαιτέρω ανασχεδιασμός του προγράμματος σπουδών και των τεχνολογιών. Συνολικά, η έρευνα έδειξε ότι οι μαθητές νηπιαγωγείου και ενδιαφέρονταν αλλά και ήταν ικανοί να μάθουν πολλές έννοιες ρομποτικής, προγραμματισμού και υπολογιστικής σκέψης, με το σχεδιασμό του αναλυτικού προγράμματος βασισμένου στο πρόγραμμα TangibleK. Όταν λοιπόν προσφέρονται τεχνολογίες κατάλληλες για την εκάστοτε ηλικία, το αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών και τις παιδαγωγικές προσεγγίσεις, τα μικρά παιδιά μπορούν ενεργά να συμμετέχουν στη μάθηση του προγραμματισμού υπολογιστών, όπως εφαρμόζεται στον τομέα της ρομποτικής. Έτσι, μπορούν στη συνέχεια να κάνουν τα πρώτα τους βήματα στην ανάπτυξη της υπολογιστικής σκέψης. 2.9 ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Από τις έρευνες που παρουσιάσαμε παραπάνω, παρατηρούμε ότι δεν υπάρχει ένα ξεκάθαρο μοτίβο με το οποίο μπορούν οι μαθητές να αναπτύξουν δεξιότητες υπολογιστικής σκέψης. Επίσης, η βιβλιογραφία που ασχολείται με την υπολογιστική σκέψη και τη χρήση απτικών διεπαφών ως εργαλείο ανάπτυξης της, δεν είναι πλούσια μέχρι στιγμής. Για τον λόγο αυτό, τα ερευνητικά ερωτήματα που προέκυψαν και πρόκειται να απαντηθούν είναι τα εξής: 1. Ενισχύουν οι δραστηριότητες βασισμένες σε απτικές διεπαφές την ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης των μαθητών; 2. Δημιουργείται ευνοϊκότερο περιβάλλον ανάπτυξης της υπολογιστικής σκέψης των μαθητών με χρήση απτικών διεπαφών ή γραφικών διεπαφών; 3. Σχετίζεται ο χρόνος ενασχόλησης ή μη των μαθητών με τις δραστηριότητες, με την ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης; 38 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

40

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ 3.1 ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΕΡΕΥΝΩΝ Κάποιοι ερευνητές, οι οποίοι ασχολήθηκαν με την χρήση απτικών διεπαφών από παιδιά, χρησιμοποίησαν στις μελέτες τους ως μέθοδο συλλογής δεδομένων την τεχνική ανάλυσης βίντεο, τεχνική η οποία εφαρμόζεται και στην έρευνα αυτή. Παρακάτω αναλύεται η μεθοδολογία που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές σε κάθε τους μελέτη. 1 η έρευνα Στο άρθρο της Alissa Antle, (Alissa Anlte, 2013) με τίτλο: Exploring how children use their hands to think: an embodied interactional analysis, παρουσιάζεται μια εξερευνητική μελέτη, η οποία ερευνά τα οφέλη διαφορετικών έμπρακτων στυλ αλληλεπίδρασης (φυσική, γραφική, απτική διεπαφή) για την επίλυση ενός γεωχωρικού προβλήματος (παιχνίδι συναρμολογήσεως-jigsaw παζλ). Στην έρευνα συμμετείχαν 132 παιδιά, ηλικίας 7 έως 10 ετών, τα οποία εργάστηκαν σε ζεύγη, ενώ 40 από αυτά συμμετείχαν στην ανάλυση βίντεο. Ερευνητικός στόχος της μελέτης ήταν να κατανοηθεί ο ρόλος που παίζουν τα χέρια στη σκέψη, κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης. Επιπλέον, να κατανοηθούν καλύτερα οι μηχανισμοί και τα οφέλη των διαφορετικών τύπων αλληλεπίδρασης. Για τους σκοπούς της έρευνας, σχεδιάστηκε μια μεθοδολογία ανάλυσης βίντεο, βασισμένη στην οπτική της ενσώματης νοημοσύνης. 1) Συγκεκριμένα αξιοποιήθηκε η θεωρία των «συμπληρωματικών δράσεων», για να αναπτυχθούν δραστηριότητες μέσα στην τάξη πάνω στην χρήση των χεριών. (Η θεωρία αυτή αναφέρεται στην κάθε οργανωτική δραστηριότητα που προσλαμβάνει εξωτερικά στοιχεία, όπως δάχτυλα, χέρια, μολύβι και χαρτί, αριθμομηχανές, για την μείωση του γνωστικού φόρτου). 2) Ταξινομήθηκαν οι δραστηριότητες των χεριών με βάση το ρόλο ή τη λειτουργία που ο χειρισμός του αντικειμένου έχει στην επίλυση του προβλήματος. 3) Διαβαθμίστηκαν οι δραστηριότητες με τη χρήση των χεριών για να γίνει κατανοητή η μέση διάρκεια και η συχνότητα για κάθε κατηγορία δραστηριότητας. Επιπλέον, εξετάστηκαν οι χρονικές ακολουθίες γεγονότων για να γίνει αντιληπτό πώς τα μοτίβα αλληλεπίδρασης αλλάζουν μέσω συνεδριών επίλυσης προβλημάτων. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

42 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ Η ερευνήτρια συνέλεξε ποιοτικά και ποσοτικά δεδομένα, τα οποία προέκυψαν μέσω της παρατήρησης του κάθε παιδιού ξεχωριστά και αφορούν τα εξής: Την παρατήρηση της δράσης των χεριών των παιδιών, η οποία διακρίνεται σε 1) άμεση τοποθέτηση, δηλαδή την τοποθέτηση ενός κομματιού παζλ στη θέση του χωρίς δισταγμό, ενώ το βλέμμα ακολουθεί αυτή την πορεία. 2) έμμεση τοποθέτηση, κατά την οποία το παιδί επεξεργάζεται το πού θα τοποθετήσει ένα κομμάτι του παζλ, καταβάλλοντας παραπάνω νοητική προσπάθεια και εμπλέκοντας ένα τύπο συμπληρωματικών δράσεων. 3) εξερευνητική δράση, σύμφωνα με την οποία το παιδί μετακινεί ένα κομμάτι του παζλ αλλά δεν το τοποθετεί σωστά, εμπλέκοντας και πάλι έναν άλλο τύπο συμπληρωματικών δράσεων. Την παρατήρηση δράσεων (ομιλιών ή χειρονομιών) των παιδιών, σχετικών με την δραστηριότητα. Την παρατήρηση δράσεων (ομιλιών ή χειρονομιών) των παιδιών, άσχετων με την δραστηριότητα. Αξιοποιώντας αυτή τη μεθοδολογία, ερευνήθηκαν οι ομοιότητες και οι διαφορές στα μοτίβα της παιδικής αλληλεπίδρασης που προέκυψαν όταν χρησιμοποίησαν διαφορετικούς τύπους αλληλεπίδρασης, για να λύσουν την ίδια γεωχωρική δραστηριότητα. 2 η έρευνα Άλλοι ερευνητές και συγκεκριμένα οι Amanda Strawhacker και η Marina Bers, (Strawhacker & Bers, 2014) στο άρθρο τους I want my robot to look for food: Comparing Kindergartner s programming comprehension using tangible, graphic, and hybrid user interfaces, επικεντρώθηκαν στην αναγνώριση των διαφορετικών μαθησιακών αποτελεσμάτων, ανάλογα με τον τύπο της διεπαφής προγραμματισμού και συγκεκριμένα την απτική, την γραφική και την υβριδική. (Η υβριδική είναι περιβάλλον διεπαφής στο οποίο οι χρήστες μπορούν να επιλέξουν και να αλλάζουν μεταξύ οθόνης υπολογιστή και απτικών εργαλείων για να ολοκληρώσουν τις ακολουθίες προγραμματισμού). Το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν 35 μαθητές νηπιαγωγείου, από 3 τμήματα, ηλικίας 5 έως 6 ετών, χωρίς προηγούμενη επαφή με το αντικείμενο, από τους οποίους ζητήθηκε να κατασκευάσουν ένα ρομποτικό ζώο και να το προγραμματίσουν ώστε να συμπεριφέρεται όπως θα συμπεριφερόταν στην πραγματική ζωή. Η εφαρμογή έγινε με τη χρήση του ρομποτικού εργαλείου LEGOWeDO και της γλώσσας ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ προγραμματισμού CHERP. Οι ερευνητές εξέτασαν απλές αλληλουχίες και προηγμένες, απλούς και προηγμένους βρόχους επανάληψης και κατασκευή προγράμματος. Όσον αφορά τη μέθοδο συλλογής δεδομένων, χρησιμοποιήθηκε η μεικτή μέθοδος συλλογής δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων ποιοτικών δεδομένων παρατήρησης από τις σχολικές τάξεις, όπως και ποσοτικών δεδομένων μέσω αξιολογήσεων των γνώσεων προγραμματισμού, τόσο κατά τη διάρκεια (mid-test) όσο και στο τέλος (post-test) της διαδικασίας. Αναλυτικά, συλλέχθηκαν ποιοτικά δεδομένα, μέσω εγγραφής βίντεο των παιδιών που εργάζονταν κατά τη διάρκεια του μαθήματος. Υπήρχε μία κάμερα για κάθε μικρή ομάδα μαθητών, για τα επτά από τα εννέα μαθήματα. Τα βίντεο κωδικοποιήθηκαν με τυχαία δειγματοληψία στιγμών των βίντεο, για να σημειωθεί το είδος της δραστηριότητας προγραμματισμού που κάθε παιδί έκανε σε κάθε δεδομένη στιγμή. Σχετικά με τα ποσοτικά δεδομένα, χρησιμοποιήθηκαν τεστ Solve-It (10 συνολικά για κάθε μαθητή, 5 στο mid-test και 5 στο post-test) από το DevTechResearchGroup, για την καταγραφή της μάθησης προγραμματιστικών εννοιών από τους μαθητές. 3 η έρευνα Οι Sarah AlSulaiman και Michael Horn (AlSulaiman & Horn, 2015) στο άρθρο τους με τίτλο: Peter the Fashionista? Computer Programming Games and Gender-oriented Cultural Forms, παρουσιάζουν την έρευνα τους για δύο παιχνίδια που σχεδιάστηκαν για να βοηθήσουν μαθητές δημοτικού και γυμνασίου να μάθουν έννοιες προγραμματισμού των υπολογιστών. Μεγάλη σημασία δόθηκε στο ρόλο που παίζει το φύλο στην κατανόηση εννοιών προγραμματισμού. Για το λόγο αυτό, το πρώτο παιχνίδι σχεδιάστηκε προκειμένου να προσελκύει το ενδιαφέρον των κοριτσιών κατά κύριο λόγο (Rosie the Fashionista) ενώ το δεύτερο (Build a House) σχεδιάστηκε χωρίς να είναι προσανατολισμένο σε κάποιο φύλο. Συνέλεξαν 70 συμμετέχοντες, ηλικίας 6 έως 11 ετών, για να μελετήσουνε τη σχέση μεταξύ παιχνιδιών, φύλου, απόψεων σχετικά με τον προγραμματισμό υπολογιστών και μάθησης. Ως μέθοδο συλλογής δεδομένων οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ερωτηματολόγια καθώς και τεστ πριν και μετά τις δραστηριότητες (pre-tests και post-tests), τα οποία εξέταζαν με κλίμακα Likert (5-point) τις προτιμήσεις και στάσεις των μαθητών απέναντι στον προγραμματισμό και στο παιχνίδι που έπαιξαν. Η μέτρηση των στάσεων των μαθητών αφορούσε αυτοπεποίθηση, ευχαρίστηση κατά τον προγραμματισμό, μελλοντικό ενδιαφέρον και συνάφεια του προγραμματισμού με τη ζωή των συμμετεχόντων. Επιπλέον, συλλέχθηκαν ποιοτικά δεδομένα με συνεντεύξεις με τυχαία επιλεγμένους συμμετέχοντες, προκειμένου να ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 43

44 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ κατανοήσουν πώς οι μαθητές αντιλήφθηκαν τα παιχνίδια σε σχέση με το φύλο τους. Μια ακόμη μέθοδος που εφάρμοσαν ήταν η παρατήρηση μέσω βίντεο, κατά την οποία οι ερευνητές κατέγραψαν την συμπεριφορά των παιδιών ως προς το ποντίκι και ως προς την μεταξύ τους συνεργασία. 4 η έρευνα Σε μία από τις έρευνες τους οι Sara Price και Carey Jewitt, (Sara Price, Carey Jewitt, 2013) και συγκεκριμένα στο άρθρο τους A multimodal approach to examining embodiment in tangible learning environments εξέτασαν την πολυτροπικότητα δηλαδή τον ρόλο της θέσης του σώματος, του βλέμματος, των χειρονομιών και της ομιλίας των μαθητών στη διαμόρφωση της αλληλεπίδρασης, χρησιμοποιώντας ένα απτικό αντικείμενο ειδικά σχεδιασμένο για την παρούσα μελέτη. Τα σημερινά εργαλεία είναι από τη φύση τους πολυτροπικά και λόγω των παραστατικών τους λεπτομερειών (π.χ. χρώμα) και λόγω των τρόπων αλληλεπίδρασης (π.χ. ομιλία). Ένα τέτοιο εργαλείο είναι και αυτό που σχεδιάστηκε για τις ανάγκες της παρούσας μελέτης. Πιο συγκεκριμένα, το «tabletop» που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από γυαλί που φωτίζεται από υπέρυθρα LEDs, ενώ ως συσκευές εισόδου της πληροφορίας χρησιμοποιούνται χειροποίητα πλαστικά αντικείμενα. Στην έρευνα αυτή συμμετείχαν 10 ζευγάρια μαθητών, ηλικίας 10 με 11 ετών, ως αρχικό δείγμα, αλλά επιλέχθηκαν τρία ζευγάρια μαθητών για λεπτομερή ανάλυση στο πλαίσιο μελέτης περίπτωσης. Τα κριτήρια για την επιλογή των τριών ζευγαριών ήταν η θέση των παιδιών γύρω από το τραπέζι και η ομιλητικότητά τους. Έτσι διαμορφώθηκαν τα εξής: 1) ζευγάρι μαθητών που ήταν ο ένας απέναντι στον άλλον με σταθερή γλωσσική επικοινωνία μεταξύ τους, 2) ζευγάρι μαθητών που ήταν δίπλα ο ένας στον άλλον και κάποιες φορές άλλαζαν θέση και η γλωσσική επικοινωνία ήταν ελάχιστη και 3) ζευγάρι μαθητών που ήταν δίπλα ο ένας στον άλλον, με συνεχή γλωσσική επικοινωνία κυρίως εκ μέρους του ενός μαθητή. Ως μέθοδος συλλογής δεδομένων οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο και μέσω βίντεο τα οποία καταγράφηκαν από διαφορετικές οπτικές γωνίες. Η πολυτροπικότητα προσφέρει μια πολύτιμη προσέγγιση για την ανάλυση δεδομένων βίντεο, γιατί με αυτό τον τρόπο εξηγείται μια μεγάλη γκάμα ενσώματων επικοινωνιακών μορφών (βλέμμα, χειρονομίες). Επομένως τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο πλαίσιο της πολυτροπικότητας ήταν ποσοτικά: 1) η συχνότητα επαναλήψεων τοποθέτησης, επανατοποθέτησης ή αντικατάστασης αντικειμένων, 2) ο αριθμός και το μοτίβο των δράσεων ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ των μαθητών κατά την δραστηριότητα, 3) ο αριθμός των συνδυαστικών δράσεων σε μία στιγμή και ποιοτικά: 1) η ένταση των δράσεων και 2) η ποσότητα και η ποιότητα της γλωσσικής επικοινωνίας. Παρακάτω ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας της μεθοδολογίας που χρησιμοποίησαν οι παραπάνω ερευνητές στις μελέτες τους. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 45

46 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΛΛΩΝ ΕΡΕΥΝΗΤΩΝ Άρθρο Συγγραφείς Μεθοδολογία Exploring how children use their hands to think: an embodied interactional analysis I want my robot to look for food : Comparing Kindergartner s programming comprehension using tangible, graphic, and hybrid user interfaces Alissa Antle, 2013 Amanda Strawhacker, Marina Bers, συλλογή προφορικών δεδομένων των παιδιών, μέσω παρατήρησης -παρατήρηση της δράσης των χεριών και το πλήθος τους (άμεση τοποθέτηση, έμμεση τοποθέτηση, εξερευνητική δράση (1) ) -παρατήρηση δράσεων σχετικών με την δραστηριότητα (ομιλία ή χειρονομίες) -παρατήρηση δράσεων άσχετων με την δραστηριότητα (ομιλία ή χειρονομίες) -χρόνος ολοκλήρωσης της δραστηριότητας -διάρκεια των 3 δράσεων των χεριών Καταγραφή χρόνου -διάρκεια άσχετων ομιλιών -ολοκλήρωση δραστηριότητας (ολοκλήρωση, παραίτηση, έλλειψη χρόνου) -τεστ (mid-test, post-test) (Solve it assessment) ποσοτικά δεδομένα -παρατήρηση μέσω βίντεο (μέτρηση χρόνου αφιέρωσης χρηστών στον προγραμματισμό) ποιοτικά δεδομένα κριτήριο παρατήρηση συμπεριφοράς (κατά άτομο) με χρήση βίντεο κάμερας Peter the Fashionista? Computer Programming Games and Gender-oriented Cultural Forms A multimodal approach to examining embodiment in tangible learning environments Sarah AlSulaiman, Michael Horn, 2015 Sara Price, Carey Jewitt, χρήση ερωτηματολογίου (με κλίμακα Likert) για μέτρηση: προτιμήσεων και στάσεων (αυτοπεποίθηση, ευχαρίστηση, μελλοντικό ενδιαφέρον) -συνέντευξη (πως οι μαθητές αντιλήφθηκαν τα παιχνίδια σε σχέση με το φύλο τους) -παρατήρηση μέσω βίντεο (συμπεριφοράς ως προς το ποντίκι του Η/Υ και συνεργασία) -παρατήρηση μέσω βίντεο: - συχνότητας επαναλήψεων τοποθέτησης, επανατοποθέτησης ή αντικατάστασης αντικειμένου - αριθμού και μοτίβου της σειράς των δράσεων των μαθητών κατά τη δραστηριότητα -αριθμού συνδυαστικών δράσεων σε μια στιγμή -έντασης δράσεων -ποσότητας και ποιότητας γλωσσικής επικοινωνίας ποιοτικά δεδομένα ποσοτικά δεδομένα ποιοτικά δεδομένα ποσοτικά δεδομένα (1) Άμεση τοποθέτηση: τοποθέτηση κομματιού παζλ ή ποντικιού στη θέση του, χωρίς δισταγμό, ενώ το βλέμμα του ακολουθεί αυτή την πορεία. Έμμεση τοποθέτηση: το παιδί επεξεργάζεται το που θα βάλει το κομμάτι- χρειάζεται παραπάνω νοητική προσπάθεια-trial and error-. Εξερευνητική δράση: το παιδί μετακινεί ένα κομμάτι (τυχαία) άλλα δεν το τοποθετεί σωστά.

47 3.2 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 2: ΣΧΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μέγεθος 1. Πλήθος δράσεων χεριών 2. Συμπεριφορά ως προς το ποντίκι Τεχνική 1. Καταγραφή επαναλήψεων με βάση το βίντεο ως δείκτη συνεργασίας 2. Καταγραφή συμπεριφοράς με βάση το βίντεο ως δείκτη συνεργασίας, λαμβάνοντας υπόψη την συχνότητα των καβγάδων 3. Χρόνος δράσεων σχετικών με την δραστηριότητα (σε λεπτά) 4. Χρόνος δράσεων άσχετων με την δραστηριότητα (σε λεπτά) 3. Χρονομέτρηση (ανά ζεύγος και ατομικά) σε σχέση με τον χρόνο ολοκλήρωσης της δραστηριότητας 4. Χρονομέτρηση (ανά ζεύγος και ατομικά) σε σχέση με τον χρόνο ολοκλήρωσης 5. Μέτρηση αυτοπεποίθησης, ευχαρίστησης, προτίμησης 6. Συλλογή προφορικών δεδομένων των παιδιών (συμβουλές, συνεργασία, διαπληκτισμοί) 5. Μέσω καθαρής παρατήρησης 6. Μέσω παρατήρησης σε σχέση με το τελικό αποτέλεσμα Το σχήμα ανάλυσης που παρουσιάζεται στον Πίνακα 2, ήταν καθοριστικής σημασίας για την οργάνωση της δομημένης παρατήρησης μέσω της οποίας συλλέχθηκαν τα δεδομένα της παρούσας μελέτης. Πιο συγκεκριμένα, τα δεδομένα της παρατήρησης προέκυψαν από την καταγραφή των δραστηριοτήτων των μαθητών σε βίντεο. Οι μαθητές εργάστηκαν σε ζευγάρια, στο οποίο βασίστηκε η διαδικασία της παρατήρησης. Τα μεγέθη που μετρήθηκαν είναι η συμπεριφορά των μαθητών ως προς το ποντίκι του υπολογιστή, το οποίο αφορούσε τις δραστηριότητες στην γραφική διεπαφή. Η συμπεριφορά ως προς το ποντίκι αποτελεί δείκτη του επιπέδου συνεργασίας των μαθητών η οποία είναι χαρακτηριστικό της υπολογιστικής σκέψης, καθώς η συνεργασία σε ζευγάρια ενισχύει την εμπλοκή στην υπολογιστική σκέψη (Werner et al., 2012). Επιπλέον μετρήθηκε το πλήθος των δράσεων των χεριών των μαθητών ξεχωριστά για κάθε μαθητή, κατά τη δραστηριότητα στην

48 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ απτική διεπαφή, αποτελώντας ένδειξη της συνεργασίας τους που οδηγεί στην ανάπτυξη βασικών τομέων της υπολογιστικής σκέψης (Lee et al., 2011). Τέλος, η συνεργασία των μαθητών αξιολογήθηκε με συλλογή των προφορικών τους δεδομένων καθώς και την συμπεριφορά του κάθε παιδιού προς τον συμμαθητή του καθ όλη τη διαδικασία. Άλλα μεγέθη που μετρήθηκαν είναι η αυτοπεποίθηση, η ευχαρίστηση, η προτίμηση τύπου διεπαφής, οι συμβουλές που αντάλλαξαν μεταξύ τους οι μαθητές, οι διορθώσεις από τον ένα προς τον άλλο και τυχούσες διαφωνίες και διαπληκτισμοί. Η αυτοπεποίθηση συμπεριλαμβάνεται στην υπολογιστική σκέψη με την έννοια της ασφαλούς χρήσης, τροποποίησης και επίδρασης ενός συστήματος χωρίς να απαιτείται η κατανόηση κάθε λεπτομέρειάς του (Wing, 2006). Η ευχαρίστηση που απορρέει από τη χρήση των απτικών διεπαφών συνδέεται άμεσα με την ελεύθερη διερεύνηση και ανακάλυψη, οι οποίες προωθούν τη δημιουργική ικανότητα, την καινοτομία και την κριτική σκέψη που με τη σειρά τους αποτελούν χαρακτηριστικά της υπολογιστικής σκέψης. (Κοτίνη & Τζελέπη, 2013). Επιπλέον, εξετάστηκαν οι συμβουλές και οι διορθώσεις που έγιναν από πλευράς των μαθητών προς τους συμμαθητές τους, καθώς ο εντοπισμός σφαλμάτων και η επίλυση προβλημάτων σε ομάδες αποτελούν βασικές τεχνικές ανάπτυξης της υπολογιστικής σκέψης (Wing, 2006; Bers, 2005). Τέλος, ένα μέγεθος που αξιολογήθηκε στην παρούσα εργασία, είναι ο συνολικός χρόνος δράσεων των μαθητών σχετικών με την δραστηριότητα, σε λεπτά, ο χρόνος δράσεων σχετικών με τη δραστηριότητα για κάθε μαθητή ξεχωριστά, καθώς και ο χρόνος των δράσεων των μαθητών που ήταν άσχετες με την δραστηριότητα (ομιλίες, χειρονομίες). Οι μετρήσεις του χρόνου αξιοποιήθηκαν για την συσχέτιση με τα μεγέθη που προαναφέρθηκαν προκειμένου να οδηγήσουν σε συμπεράσματα σχετικά με το κατά πόσο ένας μαθητής με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά κατά τη διαδικασία ολοκλήρωνε γρήγορα ή αργά την εκάστοτε δραστηριότητα και πόσο χρόνο διέθετε σε δράσεις άσχετες με τη δραστηριότητα. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 49

50

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ ΕΡΕΥΝΑ 4.1 ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΝΤΕΣ Στην έρευνα που πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιήθηκαν μία απτική διεπαφή και μία γραφική διεπαφή προκειμένου να εξεταστεί η ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης, με τη βοήθεια τέτοιου είδους περιβαλλόντων. Στην παρούσα μελέτη συμμετείχαν 12 μαθητές (Ν=12), 6 αγόρια και 6 κορίτσια, ηλικίας 8-9 ετών. Οι μαθητές προέρχονταν από ένα σχολείο στην περιοχή Θεσσαλονίκης. Οι συμμετέχοντες είχαν πρότερη γνώση των δύο συστημάτων που χρησιμοποίησαν, την οποία απέκτησαν ένα χρόνο πριν από τη συγκεκριμένη έρευνα. Η συμμετοχή των μαθητών ήταν εθελοντική και η διαδικασία πραγματοποιήθηκε σαν μία καθημερινή σχολική δραστηριότητα, στο πλαίσιο του ωρολογίου προγράμματος των μαθητών. Οι 12 συμμετέχοντες οργανώθηκαν σε δυάδες, με τυχαίο τρόπο. 4.2 ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ Με την έναρξη της πειραματικής διαδικασίας τα παιδιά ενημερώθηκαν ότι επρόκειτο να προγραμματίσουν ένα NXT Lego Mindstorms ρομπότ. Για τον παραπάνω σκοπό αναπτύχθηκε το σύστημα PROTEAS, για τη διερεύνηση της επίδρασης των απτικών και γραφικών διεπαφών στην υπολογιστική σκέψη των μαθητών. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν μία απτική γλώσσα προγραμματισμού (T_ProRob) και μία γραφική γλώσσα προγραμματισμού (V_ProRob). Το υποσύστημα T_ProRob αποτελείται από 44 κύβους (28 εντολών και 16 παραμέτρων). Οι μαθητές καλούνται να διατάξουν τους κύβους προγραμματίζοντας έτσι ένα Lego Mindstorms ρομπότ να εκτελέσει τις αντίστοιχες εντολές. Το υποσύστημα V_ProRob αποτελεί ένα αξιόπιστο γραφικό ομοίωμα του T_ProRob με τις ίδιες εντολές-παραμέτρους. Η αμφίδρομη επικοινωνία των δύο υποσυστημάτων με το ρομπότ γίνεται μέσω σύνδεσης Bluetooth. Η διαδικασία έλαβε χώρα σε κατάλληλα διαμορφωμένη αίθουσα η οποία προσφέρθηκε από το σχολείο για το σκοπό αυτό. Τα δύο συστήματα ήταν εξίσου προσβάσιμα από τα παιδιά μέσα στην αίθουσα. Αρχικά, τα παιδιά καλέστηκαν να φέρουν εις πέρας δύο αποστολές στα δύο συστήματα χωρίς διευκρινήσεις ή υποδείξεις από τον ερευνητή, ενώ οι αποστολές ήταν ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ

52 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ ίδιας δυσκολίας. Μετά την ολοκλήρωση των αρχικών αποστολών στα παιδιά επιτράπηκε ελεύθερη αλληλεπίδραση με τις διεπαφές, χωρίς κάποια συγκεκριμένη αποστολή ή χρονικό περιορισμό. Για την ανάλυση των δεδομένων της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκε το βιντεοσκοπημένο υλικό της παραπάνω διαδικασίας. 4.3 ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Για τη συλλογή των ποιοτικών δεδομένων, αξιοποιήθηκε η μέθοδος της παρατήρησης μέσω βίντεο. Συγκεκριμένα, συλλέχθηκαν προφορικά δεδομένα των μαθητών, παρατηρήθηκε η συμπεριφορά τους τόσο ως προς τον συμμαθητή-ζευγάρι τους, όσο και ως προς την απτική και γραφική διεπαφή. Ακόμη, μετρήθηκαν η αυτοπεποίθηση, η ευχαρίστηση, οι προτιμήσεις, η συνεργασία, οι παροτρύνσεις και οι διαφωνίες μεταξύ των μαθητών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Για τη συλλογή των ποσοτικών δεδομένων, καταγράφηκε ο συνολικός χρόνος που το κάθε ζευγάρι αφιέρωνε στις δραστηριότητες τόσο στην απτική, όσο και στη γραφική διεπαφή, όπως και ο ατομικός χρόνος του κάθε μαθητή ξεχωριστά. Επιπλέον, μετρήθηκε ο συνολικός και ο ατομικός χρόνος που αφιέρωσαν τα παιδιά σε δράσεις που δεν σχετίζονταν με τη δραστηριότητα, κατά τη διάρκεια ενασχόλησης και με τα δύο συστήματα ξεχωριστά. Η συλλογή των παραπάνω ποιοτικών δεδομένων, βοηθά στο να απαντηθούν τα ερευνητικά ερωτήματα της παρούσας έρευνας, καθώς δίνει στοιχεία για μεγέθη όπως η συνεργασία, η αυτοπεποίθηση, η ευχαρίστηση ακόμα και οι διαπληκτισμοί των μαθητών, τα οποία αποτελούν βασικές τεχνικές ανάπτυξης της υπολογιστικής σκέψης. Όσον αφορά τα ποσοτικά δεδομένα, ο χρόνος που χρειάστηκαν τα παιδιά για να ολοκληρώσουν μια δραστηριότητα, αλλά και ο χρόνος που επέλεξαν να αφιερώσουν ή να μην αφιερώσουν στην κάθε δραστηριότητα (άσχετος χρόνος), αποτελεί δείκτη προτίμησης των μαθητών ως προς τις διεπαφές καθώς και το επίπεδο ευκολίας ή δυσκολίας τους. Επιπλέον, η συσχέτιση του σχετικού ή άσχετου χρόνου ενασχόλησης με τη δραστηριότητα με τις στάσεις και συμπεριφορές των μαθητών, τα οποία προκύπτουν από τα ποιοτικά δεδομένα, μπορεί να αποδώσει μια πιο σαφή εικόνα του κατά πόσο μπορεί η υπολογιστική σκέψη να αναπτυχθεί μέσω τέτοιου είδους δραστηριοτήτων. 52

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ 4.4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ποσοτικά δεδομένα Τα παρόντα αποτελέσματα αφορούν ένα δείγμα 12 μαθητών και πιο συγκεκριμένα 6 αγοριών και 6 κοριτσιών, ηλικίας 8-9 ετών. Στον Πίνακα 3 παρουσιάζονται οι ατομικοί αλλά και οι συνολικοί για κάθε ζευγάρι χρόνοι που αφιέρωσαν στις δραστηριότητες της απτικής και της γραφικής διεπαφής. ΠΙΝΑΚΑΣ 3: ΧΡΟΝΟΙ ΣΧΕΤΙΚΟΙ ΜΕ ΤΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ Ν Ελάχιστος Χρόνος Μέγιστος Χρόνος Μέσος Όρος (Τυπική Απόκλιση) Ατομικός χρόνος σχετικός με τη δραστηριότητα (απτική διεπαφή) Ατομικός χρόνος σχετικός με τη δραστηριότητα (γραφική διεπαφή) Συνολικός χρόνος ζευγαριού, σχετικός με τη δραστηριότητα (απτική διεπαφή) Συνολικός χρόνος ζευγαριού, σχετικός με τη δραστηριότητα (γραφική διεπαφή) 12 1:09 10:20 6:17 (3,06) 12 3:25 7:19 5:16 (1,59) 6* 2:35 12:09 8:17 (3,28) 6* 4:42 9:14 7:11 (1,68) *6 ομάδες των 2 ατόμων Από τον πίνακα φαίνεται ότι οι μαθητές κατά μέσο όρο αφιέρωσαν ατομικά ο καθένας περισσότερο χρόνο στις δραστηριότητες της απτικής διεπαφής, απ ό,τι σε αυτές της γραφικής, καθώς οι μέσοι χρόνοι είναι 6:17 (3,06) και 5:16 (1,59) αντίστοιχα. Επιπλέον, ο μέγιστος ατομικός χρόνος ενασχόλησης με τις δραστηριότητες της απτικής διεπαφής είναι αισθητά μεγαλύτερος σε σχέση με τον αντίστοιχο χρόνο ενασχόλησης με τις δραστηριότητες της γραφικής διεπαφής. Όσον αφορά τον ελάχιστο χρόνο ενασχόλησης με τις δραστηριότητες στους δύο τύπους διεπαφών γίνεται φανερό ότι ο χρόνος στην απτική διεπαφή είναι μικρότερος. Αυτό οφείλεται στον περιορισμένο χρόνο που είχε στη διάθεση του το τελευταίο ζευγάρι. ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 53

54 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ Το ίδιο μοτίβο γίνεται αντιληπτό και στον συνολικό χρόνο του κάθε ζευγαριού, όπου φαίνεται οι μαθητές να έχουν αφιερώσει περισσότερο χρόνο στις δραστηριότητες της απτικής διεπαφής σε σύγκριση με αυτόν της γραφικής. Επίσης, ο μέγιστος συνολικός χρόνος ενασχόλησης με τις δραστηριότητες της απτικής διεπαφής είναι μεγαλύτερος από αυτόν της γραφικής διεπαφής ενώ για τον ελάχιστο συνολικό χρόνο ισχύει το αντίθετο σε αναλογία με τα ευρήματα για τον ατομικό χρόνο που σχολιάστηκαν παραπάνω. Ωστόσο οι τυπικές αποκλίσεις που αφορούν τους μέσους όρους των παραπάνω μεταβλητών είναι αρκετά μεγάλες γεγονός που ενδεχομένως προκύπτει από το μικρό δείγμα της παρούσας έρευνας. Στα γραφήματα 1 και 2 δίνεται μια πιο παραστατική εικόνα του χρόνου ενασχόλησης με τη δραστηριότητα στην απτική και γραφική διεπαφή για κάθε ζευγάρι ξεχωριστά. ΓΡΑΦΗΜΑ 1: Χρόνος στην απτική διεπα φη για κάθε ζευγάρι 54

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ ΓΡΑΦΗΜΑ 2: Χρόνος στη γραφική διεπαφή για κάθε ζευγάρι Από τα γραφήματα 1 και 2 φαίνεται πως υπάρχουν διαφορές στο χρόνο που το κάθε ζευγάρι αφιέρωσε στις δραστηριότητες της απτικής και γραφικής διεπαφής αντίστοιχα. Τα στοιχεία αυτά θα φανούν χρήσιμα στη συσχέτιση τους με τα ποιοτικά δεδομένα της έρευνας, όπου θα μπορέσουν να εξεταστούν συγκεκριμένες συμπεριφορές και στάσεις των παιδιών σε σχέση με τον χρόνο που αφιέρωσαν στις δραστηριότητες. Στη συνέχεια, στον Πίνακα 4 παρουσιάζεται ο χρόνος των άσχετων με τη δραστηριότητα δράσεων των μαθητών, τόσο στην απτική, όσο και στη γραφική διεπαφή. Πίνακας 4: Χρόνοι άσχετοι με τη δραστηριότητα Ν Ελάχιστος Χρόνος Μέγιστος Χρόνος Μέσος Όρος (Τυπική Απόκλιση) Συνολικός χρόνος ζευγαριών Ατομικός χρόνος άσχετος με τη δραστηριότητα (απτική διεπαφή) Ατομικός χρόνος άσχετος με τη δραστηριότητα (γραφική διεπαφή) :45 0:07 (0,15) 1: :54 0:12 (0,16) 1:46 ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ 55

56 ΑΡΑΒΙΔΟΥ ΕΥΔΟΞΙΑ Στον παραπάνω πίνακα φαίνεται πως ο χρόνος που οι μαθητές δεν ασχολούνταν με τις δραστηριότητες στην απτική και τη γραφική διεπαφή, μιλώντας ή κάνοντας άσχετα πράγματα ήταν μεγαλύτερος, αλλά όχι ιδιαίτερα αισθητά στην γραφική απ ό,τι στην απτική διεπαφή, με συνολικό χρόνο για όλα τα ζευγάρια 1:23 και 1:46 αντίστοιχα. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι οι δραστηριότητες της απτικής διεπαφής κατάφεραν να διατηρήσουν την προσοχή των μαθητών για περισσότερη ώρα. Στην επόμενη ενότητα Συζήτηση και Συμπεράσματα που ακολουθεί γίνονται οι συσχετίσεις των χρόνων που καταγράφηκαν και σχολιάστηκαν παραπάνω με τα δεδομένα ποιοτικής φύσεως που προέκυψαν από την παρατήρηση βίντεο και ακολουθούν αμέσως μετά. Εκτός από τους χρόνους που μετρήθηκαν σχετικά με την ενασχόληση ή μη με τις δραστηριότητες της απτικής και της γραφικής διεπαφής, υπολογίστηκαν και τα μοτίβα χρήσης των «κύβων» στην απτική διεπαφή και του ποντικιού του υπολογιστή στην γραφική διεπαφή. Οι δείκτες αυτοί φαίνονται χρήσιμοι στην ανάδειξη του επιπέδου συνεργασίας και αυτοπεποίθησης των μαθητών, ανά ζευγάρι. Στο Γράφημα 3 αναπαρίσταται ο αριθμός των κινήσεων των «κύβων» για κάθε μαθητή στα ζευγάρια όσον αφορά την απτική διεπαφή. ΓΡΑΦΗΜΑ 3: Δράσεις χεριών στην απτική διεπαφή 56