Χρήση των LEGO Mindstorms στο Δημοτικό: Το παιχνίδι ως έναυσμα μάθησης

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ στην ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Ηρακλής Μαρκέλης Χρήση των LEGO Mindstorms στο Δημοτικό: Το παιχνίδι ως έναυσμα μάθησης (The use of LEGO Mindstorms in Elementary school: Learning through play) Επιβλέπων: ΣΤΑΥΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ Λέκτορας 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, 2008

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

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΑΘΗΣΗΣ Η συμβολή των Piaget Vygotsky Η ΕΠΟΙΚΟΔΟΜΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ (EDUTAINMENT) ΟΜΑΔΟΣΥΝΕΡΓΑΤΙΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ Η συνεισφορά της ομαδοσυνεργατικής διδασκαλίας... 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ Αδυναμίες Μεθόδου Δυσκολίες των Μαθητών Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Προσέγγιση της εκμάθησης γλωσσών προγραμματισμού Προσέγγιση της επίλυσης προβλημάτων ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ LEGO MINDSTORMS ΚΑΙ ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Τα Lego Mindstorms ως διδακτικά εργαλεία Περιπτώσεις μελέτης και εφαρμογής των Lego Mindstrorms στην διδασκαλία των βασικών εννοιών Προγραμματισμού ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ (EDUTAINMENT) Επικοινωνία και συνεργασία μέσα από το παιχνίδι ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS Ο Επεξεργαστής RCX Κατασκευή φυσικού μοντέλου της Lego Η νέα γενιά των Lego Mindstorms, ο εγκέφαλος ΝΧΤ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΙΛΟΤΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΤΑ LEGO MINDSTORMS Χρόνος και κατασκευές Χρήση προγραμματιστικών δομών και εννοιών Θετικός ανταγωνισμός και επιπτώσεις Lego Mindstorms ένα νέο παιχνίδι Συνεργασία μαθητών μέσα στις ομάδες Προβλήματα δραστηριοτήτων Γενικές παρατηρήσεις Συμπεράσματα

4 3.4 ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ Βιβλιογραφία

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια διδακτική προσέγγιση η οποία συνδυάζει τη μάθηση με το παιχνίδι (edutainment) για την υποστήριξη μαθητών πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στην εκμάθηση βασικών εννοιών προγραμματισμού. Ο αρχικός μας σκοπός είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης των LM ρομπότ (τύπου Lego Mindstorms) ως εργαλείων εκμάθησης επίλυσης προβλημάτων. Δευτερεύων στόχος είναι η δημιουργία ολοκληρωμένου εκπαιδευτικού υλικού, το οποίο θα είναι διαθέσιμο προς χρήση για την διδασκαλία του προγραμματισμού με την χρήση των ρομπότ. Σχετικές έρευνες δεν δίνουν μία σαφή εικόνα σε ό,τι αφορά τα οφέλη αυτής της εναλλακτικής μεθόδου διδασκαλίας του προγραμματισμού. Παρόλα αυτά, αρκετές αναφέρουν ότι τα ρομπότ βοήθησαν σημαντικά. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται μια προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν τα ρομπότ για την εισαγωγή των μαθητών σε θέματα προγραμματισμού, μέσα από μια διδακτική προσέγγιση με συνεργατικό και παιγνιώδη χαρακτήρα, που τονίζει το στοιχείο του ανταγωνισμού των ομάδων. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε τρία κεφάλαια Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία περιγραφή των θεωριών μάθησης και των μεθόδων διδασκαλίας. Επισημαίνεται η σημασία και οι στόχοι τους στην εκπαιδευτική διαδικασία. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι θεωρίες της ψυχαγωγικής μάθησης (Edutainment) και του εποικοδομισμού πάνω στις οποίες βασίστηκε και η προσέγγιση της διδασκαλίας των βασικών αρχών προγραμματισμού με τη χρήση των Lego Mindstorms. Στο δεύτερο κεφάλαιο αρχικά παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο διεξάγεται μέχρι σήμερα η διδασκαλία του προγραμματισμού. Επιχειρείται ακόμη η καταγραφή των αδυναμιών που παρουσιάζει η παραδοσιακή μέθοδος, αλλά και οι δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές κατά την εκμάθηση των αρχών του προγραμματισμού. Ακολουθεί περιγραφή της εναλλακτικής προσέγγισης της διδασκαλίας του προγραμματισμού με τα LEGO Mindstorms και εξηγούνται τα βασικά χαρακτηριστικά της. Τέλος, γίνεται μία σύντομη τεχνική περιγραφή του προϊόντος Lego Mindstorms και παρουσιάζονται ορισμένα αξιόλογα παραδείγματα και συμπεράσματα εργασιών που χρησιμοποίησαν ως διδακτικό εργαλείο τα ρομπότ της Lego. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται παρατηρήσεις μέσα από τη προσωπική μας εμπειρία στη διδασκαλία του μαθήματος του προγραμματισμού. Στη συνέχεια, περιγράφεται η μεθοδολογία και το θεωρητικό υπόβαθρο που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της ποιοτικής έρευνας κατά τη διάρκεια των μαθημάτων. Ακολουθεί περιγραφή των δραστηριοτήτων που πραγματοποιήθηκαν σε ότι αφορά τον τρόπο διεξαγωγής τους, του εκπαιδευτικού υλικού που δημιουργήθηκε και των συμπερασμάτων που εξήχθησαν μετά το πέρας των μαθημάτων. Τέλος, στο παράρτημα της εργασίας παρατίθεται το διδακτικό υλικό που υλοποιήσαμε για τις ανάγκες των μαθημάτων (σχέδια μαθήματος, φύλλα εργασίας) καθώς και ενδεικτικά προγράμματα που υλοποιήθηκαν από τους μαθητές κατά τη διάρκεια των προπονήσεων και τις τελικής πρόκλησης. 3

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διδακτική εμπειρία δείχνει ότι ο προγραμματισμός Η/Υ αποτελεί για την πλειονότητα των μαθητών μια δύσκολη και ελάχιστα ελκυστική δραστηριότητα. Οι περισσότεροι μαθητές δείχνουν μεγάλο ενδιαφέρον για το Διαδίκτυο, τα ηλεκτρονικά παιγνίδια και πολυμεσικές εφαρμογές. Από τη σκοπιά του εκπαιδευτικού, η διδασκαλία του προγραμματισμού αποτελεί μια δύσκολη αλλά ταυτόχρονα ενδιαφέρουσα εργασία, ιδιαίτερα όσο αφορά μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Η έρευνα σχετικά με τη διδασκαλία του προγραμματισμού έχει επικεντρωθεί στην καταγραφή των αντιλήψεων μαθητών και φοιτητών για τις υπολογιστικές δομές (Soloway & Spohrer 1989, Green 1990), στη μελέτη των εννοιολογικών δυσκολιών που αντιμετωπίζουν κατά την εφαρμογή των βασικών υπολογιστικών δομών για την επίλυση προβλημάτων σε περιβάλλον προγραμματισμού (Samurçay 1989, Soloway & Spohrer 1989, Green 1990) και στο σχεδιασμό κατάλληλων διδακτικών στρατηγικών και εκπαιδευτικών περιβαλλόντων (Soloway & Spohrer 1989, Jehng, Tung & Chang 1999, Ramadhan 2000). Tα τελευταία χρόνια έχουν αναφερθεί ενδιαφέροντα αποτελέσματα, τα οποία αφορούν σε παρανοήσεις μαθητών της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης για βασικές έννοιες του προγραμματισμού (Τζιμογιάννης & Γεωργίου 1998, Τζιμογιάννης & Κόμης 1999), σε δυσκολίες εφαρμογής των δομών επιλογής για την επίλυση απλών προβλημάτων (Τζιμογιάννης & Κόμης 1999), σε διδακτικές προσεγγίσεις και μεθοδολογίες (Πολίτης, Καραμάνης & Κόμης 2001, Γρηγοριάδου, Γόγουλου & Γουλή 2002, Σατρατζέμη, Δαγδιλέλης & Ευαγγελίδης 2002). Τα εισαγωγικά μαθήματα προγραμματισμού είναι συνήθως απογοητευτικά για τους μαθητές(fagin, 2000). Όπως προκύπτει από σχετική βιβλιογραφία, ένας από σημαντικός παράγοντας στον οποίο οφείλονται οι δυσκολίες κατά την εκμάθηση του προγραμματισμού είναι η παραδοσιακή προσέγγιση της διδασκαλίας των βασικών αρχών του προγραμματισμού(ξυνόγαλος, 2002). Σύμφωνα με την παραδοσιακή μέθοδο, οι μαθητές διδάσκονται μια γλώσσα προγραμματισμού (π.χ. VisualBasic, C, C++) και καλούνται να αντιμετωπίσουν προβλήματα που αφορούν υπολογισμούς ή την εμφάνιση κάποιων μηνυμάτων. Επικεντρώνουν την προσοχή τους περισσότερο στην εκμάθηση της ίδιας της γλώσσας και λιγότερο στην ανάπτυξη ικανότητας επίλυσης προβλημάτων που τους φαίνονται πραγματικά χρήσιμα και ενδιαφέροντα. Οι παραπάνω διαπιστώσεις αποτέλεσαν το κίνητρο για την αναζήτηση νέων μεθόδων διδασκαλίας των βασικών αρχών προγραμματισμού με σκοπό να εξαλειφθούν τα προβλήματα που παρουσιάζει η παραδοσιακή μέθοδος και να βελτιωθεί η εκπαιδευτική διαδικασία. Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η προσέγγιση της διδασκαλίας βασικών δομών προγραμματισμού με τη χρήση των Lego Mindstorms, συνδυάζοντας τη μάθηση με το παιχνίδι (edutainment) για την υποστήριξη μαθητών πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. 4

7 Τα εκπαιδευτικά ρομπότ της εταιρίας Lego (Lego Mindstorms, στη συνέχεια LM, έχουν χρησιμοποιηθεί συστηματικά για την εισαγωγή αρχάριων μαθητών στην εκμάθηση του προγραμματισμού (Hussain, Lindh, & Shukur, 2006; Iturrizaga, 2000; Dagdilelis, Sartatzemi, & Kagani, 2005; Beisser, 2006). H φιλοσοφία σχεδίασης του εκπαιδευτικού υλικού της Lego στηρίζεται στην άποψη ότι το παιδί πρέπει από μόνο του να οικοδομεί τη γνώση και ειδικότερα στην άποψη ότι η μάθηση επέρχεται μέσα από το παιχνίδι ( learning through play ) (Hussain at al., 2006; LEGO Dacta A/S, 1999). Η θεωρητική αυτή άποψη έχει τις ρίζες της στην προσέγγιση του εποικοδομισμού (Papert, 1980) σύμφωνα με την οποία η μάθηση μέσω του παιχνιδιού συμβάλλει στην οικοδόμηση νέας γνώσης η οποία βασίζεται στην ήδη υπάρχουσα γνώση των μαθητών. Τα παιδιά ασχολούμενα με αντικείμενα που έχουν νόημα για αυτά, αναπτύσσουν κίνητρα (Jarvinen & Hiltunen, 2000) και παράλληλα δρουν ως πραγματικοί επιστήμονες και εφευρέτες έχοντας αμεσότερη επαφή με τις έννοιες του γνωστικού αντικειμένου. Στόχος της χρήσης των LΜ επομένως είναι η ενσωμάτωση του παιχνιδιού στην εκπαιδευτική διαδικασία, δίνοντας τη δυνατότητα στον μαθητή να διασκεδάσει και να χρησιμοποιήσει την φαντασία του. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται μια προσπάθεια να χρησιμοποιηθούν τα LM για την εισαγωγή μαθητών Δημοτικού Λυκείου σε θέματα προγραμματισμού, μέσα από μια διδακτική προσέγγιση με συνεργατικό και παιγνιώδη χαρακτήρα, η οποία αναδεικνύει το στοιχείο του ανταγωνισμού μεταξύ των ομάδων. Συγκεκριμένα, μελετάται σε πιο βαθμό η χρήση των LM σε μια δραστηριότητα παιχνιδιού μπορεί α) να ενισχύσει το ενδιαφέρον των μαθητών για να ενασχοληθούν δημιουργικά, ευχάριστα και αποτελεσματικά με τον προγραμματισμό και β) να τους βοηθήσει να μεταφέρουν γνώσεις προγραμματισμού από το περιβάλλον των LM σε περισσότερο τυπικά περιβάλλοντα προγραμματισμού (π.χ. Visual Basic). 1.2 ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΑΘΗΣΗΣ Η έρευνα μας στηρίζεται στις βασικές ιδέες της εποικοδομικής (constructivist) αντίληψης για τη μάθηση (Piaget 1972) και την «κατασκευαστική» εκπαιδευτική φιλοσοφία (constructionism) του Papert σύμφωνα με τις οποίες η κατασκευή νέας γνώσης είναι περισσότερο αποτελεσματική όταν οι μαθητές εμπλέκονται στην κατασκευή προϊόντων που έχουν προσωπικό νόημα για τους ίδιους (Papert, 1993). Ως τέτοια δραστηριότητα ζητήθηκε από τους μαθητές να μελετήσουν, κατασκευάσουν και προγραμματίσουν μια ρομποτική συσκευή που θα τους επέτρεπε να κατανοήσουν τις βασικές αρχές προγραμματισμού. Η επιλογή μας στηρίχτηκε Οι λόγοι που χρησιμοποιήθηκαν τα Lego Mindstorms είναι οι εξής: Θεωρείται μία πρακτική και ευχάριστη προσέγγιση Ενθαρρύνει την συνεργασία μικρών ομάδων και την μεταξύ τους διάδραση Βοηθά στη διαίρεση της εργασίας σε επιμέρους τμήματα με ξεκάθαρους στόχους και απαιτήσεις Τα τελευταία χρόνια η έρευνα στη διδακτική των επιστημών και της τεχνολογίας έχει βοηθήσει στη δημιουργία τεχνουργημάτων που επιτρέπουν την ανάπτυξη δραστηριοτήτων μοντελοποίησης και οι 5

8 οποίες παρουσιάζουν ευρύτερο ενδιαφέρον με μεγάλη παιδαγωγική αξία (Κυνηγός & Φράγκου 2000). Η σειρά LEGO Mindstorms έχει χρησιμοποιηθεί ερευνητικά στη διδασκαλία των τεχνολογικών επιστημών και στη διδασκαλία βασικών αρχών προγραμματισμού (Lawhead et al. 2002). Η προσφορά των LM είναι πολύ σημαντική στη διδασκαλία του προγραμματισμού καθώς χρησιμοποιεί την έννοια της αλληλεπίδρασης, όπου τα δεδομένα δεν είναι απλές τιμές αλλά οντότητες που παρατηρούνται και τα αποτελέσματα δεν είναι απλές πληροφορίες αλλά ενέργειες μέσα σε μια δυναμική διαδικασία. Αντίθετα από την παραδοσιακή διδασκαλία όπου, τα δεδομένα είναι τιμές και τα αποτελέσματα είναι υπολογισμοί που απλά εμφανίζονται στην οθόνη του υπολογιστή (Καρατράντου, Τάχος, & Αλιμήσης, 2005) Η συμβολή των Piaget Vygotsky Για το σχεδιασμό εποικοδομικών μαθησιακών περιβαλλόντων με υπολογιστή, σημαντικό ρόλο έπαιξε ο S. Papert (Papert, 1980, Papert, 1993), ο οποίος συγκρότησε το μοντέλο του για τη μάθηση αξιοποιώντας, κυρίως, την επιστημολογική θεωρία του Piaget και τις θεωρίες της τεχνητής νοημοσύνης και, δευτερευόντως, τις έρευνες που έγιναν για την οικοδόμηση των γνώσεων σε διαφορετικά κοινωνικά πλαίσια. Ο Papert, όπως και ο Piaget, αναγνωρίζει τη μάθηση όχι ως απόρροια της μεταβίβασης της γνώσης από το δάσκαλο στο μαθητή, αλλά ως προϊόν της δόμησης και της αναδόμησης της γνώσης από το ίδιο το παιδί. Η μάθηση ως αποτέλεσμα της ανακάλυψης και της δόμησης εννοιών και κανόνων συνιστά ενεργητική διαδικασία, κατά την οποία το πρόσωπο που δρα σκέπτεται γύρω από αυτή τη δράση. Ο Papert, όμως, πάει πιο πέρα από τον Piaget υποστηρίζοντας ότι η μάθηση είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν πραγματοποιείται στο πλαίσιο μιας πλούσιας και συγκεκριμένης δραστηριότητας, κατά την οποία ο μαθητής πειραματίζεται κατασκευάζοντας ένα προϊόν που έχει νόημα για τον ίδιο. Η κύρια κριτική στις κλασικές εποικοδομικές (constructivism) προσεγγίσεις (τόσο σ αυτές που εδράζονται στην άμεση εφαρμογή της προσέγγισης Piaget, όσο και σ αυτές που ακολουθούν τον εποικοδομισμό (constructionism) του Papert) προέρχεται από τη σκοπιά αυτών που δίνουν έμφαση στο πολιτισμικό και το κοινωνικό πλαίσιο ανάδυσης των γνωστικών διεργασιών. Οι απόψεις αυτές εντάσσονται στην κοινωνικοπολιτισμική θεώρηση της μάθησης, η οποία βασίζεται στις θεωρητικές προσεγγίσεις του Bruner (Bruner, 1997) και κυρίως στη σοβιετική ψυχολογική σχολή (Vygotsky, 1962, Luria, 1978). Όλες οι έρευνες που βασίζονται στις απόψεις του Vygotsky, υποστηρίζουν ότι η σκέψη αναπτύσσεται (και είναι συνεπώς προϊόν οικοδόμησης και αναδόμησης των γνώσεων) στα πλαίσια συνεργατικών δραστηριοτήτων ανάμεσα σε παιδιά και ενηλίκους τονίζοντας, συνεπώς, το ρόλο της διαδικασίας του πλαισίου στηρίγματος (scaffolding) (Harel, 1991, Nardi, 1996) και το ρόλο της διαμεσολάβησης των ενηλίκων στη διαδικασία μάθησης. Οι μελέτες με κοινωνικό προσανατολισμό επικεντρώνονται στην περιγραφή των σύνθετων διαδικασιών της καθοδήγησης από τον ενήλικο, στην περιγραφή των ειδών αλληλεπίδρασης που εμφανίζονται και στο είδος της μάθησης που επιτελείται. Σήμερα, όλο και περισσότερο γίνεται αποδεκτό ότι, όπως υποστηρίζει και ο Harel (Harel, 1991), η καλύτερη επιλογή για το σχεδιασμό εκπαιδευτικού λογισμικού και αντίστοιχων παιδαγωγικών και διδακτικών δραστηριοτήτων - είναι ο συνδυασμός της θεωρίας του Piaget (και γενικότερα των εποικοδομικών θεωριών) με αυτή του Vygotsky (και γενικότερα των κοινωνικοπολιτισμικών απόψεων για τη μάθηση). Ο συνδυασμός αυτός υλοποιείται με τη δημιουργία ενός περιβάλλοντος, το οποίο 6

9 παρέχει ταυτόχρονα την ευκαιρία τόσο για ατομική οικοδόμηση (individualistic constructivism), όσο και για τη χρήση της γλώσσας στα πλαίσια κοινωνικοπολιτισμικής αλληλεπίδρασης και συνεργατικών δραστηριοτήτων. 1.3 Η ΕΠΟΙΚΟΔΟΜΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Ο Εποικοδομισμός (Constructivism - Piaget) είναι μια θεωρία μάθησης σύμφωνα με την οποία η μάθηση είναι μία υποκειμενική και εσωτερική διαδικασία οικοδόμησης νοημάτων και θεωρείται το αποτέλεσμα οργάνωσης και προσαρμογής των νέων πληροφοριών σε ήδη υπάρχουσες γνώσεις. Αναγνωρίζει δηλαδή ότι τα παιδιά, πριν ακόμα πάνε στο σχολείο, διαθέτουν γνώσεις και το σχολείο πρέπει να βοηθήσει να οικοδομηθούν νέες γνώσεις πάνω σε αυτές που ήδη κατέχουν. Η μάθηση είναι αποτελεσματική όταν ο μαθητής πειραματίζεται κατασκευάζοντας ένα προϊόν που έχει νόημα για τον ίδιο. Οι υποστηρικτές της εποικοδομικής προσέγγισης πηγαίνουν ένα βήμα πιο πέρα και επιδιώκουν να δημιουργήσουν περιβάλλοντα όπου τα παιδιά παίζουν και χειρίζονται αντικείμενα. Συνεπώς, μπορούν να συνεχίσουν να μαθαίνουν νέους συλλογισμούς με φυσικό τρόπο και πέρα από την καθιερωμένη εκπαίδευση. Ο όρος constructionism πηγάζει από τη λέξη construct (κονστράκτ : κατασκευή) υποδηλώνοντας δύο από τις πολλαπλές όψεις του εποικοδομισμού, μία σοβαρή και μία παιγνιώδη. Η σοβαρή όψη αφορά τη σύνδεσή του με την οικογένεια των θεωριών της κατασκευής της γνώσης που συνήθως αναφέρονται ως εποικοδομικές κατά ακολουθία του όρου constructivism. Η εποικοδομική προσέγγιση θεωρεί τη μάθηση ως οικοδόμηση γνωστικών δομών ανεξάρτητα από τις συνθήκες μάθησης. Το πρόσθετο στοιχείο του εποικοδομισμού έγκειται στο ότι ο μαθητευόμενος συνειδητά κατασκευάζει ένα αντικείμενο-οντότητα, είτε πρόκειται για πύργο στην άμμο είτε για μία επιστημονική θεωρία. Οτιδήποτε γίνεται κατανοητό, όταν κατασκευαστεί. Η παιγνιώδη όψη υπονοεί την αυτο-αναφερόμενη απόδοση νοήματος στην ιδέα του εποικοδομισμού. Με έναυσμα τη βάση του εποικοδομισμού όπου η διαδικασία της μάθησης προσεγγίζεται ως μαθαίνω-φτιάχνοντας (learning-by-making), ο ενδιαφερόμενος καλείται και ενθαρρύνεται να επεξεργαστεί, να κατασκευάσει προσωπικά την έννοια του εποικοδομισμού. Θέση πρωτεύουσας σημασίας κατέχει η ιδέα της εγγύτητας στα αντικείμενα σύμφωνα με την οποία κάποιοι προτιμούν τρόπους σκέψης συνδεδεμένους άμεσα με τα φυσικά αντικείμενα, ενώ άλλοι χρησιμοποιούν αφηρημένα και τυπικά μέσα προκειμένου να αποστασιοποιούνται από αυτά. Κεντρικό σημείο του εποικοδομισμού αποτελεί η έννοια του bricolage (μπρικολάζ: μαστόρεμα) ως τεχνικός όρος για τη μαθησιακή διαδικασία. Bricoleur (μπρικολέρ: μάστορας) είναι αυτός που ασχολείται με το bricolage. Η αφετηρία του bricolage έγκειται στην ανάπτυξη στρατηγικών οργάνωσης δουλειάς: ο μαθητευόμενος καθοδηγείται από την πορεία της δουλειάς του και δεν εμμένει σε ένα προκαθορισμένο σχέδιο. Ο εποικοδομισμός προτείνει ότι οι μαθητευόμενοι κατασκευάζουν νέες ιδέες όταν ενεργά ασχολούνται με τη δημιουργία εξωτερικής κατασκευής -μπορεί ένα ρομπότ, ένα ποίημα, ένα κάστρο στην άμμο, ένα πρόγραμμα στον υπολογιστή- πάνω στις οποίες αναστοχάζονται και μοιράζονται με άλλους. Έτσι, 7

10 εμπλέκει δυο τύπους κατασκευής: την οικοδόμηση της γνώσης στο πλαίσιο οικοδόμησης κατασκευών με προσωπικό νόημα. (Kafai & Resnick, 1996, Constructionism in practice). Σύμφωνα με τις εποικοδομικές προσεγγίσεις η ανθρώπινη γνώση είναι μία ενεργητική κατασκευή που επηρεάζεται και αλληλεπιδρά με τις προϋπάρχουσες γνώσεις και εμπειρίες. Επιπλέον, νοείται ως διαδικασία ατομικής, γνωστικής κατασκευής ή επινόησης, στην οποία εμπλέκεται το άτομο στην προσπάθειά του να κατανοήσει, για οποιοδήποτε σκοπό, το κοινωνικό ή το φυσικό του περιβάλλον. Επιπλέον, ευνοούν τη μαθητοκεντρική μάθηση και διδασκαλία ενώ παράλληλα υπογραμμίζουν τη σπουδαιότητα της κατασκευής της γνώσης από τους μαθητές. Χρησιμοποιούν ελάχιστα ή καθόλου την αποστήθιση. Η σκέψη και η μάθηση δομούνται με βάση την ενεργητική επεξεργασία των ερεθισμάτων που δέχεται το άτομο από το περιβάλλον του. Παρά τις κριτικές που έχει δεχθεί η εποικοδομική προσεγγίση (αφού δεν λαμβάνει επαρκώς υπόψη της το κοινωνικό περιβάλλον όπου πραγματοποιείται η μάθηση), τείνει να επικρατήσει στις μέρες μας. Διδακτικές προσεγγίσεις που βασίζονται στις εποικοδομικές προσεγγίσεις: διερευνητική διδασκαλία οι εργασίες ομάδων η διαλογική συζήτηση η συνεργατική μάθηση οι διδακτικές συνομιλίες Σύμφωνα με τον Piaget «μαθαίνω σημαίνει ανακαλύπτω» (apprendre c est inventer). Η μάθηση μέσω ανακάλυψης έχει ποικίλα πλεονεκτήματα: αυξάνει τις διανοητικές του ικανότητες αυξάνει το επίπεδο προσδοκίας για την επιτυχία τον καθιστά ικανό να σκέπτεται και να συμβάλλει στην ανάπτυξη της «γνωστικής στρατηγικής» και της δημιουργικής σκέψης 1.4 ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ (EDUTAINMENT) Με τον όρο «ψυχαγωγική εκπαίδευση» (edutainment) εννοούμε την διδακτική προσέγγιση η οποία συνδυάζει τη μάθηση με το παιχνίδι. Η γενική ιδέα του edutainment σχετίζεται σχεδόν με κάθε παιχνίδι εκπαιδευτικού χαρακτήρα και στόχος της είναι να μετατρέψει την εκπαίδευση σε μία διασκεδαστική δραστηριότητα, καθώς είναι γνωστό πως η μάθηση επιτυγχάνεται ευκολότερα, ταχύτερα και ουσιαστικότερα όταν συνδυάζεται με το παιχνίδι (Lund & Nielsen, 2002). Πρόκειται για δραστηριότητες, μέσα από τις οποίες ο μαθητής αλληλεπιδρά με τον Η/Υ ή με κάποιο τεχνούργημα όπως τα ρομπότ, με στόχο να κερδίσει ένα βραβείο ή να δημιουργήσει κάτι το οποίο θα του προσφέρει μια ηθική ικανοποίηση. Η εμπειρία αυτή τον βοηθά να αναπτύξει νέες γνώσεις και να εμπεδώσει βιωματικά τις έννοιες που διδάσκεται στους διάφορους τομείς. 8

11 1.5 ΟΜΑΔΟΣΥΝΕΡΓΑΤΙΚΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ Ο Vygotsky (1978) υποστηρίζει ότι η γνώση είναι κοινωνικά προσδιορισμένη και οι μαθητές πρέπει να μυηθούν σ' αυτή. Όταν ανέπτυξε την έννοια της «ζώνης της επικείμενης ανάπτυξης», αναγνώρισε τη διαφορά μεταξύ της ατομικής και της ομαδικής επίλυσης προβλημάτων και όρισε τη ζώνη αυτή ως το κενό που υπάρχει για τα παιδιά, μεταξύ του τι μπορεί να κάνει ένα παιδί μόνο του και του τι μπορεί να κάνει με τη βοήθεια κάποιου άλλου μεγαλυτέρου και πιο έμπειρου. Αργότερα, ο Bruner (1986), ακολουθώντας τον Vygotsky, αναγνώρισε ότι η μάθηση στα περισσότερα περιβάλλοντα είναι μια επικοινωνιακή δραστηριότητα, κατά την οποία, η εκπαίδευση παρέχει σε εκπαιδευτικούς και μαθητές μια ευκαιρία εμπλοκής στη διαπραγμάτευση αμοιβαίας κατανόησης. Οι Edwards & Mercer (1987) χρησιμοποιούν τον όρο «κοινή γνώση», την οποία ορίζουν ως την κατανόηση που δημιουργείται και μοιράζεται από τους ανθρώπους μέσα από την αλληλεπίδραση. Έτσι, η βάση της κατανόησης και της μάθησης είναι κοινωνική, πολιτιστική και επικοινωνιακή. Σύμφωνα με τη θέση τους, η μάθηση είναι κυρίως συνεργασία που λειτουργεί στη διαδικασία δραστηριοτήτων και ανταλλαγής απόψεων. Από τα ανωτέρω φαίνεται η αναγκαιότητα της ομαδοσυνεργατικής διδασκαλίας ως κύριας διδακτικής προσέγγισης για τη διευκόλυνση της κοινωνικής αλληλεπίδρασης και επικοινωνίας. Η αλληλεπίδραση στην ομάδα αποτελεί ένα σημαντικό μέσο για την ανάπτυξη των προγραμματιστικών εννοιών, γιατί παρέχει μαθησιακές ευκαιρίες οι οποίες δε συναντώνται στην παραδοσιακή διδασκαλία, ούτε στην ατομική επίλυση προβλημάτων Η συνεισφορά της ομαδοσυνεργατικής διδασκαλίας Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια πραγματοποιούνται αρκετές έρευνες, στις οποίες χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για την οργάνωση των τάξεων, έτσι ώστε οι μαθητές να μαθαίνουν ο ένας από τον άλλο σε μικρές ομάδες. Σε αυτές υποστηρίζεται ότι οι συνεργατικές μέθοδοι διδασκαλίας, κάτω από ορισμένες συνθήκες, βελτιώνουν τις επιδόσεις των μαθητών (Slavin, Ματσαγγοΰρας, 2000). Οι Dunne & Bennett (1990) υποστηρίζουν ότι η μάθηση και η κοινωνικότητα των μαθητών ενισχύονται ουσιαστικά μέσα από την ομαδοσυνεργατική διδασκαλία. Οι Galton & Williamson (1992) πραγματοποίησαν μια βιβλιογραφική έρευνα, η οποία αναφέρεται στην ομαδική εργασία στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής και στη Μεγάλη Βρετανία, και κατέληξαν σε έξι συμπεράσματα. Σε ένα από αυτά αναφέρουν ότι η ομαδική εργασία βελτιώνει την αυτοεκτίμηση των μαθητών και παράλληλα παρέχει σε αυτούς ένα ισχυρό κίνητρο ενασχόλησης, όταν εργάζονται για ένα κοινό αποτέλεσμα ή να συνεισφέρουν ατομικά σε έναν κοινό σκοπό. Οι Johnson & Johnson (1992) εξηγούν ότι τα τελευταία 90 χρόνια έχουν διεξαχθεί περισσότερες από 520 πειραματικές μελέτες και 100 μελέτες συσχέτισης, που συγκρίνουν τις συνεργατικές, ανταγωνιστικές και ατομικές προσπάθειες. Μετά από επισκόπηση όλων αυτών των μελετών, οι Johnson & Johnson υποστηρίζουν ότι μπορούν να εξαχθούν τα παρακάτω συμπεράσματα: Οι συνεργατικές προσπάθειες 9

12 καταλήγουν σε υψηλότερη επίδοση και μεγαλύτερη παραγωγικότητα ενισχύουν την κοινωνικοποίηση των μαθητών καταλήγουν σε μεγαλύτερη αυτοεκτίμηση και ψυχική ικανοποίηση των μαθητών. 10

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διδακτική εμπειρία δείχνει ότι ο προγραμματισμός αποτελεί για την πλειονότητα των μαθητών μια δύσκολη και ελάχιστα ελκυστική δραστηριότητα. Από σχετική βιβλιογραφία έχει διαπιστωθεί, ότι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες στον οποίον οφείλονται οι δυσκολίες κατά την εκμάθηση του προγραμματισμού είναι η παραδοσιακή προσέγγιση της διδασκαλίας των αρχών του προγραμματισμού (Ξυνόγαλος, 2002). Η προσέγγιση αυτή δεν ικανοποιεί τις πραγματικές διδακτικές ανάγκες των διδασκομένων. Όταν οι μαθητές καλούνται να δημιουργήσουν τα πρώτα τους προγράμματα, αισθάνονται ότι πρέπει να καταβάλλουν μεγάλη προσπάθεια για να υλοποιήσουν κάτι το οποίο δεν τους φαίνεται χρήσιμο. Επιπλέον, η ανάπτυξη ενός προγράμματος για την επίλυση ενός προβλήματος μέσω του υπολογιστή, απαιτεί τόσο γνώση των δυνατοτήτων του υπολογιστή, δηλαδή ένα αποτελεσματικό νοητικό μοντέλο της λειτουργίας του υπολογιστή (Ben-Ari, 1998), όσο και ικανότητες στην ανάλυση του προβλήματος, στη σχεδίαση και στην «κωδικοποίηση» της λύσης (Smith & Webb, 1995). Οι αδυναμίες που παρουσιάζει η παραδοσιακή μέθοδος διδασκαλίας του εισαγωγικού προγραμματισμού έχουν οδηγήσει τους καθηγητές στην αναζήτηση νέων μεθόδων με σκοπό να εξαλειφθούν τα προβλήματα αυτά και να βελτιωθεί η διδακτική διαδικασία. Μια από αυτές αποτελεί το αντικείμενο της συγκεκριμένης εργασίας και προϋποθέτει τη χρήση των LEGO Mindstorms, που εξηγούνται αναλυτικότερα σε επόμενο κεφάλαιο. Στο κεφάλαιο αυτό αρχικά παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο διεξάγεται μέχρι σήμερα η διδασκαλία του προγραμματισμού. Επιχειρείται ακόμη η καταγραφή των αδυναμιών που παρουσιάζει η παραδοσιακή μέθοδος, αλλά και οι δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές κατά την εκμάθηση των αρχών του προγραμματισμού. Στις ενότητες που ακολουθούν γίνεται περιγραφή της εναλλακτικής προσέγγισης της διδασκαλίας του προγραμματισμού με τα LEGO Mindstorms και εξηγούνται τα βασικά χαρακτηριστικά της. Στη συνέχεια, αναφέρονται τα οφέλη που απορρέουν από τη χρήση των LEGO Mindstorms και ο βαθμός στον οποίο συμβάλλουν στην εξάλειψη των αδυναμιών και προβλημάτων της παραδοσιακής μεθόδου. 2.2 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ Οι αντικειμενικοί στόχοι που τίθενται συνήθως, σύμφωνα με το Πρόγραμμα Σπουδών, για το μάθημα του εισαγωγικού προγραμματισμού περιλαμβάνουν τόσο απόκτηση γνώσεων όσο και δεξιοτήτων. Οι γνώσεις σχετίζονται με την κατανόηση προβλήματος, το σχεδιασμό αλγορίθμων, είδη - τεχνικές - περιβάλλοντα 11

14 προγραμματισμού, δομές δεδομένων, δομές αλγορίθμων και οι δεξιότητες με την υλοποίηση - έλεγχο - εκσφαλμάτωση -τεκμηρίωση - αξιολόγηση προγράμματος. Το διδακτικό έργο του εκπαιδευτικού σχετίζεται άμεσα με την αγωγή και εκπαίδευση των μαθητών, την απόκτηση γνώσεων και δεξιοτήτων από αυτούς. Όσον αφορά το πρώτο, μέχρι σήμερα ο εκπαιδευτικός επιχειρεί τη μετάδοση των γνώσεων με τη μέθοδο της διάλεξης, και όποτε είναι δυνατό, με το διάλογο και τη συζήτηση. Με διάλεξη ο εκπαιδευτικός αποσαφηνίζει όρους, εξηγεί διαδικασίες και παρουσιάζει παραδείγματα στον πίνακα για να πετύχει την εμπέδωση των εννοιών. Όσον αφορά το δεύτερο σκέλος του διδακτικού έργου του εκπαιδευτικού, δηλαδή την εκμάθηση δεξιοτήτων, αυτή περιλαμβάνει εξοικείωση με τις βασικές δομές του δομημένου προγραμματισμού και την υλοποίηση προγραμμάτων σε εργαστήριο. Για να αποκτήσουν οι μαθητές τις δεξιότητες αυτές, διδάσκονται μια γλώσσα προγραμματισμού, συνήθως Pascal, Basic, Visual Basic, C κλπ. Διδάσκονται το συντακτικό (syntax) και τη σημασιολογία (semantics) των γλωσσών αυτών και δημιουργούν με τη βοήθεια του καθηγητή μικρά και απλά προγράμματα. Θα μπορούσαμε να συνοψίσουμε τη διδακτική διαδικασία στα ακόλουθα πέντε βήματα: Προετοιμασία των μαθητών με ανάκληση προηγούμενων σχετικών γνώσεων, ώστε να μπορέσουν να δεχθούν καινούργιες. Παρουσίαση του νέου αντικειμένου διδασκαλίας. Σύνδεση με τα προηγούμενα, ύστερα από εξήγηση και ανάλυση της νέας ενότητας. Εφαρμογή της καινούργιας γνώσης σε πραγματικές καταστάσεις (επίλυση προβλημάτων στον υπολογιστή). Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, η παραδοσιακή μέθοδος διδασκαλίας του προγραμματισμού είναι αρκετά δασκαλοκεντρική, αφού επικεντρώνεται σε μεγάλο βαθμό στη δραστηριότητα του δασκάλου. Η παραδοσιακή λοιπόν μέθοδος διδασκαλίας συνίσταται (Ξυνόγαλος, 2002): στη χρήση μιας γλώσσας γενικού σκοπού (Pascal, Basic, C κλπ), ενός επαγγελματικού περιβάλλοντος προγραμματισμού για τη γλώσσα αυτή, στην επίλυση ενός συνόλου προβλημάτων επεξεργασίας αριθμών και συμβόλων Αδυναμίες Μεθόδου Οι έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν δείχνουν ότι η παραδοσιακή μέθοδος διδασκαλίας δεν διευκολύνει την εκμάθηση του προγραμματισμού. Τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι αρχάριοι είναι τα εξής (Ξυνόγαλος, 2002): Οι γλώσσες γενικού σκοπού διαθέτουν ένα μεγάλο πλήθος εντολών και είναι αρκετά πολύπλοκες. Η προσοχή των μαθητών επικεντρώνεται στην εκμάθηση της ίδιας της γλώσσας και όχι στην ανάπτυξη ικανοτήτων επίλυσης προβλημάτων. 12

15 Το προγραμματιστικό περιβάλλον συνήθως δεν παρέχει δυνατότητες οπτικοποίησης του προγράμματος έτσι ώστε Ο μαθητής να μπορεί να παρακολουθήσει τη διαδικασία εκτέλεσης και να παρακολουθεί το αποτέλεσμα κάθε εντολής. Οι εμπορικοί μεταγλωττιστές δεν ικανοποιούν τις ανάγκες των αρχαρίων προγραμματιστών Η επίλυση ενδιαφερόντων προβλημάτων απαιτεί την εκμάθηση ενός μεγάλου υποσυνόλου εντολών της γλώσσας και την ανάπτυξη μεγάλων προγραμμάτων Δυσκολίες των Μαθητών Οι αρχάριοι προγραμματιστές αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην ανάπτυξη προγραμμάτων. Σε πολλές περιπτώσεις δε γνωρίζουν τι ακριβώς πρέπει να κάνουν προκειμένου να οδηγηθούν στη λύση του προβλήματος και δυσκολεύονται να εξηγήσουν γιατί τα αποτελέσματα εκτέλεσης ενός προγράμματος δε συμπίπτουν με τα αναμενόμενα (Γρηγοριάδου κ.α., 2002). Οι μαθησιακές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι μαθητές μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες κατηγορίες (Du Bοulay, 1989): Η έννοια του προγραμματισμού Αρχές λειτουργίας υπολογιστών Συντακτικό και σημασιολογία γλωσσών προγραμματισμού Σχέδια επίλυσης προβλημάτων ανάπτυξη αλγορίθμων Διαδικασίες ανάπτυξης προγραμμάτων Πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά τον τρόπο λειτουργίας του υπολογιστή ο αρχάριος προγραμματιστής (Ξυνόγαλος, 2002): δυσκολεύεται να εντοπίσει τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στο πρόγραμμα και τον μηχανισμό εκτέλεσης του, κάνει δικές του υποθέσεις για τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί εσωτερικά το υπολογιστικό σύστημα, αν δεν του δοθεί μια σχετική περιγραφή, δε μπορεί να αντιληφθεί την αναγκαιότητα αναλυτικής και ακριβούς περιγραφής των βημάτων που απαιτούνται για την συγγραφή ενός προγράμματος Όσον αφορά το χειρισμό των δομών της γλώσσας προγραμματισμού, ο αρχάριος προγραμματιστής συναντά δυσκολίες, οι οποίες οφείλονται συνήθως στο γεγονός ότι εκφράζει τη λύση του προβλήματος σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού, βασιζόμενος στη φυσική γλώσσα που χρησιμοποιεί στις καθημερινές του συνομιλίες. Πιο συγκεκριμένα, οι δυσκολίες εντοπίζονται στις παρακάτω δομές προγραμματισμού: Δομή Επιλογής Δυσκολεύεται να κατανοήσει τη δομή επιλογής όταν αυτή περιλαμβάνει στη συνθήκη σύνθετες λογικές εκφράσεις (AND, NOT, OR). Δυσκολεύεται να παρακολουθήσει τη λειτουργία των εμφωλευμένων εντολών. 13

16 Αντιμετωπίζει και μαθαίνει ευκολότερα νέες δομές, όταν διαθέτει καλύτερο μαθηματικό υπόβαθρο. Στη Δομή Επανάληψης (Loop) Προτιμά να χρησιμοποιεί ακολουθίες επαναλαμβανόμενων εντολών στα προγράμματα του αντί για βρόχο. Διαθέτει ανεπαρκή νοητά μοντέλα για τις επαναληπτικές δομές. Δυσκολεύεται να επιλέξει την κατάλληλη για κάθε πρόβλημα επαναληπτική δομή. Αδυνατεί να ορίσει με επιτυχία τη συνθήκη εξόδου από το βρόχο. Δε μπορεί να καθορίσει την εμβέλεια του βρόχου και να κατανοήσει την αρχή και το τέλος τους, καθώς και τις εντολές που επαναλαμβάνονται. Στις Μεταβλητές ο αρχάριος προγραμματιστής δυσκολεύεται να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι μεταβλητές, την ανάγκη αρχικοποίησης των μεταβλητών, την ενημέρωση και τον έλεγχο των τιμών των μεταβλητών σε βρόχους. 2.3 Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Στα Προγράμματα Σπουδών Πληροφορικής έχουν εφαρμοστεί, σε γενικές γραμμές, δύο διαφορετικές προσεγγίσεις διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η/Υ Προσέγγιση της εκμάθησης γλωσσών προγραμματισμού Βασίζεται στην τεχνοκεντρική προσέγγιση για την ένταξη της Πληροφορικής στην εκπαίδευση (Κόμης & Μικρόπουλος 2001). Κύριος στόχος είναι η εκμάθηση της χρησιμοποιούμενης γλώσσας προγραμματισμού, ενώ δίνεται έμφαση στη δομή, στο λεξιλόγιο και τους συντακτικούς κανόνες της. Η προσέγγιση αυτή ακολουθήθηκε και στη χώρα μας το 1985, όταν εισήχθη η διδασκαλία του προγραμματισμού στα Τεχνικά Επαγγελματικά Λύκεια (ΤΕΛ) και στα Ενιαία Πολυκλαδικά Λύκεια (ΕΠΛ) με τη μορφή της εκμάθησης της Basic (Β τάξη), της Pascal (Γ τάξη) και της Cobol (Γ τάξη). Αντίστοιχη ήταν η προσέγγιση της εισαγωγής του προγραμματισμού στο Γυμνάσιο το 1992, με τη διδασκαλία της Logo (Α τάξη) και της Basic (Γ τάξη). Η διδακτική εμπειρία έχει δείξει ότι, ακόμη και στα ΤΕΛ, οι περισσότεροι μαθητές περιορίζονταν στην αποστήθιση εντολών ή διαδικασιών και δεν εξασκούνταν στην ανάπτυξη μεθόδων επίλυσης προβλημάτων (Τζιμογιάννης & Γεωργίου 1998) Προσέγγιση της επίλυσης προβλημάτων 14

17 Στην προσέγγιση επίλυσης προβλημάτων ο προγραμματισμός αντιμετωπίζεται ως γνωστική δραστηριότητα με στόχο την ανάπτυξη δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου. Η διδασκαλία αποδεσμεύεται από τη χρησιμοποιούμενη γλώσσα προγραμματισμού και έχει ως γενικό σκοπό οι μαθητές να αναπτύξουν αναλυτική και συνθετική σκέψη να αποκτήσουν ικανότητες μεθοδολογικού χαρακτήρα να μπορούν να επιλύουν απλά προβλήματα σε προγραμματιστικό περιβάλλον. Η προσέγγιση αυτή ακολουθήθηκε στο Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών Πληροφορικής (ΥΠΕΠΘ). Ο προγραμματισμός εισάγεται στο Γενικό Λύκειο με τη διδασκαλία των βασικών αρχών στα πλαίσια του μαθήματος της Α τάξης Εφαρμογές Πληροφορικής. Παράλληλα, καθιερώθηκε στη Γ Λυκείου Τεχνολογικής Κατεύθυνσης το μάθημα με τίτλο Ανάπτυξη Εφαρμογών σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον και στόχο την εισαγωγή στην αλγοριθμική θεωρία και την καλλιέργεια δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων. Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Σπουδών (ΥΠΕΠΘ), οι ειδικοί στόχοι της διδασκαλίας του προγραμματισμού Η/Υ στο Ενιαίο Λύκειο είναι οι μαθητές να αναπτύξουν δεξιότητες αλγοριθμικής προσέγγισης (ανάλυση προβλήματος, σχεδίαση αλγορίθμου, δομημένη σκέψη, αυστηρότητα έκφρασης) να αναπτύξουν δημιουργικότητα και φαντασία. Τα σημαντικότερα προβλήματα και οι δυσκολίες στη διδασκαλία προγραμματιστικών εννοιών στο Γυμνάσιο αλλά και στο Λύκειο είναι: Η χρήση περιβαλλόντων ανάπτυξης προγραμμάτων αποπροσανατολίζουν από τον τελικό στόχο και εμπλέκουν το μαθητή σε μια επίπονη διαδικασία κατανόησης και αποστήθισης συντακτικών και διαδικαστικών κανόνων. Η έλλειψη χρόνου εμποδίζει την εκμάθηση της γλώσσας προγραμματισμού σε μεγάλη έκταση και έτσι περιορίζει τα παραδείγματα στην επίλυση πολύ μικρών προβλημάτων-ασκήσεων που συνήθως δεν έχουν κανένα νόημα για το μαθητή γιατί δεν είναι δυνατόν να διακρίνει πώς τα συγκεκριμένα παραδείγματα θα οδηγούσαν στην αντιμετώπιση μεγαλύτερων προβλημάτων. Οι δυσκολίες της παραδοσιακής διδασκαλίας του προγραμματισμού σε συνδυασμό με την έλλειψη χρόνου σπάνια επιτρέπουν στο μαθητή να δημιουργήσει μια λύση και να δει το αποτέλεσμα της προσπάθειάς του ολοκληρωμένο. Η χρήση εκπαιδευτικών γλωσσών προγραμματισμού όπως η Logo περιορίζει το εύρος προβλημάτων που μπορούν να λυθούν, καθώς τα πάντα προσαρμόζονται στο χαρακτήρα της γλώσσας σχεδίαση με χελώνα που σπάνια είναι δυνατόν να εκφράσει με επιτυχία τη λύση προβλημάτων του πραγματικού κόσμου. Ένα μεγάλο εύρος δυσκολιών που έχουν άμεση σχέση με τη διδακτική του προγραμματισμού. 15

18 2.4 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ LEGO MINDSTORMS ΚΑΙ ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ Στην εργασία αυτή προτείνεται μία εναλλακτική προσέγγιση της διδασκαλίας των βασικών αρχών του προγραμματισμού, η οποία βασίζεται στη χρήση φυσικών μηχανικών μοντέλων και την εφαρμογή εννοιών και ιδεών από την πλευρά των μαθητών, με σκοπό την επίλυση πραγματικών προβλημάτων Τα Lego Mindstorms ως διδακτικά εργαλεία Η χρήση των ρομπότ ως εκπαιδευτικό εργαλείο αυξάνεται ολοένα και περισσότερο στις μέρες μας. Η πρόοδος της τεχνολογίας έχει ως αποτέλεσμα την γενικότερη βελτίωση των τεχνουργημάτων αυτού του είδους, τα οποία χρησιμοποιούνται παγκοσμίως στην πρωτοβάθμια, τη δευτεροβάθμια αλλά και στην τριτοβάθμια εκπαίδευση. Για πολλούς εκπαιδευτικούς, ο τρόπος διδασκαλίας με τη χρήση ρομπότ αποτελεί ένα εντελώς νέο κεφάλαιο στον τομέα των ΤΠΕ (τεχνολογιών της πληροφορικής στην εκπαίδευση). H νέα αυτή εκπαιδευτική μέθοδος, διαφέρει ως ιδέα σε μεγάλο βαθμό, σε σχέση με τις παραδοσιακές εφαρμογές των υπολογιστών που χρησιμοποιούνται ως διδακτικά εργαλεία. Τα ρομπότ, ως διδακτικά εργαλεία, αποτελούν πηγή έμπνευσης τόσο για τους εκπαιδευτές όσο και για τους εκπαιδευόμενους όλων των ηλικιών. Έχουν τη δυνατότητα να ενθουσιάζουν παιδιά και ενήλικες. Ο λόγος είναι πως αποτελούν από μόνα τους ένα υβριδικό-δυναμικό σύστημα που βοηθά στη μελέτη και στην εμπέδωση της γνώσης μέσω της πρακτικής εξάσκησης. Ταυτόχρονα, βοηθούν σε μεγάλο βαθμό στη μελέτη πεδίων όπως αυτά της τεχνολογίας λογισμικού και των φυσικών επιστημών. Η χρήση των ρομπότ για την εισαγωγή σε θέματα προγραμματισμού εκτιμάται ότι μπορεί να είναι θετική, αφού μπορεί να βοηθήσει - μεταξύ άλλων - στην κατανόηση μιας ακριβούς και λογικής γλώσσας εντολών (Κόμης, 2004) Τα LM χρησιμοποιούνται ως ένα μέσο διδασκαλίας μεθόδων επίλυσης προβλημάτων, αποτελώντας μία ευχάριστη και ενδιαφέρουσα ενασχόληση παρέχοντας παράλληλα, μία απλή και διδακτική διεπαφή. Οι μαθητές τα αντιμετωπίζουν περισσότερο ως παιχνίδι, παρά ως εργαλεία μάθησης καθώς η πλειοψηφία τους έχει «παίξει» με αυτά. Η πτυχή - παιγνίδι, αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα θετικού κινήτρου και παρότρυνσης στην εκπαίδευση (Κόμης, 2005) Περιπτώσεις μελέτης και εφαρμογής των Lego Mindstrorms στην διδασκαλία των βασικών εννοιών Προγραμματισμού Τα LM χρησιμοποιήθηκαν στο πλαίσιο μαθημάτων και ερευνητικών προγραμμάτων σε πολλά πανεπιστήμια και σχολεία ανά τον κόσμο. Χρησιμοποιήθηκαν κατά κύριο λόγο για την διδασκαλία μαθημάτων εισαγωγής στον Προγραμματισμό, στη Ρομποτική, τη Μηχανική και την Τεχνητή Νοημοσύνη. Έρευνες που εστιάζουν στη χρήση των ρομπότ για την εκμάθηση εννοιών προγραμματισμού δεν βοηθούν στο να εξαχθεί άμεσα μία σαφής εικόνα σε ότι αφορά τα μαθησιακά οφέλη (Daniel & Cliburn, 2006; McNally, Goldweber, Fgin, & Klassner, 2006). Επιπλέον όπως αναφέρεται, η χρήση των ρομπότ περιορίζει την διδασκαλία προχωρημένων εννοιών προγραμματισμού όπως αυτή του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού (McNally et al., 2006). Υπάρχουν όμως έρευνες που αναφέρουν 16

19 ότι τα ρομπότ βοήθησαν σημαντικά στην μετάδοση γνώσης βασικών εννοιών προγραμματισμού (π.χ. Καρατράντου, Τάχος, & Αλιμήσης, 2005; Beisser, 2006). Σε έρευνα που έγινε με μαθητές γυμνασίου λυκείου καταγράφηκαν θετικά αποτελέσματα σε ότι αφορά το ενδιαφέρον των μαθητών κατά την διάρκεια των μαθημάτων καθώς και στην επίτευξη των εκπαιδευτικών στόχων που είχαν τεθεί (Dagdilelis et al., 2005). Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα σημαντικότερα άρθρα που επιλέχθηκαν έπειτα από έρευνα ανάμεσα σε σχετικές εργασίες. (1) Do Lego Mindstorms Robots have a Future in CS Education? (McNally et al., 2006) Η εργασία αυτή περιέχει μία στρογγυλή τράπεζα στην οποία παρουσιάζονται θετικά και αρνητικά συμπεράσματα που έχουν εξαχθεί από τη χρήση των Lego Mindstorms. Οι καθηγητές M. Goldweber, B. Fagin και F. Klassner αναφέρονται στις παρατηρήσεις που έχουν κάνει μέσα από την προσωπική τους διδακτική εμπειρία με τα ρομπότ της Lego. Συγκεκριμένα αναφέρονται τα εξής: Michael Goldweber Ο καθηγητής M. Goldweber ενσωμάτωσε τη χρήση των Lego Mindstorms στη διδασκαλία των εισαγωγικών μαθημάτων της επιστήμης των υπολογιστών. Μέσα από τη χρήση των ρομπότ επισημαίνει δύο βασικές αδυναμίες των LM. Η πρώτη είναι λογιστικής φύσεως και αφορά το μεγάλο κόστος αγοράς των ρομπότ καθώς η τιμή τους καθιστά απαγορευτική την χρήση ενός LM από κάθε έναν μαθητή. Η δεύτερη είναι παιδαγωγικής φύσεως και χωρίζεται σε δύο σκέλη. Το πρώτο σκέλος έχει να κάνει με τη διδασκαλία το εννοιών του αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού και τους περιορισμούς που υπάρχουν σε προχωρημένα ζητήματα προγραμματισμού. Επιπλέον, η χρήση των ρομπότ δεν δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να εξερευνήσουν σε βάθος έννοιες όπως αυτή του πολυμορφισμού ή της διαχείρισης της πολυπλοκότητας μέσω της διάδρασης πολλαπλών κλάσεων και αντικειμένων. Το δεύτερο σκέλος έχει να κάνει με το πόσο σωστή είναι η χρήση των ρομπότ από παιδαγωγική άποψη, καθώς ο τρόπος λειτουργίας τους επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από εξωγενείς παράγοντες. Για παράδειγμα ενώ κάποιο πρόγραμμα μπορεί να στρέφει μία μέρα το ρομπότ κατά 93 μοίρες μία άλλη μέρα μπορεί να το στρέφει κατά 87 λόγω «εξάντλησης» των μπαταριών που χρησιμοποιούνται. Άλλο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι αισθητήρες φωτός των οποίων οι ενδείξεις εξαρτώνται άμεσα από τον φωτισμό που υπάρχει στον περιβάλλοντα χώρο. Barry Fagin Ο καθηγητής B. Fagin δημιούργησε τη γλώσσας Ada για τα Lego Mindstorms. Ισχυρίζεται πως τα μόνα μετρήσιμα συμπεράσματα που έχει είναι αρνητικά και πως ίσως ο λόγος είναι η έλλειψη άμεσης ανατροφοδότησης κατά την υλοποίηση των προγραμμάτων. Σε όλα τα περιβάλλοντα ανάπτυξης προγραμμάτων υπάρχει η δυνατότητα μεταγλώττισης, εκτέλεσης και διόρθωσης του κώδικα. Πράγμα που σημαίνει πως όλες οι λειτουργίες είναι συγκεντρωμένες σε ένα σημείο και η διαδικασία του σχεδιασμού, ελέγχου και τροποποίησης είναι σύντομη και εύκολη. Αντίθετα στα LM, η ανάπτυξη του προγράμματος γίνεται από τον υπολογιστή. Κατόπιν το πρόγραμμα μεταφορτώνεται στον εγκέφαλο RCX στον οποίο και εκτελείται επιτρέποντάς μας να δούμε τελικά αν η λύση στο πρόβλημά μας ήταν σωστή ή λάθος. 17

20 Επιπλέον, δεν είναι πάντα εφικτή η μεταφορά των ρομπότ από το εργαστήριο πληροφορικής στο σπίτι των μαθητών, με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά ο διαθέσιμος χρόνος για την ανάπτυξη προγραμμάτων. Για το λόγο αυτό προτείνεται η χρήση ενός εξομοιωτή στον οποίο θα ήταν δυνατή η εικονική κατασκευή και ο προγραμματισμός ενός LM. Frank Klassner Ο καθηγητής F. Klassner είναι ο δημιουργός της γλώσσας RCXLisp και έχει χρησιμοποιήσει τα Lego Mindstorms ως διδακτικά εργαλεία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αναφέρεται στα ρομπότ της Lego και τα συγκρίνει σε σχέση με άλλα διδακτικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στα επιστημονικά πεδία των δικτύων, των συστημάτων πραγματικού χρόνου, των αρχιτεκτονικών «πρακτόρων» κ.λπ.. Ισχυρίζεται πως αν ένα τμήμα θέλει να αναβαθμίσει τον κύκλο σπουδών χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο με χαμηλό κόστος και υψηλή παιδαγωγική αξία θα πρέπει να χρησιμοποιήσει μία πλατφόρμα όπως τα Lego Mindstorms για τους εξής λόγους: Είναι σχετικά φθηνή και εύκολη στον προγραμματισμό, αν κάποιος αναλογιστεί τις εναλλακτικές επιλογές που υπάρχουν για αγορά διδακτικών εργαλείων όπως για παράδειγμα των κινητών τηλεφώνων. Είναι «ανοιχτή» και προσφέρει στου μαθητές μία ποικιλία εμπειριών σε αντικείμενα όπως αυτά των τεχνολογιών ασύρματης επικοινωνίας και συστημάτων πραγματικού χρόνου. Προσαρμόζεται εύκολα και μπορεί να ανταποκριθεί σε όλα τα επίπεδα γνώσεων των μαθητών, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη προς επαναχρησιμοποίηση στα μαθήματα που διδάσκονται. Είναι σχετικά γνωστή στους μαθητές και αποτελεί πρόκληση για αυτούς αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό την παιδαγωγική της αξία. (2) An Examination of Gender Differences in Elementary Constructionist Classrooms Using Lego/Logo Instruction (Beisser, 2006) Στο τμήμα διδασκαλίας και μάθησης του πανεπιστήμιου του Drake, ο βοηθός καθηγητή SALLY R. BEISSER έκανε μία έρευνα χρησιμοποιώντας τα LM. Συγκεκριμένα, η εργασία διήρκησε δύο (2) χρόνια σε τάξεις πρώτης μέχρι πέμπτης δημοτικού και είχε ως δείγμα της 99 μαθητές. Τα παιδιά τις πρώτης και της δευτέρας δημοτικού δούλευαν σε μικρές ομάδες ενώ οι μεγαλύτερες ηλικίες ολοκλήρωσαν τα μαθήματα της έρευνας δουλεύοντας ως τάξεις. Σκοπός της εργασίας αυτής ήταν: (α) να ερευνήσει το βαθμό της διαφοροποίησης που υπάρχει σε ότι αφορά τη μαθησιακή συμπεριφορά των αγοριών και των κοριτσιών μίας τάξης κατά τη διάρκεια εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων στο μάθημα του προγραμματισμού υπολογιστών (β) να εξετάσει αν η χρήση των LM και γενικότερα ενός εμπλουτισμένου περιβάλλοντος υπολογιστή, μπορεί να ενισχύσει την αυτοπεποίθηση στην ενασχόληση των παιδιών με τις τεχνολογίες των υπολογιστών (γ) αν τα αγόρια αισθάνονται πως υπερέχουν έναντι των κοριτσιών έχοντας περισσότερη αυτοπεποίθηση σε ότι αφορά τη χρήση των υπολογιστών και (δ) αν οι δάσκαλοι χρησιμοποιούν εκπαιδευτικές στρατηγικές και διαχειρίζονται την τάξη τους περισσότερο αποτελεσματικά μέσα από τη χρήση των LM. 18

21 Τα αποτελέσματα της ποιοτικής ανάλυσης έδειξαν πως τα κορίτσια της τάξεως είχαν την τάση να αναπτύσσουν στερεότυπες και αισθητικά καλαίσθητες κατασκευές όπως σπίτια με δωμάτια και ιδιαίτερες λεπτομέρειες. Αντίθετα από ότι τα αγόρια, ήθελαν επιπλέον ενθάρρυνση από του εκπαιδευτές για την υλοποίηση προγραμμάτων που θα έκαναν τις κατασκευές τους να κινούνται. Οι εκπαιδευτικές στρατηγικές που χρησιμοποιήθηκαν, καθ όλη τη διάρκεια της έρευνας, σε συνδυασμό με τη χρήση των LM έδειξαν πως ενισχύθηκαν σε μεγαλύτερο βαθμό οι προγραμματιστικές ικανότητες των κοριτσιών. Οι δάσκαλοι παρατήρησαν πως, ενώ στην αρχή τα κορίτσια κατασκεύαζαν μόνο σπίτια και οικογένειες μέσα από εικόνες της καθημερινότητας, άρχισαν, όχι μόνο να χρησιμοποιούν γρανάζια και τροχούς, αλλά να αναπτύσσουν και προγράμματα. Σε ότι αφορά τα αγόρια, υπήρξε και σε αυτά σημαντική βελτίωση στις γνώσεις τους πάνω σε θέματα προγραμματισμού. Όχι όμως, σε τόσο μεγάλο βαθμό όσο στα κορίτσια καθώς τα αγόρια θεωρούσαν τους εαυτούς τους περισσότερο ικανούς, γεγονός που τους έκανε να είναι λιγότερο αποδοτικοί σε σχέση με το αντίθετο φύλο. (3) Teaching New Artificial Intelligence using Constructionist Edutainment Robots (Chandana et al., 2000) Στο εργαστήριο τεχνητής νοημοσύνης του πανεπιστημίου της Ζυρίχης, οι C. Paul, V. Hafner και J. Bongard δημιούργησαν μία πιλοτική σειρά μαθημάτων τα οποία απευθύνονταν σε μαθητές ηλικίας 13 έως 18 ετών. Ο στόχος αυτών των μαθημάτων ήταν η ενίσχυση των γνώσεων των μαθητών, σε ότι αφορά την φιλοσοφία και τις ιδέες που σχετίζονται με τον κλάδο της τεχνητής νοημοσύνης, και η παρουσίαση των τεχνολογιών και των μεθόδων που χρησιμοποιούνται στον τομέα αυτό. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν το σετ τον ρομπότ της Lego το οποίο συνοδεύονταν από ένα περιβάλλον ανάπτυξης προγραμμάτων με ψυχαγωγικό χαρακτήρα. Με τη χρήση αυτού του εργαλείου μπόρεσαν να αυξήσουν το ενδιαφέρον των μαθητών σε ότι αφορά το αντικείμενο της τεχνητής νοημοσύνης συνδυάζοντας τις φιλοσοφίες της ψυχαγωγικής εκπαίδευσης και του εποικοδομισμού. Μέσω των δραστηριοτήτων που ολοκληρώθηκαν, τα παιδιά όχι μόνο κατανόησαν τις ιδέες και τις έννοιες των μαθημάτων, αλλά μέσα από τη δική τους νοητική διαδικασία εμπέδωσαν τις νέες πληροφορίες οι οποίες τελικά αποτέλεσαν για αυτούς γνωστικά εργαλεία που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν σε μελλοντικές σχετικές δραστηριότητες. (4) RoboCup Jr. with LEGO MINDSTORMS (Lund, & Pagliarini, 2000) Οι ερευνητές στο εργαστηρίο Lego H. H. Lund και L. Pagliarini του πανεπιστημίου του Aarhus στη Δανία, υλοποίησαν μία εργασία εξάγοντας αποτελέσματα από παρατηρήσεις που έγιναν σε έναν αγώνα που έγινε στην Στοκχόλμη το 1999 με το όνομα RoboCup99. Ο στόχος τους ήταν να επιτρέψουν σε παιδιά ηλικίας από 7 έως 14 ετών, να έχουν μία προσωπική εμπειρία με τον κλάδο της ρομποτικής και συγκεκριμένα με τα LM, οργανώνοντας με αυτά παιδικούς αγώνες ποδοσφαίρου. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποίησαν μία προσέγγιση επικεντρωμένη στον χρήστη για την ανάπτυξη ρομπότ με έναν εύκολο και γρήγορο τρόπο. Χρησιμοποίησαν προκατασκευασμένα ρομπότ και ανέπτυξαν ένα λογισμικό με έτοιμες συμπεριφορές (μπλοκ εντολών) έτσι ώστε να είναι ευκολότερος ο προγραμματισμός τους κατά τη διάρκεια του αγώνα. Με τον τρόπο αυτό τα παιδιά ασχολήθηκαν αποκλειστικά με τον συνδυασμό των 19

22 εντολών που έπρεπε να εκτελεστούν βιώνοντας ένα ευχάριστο και διασκεδαστικό κλίμα κατά τη διάρκεια των παιχνιδιών. Ο ενθουσιασμός των παιδιών ήταν εμφανείς καθ όλη τη διάρκεια των παιχνιδιών τόσο στα αγόρια όσο και στα κορίτσια που έλαβαν μέρος στους αγώνες, αν και το ποδόσφαιρο είναι ένα κατεξοχήν ανδρικό άθλημα. Η ερευνητές συμπέραναν πως η χρήση των LM σε συνδυασμό με μία προσέγγιση επικεντρωμένη στο χρήστη είναι ιδανική για την εισαγωγή αρχάριων παιδιών στους τομείς της ρομποτικής και του προγραμματισμού. (5) Teaching (with) Robots in Secondary Schools: some new and not-so-new Pedagogical problems (Dagdilelis et al., 2005) Στο τμήμα εφαρμοσμένης πληροφορικής του πανεπιστημίου Μακεδονίας οι Β. Δαγδιλέλης, Μ. Σατρατζέμη και Κ. Καγκάνη υλοποίησαν μία σειρά από πιλοτικά μαθήματα εισαγωγής στον προγραμματισμό, τα οποία απευθύνονταν σε μαθητές τρίτης γυμνασίου και πρώτης λυκείου. Για τη δημιουργία του κύκλου αυτών των μαθημάτων χρησιμοποιήθηκαν τα LM και το περιβάλλον οπτικού προγραμματισμού που ονομάζεται ROBOLAB. Η έρευνα έγινε σε μαθητές Ελληνικού σχολείου και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από αυτή ήταν θετικά αλλά απαιτούν περισσότερη έρευνα για να τεκμηριωθούν. Συγκεκριμένα παρατηρήθηκε πως, η κατανόηση, σε ότι αφορά τη σωστή χρήση των προγραμματιστικών αρχών, ήταν ευκολότερη με τη βοήθεια των ρομπότ της Lego. Παρόλα αυτά, έννοιες όπως αυτή της δομής επανάληψης παρέμειναν δυσνόητες για τα παιδία. Επιπλέον, ο χρόνος που απαιτούνταν για την εκτέλεση των προγραμμάτων αλλά και για την προετοιμασία της αίθουσας πριν από το μάθημα ήταν αρνητικοί παράγοντες οι οποίοι πρέπει να ληφθούν υπόψη από έναν εκπαιδευτικό που προτίθεται να χρησιμοποιήσει αυτού του είδους τα εργαλεία. Τέλος, τα LM αποτέλεσαν ένα ισχυρό κίνητρο για την ενασχόληση των παιδιών με το μάθημα του προγραμματισμού καθώς τα αντιμετώπιζαν περισσότερο ως παιχνίδι παρά ως μία υποχρεωτική μαθησιακή διαδικασία. (6) Principles and Experiences in Using Legos to Teach Behavioral Robotics (Gage, & Murphy, 2003) Στο τμήμα μηχανικών και επιστήμης της πληροφορικής του πανεπιστημίου της νότιας Φλόριντα, οι ερευνητές A. Gage και R. R. Murphy χρησιμοποίησαν τα LM για τη διδασκαλία εισαγωγικών μαθημάτων στο τομέα της τεχνητής νοημοσύνης των ρομπότ. Η έρευνα έγινε στα πλαίσια μίας σειράς μαθημάτων ρομποτικής πρωτοετών προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών οι οποίοι δούλεψαν σε μικρές ομάδες για την κατασκευή και τον προγραμματισμό των ρομπότ. Τα μαθήματα έγιναν στην Φλόριντα και την Ισλανδία και είχαν θετικά αποτελέσματα. Τα ρομπότ χρησιμοποιήθηκαν σε έξι εργαστηριακά μαθήματα και τη φάση της τελικής εργασίας η οποία διήρκησε δύο επιπλέον μαθήματα. Το μειονέκτημα κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού των ρομπότ ήταν πως λόγω της απλότητας των εντολών που μπορούσαν να εκτελεστούν (εντολές υψηλού επιπέδου), δεν ήταν δυνατή η εκτέλεση περίπλοκων και λεπτομερών διαδικασιών. Παρόλα αυτά, τα LM μπόρεσαν να χρησιμοποιηθούν ως εκπαιδευτικά εργαλεία από όλους τους μαθητές χωρίς να απαιτούν πρότερη γνώση σε θέματα προγραμματισμού. Με τον τρόπο αυτό δόθηκε η ευκαιρία στους φοιτητές που συμμετείχαν στην έρευνα 20

23 να ολοκληρώσουν με επιτυχία όλες τις εργασίες τους, συνδυάζοντας τη θεωρία που έμαθαν στην τάξη με τη πράξη από τα βιώματά τους με τη χρήση των ρομπότ. Οι ασκήσεις που υλοποιήθηκαν ήταν οι εξής: 1η άσκηση: Συναρμολόγηση κίνηση σε μπάρα 2η άσκηση: Ανίχνευση μαύρης βούλας χρήση αισθητήρα φωτός 3η άσκηση: Χρήση αισθητήρων αφής και φωτός για ανίχνευση τοίχου και γραμμής αντίστοιχα 4η άσκηση: Χρήση Visio Command με τον RCX για ανίχνευση κονσέρβας 5η άσκηση: Χρήση Visio Command με τον RCX για ανίχνευση χρωμάτων 6η άσκηση: Χρήση 2 ρομπότ τα οποία ανιχνεύουν μια κηλίδα και μόλις το ένα την βρεί οδηγεί το άλλο 7η άσκηση: Δίνεται project, υπήρχε πρόβλημα στην επικοινωνία του RCX με το Visio Command (7) Study of Educational Impact of the LEGO Dacta Materials INFOESCUELA MED (Iturrizaga, 2000) Η εργασία με την ονομασία INFOESCUELA υλοποιήθηκε από μία ομάδα ερευνητών της εταιρίας Lego, σε συνεργασία με το πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης (MIT), του οποίου υπεύθυνος είναι ο ειδικός σε θέματα παιδαγωγικής καθηγητής Δρ. S. Papert, και του πανεπιστημίου του Περού. Στην έρευνα αυτή συμμετείχαν 14 σχολεία του Περού, οι καθηγητές και οι διευθυντές που τα στελέχωναν καθώς και 1,653 μαθητές οι οποίοι συμμετείχαν στα ποσοτικά τεστ. Τα αποτελέσματα σε όλες τις περιπτώσεις ήταν θετικά και φαίνεται ξεκάθαρα πως η χρήση των LM βοήθησε σημαντικά τους μαθητές στη βελτίωση των επιδόσεών τους, σε ότι αφορά τους βαθμούς, τόσο στο μάθημα της τεχνολογίας όσο και σε άλλα μαθήματα όπως αυτό των μαθηματικών. (8) Peer Learning with Lego Mindstorms (McGoldrick et al., 2004) Στο τμήμα Τεχνολογιών Πληροφορικής και Επικοινωνιών ( ICT) του Κολεγίου Trinity στο Δουβλίνο της Ιρλανδίας, οι C. Mc Goldrick, Μ. Huggard υλοποίησαν μια σειρά μαθημάτων επικεντρωμένη στην ομότιμη μάθηση (peer learning). Στην έρευνα συμμετείχαν δευτεροετείς προπτυχιακοί φοιτητές. Κάθε εργαστηριακό μάθημα παρακολουθούσαν φοιτητές και εργάζονταν σε ομάδες των 3 ατόμων. Οι φοιτητές αξιολογήθηκαν για τον ρόλο τους μέσα στην ομάδα, την συνεργασία τους, την ποιότητα και την χρήση των ρομπότ που κατασκεύασαν. Οι μέθοδοι αξιολόγησης ήταν ένας συνδυασμός τυποποιημένης και μη τυποποιημένης μορφής αξιολόγησης που συζητήθηκε με τους φοιτητές πριν την υλοποίηση του προγράμματος. Στην εργασία αυτή περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο παρουσιάστηκε στους φοιτητές η 21

24 ιδέα της ομότιμης μάθησης και αναλύεται ο τρόπος διαχείρισης του μαθησιακού περιβάλλοντος. Παράλληλα είχαν ως στόχο τον διαχωρισμό των φοιτητών με ιδιαίτερη έφεση στο μάθημα της πληροφορικής. Οι λόγοι που χρησιμοποιήθηκαν τα LM ήταν οι εξής: Θεωρείται μία πρακτική και ευχάριστη προσέγγιση Ενθαρρύνει την συνεργασία μικρών ομάδων και την μεταξύ τους διάδραση Βοηθά στη διαίρεση της εργασίας σε επιμέρους τμήματα με ξεκάθαρους στόχους και απαιτήσεις Η κάθε ομάδα κατασκευάζει ένα ρομπότ που πρέπει να ανταποκρίνεται και στις δύο δραστηριότητες που θα υλοποιηθούν. Το ρομπότ πρέπει να είναι κατάλληλο για να πάρει μέρος σε αγώνες Sumo και να ταξιδέψει πάνω σε μία ευθεία γραμμή. Ο εισηγητής καταγράφει (μαγνητοσκοπεί) το πείραμα. Οι περισσότερες ομάδες εστίασαν την προσοχή τους στην δραστηριότητα της πάλης Sumo. Η αιτιολόγηση που δόθηκε για αυτή την προτίμηση ήταν ότι η πάλη Sumo ήταν περισσότερο ενδιαφέρουσα, περισσότερο ευχάριστη και είχε περισσότερα στοιχεία ανταγωνισμού. (9) University of Mississippi, «Java, Event and Robots» (Lawhead et al., 2002) Στο πανεπιστήμιο του Mississippi το 1999 υλοποιήθηκε μια σειρά μαθημάτων μέσω του προγράμματος Sun Microsystems Academic Equipment Grant (AEGS) με τίτλο «Java, Event and Robots» η οποία είχε ως στόχο να δημιουργήσει ένα περιβάλλον μέσα στο οποίο οι φοιτητές του τμήματος CS να μάθουν βασικές αρχές προγραμματισμού, αρχιτεκτονικής υπολογιστών και του «καθοδηγούμενου από γεγονότα» (event driven) προγραμματισμού. Για την επίτευξη του στόχου αυτού χρησιμοποιήθηκαν τα LEGO Mindstorms και το περιβάλλον Lego Mindstorms Robotics Invention Systems. Στο τμήμα Computer and Information Science, στο πλαίσιο τριών μαθημάτων, CS1, CS2, και CS3, η πρώτη γλώσσα προγραμματισμού που διδάσκεται είναι η Java. Για την υλοποίηση του προγράμματος επιλέχθηκε ένα από τα πέντε τμήματα εισαγωγικού προγραμματισμού (CS1). Βασικό μέλημα των διδασκόντων ήταν να φροντίσουν να συμπεριληφθεί στα μαθήματα αυτά όλη η διδακτέα ύλη που θα κάλυπταν τα υπόλοιπα τμήματα. Χρησιμοποιώντας μια λίστα των αντικειμενικών στόχων των μαθημάτων στα υπόλοιπα τμήματα, αναδιοργάνωσαν την ύλη και δημιούργησαν εργασίες - ασκήσεις που αντιστοιχούσαν στα θέματα που περιελάμβανε. Οι εργασίες αυτές κάλυπταν εννέα θεματικές ενότητες: Προγραμματισμός «Καθοδηγούμενος από γεγονότα", το Περιβάλλον, Σχεδιασμός Λύσης, Χρήση Java Τεκμηρίωση, Δοκιμή, αναφορά στη δομή επανάληψης Βασικοί τύποι δεδομένων, Είσοδος - Έξοδος, Απλή επαναληπτική δομή Ανάθεση τιμών, Αριθμητικές και Λογικές τιμές Δομή επανάληψης - Εμφωλευμένοι Βρόχοι 22

25 Δομή επιλογής (αναφορά σε απλές και σύνθετες) Διαδικασίες και Συναρτήσεις Πέρασμα Παραμέτρων και Πίνακες Αναδρομή (αναφορά) Η διδασκαλία των θεμάτων δεν έγινε με την ίδια σειρά που ακολουθούσαν τα υπόλοιπα τμήματα, λόγω διαφορετικής μεθοδολογίας. Για παράδειγμα, η επαναληπτική δομή While διδάχθηκε από τα πρώτα κιόλας μαθήματα. Οι εννέα εργασίες που αφορούν καθεμιά από τις παραπάνω ενότητες ανατέθηκαν στους φοιτητές, αφού δόθηκαν οι απαραίτητες πληροφορίες προγραμματιστικές οδηγίες, επεξηγήσεις και πλήρης περιγραφή του προβλήματος. Κατά τη διάρκεια της εβδομάδας πραγματοποιούνταν 4 δίωρα εργαστηριακά μαθήματα ένα από τα οποία έπρεπε κάθε φοιτητής να παρακολούθησε! Πριν από τα εργαστηριακά μαθήματα, οι ασκήσεις αποτελούσαν αντικείμενο συζήτησης στην τάξη. Οι φοιτητές έρχονταν προετοιμασμένοι στο εργαστηριακό μάθημα με μια λύση του προβλήματος σε ψευδοκώδικα Για τη διδασκαλία ανάθεσης αριθμητικών τιμών οι φοιτητές έπρεπε να φτιάξουν ένα ρομπότ με δυο αισθητήρες αφής, έναν στο μπροστινό και έναν στο πίσω μέρος του ρομπότ. Το ρομπότ θα κινούνταν μέσα σε ένα κουτί μπρος και πίσω. ενώ ταυτόχρονα ένας μετρητής θα κρατούσε το πλήθος των συγκρούσεων του στις πλευρές του κουτιού. Η τιμή του μετρητή θα εμφανίζονταν στο τέλος στην LCD οθόνη του RCX Κατά τη διάρκεια υλοποίησης των εργασιών, παρατηρήθηκαν τα εξής Οι φοιτητές ήταν πολύ πρόθυμοι να πειραματιστούν. Ήταν έτοιμοι να προσαρμόσουν τα προγράμματα τους για να πετύχουν τη συμπεριφορά που επιθυμούσαν να έχει το ρομπότ Όταν διδάσκονται τον προγραμματισμό με τον παραδοσιακό τρόπο, τότε κάθε φορά που κάτι δεν λειτουργούσε σωστά στην εκτέλεση του προγράμματος οι φοιτητές είχαν την τάση να υποθέτουν ότι ο υπολογιστής έχει πρόβλημα. Αντίθετα, ελέγχοντας τα ρομπότ οι φοιτητές είχαν τη διάθεση να εντοπίσουν την πηγή του προβλήματος Τα μαθήματα ήταν μια καινούρια εμπειρία για όλους τους συμμετέχοντες, γιατί κανένας δεν είχε εργαστεί ξανά σε ένα τέτοιο προγραμματιστικό περιβάλλον. Το γεγονός αυτό είχε ως αποτέλεσμα να είναι όλοι τους ιδιαίτερα προσεκτικοί και συγκεντρωμένοι. (10) Indiana University, «Learning with LEGO Robots» ( Στο Indiana University (Bloomington) των ΗΠΑ, το 1999 πραγματοποιήθηκαν μία σειρά από δραστηριότητες που αφορούν τα ρομπότ LEGO. Ενδεικτικά αναφέρουμε μερικές από αυτές. (10.1) School of Education 23

26 Στο τμήμα School of Education, οργανώθηκε ένα πρόγραμμα με τίτλο «Learning with LEGO Robots». To πρόγραμμα αυτό πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της τρίτης περιόδου εντατικών μαθημάτων. Υπεύθυνοι του υλοποίησης του προγράμματος ήταν δυο μεταπτυχιακοί φοιτητές του Πανεπιστημίου, οι Tom Keating και Matt Jadud. Τα μαθήματα ήταν εργαστηριακά, καθημερινά και διαρκούσαν τρεις ώρες. Σύμφωνα με το πρόγραμμα σπουδών οι στόχοι των μαθημάτων και οι προσδοκίες των σχεδιαστών τους ήταν: Ο σχεδιασμός, η κατασκευή και ο προγραμματισμός των ρομπότ της LEGO ώστε να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα επιστημονικά πεδία. Δημιουργία διδακτικών μεθόδων. Δημοσίευση διδακτικού υλικού στον Παγκόσμιο Πληροφοριακό Ιστό. Μελέτη και συζήτηση σχετικά με τη θεωρία του κονστρουκτιβισμού. Μια από τις εργασίες που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια του προγράμματος, ήταν της Jodi Huebert (1999) που είχε ως θέμα τη δημιουργία προγράμματος σπουδών για τη διδασκαλία του εισαγωγικού προγραμματισμού (Computer Programming 301 Course) με τα LEGO Mindstorms. Η πρόταση αυτή εφαρμόστηκε αργότερα στο Bethany Christian High School. (10.2) TecTrac (A110) & Introduction to LEGO Robotics (A290) Στα πλαίσια των παραπάνω μαθημάτων οι φοιτητές πρέπει: να κατασκευάσουν και να προγραμματίσουν LEGO ρομπότ χρησιμοποιώντας το Lego Mindstorms Robotics Invention System (RIS) να μελετήσουν βιβλιογραφία σχετική με την επιστήμη της πληροφορικής να επιλέξουν ένα θέμα που τους ενδιαφέρει και να πραγματοποιήσουν μια εργασία χρησιμοποιώντας τα LM (11) Πανεπιστήμιο Iowa State University (Lawrence, Charles, & Kara, 1998) Στο πανεπιστήμιο Iowa State University παραδίδονται εργαστηριακά μαθήματα με LEGOs σε σπουδαστές που ανήκουν σε διάφορες βαθμίδες της εκπαίδευσης. Επίσης έχει ενσωματωθεί μια παρόμοια σειρά μαθημάτων στο πρώτο έτος του τμήματος Μηχανολόγων για τη διδασκαλία του εισαγωγικού προγραμματισμού. Μακροπρόθεσμος στόχος του πανεπιστημίου είναι η δημιουργία μιας σειράς μαθημάτων με τίτλο «Toying with Technology» για καθηγητές της Κ-12 τάξης. Η σειρά αυτή θα παρέχει το απαραίτητο διδακτικό υλικό και εξοικείωση με τη χρήση των ρομπότ στην τάξη. Προς το παρόν, το πρόγραμμα «Toying With Technology» έχει επεκταθεί ώστε να περιλαμβάνει και workshops που διαρκούν 1 ή 2 ώρες. Αυτά παρέχονται σε Κ-12 σχολεία της περιοχής. Η συμμετοχή στο πρόγραμμα έχει αυξηθεί ιδιαίτερα (μέχρι το Σεπτέμβριο του 2002 το παρακολούθησαν 437 άτομα). 24

27 (12) Penn State Abington College, CMPSC 201 (Avanzato, 1998) Στο Penn State Abington College πραγματοποιήθηκε το 1997 μια σειρά μαθημάτων (CMPSC 201), η οποία είχε ως στόχο την εκμάθηση των εισαγωγικών εννοιών του προγραμματισμού σε φοιτητές της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της συνεργατικής μάθησης. Η υλοποίηση της σειράς αυτής βασίζεται στην ανάθεση εργασιών σε ομάδες φοιτητών. Οι ομάδες αυτές σχεδιάζουν και υλοποιούν προγράμματα με τα οποία ελέγχουν ρομπότ. Η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιούν είναι η C. Κατά την υλοποίηση του προγράμματος ο καθηγητής οργάνωσε τους μαθητές σε ομάδες, λαμβάνοντας υπόψη την προηγούμενη σε προγραμματισμό εμπειρία τους. Με τον τρόπο αυτό σχηματίστηκαν ομάδες των 3-4 μαθητών, τόσο έμπειρων στον προγραμματισμό όσο και αρχαρίων. Οι ομάδες έπρεπε να συναντιούνται δύο φορές την εβδομάδα και η συνάντηση διαρκούσε 75 λεπτά. Η μία από τις δύο συναντήσεις είχε θεωρητικό χαρακτήρα και αφιερωνόταν σε συζήτηση, απαντήσεις σε απορίες, δοκιμαστικές εξετάσεις και σύντομες παραδόσεις. Οι παραδόσεις ήταν απαραίτητες, τόσο για να αποκτήσουν οι φοιτητές θεωρητικό υπόβαθρο, όσο και για να συμπληρώσουν το εγχειρίδιο του μαθήματος. Η δεύτερη συνάντηση είχε πρακτικό χαρακτήρα και αφιερωνόταν εξ ολοκλήρου στη διαχείριση του ρομπότ στο εργαστήριο. Η αξιολόγηση της επίδοσης γινόταν σε ομαδικό επίπεδο (επίλυση προβλημάτων και προγραμματισμός των ρομπότ) και σε ατομικό επίπεδο (εξετάσεις). Σε κάθε μαθητή ανατέθηκε ένας από τους ρόλους του «παρουσιαστή», του «καταγραφέα σημειώσεων» και του «προγραμματιστή» στο πλαίσιο της ομάδας στην οποία ανήκει. Οι ρόλοι αυτοί δεν είναι σταθεροί, αλλά αλλάζουν σε εβδομαδιαία βάση. Ο «παρουσιαστής» ήταν υπεύθυνος για την προφορική ή γραπτή παρουσίαση της εργασίας της ομάδας. Ο «καταγραφέας» σημείωνε ιδέες, δεδομένα και αποτελέσματα στο τετράδιο της ομάδας. Ο «προγραμματιστής» εισήγαγε το πρόγραμμα, που υλοποιήθηκε από όλη την ομάδα, και προχωρούσε στην εκσφαλμάτωσή του. Κατά τη διάρκεια του εξαμήνου 9 εργασίες είχαν ολοκληρωθεί, οι οποίες περιλάμβαναν το σχεδιασμό του ρομπότ και ένα πρόγραμμα. Οι εργασίες αυτές σχεδιάστηκαν, υλοποιήθηκαν, εφαρμόστηκαν και δοκιμάστηκαν σε συναντήσεις της τάξης που διαρκούσαν μια ώρα περίπου. Μερικά από τα θέματα των εργασιών ήταν: Κίνηση του ρομπότ μέσα σε ένα τετράγωνο. Κίνηση του ρομπότ μέσα σε έναν κύκλο. Κίνηση του ρομπότ μέχρι να χτυπήσει στον τοίχο και στη συνέχεια να επιστρέψει στην αρχική του θέση. Κίνηση του ρομπότ αποφεύγοντας αντικείμενα. Ανίχνευση φωτός και αποφυγή τους. Robo - Sheep (ομάδα ρομπότ που κινούνται μέσα σε μια μάντρα) Η γλώσσα προγραμματισμού που υποστηρίζει το προγραμματιστικό περιβάλλον είναι η Interactive C (έκδοση 2.83), η οποία περιλαμβάνει χαρακτηριστικά της C όπως δομές επιλογής if/else, επαναληπτικές δομές for/while, συναρτήσεις, δείκτες και μονοδιάστατους πίνακες. Τα αποτελέσματα της έδειξαν ότι η δοκιμαστική αυτή προσπάθεια ήταν επιτυχής. 25

28 Ο ρυθμός των μαθημάτων ήταν γρήγορος. Το ενδιαφέρον, ο ενθουσιασμός και η δραστηριοποίηση που έδειξαν οι φοιτητές ήταν σε πολύ υψηλότερα επίπεδα από ότι στο παρελθόν, όταν διεξάγονταν τα μαθήματα προγραμματισμού με παραδοσιακό τρόπο. Οι φοιτητές διδάχθηκαν τα κύρια θέματα του προγραμματισμού παρακολουθώντας λιγότερες διαλέξεις από πριν. Οι φοιτητές ήρθαν σε επαφή με επιπλέον θέματα από επιστημονικά πεδία όπως η ρομποτική, προγραμματισμός πραγματικού χρόνου και συνεργατική μάθηση. Η απόδοση στις εξετάσεις ήταν αν όχι σε υψηλότερα, στα ίδια επίπεδα με προηγούμενα έτη. Πολλοί από τους μαθητές που δεν είχαν προηγούμενη εμπειρία στον προγραμματισμό, κατάφεραν να φτάσουν σε αρκετά καλό επίπεδο στη σχεδίαση αλγορίθμων και την ανάπτυξη προγραμμάτων σε C. Η γνώση αυτή αποκτήθηκε μέσα από πειραματισμό, ομαδική εργασία και έρευνα. Στο τέλος των μαθημάτων πραγματοποιήθηκε έρευνα με τη βοήθεια των ερωτηματολογίων, με σκοπό την αξιολόγηση του μαθήματος από τους ίδιους τους μαθητές. Σε ερώτηση σχετικά με τη χρήση των ομαδικών εργασιών και των ρομπότ, 13 στους 20 απάντησαν «Πάρα πολύ χρήσιμη», 7 στους 20 -»- «Πολύ χρήσιμη», 2 στους 20 -»- «Λίγο χρήσιμη» και 1 στους 20 -»- «Καθόλου χρήσιμη». Σε ερώτηση σχετικά με το αν θέλουν περισσότερες διαλέξεις κατά τη διδασκαλία, 8 απάντησαν αρνητικά και 5 θετικά. Οι περισσότεροι φοιτητές δήλωσαν ότι το πιο ενδιαφέρον τμήμα των μαθημάτων ήταν η χρήση των ρομπότ. (13) University of New Jersey, CS1 (Barnes, 2002) Στο τμήμα Πληροφορικής του Πανεπιστήμιου του New Jersey οι φοιτητές παρακολούθησαν μια σειρά μαθημάτων με θέμα «Η σημασία του σχεδιασμού». Στο πλαίσιο των μαθημάτων αυτών οι φοιτητές απέκτησαν πρακτική εμπειρία προγραμματίζοντας ένα ρομπότ υπό συγκεκριμένες συνθήκες και περιορισμούς. Στόχος είναι να συνειδητοποιήσουν τη σημασία του σωστού σχεδιασμού και της γνώσης των βασικών αρχών του προγραμματισμού. Στο συγκεκριμένο τμήμα οι φοιτητές παραδίδουν τα σχέδια και τον ψευδοκώδικα για τα προβλήματα που τους ανατίθενται, προτού ξεκινήσουν την υλοποίηση. Τα σχέδια που παραδίδουν πριν την υλοποίηση, συνήθως δεν έχουν καμία σχέση με αυτά που προκύπτουν τελικά. Χρειάζεται να διορθωθούν πολλές φορές από τον καθηγητή και να ξαναπαραδοθούν. Η χρήση των LEGO Mindstorms βοήθησε στο να επιτευχθούν οι επιθυμητοί στόχοι. Στο εργαστήριο υπήρχαν μόνο 2 ρομπότ διαθέσιμα για 20 φοιτητές και ως εκ τούτου η χρήση των ρομπότ ήταν αυστηρά περιορισμένη για κάθε φοιτητή. 26

29 Στόχοι της εργασίας που τους ανατέθηκε: Να διδαχθούν οι φοιτητές τι σημαίνει σχεδιασμός πριν την υλοποίηση, Να αποκτήσουν πρακτική, ουσιαστική εμπειρία με πραγματικές συσκευές, Να αποκτήσουν βαθιά γνώση της φύσης των γλωσσών προγραμματισμού. Ανάθεση εργασίας Οι φοιτητές δεν συμμετείχαν στην κατασκευή των ρομπότ. Τους ανατέθηκε να δημιουργήσουν πρόγραμμα που να καθοδηγεί ένα ρομπότ μέσα σε έναν λαβύρινθο διαστάσεων 4x4. Επιτρεπόταν να φορτώσουν το πρόγραμμα τους στο RCX όσες φορές ήθελαν, αλλά η πρόσβαση τους στα ρομπότ ήταν περιορισμένη. Δεν επιτρεπόταν να δοκιμάσουν το πρόγραμμα τους παρά μόνο στην τελική φάση. Με τον τρόπο αυτό οι φοιτητές δεν έβλεπαν τα αποτελέσματα της εκτέλεσης του προγράμματος τους, αλλά προσπαθούσαν να προβλέψουν τι θα συνέβαινε στο ρομπότ. Η εργασία είχε διάρκεια 3 εβδομάδες. Παρατηρήσεις Κατά τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας, οι φοιτητές ήταν αρκετά δραστήριοι. Έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, είχαν ουσιαστικές απορίες που δεν δίσταζαν να μοιραστούν πολλές φορές και με ολόκληρη την τάξη. Συνειδητοποίησαν ότι έπρεπε να έχουν κατανοήσει σε βάθος τις δυνατότητες και τους περιορισμούς του υλικού για να μπορέσουν να το χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά. Έπρεπε, για παράδειγμα, να λάβουν υπόψη τους φαινόμενα όπως η τριβή κατά την κίνηση του ρομπότ. Αξίζει ακόμη να σημειωθεί, ότι ενώ οι ομάδες δεν κατάφεραν το στόχο, μετά από τη δοκιμή καταλάβαιναν τι πήγε λάθος και τι έπρεπε να είχαν κάνει διαφορετικά αν είχαν περισσότερο χρόνο. Συμπεράσματα Κύριο μέσο για να μάθουν τον κώδικα RCX ήταν το multimedia - tutorial και ο πειραματισμός. Οι δοκιμές που πραγματοποίησαν ήταν πολύ σημαντική εμπειρία και θα ήθελαν να ξαναδοκιμάσουν. Αν μπορούσαν να ξαναδοκιμάσουν θα σχεδίαζαν το πρόγραμμα τελείως διαφορετικά. Καλό θα ήταν να μπορούσαν να δοκιμάσουν το πρόγραμμα τους δεύτερη φορά, για να μπορέσουν να διορθώσουν και να εφαρμόσουν αυτά που έμαθαν την πρώτη φορά. Σύμφωνα με την άποψη των μαθητών για τη χρήση αυτού του προγραμματιστικού περιβάλλοντος για τη μάθηση του προγραμματισμού, μπορούμε να συμπεράνουμε τα εξής: Αδυναμία αποθήκευσης πραγματικών δεδομένων, Έλλειψη υπορουτίνων, Αδυναμία περάσματος πολύπλοκων παραμέτρων. Χρησιμοποιώντας τα Lego οι φοιτητές προβληματίστηκαν περισσότερο για θέματα που σχετίζονταν τη φιλοσοφία του προγραμματισμού και όχι με τη σύνταξη μιας συγκεκριμένης γλώσσας προγραμματισμού. Αξίζει ακόμη να σημειωθεί ότι οι φοιτητές: βρήκαν ενδιαφέρον το περιβάλλον ανάπτυξης των προγραμμάτων, ευχάριστη εναλλαγή με το περιβάλλον της JAVA, κατανόησαν του τι είναι μια γλώσσα προγραμματισμού, 27

30 πήραν μια γεύση από τον κόσμο της ρομποτικής. (14) Brooks-Smith School - Lincoln, Massachusetts (Portsmore, 1999) Στο Brooks-Smith School (Lincoln, Massachusetts) οργάνωθηκε ένα πρόγραμμα για παιδιά τετάρτης δημοτικού στο πλαίσιο του οποίου θα μάθαιναν να χρησιμοποιούν τα LEGO και το ROBOLAB. Το πρόγραμμα ξεκίνησε με 8 παιδιά, αλλά γρήγορα μεγάλωσε και έφτασε τα αγόρια και κορίτσια, τα οποία παρακολουθούσαν τα πρόγραμμα ανελλιπώς για 8 εβδομάδες. Τα παιδιά εργάστηκαν με οχήματα. Ο υπεύθυνος καθηγητής αν και ασχολήθηκε για πρώτη φορά με το ρομπότ της Lego, βρήκε ότι ήταν αρκετά εύχρηστο. Οι μαθητές κατάφεραν πολύ γρήγορα να προγραμματίζουν το ρομπότ. Αν και το πρόγραμμα αυτό δεν είχε συγκεκριμένους εκπαιδευτικούς στόχους, ο Green πιστεύει ότι τα παιδιά συγκέντρωσαν σημαντική εμπειρία με τη χρήση πραγματικών μοντέλων, που θα τα βοηθήσει αργότερα στην εκμάθηση άλλων επιστημών. Οι μαθητές ενθουσιάστηκαν, αφοσιώθηκαν στο πρόγραμμα και λυπήθηκαν πολύ όταν αυτό τελείωσε μετά από 8 εβδομάδες. (15) Shady Hill School - Cambridge, Massachusetts (Daniel, 2006) Στο γυμνάσιο Shady Hill School στο Cambridge (Massachusetts), πραγματοποι ήθηκε μια σειρά μαθημάτων με τίτλο «Physics by Design» για παιδιά της όγδοης τάξης (Β Γυμνασίου). Στα μαθήματα αυτά χρησιμοποιήθηκαν τα LEGO, το λογισμικό ROBOLAB, και το RCX σε εργαστηριακές δραστηριότητες με σκοπό να διδάξει τις βασικές αρχές της μηχανικής και ηλεκτρικής ενέργειας και του μαγνητισμού. Οι μαθητές στην αρχή του έτους κατασκευάζουν απλά οχήματα, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούν σε συνδυασμό με τα προγράμματα που φτιάχνουν στο ROBOLAB για να πραγματοποιήσουν πειράματα σχετικά με την ταχύτητα και την επιτάχυνση. Με τον καιρό οι μαθητές σχεδιάζουν πιο πολύπλοκα οχήματα και μελετούν πιο προηγμένες ιδέες, όπως η τριβή. Ακόμη μαθαίνουν πώς να ενσωματώνουν τους αισθητήρες στις κατασκευές τους και κατασκευάζουν αυτοκίνητα που μπορούν να ακολουθήσουν μια γραμμή, ακόμη και ζυγαριές που μπορούν να ζυγίσουν αντικείμενα σε γραμμάρια. Η καθηγήτρια θεωρεί ότι το λογισμικό ROBOLAB προσαρμόζεται εύκολα στο περιβάλλον μιας τάξης. Αφήνει τους μαθητές της να χρησιμοποιήσουν έτοιμες εντολές του Robolab με πολύ λίγη καθοδήγηση και στη συνέχεια τους δίνει μια σειρά προγραμμάτων προς υλοποίηση, τα οποία απαιτούν σταδιακά περισσότερες προγραμματιστικές ικανότητες. Η καθηγήτρια τονίζει το γεγονός ότι τα υλικά αυτά και το λογισμικό βοηθούν πολύ τα παιδιά να μάθουν. Δεν χρειάζεται πια να ακολουθούν πιστά συγκεκριμένες οδηγίες, όπως συμβαίνει φυσιολογικά κατά την εκπόνηση πειραμάτων, αλλά επεξεργάζονται μόνοι τους τις λύσεις των προβλημάτων και, αναπόφευκτα, εξετάζουν και τροποποιούν τις ιδέες τους επανειλημμένως. Μέσα από τέτοιες διαδικασίες μπορούν να φτάσουν εύκολα και αποτελεσματικότερα στη γνώση. Πάρα πολλά παιδιά ζήτησαν να συμμετέχουν την επόμενη χρονιά σε ανάλογο πρόγραμμα, ενώ δεν αποκλείεται να λειτουργήσουν δύο τμήματα. 28

31 2.5 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS Οι εκπαιδευτικοί πιστεύουν πως η χρήση μοντέλων που ελέγχονται μέσω υπολογιστή αποτελούν σημαντικό βοηθητικό εργαλείο για τη διδασκαλία εισαγωγικού προγραμματισμού (Barnes, 2002). Παραδείγματα που ενισχύουν την άποψη αυτή είναι η χελώνα (logo) αλλά και το ρομπότ Karel (Becker, 2001). Η ενασχόληση των παιδιών με «έξυπνες» κατασκευές όπως τα LM μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο τα παιδιά σκέφτονται και μαθαίνουν. Επίσης συντελεί στην ανάπτυξη ικανοτήτων υπολογιστικών, προγραμματιστικών, ελέγχου και σχεδιασμού. Δεν βλέπουν πια τους υπολογιστές ως μηχανήματα που απλά δείχνουν εικόνες σε μια οθόνη. Απομυθοποιείται ο προγραμματισμός και οι δυσκολίες του, καθώς απελευθερώνονται από την ιδέα ότι ο προγραμματισμός είναι ικανότητα μόνο των ειδικών. Τα παιδιά αναλαμβάνουν ρόλους όπως αυτός του προγραμματιστή. Κατασκευάζοντας μηχανές με συμπεριφορά, τα παιδιά διαμορφώνουν καινούριες εικόνες τόσο για τις μηχανές και τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, όσο και για τους ίδιους τους εαυτούς τους (Resnick, 1993). Αυτή η προσέγγιση της διδασκαλίας του προγραμματισμού πιστεύουμε ότι μπορεί να συμβάλλει στην εξάλειψη των αδυναμιών που συνεπάγεται η παραδοσιακή διδασκαλία και δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες μάθησης, ώστε να γίνει αποτελεσματικότερη. Τα πλεονεκτήματα της μπορούν να συνοψιστούν στα παρακάτω: Δεν επικεντρώνει στη γλώσσα προγραμματισμού και τις συντακτικές λεπτομέρειες της. Προσφέρει οπτικοποίηση της εκτέλεσης του προγράμματος. Ο μαθητής έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί την εκτέλεση του προγράμματος και να αντιλαμβάνεται το αποτέλεσμα κάθε εντολής στην κίνηση - λειτουργία του φυσικού μοντέλου. Συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση της θεωρίας και την απόκτηση δεξιοτήτων. Η μέθοδος αυτή, μέσα από το χειρισμό πραγματικών αντικειμένων επιτρέπει στο μαθητή να κατανοήσει ευκολότερα και σε μεγαλύτερο βάθος τις βασικές αρχές του προγραμματισμού, προετοιμάζοντάς τον κατάλληλα για την ευκολότερη μετάβαση σε μια γλώσσα προγραμματισμού. Συνδέει τη γνώση με τον πραγματικό κόσμο. Η πρακτική εργασία με πραγματικά αντικείμενα βοηθά τους μαθητές να συνδέσουν ιδέες και πληροφορίες που διδάσκονται θεωρητικά με το φυσικό κόσμο. Δίνει κίνητρα και προκαλεί το ενδιαφέρον για μάθηση. Είναι σημαντικό να αναπτύσσονται κατάλληλες συνθήκες μέσα σε ένα μαθησιακό περιβάλλον, ώστε να δίνεται το κίνητρο στους μαθητές και να εγείρεται το ενδιαφέρον τους για μάθηση (Eden et al., 1996). Όταν λοιπόν η μάθηση βασίζεται σε εκπαιδευτικό υλικό που απαιτεί χειρισμό από τα ίδια τα παιδιά, τότε μπορεί να γίνει περισσότερο ενδιαφέρουσα και αποτελεσματική. Με τη βοήθεια των LM είναι σχετικά εύκολο τα παιδιά να δημιουργήσουν ενδιαφέροντα φυσικά μοντέλα, τα οποία στη συνέχεια μπορούν να προγραμματίσουν και να ελέγξουν. Η αίσθηση ότι δεν χρησιμοποιούν κάποιο έτοιμο, αλλά μπορούν να δημιουργήσουν μόνοι τους το αντικείμενο που θα προγραμματίσουν, είναι ιδιαίτερα ελκυστική. Αισθάνονται υπεύθυνοι για την κατασκευή του και προσπαθούν να κατανοήσουν διάφορες προγραμματιστικές δομές, ώστε στη συνέχεια να τις εφαρμόσουν για να βελτιώσουν ή να τροποποιήσουν 29

32 το μοντέλο τους. Η διαδικασία αυτή προτρέπει τον μαθητή να συμμετέχει ενεργά, να ενδιαφέρεται και να αισθάνεται ότι το αντικείμενο ενασχόλησης τον αφορά περισσότερο (Fagin, 2000). Είναι σημαντικότερο τα παιδιά να πραγματοποιούν τη δική τους επιστημονική έρευνα, παρά να υλοποιούν προδιαγεγραμμένα πειράματα (Κόκκοτας, 2002). Η δημιουργικότητα και η ικανοποίηση συντελούν στη διαμόρφωση θετικότερης στάσης απέναντι στο μάθημα του εισαγωγικού προγραμματισμού. Οδηγεί στην απόκτηση ερευνητικής νοοτροπίας. Η διδασκαλία του προγραμματισμού με τα LM προσφέρει στους μαθητές την ευκαιρία να ασκηθούν και να κατανοήσουν την ερευνητική μέθοδο, αλλά και να αποκτήσουν τη νοοτροπία που χαρακτηρίζει τους επιστήμονες (Κόκκοτας, 2002). Ο μαθητής μέσα από την εκπαιδευτική αυτή διαδικασία παρατηρεί, υποθέτει, εφαρμόζει, καταλήγει σε συμπεράσματα και τα επαληθεύει. Με τον τρόπο αυτό συνηθίζει στην ερευνητική - επιστημονική μεθοδολογία. Ταυτόχρονα δημιουργούνται στην τάξη οι κατάλληλες συνθήκες για να αναπτυχθούν στο μαθητή χαρακτηριστικά όπως επιθυμία για ανακάλυψη, σκεπτικισμός, κριτική συμπεριφορά, διορατικότητα, πρωτοτυπία, δημιουργική σκέψη, επιμονή, υπομονή, θάρρος, να μαθαίνει να παίρνει πρωτοβουλίες και να βασίζεται στις δικές του δυνάμεις. Παρέχει δυνατότητα εύκολης ανατροφοδότησης. Τα φυσικά μοντέλα είναι ελκυστικά καθώς προσφέρουν άμεση ανατροφοδότηση (feedback) στους μαθητές σχετικά με την αποτελεσματικότητα των προγραμμάτων τους (Barnes, 2002). Η δυνατότητα αυτή βοηθά τους μαθητές να οδηγούνται σταδιακά σε καλύτερες, αποτελεσματικότερες, πληρέστερες και ακριβέστερες λύσεις. Δεν απαιτούνται γνώσεις σχετικά με το υλικό (hardware) του υπολογιστή για να μπορέσουν να συνθέσουν πολύπλοκα λειτουργικά μοντέλα, αλλά και προγράμματα. Το πλεονέκτημα αυτό των LM είναι ιδιαίτερα σημαντικό τόσο για τους μαθητές, όσο και τους καθηγητές (Barnes, 2002). Επιτρέπει στον εκπαιδευτικό να διδάξει την ίδια θεωρία και τις ίδιες έννοιες όχι μόνο πιο αποτελεσματικά αλλά και σε λιγότερο χρόνο (Barnes, 2002). Το γεγονός αυτό σημαίνει ότι ο καθηγητής έχει στη διάθεση του περισσότερο χρόνο για να παρακολουθήσει την πορεία κάθε μαθητή ξεχωριστά και να εντοπίσει τις αδυναμίες και τις δυσκολίες που αυτός αντιμετωπίζει. Επίσης, ο μαθητής εργάζεται με το δικό του ρυθμό μάθησης, έτσι ώστε να μπορεί να σταθεί όσο χρόνο χρειάζεται σε κάποια σημεία. Μπορούμε δηλαδή να μιλάμε για εξατομικευμένη μάθηση. Βοηθάει τους μαθητές να συνειδητοποιήσουν τη σημασία του σωστού σχεδιασμού. Επιτρέπει τη διαθεματικότητα. Στο πλαίσιο της διδασκαλίας του εισαγωγικού προγραμματισμού με τη βοήθεια των LM, δίνεται η ευκαιρία στο μαθητή με απλό και ευχάριστο τρόπο να έρθει σε επαφή και με θέματα από άλλα επιστημονικά πεδία, όπως τη Μηχανική, την Τεχνολογία, τη Ρομποτική, τη Φυσική κλπ. Θα μπορούσε λοιπόν να συνδυαστεί η διδασκαλία του εισαγωγικού προγραμματισμού με τη διδασκαλία ενός άλλου 30

33 μαθήματος π.χ μελέτη κίνησης του ρομπότ το οποίο θα εκτελεί ευθύγραμμη ομαλή κίνηση και στη συνέχεια επιβραδυνόμενη. Έρευνες στο διεθνή χώρο δείχνουν πως οι ενεργητικές - βιωματικές μέθοδοι, όπως αυτή που περιγράφεται, οδηγούν μακροπρόθεσμα στη διατήρηση της γνώσης (Κόκκοτας, 2002). 2.6 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS Τα σημαντικότερα προβλήματα που προκύπτουν από την υιοθέτηση των LM κατά τη διδασκαλία των αρχών του προγραμματισμού είναι: Φυσικοί περιορισμοί του υλικού Οι κινήσεις ενός φυσικού μοντέλου δεν είναι πάντα ακριβείς. Αυτό οφείλεται τόσο στο περιβάλλον μέσα στο οποίο λειτουργεί το φυσικό μοντέλο, όσο και στη δυσκολία προγραμματισμού των κινήσεων του (Barnes, 2002). Για παράδειγμα δυο κινητήρες που ελέγχουν δυο διαφορετικές ρόδες είναι απίθανο να παράγουν ακριβώς το ίδιο αποτέλεσμα, με αποτέλεσμα το μοντέλο να παρεκκλίνει από μια ευθεία πορεία. Ακόμη και ένα λογικά σωστό πρόγραμμα μπορεί να μη φέρει τα επιθυμητά αποτελέσματα λόγω εξωτερικών παραγόντων, όπως η τριβή. Χρονικοί περιορισμοί Χρόνος φόρτωσης του προγράμματος στον επεξεργαστή. Ο κύκλος που περιλαμβάνει την επεξεργασία - μετάφραση - φόρτωση -εκτέλεση του προγράμματος είναι χρονοβόρος. Αν υποθέσουμε ότι η ταχύτητα φόρτωσης του προγράμματος είναι 100 bytes/sec, ο κύκλος αυτός απαιτεί πολύ περισσότερο χρόνο από ό,τι αν τα προγράμματα φιλοξενούνταν στον υπολογιστή. Το πρόβλημα θα μπορούσε να λυθεί ίσως με τη βοήθεια ενός προσομοιωτή, ο οποίος θα επέτρεπε την εκτέλεση, διόρθωση και επανεκτέλεση του προγράμματος σε ικανοποιητικό χρόνο (Barnes, 2002). Κόστος επένδυσης Ο εξοπλισμός των εκπαιδευτικών μονάδων με τα LM σημαίνει και υψηλό κόστος. 2.7 ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ (EDUTAINMENT) Τα τελευταία χρόνια αρκετοί ερευνητές μελετούν τα αποτελέσματα της χρήσης των LM στην εκπαίδευση, υιοθετώντας την ιδέα των υποστηρικτών της κατασκευαστικής προσέγγισης και της ψυχαγωγικής εκπαίδευσης (Dagdilelis et al. 2005; Asada, D Andrea, Birk, Kitano, & Veloso, 2000). Έρευνες σχετικά με την υιοθέτηση της ψυχαγωγικής μεθόδου εκπαίδευσης έχουν δώσει ενθαρρυντικά αποτελέσματα (Chandana et al. 2000; Lund & Nielsen, 2002). Οι Chandana, Hafner και Bongard (2000) ισχυρίζονται πως οι μαθητές όχι μόνο έμαθαν να κατανοούν τις έννοιες του μαθήματος αλλά πολύ σημαντικότερα, τις ενσωμάτωσαν μέσα στις δικές τους γνωστικές διαδικασίες ως εργαλεία και κατασκευαστικά υλικά τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μελλοντικά. Μάλιστα οι ερευνητές αναφέρουν πως ο μόνος αρνητικός παράγοντας στην διδασκαλία των μαθημάτων, σύμφωνα με τα λεγόμενα των μαθητών, είναι ότι «έπρεπε να διαρκούσαν περισσότερο». 31

34 Μία από τις δυσκολίες που αντιμετωπίζει ο μαθητής όταν πραγματεύεται ένα πρόβλημα το οποίο καλείται να λύσει σε προγραμματιστικό περιβάλλον, είναι οι αναπαραστάσεις που απαιτείται να οικοδομήσει κατά την διάρκεια της επίλυσής του (Κόμης, 2005). Ιδιαίτερη σημασία για αυτόν έχει η κατανόηση των λειτουργιών που εκτελεί ο υπολογιστής για την επεξεργασία των δεδομένων του προβλήματος (Κόμης, 2005). Επιπλέον, σημαντική είναι η δημιουργία των απαραίτητων νοητικών μοντέλων, ιδιαίτερα κατά τη χρήση προγραμματιστικών περιβαλλόντων όπου απαιτείται μεταφορά από αντικείμενα του κόσμου σε πληροφορικά αντικείμενα (Green, Hoc, Samurcay, & Gilmore, 1990). Όμως τα συνήθη προβλήματα εισαγωγής σε θέματα προγραμματισμού δεν προκαλούν το ενδιαφέρον των μαθητών γιατί αφορούν την επεξεργασία αριθμών και συμβόλων (Ξυνόγαλος, 2003). Προτείνουμε ότι δυσκολίες όπως οι παραπάνω μπορούν να ξεπερασθούν με μία κατάλληλη προσέγγιση, υιοθετώντας το παιχνίδι ως έναυσμα μάθησης. Ένα σημαντικό στοιχείο στο πλαίσιο του παιχνιδιού είναι φυσικά ο ανταγωνισμός μεταξύ ατόμων ή ομάδων. Η πλειοψηφία των σχετικών ερευνών προτείνει την συνεργατική και όχι την «ανταγωνιστική» μάθηση (Σολομωνίδου, 2002). Εντούτοις υπάρχει έρευνα που αναλύει τις επιπτώσεις του ανταγωνισμού στη διδακτική θεμάτων πληροφορικής και τονίζει πως τέτοιου είδους συνθήκες μπορούν να προωθήσουν τη μάθηση εφόσον ο εκπαιδευτικός διαχειριστεί τον ανταγωνισμό αποδοτικά, δηλαδή, τον μετατρέψει σε ένα ισχυρό κίνητρο ενασχόλησης των παιδιών με το αντικείμενο της ρομποτικής και του προγραμματισμού (Marlow, 2001). Ειδικότερα, οι μαθητές που συμμετείχαν σε αυτήν κατάφεραν να βελτιώσουν σε σημαντικό βαθμό τις επιδόσεις τους στη βαθμολογία (Noguez, Huesca, & Sucar, 2007). Έχοντας υπόψη μας τις προηγούμενες έρευνες και αντιμετωπίζοντας τη μάθηση ως μία κοινωνική δραστηριότητα, προτείνουμε πως η προώθηση του «ελεγχόμενου» ανταγωνισμού ανάμεσα σε ομάδες που συμμετέχουν σε «προπονήσεις» με στόχο την επιτυχία σε μία τελική «πρόκληση», μπορεί να αποτελέσει ένα πολλαπλά αποδοτικό εκπαιδευτικό εργαλείο για την εισαγωγή σε θέματα προγραμματισμού. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάσαμε τη ψυχαγωγική εκπαιδευτική δραστηριότητα και τα πρώτα ερευνητικά στοιχεία που καταγράψαμε Επικοινωνία και συνεργασία μέσα από το παιχνίδι Μία ακόμα παράµετρος που αφορά το παιχνίδι στη εκπαιδευτική διαδικασία, που θα πρέπει να διερευνηθεί είναι και οι δυνατότητες επικοινωνίας και συνεργασίας που μπορούν να υποστηριχθούν. Ένα εκπαιδευτικό παιχνίδι μπορεί να δώσει τη δυνατότητα επικοινωνίας τόσο μεταξύ των μαθητών, όσο και μεταξύ μαθητών και δασκάλων (Bouwquet, 1986). Το είδος του παιχνιδιού όπως επίσης και η φύση της δραστηριότητας που έχει ανατεθεί στους μαθητές παίζουν πολύ σηµαντικό ρόλο στην ποιότητα της επικοινωνίας και της συνεργασίας των μαθητών (Mercer, 1994). Ένας παίκτης μπορεί να παίξει ένα παιχνίδι µόνος του, να συνεργαστεί ή ακόμα και να ανταγωνιστεί άλλους. Οι δυνατότητες επικοινωνίας και συνεργασίας μεταξύ των μαθητών μπορούν είτε να ενσωµατωθούν στο παιχνίδι και να αποτελέσουν απαραίτητες προϋποθέσεις για την επιτυχή έκβασή του ή να προβληθούν από τον εκπαιδευτικό, για την περίπτωση της σχολικής αίθουσας, ο οποίος θα εντάξει το παιχνίδι σε ένα γενικότερο διδακτικό πλαίσιο, όπου οι μαθητές θα πρέπει να συνεργαστούν ή να ανταγωνιστούν προκειμένου να επιτύχουν το στόχο. 32

35 2.8 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ LEGO MINDSTORMS Τα LM είναι ένα σχετικά καινούργιο προϊόν (πρωτοεμφανίστηκαν το 1998) της Lego το οποίο ανήκει στην κατηγορία των λεγόμενων «kit 3ης γενιάς» ( Πρόκειται για εύκολα προγραμματιζόμενα ρομπότ με αισθητήρες τα οποία περιλαμβάνουν μία μεγάλη ποικιλία από τουβλάκια, κινητήρες, αισθητήρες και άλλα εξαρτήματα με τα οποία μπορούμε να κτίσουμε φυσικά μοντέλα. Τα ρομπότ με την χρήση κατάλληλων περιβαλλόντων ανάπτυξης προγραμμάτων μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να εκτελούν μία σειρά ενεργειών και να αντιδρούν σε ερεθίσματα που δέχονται οι αισθητήρες τους. Η καρδιά των LM είναι το RCX (Robotic Control X), ένας αυτόνομος μικροελεγκτής που μπορεί να προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή. Το RCX έχει τρεις θύρες εισόδου για αισθητήρες (π.χ. αισθητήρα αφής ή αισθητήρα φωτός) και τρεις θύρες εξόδου (π.χ. για τους κινητήρες ή για το λαμπτήρα).το RCX χρησιμοποιεί ως είσοδο τα ερεθίσματα που δέχονται οι αισθητήρες από το περιβάλλον του και στη συνέχεια αφού επεξεργαστεί τα στοιχεία αυτά δίνει κίνηση στους κινητήρες. Οι χρήστες χτίζουν αρχικά το ρομπότ τους χρησιμοποιώντας τα κομμάτια LEGO και το RCX. Στη συνέχεια δημιουργούν ένα πρόγραμμα χρησιμοποιώντας μία από τις διαθέσιμες γλώσσες (Robolab, NQC, RIS κ.α.) και το φορτώνουν στο RCX, χρησιμοποιώντας μια ειδική υπέρυθρη συσκευή αποστολής σημάτων. Το RCX δέχεται ασύρματα εντολές, αποθηκεύει τα προγράμματα σε ένα από τους πέντε (5) χώρους μνήμης που διαθέτει και τα εκτελεί όποτε ο χρήστης επιθυμεί. Εικόνα 1.1 To RCX Εικόνα 1.2 Η επικοινωνία μεταξύ PC και RCX Ο Επεξεργαστής RCX O RCX (Robotic Control X) είναι αυτόνομος μικροελεγκτής ο οποίος ενσωματώνεται σε ένα τουβλάκι της Lego και μπορεί να προγραμματιστεί μέσω ενός υπολογιστή. Διαθέτει τρεις θύρες εισόδου (1,2,3) 33

36 τρεις θύρες εξόδου (Α,Β,C) μία μικρή οθόνη κρυστάλλων μιας γραμμής ένα μικρόφωνο τέσσερα κουμπιά. Στις θύρες εισόδου συνδέονται αισθητήρες (αφής, φωτός, θερμοκρασίας), ενώ στις θύρες εξόδου κινητήρες και λαμπτήρες. Τα κουμπιά αφορούν: το άνοιγμα - κλείσιμο του RCX, την επιλογή του προγράμματος που θα εκτελεστεί και την έναρξη - τερματισμό της εκτέλεσης. Λόγω των δυνατοτήτων του RCX να ελέγχει κινητήρες ή φώτα και να συγκεντρώνει δεδομένα με τη βοήθεια αισθητήρων, παιδιά και ενήλικες μπορούν εύκολα να δημιουργήσουν κατασκευές που κινούνται, σκέφτονται και αντιδρούν (Portsmore, 1999). Στο εσωτερικό του RCX υπάρχει ένας microcontroller Hitachi H8 με 32Κ εξωτερική RAM. Χρησιμοποιείται για να ελέγξει τρεις κινητήρες, τρεις αισθητήρες και μια σειριακή θύρα επικοινωνίας υπερύθρων (infrared serial communication port). Επίσης στο εσωτερικό του RCX υπάρχει ένα chip ROM 16Κ, στο οποίο είναι αποθηκευμένο ένα πρόγραμμα οδήγησης (driver) που εκτελείται μόλις ενεργοποιηθεί ο RCX ( Φορτώνεται ακόμη και ένα πρόγραμμα (firmware) που απαιτεί αποθηκευτικό χώρο 16Κ. Τα δύο αυτά προγράμματα - driver και firmware -αναλαμβάνουν την μετάφραση και εκτέλεση των προγραμμάτων που φορτώνονται στον RCX από το χρήστη για να ελέγξει το ρομπότ ( Εικόνα 1.3 To RCX και τα επιμέρους συστατικά που συνδέονται στις θύρες εισόδου και εξόδου του Κατασκευή φυσικού μοντέλου της Lego Ο μαθητής μπορεί να κατασκευάσει το ρομπότ ακολουθώντας τις οδηγίες που παρέχονται από το kit ή χρησιμοποιώντας τη φαντασία του και τις εμπειρίες του. Το kit της Lego περιέχει πάνω από 700 κομμάτια Lego, τον RCX, τον πομπό υπερύθρων (infrared transmitter), αισθητήρες αφής - φωτός, κινητήρες, γρανάζια και έναν οδηγό για την κατασκευή των μοντέλων με το όνομα Constuctopedia ( 34

37 Ο προγραμματισμός του RCX Για τον προγραμματισμό του RCX είναι απαραίτητο στον υπολογιστή ένα περιβάλλον ανάπτυξης προγραμμάτων ( Η νέα γενιά των Lego Mindstorms, ο εγκέφαλος ΝΧΤ Το ΝΧΤ βασίζεται στο επιτυχημένο Robotics System Invention της εταιρείας, το οποίο έχει βελτιωθεί με την πρόσθεση νέων τεχνολογιών και αισθητήρων αυξημένων ικανοτήτων. Το «τουβλάκι» ΝΧΤ που αποτελεί τον εγκέφαλο του ρομπότ είναι ένας αυτόνομος μικροεπεξεργαστής των 32 bit (σε αντίθεση με τα 16 bit της πρώτης γενιάς), ο οποίος μπορεί να προγραμματιστεί μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή PC ή - άλλη καινοτομία - Mac. Αφού κατασκευάσει το ρομπότ του, ο χρήστης δημιουργεί ένα δικό του πρόγραμμα χρησιμοποιώντας ένα εύχρηστο αλλά πλούσιο σε χαρακτηριστικά λογισμικό LabVIEW, το οποίο έχει σχεδιαστεί από τη National Instruments Η νέα έκδοση λογισμικού LEGO MINDSTORMS NXT1.1 τώρα παρέχει την υποστήριξη για Vista και Macintosh Windows. Με τη βελτιωμένη χρήση μνήμης του λογισμικού, το LEGO MINDSTORMS NXT περιλαμβάνει μικρότερα συνταγμένα προγράμματα και συμπιεσμένα αρχεία. Εικόνα 1.4 Ο εγκέφαλος ΝΧΤ και τα επιμέρους συστατικά που συνδέονται στις θύρες εισόδου και εξόδου του 35

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΥΧΑΓΩΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η προσωπική μας εμπειρία από τη διδασκαλία θεμάτων προγραμματισμού στο Γυμνάσιο και Λύκειο, είναι ότι γενικά οι μαθητές δεν μαθαίνουν αποδοτικά όταν τα προς επίλυση προβλήματα δεν προκαλούν το ενδιαφέρον τους. Η άποψη αυτή υποστηρίζεται από σχετικές μελέτες (Κόμης, 2005) που προτείνουν ότι η χρήση των ρομπότ μπορεί να δημιουργήσει ένα περιβάλλον στο οποίο το ενδιαφέρον των μαθητών για επίλυση προβλημάτων θα είναι ιδιαίτερα υψηλό με αποτέλεσμα βελτιωμένα επίπεδα μάθησης. Το κύριο πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε κατά τη σχεδίαση των μαθημάτων με τα ρομπότ ήταν ο τρόπος με τον οποίο τα παιδιά θα κατανοούσαν καλύτερα τις εντολές των δομών ελέγχου και επανάληψης καθώς και τους τρόπους χρήσης των αισθητήρων μέσα από ένα περιβάλλον προγραμματισμού. Συγκεκριμένα, οι μαθητές έπρεπε να κατανοήσουν τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στην εκτέλεση εντολών επανάληψης ή ελέγχου και την ύπαρξη συμβάντων (events) (π.χ. εκτέλεση εντολών έως ότου πιεστεί ο αισθητήρας αφής). Επιπλέον, η χρήση αισθητήρων για τον προγραμματισμό ενός ρομπότ ήταν μία πρωτόγνωρη εμπειρία για τους μαθητές, γεγονός που έπρεπε επίσης να αντιμετωπιστεί προκειμένου τα παιδιά να είναι ικανά να ολοκληρώσουν το τελευταίο στάδιο των μαθημάτων. Έπειτα από έρευνα, σε ότι αφορά τα διαθέσιμα περιβάλλοντα ανάπτυξης προγραμμάτων για τον εγκέφαλο RCX, ανακαλύψαμε πως υπάρχουν διαθέσιμες πολλές γλώσσες τις οποίες θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ως εργαλείο διδασκαλίας. Κάθε μία από αυτές εξυπηρετεί διαφορετικό διδακτικό σκοπό (Hirst, Johnson, Petre, Price, & Richards, 2003). Στην εργασία αυτή επιλέχθηκε το προγραμματιστικό περιβάλλον (SDK) που συνοδεύει το Robotics Invention System 2.0 (RIS). To περιβάλλον αυτό είναι σχεδιασμένο για παιδιά, απαιτεί μόνο βασικές γνώσεις χρήσης ηλεκτρονικού υπολογιστή και δεν προϋποθέτει γνώσεις αρχών προγραμματισμού (Kaskalis, Dagdilelis, Evangelidis, & Margaritis, 2001). Επιπλέον, ο τρόπος αναπαράστασης των εντολών ενός προγράμματος στο περιβάλλον του RIS είναι πολύ κοντά στη λογική των διαγραμμάτων ροής. 36

39 Εικόνα 1.5 Το περιβάλλον ανάπτυξης προγραμμάτων του RIS (RCX SDK) Έχοντας υπόψη μας τις κατευθυντήριες οδηγίες της εταιρίας Lego για τον τρόπο εφαρμογής των μαθημάτων (Constructopedia), χρησιμοποιήσαμε το συγκεκριμένο περιβάλλον προγραμματισμού υλοποιώντας μία σειρά από μαθήματα τα οποία ονομάσαμε «προπονήσεις» και μια τελική δραστηριότητα ανταγωνισμού των ομάδων την οποία ονομάσαμε «πρόκληση». Οι μαθητές γνώριζαν από την αρχή ότι στην τελική φάση θα κληθούν να υλοποιήσουν μια συγκεκριμένη δραστηριότητα, στην οποία νικήτρια θα είναι η ομάδα που θα την ολοκληρώσει με τον καλύτερο τρόπο. Κατά τη διάρκεια των προπονήσεων οι μαθητές υποστηρίχθηκαν για τη σταδιακή κατανόηση των τεχνικών προγραμματισμού του ρομπότ. Κύριος στόχος ήταν η διδασκαλία του τρόπου με τον οποίον μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οι εντολές του RCX, για να συνθέσουν το επιθυμητό πρόγραμμα. Η «τάξη» αποτελούνταν από δύο ομάδες των τριών μαθητών η κάθε μία. Τα εισαγωγικά μαθήματα είχαν διάρκεια τεσσάρων ωρών και υλοποιήθηκαν σε δύο «φάσεις». Καθ όλη τη διάρκεια των δραστηριοτήτων, οι μαθητές παροτρύνονταν να προσαρμόσουν τα προγράμματα που υλοποιούσαν στις δικές τους ανάγκες και να δουν από μόνοι τους τις επιπτώσεις που έχουν οι αλλαγές των τιμών που χρησιμοποιούνται (στις διάφορες παραμέτρους του προγράμματος) στη λειτουργία των ρομπότ. Επιπλέον, τόσο κατά τη διάρκεια των προπονήσεων αλλά και κατά τη διάρκεια πιθανών διαλειμμάτων, οι συμμετέχοντες συζητούσαν, ανταλλάσσοντας μεταξύ τους απόψεις για πιθανά σενάρια που θα μπορούσαν να υλοποιήσουν οι ομάδες από μόνες τους. Το περιβάλλον μάθησης είχε ως βασικό χαρακτηριστικό του ένα μοντέλο επικοινωνίας που επέτρεπε στους συμμετέχοντες να αλληλεπιδράσουν μέσα σε ελεγχόμενες συνθήκες ανταγωνισμού. Οι εκπαιδευτές καθ' όλη τη διάρκεια των μαθημάτων προσπάθησαν να περάσουν το μήνυμα στα παιδιά πως: α) η ισόποση καταμέριση των εργασιών σε όλα τα μέλη της ομάδας, β) η ταυτόχρονη εργασία για την επίτευξη του στόχου, γ) η καλή επικοινωνία μεταξύ των μελών των ομάδων, δ) η σωστή συμπεριφορά και ε) η τήρηση των κανόνων της ευγενούς άμιλλας είναι στοιχεία που βοηθούν τις ομάδες να επιτύχουν γρηγορότερα και καλύτερα τον στόχο τους (Marlow, 2001). Επιπλέον φρόντισαν να είναι σαφείς οι στόχοι που θα πρέπει να επιτευχθούν μέσα από την τελική ανταγωνιστική δραστηριότητα και να κατανοήσουν οι δύο ομάδες ότι τελικά όλοι θα είναι νικητές, συμμετέχοντας ενεργά στην παραπάνω εκπαιδευτική διαδικασία (Marlow, 2001) 3.2 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Στην έρευνά μας εφαρμόσαμε μεθοδολογία ποιοτικής μορφής, η οποία εστιάζει στο πώς οι μαθητές κατανοούν και νοηματοδοτούν τον κόσμο, την εμπειρία και τον εαυτό τους. Τα ερευνητικά δεδομένα εξήχθησαν μέσα από συζητήσεις, συνεντεύξεις, προσωπικές παρατηρήσεις και σχόλια των παιδιών, ερωτηματολόγια και παρατηρήσεις των εκπαιδευτικών. Σύμφωνα με ένα γενικό ορισμό, ποιοτική έρευνα θεωρείται η ερμηνευτική μελέτη ενός συγκεκριμένου θέματος, στην οποία ο ερευνητής έχει κεντρική θέση στον τρόπο με τον οποίο το θέμα περιγράφεται και σημασιοδοτείται (Banister, Burman, Parker, Taylor & Tindall, 1994). 37

40 Η λέξη «ποιοτική» (έρευνα) υπονοεί την έμφαση στην ποιότητα των οντοτήτων που μελετώνται και στις διεργασίες και στα νοήματα τα οποία δεν μπορούν να μελετηθούν πειραματικά ή να μετρηθούν σε συνάρτηση με την ποσότητα, το βαθμό, την ένταση ή τη συχνότητά τους. Η ποιοτική μεθοδολογία εστιάζεται στο νόημα, αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές τείνουν να εστιάζονται στην ποιότητα και στην «υφή» της εμπειρίας, παρά να αναζητούν νόμους αιτίου- αποτελέσματος. Αποφεύγουν να μη χρησιμοποιούν «μεταβλητές», οι οποίες έχουν προκαθοριστεί από τον ερευνητή και δεν στοχεύουν στο να προβλέψουν αλλά στο να κατανοήσουν. Οι ερευνητές της ποιοτικής έρευνας δίνουν έμφαση: στην κοινωνικά κατασκευασμένη φύση της πραγματικότητας, στη στενή σχέση ανάμεσα στον ερευνητή και σε αυτό το οποίο μελετά, στις καταστασιακές συνθήκες οι οποίες περιορίζουν την έρευνα, στο ότι έρευνα αναπόφευκτα μεταφέρει αξίες και μελετούν το πώς δημιουργείται και πώς νοηματοδοτείται η κοινωνική εμπειρία. Κατά τους Gubrium & Holstein (1997: 102) οι ποιοτικοί ερευνητές κατοικούν «στο βιωμένο όριο ανάμεσα στην πραγματικότητα και στην αναπαράσταση». 3.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΙΛΟΤΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΤΑ LEGO MINDSTORMS Τα ρομπότ LM χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια της διδακτικής προσέγγισης που περιγράψαμε στα προηγούμενα, με στόχο την εκμάθηση των βασικών εννοιών του προγραμματισμού σε μαθητές Ε και ΣΤ τάξης Δημοτικού (ηλικίας χρονών) και Γ τάξης Επαγγελματικού Λυκείου (ηλικίας χρονών). Σε κάθε μία από τις παραπάνω περιπτώσεις σχηματίστηκαν δύο ομάδες των τριών ατόμων. Η διδακτική εφαρμογή χωρίστηκε σε δύο φάσεις, α) την φάση «προπόνησης» και β) την φάση «πρόκλησης». Η φάση της «προπόνησης» διήρκεσε έξι συνεδρίες και τα παιδιά προετοιμάστηκαν για την τελική δοκιμασία πρόκληση. Κατά την διάρκεια των προπονήσεων έγινε αναφορά στις βασικές δομές προγραμματισμού με την χρήση ρεαλιστικών ερωτημάτων προβλημάτων, για παράδειγμα: «Αν το ρομπότ συγκρουστεί με ένα εμπόδιο τι πρέπει να κάνει για να συνεχίσει την πορεία του;» Στην φάση της «πρόκλησης», η οποία διήρκεσε δύο συνεδρίες, ανατέθηκε στις ομάδες η τελική δοκιμασία, την οποία έπρεπε να διεκπεραιώσουν στηριζόμενοι στις γνώσεις που αποκόμισαν από την φάση των προπονήσεων. Τέλος, στα δεδομένα που συλλέχθηκαν συμπεριλαμβάνονται φύλλα εργασίας, αποθηκευμένα προγράμματα που υλοποιήθηκαν καθώς και φωτογραφικό υλικό από τις συνεδρίες. Η γενικότερη δομή των προπονήσεων είχε ως εξής: 1η προπόνηση: Γίνεται μία εισαγωγή στα ρομπότ Lego Mindstorms και στο RIS 2.0 (Robotics Invention System). Κατόπιν, δημιουργούνται οι ομάδες των μαθητών που θα πάρουν μέρος στη σειρά των μαθημάτων και κάθε μία από αυτές παίρνει και ένα όνομα. Παράλληλα μοιράζονται φυλλάδια στα οποία περιγράφεται: 38

41 α) η πορεία των μαθημάτων σε βάθος χρόνου, β) το πλάνο για καθένα από τα μαθήματα που θα γίνουν, γ) μία σύντομη εισαγωγή στα Lego Mindstorms και στην εγκυκλοπαίδεια Constructopedia. 2η προπόνηση: Οι εκπαιδευτές τονίζουν στους μαθητές τη σημαντικότητα της ομαδικής δουλειάς και της συνεργασίας, ενισχύοντας την ευγενή άμιλλα στη συμπεριφορά των παιδιών, έχοντας ως τελικό στόχο την ολοκλήρωση της τελικής πρόκλησης. Έπειτα, ο εκπαιδευτής αναθέτει στις ομάδες την εργασία της ημέρας και μοιράζει το υποστηρικτικό υλικό, σε ηλεκτρονική ή έντυπη μορφή. Τέλος, δημιουργείται το πρώτο ρομπότ, κάνοντας χρήση ηλεκτρονικού υλικού βηματικής αναπαράστασης των σταδίων υλοποίησης μίας κατασκευής και εκτελούνται τα πρώτα πολύ απλά προγράμματα (χρήση κινητήρων). Παράλληλα, οι εκπαιδευτές προσεγγίζουν τα προβλήματα που δημιουργούνται ανάμεσα στα μέλη των ομάδων και τα χρησιμοποιούν για να ανατροφοδοτούν την τάξη, βοηθώντας με αυτό τον τρόπο τη συνεργασία μεταξύ των παιδιών. 3η 4η προπόνηση: Η τρίτη και τέταρτη προπόνηση περιλαμβάνει τη χρήση των βασικών εντολών εισόδου-εξόδου κάνοντας χρήση του αισθητήρα αφής. Παράλληλα, γίνεται μία εισαγωγή στις βασικές δομές προγραμματισμού, ακολουθίας και επιλογής. Στην προπόνηση γίνεται χρήση έτοιμων block και εξάσκηση στη ρύθμιση παραμέτρων για πειραματισμό με τη χρήση των νέων εντολών. 5η 6η προπόνηση: Η πέμπτη και έκτη προπόνηση περιλαμβάνει τη χρήση εντολών δομής επανάληψης με τη λειτουργία των αισθητήρων αφής και φωτός. Στην προπόνηση εφαρμόζονται έτοιμα block επανάληψης για την ολοκλήρωση πιο σύνθετων δραστηριοτήτων σε σχέση με αυτές που ολοκληρώθηκαν στις προηγούμενες προπονήσεις. Παράλληλα, παρουσιάζονται νέες προγραμματιστικές έννοιες, όπως για παράδειγμα αυτή του μετρητή. Οι μαθητές έχοντας στη διάθεσή τους την πρότερη εμπειρία των προπονήσεων, στις οποίες έχουν ήδη συμμετάσχει, προσπαθούν να υλοποιήσουν τα προγράμματά τους με τον βέλτιστο δυνατό τρόπο (ταχύτητα και αποτελεσματικότητα εκτέλεσης). Για την ευκολότερη κατανόηση των εντολών επανάληψης η πρώτη δραστηριότητα υλοποιείται με την βοήθεια των εκπαιδευτών. Φάση πρόκλησης: Οι εκπαιδευτές παρουσιάζουν την τελική πρόκληση και δίνουν λεπτομερείς οδηγίες στις ομάδες. Οι μαθητές παραλαμβάνουν ένα έντυπο με λεπτομερείς οδηγίες για το σενάριο που πρέπει να υλοποιήσουν αλλά και τον τρόπο βαθμολόγησής τους. Στο έντυπο φαίνεται τόσο η περιγραφή του σεναρίου σε κείμενο όσο και κάποιο πιθανό σχεδιάγραμμα που αναπαριστά για παράδειγμα τη διαδρομή που πρέπει να ακολουθήσει το ρομπότ της ομάδας Χρόνος και κατασκευές Λόγω του περιορισμένου χρόνου που είχαμε στη διάθεσή μας δεν ήταν δυνατή η ενασχόληση των παιδιών με εξειδικευμένες κατασκευές με τα Lego Mindstorms. Σε πολλές περιπτώσεις τα παιδιά εξέφραζαν την επιθυμία να προσαρμόσουν τα ρομπότ με τρόπο τέτοιο ώστε να αποκτήσουν κάποιες 39

42 «ιδιαίτερες» ικανότητες σε σχέση με το ρομπότ της άλλης ομάδας. Τα παιδιά έκαναν συχνά ανάλογες ερωτήσεις όπως: Σχόλια ομάδων «Πως μπορούμε να το κάνουμε να πάει πιο γρήγορα;» «Μπορούμε να βάλουμε άλλες ρόδες;» Σε αρκετές περιπτώσεις υπήρχαν παρεμβάσεις στην κατασκευή των ρομπότ όχι σε θέματα μηχανικής (όπως για παράδειγμα η διάταξη των γραναζιών) αλλά σε θέματα «καλλωπισμού» των ρομπότ. Συχνά, οι μαθητές προσέθεταν εξαρτήματα στα ρομπότ όπως για παράδειγμα κεραίες ή αυτοκόλλητα, θέλοντας να αποδώσουν ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό στην κατασκευή της ομάδας τους. Η αποκλειστική ενασχόληση των παιδιών με τον προγραμματισμό των Lego Mindstorms βοήθησε στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου χρήσης εντολών για την επίλυση των προβλημάτων που έπρεπε να αντιμετωπίσουν Χρήση προγραμματιστικών δομών και εννοιών Μέσα από την παρουσίαση των δομών προγραμματισμού, κατά την προετοιμασία πριν από κάθε προπόνηση, τα παιδιά φάνηκαν να ανταποκρίνονται και να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά τα όσα διδάσκονταν. Έννοιες, όπως αυτή του μετρητή ή της σημαίας μέσα σε δομές ελέγχου και επανάληψης, κατανοήθηκαν με σχετική ευκολία από τα παιδιά. Σε συνδυασμό και με τη χρήση των φύλλων εργασίας, τα οποία συμπλήρωναν κατά τη διάρκεια των μαθημάτων, οι προπονήσεις αποκτούσαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον δημιουργώντας ένα θετικό κλίμα μέσα στην τάξη και ανάμεσα στα παιδιά. Σημαντικό κίνητρο για τη χρήση των φύλλων εργασίας από τα παιδιά ήταν οδηγία από τους διδάσκοντες πως οι σημειώσεις που θα κρατούν τα παιδιά θα είναι τα μόνα βοηθητικά εργαλεία που θα έχουν για την ολοκλήρωση της τελικής πρόκλησης Θετικός ανταγωνισμός και επιπτώσεις Οι ελεγχόμενες συνθήκες ανταγωνισμού που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια υλοποίησης των προπονήσεων και της τελικής πρόκλησης λειτούργησαν ως ένα σημαντικό κίνητρο, ενισχύοντας το ενδιαφέρον των μαθητών κατά τη δημιουργία των προγραμμάτων. Καθ' όλη τη διάρκεια των μαθημάτων, είχαμε ως στόχο να περάσουμε στα παιδιά το μήνυμα πως: α) η ισόποση καταμέριση των εργασιών σε όλα τα μέλη της ομάδας, β) η ταυτόχρονη εργασία για την επίτευξη του στόχου, γ) η καλή επικοινωνία μεταξύ των μελών των ομάδων, δ) η σωστή συμπεριφορά και ε) η τήρηση των κανόνων της ευγενούς άμιλλας είναι στοιχεία στα οποία πρέπει πάντα να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή. Επιπλέον φροντίσαμε να είναι σαφείς οι στόχοι που θα πρέπει να επιτευχθούν μέσα από την τελική ανταγωνιστική δραστηριότητα και να κατανοήσουν οι δύο ομάδες ότι τελικά όλοι θα είναι νικητές, συμμετέχοντας ενεργά στην παραπάνω εκπαιδευτική διαδικασία. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την καλύτερη επικοινωνία μεταξύ των ομάδων, τη προώθηση της συνεργασίας ανάμεσα στα παιδιά και την ταχύτερη υλοποίηση των 40

43 προγραμμάτων εφόσον ο στόχος των μαθητών που συμμετείχαν στις ομάδες εργασίας ήταν πλέον κοινός (η ολοκλήρωση της δραστηριότητας) Lego Mindstorms ένα νέο παιχνίδι Ως ένα εντελώς νέο αντικείμενο ενασχόλησης για τα παιδιά, τα Lego Mindstorms αποτελούσαν από μόνα τους ένα ισχυρό κίνητρο ενασχόλησης. Για το λόγο αυτό, τόσο κατά τη διάρκεια των προπονήσεων όσο και κατά τη διάρκεια της τελικής πρόκλησης, το ενδιαφέρον των μαθητών κρατήθηκε αμείωτο, ενώ κατά τη διάρκεια της τελικής πρόκλησης ενισχύθηκε ιδιαίτερα λόγω του ανταγωνιστικού στοιχείου που επικρατούσε. Ένα σύνηθες γεγονός είναι η αδιαφορία των μαθητών κατά τη διάρκεια των μαθημάτων του προγραμματισμού μέσα στις σχολικές αίθουσες διδασκαλίας. Με τη χρήση των ρομπότ της Lego τα παιδιά όχι μόνο έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το μάθημα του προγραμματισμού αλλά ένιωθαν και ιδιαίτερη ικανοποίηση μετά την ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων. Επιπλέον, ο παιγνιώδης χαρακτήρας των Lego Mindstorms προέτρεπε τα παιδιά στο να είναι περισσότερο δημιουργικά αντιμετωπίζοντας τον προγραμματισμό των ρομπότ ως μία ψυχαγωγική και ευχάριστη ασχολία. Ακούγοντας σχετικούς διαλόγους, ο ενθουσιασμός των παιδιών ήταν χαρακτηριστικός: Σχόλιο κοριτσιού 5ης δημοτικού «Γιατί δεν τα χρησιμοποιούμε στο μάθημα;» Σχόλια αγοριών 6ης δημοτικού «Πόσο γρήγορα μπορούν να τρέξουν τα ρομπότ;» «Θα ήθελα πολύ να έχω ένα στο σπίτι. Πως μπορώ να το πάρω;» Συνεργασία μαθητών μέσα στις ομάδες Η εργασία των παιδιών σε ομάδες βοήθησε κάθε ένα από αυτά να αξιοποιήσει τις ιδιαίτερες ικανότητες που έχει. Κάποια από τα παιδιά είχαν ιδιαίτερη ικανότητα στο να οργανώνουν τις εργασίες που έπρεπε να ολοκληρωθούν, άλλα είχαν κατανοήσει σε μεγαλύτερο βαθμό τον τρόπο που έπρεπε να υλοποιηθούν τα προγράμματα και ενίσχυαν την ομάδα με τις ιδέες τους. Για το λόγο αυτό ήταν πολύ σημαντικός ο ενεργός ρόλος του επιβλέποντα ο οποίος έπρεπε να καλλιεργεί ανάμεσα στα παιδιά ένα συνεργατικό κλίμα και να φροντίζει για τον σωστό καταμερισμό των εργασιών ανάμεσα στους μαθητές των ομάδων. Μία σημαντική παρατήρηση ήταν πως τα κορίτσια που συμμετείχαν στις ομάδες, αν και σε αντίθεση με τα αγόρια δεν είχαν καμία πρότερη εμπειρία σε ότι αφορά τα τουβλάκια της Lego και τη χρήση υπολογιστών, είχαν περισσότερο οργανωτικό χαρακτήρα και αναλάμβαναν πρωτοβουλίες σε ότι αφορά το σχεδιασμό των προγραμμάτων Προβλήματα δραστηριοτήτων Παρά το γεγονός ότι υπήρξαν αρκετά αιτήματα παιδιών για συμμετοχή στις ομάδες εργασίας με τα ρομπότ, ήταν αδύνατο να τα συμπεριλάβουμε στην εργασία μας. Ο λόγος είναι πως είχαμε στη διάθεσή 41

44 μας περιορισμένο αριθμό κινητήρων και αισθητήρων με αποτέλεσμα να μην είναι εφικτή η δημιουργία περισσότερων των δύο ρομπότ ταυτόχρονα. Ένα επιπλέον πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων είναι η χρήση πηγών ενέργειας. Αρκετές φορές, οι μπαταρίες που είχαμε στη διάθεσή μας δεν επαρκούσαν για την ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων, με αποτέλεσμα να μην είναι εφικτή η επικοινωνία με τον πομπό υπέρυθρων ή το ρομπότ να μη δουλεύει αξιόπιστα (διαφορετική ισχύς στη κίνηση των τροχών). Αποτέλεσμα της δυσλειτουργίας του πομπού υπέρυθρων ήταν η ύπαρξη προβλήματος ενημέρωσης του RCX με το Firmware. Τέλος, αν και κάναμε ιδιαίτερη προσπάθεια για να καταμερίσουμε με τον σωστότερο τρόπο την ώρα που είχαμε στη διάθεσή μας κατά τη διάρκεια των προπονήσεων, ο χρόνος δεν επαρκούσε τις περισσότερες φορές με αποτέλεσμα την ημιτελή ολοκλήρωση αρκετών δραστηριοτήτων. Χαρακτηριστική ήταν η επιθυμία των παιδιών για αυτοσχεδιασμό, γεγονός που έπρεπε να μετριάσουμε, βοηθώντας τα παιδιά να επιτύχουν τον επιθυμητό στόχο και εξηγώντας πως θα υπάρχει χρόνος για πειραματισμό αργότερα (που θα ήταν απαραίτητος) Γενικές παρατηρήσεις Ορισμένα τεχνικά ζητήματα που πρέπει να λάβουμε υπόψη μας κατά τη διάρκεια υλοποίησης των δραστηριοτήτων είναι τα εξής: Ο χώρος που γίνονται οι κατασκευές πρέπει να είναι πολύ καθαρός έτσι ώστε να μην χαθούν κομμάτια. Οι κατασκευές πρέπει να είναι συγκεκριμένες και να μην γίνονται πειραματισμοί που μπορούν να βγάλουν την ομάδα από τον στόχο της. Πρέπει πάντα να υπάρχουν εφεδρικές μπαταρίες και ένα σενάριο καταστροφής σε περίπτωση που κάτι πάει στραβά με τα μηχανήματα. Τα παιδιά δεν πρέπει να έχουν την αίσθηση πως ο καθηγητής έχει χάσει των έλεγχο του μαθήματος, σε ότι αφορά την ροή του. Για να ενημερώσουμε το RCX και να μην έχουμε προβλήματα επικοινωνίας με τη χρήση του πομπού υπέρυθρων: Φροντίζουμε πάντα να έχουμε «καλές» μπαταρίες (και για τον πομπό αλλά και για τον εγκέφαλο). Σε περίπτωση που έχουμε πρόβλημα στη επικοινωνία με τον εγκέφαλο (τούβλο RCX) είναι θεμιτή η χρήση του μετασχηματιστή για την παροχή ρεύματος στο τούβλο. Για να μπορούν να ενημερωθούν και τα δύο τούβλα ταυτόχρονα πρέπει να έχουμε ρυθμίσει την ένταση του σήματος στους πομπούς υπέρυθρων στη «μικρή εμβέλεια». Σε διαφορετική περίπτωση υπάρχει παρεμβολή μεταξύ των σημάτων και δημιουργείται πρόβλημα κατά την ενημέρωση των τούβλων RCX. Αν το πρόβλημα εξακολουθεί πρέπει να ενημερωθεί ο κάθε ένα εγκέφαλος χωριστά και σε διαφορετικό χρόνο. Πριν από την ενημέρωση, ελέγχουμε πάντα τις θύρες των εγκεφάλων για να δούμε αν είναι ξεκλείδωτες (από το RIS στο μενού Settings >> Advanced). 42

45 Επίσης, ιδιαίτερη σημασία πρέπει να δοθεί στα προγράμματα που προτείνονται για υλοποίηση κατά τη διάρκεια των προπονήσεων. Είναι σημαντικό να διευκρινίζονται πάντα λεπτομερώς τα είδη των δομών προγραμματισμού και των εντολών που πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Από την εμπειρία μας, πολύ θετικά αποτελέσματα στην όλη διαδικασία υλοποίησης των προγραμμάτων, είχε η δημιουργία και η χρήση διαγραμμάτων ροής για την διευκόλυνση των ομάδων. Τα σενάρια που ετοιμάστηκαν για να υλοποιηθούν σε ένα (1) μάθημα πρέπει να χωριστούν σε τουλάχιστον τρία (3) και να τελειώνουν με μία πρόκληση διαγωνισμό ανάμεσα στις ομάδες η οποία έχει διάρκεια δύο μαθημάτων Συμπεράσματα Τα βασικά μας συμπεράσματα έχουν ως εξής: Η ενασχόληση των παιδιών με το ρομπότ LM, μέσα από τη σειρά των μαθημάτων που συμμετείχαν, συνετέλεσε στην εξοικείωση των παιδιών με τις αρχές του δομημένου προγραμματισμού, γεγονός που είχε σημαντικά θετική επίδραση στην ανάπτυξη των δεξιοτήτων τους για την επίλυση προβλημάτων. Χαρακτηριστική δήλωση μαθητή: «καταλαβαίνω καλύτερα μια δομή επανάληψης, όταν είναι να κάνω το ρομπότ να κτυπήσει σε ένα εμπόδιο 3 φορές και να σταματήσει. Έτσι έχει ενδιαφέρον..» Σημαντικές ήταν οι παρατηρήσεις και οι αναφορές των μαθητών κατά την διάρκεια των μαθημάτων προγραμματισμού, που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών τους (εκμάθηση της γλώσσας προγραμματισμού Visual Basic). Οι μαθητές κατά τη διδασκαλία νέων εντολών παρατηρήθηκε ότι τις συνέδεαν με αντίστοιχες δραστηριότητες τους στα ρομπότ και αυτό τους βοηθούσε να τις κατανοήσουν καλύτερα και ευκολότερα. Από συζητήσεις, συνεντεύξεις και σχόλια των παιδιών διαφαίνεται ότι το κίνητρο της πρόκλησης ήταν αυτό που κράτησε αμείωτο το ενδιαφέρον των μαθητών και βοήθησε να ξεπεραστούν οι όποιες δυσκολίες. Επιπλέον, ενίσχυσε σημαντικά την διάθεση για ενασχόληση με το προγραμματισμό, τόσο κατά την διάρκεια των προπονήσεων, όσο και κατά την διάρκεια της διεξαγωγής της τελικής πρόκλησης, παρακινώντας τους μαθητές να ανακαλύψουν νέους τρόπους για να πετύχουν τον τελικό τους στόχο. 3.4 ΕΠΙΛΟΓΟΣ Στην εργασία αυτή παρουσιάστηκε η εμπειρία μιας εκπαιδευτικής δραστηριότητας με μορφή ανταγωνιστικού παιχνιδιού, με στόχο την εισαγωγή των μαθητών σε θέματα προγραμματισμού. Μέσα από τα μαθήματα-προπονήσεις διαπιστώθηκε ότι η αντιμετώπιση της μάθησης ως ψυχαγωγίας, με τη χρήση των ρομπότ LM, αποτελεί μία ευχάριστη, δημιουργική και αποδοτική μέθοδο διδασκαλίας για την εκμάθηση βασικών εννοιών προγραμματισμού. Τα ερευνητικά στοιχεία της παρούσης εργασίας υποστηρίζουν την άποψη ότι χρήση των LM ρομπότ στα πλαίσια ψυχαγωγικής εκπαίδευσης (με στοιχεία ανταγωνισμού των ομάδων), μπορεί να αποτελέσει ένα ικανοποιητικό εργαλείο για την οικοδόμηση της γνώσης, όσον αφορά την εισαγωγή σε θέματα δομών προγραμματισμού. 43

46 3.5 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ Τα αποτελέσματα της ποιοτικής έρευνάς μας έδειξαν πως οι εκπαιδευτικοί στόχοι που είχαμε θέσει στην αρχή των μαθημάτων, τελικώς επετεύχθησαν. Συνεπώς συμπεραίνουμε πως, η χρήση των ρομπότ Lego Mindstorms μπορεί να επιδράσει θετικά στη ψυχολογία των παιδιών προωθώντας τη μάθηση και αποτελώντας ένα πολύ καλό εργαλείο διδασκαλίας των βασικών δομών προγραμματισμού. Μελλοντικός μας στόχος είναι η συνέχεια του κύκλου των μαθημάτων και εμπλουτισμός του με νέο υλικό, προκειμένου να μπορέσουμε να δούμε το επίπεδο των γνώσεων που μπορούν να μεταδοθούν μέσω της χρήσης του συγκεκριμένου εκπαιδευτικού εργαλείου τεχνουργήματος. Επιπλέον, θα γίνει μεγαλύτερη προσπάθεια εύρεσης του βέλτιστου χρόνου διεξαγωγής των μαθημάτων, καθώς η χρονική διάρκεια των προπονήσεων ήταν ένα χαρακτηριστικό πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε στην ολοκλήρωση των προπονήσεων. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης, η χρήση του νέου εγκεφάλου της Lego με την ονομασία NXT. Το νέο δημιούργημα της εταιρίας, έχει βελτιωθεί σημαντικά. Η επικοινωνία του και η αυτονομία του είναι πολύ καλύτερη από το προηγούμενο μοντέλο (RCX). Επιπλέον, συνοδεύεται από μία νέα και μεγάλη γκάμα αισθητήρων που βοηθά στη δημιουργία περισσότερων και νέων δραστηριοτήτων. Τέλος, τα νέα περιβάλλοντα ανάπτυξης προγραμμάτων που έχουν υλοποιηθεί για τον νέο εγκέφαλο NXT ίσως βοηθήσουν στην ευκολότερη χρήση των ρομπότ αλλά και στη κατανόηση περισσότερο πολύπλοκων προγραμματιστικών εννοιών όπως είναι τα υποπρογράμματα. Ορισμένα από αυτά είναι τα εξής [LEGO.com MINDSTORMS Overview- LabVIEW Graphical Programming NBC (Next Byte Codes) Microsoft Robotics studio Gostai URBI for LEGO MINDSTORMS NXT 44

47 Βιβλιογραφία Asada, M., D Andrea, R., Birk, A., Kitano, H., & Veloso, M., (2000). Robotics in Edutainment. Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics and Automation, San Francisco, Avanzato, R., (1998). Collaborative mobile robot design in an introductory programming course for engineers. (Web) Proceedings, 1998 ASEE Annual Conference. Banister, P., Burman, E., Parker, I., Taylor, M. & Tindall, C. (1994). Qualitative methods in psychology: a research guide. Buckingham: Open University Press. Barnes, J., D., (2002). Teaching Introductory Java through LEGO Mindstorms Models, Proceedings of the 33 rd SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education. Becker, W., B., (2001). Teaching CS1 with Karel the Robot in Java, Proceedings of the Thirty Second SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education, p Beisser, S. R., (Jan 2006). An Examination of Gender Differences in Elementary Constructionist Classrooms Using Lego/Logo Instruction. Computers in the Schools, 22, Ben-Ari Mordechai, (1998). Constructivism in Computer Science, Proceedings of the Twenty-ninth SIGCSE Technical Symposium on Computer Science Education, p Bouwquet, M M, (1986). What makes us play? What makes us learn?, Prospects, 16 (4). Bruner, J., (1986).Actual minds, possible worlds. Cambridge, MA: Harvard University Press. xi, 201 pages. Bruner J., (1997). Πράξεις νοήματος, Ελληνικά Γράμματα. Chandana, P., Hafner, V., & Bongard, J. (2000). Teaching new artificial intelligent using constructionist edutainment robots. Dagdilelis, V., Sartatzemi, M. & Kagani, K. (2005). Teaching (with) Robots in Secondary Schools: some new and not-so-new Pedagogical problems. In ICALT 05 - Proceedings of the Fifth IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies. Daniel, A., (2006). Let go of my Legos Kids are learning the fun and excitement of engineering from a familiar toy, ASEE Prism, Vol. 16, n. 2, Daniel, C., & Cliburn, D. C., (2006). Experiences with LEGO MINDSTORMS throughout the Undergraduate Computer Science Curriculum. CA 36th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, San Diego, 1-6. Du Boulay, B., (1986), Some Difficulties of Learning to Program, Journal of Educational Computing Research, 2(1), Dunne, E., & Bennett, N. (1990). Talking and Learning in Groups. London: Macmillan. Eden, G.F., VanMeter, J.W., Rumsey, J.M., Maisog J.M., Woods, R.P., Zeffiro, T.A., (1996). Abnormal processing of visual motion in dyslexia revealed by functional brain imaging, Nature, 382: Edwards, D., and Mercer, N., (1987). Common knowledge: The development of understanding in the classroom. London: Methuen. Fagin B., (2000). Using Ada-Based Robotics to Teach Computers Science, Proceedings of the 5 th Annual SIGCSE/SIGCUE ItiCSE Conference on Onnovation and Technology in Computer Science Education, σελ Fagin, B., (2000). An Ada Interfece to Lego Mindstorms, ACM Volume XX, Issue 3, p Galton, M., & Williamson J. (1992). Group Work in the Primary Classroom. London: Routledge 45

48 Gage, A., & Murphy, R.R. (2003). Principles and experiences in using legos to teach behavioral robotics, Frontiers in Education, FIE rd Annual Volume 2, Issue, 5-8, Page(s): F4E Vol.2. Green, T., Hoc, J. M., Samurcay, R., & Gilmore, D. (1990), Psychology of programming, San Diego: Academic Press. Gubrium, J., & Holstein, J. (1997). The new language of qualitative method. New York: Oxford University Press. Harel, I., (1991). Children Designers. Interdisciplinary Constructions for Learning and Knowing Mathematics in a Computer-Rich School. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey. Hirst, A. J., Johnson, J., Petre, M., Price, B. A., & Richards, M. (2003). What is the best programming environment/language for teaching robotics using Lego Mindstorms?. Artif Life Robotics, 7, Hussain, S., Lindh, J., & Shukur, G. (2006). The effect of LEGO Training on Pupils School Performance in Mathematics, Problem Solving Ability and Attitude: Swedish Data. Educational Technology & Society, 9(3), Iturrizaga, I. M. (2000). Study of educational impact of the LEGO Dacta materials - INFOESCUELA - MED. Final report. Retrieved June, 15, 2007 from Jarvinen, Ε. & Hiltunen, J. (2000), Automation technology in elementary technology education, Journal of industrial teacher education, 37(4), Jehng J. C. J., Tung S. H. S. & Chang C. T. (1999), A visualisation approach to learning the concept of recursion, Journal of Computer Assisted Learning, 15, Johnson, D. W., & Johnson, R. T. (1992). Positive interdependence: Key to effective cooperation. In Hertz- Lazarowitz, R., & Miller, N. (Eds.), Interaction in Cooperative Groups (pp ). ambridge: Cambridge University Press. Kafai, Y., & Resnick, M., (1996). Constructionism in Practice: Designing, Thinking, and Learning in a Digital World. Hillsdale, NJ.: Erlbaum Associates. Kaskalis, H. T., Dagdilelis, V., Evangelidis, G., & Margaritis, G. K. (2001). Implementing Applications on Small Robots for Educational Purposes: Programming the LEGO Mindstorms, Proceedings of the 5th Hellenic European Conference on Computer Mathematics & its Applications (HERCMA 2001), Lawhead, P. B., Duncan M. E., Bland C. G., Goldweber M., Schep M., Barnes D. J. & Hollingsworth R. G. (2002), A road map for teaching introductory programming using lego mondstorms robots, In Working group reports from ITiCSE on Inovation and technology in computer science education, , ACM Press Lawrence, G., Charles, W. & Kara, W., (1998). Toying With Technology in Elementary Education, Proceedings of the Frontiers in Education Conference, pp Luria A. R. (1978), Cognitive Development Its Cultural and Social Foundations, Harvard University Press. Lund, H. H., and Pagliarini, L. (2000). RoboCup Jr. with LEGO Mindstorms. In Proceedings of Int. Conf. On Robotics and Automation (ICRA2000), IEEE Press, NJ. Lund, H. H., & Nielsen, J. (2002). An Edutainment Robotics Survey. In Proceedings of the Third International Symposium on Human and Artificial Intelligence Systems: The Dynamic Systems Approach for Embodiment and Sociality, Fukui. Marlow, E. (2001). Cooperative Learning versus Competition: Which Is Better?. U.S Department of Education, Opinion Papers, Mercer, N. (1994). The quality of talk in children's joint activity at the computer. Journal of Computer Assisted Learning, 10,

49 McGoldrick, C., & Huggard, M., (2004). Peer Learning with Lego Mindstorms, 34th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, σελ McNally, M., Goldweber, M., Fgin, B., & Klassner, F. (2006). Do Lego Mindstorms Robots have Future in CS Education?. ACM SIGCSE Bulletin, Volume 38, Issue 1, Nardi B. (1996), Context and Consciousness, Activity Theory and Human-Computer Interaction, The MIT Press. Noguez J., Huesca L. G., & Sucar E. (2007). Shared Learning Experiences In A Contest Environment Within A Mobile Robotics Virtual Laboratory. Papert, S., (1980), Νοητικές Θύελλες: Παιδιά, ηλεκτρονικοί υπολογιστές και δυναμικές ιδέες, Εκδόσεις Οδυσσέας (Ελληνική μετάφραση 1991). Papert, S., (1993). The Children's Machine: Rethinking Schools in the Age of the Computer, Basic Books. Portsmore, M., (1999). RoboLab: Intuitive robotic programming software to support lifelong learning, Learning Technology Review, Spring/Summer, Ramadhan, H. A., (2000), Programming by discovery, Journal of Computer Assisted Learning, 16, Resnick, M., (1993). Behavior Construction Kits, Communications of the ACM, Vol. 36, Issue 7, p Samurçay, R., (1987), Modèles cognitifs dans l acquisition des concepts informatiques, Actes du premier colloque franco-allemand de didactique, Slavin, R.E., (1989). Research on cooperative learning: Consensus and controversy. Educational Leadership, 47, Smith, P.A. & Webb, G.I., (1995). Transparency Debugging with Explanations for Novice Programmers. Proceedings of the 2nd Workshop on Automated and Algorithmic Debugging. St. Malo, France Soloway E. & Spohrer J. C., (1989), (Eds.), Studying the Novice Programmer, Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum. Vygotsky, L. S., (1962). Thought and language. Cambridge, MA: The MIT Press. Published originally in Russian in Γρηγοριάδου Μ., Γόγουλου Α. & Γουλή Ε. (2002), Εναλλακτικές διδακτικές προσεγγίσεις σε εισαγωγικά μαθήματα προγραμματισμού: προτάσεις διδασκαλίας, στο Α. Δημητρακοπούλου (επιμ.), Πρακτικά 3 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου με Διεθνή Συμμετοχή Οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στην Εκπαίδευση, Τόμος Α, , Ρόδος Καρατράντου, Α., Τάχος, Ν. & Αλιμήσης, Δ. (2005). Εισαγωγή σε Βασικές Αρχές και Δομές Προγραμματισμού με τις Ρομποτικές Κατασκευές LEGO Mindstorms. Πρακτικά 3ου Πανελλήνιου Συνεδρίου «Διδακτική της Πληροφορικής». Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, Κόρινθος. Κόκκοτας Π., (2002). ιδακτική των Φυσικών Επιστηµών. Μέρος ΙΙ. Σύγχρονες Προσεγγίσεις στη ιδασκαλία των Φυσικών Επιστηµών, Αθήνα. Κόμης, Β. & Μικρόπουλος Τ. Α., (2001), Πληροφορική στην Εκπαίδευση, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο Κόμης, B. (2004). Εισαγωγή στις εκπαιδευτικές εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών. Αθήνα: Εκδ. Νέες Τεχνολογίες. Κόμης, B., (2005). Εισαγωγή στη διδακτική της πληροφορικής. Αθήνα: Κλειδάριθμος. Κόμης, Β. Ι., (2005). Παιδαγωγικές Δραστηριότητες με (και για) Υπολογιστές στην Προσχολική και την Πρώτη Σχολική Ηλικία. Πανεπιστημιακές Παραδόσεις, 2η Έκδοση, Πάτρα. Κυνηγός, Χ. & Φράγκου Σ., (2000). Πτυχές της παιδαγωγικής αξιοποίησης της Τεχνολογίας Ελέγχου στη σχολική τάξη, στο Β. Κόμης (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο με Διεθνή Συμμετοχή «Οι ΤΠΕ στην Εκπαίδευση», 83-91, Πάτρα. 47

50 Ματσαγγούρας, Η.Γ., (2000). Ομαδοσυνεργατική Διδασκαλία και Μάθηση. Αθήνα: Γρηγόρης. Πολίτης Π., Καραμάνης Μ. & Κόμης Β., (2001). Συνθετικές εργασίες: Μοντέλο διδασκαλίας και μάθησης στην περίπτωση μαθημάτων Πληροφορικής, στο Μ. Ιωσηφίδου και Ν. Τζιμόπουλος (επιμ.), Πρακτικά 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου για την Αξιοποίηση των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στη Διδακτική Πράξη, , Σύρος Σατρατζέμη Μ., Δαγδιλέλης, Β. & Ευαγγελίδης Γ., (2002). Μια εναλλακτική διδακτική προσέγγιση του προγραμματισμού στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, στο Α. Δημητρακοπούλου (επιμ.), Πρακτικά 3 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου με Διεθνή Συμμετοχή Οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στην Εκπαίδευση, Τόμος Α, , Ρόδος Σολομωνίδου, X., (2002). Συνεργατική Μάθηση με τη Χρήση των ΤΠΕ: Εμπειρίες από Δημ. Σχολεία της Θεσσαλίας. Πρακτικά 3ου Συνεδρίου ΕΤΠΕ, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Ρόδος: Εκδόσεις ΚΑΣΤΑΝΙΩΤΗ. Τζιμογιάννης Α. & Γεωργίου Β., (1998), Η Αναγκαιότητα της Διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η/Υ στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση ως Μεθοδολογία Τζιμογιάννης Α. & Κόμης Β., (1999), Επίλυση προβλημάτων σε προγραμματιστικό περιβάλλον: η οικοδόμηση της δομής ελέγχου από τους μαθητές του Ενιαίου Λυκείου, στο Α. Κόλλιας, Α. Μαργετουσάκη και Π. Μιχαηλίδης (επιμ.), Πρακτικά 4ου Πανελλήνιου Συνεδρίου "Διδακτική των Μαθηματικών & Πληροφορική στην Εκπαίδευση", , Ρέθυμνο Ξυνόγαλος Σ., (2002). Εκπαιδευτική Τεχνολογία: Ένας Διδακτικός Μικρόκοσμος για την Εισαγωγή στον Αντικειμενοστραφή Προγραμματισμό, Διδακτορική Διατριβή, Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Μακεδονίας. Ξυνόγαλος, Σ., (2003). Σενάρια διδασκαλίας του προγραμματισμού στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Στο Μ. Ιωσηφίδου & Ν. Τζιμόπουλος (επιμ.), Πρακτικά 2ου Πανελλήνιου Συνεδρίου των Εκπαιδευτικών για τις ΤΠΕ Αξιοποίηση των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στη Διδακτική Πράξη, Τόμος Α, , Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών. 48

51 Παράρτηµα

52 54

53 Προκαταρκτικό ερωτηµατολόγιο Φύλο Ηλικία Τύπος Σχολείου Επάγγελµα πατέρα Επάγγελµα µητέρας Αριθµός αδερφών 1. Γνώσεις Αγγλικής Γλώσσας: (Required) Καθόλου Μέτρια Καλά Άριστα 2. Έχετε Η/Υ στο σπίτι; (Required) Ναι Όχι 3. Έχετε σύνδεση Internet στο σπίτι; (Required) Ναι Όχι 4. Πως θα χαρακτηρίζατε τις γνώσεις σας στη χρήση Η/Υ : (Required) Πολύ ικανοποιητικές Αρκετά ικανοποιητικές Μέτριες Μη ικανοποιητικές 5. Πόσες ώρες κατά µέσο όρο χρησιµοποιείτε Η/Υ την εβδοµάδα; (Required) 6. Πόσες ώρες κατά µέσο όρο χρησιµοποιείτε το Internet την εβδοµάδα; (Required) 55

54 7. Έχετε γνώσεις προγραµµατισµού; Ναι Όχι 8. Αν ναι, τι βαθµού; (από 1-Καθόλου µέχρι 5-Πάρα πολύ) 9. Αγαπηµένο αντικείµενο ενασχόλησης Τέχνες Βιολογία Χηµεία ράµα Θέατρο Ξένες γλώσσες Γεωγραφία Ιστορία Πληροφορική Μαθηµατικά Μητρική γλώσσα φιλολογία Μουσική Φυσική Φυσική αγωγή Γυµναστική Επιστηµονικά θέµατα Κοινωνικές επιστήµες Τεχνικός σχεδιασµός - κατασκευές Άλλο 10. Έχεις ασχοληθεί στο παρελθόν µε κατασκευές LEGO; Ναι Όχι 11. Αν ναι, σε τι βαθµό (από 1-Καθόλου µέχρι 5-Πάρα πολύ) 12. Τι είδους εργασία θα σου άρεσε να κάνεις µε ένα ροµπότ; 56

55 13. Ποια πιστεύετε πως πρέπει να είναι τα προ-απαιτούµενα προσόντα-γνώσεις που πρέπει να έχει κάποιος για να συµµετέχει σε µία εργασία µε ροµπότ; 14. Κατά τη γνώµη σου, τα ροµπότ είναι περισσότερο χρήσιµα για την εκµάθηση εννοιών όπως... Οι ξένες γλώσσες Φιλολογία Επιστηµονικά θέµατα (Μαθηµατικά, πληροφορική, λογική κ.λπ.) Κοινωνικά θέµατα Τεχνικός σχεδιασµός (σχεδιασµός κατασκευών) Άλλο 15. Οι εργασίες µε ροµπότ είναι χρήσιµες για... (κατηγοριοποιείστε τις απαντήσεις σας βάζοντας έναν αριθµό σηµαντικότητας από το 1 µέχρι το 10) Να περνάω ευχάριστα την ώρα µου Να µε κάνει καλύτερο στην επιστήµη της πληροφορικής Να µε κάνει καλύτερο στη τεχνολογία των υπολογιστών Να µε κάνει καλύτερο σε επιστηµονικά ζητήµατα Να κάνω φιλίες µε άλλα παιδιά Να προγραµµατίσω όλες τις στρατηγικές που χρειάζονται για πετύχω τον στόχο µου Να χρησιµοποιώ πολλούς τρόπους για να λύσω ένα 57

56 πρόβληµα Να είµαι περισσότερο δηµιουργικός Να µε βοηθήσει να µάθω συγκεκριµένες ιδέες που έχουν σχέση µε επιστηµονικά ζητήµατα Να µε βοηθήσει να κατανοήσω άλλα ζητήµατα που δεν έχουν σχέση µε τα ροµπότ (π.χ. µητρική γλώσσα) Να µε βοηθήσει να µάθω περισσότερες γενικές έννοιες Να βελτιώσω τα κίνητρά µου για µάθηση Να αυξήσω την περιέργειά µου (επιθυµία για έρευνα) Να µε κάνει περισσότερο συνεργατικό µε τους φίλους µου Να µε κάνει να ξεφύγω από άλλα µαθήµατα του σχολείου Να χειροτερέψει τις σχέσεις µου µε τους φίλους µου Να µε κάνει περισσότερο δηµοφιλή στο σχολείο και στους φίλους µου Να βελτιώσει τη διαισθητικότητά µου Άλλο 16. Ποια ικανότητά πιστεύεις πως µπορείς να βελτιώσεις όταν συµµετέχεις σε µία εργασία µε ροµπότ. Χρήση των χεριών µου και τον προγραµµατισµό ενός υπολογιστή Γνώσεις σε τεχνικά ζητήµατα (π.χ. λειτουργία τροχών, γραναζιών, κατασκευές κ.α.) Εφαρµογή των γνώσεών µου Έρευνα µέσω πειραµατισµού (π.χ. έλεγχος ιδέας µέσω δηµιουργίας υποθέσεων) Ικανότητα στο να κάνω λάθη και να µαθαίνω από αυτά Συνεργατική ικανότητα δουλεύοντας µε άλλους σαν µία οµάδα Επιθυµία διερεύνησης νέων και 58

57 διαφορετικών τρόπων επίλυσης προβληµάτων Υποµονή και αυτοεκτίµηση Κίνητρο για µάθηση και εµπειρία αυτο-διδασκαλίας Συζήτηση µε τους γονείς µου για την ενασχόλησή µου µε τα ροµπότ Συζήτηση µε τους φίλους µου για την ενασχόλησή µου µε τα ροµπότ Ψάχνω στο διαδίκτυο για θέµατα που σχετίζονται µε τα ροµπότ Άλλο 59

58 Σχέδιο µαθήµατος Μάθηµα 1 ο Εισαγωγή στα LEGO MINDSTORMS ιάρκεια µαθήµατος: Αντικειµενικοί στόχοι µαθήµατος Στο τέλος του µαθήµατος ο µαθητής θα πρέπει να γνωρίζει: Ποια είναι τα βασικά στοιχεία που συνθέτουν ένα ροµπότ Ποια είναι τα συστατικά µέρη ενός LEGO MINDSTORM Τι έχει ένα τούβλο RCX και ποιες είναι οι λειτουργίες του. Τι είναι ο ποµπός υπέρυθρων και πως αυτός χρησιµοποιείται. Πως κατασκευάζεται ένα απλό µοντέλο (LEGO) µε τη χρήση των αισθητήρων, των κινητήρων και του εγκεφάλου RCX. Πως προγραµµατίζονται (επικοινωνία ανθρώπου Η/Υ µέσω ποµπού υπέρυθρων) Εισαγωγή στο περιβάλλον RIS Robotics Invention System (R.I.S.) Video µε διάφορα projects Φύλλο Εργασίας 1ο Εισαγωγή στα LEGO MINDSTORMS 1. Ποια είναι τα βασικά στοιχεία που συνθέτουν ένα ροµπότ 2. Ποια είναι τα συστατικά µέρη ενός LEGO MINDSTORM 3. Τι έχει ένα τούβλο RCX και ποιες είναι οι λειτουργίες του. 4. Τι είναι ο ποµπός υπέρυθρων και πως αυτός χρησιµοποιείται. 5. Πως κατασκευάζεται ένα απλό µοντέλο (LEGO) µε τη χρήση των αισθητήρων, των κινητήρων και του εγκεφάλου RCX. 60

59 6. Πως προγραµµατίζονται (επικοινωνία ανθρώπου Η/Υ µέσω ποµπού υπέρυθρων) 7. Εισαγωγή στο περιβάλλον RIS Robotics Invention System (R.I.S.) 8. Παρουσίαση Video µε διάφορα projects Θεωρητική δραστηριότητα ραστηριότητα 1.1 Σηµειώστε τα πέντε (5) κύρια µέρη ενός ροµπότ. ραστηριότητα 1.2 Ποια είναι τα κύρια µέρη ενός LEGO MINDSTORM (π.χ. αισθητήρες); ραστηριότητα 1.3 Τι είναι το RCX; 61

60 ραστηριότητα 1.4 Συµπληρώστε τα πεδία µε τις κατάλληλες λέξεις. ραστηριότητα 1.5 Ποια συσκευή είναι απαραίτητη και ποιες είναι οι πηγές ενέργειας που χρησιµοποιούµε για τη λειτουργία και την επικοινωνία ενός ροµπότ µε τον Η/Υ; ραστηριότητες 1. Ακολουθώντας τα βήµατα για τη κατασκευή του ροµπότ Hank, κατασκευάστε το πρώτο σας ροµπότ! 2. Μόλις ολοκληρώσετε τη κατασκευή σας εκτελέστε το πρόγραµµα τέσσερα που είναι ήδη αποθηκευµένο στη µνήµη του τούβλου RCX. Καταγράψτε τα σχόλια και τις παρατηρήσεις σας. 62

61 Καλή διασκέδαση! Στάδια κατασκευής του ροµπότ HankHTML HankHTML Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 63

62 Step 6 Step 7 Step 8 Step 9 Step 10 Step 11 Step 12 Step 13 64

63 Step 14 Step 15 Step 16 Step 17 LM_introduction Τι είναι το ροµπότ; Μάθηµα 1 ο Εισαγωγή στα LEGO MINDSTORMS Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Το ροµπότ είναι µία µηχανή της οποίας η συµπεριφορά µπορεί να προγραµµατιστεί. Τα ηχοσυστήµατα, οι φούρνοι µικροκυµάτων και οι υπόλοιπες οικιακές συσκευές είναι τοίδιοµεταανδρείκελα που βλέπουµε στις ταινίες; ΌΧΙ Τι είναι το ροµπότ; Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Ταροµπότέχουνπέντε (5) κύριασυστατικάστοιχεία: 1.Έναν εγκέφαλο που ελέγχει τις κινήσεις του ροµπότ και απαντά στα σήµατα που εισάγονται από τους αισθητήρες. Συνήθως ο εγκέφαλος είναιέναείδοςυπολογιστή. 2.Τοσώµατουροµπότείναιαπλάέναςσκελετόςπουσυνδέειτα κοµµάτιαπουτοσυνθέτουνενωµένα. 3.Οι µηχανισµοί κίνησης επιτρέπουν στο ροµπότ να κινηθεί. Αυτοί µπορεί να είναι απλοί κινητήρες. Υπάρχουν και άλλες περιπτώσεις όπουοιµηχανισµοίαποτελούνταιαπόυδραυλικάπιστόνια. 4.Οι αισθητήρες δίνουν στο ροµπότ πληροφορίες σχετικά µε το περιβάλλον του. Ένας αισθητήρας αφής, για παράδειγµα, µπορεί να δείξεισεέναροµπόττοπότεέρχεταισεεπαφήµεκάποιο φυσικό εµπόδιο. 5.Μίαπηγήενέργειας, απαραίτητηγιαναλειτουργήσουνοεγκέφαλος, οι αισθητήρες και οι µηχανισµοί του ροµπότ. Τα LEGO Mindstorms αποτελούν ένα ισχυρό σύστηµα ροµποτικής Παρουσιάστηκε από την LEGO το 1998 Χρησιµοποιείται για δύο σκοπούς Εµπορικούς Εκπαιδευτικούς Αν και δεν είναι είναι παιχνίδι! Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για την υλοποίηση πολύπλοκων κατασκευών στον τοµέα της ροµποτικής 65

64 Πως λειτουργούν τα LEGO MINDSTORMS; Η πρώτη γενιά των LEGO Mindstorms κατασκευάστηκε βασιζόµενη σε ένα τούβλο εγκέφαλο, γνωστό ως RCX. Περιέχει ένα µικροκύκλωµα ελέγχου Renesas H8/300 ως εσωτερική Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU). Το τούβλο προγραµµατίζεται "κατεβάζοντας" ένα πρόγραµµα (το οποίο µπορεί να γραφτεί σε διάφορες γλώσσες προγραµµατισµού) από ένα PC ή Mac στηµνήµη RAM του RCX µέσω µίας ειδικής διεπαφής υπέρυθρου σήµατος (IR interface). Ορόλοςτου RCX το RCXκατάτηνεκτέλεσητου προγράµµατος µπορεί να λειτουργείαυτόνοµα, ανταποκρινόµενο στα εξωτερικά ερεθίσµατα τα οποία λαµβάνει µε τους διαθέσιµους αισθητήρες του. επιπλέον, ένα ή περισσότερα τούβλα µπορούν να επικοινωνούν µεταξύ τους µέσω ενός ποµπού-δέκτη υπερύθρων, επιτρέποντας τη συνεργασία ή των ανταγωνισµό ανάµεσα στα τούβλα RCX. Ο εγκέφαλος RCX (1) Κουµπί εµφάνισης τιµών των αισθητήρων ιακόπτης ανοίγµατος/κλεισίµατος Θύρες εξόδου Υποδοχήτροφοδοσίας (µετασχηµατιστή) Οθόνη προβολής µηνυµάτων (LCD) Ποµπός/δέκτης υπέρυθρων Θύρες εισόδου Επιλογέας προγράµµατος Κουµπί εκτέλεσης προγράµµατος Ο εγκέφαλος RCX (2) Ο εγκέφαλος RCX χρησιµοποιεί Τρεις θύρες εισόδου δεδοµένων, στις οποίες µπορούν να τοποθετηθούν ειδικοί αισθητήρες. Τρεις θύρες εξόδου δεδοµένων στις οποίες µπορούµε να συνδέσουµε κινητήρες ή ακόµα και ειδικές λυχνίες φωτεινής ένδειξης. Ο εγκέφαλος RCX (3) Μία οθόνη υγρών κρυστάλλων στην οποία προβάλλονται πληροφορίες σχετικάµεταεπίπεδαφόρτισηςτων µπαταριών που χρησιµοποιούνται την κατάσταση των θυρών εισόδου/εξόδου τοείδοςτουπρογράµµατοςπουθα εκτελεστεί και διάφορες άλλες πληροφορίες. Οιαισθητήρεςτων LEGO MINDSTORMS Το σύστηµα Robotics Invention System (RIS) περιέχει επίσης αισθητήρες που µπορούν να συνδεθούν στις θύρες εισόδου του RCX. Συγκεκριµένα περιέχει αισθητήρες: Αφής Φωτός Θερµοκρασίας και διάφορους άλλους Απαραίτητη τροφοδοσία Στάδια κατασκευής φυσικού µοντέλου 1 Για την επικοινωνία του υπολογιστή µε τον εγκέφαλο RCX είναι απαραίτητη η χρήσηµίαςµπαταρίας 9V για τη συσκευή εκποµπής/λήψης υπέρυθρουσήµατος (IR) καθώςεπίσηςκαι 6 µπαταρίες των 1,5V τύπου ΑΑγιατονεγκέφαλο RCX. 66

65 Στάδια κατασκευής φυσικού µοντέλου 2 Παρουσίαση video video 1 video 2 video 3 video 4 Καλή διασκέδαση!!! Μάθηµα 2ο Εισαγωγή στo Robotics Invention System 2.0 Μάθηµα 2 ο Εισαγωγή στo Robotics Invention System 2.0 Robotics Invention System 2.0 Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Πως προγραµµατίζω; Γιατονπρογραµµατισµότου RCX µπορώ να χρησιµοποιήσω το ειδικό λογισµικό του RIS. Ο κώδικας που χρησιµοποιείται αποτελείται από ειδικά διαµορφωµένα διαγράµµατα ροής. Είναι ένα φιλικό περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων, µε πολλές δυνατότητες. Μπορεί κάποιος να χρησιµοποιήσει κώδικα γιαέτοιµες κατασκευές τις οποίες θα βρει µέσα στο εγχειρίδιο Constructopedia, στο εµπλουτισµένο εγχειρίδιο χρήσης και στο CD πουσυνοδεύειτοπακέτο RIS. Προγραµµάτισε το ροµπότ σου; Επιλέγουµε ένα ροµπότ πατώντας στο κουµπί Pick A Robot ή πατάµε στο κουµπί Freestyle αν επιθυµούµε να προγραµµατίσουµε ένα δικό µας ροµπότ. 67

66 Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm 68

67 Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Τι είναι τα LEGO MINDSTORMS; Roverbot Acrobot Inventorbot Security Vault Refrigerator Fred Artbot Deliverybot Candy Sorter Robotic Arm Ξεκινώντας τον προγραµµατισµό Για κάθε Robot που προτείνει το RIS υπάρχουν έτοιµες οµάδες εντολών Έλεγχος του RCX Κάνοντας διπλό κλικ πάνω στο τετράγωνο που απεικονίζει το τούβλο RCX, µπορούµε να κάνουµε έναν έλεγχο στις θύρες εισόδουεξόδου. Program this Robot big blocks small blocks My blocks Wait Repeat Yes or No Sensors big blocks (1/2) big blocks (µεγάλες οµάδες εντολών) είναι έτοιµες οµάδες εντολών που µας επιτρέπουν να ελέγχουµε εύκολα τα κινούµενα µέλητου robot µας περιέχουν πολλές εντολές (small blocks) για κάθε robot που επιλέγουµε υπάρχουν αντίστοιχες οµάδες εντολών ορισµένες από αυτές µπορούν να χρησιµοποιηθούν µε όλα τα ροµπότ Σε περίπτωση που επιθυµούµε να προγραµµατίσουµε το ροµπότ µας έχοντας διαθέσιµεςόλεςτιςοµάδεςεντολών (big blocks) επιλέγουµε το περιβάλλον εργασίας Freestyle. big blocks (2/2) small blocks (1/5) παρέχουν τον πλήρη έλεγχο του robot µας αντίθετα µε τα big blocks εκτελούν µια εντολή ανά βήµα π.χ. αν θέλουµε να κινηθεί το robot µας ευθείαγια 3 secπρέπεινα 1) ορίσουµε την κατεύθυνση των κινητήρων και µετά 2) να ορίσουµε των χρόνο κίνησης 69

68 small blocks (2/5) Υπάρχουν 6 είδη εντολών: Τροφοδοσίας (power) On On For Off Set Power (1-8) Set Direction Reverse Direction Ήχου (sound) Beep Tone Mute Sounds Un-mute Sounds Επικοινωνίας (comm) Send IR Message Clear IR Message Display Value Display Clock small blocks (3/5) Μεταβλητών (variable) Set Add Subtract Multiply Divide Make Positive Make Negative Επαναφοράς (reset) Reset Light Reset Temperature Reset Rotation Sensor Reset Timer small blocks (4/5) small blocks (5/5) Προχωρηµένες (advanced) Set Priority Υψηλότερη προτεραιότητα (δεν έχει οριστεί εξ ορισµού) Έλεγχος µεταβλητών Έλεγχος αισθητήρων αφής Έλεγχος αισθητήρων φωτός Έλεγχος αισθητήρων θερµοκρασίας και περιστροφής Έλεγχος αισθητήρων υπέρυθρων IR Έλεγχος χρονοµέτρησης Κυρίωςπρόγραµµα Connect Power Disconnect Power Global Reverse Global Set Direction End Program My blocks (1/2) Οι δικές µου οµάδες εντολών Μας δίνουν τη δυνατότητα να δηµιουργήσουµε τις δικές µας οµάδες εντολών για την εκτέλεση συγκεκριµένων λειτουργιών. Παίζουν τον ρόλο συντοµεύσεων στον προγραµµατισµό ενός ροµπότ. My blocks (2/2) Στηνοµάδαεντολών My blocks µπορούµε να φτιάξουµε το δικό µας σετ εντολών. Wait (1/3) Εντολές αναµονής Χρησιµοποιούνται για να δηµιουργήσουν καθυστέρηση στο πρόγραµµα για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα t ή έως ότου ισχύσει µία συνθήκη π.χ. ένας αισθητήρας ενεργοποιηθεί Wait (2/3) Wait 70

69 Wait (3/3) Repeat (1/3) Επαναλαµβάνεται µια οµάδα εντολών ανάλογα µε την εντολή που θα επιλέξουµε Repeat for Repeat forever Repeat while Repeat until Repeat (2/3) Repeat for Repeat forever Repeat while Repeat until Yes or No (1/2) Οιεντολές yes or noελέγχουν ένα αισθητήρα και εκτελούν εντολές ανάλογα µε τα αποτελέσµατα του ελέγχου Yes or No (2/2) Yes or No Με τον τρόπο αυτό µπορούµε να φτιάξουµε προγράµµατα µε δοµή επιλογής. Sensors (1/2) Χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο της λειτουργίας των αισθητήρων και για την εκτέλεση λειτουργιών βάση συνθηκών. -π.χ. όταν το δωµάτιο γίνει σκοτεινό ο RCX θα παίξει µία µελωδία! Sensors (2/2) Help Sensors Current Preference 71

70 RIS Καλή διασκέδαση! Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Σύντοµη παρουσίαση Επικοινωνίας RCX Η/Υ Σύντοµη παρουσίαση Επικοινωνίας RCX Η/Υ Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Το RIS 2.0 Το RISείναιένααπλόαλλά µεπολλέςδυνατότητες, περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων για τον εγκέφαλο RCX. Το λογισµικό συνοδεύει τα εξαρτήµατα του ροµπότ και σε συνεργασία µε το εγχειρίδιο Constructopedia, µας βοηθά να προγραµµατίσουµε τοροµπότµαςµεεύκολο τρόπο. Εκτέλεση RIS Αφού εκτελέσετε την εφαρµογή RIS, πατήστε στο κουµπί Run της πρώτης διεπαφής έτσι ώστε να ξεκινήσει η φόρτωση του περιβάλλοντος ανάπτυξης προγραµµάτων. Εισαγωγή χρήστη Στηνεπόµενηοθόνη, εισάγετε το όνοµα που εσείς επιθυµείτε (όνοµα οµάδας) και πατάτε στο κουµπί Enter για εισαγωγή. Αν επιθυµείτε να εισάγετε νέο χρήστη στο περιβάλλον του RIS, πατήστε στο κουµπί New User. 72

71 Ρυθµίσεις υλικού - RCX ιεπαφή ρυθµίσεων Εισάγοντας το όνοµα χρήστη βλέπετε την κεντρική οθόνη µε τιςβασικέςεπιλογέςτου RIS. Αυτές είναι οι εξής: Tour (γρήγορηπεριήγηση) Missions (οδηγίες για την υλοποίηση αποστολών) Program (το περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων) Library (η βιβλιοθήκη γνώσεων και προγραµµάτων του RIS) Settings (περιβάλλον ρυθµίσεων) Επιλέγω το κουµπί Settings! Επιλέγοντας το κουµπί settings ανοίγει η διεπαφή των ρυθµίσεων του εγκεφάλου RCX. Στο πάνω µέρος γίνετε αναζήτηση της σειριακής θύρας που χρησιµοποιείται απότονποµπόυπέρυθρων (IR transmitter) Πατώντας το κουµπί hardware setup ο υπολογιστής επικοινωνεί µε τον εγκέφαλο RCX ελέγχοντας αν είναι ενηµερωµένος µε το νεότερο λογισµικό! Το κουµπί Advanced µας επιτρέπει να διαχειριστούµε τις θέσεις µνήµης του εγκεφάλου RCX Επικοινωνία υλικού ενηµέρωση RCX Στο κάτω µέρος του πύργου υπέρυθρων ρυθµίζω την εµβέλεια του σήµατος (µαύρος διακόπτης) στη µικρή απόσταση Εφόσον σιγουρευτώ πως ο πύργος επικοινωνεί µε τον εγκέφαλο πατώ στο κουµπί Download Firmware και ξεκινά η ενηµέρωση του εγκεφάλου RCX. Ολοκλήρωση ενηµέρωσης Μόλις ολοκληρωθεί η ενηµέρωση του εγκεφάλου RCX τοτούβλοµας εκπέµπει ένα χαρακτηριστικό επαναλαµβανόµενο ηχητικό σήµα. Στοπλαίσιο Communication εµφανίζεται το σήµα του ποµπού (ένταση low high) Στο κάτω πλαίσιο προσδιορίζεται το επίπεδο ενέργειας που έχουν οι µπαταρίες του εγκεφάλου. Αρχείο βοήθειας Καλή διασκέδαση! Το περιβάλλον RIS σας παρέχει µία µεγάλη ποικιλία από δείγµατα προγραµµάτων (sample programs) παραδείγµατα προγραµµατισµού σε µορφή video (programmopedia) και χρήσιµες κατασκευαστικές οδηγίες (building tips) Σχέδιο µαθήµατος Μάθηµα 2 ο Εισαγωγή στο Robotics Invention System (R.I.S.) ιάρκεια µαθήµατος: Αντικειµενικοί στόχοι µαθήµατος Στο τέλος του µαθήµατος ο µαθητής θα πρέπει να γνωρίζει: 1.Τι είναι το περιβάλλον Robotics Invention System (R.I.S.) 73

72 Ποιες είναι οι δυνατότητες του RIS. Ποιες είναι οι βασικές διεπαφές του. Πως αυτό χρησιµοποιείται για την επικοινωνία του Η/Υ µε τον εγκέφαλο-τούβλο RCX. Πως χρησιµοποιείται για τον προγραµµατισµό ενός ροµπότ. Ποιες οµάδες εντολών περιέχει και ποια η λειτουργία της κάθε µίας. Πως αποθηκεύουµε τα προγράµµατα που κατασκευάζουµε στον εγκέφαλο του ροµπότ και στον Η/Υ. 2.Πως χρησιµοποιούµε τις λειτουργίες του τούβλου RCX σε συνδυασµό µε τα προγράµµατα που δηµιουργούµε και το περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων RIS. 3.Αναφορά στις Βασικές οµές Προγραµµατισµού (ακολουθίας, επιλογής, επανάληψης) ανάλυση της δοµής ακολουθίας Εργαστηριακό µέρος 1. Κατασκευή ροµπότ 2. Ενηµέρωση firmware και 3. Εκτέλεση 1ου προγράµµατος. 74

73 Εισαγωγή στις Βασικές οµές Προγραµµατισµού Αλγόριθµοι Μάθηµα 2 ο Βασικές Αλγοριθµικές οµές Βασικές έννοιες Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Κριτήρια πληρότητας Είσοδος Έξοδος Καθοριστικότητα Περατότητα Αποτελεσµατικότητα Σκοπιές µελέτης αλγορίθµων Υλικού Η ταχύτητα εκτέλεσης εξαρτάται από την αρχιτεκτονική του υπολογιστή Γλωσσών προγραµµατισµού Η επιλογή γλώσσας προγραµµατισµού ρυθµίζει και την δοµή και το πλήθος των εντολών του αλγόριθµου Θεωρητική Υπάρχει ή όχι αποδοτικός αλγόριθµος για την επίλυση ενός προβλήµατος; Αναλυτική Υπολογιστικού πόροι που απαιτούνται από ένα αλγόριθµο ( ελάχιστη RAM, περιφερειακή µνήµη, κάρτα γραφικών κλπ) 3 4 Τρόποι αναπαράστασης αλγορίθµων Ελεύθερο κείµενο Φυσική γλώσσα µε βήµατα ιαγραµµατικές τεχνικές ιαγράµµατα ροής, Σύµβολα Κωδικοποίηση Ψευδοκώδικας ψευδογλώσσα, Εντολές Γλώσσα προγραµµατισµού C Basic Pascal Java Πλήθος γλωσσών προγραµµατισµού Βασικές Αλγοριθµικές δοµές Ακολουθίας Επιλογής Απλή Σύνθετη Πολλαπλή Εµφωλευµένες Επανάληψης Άγνωστο πλήθος Όσο επανάλαβε Αρχή_επανάληψης µέχρις_ότου Γνωστό πλήθος Για.. Από.. µέχρι..επανέλαβε

74 οµή ακολουθίας Ασκήσεις µε δοµή Ακολουθίας ιάγραµµα ροής Ψευδογλώσσα Εντολή1 Εντολή2 Εντολή3. Παράδειγµα Μετατροπή Βαθµών κελσίου σε Φαρενάιτ Υπολογισµοί γεωµετρικών µεγεθών Ανταλλαγή περιεχόµενου δύο µεταβλητών Υπολογισµός περιόδου εκκρεµούς Αγορά πώληση συναλλάγµατος από τράπεζα Εκτέλεση αριθµητικών πράξεων για κατανόηση σειράς εκτέλεσης αριθµητικών τελεστών 7 8 Απλή επιλογή ιάγραµµα ροής Ψευδοκώδικας ιάγραµµα ροής ΑΡΧΗ ναι Επεξεργασία Συνθήκη όχι ΑνΣυνθήκη = Αληθήςτότε Εντολή1 Εντολή2 ΙΑΒΑΣΕ ΒΑΣΗ, ΥΨΟΣ Ε (ΒΑΣΗ*ΥΨΟΣ)/2 Τέλος_αν ΕΜΦΑΝΙΣΕ Ε ΤΕΛΟΣ 9 10 Ελεύθερο κείµενο Φυσική γλώσσα µε βήµατα Το πρόβληµα Υπολογισµός εµβαδού τριγώνου Αλγόριθµος Πάρε τη βάση και το ύψος, πολλαπλασίασέ τα, διαίρεσε µε το 2 και εµφάνισε το αποτέλεσµα 1.Πάρεβάσηκαιύψοςτριγώνου 2. Υπολόγισε εµβαδόν χρησιµοποιώντας τον τύπο β.υ/2 3. Εµφάνισε αποτέλεσµα

75 Ψευδοκώδικας Γλώσσα προγραµµατισµού ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ Υπολογισµος_εµβαδου_τριγώνου ΙΑΒΑΣΕ Βάση ΙΑΒΑΣΕ Ύψος Εµβαδόν (Βάση* Ύψος)/2 ΕΜΦΑΝΙΣΕ Εµβαδόν ΤΕΛΟΣ Υπολογισµός_εµβαδού_τριγώνου επεξηγήσεις ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΜΒΑ ΟΝ_ΤΡΙΓΩΝΟΥ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ: βάση, ύψος, Εµβαδόν ΑΡΧΗ ΓΡΑΨΕ «ΩΣΕ ΒΑΣΗ:» ΙΑΒΑΣΕ βάση ΓΡΑΨΕ «ΩΣΕ ύψος:» ΙΑΒΑΣΕ Ύψος Εµβαδόν βάση* ύψος/2 ΓΡΑΨΕ «ΤΟΕΜΒΑ ΟΝΕΊΝΑΙ :», Εµβαδόν ΤΕΛΟΣ_ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΕΜΒΑ ΟΝ_ΤΡΙΓΩΝΟΥ Pascal Program Embadon; Var B, Y, E :Real; Begin Writeln ( ΩΣΕΒΑΣΗ: ); Readln(b); Writeln ( ΩΣΕύψος: ); Readln (y); E B*Y/2; Writeln ( ΤΟΕΜΒΑ ΟΝΕΊΝΑΙ : ), E End. Σύµβολα ιαγραµµάτων ροής ΑρχήήΤέλος Είσοδος ή έξοδος Επεξεργασία Απόφαση Ροή εργασιών Ναι Οµάδα Εντολών Α Λειτουργία: Ισχύει η Συνθήκη; εντολή C Σύνθετη επιλογή Όχι Οµάδα Εντολών Β Αν (Συνθήκη =Αληθινή) Τότε Οµάδα εντολών Α Αλλιώς Οµάδα εντολών Β Τέλος_αν 1. Αν ισχύει η συνθήκηεκτελείται η οµάδα εντολών Ακαι µετά η εντολή C. 2. Αν δεν ισχύει η συνθήκη εκτελείται η οµάδαεντολών Β και µετά ηεντολή C. Ηεντολή If στο RIS Αν (Ανπιεστείο αισθητήρας αφής στην είσοδο 1) Τότε Οµάδα εντολών Α Αλλιώς Οµάδα εντολών Β Τέλος_αν

76 Εµφωλευµένες διαδικασίες Όσο. επανάλαβε Ανέκφραση1 = τιµή1 τότε οχι ναι Αν Εκφραση2= τιµή2 τότε εκφ1 ΑνΈκφραση3 =τιµή3τότε εκτέλεσε Ε3α οχι ναι οχι ναι εκφ4 εκφ2 Αλλιώς εκτέλεσε Ε3λ οχι Τέλος_αν ναι εκφ3 Αλλιώς Ε4λ Ε4α Ε2λ Εκτέλεσε Ε2λ Ε3λ Ε3α Τέλος_αν Αλλιώς Αν Εκφραση4= τιµή41 τότε Εκτέλεσε Ε4α Αλλιώς Εκτέλεσε Ε4λ Τέλος_αν Τέλος_αν Χρησιµοποιείται όταν µια εντολή αν..τότε εκτελείται µετά τον έλεγχο µιας άλλης αν τότε. Συνθήκη Ψευδής Αληθής Οµάδα εντολών Όσο Συνθήκη επανάλαβε Εντολή1 Εντολή2 Οµάδαεντολών.. Εντολή Ν Τέλος_Επανάληψης 1. Πρώτα ελέγχεται η συνθήκη 2. Αν είναι αληθινή εκτελείται η οµάδα εντολών και µετά ελέγχεται ξανά η συνθήκη 3. Όταν η συνθήκη γίνει ψευδής τερµατίζεται η επανάληψη και ο έλεγχος µεταφέρεται στην πρώτη εντολή µετά το τέλος επανάληψης Μέχρις ότου Για από µέχρι.. επανέλαβε Οµάδα εντολών Συνθήκη Αληθής ψευδής Αρχή_ Επανάληψης εντολή1 εντολή2 Οµάδα εντολών.. εντολή ν Μέχρις_ότουΣυνθήκη = αληθής 1. ΠΡΩΤΑ εκτελείται η οµάδα εντολών ανεξάρτητα από την συνθήκη 2. Ελέγχεται η συνθήκη και αν είναι ψευδής επαναλαµβάνεται η οµάδα εντολών 3. Όταν η συνθήκη γίνει αληθής τερµατίζεται η επανάληψη και ο έλεγχος µεταφέρεται στην πρώτη εντολή µετά το τέλος επανάληψης Μ Τ1 Μ<=Τ2 Όχι Ναι Οµάδα εντολών Μ Μ +1 ΓιαΜαπόΤ1 µέχριτ2 επανέλαβε εντολή1 εντολή2. εντολή ν Τέλος_ επανάληψης Οµάδα εντολών 1. Αρχικά η µεταβλητή Μπαίρνει την αρχική τιµή Τ1 2. Ελέγχεται αν η Μ είναι Μικρότερη της τελικής τιµής Τ2 3. Αν είναι εκτελείται η οµάδα εντολών του βρόχου καιημπαίρνειτηνεπόµενητιµήτης ( αυξάνει τηντιµήκατά 1) 4. Ο βρόχος τερµατίζεται όταν η Μ πάρει τιµή µεγαλύτερητης Τ Όσο επανάλαβε Έλεγχος στην αρχή Εκτέλεση όταν συνθήκη είναι αληθής Τερµατισµός όταν συνθήκη γίνει ψευδής Μπορεί να µην εκτελεστεί ο βρόχος καµιά φορά ( αρχική συνθήκη ψευδής) ιαφορές Μέχρις_ότου Έλεγχος στο τέλος Εκτέλεση όταν συνθήκη είναι ψευδής Τερµατισµός όταν συνθήκη γίνει αληθής Οι εντολές του βρόχου εκτελούνται οπωσδήποτε µιαφορά ( γιατίοέλεγχος γίνεται µετά) 1. Και οι δυο δοµές χρησιµοποιούνται όταν δενγνωρίζουµε το πλήθος των επαναλήψεων 2. Η συνθήκη πρέπει να ενηµερώνεται κάθε φορά που τερµατίζονται οι εντολέςτου βρόχου ώστεκάποια στιγµή να αλλάξει ( Αληθής σε ψευδή για τηνόσο, ψευδής σε αληθήγιατηνµέχριςότου). Ανδενγίνειαυτόθαέχουµεάπειρεςεπαναλήψεις ( ατέρµων βρόχος) Ηεντολή Repeatστο RIS (1/3) Επαναλαµβάνεται µια οµάδα εντολών ανάλογα µε την εντολή που θα επιλέξουµε Repeat for Repeat forever Repeat while Repeat until

77 Ηεντολή Repeatστο RIS (2/3) Ηεντολή Repeatστο RIS (3/3) Repeat for Repeat forever Repeat while Repeat until Μετρητής Πρόγραµµα στο RIS Πολλές φορές χρειάζεται κάποιος να µετράει π.χ. πόσες φορές κτυπάει το ροµπότ σε ένα εµπόδιο Το ρόλο αυτό αναλαµβάνει µία µεταβλητή που ονοµάζεται µετρητής π.χ. Αρχικά Μετρητής Μ 0! Μετρητής, αρχική τιµή 0 Μ Μ+1!Ενηµέρωση µετρητή 27 Καλή διασκέδαση!!! 28 Φύλλο Εργασίας 2 ο 1. Εισαγωγή στο Robotics Invention System (R.I.S.) Ποιες είναι οι δυνατότητες του RIS. Ποιες είναι οι βασικές διεπαφές του. Πως αυτό χρησιµοποιείται για την επικοινωνία του Η/Υ µε τον εγκέφαλο-τούβλο RCX. Πως χρησιµοποιείται για τον προγραµµατισµό ενός ροµπότ. Ποιες οµάδες εντολών περιέχει και ποια η λειτουργία της κάθε µίας. Πως αποθηκεύουµε τα προγράµµατα που κατασκευάζουµε στον εγκέφαλο του ροµπότ και στον Η/Υ. 79

78 Πως χρησιµοποιούµε τις λειτουργίες του τούβλου RCX σε συνδυασµό µε τα προγράµµατα που δηµιουργούµε και το περιβάλλον ανάπτυξης προγραµµάτων RIS. 2. Αναφορά στις Βασικές οµές Προγραµµατισµού (ακολουθίας, ε ιλογής, ε ανάληψης) Ανάλυση της δοµής ακολουθίας ραστηριότητες ραστηριότητα 1.1 Κατασκευή του 1ου ροµπότ, µε βάσει της οδηγίες που σας δίνονται στο αρχείο make_hank.ppt Hank ραστηριότητα 1.2 Ακολουθήστε τις παρακάτω ενέργειες για να επικοινωνήσει και να ενηµερωθεί ο RCX µέσω του υπολογιστή. 1η ενέργεια Εκτελέστε την εφαρµογή RIS και πατήστε στο κουµπί Run. 80

79 2η ενέργεια Στο παράθυρο µε τον τίτλο LOGIN εισάγετε το όνοµα που εσείς θέλετε και πατήστε το κουµπί Enter. 3η ενέργεια Στην κεντρική οθόνη που εµφανίζεται, επιλέξτε το κουµπί Settings. 4η ενέργεια Με την βοήθεια του εκπαιδευτή σας, συνδέστε τη συσκευή των υπέρυθρων µε τον Η/Υ και ενηµερώστε το τούβλο RCX µε το τελευταίο Firmware της εταιρίας. Μόλις η διαδικασία της ενηµέρωσης ολοκληρωθεί, θα ακουστεί ένας χαρακτηριστικός ήχος. 81

80 5η ενέργεια Επισκεφθείτε την βιβλιοθήκη του RIS( Library) και επιλέγοντας το κουµπί sample programs παρακολουθείστε τα καθοδηγητικά video παρουσίασης του περιβάλλοντος RIS. ραστηριότητα 1.3 Υλοποιήστε το πρώτο σας πρόγραµµα ακολουθώντας τα παρακάτω βήµατα: στη κεντρική οθόνη του RIS επιλέξτε 1. Programs 2. Freestyle 3. την οµάδα εντολών Big Blocks του ροµπότ Acrobot 82

81 στη συνέχεια µε τη βοήθεια του υλικού που έχετε στα χέρια σας, µε τη καθοδήγηση του εκπαιδευτή και λίγη φαντασία κάντε το ροµπότ σας να χορέψει!!!! Σηµειώστε τις ενέργειες που ακολουθήσατε Καλή διασκέδαση!! 83

82 Φύλλο εργασίας 3ο 1. Επίδειξη επικοινωνίας RCX µε τον Η/Υ 2. Εισαγωγή στις βασικές δοµές προγραµµατισµού, ακολουθίας και επιλογής 3. ηµιουργία προγραµµάτων µε χρήση αισθητήρων αφής 4. Χρήση έτοιµων Block και ρύθµιση παραµέτρων για πειραµατισµό Χρησιµο οιούµενα block Block ε ιλογής Το block επιλογής χρησιµοποιείται στη λήψη αποφάσεων. Το block ελέγχει τη ροή του προγράµµατος βασιζόµενο στην είσοδο από τον αισθητήρα αφής. Είναι µέρος του κυρίως προγράµµατος και εκτελείται όταν έρθει η σειρά του, ως Block της εκτελέσιµης στοίβας. Ελέγχει δύο καταστάσεις µε την χρήση του αισθητήρα αφής, την κατάσταση Pressed και την Released Όταν εκτελείται, το πρόγραµµα ρωτά «Είναι ο αισθητήρας είναι πιεσµένος; Ναι ή όχι;» 84

83 Block αισθητήρα αφής Το block αισθητήρα αφής ελέγχει επαναλαµβανόµενα αν η κατάσταση του αισθητήρα είναι αληθείς ή ψευδείς για κάποιο συµβάν. Pressed Released Click Σχετικά µε τον αισθητήρα αφής Ο αισθητήρας αφής αποτελείται από ένα µικρό κουµπί το οποίο είναι ενσωµατωµένο σε ένα τούβλο της lego διαστάσεων 2Χ3. Παρατηρείστε ότι στις 4 από τις 6 προεξοχές υπάρχουν υποδοχές καλωδίωσης. Για το λόγο αυτό είναι σηµαντική η τοποθέτηση του καλωδίου σύνδεσης στη κατάλληλη θέση (ακριβώς επάνω από τις 4 προεξοχές). Ο αισθητήρας αφής έχει δύο καταστάσεις pressed και released. Με το συµβάν clicked ελέγχουµε αν ο αισθητήρας έχει πατηθεί. Αυτό σηµαίνει ότι πιέστηκε και απελευθερώθηκε σε 0.25sec 85

84 Εργαστηριακή δραστηριότητα Α οφυγή τυχαίων εµ οδίων ραστηριότητα 3.1 Το Ροµπότ o κινείται ευθεία o µόλις ακουµπήσει σε ένα εµπόδιο κινείται προς τα πίσω για 1sec στρίβει δεξιά για 2sec και κινείται ευθεία προς τα εµπρός για 3 sec. ραστηριότητα 3.2 Τροποποιήστε την παραπάνω δραστηριότητα προγραµµατίζοντας τον εγκέφαλο έτσι ώστε να εκτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: o Όταν ενεργοποιείται ο αριστερός αισθητήρας το robot θα στρίβει δεξιά για 2 sec o και αντίστοιχα όταν ενεργοποιείται ο δεξιός αισθητήρας το robot θα στρίβει αριστερά για 2sec. ραστηριότητα 3.3 Τροποποιήστε την παραπάνω δραστηριότητα προγραµµατίζοντας τον εγκέφαλο έτσι ώστε να εκτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: o Όταν ενεργοποιείται ο αριστερός αισθητήρας το robot θα κάνει στροφή 90 ο µοίρες δεξιά και συνεχίζει να κινείται ευθεία για 2sec o αντίστοιχα όταν ενεργοποιείται ο δεξιός αισθητήρας το robot θα κάνει στροφή 90 ο µοίρες αριστερά. και συνεχίζει να κινείται ευθεία για 2sec 86

85 ραστηριότητα 3.4 o Τροποποιήστε την δραστηριότητα 1.3 έτσι ώστε µόλις ακουµπήσει στο εµπόδιο να παράγει ένα ήχο ραστηριότητες ελέγχου ραστηριότητα 3.5 Ποια παράµετρο πρέπει να αλλάξουµε για να κινηθεί το ροµπότ προς τα πίσω a) µε χρόνο κίνησης 2 sec b) µε στροφή κατά 45 ο µοίρες c) σε ότι αφορά την χρονική διάρκεια της στροφής, τι παρατηρείται στον κώδικα σας σε σχέση µε τον κώδικα της άλλης οµάδας; d) Υλοποιείστε την δραστηριότητα 3.1 µε την χρήση του block επιλογής (εντολή IF) και του block αισθητήρα αφής. Τι παρατηρείται; Αιτιολογείστε την απάντηση σας. 87

86 ραστηριότητα 3.6 Παρατηρήστε τις παρακάτω εικόνες αναπαράστασης κώδικα. Και οι δύο δέχονται είσοδο από ένα αισθητήρα αφής. Που διαφέρουν µεταξύ τους; Πως νοµίζετε ότι θα ανταποκριθεί το ροµπότ εκτελώντας τις παραπάνω διαδικασίες; Υλοποιήστε τις διαδικασίες και επιβεβαιώστε τις απαντήσεις σας. ραστηριότητα

87 Περιγράψτε βηµατικά τις λειτουργίες που εκτελούν τα παρακάτω blocks ανατρέχοντας στο περιβάλλον RIS. 89

88 Μάθηµα 4 ο Άσκηση 2η Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης 2. Αποφυγή συγκεκριµένων εµποδίων(χρήση ήχου και λαµτήρα) Άσκηση 2.1: Αρχικά τοποθετούµε 2 εµπόδια. Το ροµπότ πρέπει να κινηθεί µε κατεύθυνση το 1οεµπόδιοκαιµόλιςτοακουµπήσεινα κινηθεί προς το 2ο εµπόδιο. Όταν ακουµπήσει το 2ο εµπόδιο το ροµπότ να σταµατήσει. 2. Αποφυγή συγκεκριµένων εµποδίων(χρήση ήχου και λαµτήρα) Άσκηση 2.2: Επαναλάβετε την παραπάνω άσκηση χρησιµοποιώντας λαµπτήρα. Όταν ακουµπήσει το ροµπότ το 1ο εµπόδιο µας δίνει ηχητικό σήµα και ανάβει ο λαµπτήρας µέχριτηνστιγµήπουθασυναντήσειτο 2ο εµπόδιο. Όταν ακουµπήσει το ροµπότ το 2ο εµπόδιο σβήνει ο λαµπτήρας και αναπαράγεται ένα µουσικό κοµµάτι. 90

89 2. Αποφυγή συγκεκριµένων εµποδίων(χρήση ήχου και λαµτήρα) Άσκηση 2.3: Τοροµπόττηςάσκησης 2.2 ναεπιστρέφει στηναρχικήτουθέσηκαιµόλις σταµατήσει να αρχίσει να αναβοσβήνει ο λαµπτήρας και να σταµατά η αναπαραγωγή του µουσικού κοµµατιού. RIS Καλή διασκέδαση! Υπεύθυνος καθηγητής: ηµητριάδης Σταύρος Λέκτορας τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ Συγγραφική οµάδα: Σουµέλα Ατµατζίδου Ηρακλής Μαρκέλης Φύλλο εργασίας 4o 1. Ανάλυση εντολών εξόδου (small blocks) ρεύµατος (π.χ. λειτουργία κινητήρα) αναπαραγωγής ήχου επεξεργασίας µεταβλητών (π.χ. µετρητή) 2. οµή επανάληψης 3. Χρήση Μετρητή 4. Χρήση έτοιµων Block και ρύθµιση παραµέτρων για πειραµατισµό 5. Πως µπορούµε να κάνουµε το ροµποτάκι µας να στρίβει καλύτερα. 91

90 Χρησιµο οιούµενα block Block εξόδου On Off Οι εντολές on - off χρησιµοποιούνται για να δώσουµε ή να διακόψουµε αντίστοιχα την τροφοδοσία ρεύµατος σε όποια θύρα εξόδου (Α, Β, C) απαιτείται π.χ. να δώσουµε ρεύµα για να λειτουργήσει ένας κινητήρας ή να ανάψει ένας λαµπτήρας. Direction Με την εντολή set direction ορίζουµε την κατεύθυνση περιστροφής των κινητήρων Με την εντολή Reverse direction θέτουµε τους κινητήρες σε αντίθετη περιστροφή. Set Power Ορίζουµε την ένταση του ρεύµατος στις θύρες εξόδου. Το εύρος των τιµών που µπορούµε να θέσουµε είναι 1 έως 8. 92

91 Variables Με τις εντολές που περιέχονται στην κατηγορία variable µπορούµε να ορίσουµε νέες µεταβλητές, να τις αρχικοποιήσουµε και να εκτελέσουµε βασικές αριθµητικές πράξεις π.χ. πρόσθεση, πολλαπλασιασµός και άλλες. Block ε ανάληψης Το block επανάληψης χρησιµοποιείται για να επαναληφθεί µία ακολουθία εντολών βάσει µιας συνθήκης. Πως µ ορούµε να κάνουµε το ροµ οτάκι µας να στρίβει. Ο ευκολότερος τρόπος µε τον οποίο µπορείτε να κάνετε το ροµποτάκι σας να στρίβει είναι να χρησιµοποιήσετε δύο ανεξάρτητους κινητήρες, ο καθένας από τους οποίους θα ελέγχει ένα τροχό. Στη συνέχεια εφαρµόζοντας αντίθετη κίνηση σε κάθε κινητήρα το όχηµα θα στρίβει εύκολα. Η τεχνική αυτή χρησιµοποιείται και στα τεθωρακισµένα οχήµατα. Στο επίπεδο προγραµµατισµού επιτυγχάνεται ως εξής: 93

92 Οι δύο κινητήρες συνδέονται στις θύρες εξόδου A και C και ορίζεται να περιστραφούν σε αντίθετη κατεύθυνση για το χρονικό διάστηµα που θέλετε, έτσι ώστε να ολοκληρωθεί η στροφή. Το µέγεθος της γωνίας περιστροφής είναι ανάλογο µε το χρονικό διάστηµα που δίνουµε. Σχετικά µε την χρήση µετρητή Πολλές φορές χρειάζεται κάποιος να µετράει π.χ. πόσες φορές κτυπάει το ροµπότ σε ένα εµπόδιο Το ρόλο αυτό αναλαµβάνει µία µεταβλητή που ονοµάζεται µετρητής. Στον µετρητή δίνουµε πάντα µία αρχική τιµή και στη συνέχεια αυξάνουµε την τιµή του κατά ένα βήµα. Αρχικά Μετρητής Μ αρχική τιµή Μ Μ+βήµα π.χ. αν η αρχική τιµή είναι 0 και το βήµα 2 Μ 0 Μ Μ+2 Εργαστηριακή δραστηριότητα Ενεργο οίηση λαµ τήρα φωτός Α οφυγή συγκεκριµένων εµ οδίων (χρήση ήχου και λαµ τήρα) Α οφυγή εµ οδίων και καταµέτρηση των συγκρούσεων. ραστηριότητα 4.1 Αρχικά τοποθετούµε 2 εµπόδια. Το ροµπότ πρέπει να κινηθεί µε κατεύθυνση το 1ο εµπόδιο και µόλις το ακουµπήσει να κινηθεί προς το 2ο εµπόδιο. Όταν ακουµπήσει το 2ο εµπόδιο το ροµπότ να σταµατήσει. ραστηριότητα

93 Επαναλάβετε την παραπάνω δραστηριότητα χρησιµοποιώντας λαµπτήρα. Όταν ακουµπήσει το ροµπότ το 1ο εµπόδιο µας δίνει ηχητικό σήµα και ανάβει ο λαµπτήρας µέχρι την στιγµή που θα συναντήσει το 2ο εµπόδιο. Όταν ακουµπήσει το ροµπότ το 2ο εµπόδιο σβήνει ο λαµπτήρας και αναπαράγεται ένα µουσικό κοµµάτι. ραστηριότητα 4.3 Το ροµπότ της δραστηριότητας 4.2 να επιστρέφει στην αρχική του θέση και µόλις σταµατήσει να αρχίσει να αναβοσβήνει ο λαµπτήρας και να σταµατά η αναπαραγωγή του µουσικού κοµµατιού. ραστηριότητα 4.4 Το Ροµπότ o κινείται ευθεία o µόλις ακουµπήσει σε ένα εµπόδιο κινείται προς τα πίσω για 1sec και αν ενεργοποιείται ο αριστερός αισθητήρας το robot θα στρίβει δεξιά για 2 sec και αντίστοιχα αν ενεργοποιείται ο δεξιός αισθητήρας το robot θα στρίβει αριστερά για 2sec στη συνέχεια o κινείται ευθεία προς τα εµπρός η διαδικασία αυτή να επαναλαµβάνεται για πάντα. ραστηριότητα 4.5 Τροποποιείστε την παραπάνω δραστηριότητα έτσι ώστε το ροµπότ µετά από 5 συγκρούσεις να δίνει ένα ηχητικό σήµα και να ακινητοποιείται. 95

94 ραστηριότητες ελέγχου ραστηριότητα 4.6 e) Ποια παράµετρο πρέπει να αλλάξουµε για να µεταβάλλουµε την ταχύτητα κίνησης του ροµπότ. f) Στην δραστηριότητα 4.4 τι πρέπει να αλλάξουµε για να επαναλαµβάνεται η διαδικασία για 20 χρόνους. g) Τοποθετήστε το λαµπτήρα φωτός στην έξοδο Α και Β αντίστοιχα, πάνω από τους ακροδέκτες που είναι συνδεδεµένοι µε τους κινητήρες. Τι παρατηρείται; h) Τι πρέπει να αλλάξουµε στον κώδικα της δραστηριότητας 4.5 έτσι ώστε το ροµπότ να ακινητοποιείται όταν συγκρουστεί ο αριστερός αισθητήρας 5 φορές. 96

95 i) Τι θα προσθέσετε στο παραπάνω πρόγραµµα έτσι ώστε το ροµπότ να ακινητοποιείται όταν συγκρουστεί ο αριστερός αισθητήρας 2 φορές και ο δεξιός 3 φορές. Τι παρατηρείται; Φύλλο εργασίας 5o 1. οµή επιλογής επανάληψης χρήση µετρητή 2. Χρήση αισθητήρα φωτός 3. Χρήση block Wait 4. Χρήση έτοιµων Blocks και ρύθµιση παραµέτρων για πειραµατισµό Block Wait Χρησιµο οιούµενα block Η εντολή Wait χρησιµοποιείται για να δηµιουργήσουµε µία καθυστέρηση στη δεδοµένη στιγµή του προγράµµατος. Wait For Wait Until 97

96 Wait For Χρησιµοποιούµε την εντολή αυτή σε περίπτωση που θέλουµε να καθυστερήσουµε την εκτέλεση των επόµενων εντολών για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα π.χ. περίµενε για 3.0sec. Wait Until και block αισθητήρα φωτός π.χ. περίµενε µέχρις ότου ο αισθητήρας φωτός ανιχνεύσει στην είσοδο 1 µία σκοτεινή περιοχή step 1 επέλεξε ένα αισθητήρα τον οποίο θα ελέγχει ο RCX step 2 επέλεξε την είσοδο στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρας φωτός step 3 επέλεξε το συµβάν που θέλεις να ανιχνεύσεις π.χ. Dark step 4 επέλεξε το επίπεδο φωτεινότητας o automatic o manual 98

97 Block αισθητήρα φωτός Ο αισθητήρας φωτός ανιχνεύει το επίπεδο του φωτός. Η περιοχή των τιµών που µπορεί να πάρει είναι από 0 έως 100. Μπορούµε να ρυθµίσουµε τον αισθητήρα να ανιχνεύει Bright Dark Blink Range Σχετικά µε τον αισθητήρα φωτός 99

98 Ο αισθητήρας φωτός αποτελείται από δύο µικρούς φωτοευαίσθητους δέκτες οι οποίοι είναι ενσωµατωµένοι σε ένα τούβλο της lego διαστάσεων 2Χ4. Bright Ανιχνεύει και ενηµερώνει το πρόγραµµά µας για το αν βρισκόµαστε σε µία «φωτεινή» περιοχή. Η εξ ορισµού ρύθµιση για τους αισθητήρες είναι το >50. Μπορούµε να αλλάξουµε αυτή τη ρύθµιση σε περίπτωση που θέλουµε να χαρακτηρίσουµε κάποια ένδειξη ως «φωτεινή», χρησιµοποιώντας διαφορετικές τιµές. Dark Ανιχνεύει και ενηµερώνει το πρόγραµµά µας για το αν βρισκόµαστε σε µία «σκοτεινή» περιοχή. Η εξ ορισµού ρύθµιση για τους αισθητήρες είναι το <50. Για τη ρύθµιση και αυτής της κατάστασης ισχύουν τα ίδια µε την κατάσταση Bright («φωτεινή»). Blink Ανιχνεύει και ενηµερώνει το πρόγραµµά µας για µία απότοµη εναλλαγή φωτός. 100

99 Range Ανιχνεύει και ενηµερώνει το πρόγραµµά µας για το αν βρισκόµαστε σε µία περιοχή η οποία βρίσκεται σε ένα συγκεκριµένο εύρος «φωτεινότητας». Το εύρος των τιµών που καθορίζει αυτή τη φωτεινότητα ορίζεται από εµάς. Εργαστηριακή δραστηριότητα ραστηριότητα 5 Ενεργο οίηση του αισθητήρα φωτός Συνδέοντας σε µία από τις τρεις εισόδους και τοποθετώντας έναν αισθητήρα φωτός στο µπροστινό µέρος του ροµπότ σας, υλοποιήστε τα παρακάτω προγράµµατα: ραστηριότητα5.1: Προγραµµατίστε το ροµπότ σας έτσι ώστε να ακολουθεί µία µαύρη γραµµή. ραστηριότητα5.2: 101