Ορίζουσες και Προοπτικές στο Ευρωπαϊκό Περιβάλλον

Transcript

1 Υπολογιστικές Επιστήμες και Τεχνική- Επαγγελματική Εκπαίδευση Ορίζουσες και Προοπτικές στο Ευρωπαϊκό Περιβάλλον Ψυχάρης Σαράντος, Καθηγητής ΑΣΠΑΙΤΕ

2 Η ομιλία μου θα είναι προσανατολισμένη στο Ευρωπαϊκό γίγνεσθαι Ψυχάρης Σαράντος, Καθηγητής ΑΣΠΑΙΤΕ

3 Η Υπολογιστική Επιστήμη και η Διδακτική της Αναπλαισίωση με Παιδαγωγικές εφαρμογές στο STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics in Education). Προσομοίωση Μοντέλων (STEM=Science, Technology, Engineering, Mathematics) Υπολογιστικό Πείραμα Το μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Η κοινότητα Easy Java Simulatio ommunity/easy-java-simulations inquiry-based-learning-stemdisciplines Διδακτική στις Φυσικές Επιστήμες, στην Πληροφορική και την Υπολογιστική Επιστήμη, Σαράντος τα Ψυχάρης Μαθηματικά και την Επιστήμη των Mηχανικώv.(Σ.Τ.Ε.Μ. στην Εκπαίδευση - S.T.E.M. in Education)

4 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης Η Διεθνής Τάση Σύμφωνα με το report «Computer Science Curricula 2013 Ironman Draft (Version 0.8) November 2012 The Joint Task Force on Computing Curricula Association for Computing Machinery ACM- IEEE-Computer Society», η Υπολογιστική Επιστήμη συνδυάζει επιστήμες, μεταξύ αυτών και την επιστήμη των υπολογιστών, για να λύνει προβλήματα σε διάφορες Επιστήμες. Σύμφωνα Introduction to Computational Science, Shiflet & Shiflet(2006): «το πεδίο της Υπολογιστικής Επιστήμης συνδυάζει την προσομοίωση σε υπολογιστή, την επιστημονική οπτικοποίηση, την μαθηματική μοντελοποίηση, τον προγραμματισμό σε υπολογιστή, τις δομές δεδομένων, τα δίκτυα, τον σχεδιασμό βάσεων δεδομένων και τους υπολογισμούς σε διάφορες επιστήμες»

5 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης Η Διεθνής Τάση Το 2005 ο Πρόεδρος των ΗΠΑ δημιούργησε την επιτροπή «The President s Information Technology Advisory Committee (PITAC) για την εισαγωγή του STEM στην Εκπαίδευση. Το report της Επιτροπής «Computational Science: Ensuring America s Competitiveness - President s Information Technology- Advisory Committee» εστίασε στην ανάγκη εισαγωγής του STEM στην σχολική εκπαίδευση δίνοντας έμφαση στον όρο «Υπολογιστική Επιστήμη» αναφέροντας ότι. The President s Information Technology Advisory Committee (PITAC) is pleased to submit to you the enclosed report Computational Science: Ensuring America s Competitiveness. Computational science the use of advanced computing capabilities to understand and solve complex problems has become critical to scientific leadership, economic competitiveness, and national security

6 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης Η Διεθνής Τάση Πλέον θεωρείται ότι η Υπολογιστική Επιστήμη αποτελεί από μόνη της ένα γνωστικό αντικείμενο ( It is a discipline in its own right (President s Information Technology Advisory Committee, 2005, page 16 εννοεί την Επιτροπή του Προέδρου Obama) και θεωρειται ως ένα από τα πέντε πιο αναπτυσσόμενα πεδία/πτυχία (and is considered to be one of the five college majors on the rise (Fischer and Gleen, 5 College Majors on the Rise, The Chronicle of Higher Education, 2009.)

7 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης Η Διεθνής Τάση Από την άλλη πλευρά του Ατλαντικού, η απάντηση ήρθε από το κείμενο του Rocard (2007) (Science Education now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe) για την διερευνητική-ανακαλυπτική μάθηση(inquiry Based Education). Σε συνάρτηση με τα παραπάνω από το National Science Foundation των HΠΑ αλλά και από τα (FP7 ) και Horizon 2010 ζητούνται από τους ερευνητές στον χώρο της Εκπαίδευσης να καταθέτουν προτάσεις που να περιλαμβάνουν το STEM και να περιέχουν σε αυτές μεθόδους όπου οι μαθητές θα αυξάνουν το ενδιαφέρον τους για τη μάθηση καθώς και τις δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων μέσω της εφαρμογής της μεθοδολογίας της διερευνητικήςανακαλυπτικής μάθησης και τα υπολογιστικά πειράματα. Στην Μεγάλη Βρετανία, ο οργανισμός National HE STEM Programmehttp:// επιχειρεί να εισαγάγει το STEM σε συνδυασμό με την ανακαλυπτική μάθηση.

8 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης The Rocard Report on Science Education (2007) Science Education in Europe:Critical Reflections (J. Osborne, J. Dilon, 2008)

9 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Το STEM στην Εκπαίδευση των Επιστημών και Αναλυτικά Προγράμματα Διεθνώς υπάρχει η τάση ανάπτυξης νέων αναλυτικών προγραμμάτων και ικανοτήτων σχετικών με τις ανάγκες της βιομηχανίας, την εργασία και την απασχόληση και ειδικότερα για νέα, σύγχρονα και καινοτόμα αναλυτικά προγράμματα που θα εναρμονίζονται με αυτό που καλείται STEM in Education(Science Technology Engineering Mathematics).

10 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Συνεργασία δύο ή περισσότερων επιστημονικών πεδίων STEM Αυθεντικές καταστάσεις Διερευνητική μέθοδος μάθησης και διδασκαλίας NGSS and the Next Generation of Science Teachers

11 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM NGSS and the Next Generation of Science Teachers Rodger W. Bybee-J Sci Teacher Educ (2014) 25: NRC Include Engineering Design The NGSS includes both science and engineering. Science and engineering practices and crosscutting concepts are designed as an integral component of the standards. Consistently, science teachers express a concern about their lack of understanding engineering, in particular the differences between scientific inquiry and engineering design.

12 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Γιατί το STEM Η αυξανόμενη τάση να διδάσκονται ολοκληρωμένα τα μαθήματα των Φυσικών Επιστημών, της Τεχνολογίας, της Επιστήμης των Μηχανικών και των Μαθηματικών Η Οικονομία ζητά να έχουν εμπλακεί οι μαθητές σε επίλυση αυθεντικών προβλημάτων που θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν γνώσεις από διάφορες γνωστικές περιοχές.

13 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Γιατί το STEM

14 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Γιατί το STEM-Trans-disciplinary research

15 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM Γιατί το STEM-Trans-disciplinary research Η οργάνωση (ιδρύθηκε το 2013) έχει σκοπό να γίνει εκμάθηση του προγραμματισμού. Ηδη 220 εκατομύρια άνθρωποι έχουν εκπαιδευτεί( Δρυμιώτης, Καθημερινή, ).

16 Διδακτική Αναπλαισίωσης της Υπολογιστικής Επιστήμης και το STEM STEM in Education STEM in Society STEM STEM in the Economy

17 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης στο STEM

20 STEM και Οικονομία According to the Report of the STEM Review Department of Education and Learning and Department of Education September 2009,

21 STEM και Οικονομία Το Εθνικό Πρόγραμμα για την εισαγωγή του STEM στην Ανώτατη Εκπαίδευση-Ηνωμένο Βασίλειο-έχει αναπτύξει και στρατηγική για το αναλυτικό πρόγραμμα ώστε να υποστηρίξει τις σχολές και τα τμήματα να βελτιώσουν τις πρακτικές διδασκαλίας και αξιολόγησης ώστε να παρακινηθούν περισσότεροι φοιτητές να ασχοληθούν με το STEM αλλά και να δημιουργηθούν αναλυτικά προγράμματα που θα επιτρέπουν σε ενήλικες να προσαρμόζονται στις ανάγκες της βιομηχανίας. Για παράδειγμα, στο πρόγραμμα Moving closer maximising benefits to University courses, students and employers through undergraduate civil engineering placements, οι δημιουργοί του προγράμματος αναφέρουν ότι θα έχει ως αποτέλεσμα να υπάρξει σύγκλιση ανάμεσα στο τι θέλουν οι εργοδότες, τι απαιτούν οι Επιστημονικές ενώσεις, το τι ζητούν οι βιομηχανίες, το ποιες είναι οι ανάγκες των φοιτητών και ποιες οι απαιτήσεις-δεδομένα της Ακαδημαϊκής κοινότητας, ώστε να παραχθούν βέλτιστες πρακτικές στον κλάδο των Πολιτικών Μηχανικών, οι οποίες θα ενταχθούν σε μαθήματα και θα υιοθετηθούν από τους εργοδότες, ώστε να αυξηθεί η απασχολησιμότητα.

22 STEM και Οικονομία Η νέες τεχνολογίες στα πλαίσια της υπολογιστικής επιστήμης θα δημιουργήσει νέα χειρουργικά robots, θα χρησιμοποιηθούν για την ασφάλεια, την μοντελοποίηση συμπεριφοράς, τη διαχείριση κινδύνου κλπ. Σύμφωνα με την McKisney αυτές οι τεχνολογίες θα δημιουργήσουν περισσότερα από 50 τρισεκατομμύρια δολάρια οικονομικής δραστηριότητας μέχρι το 2015.Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή επίσης στις προσκλήσεις σε δράσεις όπως Knowledge Alliance κλπ επιδιώκει την ανάπτυξη δεξιοτήτων που συνδέονται με την επιχειρηματικότητα και τα αναλυτικά προγράμματα στα ΑΕΙ.

23 STEM και Οικονομία

24 STEM και Οικονομία Από τα παραπάνω, αυτό που μπορούμε να ισχυρισθούμε, είναι ότι η Εκπαίδευση στα ΑΕΙ και τα σχολεία έχει μια καλή ευκαιρία επίσης να χρησιμοποιήσει την Υπολογιστική Επιστήμη και τον υπολογιστικό τρόπο σκέψης στα αναλυτικά προγράμματα σποδών ώστε οι εκπαιδευόμενοι να εμπλακούν σε πραγματικά προβλήματα και να αποκτήσουν δεξιότητες και γνώσεις χρήσιμες για την οικονομία της χώρας, ενώ η διδακτική αναπλαισίωση είναι αυτό που πρέπει να αναζητηθεί από τους Εκπαιδευτικούς και τους Καθηγητές ΑΕΙ που ασχολούνται με την Διδακτική.

25 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης στο STEM Μετα από τις παραπάνω αναφορές.που καταλήγουμε;

26 Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» Στο report (Computer Science as a school subject-seizing the opportunity Computing at School Working Group, March 2012), γίνεται αναφορά στον όρο «computational thinking»- Υπολογιστική σκέψη,όπως και σε πληθώρα άρθρων σχετικών με την εκπαίδευση(διδακτική-παιδαγωγικά). Η Υπολογιστική σκέψη «ολοκληρώνει» την Επιστήμη των Υπολογιστών- Computer Science- με την Υπολογιστική Επιστήμη(Computational Science) ώστε να αξιοποιηθούν γνωστικές περιοχές όπως, η επιστήμη των Μηχανικών, τα Μαθηματικά, η Ψυχολογία, οι Φυσικές Επιστήμες,τα Οικονομικά, η Παιδαγωγική, η Επιστήμη των Υπολογιστών κλπ με διδακτικό τρόπο σύμφωνα με τις σύγχρονες θεωρίες μάθησης σε ένα παιδαγωγικό πλαίσιο.

27 Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το Το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» Παράλληλα η νέα τάση διεθνώς είναι η ολοκλήρωση της γνωστικής περιοχής «Υπολογιστική Επιστήμη» με τις παραπάνω επιστήμες και αναφέρεται στη χρήση του «υπολογιστικού πειράματος» ως μια τρίτη συνιστώσα της επιστήμης, μαζί με την θεωρία και το φυσικό πείραμα. Επιπλέον η τάση για την ολοκλήρωση του STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) με την διδακτική, προτρέπει να αναπτυχθεί ο λεγόμενος «Υπολογιστικός» τρόπος σκέψης (computational thinking) στην εκπαίδευση-διδακτική.

28 Διδακτική Αναπλαισίωση της Υπολογιστικής Επιστήμης στο STEM Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το Το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» Ο Υπολογιστικός τρόπος σκέψης: η διαδικασία της αναγνώρισης των ποσοτήτων που μπορούν να υπολογισθούν(φυσικές ποσότητες, κατασκευές κλπ) η εφαρμογή εργαλείων και τεχνικών για να υλοποιηθεί ο υπολογισμός ο οποίος θα καταλήγει όχι μόνο σε αριθμητικές τιμές αλλά θα βοηθά για την κατανόηση και αιτιολόγηση των τεχνικών ή φυσικών διαδικασιών που εμπλέκονται στον υπολογισμό (Jeanette Wing, Computational thinking, Communications of the ACM, March 2006,

29 Ο Υπολογιστικός Τρόπος Σκέψης Computational Thinking και το το «STEM στην Εκπαίδευση-Διδακτική» STEM Υπολογιστικά Μοντέλα Προσομοίωσης EJS Μοντέλο Προσομοίωσης Διδακτική- Παιδαγωγικη Επιστήμη Αριθμητική Ανάλυση Αλγόριθμοι

30 Εφαρμογές Υπολογιστικού Πειράμαμτος με το λογισμικό Easy Java Simulations Αναγκαιότητα Τεχνικές Ικανότητες Διδακτική-Παιδαγωγικά EJS Η δημιουργία αυτού του εργαλείου ξεκίνησε από την ανάγκη να απλοποιηθούν τεχνικά θέματα που έχουν σχέση με τη γνώση της Java καθώς και με εννοιολογικά θέματα που σχετίζονται με την ανάπτυξη μοντέλων προσομοίωσης. Από τεχνικής πλευράς το EJS απλοποιεί θέματα σχετικά με τα γραφικά» της προσομοίωσης, δηλαδή αυτά που συνήθως χρειάζονται προχωρημένο προγραμματισμό για να δημιουργηθούν( advanced level of technical know-how on programming computer graphics). Ολοκληρώνει το STEM με την Διδακτική Από πλευράς ανάπτυξης εννοιολογικών μοντέλων προσομοίωσης, το EJS, παρέχει τη δυνατότητα μιας απλοποιημένης δομής για να δημιουργηθούν εκφραστικά μοντέλα προσομοίωσης συνεπή με την επιστημονική περιγραφή του φαινομένου υπό μελέτη. Δημιουργεί αυτόματα τον κώδικα java, όσο εμείς Easy Java Simulations Τελικός Σκοπός-STEM ΚΑΙ Υπολογιστική Επιστήμη για την ανάπτυξη εκφραστικών αλγοριθμικών μοντέλων προσομοίωσης

31 Εφαρμογές Υπολογιστικού Πειράμαμτος με το λογισμικό Easy Java Simulations Francisco Esquembre and Félix J. García Universidad de Murcia, Spain 1 Thursday, September

32 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΤΜΗΜΑΤΩΝ Οι σπουδές στην ΑΣΠΑΙΤΕ αποσκοπούν στην άρτια τεχνολογική κατάρτιση των φοιτητών της στις ειδικότητες: Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Ηλεκτρονικών Μηχανικών Μηχανολόγων Μηχανικών Πολιτικών Μηχανικών και, επιπλέον, στην παροχή παιδαγωγικής επάρκειας ώστε οι απόφοιτοί της να μπορούν να διδάξουν τα μαθήματα της ειδικότητάς τους στη Β/θμια Εκπαίδευση.

33 Η αποστολή των Τεχνολογικών Τμημάτων της ΑΣΠΑΙΤΕ Η αποστολή των Τεχνολογικών Τμημάτων της ΑΣΠΑΙΤΕ είναι διττή, αφού διττός είναι και ο χαρακτήρας της Σχολής. Ορίζεται από δύο σαφώς διακρινόμενες, αλλά και αλληλοσυμπληρούμενες συνιστώσες: την τεχνολογική και την παιδαγωγική. Σε κάθε περίπτωση, τα παρεχόμενα από τα Τεχνολογικά Τμήματα προγράμματα σπουδών στοχεύουν στην προαγωγή της γνώσης και την επιτυχημένη σύγκλιση της θεωρίας με την πράξη, αλλά και στην ανάπτυξη της εφαρμοσμένης έρευνας στην ειδικότητα. Σημαντικό βήμα για την περαιτέρω ακαδημαϊκή εξέλιξη των Τεχνολογικών Τμημάτων της ΑΣΠΑΙΤΕ αποτελεί η έγκριση των πρώτων αυτοδύναμων Προγραμμάτων Μεταπτυχιακών Σπουδών τους το 2014, τα οποία στοχεύουν στην παροχή υψηλού επιπέδου γνώσεων και την ανάπτυξη της έρευνας στα αντίστοιχα επιστημονικά πεδία.

34 Το Παιδαγωγικό Τμήμα της ΑΣΠΑΙΤΕ Το Παιδαγωγικό Τμήμα της ΑΣΠΑΙΤΕ έχει ως κύρια αποστολή την παροχή επιστημονικής γνώσης στους φοιτητές των Τεχνολογικών Τμημάτων στους τομείς των Επιστημών της Αγωγής (Παιδαγωγική, Διδακτική, Ψυχολογία, Συμβουλευτική, Ξένη Γλώσσα) και των Θετικών Επιστημών (Μαθηματικά, Φυσική, Χημεία). Παράλληλα, το Παιδαγωγικό Τμήμα παρέχει επιστημονική υποστήριξη στα Ετήσια Προγράμματα Παιδαγωγικής Κατάρτισης (ΕΠΠΑΙΚ) και Εξειδίκευσης (ΠΕΣΥΠ) τα οποία οργανώνει και υλοποιεί η ΑΣΠΑΙΤΕ και τα οποία λειτουργούν στις πόλεις Αθήνα, Θεσσαλονίκη, Πάτρα, Ιωάννινα, Ηράκλειο Κρήτης, Βόλο, Σάπες, Ρόδο, Μυτιλήνη, Κοζάνη και Άργος.

35 Προγραμμάτων Μεταπτυχιακών Σπουδών Στα σημαντικά βήματα του Παιδαγωγικού Τμήματος συγκαταλέγονται η υλοποίηση από το 2005 Προγραμμάτων Μεταπτυχιακών Σπουδών σε σύμπραξη με Ανώτατα Εκπαιδευτικά Ιδρύματα της Ελλάδας και του εξωτερικού, καθώς και η έγκριση των πρώτων αυτοδύναμων Προγραμμάτων Μεταπτυχιακών Σπουδών του το Στόχος, η ανάπτυξη υψηλού επιπέδου γνώσεων και δεξιοτήτων και η προαγωγή της έρευνας στα αντίστοιχα επιστημονικά πεδία.

36 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ Τα διδασκόμενα μαθήματα διακρίνονται σε: Τεχνολογικά (Τ), τα οποία περιλαμβάνουν και μαθήματα θετικών επιστημών (Μαθηματικά, Φυσική, Χημεία) και καλύπτουν οκτώ περίπου εξάμηνα σπουδών, και σε Παιδαγωγικά (Π), τα οποία καλύπτουν δύο εξάμηνα σπουδών. Όλα τα μαθήματα είναι υποχρεωτικά (Υ), εκτός από μια ομάδα μαθημάτων τα οποία είναι κατ επιλογήν υποχρεωτικά (ΕΥ). Τα προσφερόμενα κατά περίπτωση προαιρετικά μαθήματα συνοδεύονται μόνο από χαρακτηρισμό επιτυχούς παρακολούθησης.

37 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ Τα μαθήματα του Προγράμματος Σπουδών κάθε Τμήματος χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: ΜΓΥ : Μαθήματα Γενικής Υποδομής (20-30% του συνόλου των μαθημάτων) ΜΕΥ : Μαθήματα Ειδικής Υποδομής (25-40% του συνόλου των μαθημάτων) ΜΕ : Μαθήματα Ειδικότητας (25-35% του συνόλου των μαθημάτων) ΔΟΝΑ: Μαθήματα στη Διοίκηση, Οικονομία, Νομοθεσία και τις Ανθρωπιστικές Επιστήμες (10-20% του συνόλου των μαθημάτων). Τα μαθήματα διακρίνονται επίσης σε Θεωρητικά και Μικτά. Ένα θεωρητικό μάθημα περιλαμβάνει ώρες θεωρίας (Θ), ενώ ένα μικτό μάθημα αποτελείται από το θεωρητικό (Θ) και το εργαστηριακό μέρος (Ε). Οι Πιστωτικές Μονάδες (ΠΜ/ECTS) που αντιστοιχούν σε κάθε μάθημα ανέρχονται σε 30 ανά εξάμηνο σπουδών και κατανέμονται αναλογικά προς το Φόρτο Εργασίας (ΦΕ) του αντίστοιχου εξαμήνου.

38 Υπολογιστικές Επιστήμες και Τεχνική-Επαγγελματική Εκπαίδευση Ορίζουσες και Προοπτικές στο Ευρωπαϊκό Περιβάλλον Σας ευχαριστώ Σαράντος Ψυχάρης- Καθηγητής ΑΣΠΑΙΤΕ