Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Σχεδίαση Διαδραστικών Βιομηχανικών Προϊόντων & Συστημάτων. Διπλωματική Εργασία

Transcript

1 1

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Σχεδίαση Διαδραστικών Βιομηχανικών Προϊόντων & Συστημάτων Διπλωματική Εργασία Η Εκπαιδευτική Ρομποτική στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Μεταπτυχιακός Φοιτητής: Βαρδιάμπασης Αθανάσιος Μέλη τριμελούς εξεταστικής επιτροπής : Π. Παπανίκος, Αναπληρωτής Καθηγητής (επιβλέπων) Ν. Ζαχαρόπουλος, Λέκτορας (μέλος) Θ. Σπύρου, Επίκουρος Καθηγητής (μέλος) Σύρος 213 2

3 «Διδασκαλία πάσα και πάσα μάθησις εκ προϋπάρχουσης γίγνεται γνώσεως» Αριστοτέλης Στη γυναίκα μου, την κόρη μου και τους γονείς μου. 3

4 Είμαι συγγραφέας αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας και κάθε βοήθεια την οποία είχα για την προετοιμασία της, είναι πλήρως αναγνωρισμένη και αναφέρεται στην εργασία. Επίσης έχω αναφέρει τις όποιες πηγές από τις οποίες έκανα χρήση δεδομένων, ιδεών λέξεων, είτε αυτές αναφέρονται ακριβώς είτε παραφρασμένες. Τέλος βεβαιώνω ότι αυτή η εργασία προετοιμάστηκε από εμένα προσωπικά ειδικά για τη συγκεκριμένη μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία. 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περίληψη....8 Α Μέρος θεωρητικό πλαίσιο Κεφάλαιο 1: Η Ρομποτική και οι εφαρμογές της σήμερα Οι κατηγορίες των ρομπότ Βιομηχανικά ρομπότ Κινητά ρομπότ Ιατρικά ρομπότ Τηλερομπότ Κοινωνικά ρομπότ Κεφάλαιο 2: Η Ρομποτική στην Εκπαιδευτική διαδικασία Το παιδαγωγικό πλαίσιο της εκπαιδευτικής ρομποτικής Η εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο μάθησης Η εκπαιδευτική ρομποτική στην Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Ένταξη της εκπαιδευτικής ρομποτικής στο αναλυτικό πρόγραμμα.27 Κεφάλαιο 3: Εκπαιδευτική ρομποτική LEGO Mindstorms NXT Προγραμματισμός ρομπότ NXT Ιστορική αναδρομή Lego Mindstorms Κεντρική μονάδα NXT Πλήκτρα ελέγχου NXT

6 3.5 Κινητήρες Ενεργοί αισθητήρες Αισθητήρας φωτός Αισθητήρας περιστροφής Αισθητήρας πυξίδα Παθητικοί αισθητήρες (Passive sensors) Αισθητήρας αφής Αισθητήρας ήχου Αισθητήρας υπερήχων Υπόλοιπα εξαρτήματα του σετ Lego Mindstorms Περιβάλλον LEGO.. 39 Κεφάλαιο 4: Το εκπαιδευτικό περιβάλλον Lego Mindstorms ως εργαλείο μάθησης στο μάθημα του προγραμματισμού Παραδοσιακή διδασκαλία και τα μειονεκτήματα στο μάθημα του προγραμματισμού Μια διαφορετική προσέγγιση στο μάθημα του προγραμματισμού Β Μέρος Μελέτη Περίπτωσης Κεφάλαιο 5: Σκοπός της εργασίας & ερευνητικές υποθέσεις...48 Κεφάλαιο 6: Σχεδιασμός και οργάνωση κύκλου μαθημάτων Εκπαιδευτικής Ρομποτικής Τα βασικά χαρακτηριστικά του σεμιναρίου Δομή του επιμορφωτικού σεμιναρίου Φύλλα εργασιών

7 6.4 Διδακτική μεθοδολογία και Ρομποτική Δομή σεμιναρίου για κάθε συνάντηση Πορεία της διδασκαλίας Πρώτη συνάντηση Δεύτερη συνάντηση Τρίτη συνάντηση Τέταρτη συνάντηση Πέμπτη συνάντηση Έκτη συνάντηση Αξιολόγηση Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση του κύκλου μαθημάτων Διδακτική μεθοδολογία Προβλήματα & δυσκολίες..65 Κεφάλαιο 8: Αποτελέσματα Αυτοαξιολόγη των μαθητών Συμπεράσματα Προτάσεις.73 Ξενόγλωσση Βιβλιογραφία. 76 Ελληνόγλωσση Βιβλιογραφία 79 Πηγές από Διαδίκτυο...81 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ:..82 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I : Υποστηρικτικό υλικό, Ερωτηματολόγιο, Φύλλα εργασιών, ημερολόγια 83 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II : Τελικό ερωτηματολόγιο, Αξιολόγηση, Αποτελέσματα, Φωτογραφικό υλικό..14 7

8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εκπαιδευτική ρομποτική με χρήση των Lego Mindstorms προσφέρει ένα καινοτόμο μαθησιακό περιβάλλον που μπορεί να αξιοποιηθεί με τις δυνατότητες που παρέχουν οι ΤΠΕ για τη δημιουργία ενός ελκυστικού και εμπλουτισμένου με προκλήσεις μαθησιακού περιβάλλοντος που θα ευνοεί τη συνεργατική, τη διερευνητική και τη δημιουργική μάθηση. Η χρήση του παρεχόμενου εκπαιδευτικού λογισμικού μπορεί να αποτελέσει ένα επιπλέον εργαλείο για την επίτευξη των στόχων που θέτουν τα προγράμματα σπουδών. Ο προγραμματισμός των ρομπότ δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να διαπιστώσουν πως λειτουργεί, να αλληλεπιδράσουν μ αυτό, να ελέγξουν τα αποτελέσματα των προγραμμάτων τους και να κατανοήσουν καλύτερα τις προγραμματιστικές δομές επιλογής και επανάληψης. Ταυτόχρονα, μπορεί να τους βοηθήσει να μεταφέρουν γνώσεις από τα Lego Mindstorms στα κλασσικά περιβάλλοντα προγραμματισμού. Για τους σκοπούς και τους στόχους της έρευνας σχεδιάστηκε επιμορφωτικό σεμινάριο με θέμα: «Η εκπαιδευτική ρομποτική στη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση στο μάθημα του προγραμματισμού» (μελέτη περίπτωσης) για μαθητές της Β τάξης του 1 ο ΕΠΑΛ Φλώρινας, με κύρια χαρακτηριστικά τη ενεργή συμμετοχή των μαθητών, την εργασία σε ομάδες και την επίλυση προβλημάτων μέσα από ρομποτικές κατασκευές. Στο πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας παρουσιάζεται το θεωρητικό της πλαίσιο με τους εξής θεματικούς άξονες: (α) οι εφαρμογές της ρομποτικής, (β) η ρομποτική στην εκπαιδευτική διαδικασία και το παιδαγωγικό της πλαίσιο, (γ) η ρομποτική ως εργαλείο μάθησης, (δ) η εκπαιδευτική ρομποτική Lego Mindstorms NXT και το εκπαιδευτικό περιβάλλον των Lego Mindstorms στο μάθημα του προγραμματισμού. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζονται οι σκοποί και οι στόχοι, οι ερευνητικές υποθέσεις, η σχεδίαση και οργάνωση των μαθημάτων, η υλοποίηση του επιμορφωτικού σεμιναρίου, τα αποτελέσματα, τα συμπεράσματα και οι προτάσεις για την καλύτερη σχεδίαση παρόμοιων επιμορφωτικών σεμιναρίων. 8

9 Τέλος παρατίθεται η ελληνική και ξένη βιβλιογραφία, όπου αναφέρονται όλες οι πηγές, έντυπες και ηλεκτρονικές, που χρησιμοποιήθηκαν για την ολοκλήρωση της εργασίας. Στο παράρτημα I παρατίθενται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες όπως: το πρώτο ερωτηματολόγιο, φύλλα εργασιών, ημερολόγια και το υποστηρικτικό υλικό. Στο δε παράρτημα II παρατίθενται το τελικό ερωτηματολόγιο για την αξιολόγηση, τα αποτελέσματα και φωτογραφικό υλικό με τις κατασκευές των μαθητών. Ευχαριστίες Σ αυτό το σημείο θέλω να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον επιβλέποντα Αναπληρωτή Καθηγητή κύριο Παρασκευά Παπανίκο, για την πολύτιμη βοήθεια που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας, καθώς και τον πολύτιμο χρόνο που αφιέρωσε και τις χρήσιμες συμβουλές του για την ολοκλήρωση της εργασίας. Επιπλέον, θέλω να ευχαριστήσω θερμά την οικογένειά μου και τους γονείς μου, που μου συμπαραστάθηκαν καθ όλη τη διάρκεια του μεταπτυχιακού. 9

10 ΜΕΡΟΣ Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ Οι εφαρμογές της ρομποτικής σήμερα Η ρομποτική αποτελεί μια σχετικά καινούργια επιστήμη η οποία συνδυάζει στοιχεία ανάπτυξης λογισμικού, τεχνητής νοημοσύνης, προηγμένης μηχανολογίας, μελέτης της ανθρώπινης συμπεριφοράς κλπ. Παράλληλα οι πρώτες ολοκληρωμένες εφαρμογές της εμφανίζονται σε τομείς όπως, η βιομηχανία, η ιατρική, η αεροπλοΐα, επηρεάζοντας την καθημερινότητά μας. Οι μαθητές όλων των βαθμίδων, εξοικειωμένοι σε σημαντικό βαθμό με τις νέες τεχνολογίες, δείχνουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη ρομποτική και δηλώνουν ενθουσιασμένοι όταν έρχονται σε επαφή με εφαρμογές ρομποτικής. Η ρομποτική ανήκει στον ευέλικτο αυτοματισμό και είναι μια τεχνολογία με μέλλον και για το μέλλον. Η ιστορική αρχή της ανιχνεύεται στο «αυτόματο ρολόι νερού» του Έλληνα μηχανικού Κτησίβιου (~3 π.χ.) και το μηχανισμό «αυτομάτου ανοίγματος κλεισίματος θυρών» του Ήρωνα της Αλεξάνδρειας (~5μ.Χ). Ο όρος ρομπότ (robota) οφείλεται στον Τσέχο δραματικό συγγραφέα Karel Capek (1921) και σημαίνει «αναγκαστική εργασία». Τα σημερινά ρομπότ αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα με τον υπολογιστικό έλεγχο των εργαλειομηχανών. Το πρώτο βιομηχανικό ρομπότ κατασκευάστηκε στις ΗΠΑ από τους Devol και Engelberger και τέθηκε σε λειτουργία το 196 σε ένα χυτήριο μετάλλων. Από τότε, στα πενήντα χρόνια που ακολούθησαν, η ανάπτυξη της ρομποτικής ήταν ραγδαία και σήμερα βρίσκονται σε δράση παγκοσμίως πάνω από 12. ρομπότ (με πρωταγωνιστές τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία και την Ευρώπη) που καλύπτουν βιομηχανικές, ιατρικές, επιστημονικές και κοινωνικές εφαρμογές(τζαφέστας,σ.γ 212). 1

11 1.1 Οι κατηγορίες των ρομπότ Ως ρομπότ χαρακτηρίζεται κάθε ελεγχόμενη από υπολογιστή μηχανή που μπορεί να εκτελέσει εργασίες τις οποίες κάνει ο άνθρωπος. Τα ρομπότ της πρώτης γενιάς δεν είχαν ικανότητα υπολογισμού και αίσθησης, ενώ τα ρομπότ της δεύτερης γενιάς διαθέτουν περιορισμένη υπολογιστική ικανότητα. Τα ρομπότ της τρίτης γενιάς διαθέτουν «νοημοσύνη» (είναι όπως λέμε «έξυπνα ρομπότ») και μπορούν να λύνουν προβλήματα και να παίρνουν αποφάσεις κατά τη διάρκεια της εργασίας τους. Τις ικανότητες αυτές αποκτούν με τεχνικές «τεχνητής νοημοσύνης» και «αίσθησης». Το ρεπερτόριο των εφαρμογών διευρύνεται συνεχώς σε νέα πεδία της ανθρώπινης δραστηριότητας και οι επιστήμονες συνεχίζουν αδιάκοπα την προσπάθεια ανάπτυξης και κατασκευής αληθινά «έξυπνων ρομπότ», τα οποία να μπορούν να συμπεριφέρνονται, όσο γίνεται πιο πολύ, όπως και ο άνθρωπος. Στη λαϊκή αντίληψη τα ρομπότ συνδέθηκαν από τη δεκαετία του 196 με ταινίες όπως, «Η τελευταία ημέρα του κόσμου» και «Ο πόλεμος των άστρων». Χαρακτηριστικά παραδείγματα ρομπότ με συγκεκριμένους ρόλους ανθρώπινης μορφής είναι τα ρομπότ R2D2 και C3PO. Εικόνα 1. Ρομπότ ανθρώπινης μορφής Σήμερα υπάρχει ένας θαυμαστός κόσμος ρομπότ που μπορούν να μετακινούνται, να βαδίζουν, να βλέπουν, να ομιλούν και να εκτελούν λεπτούς 11

12 χειρισμούς που απαιτούν εξυπνάδα και επιδεξιότητα. Ο κόσμος αυτός διαρκώς εξαπλώνεται και ικανοποιεί τις ανάγκες εργασίας, παραγωγής, υγείας, ευημερίας και ψυχαγωγίας του ανθρώπου. Οι πέντε βασικές κατηγορίες ρομπότ είναι: Βιομηχανικά ρομπότ, Ιατρικά ρομπότ, Κινητά ρομπότ, Τηλερομπότ, Κοινωνικά ρομπότ. 1.2 Βιομηχανικά ρομπότ Τα βιομηχανικά ρομπότ (ή ρομποτικοί βραχίονες) έχουν τη μορφή ενός ανθρώπινου βραχίονα με αρθρώσεις (ώμο, αγκώνα, καρπό) και παλάμη (αρπάγη /δαγκάνα, δάχτυλα). Η επιλογή του τύπου της κίνησής τους (γραμμική, κυλινδρική, σφαιρική, αρθρωτή) εξαρτάται από το είδος της εργασίας που πρέπει να εκτελέσουν. Τα βιομηχανικά ρομπότ είναι κατάλληλα για επαναλαμβανόμενες εργασίες σε πλήρως δομημένα και σταθερά περιβάλλοντα. Τέτοιες εργασίες είναι: Εικόνα 2 Ρομποτικός βραχίονας 12

13 φόρτωμα/ξεφόρτωμα μηχανών, συναρμολόγηση, συγκόλληση, πρεσάρισμα, βαφή, γυάλισμα, κοκ. Τα πλεονεκτήματα που παρέχουν τα βιομηχανικά ρομπότ είναι τα παρακάτω: 1. Απαλλαγή των εργαζομένων από κουραστικές, ανιαρές και επικίνδυνες εργασίες. 2. Ευελιξία. 3. Υψηλή παραγωγικότητα. 4. Καλύτερη ποιότητα προϊόντος και βελτιωμένη ποιότητα ζωής. 1.3 Κινητά ρομπότ Τα ρομπότ αυτά αποτελούνται από μια πλατφόρμα (όχημα) με ρόδες (3 ή 4) η οποία κινείται με κατάλληλο πρόγραμμα ελέγχου και είναι εφοδιασμένη με αισθητήρες όρασης (κάμερες), υπερήχων, απόστασης κ.α. Πάνω στην πλατφόρμα μπορεί να είναι προσαρμοσμένοι ρομποτικοί βραχίονες (ένας ή περισσότεροι) για την εκτέλεση εργασιών. Τα ρομπότ του είδους αυτού, που καλούνται «κινούμενοι ρομποτικοί χειριστές», χρησιμοποιούνται για προσφορά υπηρεσιών όπως, μεταφορά υγειονομικού και λοιπού υλικού στα νοσοκομεία, μεταφορά φαρμάκων σε μεγάλες φαρμακαποθήκες, συλλογή φρούτων από δέντρα, κούρεμα προβάτων, κ.ο.κ. Χρησιμοποιούνται επίσης σε υποθαλάσσιες έρευνες για τη συλλογή οργανισμών, καθιζημάτων και άλλων αντικειμένων σε βάθη ωκεανών που είναι απαγορευτικά για τον άνθρωπο, αλλά και σε έρευνες στο εσωτερικό ηφαιστείων. Εικόνα 3. Κινούμενοι ρομποτικοί χειριστές 13

14 1.4 Ιατρικά ρομπότ Τα ιατρικά ρομπότ διακρίνονται σε «μακρο-ρομπότ» (χειρουργικά ρομπότ, ρομπότ αποκατάστασης ΑΜΕΑ, αυτόνομες ρομποτικές καρέκλες) και «μικρο-ρομπότ» (για καθοδηγούμενη από εικόνες χειρουργική, ελάχιστης επέμβασης/ενδοσκοπική χειρουργική, αγγειοπλαστική, εμβολισμός (γέμισμα) εγκεφαλικών ανευρυσμάτων κ.α.). Τα ιατρικά ρομπότ ενισχύονται σημαντικά από τηλεχειριστές και εικονική πραγματικότητα, ιδιαίτερα όταν ο ασθενής δεν μπορεί να μεταφερθεί στον τόπο του ειδικευμένου χειρουργού (τραυματίες πολέμου, ασθενείς απομακρυσμένων νησιών κ.λπ.). Ένα ιατρικό ρομπότ ευρείας χρήσης είναι το χειρουργικό ρομπότ Da Vinci. Εικόνα 4. ρομπότ Da Vinci 1.5 Εικόνα 5. Τηλερομπότ Τα τηλερομπότ συνδυάζουν τηλεχειρισμό από τον άνθρωπο και αυτονομία και μπορούν να λειτουργήσουν τόσο σε ημιδομημένα όσο και σε πλήρως αδόμητα περιβάλλοντα. Μπορούν να εκτελούν μη επαναλαμβανόμενες εργασίες χωρίς να έχουν τέλεια γνώση του χώρου εργασίας τους. Το μεγαλύτερο πρόβλημά τους είναι οι μεταβαλλόμενες χρονικές καθυστερήσεις ανάμεσα στο ρομπότ και το χειριστή, που οφείλονται κυρίως στα συστήματα επικοινωνίας. Οι κυριότερες εφαρμογές τους είναι οι ιατρικές, οι υποθαλάσσιες και οι διαστημικές εφαρμογές. 14

15 Το σύστημα Zeus αποτελείται από δύο υποσυστήματα, από τα οποία το ένα βρίσκεται δίπλα στον χειρούργο και το άλλο δίπλα στον ασθενή. Το υποσύστημα του χειρούργου, το οποίο ήταν στην Νέα Υόρκη, είχε μια κονσόλα που δέχεται είσοδο από τον χειρούργο. Το υποσύστημα του ασθενή, το οποίο ήταν στο Στρασβούργο, περιλαμβάνει δύο ρομποτικούς βραχίονες και μεταφράζει την είσοδο του σε πραγματικούς χειρισμούς οργάνων και έναν επιπλέον ρομποτικό βραχίονα που ελέγχει την ενδοσκοπική κάμερα. Εικόνα 6. Σύστημα Zeus 1.6 Κοινωνικά ρομπότ Κοινωνικό ρομπότ είναι, ένα αυτόνομο ρομπότ που επικοινωνεί και αλληλεπιδρά με τον άνθρωπο ακολουθώντας κανόνες κοινωνικής συμπεριφοράς τους οποίους έχει διδαχθεί και μάθει. Οι τρεις βασικοί κανόνες τους οποίους πρέπει να ακολουθεί ένα κοινωνικό ρομπότ (πέρα από τους ειδικούς κανόνες ανθρώπινης συμπεριφοράς) είναι οι τρεις ρομποτικοί νόμοι του Ρώσου συγγραφέα Isaac Asimov ( 1941) στο μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας (I, Robot). Οι νόμοι αυτοί είναι: 1. Ένα ρομπότ δεν πρέπει να βλάψει τον άνθρωπο ενεργά ή παθητικά. 15

16 2. Ένα, ρομπότ πρέπει να υπακούει στον άνθρωπο εκτός εάν αυτό αντίκειται στο πρώτο νόμο. 3. Ένα ρομπότ πρέπει να προστατεύει την ύπαρξή του εφ όσον τούτο δεν αντιβαίνει στους δύο προηγούμενους νόμους. Στα κοινωνικά ρομπότ ανήκουν και τα ανθρωποειδή ρομπότ που μπορούν να βαδίζουν και πολλά απ αυτά έχουν ανθρώπινη μορφή (πρόσωπο, χέρια, κ.λπ.). Οι ικανότητές τους εξαρτώνται από τις εργασίες που πρέπει να εκτελέσουν, για παράδειγμα, ένα ρομπότ σερβιτόρος πρέπει να ακολουθεί τους κανόνες καλής εξυπηρέτησης. Εικόνα 7 Ρομπότ σερβιτόρος Asimo Εικόνα 8 Ρομπότ Καθηγήτρια Αγγλικών 16

17 Εικόνα 9 Ρομπότ Δεσμοφύλακας Εικόνα 1 Ρομπότ Bio Clean τρέφεται με οργανικά υπολείμματα που μετατρέπει σε βιοκαύσιμα 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ Η Ρομποτική στην Εκπαιδευτική Διαδικασία Η ρομποτική και οι εφαρμογές αυτής κάνουν όλο και πιο έντονα αισθητή την παρουσία τους στην σημερινή καθημερινότητα μας, δίνοντας συνεχή εναύσματα στους μαθητές για την ενασχόληση τους με τον τομέα αυτό. Η αύξηση του ενδιαφέροντος των μαθητών για επιμόρφωση στον τομέα αυτό, έρχεται σε αντίθεση με την εκπαιδευτική δομή που υπάρχει σήμερα και την δυνατότητα αυτής να προσφέρει τέτοιου υψηλής ποιότητας εκπαίδευσης σε αυτό το γνωστικό αντικείμενο. Ιδιαίτερα στον Ελλαδικό χώρο, η διδασκαλία της ρομποτικής περιορίζεται κυρίως στα Πανεπιστημιακά ιδρύματα, σε εξειδικευμένα μαθήματα, ενώ στην δευτεροβάθμια εκπαίδευση είναι ανύπαρκτη. Το Αμερικάνικο σύστημα εκπαίδευσης χωρίζεται σε πολλές ηλικιακές διαβαθμίσεις, αναφορικά με τις οποίες υπάρχει μία πληθώρα μαθημάτων τεχνολογικής φύσεως, όπως η ρομποτική, με σταδιακή αύξηση της πολυπλοκότητας αυτών. Σε όλες τις ηλικιακές διαβαθμίσεις εκτός από το εκπαιδευτικό υλικό, και την εκπαίδευση των δασκάλων υπάρχουν και οι αντίστοιχοι οργανισμοί όπου συνοδεύουν την διδασκαλία των μαθημάτων, προσφέροντας συνεχή ερείσματα, διοργανώνοντας εκθέσεις, διαγωνισμούς καλύτερης εργασίας κλπ. Οι ηλικιακές διαβαθμίσεις των παιδιών παρουσιάζονται στην Πίνακα 1. Από αυτές τις ηλικιακές διαβαθμίσεις ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις ηλικίες 12-18, όπου σε πολλές περιπτώσεις το επίπεδο της παρερχόμενης διδασκαλίας αλλά και το επίπεδο των αποτελεσμάτων από τις προσωπικές εργασίες των μαθητών είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακά. 18

19 Πίνακας 1:Ηλικιακές διαβαθμίσεις στην διδασκαλία της ρομποτικής Ειδικά στην Αμερική η εκπαίδευση των μαθητών έχει χωριστεί σε ηλικιακές βαθμίδες όπου σε κάθε μία δίνονται και λίστες με πιθανά μαθήματα ρομποτικής συνοδευόμενα από τα αντίστοιχα σύνολα ανάπτυξης απλών ρομποτικών κατασκευών, χωρίς τα παιδιά να υπεισέρχονται σε πάρα πολλά μαθηματικά και αναλύσεις του τρόπου λειτουργίας των ρομπότ (Α.Τζες & Γ. Νικολακόπουλος). 2.1 Το παιδαγωγικό πλαίσιο της εκπαιδευτικής ρομποτικής Η εκπαιδευτική ρομποτική έχει αξιοποιηθεί εκτενώς σε ερευνητικά προγράμματα, τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Οι εφαρμογές που καταγράφονται στη βιβλιογραφία αφορούν όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης και τα θέματά τους έχουν τεράστια ποικιλία. Ο Papert στο άρθρο του Situating 19

20 Constructionism (1991) αναφέρεται στην εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο που επεκτείνει τις δυνατότητες της Logo, επιτρέπει την κατασκευή μοντέλων που αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους (active models) και εστιάζει στη σημασία της κατασκευής για την ανάδειξη σημαντικών ιδεών. Μέσα από την εμπειρία τους με μαθητές διαφόρων ηλικιών, οι Resnick, Martin, Sargent, & Silverman, (1996) κατηγοριοποιούν τις εφαρμογές της εκπαιδευτικής ρομποτικής σε τρεις ευρύτερες κατηγορίες: 1. τα ενεργά περιβάλλοντα (όπως, για παράδειγμα, ο αυτόματος φωτισμός ενός χώρου). 2. οι αυτόνομες οντότητες (όπως, για παράδειγμα, ένας δεινόσαυρος ρομπότ). 3. τα προσωπικά πειράματα (όπως, για παράδειγμα, η μέτρηση της ταχύτητας του ποδηλάτου κατά τη διάρκεια της μετακίνησης του μαθητή από το σπίτι στο σχολείο). Οι Turbak & Berg (22) εξερευνούν τις δυνατότητες ένταξης ιδεών της Μηχανολογίας στο μάθημα της Pομποτικής με φοιτητές θεωρητικής κατεύθυνσης και επισημαίνουν τα οφέλη που αυτοί αποκομίζουν μεταφέροντας σημαντικές ιδέες της επιστήμης της Μηχανολογίας σε άλλους τομείς. Οι Rusk, Resnick, Berg, & Pezalla-Granlund (28) οργανώνουν εργαστήρια ρομποτικής με παιδιά, εφήβους, οικογένειες και εκπαιδευτικούς σε ποικίλους χώρους: σχολεία, μουσεία και ινστιτούτα κατάρτισης. Τα εργαστήρια τους έχουν ένα κύριο θέμα γύρω από το οποίο περιστρέφονται και οργανώνονται όλες οι κατασκευές (μία μέρα στο πάρκο, η γιορτή, τα γενέθλια) και ολοκληρώνονται με έκθεση των έργων των συμμετεχόντων στην κοινότητα. Άλλοι ερευνητές εστιάζουν σε χαρακτηριστικά όπως, η ομαδοσυνεργατική προσέγγιση και η διαθεματικότητα (Resnick, 1991). Ενδεικτικές εφαρμογές της εκπαιδευτικής ρομποτικής στον ελλαδικό χώρο αφορούν διαθεματικές συνθετικές εργασίες κατασκευής και προγραμματισμού ρομπότ (Κυνηγός & Φράγκου, 2, Δημητρίου & Χατζηκρανιώτη, 23), πειραματισμούς για τη διερεύνηση εννοιών Φυσικής και Μαθηματικών (Καρατράντου, Παναγιωτακόπουλος & Πιερρή, 26), εφαρμογές στη διδασκαλία εννοιών Πληροφορικής και Μηχανολογίας (Καγκάνη, Δαγδιλέλης, 2

21 Σατρατζέμη & Ευαγγελίδης, 25). Στη συνέχεια θα προσπαθήσουμε να σκιαγραφήσουμε τα χαρακτηριστικά που έχει η μαθησιακή διαδικασία μέσα από δραστηριότητες εκπαιδευτικής ρομποτικής. Μαθαίνω κατασκευάζοντας: Στον πυρήνα της εκπαιδευτικής ρομποτικής είναι η κατασκευή. Η κατασκευή αφορά τόσο την κατασκευή του μηχανικού ρομπότ όσο και τον προγραμματισμό της συμπεριφοράς του. Η κατασκευή είναι στην προκειμένη περίπτωση το όχημα μέσα από το οποίο συντελείται η μάθηση. Η ιδέα Μαθαίνω κατασκευάζοντας (learning by making ή learning through design) είναι στην καρδιά της φιλοσοφίας του κατασκευαστικού εποικοδομισμού (constructionism), που ενέπνευσε αρχικά την κατασκευή των εργαλείων εκπαιδευτικής ρομποτικής. Η παιδαγωγική αυτή προσέγγιση, την οποία θεμελίωσαν ο Papert και οι συνεργάτες του (Papert, 1991, 2), αποσκοπεί στη διαμόρφωση ενός πλαισίου αξιοποίησης των ΤΠΕ στην εκπαιδευτική διαδικασία ικανού να προκαλέσει ουσιαστικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο διδάσκουν οι εκπαιδευτικοί και μαθαίνουν οι μαθητές (Ackermann, 21). Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, η μάθηση είναι μια διαδικασία που κάνει το μαθητή να συμμετέχει ενεργά σε μια δημιουργική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, είτε αυτό είναι ο σχεδιασμός ενός σχήματος με τη γλώσσα Logo, είτε είναι η κατασκευή ενός carousel με δομικά υλικά της Lego. Το περιβάλλον και τα αντίστοιχα κατασκευάσματα είναι διαμορφωμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να θέτουν ουσιαστικά ζητήματα προς αναζήτηση και διερεύνηση. Οι εμπειρίες, οι γνώσεις και οι ανάγκες του μαθητή εκφράζονται μέσα από την κατασκευή (Resnick & Ocko, 1991). Οι ανάγκες του έργου είναι η αφορμή για τον έλεγχο ιδεών και την ανάδειξη νέων ενώ η υλοποίηση της κατασκευής αποτελεί το πεδίο στο οποίο αξιοποιούνται αυτές οι ιδέες και αποκτούν περιεχόμενο. Η κατασκευή είναι το εργαλείο μέσα από το οποίο οι ιδέες οργανώνονται και αποκτούν περιεχόμενο και σύνδεση με τον υπόλοιπο φυσικό κόσμο (Brown, Collins & Duguid, 1989). Τα παραπάνω υπηρετούν με συνέπεια τις σύγχρονες απόψεις για τη μάθηση όπως αυτή περιγράφεται στο πλαίσιο του εποικοδομισμού (constructivism Piaget, 1972). Η γνωστική ψυχολογία και η παιδαγωγική επιστήμη αποδέχονται ότι κάθε άνθρωπος, από πολύ μικρή ηλικία, δημιουργεί γνωστικές δομές με συγκεκριμένο περιεχόμενο για κάθε τι που συναντά 21

22 καθημερινά. Οι δομές αυτές πιθανότατα επηρεάζονται από τη βιολογική λειτουργία των αισθητηριακών συστημάτων και το περιεχόμενό τους είναι εννοιολογικό και σχεσιακό. Η μάθηση είναι μια διαδικασία μέσα από την οποία οι γνωστικές αυτές δομές επεκτείνονται ή διαφοροποιούνται (Carey, 2, Chi et al., 1994). Κάθε διαδικασία μάθησης έχει ως αφετηρία την πρότερη γνώση του μαθητή και επηρεάζει το ατομικό γνωστικό του σύστημα. Η υλοποίηση μιας κατασκευής αποτελεί, επομένως, μια ιδανική διδακτική παρέμβαση για την ανάδειξη, αξιοποίηση και αξιολόγηση των γνωστικών δομών κάθε μαθητή. Μαθαίνω για την κατασκευή: Συμπληρωματικά στη διάσταση Μαθαίνω κατασκευάζοντας υπάρχει και η διάσταση Μαθαίνω για την κατασκευή, τόσο τη μηχανολογική κατασκευή όσο και τον προγραμματισμό της συμπεριφοράς της. Η αξία των μηχανολογικών κατασκευών στο σχολικό περιβάλλον είναι σχετικά υποτιμημένη, ακολουθώντας μια παράδοση που θέλει τις πρακτικές εφαρμογές να έχουν μικρότερη κοινωνική αποδοχή από τις αντίστοιχες θεωρητικές έννοιες. Όμως, η τεχνολογική εξέλιξη έφερε στην επιφάνεια την άρρηκτη σύνδεση ανάμεσα στις Φυσικές Επιστήμες και στην Τεχνολογία. Η Τεχνολογία αποτέλεσε και αποτελεί το ερέθισμα που οδηγεί την επιστημονική έρευνα. Οι μηχανολογικές κατασκευές μπορούν να εισαγάγουν στο αναλυτικό πρόγραμμα ενδιαφέρουσες ιδέες, όπως αυτές των φυσικών περιορισμών που θέτει η πραγματική συμπεριφορά ενός ρομπότ, της διαρκούς βελτίωσης μιας κατασκευής, της συνθετότητας και διαθεματικότητας των πραγματικών προβλημάτων (Turbak & Berg, 22). Οι παραπάνω ιδέες μπορεί να φανούν χρήσιμες και σε άλλους επιστημονικούς τομείς, όπως της οικονομίας, της τέχνης, της κοινωνιολογίας. Η εκπαιδευτική ρομποτική αποτελεί ένα ιδανικό πρακτικό εργαστήριο για την υλοποίηση μιας τέτοιας διδασκαλίας, εφόσον οι μαθητές μπορούν στην πράξη να μελετήσουν τη λειτουργία μηχανών, να σχεδιάσουν και να υλοποιήσουν νέες. Με παρόμοιο τρόπο, η εκπαιδευτική ρομποτική αποτελεί ιδανικό εργαλείο για την εισαγωγή σύνθετων εννοιών της Πληροφορικής. Οι έννοιες της μεταβλητής, της επανάληψης, του ελέγχου εισάγονται κατά μοναδικό τρόπο μέσα από την ανάλυση της αλληλεπίδρασης του λογισμικού και της αντίστοιχης συμπεριφοράς των φυσικών κατασκευών (McCartney, 1996). Ιδέες όπως η αξιοπιστία, τα λάθη και η αντιμετώπισή τους, η λειτουργία σε πραγματικές 22

23 συνθήκες αποτελούν μέρος των προβλημάτων που αντιμετωπίζει ο μαθητής προγραμματίζοντας τη λειτουργία μιας ρομποτικής κατασκευής. Μαθαίνω δημιουργώντας: Τα συστήματα της εκπαιδευτικής ρομποτικής συνθέτουν ένα ανοιχτό περιβάλλον μέσα στο οποίο κάθε παιδί (ή ενήλικας) μπορεί να κατασκευάσει τις δικές του εφαρμογές. Μπορεί κάποιος με την ίδια ευκολία να προσομοιώσει ένα αυτοκίνητο, ένα πιάνο και ένα μηχάνημα ανακύκλωσης σκουπιδιών. Είναι ένα εργαλείο που επιτρέπει την ελεύθερη έκφραση και την κατασκευή έργων που έχουν σημασία γι αυτόν που τα υλοποιεί. Είναι προσωπικά δημιουργήματα και αντανακλούν τα άμεσα ενδιαφέροντα και τις ιδέες του δημιουργού τους. Μπορούν με μεγάλη ευκολία να τροποποιηθούν και να επεκταθούν. Ο μαθητής ως δημιουργός οικειοποιείται το αντικείμενο το οποίο κατασκευάζει και έχει τη δυνατότητα να διερευνήσει μέσα από αυτό τα δικά του ερωτήματα. Η εκπαιδευτική ρομποτική συντίθεται από εργαλεία τα οποία έχουν παρομοιαστεί με τα χαρακτηριστικά ενός δωματίου: έχει χαμηλό δάπεδο, ψηλό ταβάνι και είναι ευρύχωρο ( low floor, high ceiling and wide walls ). Είναι δηλαδή εργαλεία τα οποία εύκολα γίνονται προσιτά σε αρχάριους, εμπλουτίζονται με πολλές δυνατότητες τις οποίες μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας ειδικός, αλλά κυρίως είναι κατάλληλα για ποικίλους αυθεντικούς και προσωπικούς πειραματισμούς. Οι Resnick & Silverman (25), εύστοχα παρατηρούν ότι τα παιδιά θα συνεχίσουν να εκπλήσσονται (και να μας εκπλήσσουν) καθώς διερευνούν τις δυνατότητές τους αξιοποιώντας τα εργαλεία αυτά για εργασίες όπως η μέτρηση της ταχύτητας με την οποία τρέχει το skateboard ή η κατασκευή κοσμημάτων που αλλάζουν χρώμα ανάλογα με το περιβάλλον τους (Resnick et al., 1998). Τέλος, η εκπαιδευτική ρομποτική είναι ένα εργαλείο που επιτρέπει την είσοδο του μαθητή στο σημείο που θεωρεί αυτός ως κατάλληλο. Μπορεί κάποιος να ασχοληθεί με την κατασκευή και μετά με τον προγραμματισμό της, μπορεί να σχεδιάσει πρώτα και να υλοποιήσει μετά ή, αντίστροφα, να ξεκινήσει από την κατασκευή και, μέσα από τα υλικά και τη δυναμική τους, να οδηγηθεί στην έμπνευση. Είναι εργαλείο το οποίο είναι το ίδιο προσιτό σε όλους, ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο μαθαίνουν, ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο δημιουργούν καλύτερα, ανεξάρτητα από τις ικανότητες και τα ενδιαφέροντά τους (Resnick & Silverman, 25). Αυτό 23

24 εξηγεί και την ποικιλία των εφαρμογών που συναντάμε στην έρευνα, στις εφαρμογές σε όλες τις ηλικιακές ομάδες, εφαρμογές ενταγμένες στο κανονικό σχολικό πρόγραμμα ή εκτός αναλυτικού προγράμματος, δραστηριότητες για παιδιά με ιδιαίτερο μαθησιακό ή κοινωνικό προφίλ. Επομένως, το να μαθαίνει κανείς με την εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να είναι συνώνυμο με το μαθαίνω δημιουργώντας. Συνοψίζοντας τα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, η εκπαιδευτική ρομποτική είναι ένα εκπαιδευτικό εργαλείο το οποίο μπορεί να υπηρετήσει με συνέπεια τις αρχές του κατασκευαστικού εποικοδομισμού και, συγκεκριμένα, να δημιουργήσει ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον μέσα στο οποίο οι μαθητές συμμετέχουν ενεργά στην κατασκευή αντικειμένων που έχουν γι αυτούς νόημα, εκφράζοντας τις ιδέες τους, ενώ ταυτόχρονα διερευνούν ερωτήματα τα οποία έχουν ουσιαστικό, πραγματικό και επιστημονικό ενδιαφέρον. 2.2 Η εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο μάθησης Η ενασχόληση με τις ρομποτικές κατασκευές είναι πολυσύνθετη και διαθεματική δραστηριότητα που υπηρετεί αποτελεσματικά διδακτικές παρεμβάσεις μέσα στο πλαίσιο του εποικοδομισμού. Μπορεί να αναδείξει δύσκολες γνωστικές έννοιες που συνδέονται με ποικίλα διδακτικά αντικείμενα, όπως η Πληροφορική (προγραμματισμού), η Τεχνολογία, τα Μαθηματικά, η Φυσική, με αναπαραστατικό και καινοτόμο τρόπο ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει την προσωπική έκφραση του μαθητή. Σε αυτό το πλαίσιο, η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να αξιοποιηθεί για την πραγματοποίηση πειραματισμών και τη διερεύνηση σχέσεων σε διδακτικές παρεμβάσεις μικρής διάρκειας. Ο προτεινόμενος τρόπος οργάνωσης της διδασκαλίας είναι το μοντέλο της συνθετικής εργασίας (Φράγκου Σ 29). 24

25 Κατασκευάσετε Προγραμματίσετε Δοκιμάσετε Εικόνα 11 Μοντέλο σύνθετης εργασίας Το μοντέλο της συνθετικής εργασίας, επίσης, επιτρέπει την πλήρη αξιοποίηση του δυναμικού των εργαλείων της εκπαιδευτικής ρομποτικής στο πλαίσιο του εποικοδομισμού, μιας και μπορεί να φιλοξενήσει τον προσωπικό προβληματισμό των μαθητών, να οδηγήσει σε ποικίλους πειραματισμούς και να υλοποιηθεί μέσα από συνεργατικές δραστηριότητες. Ειδικότερα στο χώρο του Δημοτικού σχολείου, τέτοιες συνθετικές εργασίες μπορούν να αναπτυχθούν στα μαθήματα των Μαθηματικών, της Πληροφορικής, της Μελέτης Περιβάλλοντος, των Φυσικών και της Ευέλικτης ζώνης, ενώ στο Γυμνάσιο μπορούν να ενταχτούν στα μαθήματα της Τεχνολογίας, Φυσικής και της Πληροφορικής. Αυτό δεν αποκλείει βέβαια και την αξιοποίησή τους σε δραστηριότητες εκτός αναλυτικού προγράμματος που στηρίζονται στην εθελοντική συμμετοχή των μαθητών. 2.3 Η εκπαιδευτική ρομποτική στην Δευτεροβάθμια εκπαίδευση Η εκπαιδευτική ρομποτική αποτελεί μια καινοτόμα μαθησιακή μεθοδολογία η οποία συνδυάζει στοιχεία βασικών επιστημών (φυσική, μηχανολογία), νέων τεχνολογιών πληροφορικής (ανάπτυξη λογισμικού, τεχνητή νοημοσύνη) και μελέτης της ανθρώπινης συμπεριφοράς. Η εκπαιδευτική ρομποτική από παιδαγωγική πλευρά εντάσσεται στο πλαίσιο του κατασκευαστικού εποικοδομισμού (constructionism). Η ενασχόληση των μαθητών με τη ρομποτική δημιουργεί δύο δραστηριότητες, μια 25

26 κατασκευαστική και μια προγραμματιστική. Η τεχνητή κατασκευή δημιουργείται απ τους μαθητές αξιοποιώντας ένα σύνολο δομικών υλικών όπως είναι τα Lego MindStorms. Σε ένα φύλλο εργασίας καταγράφουν τη σκέψη τους με διάφορους τρόπους όπως ελεύθερο κείμενο, ψευδοκώδικα ή λογικό διάγραμμα. Μέσω του υπολογιστή προγραμματίζουν με οπτικό προγραμματισμό τη συμπεριφορά της ρομποτικής οντότητας. Η αντιμετώπιση της μάθησης ως ψυχαγωγίας με τη χρήση των ρομπότ Lego MindStorms αποτελεί μια ευχάριστη δημιουργική μέθοδο διδασκαλίας για την εκμάθηση βασικών εννοιών προγραμματισμού. Αντικείμενο της «Εκπαιδευτικής Ρομποτικής» αποτελεί η ανάπτυξη εφαρμογών στην προετοιμασία των παιδιών για τις νέες τεχνολογίες. Η εκπαιδευτική δυναμική της ρομποτικής οδηγεί τους μαθητές στο να συνθέσουν μια μηχανική οντότητα (π.χ. ένα μοντέλο αυτοκινήτου) και να την κατευθύνουν με τη βοήθεια ενός απλού και εύχρηστου προγραμματιστικού περιβάλλοντος. Η σχεδίαση δραστηριοτήτων με ρομποτικές κατασκευές συνδέεται με την εκπλήρωση ενός έργου με στόχο την επίλυση ενός προβλήματος. Τα στάδια εργασίας, που θα γίνουν ως φάσεις μιας ενιαίας εργασίας, μπορούν να επαναλαμβάνονται με κυκλικό τρόπο ή να επικαλύπτονται (Αλιμήσης Δ, 28). Η εισαγωγή της ρομποτικής στο «ψηφιακό σχολείο» υποστηρίζεται απ τις πιο σύγχρονες θεωρίες μάθησης σύμφωνα με τις οποίες η δημιουργία της νέας γνώσης είναι περισσότερο αποτελεσματική όταν οι μαθητές εμπλέκονται στην κατασκευή προϊόντων που έχουν προσωπικό νόημα για τους ίδιους. Μέσα από τις δραστηριότητες, τα παιδιά έχουν ευκαιρίες να εκφραστούν μέσω της προσωπικής ανακάλυψης και δημιουργίας, να καθοδηγήσουν τα ίδια το σχεδιασμό των κατασκευών τους, να δοκιμάσουν τα δικά τους ρομποτικά μοντέλα και να μοιραστούν τις ιδέες τους σε ένα συνεργατικό περιβάλλον μάθησης (Δελή, Ι,Γ,212). Το σχολείο της νέας εποχής, απαιτεί νέες διδακτικές μεθόδους, καινοτόμες δράσεις και ψηφιακά εκπαιδευτικά μέσα. Η Πληροφορική και η Ρομποτική μπορούν να αποτελέσουν ένα χρήσιμο εργαλείο για την ενεργό συμμετοχή των μαθητών στη διαδικασία της μάθησης και για την ανάπτυξη δεξιοτήτων κατασκευής και προγραμματισμού. Επιδίωξη δεν είναι απλώς να 26

27 μάθει κανείς την τεχνολογία, αλλά μέσω αυτής να αλλάξει ουσιαστικά όλη η αντίληψη της εκπαίδευσης. Στη χώρα μας η διδασκαλία της ρομποτικής και των εφαρμογών της γίνεται κυρίως σε μαθήματα τμημάτων Πανεπιστημίων, ενώ στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση δεν προβλέπεται συγκεκριμένο μάθημα στο οποίο να εντάσσεται η διδασκαλία της. Ωστόσο, θα μπορούσε να ενταχθεί με παιγνιώδη τρόπο ως συμπληρωματική δραστηριότητα στο μάθημα της Πληροφορικής. 2.4 Ένταξη της εκπαιδευτικής ρομποτικής στο αναλυτικό πρόγραμμα Η ένταξη δευτεροβάθμιας της ρομποτικής εκπαίδευσης μπορεί στο αναλυτικό πρόγραμμα να θεμελιωθεί σε δύο της βασικά επιχειρήματα. Το πρώτο συναρτάται με τον προπαρασκευαστικό ρόλο της σχολικής εκπαίδευσης και αφορά την εκπαιδευτική ρομποτική ως αντικείμενο μελέτης. Η ρομποτική τεχνολογία είναι παρούσα σε όλες τις εκδηλώσεις της καθημερινής μας ζωής. Ως εκ τούτου, ο μαθητής ως μελλοντικός πολίτης οφείλει να έχει μια ελάχιστη κατανόηση της λειτουργίας της, να είναι σε θέση να τη χρησιμοποιεί αποτελεσματικά και να αντιλαμβάνεται τη συμβολή που μπορεί να έχει αυτή στη βελτίωση της ποιότητας της ζωής του. Η ενασχόληση με μηχανολογικές κατασκευές επίσης εισαγάγει στο αναλυτικό πρόγραμμα ενδιαφέρουσες ιδέες, όπως αυτές των φυσικών περιορισμών που θέτει η πραγματική συμπεριφορά ενός ρομπότ, της διαρκούς βελτίωσης μιας κατασκευής, της συνθετότητας και διαθεματικότητας των πραγματικών προβλημάτων(turbak&berg,22). Το δεύτερο επιχείρημα αφορά την εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο μάθησης. Η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να ενταχθεί στη διδασκαλία ποικίλων διδακτικών αντικειμένων (Πληροφορική, Τεχνολογία, Μαθηματικά, Φυσική) του παραδοσιακού αναλυτικού προγράμματος ως εκπαιδευτικό εργαλείο μιας και η ενασχόληση με τις ρομποτικές κατασκευές είναι πολυσύνθετη και διαθεματική δραστηριότητα. Δύσκολες έννοιες αποκτούν 27

28 πραγματικό περιεχόμενο μέσα από τη συμπεριφορά και τη λειτουργία της κατασκευής. Σε αυτό το πλαίσιο, η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να αξιοποιηθεί για την πραγματοποίηση πειραματισμών και τη διερεύνηση σχέσεων σε διδακτικές παρεμβάσεις μικρής ή μεγαλύτερης διάρκειας. Συνοψίζοντας η εκπαιδευτική ρομποτική αποτελεί ένα εκπαιδευτικό εργαλείο το οποίο μπορεί να ενταχθεί στη διδακτική πράξη με τρόπο που αξιοποιεί τις βασικές αρχές του εποικοδομισμού προσφέροντας οφέλη στην εισαγωγή εννοιών ρομποτικής (κατασκευή και προγραμματισμό), στη μελέτη εννοιών ποικίλων διδακτικών αντικειμένων που εμπλέκονται στη λύση του συγκεκριμένου προβλήματος (έννοιες Φυσικής, Μαθηματικών, πληροφορικής, Τεχνολογίας) αλλά και στην απόκτηση δεξιοτήτων πειραματισμού, λύσης προβλήματος και κριτικής σκέψης. 28

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ Εκπαιδευτική ρομποτική LEGO Mindstorms NXT Η εκπαιδευτική πλατφόρμα LEGO Mindstorms ΝΧΤ της ομώνυμης εταιρείας Lego αποτελεί μία βελτιωμένη έκδοση του LEGO Mindstorms RCX. Με το βασικό πακέτο εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO MINDSTORMS NXT μια ομάδα 2-6 μαθητών (από 8 ετών και άνω) έχει τη δυνατότητα να εξομοιώσει σχεδόν όλους τους σύγχρονους αυτοματισμούς και να προσεγγίσει - ικανοποιητικά - συστήματα αυτόματου ελέγχου μέσα από ένα δημιουργικό και ευχάριστο μαθησιακό περιβάλλον. Το προϊόν αποτελείται από διάφορα υλικά κατασκευής για τη σύνθεση κατασκευών, όπως πλαστικά τουβλάκια (τουβλάκια- σύνδεσμοι), άξονες, γρανάζια, και άλλα πλαστικά εξαρτήματα σε διάφορα μεγέθη και χρώματα. Τα δομικά υλικά κατασκευάζονται με υψηλό βαθμό ακρίβειας και αντοχής, για τη συναρμολόγηση ανθεκτικών κατασκευών. Επίσης, το βασικό σετ περιλαμβάνει και κάποια ηλεκτρονικά μέρη, τα οποία δίνουν τη δυνατότητα σε ένα ρομπότ MINDSTORMS να ζωντανέψει και να εκτελέσει διάφορες διαδικασίες: α) το προγραμματιζόμενο τούβλο NXT (programmable NXT) - είναι ο εγκέφαλος του ρομπότ. β) περιέχει 4 διαφορετικούς αισθητήρες (sensors) - ήχου, φωτός, αφής, και απόστασης - που δίνουν τη δυνατότητα στο ρομπότ να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του. γ) περιέχει 3 κινητήρες (motors) για κίνηση. Τα πλαστικά και ηλεκτρονικά κομμάτια μπορούν να συναρμολογηθούν και να συνδεθούν με πολλούς τρόπους για την κατασκευή ποικίλων αντικειμένων όπως, ρομποτικά οχήματα, κτήρια, ακόμα και ρομπότ που κάνουν διάφορες εργασίες. Οι κατασκευές στη συνέχεια μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και τα κομμάτια να χρησιμοποιηθούν εκ νέου για την κατασκευή άλλων αντικειμένων. Για την κατασκευή πιο πολύπλοκων ρομπότ NXT διατίθεται στην αγορά μία ποικιλία με έχτρα δομικά στοιχεία LEGO (ή 29

30 τρίτων κατασκευαστών) όπως διαφορικό, κανόνι, ερπύστριες, δαγκάνες κ.α. καθώς και αισθητήρες για να επεκτείνετε τις χρήσεις του ρομπότ σας όπως, ο αισθητήρας πυξίδας, (μια ψηφιακή πυξίδα που μετρά το γήινο μαγνητικό πεδίο), ο αισθητήρας επιτάχυνσης (μετράει επιταχύνσεις στους άξονες x, y, z και έτσι είναι σε θέση να αναγνωρίσει κίνηση προς τα εμπρός ή πίσω, προς Εικόνα 12 δομικά στοιχεία Lego τα δεξιά ή αριστερά, προς τα επάνω ή κάτω και συνδυασμό των παραπάνω), ο αισθητήρας χρώματος κ.α., που μπορούν να συνδυαστούν με το βασικό πακέτο δίνοντας τη δυνατότητα για περισσότερες κατασκευαστικές λύσεις. 3.1 Προγραμματισμός ρομπότ NXT Το NXT ρομπότ προγραμματίζεται με όλες σχεδόν τις γνωστές γλώσσες προγραμματισμού (C, C++, Java,.Net, κ.α.), αν και η LEGO έχει φροντίσει να εκδώσει μία εκπαιδευτική γλώσσα οπτικού προγραμματισμού για το ΝΧΤ [LEGO Mindstorms Edu NXT Software] σε συνεργασία με την εταιρεία ανάπτυξης λογισμικού National Instruments (το εκπαιδευτικό λογισμικό που αναπτύχθηκε αποτελεί μια εκπαιδευτική προσαρμογή του LabView και χρησιμοποιούν τον ίδιο compiler-g-). Ο προγραμματισμός γίνεται πολύ εύκολα µε την "οπτική" γλώσσα [LEGO Mindstorms Edu NXT Software] που διαθέτει η Lego για τα Mindstorms ΝΧΤ. Ακόμα και κάποιος με καθόλου γνώσεις προγραμματισμού, μετά από μερικά λεπτά εξοικείωσης θα είναι σε θέση να γράψει ακόμα και πολύ σύνθετα προγράµµατα. Το εκπαιδευτικό λογισμικό LEGO MINDSTORMS Education NXT που δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας προγραμματιζόμενων «συμπεριφορών» για τις μηχανικές 3

31 κατασκευές, βασίζεται στη χρήση εικονιδίων- εντολών. Βασίζεται στην τοποθέτηση εικονιδίων εντολών (με σύρσιμο ) με τη σειρά που επιθυμούμε να εκτελεστούν από το ρομπότ. Όταν ολοκληρωθεί το πρόγραμμα κατεβάζουμε (download) στο τούβλο NXT την ρομποτική κατασκευή. Έτσι, φορτώνοντας ένα πρόγραμμα μπορούμε να κάνουμε το ρομπότ να κινηθεί, να αποφύγει εμπόδια, να παίξει μουσική, να ακούσει, και πολλά άλλα. 3.2 Ιστορική αναδρομή Lego Mindstorms Η πρώτη γενιά Lego Mindstorms RIS 1. κυκλοφόρησε το 1998 και η έκδοση ΝΧΤ των Lego Mindstorms κυκλοφόρησε το Πίνακας 2: Ιστορική αναδρομή Lego Mindstorms Δημιουργείται το LEGO Educational Department Ξεκινάει η συνεργασία της LEGO με το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης The first-computer LEGO products are released Ξεκινά η ανάπτυξη του μικροελεγκτή intelligent brick μέσω του οποίου θα μπορούν να προγραμματίζονται LEGΟ κατασκευές με τη βοήθεια υπολογιστή. Dr. Seymour Papert ο πρώτος καθηγητής της έδρας <<LEGO Professor of Learning Research>> του Development Laboratory of Computer Learning στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης MIT Red Programmable Brick Lego Mindstorms RIS 1. Lego Mindstorms RIS 1.5 Lego Mindstorms RIS 2. Lego Mindstorms NXT 1. Lego Mindstorms NXT 2. Κεντρική μονάδα NXT Το τουβλάκι NXT αποτελεί τον εγκέφαλο του ρομπότ που κατασκευάζονται με τα Lego Mindstorms NXT. Πρόκειται προγραμματιζόμενο με υπολογιστή μικροελεγκτή στο ρομπότ να αλληλεπιδρά λειτουργεί αυτόνομα για ένα που δίνει τη δυνατότητα με το περιβάλλον του. Επίσης, μπορεί να ή σε συνεργασία από τον διαρκή έλεγχο κάποιου 31

32 υπολογιστή με ενσύρματη συνδεσμολογία( USB) ή ασύρματη σύνδεση (Bluetooth). Εικόνα 13. RCX Εικόνα 14. NXT 26 Πλήκτρα ελέγχου NXT Η μονάδα ΝΧΤ διαθέτει τέσσερα συνολικά πλήκτρα για τον έλεγχο (πρόσοψη). ΟΙ λειτουργίες των πλήκτρων είναι οι εξής: Το πορτοκαλί πλήκτρο: άνοιγμα του ΝΧΤ. Σκούρο γκρι πλήκτρο: επιστροφή στο προηγούμενο μενού ή διακοπή της εκτέλεσης του προγράμματος. Πλήκτρα ανοικτού γκρι χρώματος : χρησιμοποιούνται για την επιλογή στα μενού και αλληλεπίδραση με το χρήστη. Οθόνη (LCD) : Η οθόνη υγρών κρυστάλλων είναι ενσωματωμένη και αυτή στην πρόσοψη της κεντρικής μονάδας.το ΝΧΤ διαθέτει τρείς θύρες Α,Β και Γ για την ένωση των μηχανών και τέσσερις εισαγμένες θύρες για την ένωση των αισθητήρων 1,2,3,4. 32

33 3.6 Κινητήρες Σερβομηχανές: οι τρεις σερβομηχανές δίνουν στο ρομπότ τη δυνατότητα να κινηθεί. Εάν χρησιμοποιηθεί ο φραγμός κίνησης στο λογισμικό LEGO MINDSTORMS NXT για να προγραμματιστούν οι δύο μηχανές, θα συγχρονιστούν αυτόματα, έτσι ώστε το ρομπότ να κινηθεί σε μια ευθεία γραμμή. Εικόνα 15 κινητήρας 3.6 Ενεργοί αισθητήρες Οι ενεργοί αισθητήρες χρειάζονται εξωτερική ισχύ για την παραγωγή σήματος και την αποστολή των μετρήσεων Αισθητήρας φωτός Είναι ένας από τους δύο αισθητήρες που δίνουν «αίσθηση» όρασης στο ρομπότ (ο υπερηχητικός αισθητήρας είναι ο άλλος). Ο αισθητήρας φωτός επιτρέπει στο ρομπότ να διακρίνει μεταξύ φωτός και σκοταδιού. Μπορεί να διαβάσει την ένταση του φωτός σε ένα δωμάτιο και να μετρήσει την φωτεινή ένταση των χρωματισμένων επιφανειών. 33

34 Εικόνα 16 αισθητήρας φωτός Αισθητήρας περιστροφής Ο σερβοκινητήρας διαθέτει έναν ενσωματωμένο αισθητήρα περιστροφής. Αυτό επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των μετακινήσεων του ρομπότ. Ο αισθητήρας περιστροφής μετρά τις περιστροφές μηχανών σε βαθμούς ή πλήρεις περιστροφές (ακρίβεια +/- ενός βαθμού). Μια πλήρης περιστροφή είναι ίση με 36 βαθμούς, έτσι εάν μια μηχανή τεθεί στη στροφή 18 βαθμών, ο άξονας παραγωγής του θα κάνει μισή στροφή. Ο ενσωματωμένος αισθητήρας περιστροφής σε κάθε μηχανή επιτρέπει διαφορετικές ταχύτητες για τις μηχανές (με τον καθορισμό διαφορετικών παραμέτρων ισχύος στο λογισμικό) Αισθητήρας πυξίδα Ο αισθητήρας αυτός περιέχει μια ψηφιακή μαγνητική πυξίδα που μετρά το μαγνητικό πεδίο της γης και υπολογίζει τον προσανατολισμό. Ο προσανατολισμός υπολογίζεται με ακρίβεια μιας μοίρας και ανανεώνεται 1 φορές το δευτερόλεπτο. 34

35 Εικόνα 18 αισθητήρας πυξίδα 3.7. Παθητικοί αισθητήρες (Passive sensors) Οι αισθητήρες της κατηγορίας αυτής λειτουργούν χωρίς να απαιτείται τροφοδοσία και χρονισμός Αισθητήρας αφής Ο αισθητήρας αφής λειτουργεί ως διακόπτης. Ο αισθητήρας αφής ανιχνεύει πότε πιέζεται από κάτι και πότε απελευθερώνεται πάλι. Εικόνα 19 αισθητήρας αφής Αισθητήρας ήχου Μπορεί να ανιχνεύσει τόσο decibels (DB), όσο και ρυθμισμένα decibels (DBA). Τα decibels είναι μια μέτρηση της κανονικής πίεσης που ασκούν τα ηχητικά κύματα, σε όλο το εύρος τους. Τα DBA, τα ρυθμισμένα decibels, είναι αυτά που μετριούνται όταν η ευαισθησία του αισθητήρα 35

36 προσαρμόζεται στην ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού. Με άλλα λόγια, αυτοί είναι οι ήχοι που είναι σε θέση να ακούσει το αυτί του ανθρώπου. Εικόνα 2 αισθητήρας ήχου Πίνακας 3 : ανίχνευσης τιμών με διαφορετικούς ήχους BA 4-5% 5-1% 1-3% 3-1% Συνθήκες ένα δωμάτιο που επικρατεί ησυχία. Χαμηλόφωνη ομιλία κοντά στον αισθητήρα. Ήρεμη συνομιλία κοντά στον αισθητήρα. όταν κάποιος φωνάξει ή δυνατή μουσική Αισθητήρας υπερήχων Είναι ένας από τους δύο αισθητήρες που δίνουν όραση στο ρομπότ σας (ο αισθητήρας φωτός είναι ο άλλος, που μόλις αναφέρθηκε). Ο υπερηχητικός αισθητήρας επιτρέπει στο ρομπότ να δει και να ανιχνεύσει τα Εικόνα 21 αισθητήρας υπερήχων 36

37 αντικείμενα. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να κάνει το ρομπότ να αποφύγει εμπόδια, να αντιληφθεί και να μετρήσει την απόσταση και να ανιχνεύσει τη μετακίνηση. Ο υπερηχητικός αισθητήρας μετρά την απόσταση σε εκατοστόμετρα και ίντσες. Είναι σε θέση να μετρήσει αποστάσεις από έως 255 εκατοστόμετρα με μια ακρίβεια +/- 3 εκατ. Ο υπερηχητικός αισθητήρας χρησιμοποιεί την ίδια επιστημονική αρχή που χρησιμοποιούν οι νυχτερίδες: μετρά την απόσταση με τον υπολογισμό του χρόνου που χρειάζεται ένα κύμα για να χτυπήσει ένα αντικείμενο και να επιστρέψει ακριβώς όπως μια ηχώ. Τα μεγάλου μεγέθους αντικείμενα με σκληρές επιφάνειες επιστρέφουν τις καλύτερες αναγνώσεις. Τα αντικείμενα που είναι φτιαγμένα από μαλακό ύφασμα ή είναι κυρτά (ή και σφαιρικά). ή τα πολύ λεπτά ή μικρά αντικείμενα, ενδέχεται να είναι δύσκολο για τον αισθητήρα να ανιχνευθούν. 37

38 3.8 Διάφορα εξαρτήματα του σετ Lego Mindstorms Εικόνα 22 απεικονίζονται οι κατηγορίες των διαφόρων εξαρτημάτων 38

39 3.9 Περιβάλλον LEGO Το LegoMindstorms προσφέρει επίσης ένα απλό γραφικό περιβάλλον προγραμματισμού,που δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας προγραμματιζόμενων «συμπεριφορών» για τις μηχανικές κατασκευές. Οι προγραμματιζόμενες «συμπεριφορές» μεταβιβάζονται από τον Η/Υ στη μηχανική κατασκευή μέσω σύνδεσης USB ή Bluetooth, μεταξύ του Η/Υ και του μικροεπεξεργαστή των μηχανικών κατασκευών. Το εκπαιδευτικό λογισμικό LEGO MINDSTORMS Education NXT βασίζεται στη χρήση εικονιδίων και είναι μια εκπαιδευτική έκδοση του επαγγελματικού λογισμικού LabVIEW της National Instruments, λογισμικό που χρησιμοποιούν παγκοσμίως επιστήμονες και μηχανικοί, προκειμένου να σχεδιάσουν, να ελέγξουν και να δοκιμάσουν προϊόντα και συστήματα. Το λογισμικό έχει μια διαισθητική διεπαφή σύρε και άφησε (drag and drop) και ένα γραφικό προγραμματιστικό περιβάλλον το οποίο καθιστά την εφαρμογή προσιτή για έναν αρχάριο, αλλά και εξίσου δυναμική για έναν εξειδικευμένο χρήστη. Οι παλέτες προγραμματισμού προσφέρουν όλα τα blocks προγραμματισμού που απαιτούνται για να δημιουργηθούν τα προγράμματα. Κάθε block προγραμματισμού περιλαμβάνει τις οδηγίες που το NXT μπορεί να ερμηνεύσει. Ένα πρόγραμμα δημιουργείται με συνδυασμό διαφορετικών blocks. Εικόνα 23 γραφικό περιβάλλον Lego 39

40 Τα διαθέσιμα εικονίδια blocks περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων block κίνησης (κάνουν τα ρομπότ να κινούνται), block αναμονής (κάνουν το ρομπότ να περιμένει για την ενεργοποίηση των αισθητήρων του ή για τη λήξη ενός οριζόμενου χρονικού διαστήματος), block επανάληψης (Loop) (το ρομπότ επαναλαμβάνει την ίδια συμπεριφορά όσες φορές ορίσουμε ή μέχρι να ενεργοποιηθεί κάποιος αισθητήρας), block επιλογής (Switch block) (επιτρέπουν στο ρομπότ να παίρνει τις δικές του αποφάσεις). Η πλήρης παλέτα εικονιδίων περιλαμβάνει blocks δράσης που επιτρέπουν τον έλεγχο διάφορων εξωτερικών συσκευών (διαδραστικού κινητήρα, ήχων, λαμπτήρων κ.ά.). Τα blocks ροής επιτρέπουν τη δημιουργία σύνθετων συμπεριφορών. Περιλαμβάνουν τον έλεγχο για την επανάληψη, την αναμονή και τις συνθήκες μεταβλητών για τη διακοπή συμπεριφοράς ή τον καθορισμό μιας λογικής σειράς σε ένα πρόγραμμα και τη λήψη αποφάσεων για τον προγραμματισμό αντιδράσεων σε καθορισμένες τιμές των αισθητήρων. Τέλος το πρόγραμμα προσφέρει «Τα δικά μου blocks» (My Blocks) με τα οποία ο χρήστης μπορεί να αποθηκεύσει ένα δικό του πρόγραμμα ως ένα μοναδικό block, που μπορεί να το ξαναχρησιμοποιήσει σε άλλο πρόγραμμα. 4

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ Το εκπαιδευτικό περιβάλλον Lego Mindstorms ως εργαλείο μάθησης στο μάθημα του προγραμματισμού Μαθητές και φοιτητές αντιμετωπίζουν δυσκολίες στον προγραμματισμό, με χαρακτηριστικά παραδείγματα αυτές που σχετίζονται με τις δομές επιλογής και επανάληψης. Βασική αιτία θεωρείται το γεγονός ότι οι μαθητές διδάσκονται κυρίως κάποια συγκεκριμένη γλώσσα προγραμματισμού και όχι μεθοδολογία για την επίλυση προβλημάτων. Τα κυριότερα προβλήματα που έχουν παρατηρηθεί κατά τη διδασκαλία της πληροφορικής και του προγραμματισμού έχουν να κάνουν με το ότι οι μαθητές (Ματάνας κ.ά., 23, Τζιμογιάννης, 25) δεν αντιλαμβάνονται τη διαδικασία επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου μηχανής και την εννοιολογική μηχανή τα περισσότερα προβλήματα είναι μαθηματικού τύπου χωρίς αντιστοίχηση σε καθημερινά προβλήματα παρουσιάζουν δυσκολίες στην αντίληψη και την έκφραση των αλγορίθμων κατανοούν τον αλγόριθμο στη φυσική γλώσσα, αλλά δυσκολεύονται στη μεταφορά του στην αυστηρή και λιτή σύνταξη και δομή του κώδικα τα περισσότερα προγραμματιστικά περιβάλλοντα είναι προσανατολισμένα προς έμπειρους προγραμματιστές. Οι Τζιμογιάννης και Γεωργίου, 1999, που εντοπίζουν δυσκολίες μαθητών σε δομές ελέγχου, τις δικαιολογούν στη διδασκαλία της γλώσσας προγραμματισμού καθαυτής και όχι μεθοδολογίας επίλυσης προβλημάτων. Ο Carlisle, 2, αναφέρει προβλήματα αρχαρίων στην κατανόηση επαναληπτικών δομών και προτείνει διαγραμματικές αναπαραστάσεις για την κατανόησή τους. Ο Κάππας κ.ά (22), μελετούν την αξιοποίηση εποπτικών τρόπων διδασκαλίας επαναληπτικών δομών οπτικοποίηση διεργασιών κατά την εκτέλεση και προτείνουν την προγραμμάτων με θετικά αποτελέσματα. Δυσκολίες που αφορούν στις επαναληπτικές δομές αναφέρονται σε μαθητές Γ Λυκείου και εντοπίζονται στον καθορισμό των συνθηκών ελέγχου, στον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των επαναληπτικών δομών, στην αναγνώριση αρχικής τιμής (Γρηγοριάδου κ.ά., 41

42 24). Παρόμοιου τύπου δυσκολίες αναφέρονται και δικαιολογούνται στη δυσκολία χειρισμού μεταβλητών (Sajaniemi &Kuittinen,.25). Για την αντιμετώπιση των δυσκολιών στον προγραμματισμό έχουν προταθεί πολλές εναλλακτικές λύσεις, μεταξύ αυτών συγκαταλέγονται η χρήση μικρόκοσμων και μικρόγλωσσων (Logo, Karel the Robot), η βελτίωση των διαγνωστικών δυνατοτήτων των μεταγλωττιστών, τα μηνύματα συστήματα λάθους, η χρήση εικονικών γλωσσών κατανοητά προγραμματισμού, δυναμικής προσομοίωσης εκτέλεσης προγραμμάτων, η χρήση τεχνικών δυναμικής προσομοίωσης εκτέλεσης αλγορίθμων, η δυναμική ηχητική προσομοίωση της εκτέλεσης προγραμμάτων (Ξυνόγαλος κ.ά., 2). Επίσης, προτείνεται η χρήση λογισμικών με οπτικοποίηση των τιμών των μεταβλητών και των δομών προγραμματισμού (Κάππας κ.ά., 22), η διδασκαλία αλγορίθμων σε περιβάλλον συνεργατικής μάθησης με εποπτικό μέσο διδασκαλίας λογισμικού τον υπολογιστή (Βογιατζάκη κ.ά., 24), η χρήση παρουσιάσεων (Μπέλλου & Μικρόπουλος, 25) και οι διαγραμματικές αναπαραστάσεις επαναληπτικών δομών (Carlisle, 2). Μια διαφορετική προσέγγιση είναι αυτή που αξιοποιεί την εκπαιδευτική ρομποτική σε συνδυασμό με τον οπτικό προγραμματισμό. Με τα φυσικά μηχανικά μοντέλα όπως της Lego πετυχαίνεται υψηλός βαθμός αλληλεπίδρασης μεταξύ υπολογιστή και πραγματικού αντικειμένου, υπάρχει άμεση ανατροφοδότηση, ο εκπαιδευτικός διαθέτει περισσότερο χρόνο για κάθε μαθητή, ο μαθητής εργάζεται με το δικό του ρυθμό μάθησης, υλοποιείται ένα είδος εξατομικευμένης μάθησης, υπάρχει πειραματισμός και ενεργός συμμετοχή από τους μαθητές, αναπτύσσεται η κριτική σκέψη, καλλιεργείται η δημιουργική σκέψη η διορατικότητα και η πρωτοτυπία, υπάρχει άμεση εμπειρία και ο μαθητής απαλλάσσεται από την εκμάθηση και απομνημόνευση συντακτικών κανόνων μιας γλώσσας 25). Επίσης, ο μαθητής προγραμματισμού (Καγκάνη κ.ά., είναι σε θέση να γράψει κώδικα σε σύντομο χρονικό διάστημα, στο περιβάλλον συγγραφής του κώδικα γίνεται ταυτόχρονα και συντακτικός έλεγχος (Τσοβόλας & Κόμης, 25). Η διδασκαλία της ρομποτικής είναι κατάλληλη για μαθητές ανεξάρτητα από την ηλικία και το υπόβαθρό τους και αποτελεί έναν τρόπο ενθάρρυνσης της μάθησης. Επιπλέον, τα Lego είναι μια χαμηλού κόστους λύση (Hirst et al., 22). Οι χρήστες στη γλώσσα προγραμματισμού των φυσικών μηχανών 42

43 Robolab, μαθαίνουν να χρησιμοποιούν μια προγραμματίζουν μέσω οπτικών συρε και άσε (drag & drop) τεχνική εντολών, για να δημιουργήσουν προγράμματα και δε χρειάζεται να έχουν γνώσεις πάνω στο υλικό (Kaskalis et al., 21). Ακόμα, τα τουβλάκια Lego είναι φυσικά μοντέλα με παρατηρήσιμες φυσικές συμπεριφορές, υπάρχει μεγάλη ποικιλία σχετικά με τις εισόδους και εξόδους που δέχονται και αποδίδουν, ενισχύουν τους βασικούς στόχους της διδασκαλίας του προγραμματισμού όπως, την τεκμηρίωση και ανακάλυψη, τη μάθηση νέων συστημάτων συμβόλων, την επικοινωνία μεταξύ μηχανών και τη μάθηση αλγορίθμων. Τέλος, πολλοί μαθητές έχουν εξοικειωθεί με τα Lego από μικρές ηλικίες (Ringwood et al., 25). Τα παραπάνω δεδομένα οδηγούν στην αξιοποίηση της εκπαιδευτικής ρομποτικής και του οπτικού προγραμματισμού για τη διδασκαλία του προγραμματισμού και την κατανόηση βασικών προγραμματιστικών δομών, όπως ελέγχου και επανάληψης που από ότι δείχνουν τα εμπειρικά δεδομένα παρουσιάζονται ιδιαίτερες δυσκολίες από μαθητές και φοιτητές. 4.1 Παραδοσιακή διδασκαλία και τα μειονεκτήματα στο μάθημα του προγραμματισμού Όπως προκύπτει από σχετική βιβλιογραφία, αλλά και από προσωπική εμπειρία είκοσι ετών στην διδασκαλία του προγραμματισμού, ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες στον οποίο έχει διαπιστωθεί ότι οφείλονται οι δυσκολίες κατά την εκμάθηση του προγραμματισμού είναι η παραδοσιακή προσέγγιση της διδασκαλίας των αρχών του προγραμματισμού. Σύμφωνα με την παραδοσιακή αυτή μέθοδο, οι μαθητές διδάσκονται μια γλώσσα γενικού σκοπού (Pascal, Basic, C κλπ), που δεν ικανοποιεί τις ανάγκες τους, δεν τους βοηθά στην κατανόηση των νέων εννοιών. Οι αντικειμενικοί στόχοι που τίθενται συνήθως, σύμφωνα με το Πρόγραμμα Σπουδών, για, την εισαγωγή στον προγραμματισμό περιλαμβάνουν την απόκτηση γνώσεων και δεξιοτήτων. Οι γνώσεις 43

44 σχετίζονται με την κατανόηση προβλήματος, το σχεδιασμό αλγορίθμων, είδη τεχνικές περιβάλλοντα προγραμματισμού, δομές δεδομένων, δομές αλγορίθμων και οι δεξιότητες με την υλοποίηση έλεγχο εκσφαλμάτωση τεκμηρίωση αξιολόγηση προγράμματος. Σύμφωνα με έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν, η παραδοσιακή μέθοδος διδασκαλίας αποτελεί σημαντικό παράγοντα που δυσκολεύει την εκμάθηση του προγραμματισμού. Τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι αρχάριοι είναι τα εξής, (Du Boulay 1989, Βrusilovsky et al. 1999): 1. Οι γλώσσες γενικού σκοπού διαθέτουν ένα μεγάλο ρεπερτόριο εντολών και είναι πολύπλοκες. 2. Η προσοχή των μαθητών επικεντρώνεται στην εκμάθηση της ίδιας της γλώσσας και όχι στην ανάπτυξη ικανοτήτων επίλυσης προβλημάτων. 3. Το προγραμματιστικό περιβάλλον συνήθως δεν παρέχει δυνατότητες οπτικοποίησης. 4. Οι εμπορικοί μεταγλωττιστές δεν ικανοποιούν τις ανάγκες των αρχαρίων προγραμματιστών. 5. Η επίλυση ενδιαφερόντων προβλημάτων απαιτεί την εκμάθηση ενός μεγάλου υποσυνόλου της γλώσσας και την ανάπτυξη μεγάλων προγραμμάτων. 6. Η διανοητική πολυπλοκότητα που απαιτεί η εκφορά ενός αλγορίθμου σε μια γλώσσα προγραμματισμού είναι μεγάλη. Μια άλλη άποψη ερευνητών θεωρεί ως βασική αιτία το γεγονός ότι οι μαθητές διδάσκονται κυρίως κάποια συγκεκριμένη γλώσσα προγραμματισμού και όχι μεθοδολογία για την επίλυση προβλημάτων. Τα κυριότερα προβλήματα που έχουν παρατηρηθεί κατά τη διδασκαλία της πληροφορικής και του προγραμματισμού έχουν να κάνουν με το ότι οι μαθητές (Ματάνας κ.ά., 23, Τζιμογιάννης, 25): 1. Δεν αντιλαμβάνονται τη διαδικασία επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου μηχανής και την εννοιολογική μηχανή. 2. Τα περισσότερα προβλήματα είναι μαθηματικού τύπου χωρίς αντιστοίχιση σε καθημερινά προβλήματα. 44

45 3. Παρουσιάζουν δυσκολίες στην αντίληψη και την έκφραση των αλγορίθμων κατανοούν τον αλγόριθμο στη φυσική γλώσσα, αλλά δυσκολεύονται στη μεταφορά του στην αυστηρή και λιτή σύνταξη και δομή του κώδικα. 4. Τα περισσότερα προγραμματιστικά περιβάλλοντα είναι προσανατολισμένα προς έμπειρους προγραμματιστές. 4.2 Η Μια διαφορετική προσέγγιση στο μάθημα του προγραμματισμού ρομποτική μπορεί να ενσωματωθεί σε διάφορες βαθμίδες εκπαίδευσης (από προδημοτική μέχρι και τριτοβάθμια εκπαίδευση (Bers, Ponte, Juelich, Viera, & Schenker, 22, Eguchi, 27) και σε διάφορα γνωστικά αντικείμενα όπως κάποιος θα μπορούσε να σκεφτεί στα Μαθηματικά, Φυσική, Βιολογία, Ψυχολογία, Σχεδιασμός και Τεχνολογία (Ma, Williams, Prejean, & Ford, 28; Miglino, Lund, & Cardaci, 1999). Ακόμα, η ρομποτική στην εκπαίδευση θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε πληθώρα μαθησιακών περιβαλλόντων τυπικής και άτυπης μάθησης (Williams & Prejean, 21). Πρώτος ο Jonassen (2) έδωσε το έναυσμα, το θεωρητικό υπόβαθρο και το κίνητρο για την ενσωμάτωση της ρομποτικής (τεχνολογίας) ως εργαλείο εκπαίδευσης. Το επιχείρημα του ότι η τεχνολογία και τα διάφορα τεχνολογικά μέσα μπορούν να θεωρηθούν ως νοητικά εργαλεία (cognitive tools) ή Mindtools (επικράτησε αυτός ο χαρακτηρισμός για διάφορα τεχνολογικά μέσα όπως, ο ηλεκτρονικός υπολογιστής, το Διαδίκτυο), τα οποία ενισχύουν και εμπλουτίζουν την εκπαιδευτική διαδικασία, ήταν η βάση για να ξεκινήσει η ενσωμάτωση της τεχνολογίας ως εργαλείο στην εκπαιδευτική διαδικασία σε διάφορα επίπεδα (Chambers & Carbonaro, 23). Έρευνες έχουν δείξει ότι η ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική διαδικασία βοηθά στην ανάπτυξη ανώτερων δεξιοτήτων και ικανοτήτων των μαθητών όπως επίλυση προβλημάτων, εξερεύνηση, ομαδικότητα, λήψη αποφάσεων, όπως επίσης στο να εφαρμόσουν, να δοκιμάσουν το προγραμματισμό, το σχεδιασμό μηχανικής και κατασκευών, τη 45

46 φυσική, την κίνηση και τη μουσική και όλα αυτά μέσα σε ένα ενεργό, δημιουργικό και απολαυστικό περιβάλλον (Chambers & Carbonaro, 23; Payne, 1999). Επίσης, η ρομποτική στο μαθησιακό περιβάλλον βοηθά τους μαθητές να αναπτύξουν βαθύτερη κατανόηση για το πώς λειτουργούν και εργάζονται διάφορα φυσικά αντικείμενα, πως μπορούν να τα ελέγξουν και τέλος να μπορέσουν να κάνουν τη σύνδεση μεταξύ αφηρημένου και συγκεκριμένου (Bers, Ponte, Juelich, Viera & Schenker, 22; Chambers & Carbonaro, 23). Η ρομποτική έχει συνδεθεί με την έννοια του κονστρακτιβισμού (constructivism) (Bauerle & Gallagher, 23; Williams, Ma & Prejean, 21). Ο κονστρακτιβισμός, όπως τον έχει συζητήσει και παρουσιάσει ο (Papert, 1991) και συγκεκριμένα η θεωρία διδασκαλίας και μάθησης που περιγράφει τον κονστρακτιβισμό, υπογραμμίζει την εκπαιδευτική αξία τέτοιων ασκήσεων όπως αυτών που μπορεί να προσφέρει η ενσωμάτωση της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη. Τέτοιου είδους ασκήσεις επικεντρώνονται στη φιλοσοφία «μαθαίνουμε φτιάχνοντας» ως το κύριο χαρακτηριστικό του μαθησιακού περιβάλλοντος. Χρησιμοποιώντας τη ρομποτική ως εκπαιδευτικό εργαλείο, το πιο πάνω μπορεί να επιτευχθεί και τα αντικείμενα (τελικό προϊόν) που δημιουργούνται από τους μαθητές γίνονται «αντικείμενα σκέψης», δηλαδή αντικείμενα τα οποία βοηθούν τους μαθητές να σκέφτονται (Kafai & Resnick, 1996, Papert, 1993, Harel, & Papert, 1991). Η ρομποτική μπορεί να προμηθεύσει τους μαθητές με απτά μέσα τα οποία μπορούν να αξιολογήσουν και κατ επέκταση να αλλάξουν, να επανασχεδιάσουν και να ξαναδημιουργήσουν (Puntambekar & Kolodner, 25). Μέσα στα πλαίσια ενός κονστρακτιβιστικού περιβάλλοντος οι μαθητές έχουν την ευκαιρία να διαχειριστούν τη μάθηση τους, όπου είναι ελεύθεροι να ανακαλύψουν, να αποφασίσουν, κάνοντας διάφορες επιλογές για το πώς θα προχωρήσουν. Επίσης, δίνεται στους μαθητές η ευκαιρία να μάθουν την πολύπλευρη εικόνα της επίλυσης προβλημάτων και την ίδια στιγμή να καλλιεργήσουν μαθηματικές και επιστημονικές δεξιότητες (Chambers & Carbonaro, 23). Παράλληλα, μέσα από τη διαδικασία ενσωμάτωσης της ρομποτικής στην εκπαιδευτική πράξη τόσο οι εκπαιδευτικοί όσο και οι μαθητές εμπλέκονται στον ενεργό σχεδιασμό διαφόρων δραστηριοτήτων και ασκήσεων. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να σχεδιάσουν τέτοιες δραστηριότητες ενσωμάτωσης της ρομποτικής οι οποίες βοηθούν τους μαθητές να 46

47 διερευνήσουν νέες έννοιες και νέους τρόπους σκέψης (Chambers, & Carbonaro, 23). Οι μαθητές μπορούν να σχεδιάσουν και να κτίσουν διαδραστικά αντικείμενα χρησιμοποιώντας υλικά από τον κόσμο της μηχανικής όπως εργαλεία, μηχανές, και αισθητήρες. Μέσω αυτών των δραστηριοτήτων οι μαθητές εμπλέκονται στη διαδικασία κατασκευής διαφόρων αντικειμένων αναπτύσσοντας τον τεχνολογικό τους αλφαβητισμό αλλά και δεξιότητες μηχανικής (Bers, Ponte, Juelich, Viera & Schenker, 22). Επιπλέον, η κατασκευή τέτοιων αντικειμένων βοηθά τους μαθητές να αναπαραστήσουν την πραγματικότητα και μέσα στα πλαίσια αυτού του ενεργού ρόλου των μαθητών μπορούν να κατανοήσουν τη σύνδεση θεωρίας και πράξης, τη σύνδεση του αφηρημένου και του συγκεκριμένου, όπως επίσης και τη σύνδεση αυτών που μαθαίνουν με το φυσικό κόσμο, την πραγματικότητα(miglino,lund,&cardaci,1999). Τέλος, κάποιες πρόσφατές έρευνες (Williams, & Prejean, 21) υποστηρίζουν ότι η ρομποτική είναι εργαλείο το οποίο μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη των γνώσεων και ικανοτήτων του 21ου αιώνα που χρειάζονται οι μαθητές μας για να επιβιώσουν στη συνεχώς μεταβαλλόμενη Κοινωνία της Τεχνολογίας, Πληροφοριών και Επικοινωνίας. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας θα ακολουθήσει μια μελέτη περίπτωσης που θα περιλαμβάνει σειρά μαθημάτων εκπαιδευτικής ρομποτικής σε μαθητές της Β τάξης του ΕΠΑΛ, των ειδικοτήτων Μηχανολογίας και Πληροφορικής για την ενσωμάτωση της ρομποτικής, ως εκπαιδευτικό διαθεματικό εργαλείο στην εκπαιδευτική διαδικασία. 47

48 Β ΜΕΡΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΤΩΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ Σκοπός της εργασίας & Ερευνητικές Υποθέσεις Αν και εκπαιδευτικής αρκετές μελέτες ρομποτικής έχουν στην καταδείξει διδασκαλία την του δυναμική μαθήματος της του προγραμματισμού, εν τούτοις στην πράξη δηλαδή στο αναλυτικό πρόγραμμα ή εκτός του αναλυτικού προγράμματος στην δευτεροβάθμια εκπαίδευση η αξιοποίηση προγραμματιζόμενων κατασκευών είναι ανύπαρκτη. Οι σκοποί της συγκεκριμένης εργασίας είναι: 1. Η σχεδίαση, οργάνωση και η υλοποίηση μιας επιμορφούμενης εκπαίδευσης (σεμινάριο), λαμβάνοντας υπόψη τις θεωρίες και τα δεδομένα που παρουσιάστηκαν στο πρώτο μέρος της εργασίας. 2. Να ενσωματωθούν οι δραστηριότητες της εκπαιδευτικής ρομποτικής, ως εποικοδομητικό διερευνητικό εργαλείο μάθησης μάθηση μέσα από την πράξη μάθηση μέσα από την ενεργό συμμετοχή, με αποτέλεσμα να αυξηθούν τα κίνητρα στο μάθημα του προγραμματισμού. 3. Να διερευνηθεί αν και κατά πόσο η εκπαιδευτική ρομποτική μπορεί να αντιμετωπίσει τις δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές στην κατανόηση των δομών επιλογής και επανάληψης στα κλασσικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα στην Β τάξη του ΕΠΑΛ. 4. Να εντοπισθούν τα προβλήματα και οι δυσκολίες που θα προκύψουν κατά τη διάρκεια της επιμόρφωσης των μαθητών στην εκπαιδευτική ρομποτική, για καλύτερη μελλοντική σχεδίαση αντίστοιχων σεμιναρίων. Οι ερευνητικές υποθέσεις για τους μαθητές του συγκεκριμένου σεμιναρίου καθ όλη τη διάρκεια της υλοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη τις στοιχειώδεις γνώσεις στο μάθημα του προγραμματισμού και την καλή σχέση που έχουν οι μαθητές με τις Νέες Τεχνολογίες θα είναι οι παρακάτω: 48

49 1. Δεν θα αντιμετωπίσουν ιδιαίτερα προβλήματα στην εξοικείωση με το εκπαιδευτικό ρομποτικό περιβάλλον NXT-G. 2. Θα αντιμετωπίσουν πιθανόν προβλήματα των ρομποτικών εντολών που έχουν να κάνουν με τον έλεγχο και τη λειτουργία των αισθητήρων κινητήρων, γιατί δεν υπάρχει προηγούμενη εμπειρία. 3. Όσον αφορά τις προγραμματιστικές δομές επιλογής και επανάληψης, δε θα αντιμετωπίσουν ιδιαίτερα προβλήματα με την αναγνώριση και κατανόηση των προγραμματιστικών δομών στο περιβάλλον NXT-G. 4. Επίσης, δε θα αντιμετωπίσουν πρόβλημα στην υλοποίηση των δομών επιλογής και επανάληψης μέσα από το περιβάλλον NXT-G, ακόμη και αν δεν υπάρχει προηγούμενη εμπειρία των συγκεκριμένων προγραμματιστικών δομών από άλλα κλασσικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα. 49

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ Σχεδιασμός και οργάνωση κύκλου μαθημάτων Εκπαιδευτικής Ρομποτικής Ο σχεδιασμός του συγκεκριμένου επιμορφωτικού σεμιναρίου θα γίνει με τέτοιο τρόπο, ώστε να ενσωματώνει τις βασικές αρχές του Κονστρουκτιβισμού εποικοδομισμού και της διαδικασίας μάθησης που θα βασίζεται στην επίλυση προβλημάτων, με στόχο να δημιουργηθεί ένα ισχυρό μαθησιακό περιβάλλον. 6.1 Τα βασικά χαρακτηριστικά του σεμιναρίου 1. Η κατασκευή της γνώσης μέσω ανακάλυψης και διερεύνησης κάνοντας χρήση προηγούμενων γνώσεων και η συνεργασία μεταξύ τους. Στο πλαίσιο των μαθημάτων σε όλες τις συναντήσεις θα περιλαμβάνονται εργαστηριακές δραστηριότητες (φύλλα εργασιών και ημερολογίου). 2. Το επιμορφωτικό σεμινάριο θα οργανωθεί με τέτοιο τρόπο, ώστε να λαμβάνει υπόψη τις προηγούμενες γνώσεις, εμπειρίες, ανάγκες μέσα στο ωρολόγιο πρόγραμμα, καθώς και τον ελεύθερο χρόνο των μαθητών. 3. Τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μαθητές στο μάθημα του προγραμματισμού (με την παραδοσιακή διδασκαλία) θα μπορούν να ξεπεραστούν με τη χρήση της εκπαιδευτικής ρομποτικής σε περιβάλλον LM NXT-G.. 4. Η μερική ή ολική έλλειψη γνώσεων και εμπειριών στην εκπαιδευτική ρομποτική, μπορεί να αποτελεί και κίνητρο συμμετοχής στο επιμορφωτικό σεμινάριο, καθώς το μάθημα του προγραμματισμού είναι στο ενδιαφέρον των μαθητών των τμημάτων πληροφορικής, αλλά και των άλλων τμημάτων. Με βάση όλα τα παραπάνω έγινε ο σχεδιασμός των εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων, ώστε να εισάγουν τους μαθητές ομαλά στην κατασκευή και στον προγραμματισμό NXT-G και να εμπλακούν ενεργά στη μάθηση. 5

51 Οι εκπαιδευτικοί στόχοι που σχεδιάστηκαν διακρίνονται σε: Γνωστικούς, δεξιότητες και στάσεις. Γνωστικούς: ως προς το αντικείμενο Να κατανοήσουν την έννοια βασικών δομών προγραμματισμού. Να χρησιμοποιούν τις διάφορες μορφές της εντολής επιλογής ΑΝ. Να χρησιμοποιούν τις διάφορες μορφές των εντολών επανάληψης. Να επιλέγουν και να δημιουργούν προγράμματα, τα οποία να χρησιμοποιούν δομές επιλογής και επανάληψης. Δεξιότητες: ως προς τη χρήση νέων τεχνολογιών Να εμπλακούν και να πειραματιστούν με διαδικασίες προγραμματισμού. Να προγραμματίσουν ένα όχημα-ρομπότ με NXT-G. Να προσομοιώσουν ένα πρόβλημα (κίνηση πάνω σε μαύρη γραμμή) στον υπολογιστή. Στάσεις: ως προς τη μαθησιακή διαδικασία Να συνεργαστούν και να εργαστούν ομαδικά (διάλογος επιχειρηματολογία). Επιλογή κατάλληλης λύσης του προβλήματος μετά από πειραματισμό και αξιολόγηση. Να προτείνουν λύσεις και να οργανώνουν την εργασία τους αυτόνομα. 6.2 Δομή του επιμορφωτικού σεμιναρίου Τίτλος σεμιναρίου «Προγραμματισμός με εκπαιδευτική ρομποτική NXT-G». Διάρκεια σεμιναρίου: 14 ώρες. Αντικείμενο Πλατφόρμα εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO MINDSTORMS NXT-G Προγραμματισμός ρομπότ. 51

52 Εισηγητές Δρ. Όροβας χρήστος καθηγητής πληροφορικής ΠΕ2 Βαρδιάμπασης Αθανάσιος καθηγητής πληροφορικής ΠΕ2. Επιμορφούμενοι μαθητές Ο Αριθμός των μαθητών 8 σε δύο ομάδες των 4 μαθητών (κάθε ομάδα θα αποτελείται από 2 μαθητές πληροφορικής και 2 μηχανολογίας). Οι συναντήσεις θα είναι 6 εκ των οποίων η πρώτη και η τελευταία 3 ώρες και οι υπόλοιπες 4 δίωρες. Πρόγραμμα Διδακτικές ενότητες Εκπαιδευτική ρομποτική LM, NXT-G με έμφαση στις εντολές επιλογής και επανάληψης στο μάθημα του προγραμματισμού. Τα LM ως εκπαιδευτικό εργαλείο στο μάθημα του προγραμματισμού. Χώρος πραγματοποίησης Στο εργαστήριο πληροφορικής του Ι.Ε.Κ. Φλώρινας που στεγάζεται στον ίδιο χώρο με το ΕΠΑ.Λ. Φλώρινας. Απαιτούμενος εξοπλισμός: Δύο πλήρη σετ LEGO MINDSTORMOS NXT (τα οποία δανείστηκαν από το ΕΠΑΛ Αμυνταίου) ένα για κάθε ομάδα. Ένας προτζέκτορας για προβολή πληροφοριών - οδηγιών για την συναρμολόγηση ενός ρομποτικού οχήματος βήμα βήμα. Το λογισμικό lego mindstorms Education NXT-G το οποίο είναι εγκαταστημένο σε δύο Η/Υ, για να πραγματοποιηθούν οι δραστηριότητες των φύλλων εργασιών. Πλούσιο υποστηρικτικό εικονογραφημένο υλικό (σημειώσεις). Ερωτηματολόγιο στην πρώτη συνάντηση για την διερεύνηση προϋπάρχουσας γνώσης στην εκπαιδευτική ρομποτική. 52

53 Ερωτηματολόγιο στην τελευταία συνάντηση για την αυτοαξιολόγηση των μαθητών και για την αξιολόγηση του επιμορφωτικού σεμιναρίου καθώς και των δυσκολιών που αντιμετώπισαν Φύλλα εργασιών Έξι φύλλα εργασιών με στόχο οι μαθητές να γνωρίσουν την πλατφόρμα Lego Mindstorms, με δραστηριότητες για την λειτουργία των αισθητήρων, κινητήρων, μικροϋπολογιστή NXT και τις εικονοεντολές με στοχευόμενες ασκήσεις για εμπλοκή και κατανόηση των μαθητών στη νέα γνώση. 1. Το πρώτο φύλλο εργασίας αφορά την γνωριμία με τα Lego Mindstorms και περιλαμβάνει δραστηριότητες, για κάθε ομάδα να γνωρίσουν και να εξοικειωθούν με τους αισθητήρες κινητήρες μικροεπεξεργαστή και το ημερολόγιο της πρώτης συνάντησης. 2. Το δεύτερο φύλλο εργασίας αφορά την γνωριμία και εξοικείωση με το προγραμματιστικό περιβάλλον εικονοεντολές NXT-G, σύνδεση του μικροεπεξεργαστή με Η/Υ μεταφόρτωση και εκτέλεση διαφόρων προγραμμάτων (Sound Door Alarm) και το ημερολόγιο της δεύτερης συνάντησης. 3. Το τρίτο φύλλο εργασίας αφορά την κατανόηση προγράμματος τη χρήση των εντολών επιλογής και επανάληψης με την τροποποίηση άσκησης του δεύτερου φύλλου, καθώς και τη δημιουργία μιας κόρνας αυτοκινήτου χρησιμοποιώντας τις συγκεκριμένες εντολές. Τέλος να συνθέσουν ένα όχημα ρομπότ, στο οποίο θα εφαρμόσουν διάφορες ενέργειες με διαφορετικούς αισθητήρες και εντολές. Για τη διευκόλυνση των μαθητών στο τέλος του φύλλου εργασίας υπάρχουν και τα λογικά διαγράμματα των δομών επιλογής και επανάληψης, όπως και το ημερολόγιο της συνάντησης. 4. Το τέταρτο φύλλο εργασίας περιλαμβάνει δραστηριότητες για τη χρήση των εντολών επιλογής και επανάληψης σε ποιο σύνθετη μορφή για την εμπέδωση και απόκτηση δεξιοτήτων από τους μαθητές, καθώς και 53

54 ανατροφοδότηση των γνώσεων του πρώτου φύλλου εργασίας που αφορούν τα χαρακτηριστικά κινητήρων πειραματισμός, ασκήσεις που περιλαμβάνουν την ανάλυση του προβλήματος την κατάσταση των αισθητήρων, τη συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ και το ημερολόγιο της συνάντησής. 5. Το πέμπτο φύλλο εργασίας περιλαμβάνει δραστηριότητες με σύνθετη επιλογή και επανάληψη, παρατήρηση και επεξήγηση κώδικα, σε συγκεκριμένη πορεία του οχήματος ρομπότ (μαύρη γραμμή) με τη χρήση αισθητήρων φωτός υπάρχει και ανάλυση του προβλήματος με πίνακα για τους συνδυασμούς των αισθητήρων και την συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ. Τέλος διαδρομή πάνω στη μαύρη γραμμή με τη χρήση αισθητήρων αφής με μακρύ καλώδιο να λειτουργούν ως τηλεκοντρόλ και πίνακας με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των αισθητήρων και την αντίστοιχη συμπεριφορά του οχήματος και καταγραφή στο ημερολόγιο της συνάντησης. 6. Τέλος το έκτο φύλλο εργασίας περιέχει το φύλλο αυτοαξιολόγησης μαθητή και το τελικό ερωτηματολόγιο για την αξιολόγηση και την ανάδειξη τυχόν προβλημάτων που αντιμετώπισαν οι μαθητές κατά τη διάρκεια του σεμιναρίου Διδακτική μεθοδολογία και Ρομποτική Εισήγηση, εργασία σε ομάδες, μαθητοκεντρική διδασκαλία.(στάδιο εμπλοκής, πειραματισμού, διερεύνησης, σύνθεσης και αξιολόγησης). Αρχικά μια σύντομη διάλεξη με προβολή διαφανειών διάρκειας 2 λεπτών με πλούσιο εικονογραφημένο υλικό και video, με σκοπό την ενεργοποίηση των μαθητών για τη νέα γνώση μέσα από ένα καινοτόμο περιβάλλον. Παιδαγωγικό πλαίσιο Το επιμορφωτικό σεμινάριο για να πετύχει τους στόχους του στηρίζεται στη θεωρία του εποικοδομητισμού Piaget και στην εποικοδομιστική κατασκευαστική Papert. 54

55 Προηγούμενη εμπειρία Ως εμπειρία θα θεωρηθούν οι τυχόν προϋπάρχουσες γνώσεις και δεξιότητες των μαθητών στο μάθημα του προγραμματισμού από άλλα κλασσικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Σκοποί και στόχοι του επιμορφωτικού σεμιναρίου 1. Να γνωρίσουν οι μαθητές ένα νέο καινοτόμο μαθησιακό περιβάλλον. 2. Να διευρύνουν τους ορίζοντές τους. 3. Να ενισχύσουν την αυτοπεποίθησή τους. 4. Να αποκτήσουν πνεύμα ομαδικής συνεργασίας. 5. Να σχεδιάζουν και να κατασκευάζουν ένα ρομπότ, επιλέγοντας τα κατάλληλα υλικά. 6. Να περιγράφουν και να εξηγούν την λειτουργία των δομικών στοιχείων LM. 7. Να αξιολογούν και να συγκρίνουν λύσεις τόσο για την κατασκευή, όσο και για τον προγραμματισμό των μοντέλων. Μέσα από μια νέα διδακτική προσέγγιση με συνεργατικό και παιγνιώδη τρόπο με βασικό στοιχείο αυτό της ευγενούς άμιλλας Δομή σεμιναρίου για κάθε συνάντηση Συναντήσεις Πίνακας 4 : Αναλυτικό πρόγραμμα των συναντήσεων Διδακτικές Διάρκεια ενότητες Εκπαιδευτικό Διδακτική - υλικό Μεθοδολογία Στόχοι - Δεξιότητες Εισαγωγή στην εκπαιδευτική ρομποτική η 1 3ώρες Γνωριμία 15 λεπτά Συζήτηση Έγινε προσπάθεια Διδακτικό γνωριμίας μεταξύ των Συμβόλαιο εκπαιδευτών και μαθητών. Να 55

56 δημιουργηθεί το κατάλληλο φιλικό κλίμα. Εισαγωγή στην 15 λεπτά α)ερωτηματο Διερεύνηση για εκπαιδευτική λόγιο προϋπάρχουσα γνώση ρομποτική σχετικά με την εκπαιδευτική ρομποτική. 2 λεπτά Γνωριμία με τα 25 λεπτά LM NXT. β) Διάλεξη Διάλεξη - Να προκληθεί το παρουσίαση επίδειξη ανάλογο ενδιαφέρον με συζήτηση. ενεργοποίηση των βιντεοπροτζέ μαθητών για το νέο κτορα αντικείμενο. Φύλλο Εργασία σε 2 Να γνωρίσουν τα εργασίας 1 ομάδες των 4 βασικά μέρη του (γραπτές μαθητών. τούβλου NXT σημειώσεις Διερευνητική (αισθητήρες εικόνες). μάθηση. κινητήρες- γρανάζια Κάθε ομάδα τροχούς κ.α). από ένα σετ LM. Ασκήσεις με 6 λεπτά Ασκήσεις του Εργασία σε 2 Να γνωρίσουν τους φύλλου ομάδες των 4 κατανοήσουν την αισθητήρες. εργασίας 1. μαθητών. λειτουργία και την Διερευνητική - χρησιμότητα των μάθηση αισθητήρων. Η εκπαιδευτική ρομποτική στο μάθημα του προγραμματισμού η 2 Εξοικείωση με 9 λεπτά Φύλλο Εργασία σε 2 Να γνωρίσουν τις το νέο εργασίας 2. ομάδες των 4 εντολές του LM NXT προγραμματισ Για κάθε μαθητών. G, να πειραματιστούν με 2ώρες 56

57 τικό ομάδα έχει Διερευνητική - τις τιμές στον πίνακα περιβάλλον εγκατασταθεί μάθηση διαμόρφωσης (με έτοιμα το λογισμικό προγράμματα που σε Η/Υ και υπάρχουν στον φάκελο ένα σετ Lego εργασίες της κάθε Mindstorms. ομάδας). Να μεταφορτώνουν και να εκτελούν ένα πρόγραμμα. Να κατασκευάζουν απλές ρομποτικές κατασκευές (Door Alarm). η 3 Χρήση 9 λεπτά Φύλλο Εργασία σε 2 Να χρησιμοποιήσουν εντολών εργασίας 3 & ομάδες των 4 (εφαρμόσουν) εντολές επιλογής Λογικά μαθητών. επιλογής επανάληψης επανάληψης. διαγράμματα Διερευνητική - σε αισθητήρες επιλογής μάθηση υπερήχων αφής του 2ώρες επανάληψης φύλλου εργασίας. Να και ένα σετ συνθέσουν ένα όχημα Lego ρομπότ για να Mindstorms. εφαρμόσουν διάφορες ενέργειες στις επόμενες συναντήσεις. η 4 Εφαρμογή 2ώρες 9 λεπτά Φύλλο Εργασία σε 2 Να χρησιμοποιήσουν τις εντολών εργασίας 4 ομάδες των 4 εντολές που γνώρισαν επιλογής σύνθετες μαθητών. στις προηγούμενες επανάληψης ασκήσεις. Με Διερευνητική συναντήσεις που στο όχημα ανάλυση των μάθηση, ελέγχουν τους ρομπότ. προβλημάτω επίλυση αισθητήρες. Να ν και πίνακες προβλημάτων. χρησιμοποιήσουν με τους κινητήρες αισθητήρες διάφορους σύνθετες ασκήσεις συνδυασμούς αποφυγή εμποδίου & 57

58 η 5 Χρήση 2ώρες 9 λεπτά των κίνηση μέχρι τη μαύρη αισθητήρων. γραμμή. Φύλλο Εργασία σε 2 Να εφαρμόσουν τις εντολών εργασίας 5 ομάδες των 4 εντολές της γλώσσας διακλάδωσης επεξήγηση μαθητών. NXT-G. Να αξιολογούν επανάληψης & σύνθετου Διερευνητική αυτοαξιολογούν τις σύνθετες κώδικα, μάθηση, γνώσεις και δεξιότητες δομές. τελική επίλυση σε περιβάλλον NXT-G. εργασία προβλημάτων. πορεία σε μαύρη γραμμή με τηλεκοντρόλ. η 6 Διερεύνηση 135 Ερωτηματολό Συζήτηση Αξιολόγηση του απόψεων, λεπτά γιο μαθητή - επιμορφωτικού αυτοαξιολόγη σεμιναρίου. Αξιολόγηση ση & τελικό της εκπαιδευτικής ερωτηματολό ρομποτικής στο μάθημα γιο. του προγραμματισμού, 3ώρες συζήτηση. καθώς και οι διαφορές από τον παραδοσιακό τρόπο. Η παιδαγωγική αξία της εκπαιδευτικής ρομποτικής. Η ανάδειξη των δυσκολιών. 58

59 6.6 Πορεία της διδασκαλίας Η περιγραφή που ακολουθεί είναι μια προτεινόμενη πορεία εφαρμογής μέσα στη τάξη, που στόχο έχει να αναδείξει εργαλεία τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν μέσα από σύγχρονες απόψεις για τη διδασκαλία και τη μάθηση στα πλαίσια της εκπαιδευτικής ρομποτικής Πρώτη συνάντηση (3 ώρες) Γνωριμία και διδακτικό συμβόλαιο (15 λεπτά) Στην πρώτη συνάντηση γίνεται γνωριμία μεταξύ των εκπαιδευτών και των μαθητών και η δημιουργία του διδακτικού συμβολαίου. Οι εκπαιδευτές και οι μαθητές μίλησαν για τον εαυτό τους, ώστε να δημιουργηθεί ένα φιλικό κλίμα, το οποίο θα βοηθήσει τους μαθητές να είναι πιο άνετοι. Κατόπιν ένας από τους εκπαιδευτές παρουσίασε το γενικό στόχο, το περιεχόμενο και τη μεθοδολογία εκπαίδευσης. Έτσι, συζητήσαμε και συμφωνήσαμε για το διδακτικό συμβόλαιο το οποίο περιγράφει το πλαίσιο επικοινωνίας μεταξύ των εκπαιδευτών και των μαθητών, καθώς και το περιεχόμενο του σεμιναρίου. Επίσης, πρόκειται να βοηθήσει στην ομαλή διεξαγωγή των μαθημάτων. Εισαγωγή στην εκπαιδευτική ρομποτική (15 λεπτά) Στο σημείο αυτό οι μαθητές καλούνται να συμπληρώσουν το πρώτο ερωτηματολόγιο με τίτλο «εισαγωγή στην εκπαιδευτική ρομποτική», στόχος του οποίου είναι να διαπιστώσει προϋπάρχουσες γνώσεις και εμπειρίες σχετικά με το θέμα. Διάλεξη (2 λεπτά) Το αρχείο παρουσίασης με τίτλο «εισαγωγή στην εκπαιδευτική ρομποτική» με πλούσιο υλικό σε κείμενο εικόνες βίντεο, ώστε να προκληθεί ενδιαφέρον ενεργοποίηση από την πλευρά των μαθητών για το νέο αντικείμενο. 59

60 Γνωριμία με τα LM NXT-G (25 λεπτά) Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες (4 σε κάθε ομάδα) για να εξασφαλιστεί η ενεργός συμμετοχή όλων των μαθητών ακόμα και αυτών που συνήθως είναι ανενεργοί, δημιουργήθηκαν 2 ομάδες ανομοιογενείς. (2 μαθητές πληροφορικής και 2 μηχανολογίας σε κάθε ομάδα). Σε κάθε ομάδα δόθηκε ένα σετ Lego Mindstorms NXT για να μπορούν οι μαθητές να γνωρίσουν τις βασικές λειτουργίες του τούβλου NXT, των αισθητήρων, των κινητήρων και των υπολοίπων εξαρτημάτων του σετ, όπως περιγράφονται στο φύλλο εργασίας 1. Ασκήσεις με τους αισθητήρες (1 ώρα) Για την καλύτερη κατανόηση και εξοικείωση των μαθητών με τους κινητήρες και αισθητήρες, στο φύλλο εργασίας 1 υπάρχουν συγκεκριμένες ασκήσεις για όλους τους αισθητήρες, κινητήρες και συμπλήρωση των τιμών σε πίνακες Δεύτερη συνάντηση (2 ώρες) Εξοικείωση με το νέο προγραμματιστικό περιβάλλον (9 λεπτά) Ένας από τους εκπαιδευτές έκανε μια μικρή εισήγηση στο νέο περιβάλλον (με προβολή διαφανειών), στη συνέχεια κάθε ομάδα έχει το δικό της χώρο με ένα σετ της Lego Mindstorms NXT G και έναν Η/Υ που έχει εγκατασταθεί το συγκεκριμένο λογισμικό. Στο φύλλο εργασίας 2 υπάρχουν συγκεκριμένες ασκήσεις που σκοπό έχουν να γνωρίσουν οι μαθητές τις εντολές του νέου περιβάλλοντος και να πειραματιστούν με τον πίνακα διαμόρφωσης. Επίσης, το φύλλο εργασίας 2, έχει ως σκοπό στο να είναι ικανοί οι μαθητές να μεταφορτώσουν ένα πρόγραμμα μέσω του Η/Υ στο τούβλο να το εκτελέσουν και να δουν το αποτέλεσμα. Τέλος, να μπορούν οι μαθητές να κατασκευάσουν μια συγκεκριμένη ρομποτική κατασκευή σύμφωνα με τις οδηγίες του φύλλου εργασιών χρησιμοποιώντας βασικές εντολές. Οι εκπαιδευτές επισκέπτονται 6

61 κάθε ομάδα παρατηρούν τον τρόπο που εργάζονται οι μαθητές και αν χρειαστεί συμβουλεύουν τις ομάδες και κάνουν τις απαραίτητες διευκρινήσεις Τρίτη συνάντηση (2 ώρες) Εξοικείωση και απόκτηση δεξιοτήτων εντολές διακλάδωσης επανάληψης (9 λεπτά) Οι μαθητές με τις δραστηριότητες του φύλλου εργασίας 3 έχουν την ευκαιρία να κατανοήσουν καλύτερα τη λειτουργία και τη χρησιμότητα των αισθητήρων και των εντολών της γλώσσας NXT-G. Παράλληλα με την υλοποίηση των προγραμμάτων χρησιμοποιούν εντολές της γλώσσας NXT-G που αντιστοιχούν σε κλασσικές εντολές προγραμματισμού. Επίσης, με τις οδηγίες του φύλλου εργασίας 3, οι μαθητές δημιουργούν το πρώτο δικό τους όχημα ρομπότ δηλαδή χρησιμοποιούν αισθητήρες και κινητήρες μαζί για να εφαρμόσουν διάφορες ενέργειες στα επόμενα μαθήματα. Σε όλη τη διάρκεια οι εκπαιδευτές επισκέπτονται τις ομάδες εμψυχώνουν, ενθαρρύνουν, συμβουλεύουν και καθοδηγούν. Οι ρόλοι των εκπαιδευτών εναλλάσσονται διαρκώς Τέταρτη συνάντηση (2 ώρες) Προγραμματισμός οχήματος ρομπότ με αισθητήρες (9 λεπτά) Οι μαθητές με τις δραστηριότητες του φύλλου εργασίας 4 έχουν την δυνατότητα να εφαρμόσουν όλες τις εντολές που έμαθαν στα προηγούμενα μαθήματα και να ζωντανέψουν το όχημα- ρομπότ. Κίνηση του ρομπότ εμπρός και πίσω, αποφυγή εμποδίου με την χρήση ενός και δυο αισθητήρων αφής με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς που φαίνονται στον πίνακα του φύλλου εργασίας. Επίσης, κίνηση του οχήματος ρομπότ σε ευθεία πορεία μέχρι να συναντήσει μια μαύρη γραμμή να την αναγνωρίσει με την χρήση του αισθητήρα φωτός και να κάνει κίνηση προς τα πίσω, με επανάληψη της 61

62 διαδικασίας 5 φορές. Στόχος του φύλλου εργασίας είναι ο προγραμματισμός, η δοκιμή, ο πειραματισμός και η επίλυση ενός προβλήματος. Έτσι, ο μαθητής θα έχει την ευκαιρία να αξιολογήσει ο ίδιος τις γνώσεις και δεξιότητες που απέκτησε Πέμπτη συνάντηση (2 ώρες) Προγραμματισμός οχήματος - ρομπότ σύνθετες δομές (9 λεπτά) Οι μαθητές με τις δραστηριότητες του φύλλου εργασίας 5 έχουν την δυνατότητα να εφαρμόσουν σύνθετες δομές. Συγκεκριμένα, με την άσκηση 1, επιδιώκεται η φύλαξη ενός συγκεκριμένου χώρου με τη χρήση αισθητήρα υπερήχων, με την άσκηση 2, η μελέτη κώδικα και η επεξήγηση με τη χρήση αισθητήρα αφής, με την άσκηση 3, η επεξήγηση κώδικα και χρήση αισθητήρα ήχου για εκκίνηση του οχήματος και σταμάτημα με αισθητήρα υπερήχων, με την άσκηση 4, η κίνηση οχήματος ρομπότ «μαύρη γραμμή» με τη χρήση δύο αισθητήρων φωτός, καθώς και πίνακας με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των αισθητήρων. Τέλος με την άσκηση 5 κίνηση οχήματος ρομπότ «μαύρη γραμμή» με την χρήση δυο αισθητήρων αφής λειτουργώντας ως «τηλεκοντρόλ» και πίνακας με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των αισθητήρων και την συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ Έκτη συνάντηση (3 ώρες) Κλείσιμο του επιμορφωτικού σεμιναρίου Διερεύνηση απόψεων Στην τελευταία συνάντηση δόθηκαν στους μαθητές δύο φύλλα εργασιών, φύλλο εργασιών 6α για την αυτοαξιολόγηση των μαθητών και το φύλλο εργασιών 6β το τελικό ερωτηματολόγιο. Στη συνέχεια ακολούθησε ελεύθερη συζήτηση, με σκοπό στόχο, την αξιολόγηση του επιμορφωτικού σεμιναρίου από τους μαθητές, της διδακτικής και παιδαγωγικής αξία της εκπαιδευτικής ρομποτικής στο μάθημα του προγραμματισμού και τη 62

63 διαπίστωση τυχόν δυσκολιών που αντιμετώπισαν σε σχέση με την παραδοσιακή διδασκαλία στο μάθημα του προγραμματισμού. 6.7 Αξιολόγηση Το τελικό ερώτημα είναι αν η συγκεκριμένη εκπαιδευτική δραστηριότητα (σεμινάριο) εκπλήρωσε τους στόχους για τους οποίους υλοποιήθηκε. Για την αξιολόγηση του επιμορφωτικού σεμιναρίου υιοθετήσαμε τις παρακάτω μεθόδους: 1. Την παρατήρηση των ομάδων από τους εκπαιδευτές, από το ημερολόγιο των φύλλων εργασίας, καθώς και από τις επιμέρους συζητήσεις. (μεταξύ εκπαιδευτών μαθητών) 2. Αξιολόγηση των έργων των μαθητών κατά τη διάρκεια των μαθημάτων. 3. Με το ερωτηματολόγιο αυτοαξιολόγησης μαθητή. 4. Με το τελικό ερωτηματολόγιο. 5. Από προσωπικές συζητήσεις μέσα στη τάξη ή στα διαλλείματα, σχετικά με τις εντυπώσεις για το επιμορφωτικό σεμινάριο. 63

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΒΔΟΜΟ Υλοποίηση του κύκλου μαθημάτων Το συγκεκριμένο σεμινάριο με τίτλο «Εκπαιδευτική ρομποτική στην Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση» που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, υλοποιήθηκε σε 6 συναντήσεις στο εργαστήριο πληροφορικής του Ι.Ε.Κ. Φλώρινας. Οι ώρες και οι ημέρες προσαρμόστηκαν στις ανάγκες των μαθητών εκτός προγράμματος σχολείου, ώστε να διασφαλιστεί η ομαλή προσέλευση δεδομένου ότι οι εγκαταστάσεις του σχολικού συγκροτήματος απέχουν από την πόλη 3 χιλιόμετρα και 2 από τους 8 μαθητές διαμένουν εκτός πόλης. Η γνώση των μαθητών σχετικά με την εκπαιδευτική ρομποτική ήταν ανύπαρκτη, εκτός από κάποιες γενικές γνώσεις για τα ρομπότ αυτό άλλωστε αποδεικνύεται και από το πρώτο ερωτηματολόγιο για τη διερεύνηση προϋπάρχουσας γνώσης. 7.1 Διδακτική μεθοδολογία Η διδακτική εφαρμόσθηκε σε μεθοδολογία όλη τη οργάνωσης διάρκεια του δραστηριοτήτων σεμιναρίου, βασίστηκε που στη μαθητοκεντρική και ομαδοσυνεργατική διδασκαλία, στη διερευνητική και ανακαλυπτική μάθηση. Κάθε δραστηριότητα εξελίσσεται και ολοκληρώνεται σε 5 διαδοχικά στάδια: 1. Το στάδιο εμπλοκής, όπου οι μαθητές σκιαγραφούν τα βασικά χαρακτηριστικά του προς επίλυση προβλήματος. 2. Το στάδιο του πειραματισμού, όπου οι μαθητές αποκτούν μέσω του πειραματισμού μια εμπειρία χρήσης της ρομποτικής κατασκευής και του προγραμματιστικού περιβάλλοντος. 3. Το στάδιο της διερεύνησης, στο οποίο οι μαθητές χωρισμένοι σε ομάδες προσπαθούν να λύσουν επιμέρους πτυχές του προβλήματος. 64

65 4. Το στάδιο της σύνθεσης και δημιουργίας, στο οποίο οι μαθητές κάθε ομάδας αξιοποιούν τις εργασίες των άλλων ομάδων προσπαθώντας να συνθέσουν μια λύση για το πρόβλημα. 5. Το στάδιο της αξιολόγησης στο οποίο οι εργασίες των μαθητών παρουσιάζονται και αξιολογούνται με βάση τα κριτήρια που έχουν θέσει οι ίδιοι (Παπανικολάου κ.ά 27). Ο ρόλος των εκπαιδευτών καθ όλη την διάρκεια του σεμιναρίου ήταν: Συμβουλευτικός Εμψυχωτικός Υποστηρικτικός Συντονιστικός Διαρκώς, ενθάρρυναν και επιβράβευαν τις προσπάθειες των μαθητών και ιδιαίτερα τους πιο αδύνατους μαθητές της ομάδας που προσπαθούσε λιγότερο, ενώ διευκρινήσεις δίνονταν μόνο σε εκείνους που το είχαν ανάγκη. 7.2 Προβλήματα & δυσκολίες Οι βασικότερες πληροφορίες όσον αφορά για την ανάδειξη των προβλημάτων καθ όλη τη διάρκεια του σεμιναρίου, ήταν το ημερολόγιο της κάθε συνάντησης του φύλλου εργασίας, καθώς και το τελικό ερωτηματολόγιο. Οι σημαντικότερες δυσκολίες στη μαθησιακή διαδικασία ήταν: Οι αντιλήψεις για τον τρόπο μάθησης εξ αιτίας της συνήθειας του παραδοσιακού τρόπου διδασκαλίας τους εμπόδισε να πάρουν πρωτοβουλία και να εμπλακούν στη διαδικασία μάθησης περιμένοντας οδηγίες από τους εκπαιδευτές. Οι προϋπάρχουσες γνώσεις εμπειρίες των μαθητών στο μάθημα του προγραμματισμού από άλλα κλασσικά περιβάλλοντα, ιδιαίτερα για τους μαθητές της πληροφορικής τους έδινε την αυτοπεποίθηση να εμπλακούν γρήγορα στις δραστηριότητες των φύλλων εργασίας, χωρίς να συμβουλεύονται το υποστηρικτικό υλικό. Επειδή το προγραμματιστικό περιβάλλον της εκπαιδευτικής ρομποτικής NXT-G έχει σημαντικές διαφορές 65

66 από τα κλασσικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα, με αποτέλεσμα να τους δυσκολέψει σε κάποιες εντολές της γλώσσας NXT-G. Η κούραση των μαθητών λόγου του επιβεβαρυμμένου σχολικού προγράμματος της Β τάξης και των φροντιστηρίων λειτούργησε ανασταλτικά. Οι μαθητές δεν είχαν το χρόνο που χρειαζόταν για να διερευνήσουν καλύτερα τη νέα γνώση. Ο φόβος για την αποτυχία και την αξιολόγηση επηρέαζε συναισθηματικά τους μαθητές. Τα παραπάνω προβλήματα ξεπεράστηκαν με τις κατάλληλες διδακτικές παρεμβάσεις των εκπαιδευτών που έδειχναν σεβασμό στον ατομικό ρυθμό μάθησης του κάθε μαθητή, ενθάρρυναν τις ομάδες σε κάθε προσπάθεια να δοκιμάσουν και να πειραματιστούν, χωρίς να φοβούνται το λάθος. Όλοι οι μαθητές κατάφεραν να εξοικειωθούν με τη νέα εκπαιδευτική πλατφόρμα, αποκομίζοντας ταυτόχρονα θετική στάση για την εκπαιδευτική ρομποτική. 66

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Αποτελέσματα Παρά τα όποια προβλήματα και τις δυσκολίες κατά τη διάρκεια του σεμιναρίου, τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από την αξιολόγηση σε ότι αφορά τους στόχους και τους σκοπούς της διδασκαλίας είναι αρκετά ικανοποιητικά. Λόγω της ανομοιογένειας των ομάδων (Πληροφορικής Μηχανολογίας), ιδιαίτερα οι μαθητές του τμήματος μηχανολογίας στην αρχή αντιμετώπισαν με κάποια δυσπιστία την όλη διαδικασία. Κατά την εξέλιξη της διαδικασίας οι μαθητές έμειναν ικανοποιημένοι από τα αποτελέσματα και απεκόμισαν νέες γνώσεις. Το ποσοστό παρακολούθησης των μαθητών καθ όλη τη διάρκεια του σεμιναρίου ήταν αμετάβλητο, δηλαδή δεν υπήρχαν διαρροές και υπήρχε μεγάλο ενδιαφέρον από μέρους τους. Υπήρχε ενθουσιασμός των μαθητών που προκύπτει από τα σχόλιά τους όπως: «Γιατί δεν τα χρησιμοποιούμε στο μάθημα;» «Καταλαβαίνω καλύτερα μια δομή επανάληψης, όταν κάνω το ρομπότ να κάνει κίνηση 2 φορές εμπρός - πίσω και να σταματήσει, γιατί βλέπω το αποτέλεσμα» «Υπάρχει περίπτωση από την επόμενη σχολική χρονιά να μπουν τα LM στο πρόγραμμα του σχολείου;» «Η διάρκεια του σεμιναρίου δεν μπορούσε να είναι μεγαλύτερη;» Η ενασχόληση των μαθητών με την εκπαιδευτική ρομποτική συνετέλεσε: Στην εξοικείωση των μαθητών με τις αρχές του δομημένου προγραμματισμού. Ευκολότερη κατανόηση των προγραμματιστικών εννοιών επιλογής επανάληψης, σε σχέση με τα κλασσικά περιβάλλοντα προγραμματισμού (Basic, Pascal, C). 67

68 Οι προγραμματιστικές έννοιες αποκτούν νόημα, γιατί υπάρχει άμεση ανάδραση (αποτέλεσμα). Οι μαθητές συνέδεαν ταύτιζαν τις δραστηριότητες του ρομπότ με τις αντίστοιχες εντολές από τα κλασσικά περιβάλλοντα προγραμματισμού. Ο ανταγωνισμός, μεταξύ των ομάδων (ευγενούς άμιλλας) βοήθησε στο να κρατηθεί αμείωτο το ενδιαφέρον των μαθητών. Ο παιγνιώδης χαρακτήρας των LM έκανε τους μαθητές περισσότερο δημιουργικούς αντιμετωπίζοντας τον προγραμματισμό του ρομπότ ως ψυχαγωγική δραστηριότητα. Επίσης κατά τη διάρκεια του σεμιναρίου παρατηρήθηκε ότι μεταξύ των μαθητών υπήρχε, συνεργασία ανταλλαγή απόψεων και εμπειριών, δοκιμάζοντας νέους τρόπους μάθησης με αποτέλεσμα να αυξηθεί η αυτοπεποίθηση και η αυτοεκτίμηση τους. Η μεταξύ τους συνεργασία ενίσχυσε την ομαδικότητα και αύξησε την εμπιστοσύνη στον εαυτό τους. Άλλα στοιχεία που συνετέλεσαν σημαντικά στην μάθησή τους, ήταν το εποικοδομητικό περιβάλλον των LM, η άριστη συνεργασία των εκπαιδευτών και των μαθητών, το ενδιαφέρον των εκπαιδευτών να μάθουν οι μαθητές, η δε σωστή οργάνωση των φύλλων εργασίας, καθώς και όλο το υποστηρικτικό υλικό βοήθησε να εμπλέκονται όλοι στην εκπαιδευτική διαδικασία. Επιπλέον, στοιχεία που βοήθησαν στο να επιτευχθεί ή μάθηση ήταν η εμπειρία ή όχι στο μάθημα του προγραμματισμού, το καλό κλίμα και η συνεχής αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών με το νέο μαθησιακό περιβάλλον, η ενθάρρυνση και υποστήριξη των εκπαιδευτών όποτε την χρειάζονταν, καθώς και ο συνδυασμός της νέας γνώσης με την προϋπάρχουσα γνώση σε θέματα προγραμματισμού. Η προϋπάρχουσα γνώση εμπειρία στον προγραμματισμό, αξιοποιήθηκε με επιτυχία στο νέο εκπαιδευτικό ρομποτικό περιβάλλον, ενώ στην αρχή του σεμιναρίου κάποιες φορές δημιούργησε προβλήματα όσον αφορά στην αναγνώριση εντολών της γλώσσας NXT-G, με τις αντίστοιχές των κλασσικών περιβαλλόντων προγραμματισμού. Η γλώσσα οπτικού προγραμματισμού όπως είναι η NXT-G είναι κατάλληλη, για την μεταφορά νέας γνώσης και σύνδεσης με την προϋπάρχουσα γνώση. Οι δυσκολίες που αντιμετώπισαν οι μαθητές με τη 68

69 ρομποτική γλώσσα NXT-G, διδακτικό υλικό ξεπεράστηκε μέχρι την ολοκλήρωση του σεμιναρίου. Αποδείχθηκε έτσι, ότι για την εξοικείωση με το νέο εκπαιδευτικό περιβάλλον έπρεπε να παρέλθει κάποιο χρονικό διάστημα. Τέλος τα αρνητικά σημεία του σεμιναρίου μπορεί να θεωρηθούν η τοποθέτηση των συναντήσεων εκτός του ωρολογίου προγράμματος και η μικρή διάρκεια αυτών. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα σε γραφήματα του Excel των 8 μαθητών, 4 στην ομάδα Α και 4 στην ομάδα Β Αυτοαξιολόγη των μαθητών Πίνακας 5. Αποτελέσματα από το ερωτηματολόγιο αυτοαξιολόγησης των μαθητών Αποτελέσματα Σκοποί - Στόχοι Συνεργασία-Ομάδας Συνδυασμός διδακτικών αντικειμένων Ευκολία - ενδιαφέρον των ρομπότ Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ 2 Πάρα Πολύ Σκοποί - Στόχοι 6 Συνεργασία-Ομάδας 5 4 Συνδυασμός διδακτικών αντικειμένων 3 2 Ευκολία - ενδιαφέρον των ρομπότ 1 Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα Πολύ Εικόνα 24. Γράφημα αποτελεσμάτων ερωτηματολογίου αυτοαξιολόγησης των μαθητών με βάση τις απαντήσεις του πίνακα 5. 69

70 Πίνακας 6. Αποτελέσματα από το τελικό ερωτηματολόγιο των μαθητών Τελικά αποτελέσματα 1ο Μέρος Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα Πολύ Είναι εύχρηστο το περιβάλλον NXT 2 6 Το NXT υλοποιεί κατανοητά τις δομές επιλογής - επανάληψης 2 6 Το υλικό επιμόρφωσης ήταν ικανοποιητικό 2 6 Τα φύλλα εργασίας σας βοήθησαν 2 6 Το μαθησιακό περιβάλλον σας βοήθησε στην μάθηση 2 6 Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα πολύ Δυσκολευτήκατε στην κατανόηση των εντολών NXT-G 3 5 Δυσκολευτήκατε στην υλοποίηση των δομών επιλογής - επανάληψης 3 5 Δυσκολευτήκατε στα φύλλα εργασιών Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα πολύ Ο μαθητής συμμετέχει ενεργά στη μάθηση Ο μαθητής ανακαλύπτει μόνος του τη νέα γνώση Η ρομποτική υποστηρίζει την επίλυση αυθεντικών προβλημάτων 4 4 Η νέα γνώση προκύπτει παθητικά 8 ο 2 Μέρος Δυσκολευτήκατε στην κατασκευή ρομπότ Δυσκολευτήκατε στην κατανόηση λειτουργίας των κινητήρωναισθητήρων Σας δυσκόλεψαν οι κατασκευές door alarm, corna, όχημα ρομπότ Σας δυσκόλεψε το φύλλο εργασίας 1 Πόσο δύσκολη θα χαρακτηρίζατε την άσκηση control move στο φύλλο εργασίας 5 Ήταν δύσκολες οι δραστηριότητες στα φύλλα 2,3,4 για την υλοποίηση των δομών ο 3 Μέρος Πιστεύετε ότι ενισχύει την συνεργασία της ομάδας Ο καθηγητής μεταφέρει τη νέα γνώση 7

71 Αποτελέσματα από το τελικό ερωτηματολόγιο της επιμόρφωσης ομαδοποιημένα σε 3 κατηγορίες: ευχρηστία περιβάλλοντος, δυσκολίες που αντιμετώπισαν και παθητική ενεργητική μάθηση. 7 Είναι εύχρηστο το περιβάλλον NXT 6 Το NXT υλοποιεί κατανοητά τις δομές επιλογής επανάληψης 5 4 Το υλικό επιμόρφωσης ήταν ικανοποιητικό 3 2 Τα φύλλα εργασίας σας βοήθησαν 1 Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα Πολύ Το μαθησιακό περιβάλλον σας βοήθησε στην μάθηση Εικόνα 25. Γράφημα αποτελεσμάτων ευχρηστίας περιβάλλοντος 1ο μέρους του πίνακα 6 με βάση τις απαντήσεις των μαθητών στο τελικό ερωτηματολόγιο. 71

72 9 Δυσκολευτήκατε στην κατασκευή ρομπότ 8 Δυσκολευτήκατε στην κατανόηση λειτουργίας των κινητήρων-αισθητήρων 7 Δυσκολευτήκατε στην κατανόηση των εντολών NXT-G 6 Δυσκολευτήκατε στην υλοποίηση των δομών επιλογής - επανάληψης 5 Δυσκολευτήκατε στα φύλλα εργασιών 4 Σαςδυσκόλεψαν οι κατασκευές door alarm, corna, όχημα ρομπότ 3 Σαςδυσκόλεψε το φύλλο εργασίας Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα πολύ Πόσο δύσκολη θα χαρακτηρίζατε την άσκηση control move στο φύλλο εργασίας 5 Ήταν δύσκολες οι δραστηριότητες στα φύλλα 2,3,4 για την υλοποίηση των δομών Εικόνα 26. Γράφημα αποτελεσμάτων δυσκολίες που αντιμετώπισαν 2 ο μέρους του πίνακα 6 με βάση τις απαντήσεις των μαθητών στο τελικό ερωτηματολόγιο. 72

73 9 Ο μαθητής συμμετέχει ενεργά στη μάθηση 8 7 Ο μαθητής ανακαλύπτει μόνος του τη νέα γνώση 6 5 Πιστεύετε ότι ενισχύει την συνεργασία της ομάδας 4 Ο καθηγής μεταφέρει τη νέα γνώση Καθόλου Λίγο Μέτρια Πολύ Πάρα πολύ Η ρομποτική υποστηρίζει την επίλυση αυθεντικών προβλημάτων Η νέα γνώση προκύπτει παθητικά Εικόνα 27. Γράφημα αποτελεσμάτων παθητική ενεργητική μάθηση του 3ο μέρους του πίνακα 6 με βάση τις απαντήσεις των μαθητών στο τελικό ερωτηματολόγιο 8.2 Συμπεράσματα Προτάσεις Οι μαθητές που συμμετείχαν στο επιμορφωτικό σεμινάριο ήταν ενθουσιασμένοι και πολύ ικανοποιημένοι με τις δραστηριότητες των φύλλων εργασίας και φάνηκε ότι θέλουν να μάθουν περισσότερα για την συγκεκριμένη τεχνολογία των Lego Mindstorms. Όπως έχει αναφερθεί στην αρχή της εργασίας, πολλές έρευνες έχουν δείξει ότι ο προγραμματισμός αποτελεί στην πλειονότητα των μαθητών μια όχι τόσο ελκυστική δραστηριότητα, αν και κάποιοι μαθητές δείχνουν ενδιαφέρον. Στη χώρα μας το Υπουργείο Παιδείας αντιμετωπίζει το μάθημα του προγραμματισμού ως μια γνωστική διαδικασία με στόχο την ανάπτυξη δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου. Επίσης, σύμφωνα με τον Papert, ο προγραμματισμός αποτελεί ένα εκπαιδευτικό εργαλείο καλλιέργειας και 73

74 ανάπτυξης νοητικών δεξιοτήτων στους μαθητές, καθώς και τη βάση ανάπτυξης ενός δομημένου τρόπου σκέψης και αντιμετώπισης προβλημάτων σε όλα σχεδόν τα γνωστικά αντικείμενα. Ο προγραμματισμός με τα LM δε θυμίζει σε τίποτα αυτόν που χρησιμοποιείται στα κλασσικά περιβάλλοντα προγραμματισμού. Με τα LM ο μαθητής μπορεί εύκολα σέρνοντας και αφήνοντας εικονίδια που αντιστοιχούν σε εντολές μέσα σε ένα περιβάλλον οπτικού προγραμματισμού και εξόδου αποτελεσμάτων, να δημιουργήσει το δικό του πρόγραμμα, δηλαδή μια αλληλουχία εικονοεντολών που επιβάλλουν στην κατασκευή να έχει τη συμπεριφορά που αυτός επιθυμεί (Cliburn, 26). Δε χρειάζεται να θυμάται εντολές, πρέπει μόνο να τις θέτει σε σωστή σειρά, η οποία θα καθορίσει τον τρόπο συμπεριφοράς και αντίδρασης της κατασκευής με βάση τα σήματα που λαμβάνουν οι αισθητήρες που υπάρχουν σε αυτή. Για τη δημιουργία εκπαιδευτικών και επιμορφωτικών σεμιναρίων και για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων, θα πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη κάποιοι παράγοντες όπως: 1. Ο ελεύθερος χρόνος των υποψηφίων που θα συμμετέχουν. 2. Οι στόχοι του σεμιναρίου να είναι κοντά στους στόχους των συμμετεχόντων. 3. Κατάλληλα οργανωμένο μαθησιακό περιβάλλον για την καλύτερη επίτευξη των εκπαιδευτικών στόχων. 4. Συνεχή ενθάρρυνση από την πλευρά των εκπαιδευτικών για ενεργό συμμετοχή. 5. Διδακτικές μέθοδοι που θα συμβάλλουν στη δημιουργία κλίματος ενεργητικής μάθησης. 6. Πρακτική άσκηση των εμπλεκομένων για την απόκτηση ανάπτυξη δεξιοτήτων. 7. Πιθανόν κάποιο μικρό κενό διάστημα μεταξύ των συναντήσεων για επεξεργασία της νέας γνώσης 8. Κατάλληλα δομημένα φύλλα εργασιών και υποστηρικτικό υλικό. Παράγοντες που πρέπει να αποφεύγονται, οι οποίοι μπορεί να παρεμποδίσουν την απόκτηση νέας γνώσης είναι: 74

75 1. Άγχος για την αξιολόγηση. 2. Έλλειψη εμπιστοσύνης & αυτοεκτίμησης. 3. Μη αποδοχή των μεθόδων μάθησης. 4. Ο μεγάλος αριθμός των συναντήσεων μέσα στην εβδομάδα. 5. Η μικρή διάρκεια των επιμέρους συναντήσεων και του προγράμματος. 6. Να αποφεύγονται μακροχρόνια επιμορφωτικά σεμινάρια γιατί κουράζουν με αποτέλεσμα, η ενεργή συμμετοχή των επιμορφούμενων να μην είναι αυτή που πρέπει. 7. Να αποφεύγονται μικρά επιμορφωτικά σεμινάρια, γιατί έχουν εντατικοποιημένο πρόγραμμα με αποτέλεσμα να μην υπάρχει ο απαραίτητος χρόνος για αφομοίωση της νέας γνώσης. Τέλος για την ανάπτυξη αποτελεσματικών επιμορφωτικών σεμιναρίων με αντικείμενο την εκπαιδευτική ρομποτική πρέπει το περιβάλλον μάθησης να ενσωματώνει τις αρχές του κονστρουκτιβισμού, του επικοδομητισμού και μάθησης που θα βασίζεται στην επίλυση προβλημάτων με προσωπικό νόημα για τους μαθητές. Ένα τέτοιο περιβάλλον μάθησης θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα ισορροπημένο σύνολο συνεργατικών, μαθησιακών και διδακτικών προσεγγίσεων δίνοντας έμφαση σε μαθησιακές δραστηριότητες. Κλείνοντας, μπορούμε πλέον να αναφέρουμε ότι, οι ρομποτικές κατασκευές Lego Mindstorms, με το κατάλληλο παιδαγωγικό πλαίσιο συμβάλλουν πραγματικά στη διδασκαλία του μαθήματος του προγραμματισμού. 75

76 ΞΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ackerman, E., 21. Piaget s constructivism, Papert s constructionism: what s the difference? Future of Learning Group Publication, αναρτήθηκε 2/1/28http://learning.media.mit.edu/content/publication/E.A.Piaget%2_ %2Papert.pdf. Bauerle, A. & Gallagher, M. 23. Toying With Technology: Bridging the Gap Between Education and Engineering. In C. Crawford et al. (Eds.), Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference 23 (pp ). Chesapeake, VA: AACE. Bers, M.U., Ponte, I., Juelich, C., Viera, A. & Schenker, J. 22. Teachers as Designers: Integrating Robotics in Early Childhood Education. Information Technology in Childhood Education Annual, 22(1), Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational Researcher, 18(1), Brusilovsky P., Calabrese E., Hvorecky E., Kouchnirenko A. & Miller P. (1999), Mini-languages: A way to learn programming principles, Education and Information Technologies, 2(1), Carey, S. (2), Science educations as conceptual change, Journal of Applied Developmental Psycholog. 21(1), Carlisle, E. G., 2. Experiences with Novices: The Importance of Graphical Representations in Supporting Mental Models. 12th Workshop of the Psychology of Programming Interest Group, 33-44, Cozenza, Italy. Chambers, J.M. & Carbonaro, M. 23. Designing, Developing, and Implementing a Course on LEGO Robotics for Technology Teacher Education. Journal of Technology and Teacher Education, 11(2), Norfolk, VA: AACE. Chi, M., Slotta, J. & Leeuw, N. (1994), From things to processes: a theory of conceptual change for learning science concepts, Learning and Instruction, 4, Cliburn, D. (26). An Introduction to the Lego Mindstorms. Proceedings of the 39th Annual Conf. of the Association of Small Computer Users in Education, pp Du Boulay, B Some Difficulties Of Learning To Program, In Studying The Novice Programmer, Soloway, E., Sprohrer, J. (Eds.) Lawrence Erlbaum Associates,

77 Eguchi, A. 27. Educational Robotics for Elementary School Classroom. In R. Carlsen et al. (Eds.), Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference 27 (pp ). Chesapeake, VA: AACE. Harel, I., & Papert, S Constructionism. NJ: Ablex. Jonassen, D. H. 2. Computers as mindtools for schools: Engaging critical thinking (2nd ed). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. Hirst, J. A., Johnson, J., Petre, M., Price, A. B., & Richards, M., 22. What is the best programming environment/language for teaching robotics using Lego Mindstorms?. Proceedings of the 7th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan. Kafai, Y., & Resnick, M., Constructionism in Practice: Designing, Thinking, and Learning in a Digital World. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum. Ma, Y., Williams, D., Lai, G., Prejean, L. & Ford, M.J. 28. Integrating Storytelling into Robotics Challenges that Teach Mathematics. In K. McFerrin et al. (Eds.), Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference 28 (pp ). Chesapeake, VA: AACE. McCartney, R. (1996), Introduction to robotics in computer science and engineering education, Computer Science Education, 7(2), Miglino, O., Lund, H.H. & Cardaci, M Robotics as an Educational Tool. Journal of Interactive Learning Research, 1(1), Charlottesville, VA: AACE Papert, S Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. N.Y. Basic Books. Papert, S Situating Constructionism. In S. Papert and I. Harel (eds.), Constructionism. Norwood, NJ: Ablex Publishing Corporation. Papert, S Mindstorms: children, computers, and powerful ideas (2 ed.). New York, NY: Basic Books. Piaget, J. Psychology and Epistemology: Towards a Theory of Knowledge. Harmondsworth: Penguin Payne, A Integrating Math, Science and Technology: Teaching Problem-Solving Skills Through Robotics. In Proceedings of International Conference on Mathematics / Science Education and Technology 1999 (pp ). AACE. 77

78 Puntambekar, S., & Kolodner, J. L. (25). Toward implementing distributed scaffolding: Helping students learn science from design. Journal of Research in Science Teaching and Teacher Education, 42(2), Resnick, Μ., Silverman, Β. (25): Some reflections on designing construction kits for kids. in Proceeding of the 25 conference on Interaction design and children, (Boulder, Colorado, June ), pp Resnick, M. & Ocko, S. (1991), Lego/Logo Learning Through and About Design, In Papert, S. & Harel, I. (eds.), Constructionism, New Jersey: Ablex Publishing Corporation, Resnick, M., Martin, F.G., Sargent, R., Silverman, B. (1996): Programmable bricks: Toys to think with. IBM Systems Journal, 35 (3&4), Ringwood, J. V., Monaghan, K. & Maloco, J., (25). Teaching engineering design through Lego Mindstorms. European Journal of Engineering Education, 3:1, Rusk, Ζ. N., Resnick, M., Berg, R. & Pezalla-Granlund, M. 28. New Pathways into Robotics: Strategies for Broadening Participation. Journal of Science Education Technology. 17, Sajaniemi, J., & Kuittinen, Μ. 25. An Experiment on Using Roles of Variables in Teaching Introductory Programming. Computer Science Education, 15(1), Turbak, F. & Berg, R. (22), Robotic Design Studio: Exploring the big ideas of engineering, Liberal Arts Enviroment, Journal of Science Education and Technology, 11(3), Williams, D., Ma, Y. & Prejean, L. 21. A Preliminary Study Exploring the Use of Fictional Narrative in Robotics Activities. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 29(1), Chesapeake, VA: AACE. 78

79 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αλιμήσης, Δ. 28. «Το προγραμματιστικό περιβάλλον Lego Mindstroms ως εργαλείο υποστήριξης εκπαιδευτικών ρομποτικής», 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Διδακτική της Πληροφορικής. σελ Βογιατζάκη, Ε., Χριστακούδης, Χ., Μαργαρίτης, Μ., Αβούρης, Ν. 24. «Διδασκαλία αλγορίθμων σε περιβάλλον συνεργασίας με υπολογιστή», 4ο Συνέδριο ΕΤΠΕ, 29/9-3/1/24, Πανεπιστήμιο Αθηνών. Σελ Γρηγοριάδου, Μ., Γόγουλα, Α., Γουλή, Ε. 24. «Μαθησιακές Δυσκολίες στις Επαναληπτικές Δομές», 4ο Συνέδριο ΕΤΠΕ 29/9-3/1/24. Πανεπιστήμιο Αθηνών σελ Δημητρίου, Α., Χατζηκρανιώτης, Ε. 23. «Η εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο ανάπτυξης ικανοτήτων για την επίλυση προβλημάτων: Εξάσκηση με το περιβάλλον LEGODACTA», 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο των εκπαιδευτικών για τις ΤΠΕ, Σύρος, Μάιος 23. Δελή, Ι.Γ «Επιμόρφωση Καθηγητών Πληροφορικής σε Θέματα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής». Πρακτικά 6ου Πανελληνίου Συνεδρίου, «Διδακτική της Πληροφορικής». Φλώρινα Απριλίου. Σελ Καγκάνη, Κ., Δαγδιλέλης, Β., Σατρατζέμη, Μ., Ευαγγελίδης, Γ. 25. «Μια Μελέτη της Διδασκαλίας του Προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση με τα LEGO Mindstorms». Πρακτικά Εργασιών 3ου Πανελληνίου Συνεδρίου, «Διδακτική της Πληροφορικής» Α. Τζιμογιάννης (επιμ.), Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Κόρινθος 7-9Οκτωβρίου 25. Καρατράντου, Α., Παναγιωτακόπουλος, Χ., Πιερρή, Ε. 26. «Οι Ρομποτικές Κατασκευές LEGO MINDSTROMS στην Κατανόηση Εννοιών Φυσικής στο Δημοτικό Σχολείο». Μια Μελέτη Περίπτωσης Τεχνολογίες της Πληροφορικής και των Επικοινωνιών στην Εκπαίδευση σελ Κάππας, Κ., Μαζέρας, Α., Παπαλεωνίδα, Γ., Ζήβελδης, Α. 22. «Εκπαιδευτική και Παιδαγωγική Προσέγγιση της Αλγοριθμικής και του Προγραμματισμού με τις Τ.Π.Ε και λογισμικά». «Οι Τ.Π.Ε στην Εκπαιδευτική», τόμος Α επιμ. Α. Δημητρακόπουλου, Πρακτικά 3ου Συνεδρίου ΕΤΠΕ, 26-29/9/22, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Ρόδος, Εκδόσεις ΚΑΣΤΑΝΙΩΤΗ, σελ Kaskalis, T.H., Dagdilelis, V., Evangelidis, G., Margaritis, K.G., Implementing Applications on Small Robots for Educational Purposes: Programming the LEGO Mindstorms, In Proceedings of the 5th Hellenic-European Conference on Computer Mathematics and its Applications (HERCMA 1), pp , Athens, September 2-22,

80 Κυνηγός, Χ., Φράγκου, Σ. 2. «Πτυχές της παιδαγωγικής αξιοποίησης της Τεχνολογίας Ελέγχου στην Σχολική Τάξη». 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο, «Οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και της Επικοινωνίας στην Εκπαίδευση».Υπ.Ε.Π.Θ. Β Κ.Π.Σ. ΕΠΕΑΕΚ Ενέργεια ΟΔΥΣΣΕΙΑ Αξιοποίηση των Υπολογιστικών και Δικτυακών Τεχνολογιών στην Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, σελ Ματάνας, Ν., Παπαβασιλείου, Α., Παπαμήτσιου, Ζ η Πανελλήνια Διημερίδα με Διεθνή Συμμετοχή, «Διδακτική της Πληροφορικής», Βόλος 1/1/23-3/11/23, σελ Μπέλλου, Ι., Μικρόπουλος, Τ. 25. «Μία Εναλλακτική Πρόταση για την Εισαγωγή στον Προγραμματισμό στο Γυμνάσιο». Πρακτικά Εργασιών 3ου Πανελληνίου Συνεδρίου, «Διδακτική της Πληροφορικής» Α. Τζιμογιάννης (επιμ.), Πανεπιστημίου Πελοποννήσου, Κόρινθος, 7-9 Οκτωβρίου 25. Ξυνόγαλος, Σ., Σατρατζέμη, Μ. & Δαγδιλέλης, Β. 2. Η εισαγωγή στον προγραμματισμό: Διδακτικές προσεγγίσεις και εκπαιδευτικά εργαλεία, στο Β. Κόμης (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο με Διεθνή Συμμετοχή «Οι ΤΠΕ στην Εκπαίδευση», Πάτρα,2. Παπανικολάου, Κ., Φράγκου, Σ., Αλιμήσης, Δ. 27. «Αναπτύσσοντας ένα πλαίσιο σχεδίασης και εφαρμογής δραστηριοτήτων προγραμματιζόμενων ρομποτικών κατασκευών. Το Έργο TERECoP», στα Πρακτικά του 4ου Συνεδρίου ΤΠΕ στην Εκπαίδευση, Σύρος 4-6 Μαΐου 27, β τόμος σελ Τζαφέστας,Σ.Γ., 212 Επιστήμες / Τεχνολογία Έρευνα: Άρθρο «Ρομπότ και Άνθρωπος Μισός Αιώνας Συμβίωσης», 19 Φεβρουαρίου 212. Τζιμογιάννης, Α., Γεωργίου, Β «Οι δυσκολίες μαθητών δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στην εφαρμογή της δομής ελέγχου για την ανάπτυξη αλγορίθμων. Μία μελέτη περίπτωσης», Πρακτικά 1ου Συνεδρίου ΕΤΠΕ, Ιωάννινα. Τζιμογιάννης, Α., 25. «Προς ένα Παιδαγωγικό Πλαίσιο Διδασκαλίας του Προγραμματισμού στην Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, 3 ο Συνέδριο Διδακτικής της Πληροφορικής», Κόρινθος, Οκτώβριος 25. Τσοβόλας, Σ., Κόμης, Β. 25. «Διδασκαλία Βασικών Προγραμματιστικών Εννοιών στο Περιβάλλον Οπτικού Προγραμματισμού ROBOLAB». Πρακτικά εργασιών 3ου Πανελληνίου Συνεδρίου, «Διδακτική της Πληροφορικής», Α. Τζιμογιάννης (επιμ.), Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, Κόρινθος, 7-9 Οκτωβρίου 25. Φράγκου Σ. (29). Κεφάλαιο 1:Εκπαιδευτική ρομποτική: παιδαγωγικό πλαίσιο και μεθοδολογία ανάπτυξης διαθεματικών συνθετικών εργασιών. 8

81 ΠΗΓΕΣ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ df

82 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ 82

83 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I 83

84 Έντυπο υλικό Λογισμικό LEGO Mindstorms NXT Edu: Δομή Επανάληψης (Loop Block) Η εντολή Loop (Common palette) επαναλαμβάνει τις εντολές που περικλείει στο εσωτερικό της. Το εικονίδιο που φαίνεται στη θέση 1, απεικονίζει το είδος του ελέγχου που ορίστηκε για τον τερματισμό της επανάληψης. Με την επιλογή της Loop, στο κάτω μέρος της οθόνης εμφανίζονται οι ρυθμίσεις της. Στον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής μπορούμε να ορίσουμε τη συνθήκη τερματισμού της επανάληψης (Control). Δηλαδή, αν η ακολουθία εντολών που περικλείει ο βρόγχος θα επαναλαμβάνεται συνεχώς (Forever), για έναν ορισμένο αριθμό επαναλήψεων (Count), για κάποιο χρονικό διάστημα (Time), μέχρι να ικανοποιηθεί μία λογική συνθήκη (Logic) ή μέχρι να συμβεί ένα συγκεκριμένο γεγονός σε κάποιο συγκεκριμένο αισθητήρα (Sensor) πχ. επανάληψη του βρόγχου μέχρι να πατηθεί ο διακόπτης του αισθητήρα αφής (Loop - Touch Sensor). Τέλος, αν τσεκάρουμε την επιλογή εμφάνισης (Show) μετρητή (Counter) θα εμφανιστεί ένα σημείο εξόδου μέσω του οποίου μπορούμε να στείλουμε την τιμή του αριθμού των επαναλήψεων που έχουν γίνει μέχρι τότε ως είσοδο προς κάποιο αντίστοιχο σημείο εισόδου του κατανεμητή δεδομένων (data hub) μιας άλλης εντολής. Για να προσθέσουμε εντολές του προγράμματος στο loop, τις επιλέγουμε και με σύρσιμο τις τοποθετούμε μέσα στο loop το οποίο έχουμε προηγουμένως τοποθετήσει πάνω στην αλυσίδα που συγκρατεί τις εντολές του κώδικα (sequence beam). Στην περίπτωση που καθορίσουμε ο έλεγχος της επανάληψης να γίνει από κάποια λογική τιμή (Logic) θα εμφανιστεί ένα σημείο εισόδου λογικού 84

85 αριθμού. Θα πρέπει να καλωδιώσουμε το σημείο αυτό με κάποιο αντίστοιχο σημείο εξόδου του κατανεμητή δεδομένων (data hub) μιας άλλης εντολής, για να εισάγουμε ένα λογικό όρισμα προς σύγκριση. Επανάληψη μέχρι να από αισθητήρα Με τη συγκεκριμένη εντολή, το τμήμα του προγράμματος που περικλείεται από το Loop θα επαναλβάνεται μέχρι να συμβεί ένα γεγονός στον αισθητήρα «sensor» που καθορίσαμε στον πίνακα των ρυθμίσεων. Πίνακας ρυθμίσεων Δομή Επιλογής (Switch Block) Η εντολή Switch (Common palette) δίνει στο ρομπότ μας τη δυνατότητα λήψης αποφάσεων. Με αυτήν την εντολή το ρομπότ θα ακολουθήσει μία σειρά εντολών ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες πιθανές διαδρομές (μονοπάτια), ανάλογα με τη συνθήκη που θα επικρατεί εκείνη τη στιγμή. Η συνθήκη ελέγχου (Control) που την ορίζουμε από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής, μπορεί να αφορά τον έλεγχο κάποιας τιμής (Value): λογική (Logic), κείμενο (Text) ή αριθμός (Number), ή ακόμα και τον έλεγχο κάποιου αισθητήρα (Sensor) πχ. αν ο αισθητήρας αφής 85

86 (Touch Sensor) πατηθεί ή ο αισθητήρας φωτός (Light Sensor) διαβάσει σκοτάδι κ.α τότε θα εκτελεστεί η σειρά εντολών που έχουμε τοποθετήσει στην πάνω θέση του πλαισίου της εντολής διαφορετικά θα εκτελεστεί το κάτω «μονοπάτι» της Switch. Στην πάνω θέση του πλαισίου της Switch τοποθετούμε με σύρσιμο τις εντολές που θέλουμε να εκτελεστούν όταν η συνθήκη ελέγχου ικανοποιηθεί (δηλαδή, γίνει αληθής), διαφορετικά θα εκτελεστεί η σειρά εντολών που έχουμε τοποθετήσει στην κάτω θέση. Κάθε φορά που επιλέγουμε κάποια τιμή (λογική τιμή, αριθμό ή κείμενο) για τον έλεγχο της ροής του προγράμματος εμφανίζεται ένα σημείο εισόδου (βλέπε, διπλανή εικόνα). Θα πρέπει να καλωδιώσουμε το σημείο αυτό με κάποιο αντίστοιχο σημείο εξόδου του κατανεμητή δεδομένων (data hub) μιας άλλης εντολής, για να εισάγουμε ένα όρισμα προς σύγκριση. Ειδικότερα, στην περίπτωση που δηλώσουμε για έλεγχο μία μεταβλητή τύπου αριθμού ή κειμένου μπορούμε να αλλάξουμε τις τιμές που θα δέχεται αυτή στη συνθήκη σύγκρισης (Conditions). Αν μάλιστα απενεργοποιήσουμε την επιλογή Flat view τότε θα μπορούμε να προσθέσουμε και επιπλέον τιμές για τη συνθήκη σύγκρισης πατώντας το πλήκτρο +, κάτι που θα έχει ως συνέπεια τη δημιουργία επιπλέον διαδρομών. Επίσης, θα αλλάξει η μορφή εμφάνισης της εντολής και στο πάνω μέρος της τώρα θα εμφανίζονται καρτελάκια για τις διαφορετικές διαδρομές της. Επιλογή από αισθητήρα Με την εντολή αυτή αν τη στιγμή που γίνεται ο έλεγχος συμβεί ένα γεγονός σε ένα συγκεκριμένο αισθητήρα Sensor, το πρόγραμμα θα ακολουθήσει τη σειρά των εντολών που βρίσκεται στη πάνω πλευρά, διαφορετικά, αν δεν ικανοποιηθεί η συνθήκη που θέσαμε για τον συγκεκριμένο αισθητήρα, θα ακολουθήσει τη σειρά που βρίσκεται στη κάτω πλευρά. 86

87 Πίνακας ρυθμίσεων Εμφάνιση στην οθόνη NXT (Display Block) Η εντολή Displa y (Common palette) εμφανίζει στην οθόνη του NXT κάποιο κείμενο (Text), κάποια εικόνα (Image), ή κάποιο σχέδιο (Drawing) που έχουμε σχεδιάσει εμείς, ανάλογα με τις επιλογές που θα κάνουμε στην περιοχή Action, στον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής. Επίσης, μπορούμε να ορίσουμε τις συντεταγμένες (X και Y) στην οθόνη του NXT όπου θα θέλαμε να εμφανιστεί το κείμενο, η εικόνα ή το σχέδιο που ορίσαμε. Στον πίνακα ρυθμίσεων, η επιλογή Clear χρησιμοποιείται για καθαρισμό της οθόνης από προηγούμενα περιεχόμενα και την εμφάνιση νέων περιεχομένων. Η παράμετρος Reset καθαρίζει την οθόνη χωρίς την εμφάνιση νέων περιεχομένων. Μπορούμε να ελέγχουμε δυναμικά την εντολή εμφάνισης (Display) συνδέοντάς την με άλλα εικονίδια εντολών, μέσω του κατανεμητή δεδομένων (data hub). Η οθόνη του NXT έχει ανάλυση 1 x 64 εικονοστοιχεία (pixels). Για τη δημιουργία πολύπλοκων σχεδίων τοποθετούμε αρκετά μπλοκ εμφάνισης (Display) στη σειρά με κάθε ένα από αυτά να προσθέτει κάποιο γράφημα, κείμενο, ή συγκεκριμένο σχήμα. Προσοχή! Σε κάποιες περιπτώσεις (πχ. η Display είναι η τελευταία εντολή του προγράμματος ή ακολουθείται από άλλη Display), για να προλάβουμε να δούμε την εικόνα που επιλέξαμε στην οθόνη του NXT θα πρέπει η εντολή αυτή να ακολουθείται από μία εντολή αναμονής για χρόνο (Wait - Time), αλλιώς η εικόνα αυτή θα εμφανιστεί για κλάσμα του δευτερολέπτου. 87

88 Αναμονή για χρόνο και αισθητήρες (Wait Block) Οι εντολές Wait (το εικονίδιο με την κλεψύδρα) (Common palette) κάνουν το ρομποτάκι να περιμένει για κάποιο χρονικό διάστημα (Time) ή μέχρι να συμβεί ένα συγκεκριμένο γεγονός σε κάποιο συγκεκριμένο αισθητήρα (Sensor) πχ. να πατηθεί ο αισθητήρας αφής, πριν εκτελέσουν την αμέσως επόμενη εντολή του προγράμματος. Επιλέγουμε το χρόνο αναμονής σε δευτερόλεπτα (Time) ή κάποιον αισθητήρα (Sensor) και την αντίστοιχη συνθήκη ενεργοποίησής του, από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής: Αναμονή & αισθητήρας φωτός (Wait & Light Sensor) Αυτή η εντολή λέει στο NXT να περιμένει μέχρι η ένταση του φωτός που μετράει ο αισθητήρας φωτός να αυξηθεί πάνω από ή να μειωθεί κάτω από μία αριθμητική τιμή (κατώφλι), αναλόγως τι έχουμε ορίσει εμείς. Στον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής αρχικά καθορίζουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας φωτός. Στη συνέχεια, (στην περιοχή Until) καθορίζουμε τη στάθμη του φωτός που θέλουμε το πρόγραμμα να περιμένει ώσπου αυτή να επιτευχθεί και μετά να προχωρήσει στην εκτέλεση της επόμενης εντολής, μαζί και την περιοχή που μας ενδιαφέρει (πάνω ή κάτω από την τιμή κατωφλίου). Αν αφήσουμε ενεργή την παράμετρο της παραγωγής φωτός (Generate light) τότε ο αισθητήρας φωτός θα εκπέμπει τη δική του υπέρυθρη ακτινοβολία και 88

89 θα μπορεί να ανιχνεύει έμμεσα και χρώματα. Διαφορετικά, αν απενεργοποιήσουμε τη συγκεκριμένη παράμετρο τότε ο αισθητήρας θα μπορεί να ανιχνεύει μόνο την ένταση του φωτός από το περιβάλλον και να διακρίνει το φως από το σκοτάδι. Στο πλαίσιο της ανατροφοδότησης, στην αριστερή πλευρά του πίνακα ρυθμίσεων, μπορούμε να βλέπουμε ανά πάσα στιγμή την τρέχουσα στάθμη του φωτός (με την προϋπόθεση βεβαίως ότι η επικοινωνία του NXT με τον υπολογιστή μας είναι ενεργοποιημένη). Αναμονή & αισθητήρας υπερήχων (Wait & Ultrasonic Sensor) Αυτή η εντολή λέει στο NXT να περιμένει μέχρι η απόσταση από κάποιο εμπόδιο που θα ανιχνευτεί από τον αισθητήρα υπερήχων να αυξηθεί πάνω από ή να μειωθεί κάτω από μία αριθμητική τιμή (κατώφλι). Στον πίνακα ρυθμίσεων καθορίζουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας. Επίσης (στην περιοχή Until) καθορίζουμε την τιμή της απόστασης που θέλουμε το πρόγραμμα να περιμένει ώσπου αυτή να επιτευχθεί και μετά να προχωρήσει στην εκτέλεση της επόμενης εντολής, καθώς και την περιοχή που μας ενδιαφέρει (πάνω ή κάτω από την τιμή κατωφλίου). Η μονάδα μέτρησης της απόστασης μπορεί να οριστεί σε εκατοστά (Centimeters) ή σε ίντσες (Inches). Στο πλαίσιο της ανατροφοδότησης, στην αριστερή πλευρά του πίνακα ρυθμίσεων, μπορούμε να βλέπουμε ανά πάσα στιγμή την τρέχουσα απόσταση από κάποιο εμπόδιο (με την προϋπόθεση βεβαίως ότι η επικοινωνία του NXT με τον υπολογιστή μας είναι ενεργοποιημένη). Αναμονή & χρόνος (Wait & Time) 89

90 Με αυτή την εντολή το NXT θα περιμένει μέχρι να περάσει ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (Time) σε δευτερόλεπτα (Seconds), πριν προχωρήσει στην εκτέλεση της επόμενης εντολής. Αναμονή & αισθητήρας αφής (Wait & Touch Sensor) Αυτή η εντολή λέει στο NXT να περιμένει μέχρι να πατηθεί/ απελευθερωθεί το κουμπί του αισθητήρα αφής (Touch sensor). Στον πίνακα ρυθμίσεων καθορίζουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας. Επίσης δηλώνουμε ποια ενέργεια (Action) στον αισθητήρα αφής μας ενδιαφέρει: πάτημα (Pressed) του διακόπτη του αισθητήρα αφής, απελευθέρωση (Released) ή πάτημα και απελευθέρωση (Bumped), η οποία όταν πραγματοποιηθεί το πρόγραμμα θα συνεχίσει με την εκτέλεση της επόμενης εντολής, αν υπάρχει, αλλιώς το πρόγραμμα θα τερματίσει. Στο πλαίσιο ανατροφοδότησης, στην αριστερή πλευρά του πίνακα ρυθμίσεων, μπορούμε να βλέπουμε ανά πάσα στιγμή την κατάσταση του διακόπτη του αισθητήρα αφής (με την προϋπόθεση βεβαίως ότι η επικοινωνία του NXT με τον υπολογιστή μας είναι ενεργοποιημένη). 9

91 Αναμονή & αισθητήρας ήχου (Wait & Sound Sensor) Αυτή η εντολή λέει στο NXT να περιμένει μέχρι η ένταση του ήχου να αυξηθεί πάνω από ή να μειωθεί κάτω από μία αριθμητική τιμή (κατώφλι). Στον πίνακα ρυθμίσεων καθορίζουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας ήχου (Sound Sensor). Επίσης (στην περιοχή Until) καθορίζουμε την τιμή της στάθμης του ήχου που θέλουμε το πρόγραμμα να περιμένει ώσπου να επιτευχθεί και μετά να συνεχίσει με την εκτέλεση της επόμενης εντολής, καθώς και την περιοχή που μας ενδιαφέρει (πάνω ή κάτω από την τιμή κατωφλίου). Στο πλαίσιο ανατροφοδότησης, στην αριστερή πλευρά του πίνακα ρυθμίσεων, μπορούμε να βλέπουμε ανά πάσα στιγμή την τρέχουσα στάθμη του ήχου (με την προϋπόθεση βεβαίως ότι η επικοινωνία του NXT με τον υπολογιστή μας είναι ενεργοποιημένη). Γενικά, στο εικονίδιο της Wait ανάλογα με τη συνθήκη ελέγχου (Control) που ορίζουμε κάθε φορά εμφανίζεται μαζί με την κλεψύδρα και ένα ακόμη εικονίδιο (διαφορετικό κάθε φορά) που απεικονίζει τη λειτουργία της εντολής πχ. το εικονίδιο της εντολής Wait (Sound Sensor) εμφανίζει μία κλεψύδρα και ένα μικρόφωνο. Ήχος (Sound Block) Η εντολή Sound (Common palette) επιτρέπει στο ρομποτάκι να «μιλήσει», να «τραγουδήσει» ή να κάνει διάφορα ηχητικά εφέ. Από τον πίνακα ρυθμίσεων μπορούμε να καθορίσουμε αν θα γίνει αναπαραγωγή ενός αρχείου ήχου (Sound File) ή ενός τόνου (Tone), καθώς και την 91

92 ένταση της αναπαραγωγής (Volume). Η επιλογή συγκεκριμένου ήχου γίνεται από τη δεξιά πλευρά του πίνακα. Αν ενεργοποιήσουμε την παράμετρο της επανάληψης (Repeat), ο τόνος ή το αρχείο ήχου που επιλέξαμε θα αναπαράγεται ξανά και ξανά. Για να σταματήσουμε την αναπαραγωγή ήχων που συνεχίζουν να παίζουν επιλέγουμε την παράμετρο της διακοπής (Stop). Με την επιλογή Wait for Completion από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής, ο ήχος θα ολοκληρωθεί πριν το πρόγραμμα προχωρήσει στην εκτέλεση της επόμενης εντολής, διαφορετικά ο ήχος θα συνεχίσει να παίζει ενώ θα εκτελείται ταυτόχρονα η επόμενη εντολή του προγράμματος. Οι ήχοι ακούγονται από το μεγάφωνο του NXT όταν τρέχουμε το πρόγραμμα. Για να συνθέσουμε μια μελωδία πρέπει να τοποθετήσουμε αρκετές εντολές ήχου (Sound) στη σειρά με κάθε μία από αυτές να παίζει ένα διαφορετικό τόνο. Λαμπτήρας (Lamp Block) Με την εντολή Lamp (Complete palette/ Action) επιτυγχάνεται ο έλεγχος του λαμπτήρα που έχουμε συνδέσει σε κάποια ελεύθερη θύρα εξόδου του NXT. Στον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής καθορίζουμε τη θύρα (Port) σύνδεσης του λαμπτήρα, αν θα ανάβει (On) ή αν θα είναι κλειστός (Off) καθώς και την ένταση του φωτός που θα εκπέμπει (Intensity). 92

93 Κάθε φορά που χρησιμοποιούμε λαμπτήρα χρειαζόμαστε μία εντολή Lamp για να τον ανάψουμε (On) και μία ακόμη Lamp για να τον σβήσουμε (Off). Για τη σύνδεση του λαμπτήρα στο NXT απαιτείται ένα καλώδιο μετατροπέα. Παράλληλη εκτέλεση εντολών (Parallel Sequence Beam) Για τη δημιουργία παράλληλης αλυσίδας (βλέπε, διπλανή εικόνα) επιλέγουμε το σημείο έναρξης του προγράμματος και σέρνουμε το ποντίκι μας προς την κατεύθυνση (πάνω ή κάτω) που θέλουμε να δημιουργήσουμε την παράλληλη συνδετική δοκό (Parallel Sequence Beam). Όταν εκτελεστεί το πρόγραμμα, οι εντολές στις δύο αλυσίδες θα εκτελεστούν παράλληλα. Επίσης, δημιουργήσουμε μπορούμε μία να παράλληλη αλυσίδα σε οποιοδήποτε σημείο του προγράμματος με σύρσιμο και με πατημένο το πλήκτρο Shift (βλέπε, διπλανή εικόνα). Αισθητήρες (Sensors) Οι αισθητήρες (Complete palette/ Sensor) συλλέγουν δεδομένα από το κοντινό περιβάλλον του ρομπότ και στέλνουν τις πληροφορίες αυτές στο μικροϋπολογιστή NXT του ρομπότ μας. Έτσι, του δίνουν τη δυνατότητα να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του (πχ. ένας αισθητήρας αφής ενημερώνει το NXT για την κατάσταση του διακόπτη του - αν είναι πατημένος ή όχι -, πληροφορώντας το για το αν έχει πέσει ή όχι πάνω σε ένα εμπόδιο) και να 93

94 παίρνει ανάλογες αποφάσεις (ανάλογα με το πρόγραμμα που έχουμε δημιουργήσει) για το πώς πρόκειται να αντιδράσει. Με τους αισθητήρες το ρομπότ αισθάνεται και αντιδρά περίπου όπως εμείς. Αισθητήρας υπηρήχων ή απόστασης (Ultrasonic Sensor) Με την εντολή Ultrasonic Sensor μπορούμε να πάρουμε πληροφορίες για την απόσταση στην οποία βρίσκεται κάποιο εμπόδιο, τοποθετημένο μπροστά από το σόναρ (αισθητήρα υπερήχων ή απόστασης) του ρομπότ μας. Χρησιμοποιώντας καλωδίωση δεδομένων μπορούμε να στείλουμε την τρέχουσα τιμή της απόστασης από ένα εμπόδιο σε ένα άλλο μπλοκ εντολής καθώς και ένα λογικό αριθμό βασισμένο στο γεγονός εάν η στάθμη αυτή είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από μία συγκεκριμένη αριθμητική τιμή που καθορίζουμε εμείς ως σημείο κατωφλίου (πχ. σύμφωνα με την παρακάτω εικόνα η εντολή θα μας επιστρέψει το λογικό σήμα true όταν η απόσταση από ένα εμπόδιο γίνει μικρότερη από 5 ίντσες). Από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής ορίζουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας απόστασης, το σημείο κατωφλίου και την περιοχή που μας ενδιαφέρει (πάνω ή κάτω από την τιμή κατωφλίου) (Distance). Η μονάδα μέτρησης της απόστασης μπορεί να οριστεί σε εκατοστά (Centimeters) ή σε ίντσες (Inches). Στο πλαίσιο ανατροφοδότησης, στην αριστερή πλευρά του πίνακα ρυθμίσεων, μπορούμε να βλέπουμε ανά πάσα στιγμή την τρέχουσα απόσταση από κάποιο εμπόδιο (με την προϋπόθεση βεβαίως ότι η επικοινωνία του NXT με τον υπολογιστή μας είναι ενεργοποιημένη). 94

95 Η μέγιστη απόσταση στην οποία μπορεί να λειτουργήσει το σόναρ είναι 25 cm (1 inches). Πρέπει να καλωδιώσουμε ένα τουλάχιστον σημείο εξόδου του κατανεμητή δεδομένων (data hub) της εντολής αυτής, προς κάποιο αντίστοιχο σημείο εισόδου μιας άλλης εντολής για να πάρουμε πληροφορίες από αυτή την εντολή. Χρήση Μεταβλητών (Variable Block) Η εντολή Variable (Complete palette/ Data) μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε μεταβλητές για να αποθηκεύσουμε διάφορες τιμές. Η τιμή μιας μεταβλητής μπορεί να μεταβάλλεται οποιαδήποτε στιγμή ως αποτέλεσμα της εξόδου άλλων εντολών, μέσω καλωδίωσης δεδομένων. Κάποιες άλλες εντολές μπορούν να διαβάσουν την τρέχουσα τιμή της μεταβλητής ως είσοδό τους, μέσω καλωδίωσης δεδομένων. Από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής επιλέγουμε τη μεταβλητή που επιθυμούμε να χρησιμοποιήσουμε από μία λίστα (List) λαμβάνοντας υπόψη το είδος των δεδομένων που θα δέχεται η μεταβλητή μας ανάμεσα σε κείμενο (Text), αριθμό (Number) ή λογικό αριθμό (Logic). Επίσης, ορίζουμε και την ενέργεια (Action) που θα συμβεί: άν θέλουμε να διαβάσουμε την τιμή της μεταβλητής επιλέγουμε ανάγνωση (Read) ενώ αν θέλουμε να δώσουμε μία νέα τιμή στη μεταβλητή μας επιλέγουμε εγγραφή (Write). Στη δεύτερη περίπτωση μπορούμε να δώσουμε μία τιμή (Value) μέσα από τον πίνακα ρυθμίσεων ή εναλλακτικά, να περάσουμε την τιμή από το σημείο εισόδου # που εμφανίζεται στην αριστερή πλευρά του κατανεμητή δεδομένων της μεταβλητής. 95

96 Για τη δημιουργία μίας νέας μεταβλητής υπάρχει η επιλογή Define Variables στο μενού Edit του λογισμικού. Ο κατανεμητής δεδομένων (data hub) ανοίγει αυτόματα μόλις τοποθετήσουμε την εντολή Variable στην περιοχή εργασίας. Μετατροπή αριθμού σε κείμενο (Number to Text Block) Η εντολή Number to Text (Complete palette/ Advanced) μετατρέπει κάποιον αριθμό σε κείμενο, ώστε να μπορεί να προβληθεί στην οθόνη του NXT (αυτό το κάνουμε διότι οι αριθμοί δεν μπορούν να προβληθούν απευθείας στην οθόνη του NXT). Τον αριθμό μπορούμε να τον πληκτρολογήσουμε στο αντίστοιχο πεδίο (Number) του πίνακα ρυθμίσεων ή να δοθεί ως είσοδος μέσω «καλωδίωσης» από άλλες εντολές. Χρήση κειμένου (Text Block) Με την εντολή Text (Complete palette/ Advanced) μπορούμε να ομαδοποιήσουμε έναν αριθμό χαρακτήρων ως μία οντότητα κειμένου. Οι χαρακτήρες αυτοί μπορεί να είναι γράμματα, ειδικοί χαρακτήρες όπως σύμβολα και σημεία στίξης ή και αριθμοί. Το κείμενο αυτό στη συνέχεια μπορούμε να το στείλουμε να προβληθεί στην οθόνη (Display) του NXT. Η εντολή αυτή δέχεται ως ορίσματα τρεις ομάδες χαρακτήρων A, B και C. Τα ορίσματα δοθούν ως αυτά μπορούν είσοδοι και να μέσω καλωδίωσης από άλλες εντολές. Το σχηματιζόμενο κείμενο μπορεί να αξιοποιηθεί μέσω της εξόδου T του κατανεμητή δεδομένων της εντολής (βλέπε, παρακάτω εικόνα) και να σταλεί ως είσοδος σε άλλες εντολές του προγράμματος. 96

97 Για το σχηματισμό μεγάλων προτάσεων μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε πολλές εντολές κειμένου (Text) στη σειρά, προσθέτοντας και τα κενά στα σημεία που χρειάζεται. Μαθηματικές πράξεις (Math Block) Η εντολή Math (Complete palette/ Data) εκτελεί μία απλή μαθηματική πράξη ανάμεσα σε δύο πραγματικούς αριθμούς και δίνει το αποτέλεσμα της πράξης μέσω της καλωδίωσης δεδομένων. Οι μαθηματικές πράξεις (Operation) που μπορεί να εκτελέσει η εντολή Math είναι: Πρόσθεση (Addition), Αφαίρεση (Subtraction), Πολλαπλασιασμός (Multiplication), Διαίρεση (Division), Απόλυτη τιμή (Absolute Value), Τετραγωνική ρίζα (Square Root). Τα δεδομένα που επεξεργάζεται η συγκεκριμένη εντολή μπορούν να δοθούν από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής μέσω των ορισμάτων A, Β. Για να αξιοποιήσουμε όμως κατάλληλα την επιβάλλεται να εντολή δοθεί αυτή, δυναμικά ένα τουλάχιστον μέσω των όρισμα καλωδιακών δεδομένων εισόδου Α και Β. Στην έξοδο # του κατανεμητή δεδομένων της εντολής στέλνεται το αποτέλεσμα της πράξης προς κάποια άλλη εντολή, μέσω καλωδίωσης δεδομένων. 97

98 Κίνηση (Motor Block) Η εντολή Motor (Complete palette/ Action) ελέγχει την κίνηση ενός κινητήρα που είναι συνδεδεμένος σε κάποια θύρα εξόδου (A, B, ή C) του NXT μας. Από τον πίνακα ρυθμίσεων της εντολής πρώτα επιλέγουμε τη θύρα (Port) στην οποία είναι συνδεδεμένος ο κινητήρας που μας ενδιαφέρει. Στη συνέχεια, επιλέγουμε την κατεύθυνση (Direction) της περιστροφής του κινητήρα ή την λήξη της περιστροφής, την ισχύ του κινητήρα (Power) καθώς και τη διάρκεια περιστροφής του (Duration). Η διάρκεια μπορεί να οριστεί σε μοίρες περιστροφής (Degrees), σε πλήρεις περιστροφές (Rotations) ή σε δευτερόλεπτα (Seconds). Ακόμη, μπορούμε να ρυθμίσουμε τη διάρκεια της κίνησης σε απεριόριστη (Unlimited). Στην περίπτωση που ορίσουμε την περιστροφή του κινητήρα να είναι περιορισμένης διάρκειας, τότε μπορούμε να ορίσουμε αν με το πέρας της κίνησης ο κινητήρας θα φρενάρει αστραπιαία (Brake) ή αν θα συνεχίσει να ολισθαίνει (Coast) μέχρι να σταματήσει, λόγω τριβής, ενώ θα έχει αρχίσει η εκτέλεση της επόμενης εντολής. Μία πλήρης περιστροφή του κινητήρα είναι 36 μοίρες και αντιστοιχεί σε μία περιστροφή της ρόδας όταν ο κινητήρας συνδέεται απευθείας με τη ρόδα, με άξονα. Η προηγούμενη πρόταση δεν ισχύει όταν κατασκευάσουμε ρομπότ με ένα συνδυασμό από γρανάζια και κινητήρες για τον έλεγχο της κίνησής του. Είσοδος και έξοδος εντολών με τους κατανεμητές δεδομένων (Data Hubs) Στην πλειοψηφία των εντολών αν κάνουμε κλικ πάνω στην εσοχή που διακρίνεται στο κάτω μέρος των εικονιδίων τους εμφανίζεται μία προέκτασή τους η οποία είναι γνωστή με το όνομα κατανεμητής δεδομένω ν (data hub). Ο 98

99 κατανεμητής δεδομένων μας επιτρέπει να ενώσουμε με καλωδίωση (data wires) δύο εντολές χρησιμοποιώντας τα αντίστοιχα σημεία ένωσής τους (data plugs). Για να ενώσουμε δύο εντολές μεταξύ τους, ξεκινάμε μία καλωδίωση από ένα σημείο ένωσης του κατανεμητή δεδομένων της πρώτης εντολής και την τερματίζουμε σε ένα αντίστοιχο σημείο ένωσης στον κατανεμητή της δεύτερης εντολής. Μέσω αυτής της καλωδίωσης οι εντολές μπορούν να ανταλλάξουν πληροφορίες όπως κείμενο, αριθμούς κ.α. Τα καλώδια που καταλήγουν στα σημεία ένωσης στην αριστερή πλευρά του εικονιδίου της εντολής, μεταφέρουν δεδομένα εισόδου στην εντολή από άλλες εντολές. Για την έξοδο δεδομένων από μία εντολή σε άλλες δημιουργούμε συνδέσεις με καλώδια αυτή τη φορά από την δεξιά πλευρά του εικονιδίου της εντολής που κάνει έξοδο, τα οποία καταλήγουν στα σημεία ένωσης εισόδου άλλων εντολών. Ένας αρχάριος χρήστης μπορεί να δημιουργήσει πρόγραμμα χωρίς να χρησιμοποιήσει καθόλου τους κατανεμητές δεδομένων. Στους κατανεμητές όμως κρύβεται η πραγματική δυναμική του προγραμματιστικού περιβάλλοντος, με τη βοήθεια των οποίων μπορούμε να προσδώσουμε στο ρομπότ μας πολύπλοκες συμπεριφορές. Η καλωδίωση δεδομένων παρουσιάζει σφάλμα όταν προσπαθήσουμε να συνδέσουμε τα σημεία ένωσης δύο εντολών διαφορετικού τύπου δεδομένων. Σε περίπτωση σφάλματος η καλωδίωση εμφανίζεται με μία μαύρη γραμμή, διαφορετικά είναι χρωματισμένη ανάλογα με τον τύπο δεδομένων που μεταφέρει πχ. για κείμενο έχει χρώμα κόκκινο. 99

100 Κατασκευή & δοκιμή Προγράμματος 1. Ανοίγουμε το λογισμικό LEGO Mindstorms Edu NXT. 2. Δημιουργούμε ένα κενό αρχείο. 3. Ξεκινάμε από την περιοχή start σέρνοντας στο σημείο αυτό την εντολή που θα εκτελεστεί πρώτη. Οι εντολές βρίσκονται στα αριστερά του παραθύρου (στις 3 παλέτες) (βλέπε, παρακάτω εικόνα). 1

101 Με απλή κατάδειξη σε κάθε εικονίδιο εντολής εμφανίζεται το όνομά της που περιγράφει τη λειτουργία της (βλέπε, παρακάτω εικόνα). 4. Στη συνέχεια με τον ίδιο τρόπο τοποθετούμε και τις υπόλοιπες εντολές, με τη σειρά που θέλουμε να εκτελεστούν, πάνω στην αλυσίδα (sequence beam) που τις συνδέει. 5. Για παράλληλη εκτέλεση εντολών δημιουργούμε παράλληλες αλυσίδες. 6. Ρυθμίζουμε κατάλληλα τις ιδιότητες/ ρυθμίσεις της εντολής που εισάγουμε κάθε φορά στην περιοχή εργασίας, από τον πίνακα ρυθμίσεων (ο πίνακας με τις παραμέτρους της εντολής εμφανίζεται με την επιλογή ή την απλή κατάδειξη της εντολής, στο κάτω μέρος της οθόνης). 7. Αποθηκεύουμε το πρόγραμμα σε αρχείο.rbt. 8. Δοκιμάζουμε το πρόγραμμα που υλοποιήσαμε, στο NXT του ρομπότ μας (Download & Run, για λήψη και εκτέλεση μαζί). Εκτός από το παραπάνω βοηθητικό υλικό που δόθηκε στους μαθητές, επιδείχθηκε και άλλο μέσα από διαφάνειες και Tutorials. 11

102 Ερωτηματολόγιο (για την πρώτη συνάντηση ) Ονοματεπώνυμο: (προαιρετικά) Σχολείο: Γνωστικό αντικείμενο : Εισαγωγή στην Εκπαιδευτική Ρομποτική Διάρκεια :15 λεπτά Στόχος : Διερεύνηση προηγούμενων γνώσεων Με το ερωτηματολόγιο αυτό θέλουμε να διαπιστώσουμε τις γνώσεις και τις εμπειρίες σας σχετικά με το παραπάνω θέμα. 1. Ποιες κατηγορίες ρομπότ γνωρίζετε; 2. Στις παρακάτω εικόνες σημειώστε σε ποια κατηγορία ανήκει η κάθε μία. 12

103 13

104 14

105 3. Ποια πιστεύετε ότι είναι τα βασικά χαρακτηριστικά ενός ρομπότ; 4. Στην σύγχρονη κοινωνία η χρήση των ρομπότ που αποβλέπει; 5. Γνωρίζετε τις δομές επιλογής επανάληψης από κάποια γλώσσα προγραμματισμού με τον παραδοσιακό τρόπο διδασκαλίας; Ναι Όχι 6. Θα μπορούσε η εκπαιδευτική ρομποτική να αξιοποιηθεί στο μάθημα του προγραμματισμού; Ναι Όχι Αν ναι δικαιολογήστε την απάντησή σας. 7. Πιστεύετε ότι η εκπαιδευτική ρομποτική πρέπει να εισαχθεί στην δευτεροβάθμια εκπαίδευση; Ναι Όχι Αν ναι δικαιολογήστε με λίγα λόγια την απάντησή σας. 8. Γνωρίζετε ή έχετε ακούσει για την εκπαιδευτική ρομποτική Lego Mind storms ή κάποια άλλη πλατφόρμα; 15

106 Ναι Όχι Ευχαριστούμε! 16

107 Φύλλο Εργασίας 1: Ομάδα Στόχος : Γνωριμία και εισαγωγή με το υλικό Lego Mindstorms Edu NXT. Ενότητα : Τούβλο NXT, αισθητήρες κινητήρες και το λογισμικό Lego Mindstorms Edu. Θα εργαστείτε σε δυο ομάδες των 4 μαθητών Διάρκεια δραστηριότητας : 3 ώρες Ερωτηματολόγιο διάρκεια: 15 λεπτά Διδακτικό συμβόλαιο διάρκεια: 1 λεπτά Προβολή διαφανειών διάλεξη: 2 λεπτά Εκπαιδευτικά υλικά που απαιτούνται για κάθε ομάδα: Ένα πλήρες σετ Lego Mindstorms NXT (το οποίο εκτός από το τούβλο NXT περιλαμβάνει 3 κινητήρες, 4 αισθητήρες και διάφορα υλικά τουβλάκια, γρανάζια, άξονες κ.α σύνολο 57 εξαρτήματα). Το λογισμικό Lego Mindstorms Edu NXT, υπάρχει στην επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή της κάθε ομάδας. 1. Αναγνώριση υλικών: Το τούβλο NXT είναι το βασικότερο στοιχεί κάθε ρομποτικής κατασκευής (εγκέφαλος ψυχή) της πλατφόρμας Lego Mindstorms. Συνδέονται σ αυτόν μέσω των θυρών εισόδου εξόδου οι κινητήρες αισθητήρες. α) Εντοπίστε το NXT και τους αισθητήρες από το πλήρες σετ που σας έχει δοθεί και συμπληρώστε το όνομα μέσα στα πλαίσια της παρακάτω εικόνας. β) Πραγματοποιήστε και εσείς τις παραπάνω συνδέσεις στο δικό σας υλικό. Σύνδεση του NXT στον Υπολογιστή με καλώδιο USB, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα, επίσης μπορεί να συνδεθεί με Bluetooth. 17

108 2. Περιγραφή του ΝΧΤ. Θύρες εξόδου A,B,C συνδέονται οι κινητήρες και λαμπτήρες Σύνδεση του NXT με Η/Υ για μεταφόρτωση προγραμμάτων από τον υπολογιστή στο NXT Οθόνη του NXT Άνοιγμα / κλείσιμο Κουμπιά πλοήγησης στο μενού NXT Κουμπί επιστροφής / ακύρωσης Θύρες εισόδου 1,2,3,4 συνδέονται οι αισθητήρες Προηγήθηκε προβολή διαφανειών με όλα τα τεμάχια του σετ διάρκειας 2 λεπτών. Ώρα για δράση 3. Κινητήρας δίνει την δυνατότητα να κινηθούν οι κατασκευές σας. Ο κινητήρας έχει ενσωματωμένο αισθητήρα περιστροφής, ο οποίος μετράει τις στροφές του κινητήρα και τις στέλνει στο τούβλο NXT. Για να πειραματιστείτε με την λειτουργία του αισθητήρα περιστροφής (Rotation Sensor) που περιέχει ο κινητήρας ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα. Επιλέξτε το μενού view. Επιλέξτε Motor Rotations. Επιλέξτε τη θύρα που θα συνδεθεί ο κινητήρας (A,B,C). 18

109 Συνδέστε μια ρόδα στον κινητήρα και πιέζοντας την στο δάπεδο ή στο τραπέζι μετρήστε τις στροφές. (όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα). Παρατηρήστε υπάρχουν αρνητικές τιμές; 4. Αισθητήρας φωτός πραγματοποιεί δυο εργασίες. α) Μέτρηση ανακλώμενου φωτός: Ο αισθητήρας φωτός εκπέμπει φως και μετρά το ποσό του φωτός που ανακλάται. Έτσι μπορεί να διακρίνει επιφάνειες που απορροφούν το φως με διαφορετικό τρόπο. Συνδέστε τον αισθητήρα φωτός στην θύρα 3 του ΝΧΤ. Επιλέξτε το μενού View τον αισθητήρα φωτός. Επιλέξτε το αισθητήρα που μετρά το ανακλώμενο φως Reflected light. Επιλέξτε τη θύρα 3 στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρα. Στην οθόνη βλέπετε το ποσοστό του φωτός που ανακλάται. Πειραματιστείτε με διάφορες χρωματικές επιφάνειες και σημειώστε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα. Χρώμα επιφάνειας Τιμή Ανακλώμενου Φωτός Άσπρο Κίτρινο Πράσινο Μπλε Μαύρο 19

110 Ο παραπάνω αισθητήρας έχει την δυνατότητα να διακρίνει χρώματα; β) Μέτρηση φωτός περιβάλλοντος: Ο αισθητήρας φωτός μπορεί να μετρήσει τη φωτεινότητα του περιβάλλοντα χώρου(διάχυτο φως). Έτσι μπορεί να διακρίνει επιφάνειες που έχουν διαφορετικό φωτισμό. Συνδέστε τον αισθητήρα φωτός στην θύρα 3 του ΝΧΤ. Επιλέξτε το μενού View. Επιλέξτε το αισθητήρα που μετρά το διάχυτο φως Ambient light. Επιλέξτε την θύρα στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρα 3. Στην οθόνη βλέπετε το ποσοστό φωτεινότητας. Πειραματιστείτε με διάφορες χρωματικές επιφάνειες και σημειώστε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα. Χρώμα επιφάνειας Τιμή φωτεινότητας περιβάλλοντος Άσπρο Κίτρινο Πράσινο Μπλε Μαύρο 5. Αισθητήρας Αφής: Ο αισθητήρας αφής αναγνωρίζει τρεις διαφορετικές καταστάσεις Πάτημα (pressed) (bumped) Ελευθέρωση (released) Στιγμιαίο πάτημα Για να δείτε τις τιμές που παίρνει σε κάθε περίπτωση κάντε τις παρακάτω ενέργειες: Συνδέστε τον αισθητήρα στην θύρα 2. Επιλέξτε το μενού View. Επιλέξτε τον αισθητήρα αφής Touch. 11

111 Επιλέξτε την θύρα στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρας θύρα 1. Πατήστε το κουμπί του αισθητήρα. Στην οθόνη βλέπετε τις τιμές που παίρνει. Πειραματιστείτε και με τις 3 περιπτώσεις και σημειώστε τις αντίστοιχες τιμές στον πίνακα. Κατάσταση Τιμή αισθητήρα Πατημένο Ελεύθερο κουμπί Στιγμιαίο πάτημα 6. Αισθητήρας υπερήχων Με τον αισθητήρα υπερήχων μπορούμε να πάρουμε πληροφορίες για την απόσταση στην οποία βρίσκεται κάποιο εμπόδιο. Για να δείτε τις τιμές που παίρνει σε κάθε περίπτωση κάντε τις παρακάτω ενέργειες: Συνδέστε τον αισθητήρα στην θύρα 2. Επιλέξτε το μενού View. Επιλέξτε τον αισθητήρα ultrasonic inch ή cm. Επιλέξτε την θύρα στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρας. Πειραματιστείτε με αντικείμενα σε διαφορετική απόσταση και βρείτε την μέγιστη απόσταση και σημειώστε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα. Αντικείμενο Απόσταση σε inch Απόσταση σε cm 1ο Αντικείμενο 2ο Αντικείμενο 3ο Αντικείμενο 4ο Αντικείμενο 111

112 7. Αισθητήρα ήχου Ο αισθητήρας αυτός επιτρέπει στο ρομποτάκι να μιλήσει, να τραγουδήσει ή να κάνει διάφορα ηχητικά εφέ. Για να δείτε τις τιμές που παίρνει σε κάθε περίπτωση κάντε τις παρακάτω ενέργειες: Συνδέστε τον αισθητήρα στην θύρα 3. Επιλέξτε το μενού View. Επιλέξτε τον αισθητήρα sound db. Επιλέξτε την θύρα στην οποία έχει συνδεθεί ο αισθητήρας. Πειραματιστείτε με ήχους διαφορετικής έντασης και σημειώστε τις τιμές στον παρακάτω πίνακα. Ήχος Τιμή σε db 1ος Ήχος 2ος Ήχος 3ος Ήχος 4ος Ήχος Καλή επιτυχία! 112

113 Ημερολόγιο Ομάδας. Πώς σας φάνηκε η πρώτη σας επαφή με την εκπαιδευτική ρομποτική; Τι σας φάνηκε ενδιαφέρον στη σημερινή δραστηριότητα; Τι σας δυσκόλεψε περισσότερο στη σημερινή δραστηριότητα; 113

114 Φύλλο εργασίας 2: ομάδα. Η εκπαιδευτική ρομποτική στο μάθημα του προγραμματισμού. Διάρκεια : 2 ώρες. Στόχος : Εξοικείωση απόκτηση δεξιοτήτων χειρισμού των εντολών της γλώσσας NXT-G, για την υλοποίηση και χρήση των κλασσικών προγραμματιστικών δομών. 1. Ξενάγηση κατανόηση και εκμάθηση του νέου περιβάλλοντος. Εικόνα 1 Πριν προγραμματίσετε κάτι θα πρέπει να ακολουθείτε τα εξής βήματα: Ποιο είναι το πρόβλημα. Πως μπορώ να το προσεγγίσω. Πως μπορώ να βάλω την λύση στο πρόγραμμα. 114

115 2. Γνωριμία με τις εικονοεντολές του NXT-G. Εικόνα 2 3. Ανοίξτε το αρχείο sound1.rbt που βρίσκεται στην επιφάνεια εργασίας στον φάκελο Εργασίες και μελετήστε τον κώδικα, πειραματιστείτε αλλάζοντας τις τιμές των παραμέτρων από τον πίνακα διαμόρφωσης. Πίνακας διαμόρφωσης Το αρχείο αυτό περιέχει μια σειριακή ακολουθία εντολών, για να το εκτελέσετε από το NXT-G θα πρέπει να ακολουθήσετε τα εξής βήματα: 115

116 Με το καλώδιο του USB συνδέστε το NXT με τον Η/Υ. Ανοίξτε το τούβλο με το πορτοκαλί πλήκτρο. Φορτώστε το αρχείο sound1.rbt στο τούβλο. Φόρτωση εκτέλεση Εκτελέστε το αρχείο ακούστε τους ήχους. Πειραματιστείτε αλλάζοντας τις τιμές των παραμέτρων του προγράμματος. Επαναλάβετε την εκτέλεση του προγράμματος, μετά την αλλαγή των τιμών. 4. Δημιουργήστε ένα δικό σας πρόγραμμα ήχου για εξάσκηση φορτώστε το και εκτελέστε το.(να το αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «sound-2»). 5. Να συνθέσετε ένα σύστημα Door Alarm. Η λειτουργία του να είναι η εξής: Ο αισθητήρας να είναι σε θέση αναμονής μέχρι να ανιχνεύσει κάποιο αντικείμενο σε απόσταση 5 cm. Όταν αντιληφθεί αντικείμενο να ηχήσει 3 φορές 2 ήχους της αρεσκείας σας. 116

117 Τα βήματα που θα ακολουθήσετε για την σύνθεσή του είναι τα παρακάτω: 1ο βήμα 2ο βήμα 117

118 3ο βήμα 4ο βήμα 1. Φορτώστε και εκτελέστε το πρόγραμμά σας για να διαπιστώσετε αν δουλεύει το ρομπότ σας..(να το αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Door Alarm-1»). Στην συνέχεια πραγματοποιήστε την ίδια άσκηση με την εντολή απόφασης και αποθηκεύστε με το όνομα «Door Alarm-2». Καλή επιτυχία! 118

119 Ημερολόγιο Ομάδας Ποιο ήταν το αντικείμενο της σημερινής δραστηριότητας; Ποιο ήταν το καλύτερο που σας συνέβη σήμερα στο μάθημα; Τι σας δυσκόλεψε περισσότερο στο σημερινό μάθημα; 119

120 Φύλλο εργασίας 3: ομάδα:.. Η εκπαιδευτική ρομποτική στο μάθημα του προγραμματισμού. Στόχος : Εξοικείωση απόκτηση δεξιοτήτων χειρισμού των εντολών της γλώσσας NXT-G, για την υλοποίηση και χρήση των κλασσικών προγραμματιστικών δομών (εντολές διακλάδωσης επαναληπτικές). Τα προγράμματα που θα υλοποιήσετε στην συνέχεια να αποθηκευθούν στον φάκελο Ομάδα Α και Ομάδα Β. Για την υλοποίηση των συγκεκριμένων προγραμματιστικών δομών (βλέπε τελευταία σελίδα). 1. Ανοίξτε το αρχείο test1 (ρομπότ με συναίσθημα) από τον φάκελο Εργασίες στην επιφάνεια εργασίας και προσπαθήστε να περιγράψετε την συμπεριφορά που θα παρουσιάσει το πρόγραμμα όταν εκτελεστεί, γράψετε την εκφώνηση της άσκησης, στην συνέχεια τρέξτε για να δείτε πως τα πήγατε. 2. Από τον φάκελο της ομάδας ανοίξτε το αρχείο Door Alarm που πραγματοποιήσατε στο φύλλο εργασίας 2 και χρησιμοποιήστε επαναληπτική εντολή, να επαναλαμβάνετε η διαδικασία 1 φορές. Με Ctrl Prt Scr να κάνετε επικόλληση του προγράμματος, στην συνέχεια αποθηκεύστε στο φάκελο της ομάδας με όνομα «Door Alarm3». 3. Με την χρήση του αισθητήρα αφής να δημιουργήσετε μια Corna αυτοκινήτου. (Λειτουργία με την πίεση του αισθητήρα αφής να παράγονται δυο τόνοι διάρκειας,5 sec.) 12

121 Να αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Corna», μετά να προσθέσετε μια επαναληπτική εντολή (5 φορές) και να αποθηκευθεί με το όνομα «Corna1». Η τελική εικόνα της σύνθεσης είναι δική σας επιλογή (αυτοσχεδιάστε) στην συνέχεια φορτώστε το πρόγραμμά σας και τρέξετε για να δείτε αν δουλεύει. 4. Να δημιουργήσετε ένα όχημα ρομπότ, για να εφαρμόσουμε διάφορες ενέργειες στα επόμενα μαθήματα. Για την σύνθεση του ρομπότ θα ακολουθήσετε τα παρακάτω βήματα. 1ο βήμα : 121

122 2ο βήμα : 3ο βήμα : 122

123 4ο βήμα : 123

124 5ο βήμα : 124

125 Τελικό αποτέλεσμα Θα το αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Όχημα - ρομπότ». 1) Δομές επιλογής Απλή επιλογή Σύνθετη επιλογή 125

126 Πολλαπλή επιλογή 2) Δομές επανάληψης Επανέλαβε.Μέχρι Αρχή_Επανάληψης Όσο Επανέλαβε Όσο <συνθήκη> επανάλαβε <εντολές> <εντολές> Μέχρις_Ότου <συνθήκη> Τέλος_Επανάληψης 126

127 Για από. Μέχρι Γιά <μετρητής> από <Τ1> <εντολές> μέχρι <Τ2> με βήμα <Β> Τέλος_Επανάληψης Καλή επιτυχία! 127

128 Ημερολόγιο Ομάδας.. Ποιο θέμα της σημερινής δραστηριότητας σας προσέλκυσε το ενδιαφέρον περισσότερο; Τι σας δυσκόλεψε περισσότερο στη σημερινή δραστηριότητα; Γράψτε οτιδήποτε κρίνετε χρήσιμο. 128

129 Φύλλο εργασίας 4: ομάδα:.. Η εκπαιδευτική ρομποτική στο μάθημα του προγραμματισμού. Στόχος : Εξοικείωση απόκτηση δεξιοτήτων χειρισμού των εντολών της γλώσσας NXT-G, εξάσκηση και χρήση των εντολών διακλάδωσης επαναληπτικές στο όχημα ρομπότ του προηγούμενου φύλλου εργασίας. Άσκηση 1: Ζωντανέψτε το αρχείο όχημα ρομπότ που δημιουργήσατε στο φύλλο 3, να κινηθεί εμπρός 4 περιστροφές της ρόδας και 2 περιστροφές πίσω, να επαναληφθεί 4 φορές και τέλος να κάνει στροφή δεξιά. Συνδέστε τους κινητήρες στις θύρες εξόδου A,C του NXT. (πειραματιστείτε με τα χαρακτηρίστηκα των κινητήρων στον πίνακα διαμόρφωσης) Με Ctrl και Prt Scr επικολλήστε το πρόγραμμα. Να το αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Move». Άσκηση 2: Αποφυγή εμποδίου με την χρήση αισθητήρα αφής. Στο μπροστινό μέρους του οχήματος προσαρμόστε ένα προφυλακτήρα στον οποίο τοποθετήστε έναν αισθητήρα αφής. Συνδέστε τον αισθητήρα αφής την θύρα εισόδου 2 του NXT. Ανάλυση του προβλήματος : το όχημα ρομπότ κινείται σε ευθύγραμμη πορεία, κάποια στιγμή θα συναντήσει κάποιο εμπόδιο και θα παραμείνει σταματημένο στο σημείο αυτό. Δεδομένου ότι το όχημα ρομπότ διαθέτει αισθητήρα αφής στον προφυλακτήρα του μπροστινού μέρους μπορεί να καταλάβει ότι υπάρχει εμπόδιο στην πορεία του. Για να μπορεί το όχημα ρομπότ να αποφύγει το εμπόδιο και να συνεχίσει την πορεία του μπορούμε να του πούμε να κάνει πίσω κίνηση για λίγο, και εκτελώντας στροφή προς τα δεξιά ή αριστερά να συνεχίσει ευθεία και να επαναλαμβάνει την διαδικασία αυτή και για άλλα εμπόδια. (να πραγματοποιηθεί με σειριακή ακολουθία και επαναληπτική εντολή καθώς και με εντολή επιλογής και επανάληψης). Με Ctrl και Prt Scr επικολλήστε τα προγράμματα. Να αποθηκεύσετε το πρόγραμμα στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Αποφυγή εμποδίου με 1 αισθητήρα αφής» και όταν χρησιμοποιήσετε επιλογή και επανάληψη να αποθηκεύσετε με όνομα «Αποφυγή εμποδίου με 1 αισθητήρα αφής εντολές επιλογής και επανάληψης». 129

130 Άσκηση 3: Επαναλάβατε την άσκηση 2 χρησιμοποιώντας δύο αισθητήρες αφής στο μπροστινό τμήμα του προφυλακτήρα δεξιά και αριστερά. (τον δεξιό αισθητήρα στην θύρα εισόδου 1 και τον αριστερό στην θύρα εισόδου 3) Με την χρήση των δυο αισθητήρων αφής το όχημα ρομπότ θα είναι ποιο αποτελεσματικό στην παράκαμψη των εμποδίων Ανάλυση του προβλήματος: χρησιμοποιώντας το όχημα ρομπότ δυο αισθητήρες είναι σε θέση να αντιληφθεί σε ποια πλευρά έχει συναντήσει το εμπόδιο. Η επιθυμητή συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ με τους διαφορετικούς συνδυασμούς μεταξύ των διακοπτών αφής φαίνεται στον παρακάτω πίνακα. Δεξιός διακόπτης 1 πατημένος ΟΧΙ Αριστερός διακόπτης 3 πατημένος ΟΧΙ Συμπεριφορά κίνησης οχήματος - ρομπότ ΟΧΙ ΝΑΙ ΝΑΙ ΟΧΙ ΝΑΙ ΝΑΙ Να κινηθεί για λίγο πίσω στρίβοντας αριστερά Να κινηθεί για λίγο πίσω στρίβοντας δεξιά Κινείται εμπρός Παραμένει ακίνητο Με Ctrl και Prt Scr επικολλήστε το πρόγραμμα. Να το αποθηκεύσετε στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Αποφυγή εμποδίου με δυο αισθητήρες» 13

131 Άσκηση 4: Να προγραμματίσετε το όχημα - ρομπότ, ενώ κινείτε σε ευθεία πορεία, μόλις συναντήσει μια μαύρη γραμμή που έχουμε σχεδιάσει στο πάτωμα ή στο τραπέζι να την αναγνωρίζει και να κάνει κίνηση πίσω 3 περιστροφές της ρόδας. ( αυτή η διαδικασία να επαναληφθεί 5 φορές). Τον αισθητήρα φωτός θα τον τοποθετήσετε στον μπροστινό προφυλακτήρα και σε μικρή απόσταση από το δάπεδο ή την επιφάνεια του τραπεζιού. Συνδέστε το αισθητήρα φωτός στην θύρα εισόδου 1 του NXT. Ανάλυση του προβλήματος; Το όχημα - ρομπότ κινείτε σε ευθεία πορεία, άρα κάποια στιγμή θα συναντήσει την μαύρη γραμμή την οποία θα αναγνωρίσει ο αισθητήρας φωτός. Σημείωση: Ο αισθητήρας φωτός δεν μπορεί να αναγνωρίσει διάφορα χρώματα ή αποχρώσεις του μαύρου, μας δίνει το ποσοστό που ανακλάται από μια επιφάνεια. (φύλλο εργασίας 1 μετρήσεις αισθητήρα φωτός στο μαύρο χρώμα ήταν 22 γι αυτό στον πίνακα διαμόρφωσης τιμών του αισθητήρα στην επιλογή light θα βάλετε <4. Με Ctrl και Prt Scr επικολλήστε το πρόγραμμα. Να αποθηκεύσετε στο φάκελο της ομάδας με όνομα «Κίνηση μέχρι τη μαύρη γραμμή και πίσω». Καλή επιτυχία! 131

132 Ημερολόγιο Ομάδας.. Ποιο ήταν το θέμα της σημερινής δραστηριότητας; Υπήρχε κάποιο θέμα της σημερινής δραστηριότητας που σας ενθουσίασε; Υπήρχε κάποιο θέμα της σημερινής δραστηριότητας που σας δυσκόλεψε; 132

133 Φύλλο εργασία 5: Ομάδα: Η εκπαιδευτική ρομποτική στο μάθημα του προγραμματισμού. Διάρκεια : 3 ώρες. Στόχος : Εξοικείωση απόκτηση δεξιοτήτων χειρισμού των εντολών της γλώσσας NXT-G, εξάσκηση με εντολές διακλάδωσης επαναληπτικέςσύνθετες δομές. Άσκηση 1: Να προγραμματίσετε το όχημα ρομπότ για την φύλαξη ενός συγκεκριμένου κυκλικού χώρου με την χρήση αισθητήρα υπερήχων. Ανάλυση προβλήματος: το όχημα ρομπότ κινείται με μικρή ταχύτητα σε κυκλική πορεία, αν βρεθεί κάποιος στο οπτικό του πεδίο κατευθύνεται προς το μέρος με μεγάλη ταχύτητα. Συνδέστε τους κινητήρες στις θύρες εξόδου A,C του NXT, να προσαρμόσετε κατάλληλα τον αισθητήρα υπερήχων στο όχημα ρομπότ. Με Ctrl και Prt Scr επικολλήστε το πρόγραμμα. Να αποθηκεύσετε το αρχείο στο φάκελο της ομάδας με όνομα «Φύλαξη χώρου με αισθητήρα υπερήχων». Άσκηση 2: Παρατηρήστε τον παρακάτω κώδικα του προγράμματος που έχει υλοποιηθεί στο λογισμικό Lego Mindstorms Edu NXT και προσπαθήστε να εξηγήσετε τι ακριβώς κάνει, στην συνέχεια δημιουργήστε τον κώδικα στο Η/Υ, φορτώστε το στο NXT και εκτελέστε το. Να αποθηκευθεί στο φάκελο της ομάδας με όνομα «Ξεκίνημα και σταμάτημα με αισθητήρα αφής & με δυνατότητα τερματισμού». Προσαρμόστε τους κατάλληλους αισθητήρες στο όχημα ρομπότ. 133

134 Άσκηση 3: Παρατηρήστε τον παρακάτω κώδικα του προγράμματος που έχει υλοποιηθεί στο λογισμικό Lego Mindstorms Edu NXT και προσπαθήστε να εξηγήσετε τι ακριβώς κάνει, στην συνέχεια δημιουργήστε τον κώδικα στο Η/Υ, φορτώστε το στο NXT και εκτελέστε το. Να αποθηκευθεί στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Εκκίνηση με αισθητήρα ήχου και σταμάτημα με αισθητήρα υπερήχων». Προσαρμόστε τους κατάλληλους αισθητήρες στο όχημα ρομπότ. 134

135 Άσκηση 4: Να προγραμματίσετε το όχημα ρομπότ να ακολουθήσει μια συγκεκριμένη πορεία (μαύρη γραμμή) χρησιμοποιώντας δύο αισθητήρες φωτός. Ανάλυση προβλήματος: Επειδή το όχημα ρομπότ διαθέτει δυο αισθητήρες φωτός στον μπροστινό προφυλακτήρα δεξιά και αριστερά από τη γραμμή, είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιήσουμε μια εντολή διακλάδωσης μέσα σε μια άλλη. Συνδέουμε τον αριστερό αισθητήρα φωτός στη θύρα εισόδου 1 του NXT και τον δεξιό αισθητήρα στη θύρα εισόδου 3 του NXT. Τοποθετούμε το όχημα ρομπότ πάνω στην μαύρη γραμμή έτσι, ώστε οι αισθητήρες να βρίσκονται δεξιά και αριστερά της μαύρης γραμμής. Τέλος πρέπει να δώσουμε εντολή στο όχημα ρομπότ να κινείται σε ευθεία πορεία, όταν και οι δυο αισθητήρες ανιχνεύουν φωτεινό χρώμα. Να στρίβει αριστερά κίνηση κινητήρα C και σταμάτημα κινητήρα A, όταν ο αισθητήρας φωτός 1 ανιχνεύει σκοτεινό χρώμα και να στρίβει δεξιά κίνηση κινητήρα A σταμάτημα κινητήρα C, όταν ο αισθητήρας 2 ανιχνεύει σκοτεινό χρώμα. Στον παρακάτω πίνακα απεικονίζεται η συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ με τους διαφορετικούς συνδυασμούς. Αισθητήρας φωτός 1 Αισθητήρας φωτός 2 Συμπεριφορά οχήματος Λευκό Λευκό Κίνηση ευθεία Λευκό Μαύρο Στροφή δεξιά Μαύρο Λευκό Στροφή αριστερά Μαύρο Μαύρο Σταμάτημα 135

136 Να αποθηκεύσετε το πρόγραμμα στον φάκελο της ομάδας με όνομα «Ακολουθώντας τη γραμμή με δυο αισθητήρες φωτός με διακλάδωση μέσα σε διακλάδωση». Άσκηση 5: Να προγραμματίσετε το όχημα ρομπότ έτσι, ώστε να έχουμε μια ελεγχόμενη διαδρομή (μαύρη γραμμή) με τηλεκοντρόλ χρησιμοποιώντας δυο αισθητήρες αφής με μακρύ καλώδιο. Στον πίνακα που ακολουθεί περιγράφεται η συμπεριφορά του οχήματος ρομπότ, για τους συνδυασμούς μεταξύ των διακοπτών των αισθητήρων αφής. Διακόπτης 1 πατημένος Διακόπτης 2 πατημένος Συμπεριφορά οχήματος Όχι Όχι Όχημα ακίνητο Όχι Ναι Το όχημα στρίβει αριστερά Ναι Όχι Το όχημα στρίβει δεξιά Ναι Ναι Το όχημα κινείται εμπρός Να αποθηκεύσετε το πρόγραμμα με όνομα «control move1» στον φάκελό σας. Καλή επιτυχία! 136

137 Ημερολόγιο Ομάδας. Από το σημερινό φύλλο εργασίας, ποιες ασκήσεις ήταν ποιο ενδιαφέρουσες; Τι σας δυσκόλεψε περισσότερο από το σημερινό φύλλο εργασίας; Γράψετε ότι άλλο κρίνεται απαραίτητο. 137

138 Φύλλο εργασίας 6α: Ομάδα: Αυτοαξιολόγηση Μαθητή Ονοματεπώνυμο Μαθητή.. (προαιρετικά) Σχολείο: (1=καθόλου, 5= πάρα πολύ) 1. Ο σκοπός του σεμιναρίου ήταν ξεκάθαρος; Το ρομπότ ( η εκπαιδευτική ρομποτική) εξυπηρέτησε τους σκοπούς του μαθήματος προγραμματισμού; Η σχεδίαση- υλοποίηση του ρομπότ εξυπηρέτησε τις ανάγκες σας; Μείνατε ευχαριστημένοι από την αλληλεπίδραση που είχατε με την εφαρμογή; Η προσέγγιση του διδακτικού αντικειμένου ήταν πιο εύκολη με την χρήση του λογισμικού NTX-G; Η συνεργασία με τους συμμαθητές σας στην ομάδα βοήθησε στην ανεύρεση της λύσης των προβλημάτων;

139 7. Περιγράψτε τα πλεονεκτήματα της συνθετικής εργασίας (όχημα-ρομπότ). Τι σας ενθουσίασε περισσότερο από την εφαρμογή της; 8. Περιγράψτε τα μειονεκτήματα της συνθετικής εργασίας. Τι θα αλλάζατε στο ρομπότ; 9. Με την χρήση των ρομποτικών ασκήσεων (φύλλα εργασίας) μπορείτε να συνδυάσετε το διδακτικό αντικείμενο του μαθήματος; Θα προτείνατε στους συμμαθητές σας, ένα αντίστοιχο σεμινάριο: Ναι Όχι 11. Η κατασκευή των ρομπότ σας φάνηκε ενδιαφέρουσα; Κατατάξτε την ευκολία χρήσης των ρομπότ: Ευχαριστούμε! 139

140 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II 14

141 Φύλλο εργασίας 6β: Ομάδα: Ερωτηματολόγιο Μαθητή Ονοματεπώνυμο: (προαιρετικά) Σχολείο: (1=καθόλου, 5=πάρα πολύ) 1. Πόσο εύχρηστο θα χαρακτηρίζατε το προγραμματιστικό περιβάλλον NTX-G; Κατά πόσο το περιβάλλον NTX-G υλοποιεί κατανοητά τις δομές επιλογής και επανάληψης; Πόσο ικανοποιητικό θα χαρακτηρίζατε το υλικό του επιμορφωτικού σεμιναρίου (φύλλο εργασίας, διδακτικό υλικό, εργασίες κ.α); Σας βοήθησαν τα εισαγωγικά φύλλα εργασίας με τις ασκήσεις προγραμματισμού, για να σας εισάγουν στην εκπαιδευτική πλατφόρμα; Πιστεύετε ότι το μαθησιακό περιβάλλον με τον τρόπο που ήταν οργανωμένο σας βοήθησε στην μάθησή σας ;

142 6. Αντιμετωπίσατε δυσκολία στην κατασκευή ρομπότ; Σας δυσκόλεψε η κατανόηση λειτουργίας των κινητήρων - αισθητήρων; Δυσκολευτήκατε στην κατανόηση των εντολών της γλώσσας NXT-G; Δυσκολευτήκατε στην υλοποίηση των δομών εντολής και επανάληψης με τις εικονοεντολές της γλώσσας NXT-G; Δυσκολευτήκατε στα φύλλα εργασιών-δραστηριοτήτων ή του διδακτικού υλικού ; Σας δυσκόλεψαν οι κατασκευές door-alarm,corna,όχημα - ρομπότ; Σας δυσκόλεψε το φύλλο εργασίας 1 για τις τιμές που πήρατε; Πόσο δύσκολη θα χαρακτηρίζατε την άσκηση στο φύλλο εργασίας 5 (ακολουθώντας την μαύρη γραμμή) control move1;

143 14. Θα χαρακτηρίζατε δύσκολες τις δραστηριότητες των φύλλων εργασίας 2, 3 & 4, που αναφέρονται στην υλοποίηση των δομών επιλογής και επανάληψης σε περιβάλλον LM; Ο μαθητής συμμετέχει ενεργά στην μάθηση (μαθητοκεντρική διδασκαλία); Ο μαθητής ανακαλύπτει μόνος του τη νέα γνώση; Πιστεύετε ότι ενισχύει την συνεργασία και την αλληλεπίδραση της ομάδας; Ο καθηγητής μεταφέρει τη νέα γνώση; Η ρομποτική υποστηρίζει την επίλυση αυθεντικών προβλημάτων; Η νέα γνώση προκύπτει από την παθητική αποδοχή; Συμπληρώστε ότι άλλο θέλετε που θα ήταν χρήσιμο με την εμπειρία που αποκτήσατε από το επιμορφωτικό σεμινάριο: 143

144 Ευχαριστούμε πολύ που ανταποκριθήκατε με προθυμία στο επιμορφωτικό σεμινάριο της εκπαιδευτικής ρομποτικής στη Δευτεροβάθμια Τεχνική Επαγγελματική Εκπαίδευση (ΕΠΑΛ). 144

145 Φωτογραφικό υλικό από τις συναντήσεις και έργα των μαθητών από την υλοποίηση του επιμορφωτικού σεμιναρίου 145

146 146

147 147

148 148

149 149

150 15