Σχεδίαση και Ανάπτυξη Συστήματος Απτικής Διεπαφής για Δραστηριότητες Εισαγωγικού Προγραμματισμού

Transcript

1 Σχεδίαση και Ανάπτυξη Συστήματος Απτικής Διεπαφής για Δραστηριότητες Εισαγωγικού Προγραμματισμού Διδακτορική Διατριβή Θεοδόσιου Π. Σαπουνίδη Επιβλέπων: Σ. Δημητριάδης, Επίκουρος Καθηγητής Τμ. Πληροφορικής Α.Π.Θ. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Πληροφορικής Θεσσαλονίκη, 2014

2 2

3 Σχεδίαση και Ανάπτυξη Συστήματος Απτικής Διεπαφής για Δραστηριότητες Εισαγωγικού Προγραμματισμού Διδακτορική Διατριβή Θεοδοσίου Π. Σαπουνίδη Υποβλήθηκε στο Τμήμα Πληροφορικής του ΑΠΘ (Ιούνιος, 2014). Τριμελής συμβουλευτική επιτροπή: Σ. Δημητριάδης, Επίκουρος Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. (επιβλέπων) Ι. Βλαχάβας, Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Ν. Βασιλειάδης, Αναπ ληρωτ ής Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Επταμελής επιτροπή εξέτασης: Σ. Δημητριάδης, Επίκουρος Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Ι. Βλαχάβας, Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Ν. Βασιλειάδης, Αναπ ληρωτ ής Καθηγητής του Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Ι. Σταμέλος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Θρ. Τσιάτσος, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήματος Πληροφορικής Α.Π.Θ. Ν. Φαχαντίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμ. Μηχανικών, Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών. Πανεπ. Δ. Μακεδονίας Δ. Σταμοβλάσης, Λέκτορας, Τμήματος Φιλοσοφίας και Παιδαγωγικής, Α.Π.Θ. Σαπουνίδης Π. Θεοδόσιος, 2014 ΑΠΘ Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Η έγκριση της παρούσης διδακτορικής διατριβής από το Τμήμα Πληροφορικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος. (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ.2) 3

4 4

5 Σε όσους βοήθησαν με τον ένα ή με τον άλλο τρόπο 5

6 6

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙ ΕΣ Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στον επιβλέποντα της διατριβής μου, επίκουρο καθηγητή Σταύρο Δημητριάδη για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής μου. Ιδιαίτερα θα ήθελα να τον ευχαριστήσω γιατί πίστεψε σε εμένα και ήταν πολύτιμος συμπαραστάτης σε κάθε βήμα της ερευνητικής μου προσπάθειας. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω στους κυρίους Δημήτριο Σταμοβλάση, Αριστοτέλη Καζακόπουλο, Νικόλαο Φαχαντίδη και Ιωάννη Σταμέλο για την συμπαράσταση και τις συμβουλές τους. Ευχαριστώ, επίσης, τα υπόλοιπα μέλη της συμβουλευτικής επιτροπής κ. Ιωάννη Βλαχάβα και Νικόλαο Βασιλειάδη καθώς και τον επίκουρο καθηγητή κ. Θρασύβουλο Τσιάτσο για την υποστήριξη και τη βοήθεια, που ο καθένας με τον τρόπο του μου προσέφερε, όποτε τη χρειάστηκα. Η παρούσα διατριβή δεν θα είχε ολοκληρωθεί χωρίς την αμέριστη αγάπη και υποστήριξη της μητέρας μου, Ανδριανής της κόρης μου Έλενας και των γιών μου Παύλου και Μπέμπη. Πρώτα και πάνω από όλα όμως θέλω να ευχαριστήσω τη σύζυγό μου Δήμητρα, για την αμέριστη υπομονή και συμπαράσταση που μου έδειξε όλα αυτά τα χρόνια καθώς και για την τεράστια κατανόηση που δείχνει καθημερινά. 7

8 8

9 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ευρύτερο αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η σχεδίαση, η ανάπτυξη καθώς και η διερεύνηση της επίδρασης και της αποδοτικότητας απτικών διεπαφών που βασίζονται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα και μικροϋπολογιστές. Οι συγκεκριμένες διεπαφές αξιοποιήθηκαν στην πραγματοποίηση δραστηριοτήτων εισαγωγικού ρομποτικού προγραμματισμού. Για την αξιολόγηση που ακολούθησε μαθητές διαφόρων ηλικιακών ομάδων χρησιμοποίησαν δύο ισομορφικά συστήματα (γραφικό και απτικό) προκειμένου να προγραμματίσουν την συμπεριφορά ενός Lego ΝΧΤ ρομπότ. Οι απτικές διεπαφές χρήστη (διεθνώς: Tangible User Interfaces - TUIs) θεωρούνται ότι έχουν κάποια προτερήματα σε σχέση με κλασικές διεπαφές χρήστη. Ειδικότερα, θεωρείται για παράδειγμα ότι οι απτικές διεπαφές χρήστη είναι ευκολότερες στη χρήση και έτσι μειώνουν το ηλικιακό όριο για συμμετοχή ενώ ταυτόχρονα μέσα από πλούσια συνεργασία δίνουν τη δυνατότητα στα μέλη μιας ομάδας να συνεργαστούν αποδοτικότερα. Ωστόσο, δεν υπάρχουν έρευνες οι οποίες να διαμορφώνουν ένα σχεδιαστικό πλαίσιο διευρύνοντας τις σχεδιαστικές εναλλακτικές των απτικών διεπαφών ούτε εμπειρικά αποτελέσματα τα οποία να δικαιολογούν τη χρήση τέτοιων συστημάτων. Ειδικότερα στον τομέα του προγραμματισμού, η προσπάθεια των ερευνητών τα τελευταία χρόνια επικεντρώθηκε σε στενές σχεδιαστικές προσεγγίσεις τέτοιων πρότυπων συσκευών χωρίς παράλληλα καμία σοβαρή προσπάθεια αξιολόγησης η οποία να δικαιολογεί το κόστος ή την προσπάθεια υλοποίησης. Πρόσφατα, διατυπώθηκε η ανάγκη να υπάρξουν ερευνητικά αποτελέσματα τα οποία να διερευνούν το κατά πόσο, κάτω από ποίες συνθήκες και σε ποία πεδία εφαρμογής (προγραμματισμός, μαθηματικά αστρονομία) τέτοια συστήματα μπορούν να αξιοποιηθούν στο περιβάλλον μια πραγματικής τάξης. Η πρόταση της διατριβής είναι ότι τα συστήματα απτικού προγραμματισμού μπορούν σαφέστατα να αξιοποιηθούν στο περιβάλλον μιας τάξης, μπορούν να έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τα κλασικά συστήματα εκμάθησης προγραμματιστικών εννοιών, πολλά όμως εξαρτάται από μια σειρά παράγοντες όπως η ηλικία και η προηγούμενη εμπειρία των εκπαιδευομένων. Με στόχο να διερευνήσει την αποδοτικότητα των απτικών διεπαφών χρήστη στο πεδίο του εισαγωγικού προγραμματισμού για παιδιά, η διατριβή παρουσιάζει ερευνητικά αποτελέσματα δραστηριοτήτων, σε σχέση με ισομορφικούς τύπους διεπαφής (απτικός γραφικός). Επίσης, η διατριβή παρουσιάζει ένα ευρύτερο θεωρητικό υπόβαθρο φωτίζοντας τις πηγές των πιθανών πλεονεκτημάτων των απτικών διεπαφών και ταυτόχρονα εισάγει ένα ευρύτερο καινοτόμο πλαίσιο για την αξιολόγηση τέτοιων συστημάτων που βασίζεται τόσο σε υποκειμενικούς παράγοντες όπως ευχαρίστηση 9

10 χρήστη όσο και σε αντικειμενικούς παράγοντες όπως η απόδοση και η δημιουργικότητα. Τα αποτελέσματα των παραπάνω ερευνών, σε συνδυασμό με το προτεινόμενο θεωρητικό πλαίσιο, συνηγορούν υπέρ της άποψης ότι οι απτικές διεπαφές μπορούν να αποτελέσουν μια σοβαρή εναλλακτική η οποία καθιστά εφικτή και αποδοτική την χρήση τέτοιων τεχνικών σε πραγματικές συνθήκες μάθησης. Ακόμη, η διατριβή θέτει τις βάσεις για την ανάπτυξη παρόμοιων συστημάτων παρουσιάζοντας σειρά από καινοτομίες και τρόπους υλοποίησης οι οποίες δεν είχαν εφαρμοστεί ποτέ στο παρελθόν και μπορούν να αποτελέσουν τις βάσεις για πρωτοπόρα συστήματα στο μέλλον. Τέλος, τα συμπεράσματα της διατριβής τονίζουν ότι αν και τα απτικά συστήματα στον προγραμματισμό δεν είναι πανάκεια εντούτοις είναι ένα εξαιρετικά δυναμικό πεδίο έρευνας με πολλά ανοιχτά ερευνητικά ερωτήματα. 10

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...11 ΕΙΚΟΝΕΣ...15 ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ...16 ΠΙΝΑΚΕΣ...17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το κίνητρο και οι στόχοι της διατριβής Η συνεισφορά της διατριβής συνοπτικά Η δομή της διατριβής Προσωπικές δημοσιεύσεις...25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΤΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΑ, Ο ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΜΕ ΑΠΤΙΚΕΣ ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΚΑΙ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ PROTEAS Περίληψη Εισαγωγή Η Logo ως εργαλείο προγραμματισμού Ο προγραμματισμός και οι προκλήσεις Οι διεπαφές στον εισαγωγικό προγραμματισμό Γραφικές και απτικές διεπαφές για τον προγραμματισμό Απτικός προγραμματισμός Συστήματα απτικού προγραμματισμού Tortis - Slot machine AlgoBlock Music Block Block Jam Απτικός προγραμματισμός για παιδικά τραίνα Tangible Programming Brick Electronic blocks AutoHAN Media Cubes Απτικός προγραμματισμός με «σπάγκους» GameBlocks Quetzal - Tern Οι πηγές των πλεονεκτημάτων της απτικότητας Φυσικότητα Ιδιότητες Συνεργατικότητα Καινοτομία

12 2.6 Μελέτες Απτικότητα και μετρήσεις συναισθημάτων και προτιμήσεων Συγκριτικές μελέτες με απτικές διεπαφές χρήστη Συγκριτικές μελέτες απτικών γραφικών διεπαφών με παιδιά Συγκριτικές μελέτες ανάμεσα σε γραφικές και απτικές γλώσσες προγραμματισμού Σχεδιαστικά και ερευνητικά κενά Το σύστημα PROTEAS Η συλλογιστική του σχεδ ιασμού του συστήματος Ο σχεδιασμός Συμπεράσματα...64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΕΡΕΥΝΑ 1 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΡΟΤΙΜΗΣΕΩΝ ΠΑΙΔΙΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΑΠΤΙΚΗ - ΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΠΑΦΗ Περίληψη Εισαγωγή Ερευνητικοί στόχοι Πειραματ ικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες Ρυθμίσεις Σχεδιασμός Διαδ ικασία Εργαλεία, μέτρησης και ανάλυσης δεδομένων Μεθοδολογία συλλογής ποιοτικών μετρήσεων Ποσοτικές Μετρήσεις Αποτελέσματα Ποσοτική ανάλυση Παρατηρήσεις και συνεντεύξεις Συζήτηση Ελκυστικότητα (first sight preference) Υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment) Ευκολία χρήσης (easiness to use) Σύνοψη κεφαλαίου...81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ 2 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΠΑΙΔΙΩΝ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΑΠΤΙΚΗ - ΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΠΑΦΗ Περίληψη Εισαγωγή Ερευνητικοί στόχοι Πειραματ ικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες

13 4.4.2 Ρυθμίσεις και διαδ ικασία Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Μετρήσεις στις αποστολές Μετρήσεις κατά την ελεύθερη αλληλεπίδραση Αποτελέσματα Ανάλυση αποστολών Ελεύθερη αλληλεπίδραση Συζήτηση Χρόνος εκπλήρωσης αποστολών Σφάλματα Αποσφαλμάτωση (debugging) Χρόνος ελεύθερης αλληλεπίδρασης- εμπλοκή Μήκος προγράμματος Λεξιλόγιο του προγράμματος Πολυπλοκότητα Σύνοψη κεφαλαίου...98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΕΡΕΥΝΑ 3 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΡΟΤΙΜΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΠΑΙΔΙΩΝ ΜΕ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΑΠΤΙΚΗ - ΓΡΑΦΙΚΗ ΔΙΕΠΑΦΗ Περίληψη Εισαγωγή Ερευνητικοί στόχοι Πειραματ ικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες Ρυθμίσεις και διαδ ικασία Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Επίδοση Προτιμήσεις Θυμάμαι να χρησιμοποιήσω Συνεργασία Άνεση Παιχνίδι Καταγραφές και συνεντεύξεις Συζήτηση Σύνοψη κεφαλαίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τελικά συμπεράσματα Μελλοντική έρευνα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

14 ΜΕΤΑΦΡΑΣΜΕΝΟΙ ΟΡΟΙ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: Η ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΑΠΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β: ΤΑ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ

15 ΕΙ ΚΟ ΝΕΣ Εικόνα 2.1. Χελώνα logo...28 Εικόνα 2.2. Tortis - Slot machine...35 Εικόνα 2.3. AlgoBlock...36 Εικόνα 2.4. Music Block...37 Εικόνα 2.5. Block Jam...37 Εικόνα 2.6. Απτικός προγραμματισμός για τρένα...38 Εικόνα 2.7. Tangible Programming Brick...39 Εικόνα 2.8. Electronic blocks...40 Εικόνα 2.9. Media Cubes...41 Εικόνα Απτός προγραμματισμός με σπάγκους...42 Εικόνα GameBlocks...42 Εικόνα Tern...43 Εικόνα Quetzal...43 Εικόνα T_Butterfly...58 Εικόνα Αποτέλεσμα προγράμματος T_Butterfly...58 Εικόνα Ενδεικτικό πρόγραμμα T_ ProRob...59 Εικόνα Επικοινωνίες του συστήματος T_ ProRob...61 Εικόνα Το γραφικό σύστημα V_ProRob...63 Εικόνα 3.1. Παιδιά προγραμματίζουν στον παιδικό σταθμό Ντάμπο...70 Εικόνα 4.1. Παιδιά αλληλεπιδρούν με το απτικό σύστημα...85 Εικόνα 5.1 Παιδία αλληλεπιδρούν με το γραφικό σύστημα Εικόνα 5.2. Τα παιδιά αναζητούν τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται οι κύβοι Εικόνα 5.3. Τα παιδιά εξετάζουν τις πλευρές των κύβων για να εντοπίσουν τις συνδέσεις Εικόνα 5.4. Τα παιδιά περιστρέφουν τους κύβους Εικόνα 5.5. Το ένα παιδί διατηρεί τον έλεγχο εμποδίζοντας τον συνεργάτη του Εικόνα 5.6. Δεν μπορεί να διατηρήσει τον έλεγχο εμποδίζοντας τον συνεργάτη του

16 ΓΡΑΦΗΜΑΤΑ Γράφημα 3.1. Τα ποσοστά των επιλογών ελκυστικότητας (FSP) και ικανοποίησης (Enjoyment)...74 Γράφημα 3.2 Ευκολία χρήσης (Easy to use) σε συνάρτηση με την ηλικία...75 Γράφημα 3.3 Ανάλυση ANOVA για την απτική διεπαφή σε σχέση με ηλικίες και φύλο...76 Γράφημα 4.1. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής Γράφημα 4.2. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής Γράφημα 4.3. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής Γράφημα 4.4 Τα ποσοστά των λανθασμένων προγραμμάτων που εκτελέστηκαν σε κάθε συνθήκη...90 Γράφημα 4.5. Οι κατανομές των σταδίων αποσφαλμάτωσης για τις δύο διεπαφές...91 Γράφημα 4.6. Ο μέσος χρόνος αλληλεπίδρασης σαν συνάρτηση της ηλικίας...92 Γράφημα 4.7. Το μέσο μήκος του προγράμματος και οι ηλικίες...92 Γράφημα 4.8. Το μέσο λεξιλόγιο του προγράμματος και οι ηλικίες...93 Γράφημα 4.9. Η μέση πολυπλοκότητα των προγραμμάτων των συμμετεχόντων Γράφημα 5. 1 Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω Γράφημα 5.2 Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή συνεργασία για την απτική διασύνδεση Γράφημα 5.3. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή συνεργασία για την γραφική διασύνδεση Γράφημα 5.4. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στην μεταβλητή άνεση για την γραφική διασύνδεση

17 ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 3.1. Συμμετέχοντες...69 Πίνακας 3.2. Ποσοστά των προτιμήσεων του συνόλου των παιδιών...73 Πίνακας 5.1 Οι μέσοι χρόνοι ολοκλήρωσης των αποστολών και οι τυπικές αποκλείσεις Πίνακας 5.2 Οι προτιμήσεις ανάμεσα στις δύο συνθήκες

18 18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγή 1.1 Το κίνητρο και οι στ όχοι της διατριβής 1.2 Η συνεισφορά της διατριβής συνοπτικά 1.3 Η δομή της διατριβής 1.4 Προσωπικές δημοσιεύσεις 1.1 Το κίνητρο και οι στόχοι της διατριβής Ένα από τα μέσα, για την εισαγωγή των σύγχρονων ηλεκτρονικών μέσων και της πληροφορικής στην εκπαίδευση, είναι τα εκπαιδευτικά λογισμικά και ειδικότερα οι γλώσσες προγραμματισμού. Οι γλώσσες προγραμματισμού εμφανίζονται να οδηγούν στην ανάπτυξη πνευματικών δραστηριοτήτων, κυρίως, λογικού και μαθηματικού τύπου και έτσι οι χρήστες αποκομίζουν πολλαπλά οφέλη αναπτύσσοντας δομημένο και ιεραρχικό τρόπο σκέψης, ο οποίος μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση προβλημάτων και εκτός υπολογιστή (Πιαζέ Ζ., 1979; Underwood J. & Underwood G., 1990; Ντολιοπούλου Ε., 1998). Ο προγραμματισμός ωστόσο φαίνεται να είναι γενικά μια απαιτητική διαδικασία για τους αρχάριους όλων των ηλικιών (Kelleher & Pausch, 2005). Οι χρήστες δεν έχουν δυσκολία μόνο στο να κατανοήσουν μία στριφνή σύνταξη με εντολές με περίεργα ονόματα αλλά και στο να μάθουν πώς να χειρίζονται το προγραμματιστικό περιβάλλον (Cockburn & Bryant, 1997). Ειδικότερα ο απτικός προγραμματισμός είναι μια μορφή γλώσσας η οποία για να εκφραστεί δεν απαιτεί απαραίτητα τη χρήση πληκτρολογίου, ποντικιού ή υπολογιστή, αλλά μόνο η αξιοποίηση και η διάταξη φυσικών αντικειμένων στον χώρο. Κατά συνέπεια, εκτιμάται ότι τα απτικά συστήματα μειώνουν το γνωστικό φορτίο που απαιτείται προκειμένου να μάθει κάποιος πως δουλεύει ένα σύστημα και έτσι η προσοχή του χρήστη εστιάζει στο πεδίο εκμάθησης του προγραμματισμού (Marshall, 2007). Όπως κάθε νέο πεδίο έρευνας έτσι και ο απτικός προγραμματισμός, ως ένα μέρος της Επικοινωνίας Ανθρώπου-Υπολογιστή (Human-Computer Interaction, HCI), φαίνεται να έχει πολλά κενά και ελλείψεις. Ειδικότερα φαίνεται ότι Υπάρχει έλλειψη τέτοιων ολοκληρωμένων προγραμματιστικών εργαλείων (Kwon et al., 2012). 19

20 Δεν υπάρχει σειρά με κανόνες και σχεδιαστικές προτάσεις οι οποίες να μπορούν να αξιοποιηθούν από άλλους σχεδιαστές του είδους. Τα υποθετικά πλεονεκτήματα της χρήσης απτικών συστημάτων δεν έχουν παρουσιαστεί με σαφήνεια και επαρκή πειραματικό έλεγχο (Zaman et al., 2009; Marshall, 2007; Xu, 2007; S. Price, 2008; Zaman et al., 2012). Στον απτικό προγραμματισμό και γενικά στο πεδίο των απτικών διεπαφών χρήστη, υπάρχει περιορισμένη έρευνα η οποία να επικεντρώνεται στη βαθύτερη ανάλυση των γνωστικών και κοινωνικών πλεονεκτημάτων αυτού του τύπου των εργαλείων (Antle, 2007c; Xie et al., 2008). Ειδικότερα, αν και τα απτικά συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να προωθήσουν τον προγραμματισμό σε άτομα και κοινωνικές ομάδες με μικρή εμπειρία σε τέτοιου είδους δραστηριότητες, όπως παιδιά ή αρχάριοι, εντούτοις δεν έχει μελετηθεί η επίδραση των απτικών συστημάτων στις συγκεκριμένες ομάδες (Kelleher & Pausch, 2005). Η υπόθεση, ότι οι απτικές διεπαφές χρήστη εξασφαλίζουν υψηλότερη προσβασιμότητα και οδηγούν σε μείωση του ηλικιακού ορίου συμμετοχής δεν έχει μελετηθεί. Επιπρόσθετα, παραμένουν αναπάντητα ερωτήματα που αφορούν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες ο χειρισμός απτικών διεπαφών μπορεί να είναι αποδοτικότερος σε διάφορα πεδία εφαρμογής όπως προγραμματισμός (Marshall, 2007). Ο κύριος λόγος των παραπάνω ελλείψεων εμφανίζεται να είναι η έλλειψη συστημάτων, το υψηλό κόστος και η πολυπλοκότητα της κατασκευής των απτικών συστημάτων η οποία περιορίζει αυτά τα συστήματα σε ερευνητικά κέντρα (Horn & Jacob, 2006), (Kwon et al., 2012). Βάση των παραπάνω η διατριβή θέτει τους ακόλουθους στόχους: (1) Να παρουσιάσει ένα σχεδιαστικό πλαίσιο κατασκευής, βασισμένο σε μικροελεγκτές και να υλοποιήσει ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον προγραμματισμού για παιδιά. (2) Να αξιοποιήσει το παραπάνω περιβάλλον και παρέχει στοιχεία τα οποία να φωτίζουν τις συνθήκες και τα πιθανά οφέλη από τη χρήση απτικών διεπαφών στον εισαγωγικό προγραμματισμό. 1.2 Η συνεισφορά της διατριβής συνοπτικά Η συνεισφορά της διατριβής είναι διττή: (1) βασισμένοι στις αδυναμίες των προηγούμενων σχεδιαστικών προσεγγίσεων, στον απτικό προγραμματισμό, αναπτύσσουμε και παρουσιάζουμε μια σειρά από σχεδιαστικούς κανόνες και αρχές οι 20

21 οποίες αξιοποιώντας ηλεκτρονικά κυκλώματα και μικροϋπολογιστές 1 μπορούν να δώσουν μια σειρά πλεονεκτημάτων σε αυτά τα συστήματα. Το αποτέλεσμα της ανάπτυξης και εφαρμογής αυτών των σχεδιαστικών αρχών είναι το σύστημα PROTEAS (PROgramming TangiblE Activity System) το οποίο βασίζεται σε γραφική και απτική διεπαφή (Κεφάλαιο 2) (2) η διατριβή ακόμα παρουσιάζει τρείς εμπειρικές μελέτες οι οποίες εξετάζουν α) την ευχρηστία β) την επίδοση γ) τον συνδυασμό ευχρηστίας συνεργασίας - επίδοσης με μαθητές που διέθεταν προηγούμενη εμπειρία στο πεδίο του απτικού προγραμματισμού (Κεφάλαια 3,4,5). Συνολικά η διατριβή καταλήγει σε 15 συμπεράσματα-διαπιστώσεις-προτάσεις. Τα τελικά συμπεράσματα αυτά στοιχειοθετούν την παραπάνω συνεισφορά και είναι επιγραμματικά τα ακόλουθα: 1. Καταγράφονται στοιχεία σύμφωνα με τα οποία η απτική διεπαφή, σε σχέση με την γραφική, είναι περισσότερο ελκυστική για τα μικρότερα παιδιά. Η συγκεκριμένη τάση είναι ισχυρότερη για τα κορίτσια.. 2. Η απτική διεπαφή, στον εισαγωγικό προγραμματισμό, φαίνεται να είναι πιο διασκεδαστική από μια αντίστοιχη γραφική όταν τα παιδιά αλληλεπιδρούν σε ομάδες.. 3. Η απτική διεπαφή φαίνεται να είναι πιο εύκολη στη χρήση από μια αντίστοιχη γραφική για τα μικρά παιδιά. Αντίθετα η γραφική διεπαφή φαίνεται να είναι ευκολότερη στη χρήση για τα μεγαλύτερα παιδιά. Σε ότι αφορά την απόδοση σε προγραμματιστικά προβλήματα: 4. Τα μικρότερα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με την απτική διεπαφή εάν ληφθεί υπόψην ο χρόνος επίλυσης των προβλημάτων. Αντίθετ α τα μεγαλύτερα παιδιά δεν φαίνεται να παρουσιάζουν διαφορές κατά τη χρήση των δύο διεπαφών (απτική - γραφική). 5. Τα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με την απτική διεπαφή εάν ληφθεί υπόψην ο αριθμός των λαθών που κάνουν κατά τη διαδικασία επίλυσης των προγραμματιστικών προβλημάτων. 1 Οι όροι μικροϋπολογιστής ή μικροεπεξεργαστής χρησιμοποιούνται στη διατριβή για να δηλώσουν την εξελιγμένη μορφή του μικροϋπολογιστή με ενσωματωμένα υποσυστήματα που στη βιβλιογραφία συναντάται και ως μικροελεγκτής (microcontroller). 21

22 6. Η απτική διεπαφή όταν τα παιδιά προγραμματίζουν σε ομάδες, είναι πιο αποτελεσματική κατά της διαδικασία της διόρθωσης προγραμματιστικών σφαλμάτων. Σε ό,τι αφορά την επίδοση των μαθητών στο ελεύθερο παιχνίδι: 7. Εάν τα παιδιά αφεθούν ελεύθερα να προγραμματίσουν και με τα δύο συστήματα φαίνεται να εμπλέκονται περισσότερο στη διαδικασία με την απτική διεπαφή και αυτό είναι σαφές για τις μεγαλύτερες ηλικιακές ομάδες. 8. Σε ό,τι αφορά το μήκος των ελεύθερων προγραμμάτων, τα παιδιά δημιουργούν προγράμματα τα οποία δεν διαφοροποιούνται ως προς το μήκος τους είτε προγραμματίζουν με απτική είτε με γραφική διεπαφή. 9. Τα παιδιά όταν προγραμματίζουν ελεύθερα σε ομάδες φαίνεται να διερευνούν περισσότερες εντολές και παραμέτρους όταν εργάζονται με την απτική διεπαφή αυξάνοντας έτσι τις γνώσεις τους για τον προγραμματισμό. 10. Η πολυπλοκότητα των προγραμμάτων που κατασκευάζουν τα παιδιά, αν αφεθούν ελεύθερα να παίξουν με τα δύο συστήματα φαίνεται να ενισχύεται όταν η διεπαφή που χρησιμοποιούν είναι απτική. Σε ότι αφορά την επίδοση και τις προτιμήσεις των μαθητών όταν κληθούν να προγραμματίσουν, χωρίς οδηγίες, μετά από ένα μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς αλληλεπίδραση με τα συστήματα: 11. Τα μικρότερα παιδιά δηλώνουν ότι θυμούνται περισσότερο πώς να χρησιμοποιήσουν την απτική διεπαφή. Ταυτόχρονα, σε ό,τι αφορά τη γραφική διεπαφή τα αγόρια εμφανίζονται περισσότερα αισιόδοξα από τα κορίτσια σε ότι αφορά το πόσο θυμούνται να την χρησιμοποιήσουν. 12. Η επίδοση των παιδιών σε ό,τι αφορά προκαθορισμένα προγραμματιστικά προβλήματα και λάθη χειρισμού δεν επιβεβαιώνει τον ισχυρισμό τους για το ποια από τις δυο διεπαφές θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο. 22

23 13. Σε ό,τι αφορά τη συνεργασία φαίνεται ότι η συνεργασία των μεγαλύτερων παιδιών είναι ομαλότερη με την απτική διεπαφή. Ταυτόχρονα διαπιστώθηκε διαφοροποίηση στον τρόπο που αντιλαμβάνονται τη συνεργασία τα κορίτσια και τα αγόρια των διαφορετικών ηλικιών 14. Τα παιδιά δεν αισθάνονται βολικότερη μια από τις δυο διεπαφές (απτική γραφική) προκειμένου να θυμηθούν πώς να προγραμματίζουν μετά από ένα μεγάλο διάστημα χωρίς αλληλεπίδραση με τα συστήματα. 15. Η διαδικασία του να θυμηθεί κάποιος πώς να προγραμματίσει, με απτική διεπαφή, σε συνεργασία με άλλους, προσλαμβάνεται ως παιχνίδι από τα παιδιά όλων των ηλικιακών ομάδων. 1.3 Η δομή της διατριβής Το κείμενο της διατριβής εκτείνεται συνολικά σε 6 κεφάλαια. Ξεκινώντας από την παρουσίαση του θεω ρητικού πλαισίου, μέσα από το οποίο προέκυψαν τα ερευνητικά ερωτήματα, παρουσιάζονται αναλυτικά στα επόμενα κεφάλαια της διατριβής οι επιμέρους σχεδιαστικές και μεθοδολογικές προσεγγίσεις σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των πειραματικών δραστηριοτήτων. Συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται το θεωρητικό και σχεδιαστικό πλαίσιο των συστημάτων εισαγωγικού προγραμματισμού. Σημείο εκκίνησης αποτελούν εκπαιδευτικά λογισμικά στον προγραμματισμό και συγκεκριμένα η γλώσσα Logo. Στη συνέχεια δίνεται έμφαση στις διαφορετικές διεπαφές που αξιοποιούνται στον εισαγωγικό προγραμματισμό και εστιάζουμε την προσοχή μας στις απτικές διεπαφές παρουσιάζοντας αναλυτικά τις σχεδιαστικές προσεγγίσεις του παρελθόντος. Ακολούθως, αξιοποιώντας βασικές κοινωνικές και γνωστικές θεωρίες της ψυχολογίας διατυπώνουμε ένα θεω ρητικό πλαίσιο πάνω στο οποίο βασίζουμε τις πηγές των πλεονεκτημάτων των απτικών διεπαφών. Εν συνεχεία παρουσιάζουμε τις διαφορετικές συγκριτικές μελέτες, σε διάφορα ερευνητικά πεδία, καταλήγοντας έτσι στο να φωτίσουμε συνολικά: Τις σχεδιαστικές και Ερευνητικές αδυναμίες στο πεδίο των απτικών διεπαφών και ειδικότερα στον απτικό προγραμματισμό. Έτσι το κεφάλαιο δίνει το έναυσμα και το κίνητρο για τις ερευνητικές προσπάθειες που ακολουθούν στα επόμενα κεφάλαια και ταυτόχρονα προτείνει μια σειρά από σχεδιαστικές αρχές η εφαρμογή των οποίων είναι το σύστημα PROTEAS το οποίο 23

24 χρησιμοποιεί ηλεκτρονικά κυκλώματα και μικροεπεξεργαστές προκειμένου να θεραπεύσει τα σχεδιαστικά κενά παρόμοιων συστημάτων. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η πρώτη ερευνητική προσπάθεια η οποία υλοποιήθηκε σε δημόσιο και ιδιωτικό σχολείο. Η έρευνα αυτή ενέπλεξε εξήντα ένα παιδιά τριών ηλικιακών ομάδων τα οποία προγραμμάτισαν, αρχικά με βάση την ανάθεση αποστολών και εν συνεχεία μέσα από ελεύθερο παιχνίδι, ένα Lego Mindstorms ΝΧΤ ρομπότ χρησιμοποιώντας απτική και γραφική διεπαφή. Πριν από την έναρξη της αλληλεπίδρασης, κατά τη διάρκεια και μετά το τέλος της διαδικασίας μετρήθηκαν η ελκυστικότητα, η υποκειμενική ικανοποίηση των παιδιών και η ευκολία χρήσης των διεπαφών. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η δεύτερη ερευνητική προσπάθεια η οποία διεξήχθη σε δημόσιο σχολείο. Η έρευνα αυτή ενέπλεξε εκατόν εννέα παιδιά από πέντε ηλικιακές ομάδες τα οποία προγραμμάτισαν ένα ΝΧΤ ρομπότ, αρχικά με βάση την ανάθεση αποστολών και εν συνεχεία μέσα από ελεύθερο παιχνίδι χρησιμοποιώντας απτική και γραφική διεπαφή. Οι μετρήσεις που έγιναν αφορούσαν (α) την επίδοση των παιδιών σε προκαθορισμένες αποστολές (τρείς μετρικές) και (β) την επίδοση των παιδιών κατά τη διάρκεια του ελεύθερου παιχνιδιού (τέσσερεις μετρικές). Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζουμε την τρίτη ερευνητική προσπάθεια η οποία εστιάζει σε παιδιά με προηγούμενη εμπειρία τόσο σε απτικό όσο και γραφικό προγραμματισμό. Ο σκοπός ήταν να δούμε και να καταγράψουμε τις επιδόσεις και τις αντιδράσεις τους μετά από ένα μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς προγραμματιστικές δραστηριότητες με τις συγκεκριμένες διεπαφές. Τα παιδιά κλήθηκαν να δημιουργήσουν προγράμματα χωρίς όμως οδηγίες και σενάρια συνεργασίας. Πριν και κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων με τα συστήματα, μετρήθηκαν (α) η επίδοση (δύο μετρικές) και αξιολογήθηκε: (β) το τι θυμούνται να χρησιμοποιήσουν (remember to use) (γ) η συνεργασία (collaborat ion) (δ) η άνεση (convenience) και (ε) η διάθεση για παιχνίδι (playfulness).. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα της διατριβής, συνοψίζοντας τα επιμέρους συμπεράσματα των κεφαλαίων 3,4,5. Ουσιαστικά παρουσιάζονται οι εμπειρικές μελέτες που στοιχειοθετούν τη συνεισφορά της διατριβής στο χώρο των απτικών διεπαφών στον προγραμματισμό. 24

25 1.4 Προσωπικές δημοσιεύσεις Διεθνή περιοδικά Τ. Sapounidis, S. Demetriadis (2013). Tangible versus graphical user interfaces for robot programming: exploring cross-age children s preferences. Personal and Ubiquitous Computing 17 (8): Τ. Sapounidis, S. Demetriadis, I. Stamelos (2014). Evaluating children performance with graphical and tangible robot programming tools. Personal and Ubiquitous Computing (to appear) DOI /s Τ. Sapounidis, S. Demetriadis. Tangible and graphical programming with experienced children: A qualitative and quantitative interaction analysis. International Journal of Child-Computer Interaction (Under Review) Τ. Sapounidis, S. Demetriadis, D Stamovlasis. Profile analysis of children's preferences on tangibles and graphical interfaces: An investigation with a robust statistical methodology. Interacting with Computers (Under Review) Διεθνή συνέδρια T. Sapounidis, S. Demetriadis, Exploring children preferences regarding tangible and graphical tools for introductory programming: Evaluating the PROTEAS kit, 12th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2012), Rome, Italy, July 2012, pp T. Sapounidis, S. Demetriadis, Tangible Programming Interfaces: A Literature Review, 4th Balkan Conference in Informatics. Thessaloniki, Greece, September 2009, pp S. Demetriadis, S. Atmatzidou, T. Sapounidis, The AUTh Framework for Research in Educational Robotics: Collaboration Scripts, Metacognitive Skills, Tangible Interfaces and the CPPC+ Model, 3rd International Workshop Teaching robotics, teaching with robotics Integrating Robotics in School Curriculum. Riva del Garda (TN), Italy April Πανελλήνια συνέδρια Θ. Σαπουνίδης, Σ. Δημητριάδης, Ι. Βλαχάβας, Περιβάλλοντα απτικού προγραμματισμού: Επισκόπηση της παρούσας κατάστασης και ανοιχτά ερευνητικά ερωτήματα, 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Διδακτική της Πληροφορικής. Πάτρα, Μάρτιος 2008, pp

26 T. Sapounidis, S. Demetriadis, Touch Your Program With Hands: Qualities in Tangible Programming Tools for Novice, 15th Panhellenic Conference on Informatics with international participation, Kastoria, Greece, 30 September - 2 October 2011, pp Θ. Σαπουνίδης, Σ. Δημητριάδης, P ROTEAS (P ROgramming TangiblE Act ivit y Syst em): Τεχνολογικό σύστημα απτικού και εικονικού προγραμματισμού για παιδιά, 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Διδακτική της Πληροφορικής», Φλώρινα, Απριλίου 2012, pp Θ. Σαπουνίδης, Σ. Δημητριάδης, Συγκριτική αξιολόγηση απτικής & γραφικής διεπαφής για προγραμματισμό ρομπότ: Τί προτιμούν τα παιδιά;, 8ο Πανελλήνιο Συνέδριο με Διεθνή Συμμετοχή Τεχνολογίες Πληροφορίας & Επικοινωνίας στην Εκπαίδευση (HCICTE 2012), Βόλος, Σεπτέμβριος 2012, pp

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Θεωρητικό υπόβαθρο Τα εκπαιδευτικά λογισμικά, ο προγραμματισμός με απτικές διεπαφές και το σύστημα PROTEAS 2.1 Περίληψη 2.2 Εισαγωγή 2.3 Οι διεπαφές στον εισαγωγικό προγραμματισμό 2.4 Συστήματα απτ ικού προγραμματισμού 2.5 Οι πηγές των πλ εονεκτημάτων της απτικότητας 2.6 Μελέτες 2.7 Σχεδιαστικά και ερευνητικά κενά 2.8 Το σύστημα PROTEAS 2.8 Συμπεράσματα 2.1 Περίληψη Σε αυτό το κεφάλαιο αρχικά γίνεται μια αναφορά στα εκπαιδευτικά λογισμικά που αφορούν τον εισαγωγικό προγραμματισμό και ειδικότερα τη γλώσσα Logo. Εν συνεχεία, επικεντρωνόμαστε στα απτικά συστήματα και τις εφαρμογές στον προγραμματισμό, παρουσιάζοντας τις προηγούμενες σχεδιαστικές προσεγγίσεις και τις πηγές των πλεονεκτημάτων αυτών των συστημάτων. Το κεφάλαιο εμβαθύνει ακόμα περισσότερο στις απτικές διεπαφές στον προγραμματισμό παρουσιάζοντας όλες τις συγκριτικές μελέτες που αφορούν στην χρήση τέτοιων συστημάτων και καταλήγει να φωτίσει τόσο τα σχεδιαστικά όσο και τα ερευνητικά κενά των προηγούμενων προσεγγίσεων. Το κεφάλαιο κλείνει παρουσιάζοντας μια σειρά από σχεδιαστικούς άξονες για τέτοια συστήματα και δείχνει πώς αυτοί οι άξονες έχουν αξιοποιηθεί στο σύστημα PROTEAS και παρέχουν σε αυτό σχεδιαστικά συγκριτικά πλεονεκτήματα. Έχοντας εστιάσει στις σχεδιαστικές και τις ερευνητικές αδυναμίες το κεφάλαιο δίνει απαντήσεις σε σχεδιαστικά θέματα και ταυτόχρονα την αφορμή για τις έρευνες που περιγράφονται στα επόμενα κεφάλαια. 27

28 2.2 Εισαγωγή Οι γλώσσες προγραμματισμού, κατά κύριο λόγω, εμφανίζονται στη βιβλιογραφία να οδηγούν στην ανάπτυξη πνευματικών δραστηριοτήτων, κυρίως, λογικού και μαθηματικού τύπου. Οι εκπαιδευόμενοι μέσα από γλώσσες προγραμματισμού, όπως η Logo, αναπτύσσουν δομημένο και ιεραρχικό τρόπο σκέψης, ο οποίος μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση προβλημάτων και εκτός υπολογιστή (Μικρόπουλος, 2000) (Ντολιοπούλου, 1998). Για αυτό το λόγω, ο προγραμματισμός και ειδικότερα η μέθοδοι και τα εργαλεία που επιτρέπουν την εκμάθηση προγραμματιστικών εννοιών σε μικρά παιδιά εμφανίζονται να αποτελούν ένα ευρύ και διαχρονικό πεδίο έρευνας Η Logo ως εργαλείο προγραμματισμού Ο τεχνολογικός πρόγονος των απτικών συστημάτων προγραμματισμού και η πρώτη εκπαιδευτική γλώσσα προγραμματισμού είναι η γλώσσα Logo η οποία δημιουργήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 60 από τον Seymour Papert ο οποίος ήταν μέχρι το 1964 συνεργάτης του Jean Piaget. Ο Papert και οι μαθητές, στο εργαστήριο τεχνητής νοημοσύνης του ΜΙΤ, ουσιαστικά μέσα από την Logo δημιούργησαν την πρώτη γλώσσα προγραμματισμού, που θα έφερνε τα παιδιά κοντά στην επιστήμη των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Αυτό που κατάφεραν ήταν να κάνουν τον προγραμματισμό μέρος του φυσικού περιβάλλοντος των εκπαιδευομένων. Η ιδέα της κατασκευής βασίστηκε στο παιχνίδι Η Χελώνα το οποίο είχε κυκλοφορήσει λίγο πριν και έτσι φτάσαμε στην χελώνα logo (Εικόνα 2.1) Εικόνα 2.1. Χελώνα logo 28

29 Η χελώνα αυτή στο πρώτο της στάδιο ήταν στο μέγεθος μιας μπάλας του μπάσκετ που μπορούσε να κινείται κατά μήκος του δωματίου αποκρινόμενη σε εντολές logo της μορφής forward, backward, left και right. Η logo χελώνα μπορούσε να εφοδιαστεί με έναν στυλό έτσι ώστε να μπορεί να σχεδιάζει πάνω σε ένα χαρτί που ήταν στο πάτωμα. Τα παιδία έμαθαν να διδάσκουν τη χελώνα να σχεδιάζει βασικά σχήματα όπως τρίγωνα, τετράγωνα, κύκλους ή ακόμα και γράμματα. Η χελώνα μπορούσε να σχεδιάζει ακόμα και περίπλοκα σχήματα μέσα από επαναληπτικές διαδικασίες, περιστροφές κ.λ.π Η γλώσσα Logo εν συνεχεία μετέφερε την χελώνα του παιχνιδιού στον υπολογιστή, δίνοντας παράλληλα τη δυνατότητα στους εκπαιδευόμενους να κινήσουν τη χελώνα, προγραμματίζοντας την με εντολές. Η γλώσσα Logo είναι από μόνη της μια πλήρης γλώσσα προγραμματισμού, συνήθως, όμως, οι συγγραφείς και οι εκπαιδευτικοί εστιάζουν την προσοχή τους στη γεωμετρία και τα γραφικά «της χελώνας». Η χελώνα-ρομπότ (με μια συμβολική μορφή ενός τριγώνου, και στις σύγχρονες παραλλαγές της με τη μορφή χελώνας), είναι μια μαθηματική οντότητα, η οποία υπακούει σε εντολές μαθηματικού αλλά και γεωμετρικού τύπου. Τα παιδιά μέσα από εντολές ελέγχουν την κίνηση της χελώνας, ενώ ταυτόχρονα ταυτίζονται με αυτή, προκειμένου να την οδηγήσουν στο χώρο. Έτσι οι εντολές συντονίζονται με το σώμα και τη γνώση του γύρω κόσμου των παιδιών δίνοντας τη δυνατότητα στο παιδί να επιστρατεύσει και να ενεργοποιήσει τη γνώση του αυτή. Η γλώσσα Logo γίνεται μια γλώσσα μάθησης και ανακάλυψης. Με το να μαθαίνει το παιδί τους τρόπους σκέψης μιας μηχανής, με το να ξεχωρίζει τι είναι μηχανική σκέψη και τι δεν είναι, με το να διδάσκει τη χελώνα να ενεργεί ή να σκέπτεται, συνεργαζόμενο πάντα με συμμαθητές και εκπαιδευτές, οδηγείται στη συνειδητοποίηση των δικών του ενεργειών και σκέψεων. Τα παιδιά συνήθως ταυτίζονται με τη χελώνα και μεταφέρουν τη γνώση, σχετικά με το σώμα και τις κινήσεις τους, στη διαδικασία της μάθησης της τυπικής γεωμετρίας. Με τον τρόπο αυτό, οι μαθηματικές έννοιες και η γεωμετρία, εισάγονται ως οντότητες οι οποίες συνδυάζονται με εμπειρίες της πραγματικής ζωής. Ο Papert, όπως και ο Piaget, (Πιαζέ, 1979; Papert, 1980) συνηγορούν υπέρ του ενεργητικού ρόλου και του ελέγχου του ίδιου του εκπαιδευόμενου στη διαδικασία της μάθησης. Μέσα από τον προγραμματισμό, και ειδικότερα τη Logo, οι μαθητευόμενοι αποκτούν τη γνώση, προσαρμόζοντας τις δικές τους γνωστικές εμπειρίες, με τη βοήθεια βέβαια του εκπαιδευτή. Για παράδειγμα έχοντας οι εκπαιδευόμενοι μάθει να σχεδιάζουν τρίγωνα, τετράγωνα κ.λ.π καλούνται να σχεδιάσουν ένα σπίτι, μεταβαίνοντας από το γνωστό σε κάτι νέο. Έτσι τα τετράγωνα και οι κύκλοι γίνονται 29

30 οντότητες οικοδόμησης οι οποίες με κατάλληλη ιεραρχία και στρατηγικές οδηγούν στο νέο αποτέλεσμα. Τα οφέλη που αποκομίζουν τα παιδιά από την ενασχόλησή τους με τον προγραμματισμό, που είναι βεβαίως κατάλληλος για την ηλικία τους, πέραν των ψυχοκινητικών δεξιοτήτων, που πηγάζουν από τον ίδιο τον υπολογιστή όπως για παράδειγμα ο χειρισμός του ποντικιού, είναι τα ακόλουθα (Underwood& Underwood, 1990: 36): 1. Ο προγραμματισμός απαιτεί ένα είδος αυστηρής σκέψης η οποία είναι απόλυτα σαφής. Δεν υπάρχουν υπονοούμενα, όταν δίνουμε εντολές για την κίνηση του δρομέα (η έκδοση της χελώνας ρομπότ στον υπολογιστή). Η χελώνα θα κινείται, ακριβώς όπως την προγραμματίσουμε, χωρίς να παρεκκλίνει ούτε στο ελάχιστο από τις εντολές που τις δίνουμε. Ο εκπαιδευόμενος απαιτείται να δίνει τις εντολές με απόλυτη ορθότητα και, κυρίως, να αναθεωρεί τη στρατηγική του, σε περίπτωση λάθους, προκειμένου να φτάσει στο επιθυμητό αποτέλεσμα. 2. Ο προγραμματισμός παρέχει ένα περιβάλλον στο οποίο η γενική ιδέα του μετασχηματισμού, της συνάρτησης, και της μεταβλητής πραγματώνεται, μια και τα αποτελέσματα τους μπορούν να γίνουν άμεσα αντιληπτά. Το περιβάλλον αυτό είναι ένα ισχυρότατο εργαλείο που βρίσκει εφαρμογή μέσα σε διάφορα προγράμματα και ιδιαίτερα στη γλώσσα Logo όπου έχουμε γραφική αναπαράσταση του αποτελέσματος στην οθόνη του υπολογιστή. Οι γλώσσες προγραμματισμού, και ειδικότερα η Logo, έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν τη σκέψη σε πραγματικότητα. 3. Με την επίλυση προβλημάτων μέσω προγραμματισμού, ωθούμαστε στη υιοθέτηση στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων, που σαν βασική αρχή έχουν τον τεμαχισμό του προβλήματος σε επιμέρους αυτοτελή τμήματα. Ο προγραμματισμός ενθαρρύνει την ιδέα της οργάνωσης ενός προβλήματος σε τμήματα, όπου επιμέρους διαδικασίες μπορούν να φτάσουν στο χτίσιμο μιας συνολικής λύσης. 4. Η απαίτηση να εκτελέσουμε ένα πρόγραμμα, ακριβώς όπως προβλέπεται από τις εντολές, μπορεί να μας επιτρέψει να εκτιμήσουμε το λάθος που κάναμε σε μια μη σωστή λύση που δώσαμε. Αν για παράδειγμα ένας εκπαιδευόμενος επιχειρήσει να σχεδιάσει ένα κύκλο, και αντί για αυτό, λανθασμένα, σχεδιάσει ένα ημικύκλιο, τότε ο εκπαιδευόμενος θα έχει μια ένδειξη εντοπισμού του λάθους του, δηλαδή ότι εκτέλεσε τα μισά βήματα από ό,τι θα έπρεπε. Τα λάθη μπορούν να γίνουν ένα ιδιαίτερα χρήσιμο αλληλεπιδραστικό εργαλείο, μια και η ίδια η φύση του λάθους μπορεί να αποτελέσει 30

31 ένα πρώτης τάξεως διαγνωστικό μέσο προκειμένου να εντοπίσουμε το λάθος. Η στρατηγική της αξιοποίησης του λάθους αποτελεί ένα εργαλείο τελειοποίησης διαδικασιών που μπορεί να γενικευτεί και σε άλλες διεργασίες επίλυσης προβλημάτων. 5. Η ανάγκη να συζητηθεί ανοιχτά, με εκπαιδευόμενους και εκπαιδευτές, η διαδικασία επίλυσης προβλημάτων δίνει την ευκαιρία της συνειδητοποίησης της ίδιας της διαδικασίας. Έτσι αποκτούν νόημα οι διαδικασίες ελέγχου, οι οποίες είναι απαραίτητες στην επιλογή ανάμεσα στους διαφορετικούς δρόμους επίλυσης. Αυτή η συνειδητοποίηση της διαδικασίας καλείται και μεταγνώση, δηλαδή γνώση για την προσωπική γνωστική διαδικασία. Η συνειδητοποίηση της ικανότητας μας να επιλύουμε προβλήματα, βοηθάει στο να γνωρίσουμε τις δικές μας ικανότητες και να εντοπίσουμε την πεπατημένη πάνω στην οποία πρέπει να βασιστούμε προκειμένου να επιτύχουμε λύσεις. Το σημαντικότερο όφελος της συνειδητοποίησης των στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων είναι η γνώση που αποκτούμε, την οποία και μπορεί να αξιοποιήσουμε, σε πραγματικές καταστάσεις που παρουσιάζουν αναλογία με αυτές που αντιμετωπίστηκαν στο περιβάλλον του λογισμικού Ο προγραμματισμός και οι προκλήσεις Αντίθετα με ό,τι συμβαίνει με τις αυτοματοποιημένες γνωστικές δραστηριότητες, εκείνες δηλαδή που απαιτούν γνώσεις ή επιμέρους δεξιότητες που αποκτήθηκαν μέσα από επανειλημμένη πρακτική εξάσκηση (π.χ οι δεξιότητες της ανάγνωσης, η γνώση της προπαίδειας κ.α.), η διαδικασία επίλυσης προβλημάτων προϋποθέτει νοητική λειτουργία, κατά την οποία χρειάζεται να αναπτύξουμε διάφορες στρατηγικές προσέγγισης του προβλήματος. Όταν οι εκπαιδευόμενοι μαθαίνουν προγραμματισμό με κάποια γλώσσα (Logo για παράδειγμα), για να πραγματοποιήσουν ένα στόχο τους, όπως το να βγάλουν τον ήρωα μέσα από το λαβύρινθο, αυτό που έχει σημασία, πέρα από το τελικό αποτέλεσμα ή την ίδια τη γλώσσα προγραμματισμού, είναι η εμπειρία. Λέγοντας εμπειρία εννοούμε την εμπειρία της ανάπτυξης των απαιτούμενων στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων, την επινόηση ιδεών και τη δοκιμή της ορθότητας τους, την ενασχόληση με τα λάθη διάγνωσης του προβλήματος κατά τρόπο θετικό, την αύξηση της εμπιστοσύνης του παιδιού στην ίδια του την κρίση, αφού την εμπιστεύεται και ο παιδαγωγός και, γενικά, την ενασχόληση του μαθητευόμενου με την ίδια τη διαδικασία της μάθησης (Ράπτης, 1998: 36). Η παιδαγωγική αξία των γνωστικών αυτών εξερευνητικών δραστηριοτήτων που απαιτούν σκέψη είναι ότι βοηθούν το παιδί να μάθει να σκέφτεται και σε άλλες περιπτώσεις επίλυσης προβλημάτων γενικότερα, είτε με την υιοθέτηση πιο ευέλικτων στάσεων και λογικών, είτε με την επιτάχυνση της 31

32 μετάβασης σε πιο προωθημένα νοητικά στάδια με την έννοια που έδωσε σε αυτά ο Piaget (Πιαζέ Ζ, 1979: 46). 2.3 Οι διεπαφές στον εισαγωγικό προγραμματισμό Γραφικές και απτικές διεπαφές για τον προγραμματισμό Η δημιουργία προγραμματιστικών εργαλείων για παιδιά είναι ένα ευρύ πεδίο έρευνας από τις αρχές της δεκαετίας του 60. Βασισμένο κυρίως σε γραφικές διεπαφές και αξιοποιώντας τις θεωρίες του εποικοδομητισμού του Papert (Papert, 1980), ένας μεγάλος αριθμός από γλώσσες προγραμματισμού δημιουργήθηκαν για παιδιά και αρχάριους χρήστες (Kelleher & Pausch, 2005). Πιο πρόσφατα, κάποιες ενδεικτικές γλώσσες προγραμματισμού όπως οι ToonTalk (Kahn, 1999), Alice (Pausch et al., 1995), Scratch (Maloney et al., 2010) και ROBOLAB ενσωμάτωσαν απλή σύνταξη, εμφωλιασμένες επαναλήψεις και δομές ελέγχου με γραφική αναπαράσταση. Αυτές οι προσεγγίσεις οι οποίες βασίστηκαν σε γραφική διεπαφή, επέτρεψαν σε παιδιά να προγραμματίζουν μετακινώντας και συνδέοντας εικονίδια στην οθόνη υπολογιστών. Η διαδικασία του προγραμματισμού μέσα από γραφική διεπαφή απαιτεί την ικανότητα να μεταφραστούν οι συμβολικές αναπαραστάσεις πάνω στην οθόνη στις δράσεις ενέργειες που αυτές προκαλούν. Από την άλλη ο προγραμματισμός με απτική διεπαφή μπορεί να μειώσει αυτό το γνωστικό κενό μεταφέροντας τις προγραμματιστικές ενέργειες διαμέσου του χειρισμού απτικών αντικειμένων (Nusen & Sipotakiat, 2011). H εργασία του Fitzmaurice et al., (1995) ήταν η πρώτη η οποία εισήγαγε το 1995 την έννοια της χειροπιαστής διεπαφής η οποία ήταν καθημερινά αντικείμενα τα οποία μπορούσε κάποιος να χρησιμοποιήσει για να αλληλεπιδράσει με τον ψηφιακό κόσμο. Το 1997 οι Ishii και Ulmer (1997) όρισαν τις απτικές διεπαφές σαν διεπαφές χρήστη οι οποίες προσθέτουν αξία στον φυσικό κόσμο ενσωματώνοντας ψηφιακές πληροφορίες σε καθημερινά αντικείμενα και περιβάλλοντα. Μετά την εργασία των Ishii και Ulmer οι απτικές διεπαφές χρήστη έγιναν ένα ελκυστικό πεδίο έρευνας για τους επιστήμονες. Τις επόμενες δεκαετίες ο τομέας των απτικών διεπαφών χρήστη προσέφερε συστήματα τα οποία αξιοποιήθηκαν σε διάφορες εφαρμογές (McNerney, 2004; Kelleher & Pausch, 2005; Sapounidis & Demetriadis, 2009). Οι πλειοψηφία αυτών των συστημάτων είχε σχεδιαστεί για αρχάριους και εφαρμόστηκε σε πεδία όπως η μουσική (Schiettecatte & Vanderdonckt, 2008; Newton-Dunn, Nakano, & Gibson, 2003), τα μαθηματικά (Schweikardt & Gross, 2006), η εκμάθηση δυναμικών εννοιών (Zuckerman & Resnick, 2003b), η τρισδιάστατη μοντελοποίηση (Anderson et al., 1999), η αφήγηση ιστοριών (Stanton et al., 2001), η αναπαράσταση κουίζ (Terrenghi et al., 2006) τα logistics (Schneider et al., 2011) και μια από τις επιστημονικές περιοχές η οποία γνωρίζει 32

33 εξαιρετικό ενδιαφέρον είναι η εφαρμογή των απτικών διεπαφών χρήστη στην εκμάθηση προγραμματιστικών εννοιών (Wyeth & Purchase, 2002; Smith, 2009). Στον τομέα του απτικού προγραμματισμού πολλά απτικά συστήματα σχεδιάστηκαν για παιδιά και είχαν σκοπό να συνδέσουν τις προγραμματιστικές δραστηριότητες με το φυσικό κόσμο (Orit & Eva, 2009), (Wyeth & Purchase, 2003), (Horn, Solovey, Crouser, & Jacob, 2009). Τα περισσότερα από αυτά τα συστήματα επικεντρώθηκαν στον εισαγωγικό προγραμματισμό δηλαδή στην εκμάθηση εισαγωγικών και απλών εννοιών που στόχευαν σε αρχάριους χρήστες και παιδιά. Τα απτικά συστήματα αυτού του τύπου μπορούν να ταξινομηθούν σε δυο κατηγορίες: Tα ενεργά συστήματα (Suzuki & Kato, 1993) και Tα παθητικά συστήματα (Horn, 2009). Τα ενεργά συστήματα είναι συστήματα κατά κύριο λόγο με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα, ενώ τα παθητικά συστήματα είναι βασισμένα κυρίως σε αναγνώριση εικόνας ή RFIDs (Radio Frequency Identification). Μια ιδιαίτερα αξιοσημείωτη εργασία στο χώρο παρουσιάστηκε από τους Suzuki και Kato (1993) οι οποίοι κατασκεύασαν το σύστημα AlgoBlocks το οποίο ήταν η πρώτη ενεργή απτική γλώσσα προγραμματισμού η οποία επιχειρούσε να προωθήσει τη συνεργασία κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού μέσα από κοινωνική αλληλεπίδραση και συζήτηση Απτικός προγραμματισμός Η πρόσφατη έρευνα στις απτικές διεπαφές χρήστη (tangible user interfaces), όπως ορίστηκαν από τους Ishii και Ullmer, (1997) δημιούργησε εξαιρετικές ευκαιρίες για καινοτόμο εφαρμογή της τεχνολογίας μέσα σε τάξεις (π.χ. (Ichida et al., 2004; Itoh et al., 2004). Μια περιοχή που φαίνεται να έχει επωφεληθεί από αυτού του είδους την τεχνολογία είναι αυτή των περιβαλλόντων απτικού προγραμματισμού με εφαρμογή στην εκπαίδευση και όχι μόνο (McNerney, 2004; Blackwell, 2003). Ένα περιβάλλον απτικού προγραμματισμού μπορεί να έχει όμοια αποτελέσματα χρήσης με μια βασισμένη σε κείμενο text-based ή οπτική visual-based γλώσσα. Η ιδιαιτερότητα αυτών των περιβαλλόντων έγκειται στο ότι αντί να χρησιμοποιούνται γραφικά αντικείμενα ή γραπτές εντολές στην οθόνη του υπολογιστή, αξιοποιούνται πραγματικά αντικείμενα του φυσικού κόσμου (π.χ. (Wyeth & Purchase, 2003; Smith, 2007; Horn & Jacob, 2007b; Frei et al., 2000)). Ο προγραμματισμός φαίνεται να είναι γενικά μια απαιτητική διαδικασία για τους αρχάριους όλων των ηλικιών (Kelleher & Pausch 2005). Οι χρήστες δεν έχουν δυσκολία μόνο στο να κατανοήσουν μία στριφνή σύνταξη με εντολές με περίεργα ονόματα αλλά και στο να μάθουν πώς να χειρίζονται το προγραμματιστικό περιβάλλον (Cockburn & Bryant, 1997). Η μείωση της δυσκολίας του να μάθει κάποιος πως 33

34 λειτουργεί ένα προγραμματιστικό περιβάλλον θεω ρείται ένα από τα πλεονεκτήματα των απτικών συστημάτων. Δεδομένου ότι οι χρήστες δεν απαιτείται να μάθουν να χρησιμοποιούν πληκτρολόγιο και ποντίκι, μια και το μόνο που χρειάζεται είναι η φυσική ικανότητα του να χειρίζονται πραγματικά αντικείμενα της καθημερινότητας, όπως κύβους και πάζλ (Smith, 2007). Κατά συνέπεια, εκτιμάται ότι τα απτικά συστήματα μειώνουν το γνωστικό φορτίο που απαιτείται προκειμένου να μάθει κάποιος πως δουλεύει ένα σύστημα και έτσι η προσοχή του χρήστη εστιάζει στο πεδίο εκμάθησης του προγραμματισμού (Marshall, 2007). Τα συστήματα τα οποία εμφανίζονται να έχουν επηρεάσει την κατασκευή των απτικών συστημάτων προγραμματισμού είναι: (α) τα AlgoBlocks (Suzuki & Kato, 1993) τα οποία ήταν το πρώτο σύστημα που εισήγαγε τις εντολές σε σχήμα κύβων, (β) το σύστημα Tangible Programming Brick (McNerney, 2001) το οποίο ήταν το πρώτο σύστημα που εισήγαγε την έννοια των παραμέτρων, (γ) το σύστημα Electronic Blocks (Wyeth & Purchase, 2003) το οποίο επέτρεψε στα παιδιά να χτίζουν ρομπότ ή απλούς προγραμματιζόμενους μηχανισμούς ενώνοντας τα ίδια τα συστατικά στοιχεία του προγραμματισμού, (δ) το σύστημα Tern (Horn & Jacob, 2007b) το οποίο ήταν το πρώτο που εισήγαγε τα συστήματα σάρωσης και αναγνώρισης προκειμένου να αναγνωρίσει τις εντολές τις οποίες χρησιμοποίησε ο χρήστης και έτσι να δημιουργήσει την προγραμματιστική ακολουθία. 2.4 Συστήματα απτικού προγραμματισμού Η Radia Perlman, ερευνήτρια του MIT media lab, στα τέλη του 70 κατάλαβε ότι τα περισσότερα παιδιά, κάτω των χρονών, δεν ήταν έτοιμα να αρχίσουν να προγραμματίζουν με τον παραδοσιακό τρόπο (Kelleher & Pausch, 2005) (δηλ. πληκτρολογώντας κώδικα Logo σε έναν υπολογιστή με πληκτρολόγιο). Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των παιδιών στον προγραμματισμό δεν ήταν μόνο η σύνταξη του κώδικα αλλά η διεπαφή χρήστη. Η Perlman τότε άρχισε να σχεδιάζει κάποιες διεπαφές που θα επέτρεπαν ακόμα και στα παιδιά προσχολικής ηλικίας να μάθουν να προγραμματίζουν μια «χελώνα». Προϊόν αυτών των προσπαθειών ήταν η πρώτη διεπαφή αυτού του είδους, το Tortis - Slot machine (Kelleher & Pausch, 2005). Από εκείνη την ημέρα μέχρι και σήμερα ακολούθησαν διάφορες σχεδιαστικές προτάσεις οι οποίες θα παρουσιαστούν συνοπτικά σ αυτή την ενότητα Tortis - Slot machine 34

35 Εικόνα 2.2. Tortis - Slot machine Το Slot machine (Kelleher & Pausch, 2005; McNerney, 2004), ήταν το πρώτο σύστημα που κατασκευάστηκε και εισήγαγε τις πλαστικές κάρτες που μπορούσαν να μπουν σε μια από τις τρεις χρωματιστές στοίβες (κόκκινη, πράσινη, και μπλε) που υπήρχαν. Στο αριστερό άκρο κάθε στοίβας υπήρχε ένα Do it κουμπί (Εικόνα 2.2). Όταν κάποιος πατούσε το κουμπί, μια εικονική (virtual) χελώνα εκτελούσε την ενέργεια που φαινόταν στην φω τογραφία της κάθε κάρτας της πρώτης στοίβας. Όταν μια ενέργεια εκτελούνταν, η λάμπα κάτω από τη συγκεκριμένη κάρτα άναβε.. Το Slot machine προσέφερε μεταξύ άλλων κάποιες σημαντικές δυνατότητες στο χρήστη, όπως η άμεση δυνατότητα χειρισμού του προγράμματος είτε προσθέτοντας είτε αναδιατάσσοντας είτε ακόμα και βγάζοντας κάρτες. Για να δοθεί η δυνατότητα της κλήσης διαδικασίας η Perlman εισήγαγε ειδικές κάρτες (McNerney, 2004) AlgoBlock Τα AlgoBlock (Kato et al., 1997; Suzuki & Kato, 1993) είναι μια απτική (Tangible) εκπαιδευτική γλώσσα προγραμματισμού για μαθητές Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Το σύστημα είναι μια συλλογή από φυσικούς κύβους που μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους προκειμένου να σχηματίσουν ένα πρόγραμμα. Αυτοί οι κύβοι στη συνέχεια συνδέονται με έναν υπολογιστή για να εκτελεστεί το πρόγραμμα. Ο κάθε κύβος αντιστοιχεί σε μια εντολή που μοιάζει με τις εντολές της Logo (Εικόνα 2.3). 35

36 Εικόνα 2.3. AlgoBlock Τα AlgoBlock κατασκευάστηκαν για να προωθήσουν τη συνεργασία. Δουλεύουν σαν ένα εργαλείο για συνεργατικές δραστηριότητες και βοηθούν τους εκπαιδευόμενους να χτίσουν προγράμματα μέσα από κοινωνικές αλληλεπιδράσεις και συζήτηση. Οι εκπαιδευόμενοι έχουν σαν στόχο να καθοδηγούν ένα υποβρύχιο που απεικονίζεται σε μια CRT οθόνη με Logo-like εντολές. Τέτοιες εντολές μπορούν να είναι πήγαινε μπροστά, στρίψε αριστερά δεξιά, γύρνα, «ξεδίπλωσε τα πόδια για να απογειωθείς» κ.λ.π. Η κάθε μια από αυτές τις εντολές έχει ένα αντίστοιχο κύβο που την εκφράζει Music Block Το σύστημα Music Block (McNerney, 2004), το οποίο μάλιστα είναι εμπορικό, είναι ιδιαίτερα επιτυχημένο και είναι ένα από τα συστήματα που μπορούν να παίξουν μουσική χρησιμοποιώντας απτικές εντολές. Το σύστημα έχει πέντε χρωματιστούς κύβους στο οποίο, ο κάθε ένας από αυτούς αντιπροσωπεύει μια μουσική φάση του Eine Kleine Nachtmusic. Ο χρήστης βάζει κυβάκια σε ένα σύστημα αναπαραγωγής. Όταν τα κυβάκια μπουν στις ελεύθερες θέσεις, τότε ακούγεται η φάση του κομματιού που αντιπροσωπεύει το κάθε κύβο. Αν πατηθεί βέβαια το play (το μοναδικό κουμπί) τότε ακούγεται ολόκληρη η αλληλουχία. Βέβαια είναι φτιαγμένο έτσι ώστε οποιαδήποτε και να είναι η σειρά τοποθέτησης των κύβων το αποτέλεσμα να μην είναι αποκρουστικό. Για μεγαλύτερη ποικιλία η κάθε πλευρά των κύβων παίζει και διαφορετικό μουσικό κομμάτι [Εικόνα 2.4]. 36

37 Εικόνα 2.4. Music Block Block Jam Το σύστημα Block Jam (Newton-Dunn et al., 2003) είναι μια απτική διεπαφή και ταυτόχρονα μια οπτική γλώσσα η οποία επιτρέπει σε αρχάριους και μη να εκμεταλλευτούν τις δυνατότητες της. Το σύστημα αυτό αποτελείται από 26 αντικείμενα τα οποία, ανάλογα με την τοπολογία σύνδεσης και τις ρυθμιζόμενες ιδιότητες τους, μπορούν να παράγουν μουσικές φράσεις. Υπάρχουν δύο είδη κουτιών, τα play blocks και τα path blocks [Εικόνα 2.5]. Εικόνα 2.5. Block Jam Τα play blocks είναι αυτά που ξεκινούν, σταματούν και ελέγχουν την ταχύτητα της cue ball. Τα path blocks ελέγχουν τη διαδρομή της νοητής cue ball. Τα play block μπορούν να συνδεθούν μόνο με τη μία τους πλευρά (προς την κατεύθυνση που δείχνει το 37

38 εικονίδιο του play). Τα path block όμως μπορούν να συνδεθούν και προς τις τέσσερις πλευρές τους. Όταν τα κουτιά συνδεθούν μεταξύ τους δημιουργούν ένα σύμπλεγμα.. Το σύμπλεγμα αυτό συνδέεται με τον υπολογιστή μέσω ενός καλωδίου και ενός κουτιού βάσης (mother block). Το καλώδιο δίνει ρεύμα στο σύμπλεγμα καθώς και έναν δίαυλο επικοινωνίας με τον υπολογιστή. Η cue ball κινείται νοητά από τον ένα κύβο στο άλλο ανάλογα με τους κανόνες που επιβάλουν τα path blocks. Ο κάθε κύβος περιέχει, μεταφορικά βέβαια, κάποιον ήχο και έτσι καθώς η cue ball ή οι cue balls κινούνται από κύβο σε κύβο παράγουν ήχους δημιουργώντας μουσική Απτικός προγραμματισμός για παιδικά τραίνα Ο Genee Lyn Colobong (McNerney, 2004) δημοσίευσε το 1999 μια γλώσσα προγραμματισμού για τρένα, η οποία μάλιστα έγινε εμπορική από κάποιες εταιρίες. Αποτέλεσμα αυτή της έρευνας ήταν και το σύστημα Lego intelli - train του οποίου η συμπεριφορά προγραμματιζόταν με την τοποθέτηση κύβων - εντολών στη γραμμή. Για παράδειγμα, όταν το τραίνο περνούσε από το toot τουβλάκι, ακουγόταν η κόρνα του. Όταν το τραίνο περνούσε από το τουβλάκι αναστροφή, άλλαζε κατεύθυνση. Όταν έφτανε στο τουβλάκι στάση, σταματούσε και περίμενε από το παιδί να πατήσει το κουμπί go. Προσθέτοντας, αφαιρώντας, αναδιατάσσοντας τα τουβλάκια στη γραμμή, τα παιδιά μπορούσαν να αλλάζουν το πρόγραμμα, ακόμα και όταν το τραίνο βρισκόταν σε κίνηση (Εικόνα 2.6). Εικόνα 2.6. Απτικός προγραμματισμός για τρένα Μετά από κάποια πειράματα, παρατηρήθηκε ότι η κατασκευή της γραμμής και η τοποθέτηση εντολών που θα εκτελούσε αργότερα το τραίνο δεν ήταν διαισθητική διαδικασία για τα τετράχρονα παιδιά. Προκειμένου να δουν τι κάνουν τα τουβλάκια, τα έβαζαν ακριβώς μπροστά στο τραίνο πράγμα που προκαλούσε εκτροχιασμούς. 38

39 2.4.6 Tangible Programming Brick Η έρευνα του Timothy S. McNerney (2001) στις απτικές διεπαφές χρήστη άρχισε από το 2000 με την κατασκευή του συστήματος Tangible Programming Brick που ήταν μια ακόμα απτική γλώσσα προγραμματισμού. Οι κατασκευαστές αποφάσισαν να φτιάξουν ένα μονοδιάστατο σύστημα το οποίο βάζοντας το ένα τουβλάκι Lego πάνω στο άλλο θα έφτιαχναν μια αλληλουχία από εντολές. Για να γίνει το σύστημα πιο ισχυρό, έφτιαξαν τα τουβλάκια έτσι ώστε να παίρνουν μια κάρτα στα πλάγια. Αυτή η μέθοδος αρχικά είχε σκοπό να δώσει τη δυνατότητα στο σύστημα να αποκτήσει παραμέτρους, αλλά στην πορεία φάνηκε ότι μπορούσαν να τοποθετήσουν και άλλα πράγματα όπως διακόπτες, αισθητήρια κ.λ.π. (Εικόνα 2.7). Εικόνα 2.7. Tangible Programming Brick Electronic blocks Τα electronic block (Wyeth & Purchase, 2000; Wyeth & Purchase, 2002; Wyeth & Purchase, 2002; Wyeth & Purchase, 2003) έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε τα παιδιά να μπορούν να τα συνδέσουν όπως κάνουν και με οποιουσδήποτε άλλους κύβους. Βάζοντας τα electronic block το ένα πάνω στο άλλο, τα μικρά παιδιά φτιάχνουν προγράμματα που το κάθε ένα από αυτά εκτελεί και διαφορετική διεργασία. Τα electronic block έχουν εισόδους, εξόδους και όταν συνδεθούν η έξοδος του ενός κουτιού ελέγχει την είσοδο του άλλου. Υπάρχουν τρία είδη κουτιών: Τα κουτιά αισθητήρες (Sensor blocks) Τα κουτιά ενέργειες (Action blocks) Τα λογικά κουτιά (Logic blocks) Τα λογικά κουτιά ανιχνεύουν φω ς, αφή και ήχο στο περιβάλλον. Τα κουτιά αισθητήρες είναι αυτά που δίνουν σήμα στα κουτιά ενέργειες για να εκτελέσουν κάποια 39

40 λειτουργία. Τα λογικά κουτιά έχουν ένα ενδιάμεσο ρόλο. Τοποθετώντας τα λογικά κουτιά ανάμεσα στα κουτιά αισθητήρες και στα κουτιά ενέργειες, έχουμε τη δυνατότητα να αλλάξουμε την αναμενόμενη ενέργεια. Ακόμα και πολύ μικρά παιδιά, σύμφωνα με τους συγγραφείς των άρθρων Wyeth et al. (2003), μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια συλλογή από electronic blocks. Ένα απλό παιχνίδι με τα action blocks μπορεί να παράγει κάποιου είδους ενέργειες που αυτά τα παιδιά θα βρουν εξαιρετικά ενδιαφέρουσα [Εικόνα 2.8]. Εικόνα 2.8. Electronic blocks AutoHAN Media Cubes Το AutoHAN (Blackwell & Hague, 2001) είναι μια δικτυακή και προγραμματιστική αρχιτεκτονική που επιτρέπει τον προγραμματισμό ανάμεσα στις διάφορες εφαρμογές μιας οικίας. Ένα τμήμα του AutoHAN είναι οι mediacubes. Οι mediacubes (Εικόνα 2.9) είναι μια γλώσσα προγραμματισμού η οποία φιλοδοξεί να χρησιμοποιηθεί από απλούς χρήστες όπως αυτούς που μπορούν να χειριστούν ένα απλό τηλεχειριστήριο. Βέβαια κάποιος μπορεί να πει ότι ο προγραμματισμός του VCR δεν είναι προγραμματισμός όπως αυτός του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Αν όμως θέλουμε να δώσουμε την εντολή στο VCR να αρχίσει να γράφει από την κάμερα ασφαλείας της μπροστινής πόρτας για διάστημα 5 λεπτώ ν από τη στιγμή που κάποιος ανιχνευτής εντόπισε κίνηση, τότε μιλάμε για προγραμματισμό. 40

41 Εικόνα 2.9. Media Cubes Ο κάθε κύβος του συστήματος είναι μια χειροπιαστή διαφανής διεπαφή η οποία είναι συσχετισμένη με μια λειτουργία μιας οικιακής συσκευής. Εάν για παράδειγμα ο κύβος αναπαριστά το play / pause ο χρήστης μπορεί να συσχετίσει αυτόν τον κύβο με το CD player. Ο συνδυασμός περισσοτέρων του ενός κύβου, που αναπαριστά διαφορετικές λειτουργίες της ίδιας συσκευής, είναι η διαδικασία που θα πρέπει να ακολουθηθεί προκειμένου να ολοκληρωθεί το γράψιμο ενός προγράμματος Απτικός προγραμματισμός με «σπάγκους» Πρόκειται για μια συσκευή η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία απλών προγραμμάτων προκειμένου να ελεγχθούν ρομποτικά παιχνίδια (Patten, Griffith, & Ishii, 2000). Για να δημιουργήσουν οι χρήστες ένα πρόγραμμα, σε αυτό το σύστημα, πρέπει να συνδεθούν γεγονότα με ενέργειες που θα πρέπει να εκτελεστούν σαν ανταπόκριση σε αυτά τα γεγονότα. Αυτές οι σχέσεις παρουσιάζονται σαν εικόνες που συνδέονται με κάποιο φυσικό «σπάγκο» (πρόκειται για καλώδιο που μοιάζει με σπάγκο). Ο χρήστης συνδέει γεγονότα που δημιουργούνται από τους αισθητήρες του ρομπότ με ενέργειες που εκτελούνται σαν απόκριση σε αυτά τα ερεθίσματα. Το σύστημα έτσι δημιουργεί ένα πρόγραμμα το οποίο μπορεί να φορτω θεί στη μνήμη του ρομπότ, έτσι ώστε να λειτουργεί σύμφωνα με τον τρόπο που περιγράφεται από τις συνδέσεις των σπάγκων (Εικόνα 2.10). 41

42 Εικόνα Απτικός προγραμματισμός με σπάγκους GameBlocks Το σύστημα (Smith, 2007; Smith, 2006) αυτό αποτελείται από φυσικούς κύβους οι οποίοι τοποθετούνται πάνω σε ράγες και δημιουργούν έτσι μια ακολουθία από εντολές κουτιά. Η σχετική θέση των κύβων είναι σημαντική, μια και εκφράζει μια λογική ακολουθία, η οποία δεν είναι τίποτα άλλο παρά το πρόγραμμα (Εικόνα 2.11). Εικόνα GameBlocks Το σύστημα διαθέτει συνολικά 6 εντολές για τον έλεγχο ενός ανθρωποειδούς ρομπότ. Οι εντολές που διατίθενται είναι: εμπρός, πίσω, σώμα αριστερά, σώμα δεξιά, κεφάλι αριστερά και κεφάλι δεξιά. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του συστήματος είναι ότι δεν απαιτούνται ενσωματωμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα μέσα στο κάθε κύβο μια και οι εργασίες αναγνώρισης γίνονται από κυκλώματα στις ράγες. Αξίζει, τέλος, να σημειωθεί ότι το σύστημα δεν απαιτεί τη χρήση υπολογιστή, μια και η υπολογιστική ισχύς που χρειάζεται παρέχεται από μικροϋπολογιστές ενσωματωμένους στα κυκλώματα. 42

43 Quetzal - Tern Η Quetzal και η Tern (Horn & Jacob, 2006; Horn & Jacob, 2007b; Horn & Jacob, 2007a) είναι δύο ακόμα απτικές γλώσσες προγραμματισμού με εκπαιδευτικό προσανατολισμό. Η γλώσσες αυτές αποτελούνται από συμπαγή αντικείμενα χωρίς ενσωματωμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα και τροφοδοσίες (Εικόνες 2.12, 2.13). Εικόνα Tern Εικόνα Quetzal Τα προγραμματιστικά κομμάτια των δυο γλωσσών είναι πανομοιότυπα και μοιάζουν με τα κομμάτια ενός Pazzle. Η Quet zal είναι μια γλώσσα που χρησιμοποιείται για να ελέγχει ένα Lego Mindstorms ρομπότ ενώ η Tern ένα Virt ual ρομπότ πάνω στην οθόνη ενός υπολογιστή. Η φιλοσοφία των δυο αυτών γλωσσών είναι κοινή μιας και έχουν φτιαχτεί από τους ίδιους ανθρώπους και μάλιστα την ίδια χρονική περίοδο. Οι μαθητές που χρησιμοποιούν τις γλώσσες προγραμματίζουν σε offline mode και χρησιμοποιούν ένα φορητό σύστημα σάρωσης, προκειμένου να γίνει η ανάγνωση του κώδικα. Το σύστημα σάρωσης αναγνωρίζει το πώς και ποιες εντολές έχουν συνδεθεί μεταξύ τους και έτσι δημιουργείται, μετά από αυτόματη αναγνώριση, το προς εκτέλεση πρόγραμμα. Είναι, τέλος, αξιοσημείωτο ότι και οι δυο γλώσσες επιτρέπουν στον χρήστη να εισάγει παραμέτρους στις εντολές. 43

44 2.5 Οι πηγές των πλεονεκτημάτων της απτικότητας Στη μικρή ιστορική πορεία των απτικών διεπαφών, δημιουργήθηκαν μια σειρά από απτικά συστήματα τα οποία είχαν σαν σκοπό να συνδέσουν τον φυσικό με τον ψηφιακό κόσμο. Ο λόγος ήταν ότι οι απτικές διεπαφές σε σύγκριση με άλλους τύπους διεπαφών μπορεί να έχουν έναν αριθμό από πλεονεκτήματα που μπορούν να αποδοθούν σε τέσσερις παράγοντες οι οποίοι είναι: η φυσικότητα της διεπαφής, οι ιδιότητες που μπορούν να ενσωματωθούν, η καινοτομία των δράσεων που μπορούν να επιτευχθούν με την διεπαφή και τέλος οι συνεργατικές δυνατότητες Φυσικότητα Έχει προταθεί ότι οι απτικές διεπαφές μπορούν να υποστηρίξουν τόσο διερευνητικές όσο και εκφραστικές δραστηριότητες (Marshall, Price, & Rogers, 2003). Βασισμένοι στη φυσικότητα της διεπαφής, υποστηρίζεται ότι σε διερευνητικές δραστηριότητες, η οικειότητα ενεργοποιεί την εξερεύνηση (Schneider et al., 2011). Κατά αυτόν τον τρόπο οι χρήστες κερδίζουν πειραματική γνώση ενός γνωστικού μοντέλου καθοδηγούμενη πάντα από τους κατάλληλους περιορισμούς (Ullmer, Ishii, & Jacob, 2005) τους οποίους θέτει η φυσικότητα της διεπαφής. Ταυτόχρονα, η φυσικότητα της διεπαφής δημιουργεί αισθησιοκοκινητικές εμπειρίες όπως αυτές που περιγράφονται από την Sara Price σχετικά με τους ψηφιακά εμπλουτισμένους φυσικούς χώρους (Price & Rogers, 2004). Το πλεονέκτημα των απτικών διεπαφών βασίζεται στην ιδέα ότι ενεργοποιούν ένα συλλογιστικό τρόπο σκέψης και εμπειρική αφαίρεση των αισθητικοκινητικών σχημάτων (Schneider et al., 2011). Επιπλέον, ο φυσικός χειρισμός ο οποίος υποστηρίζεται από τις απτικές διεπαφές θεωρείται ότι είναι πιο οικείος, εμπλέκει και σωματικά τους χρήστες και έτσι έχει θετική επίδραση στην εμπλοκή και την ικανοποίηση (S. Price, et al., 2003), (Xie, Antle, & Motamedi, 2008). Βασισμένος στην οικειότητα της διεπαφής, ο Marshall (2007) υποστηρίζει ότι οι απτικές διεπαφές μπορεί να είναι πιο εύκολο να χρησιμοποιηθούν από παιδιά και κατ αυτόν τον τρόπο μειώνουν το ηλικιακό κατώφλι συμμετοχής σε δραστηριότητες Ιδιότητες Τα φυσικά αντικείμενα έχουν κάποιες ιδιότητες οι οποίες μπορούν, εφόσον αξιοποιηθούν, να κάνουν ένα απτικό σύστημα αποδοτικότερο από μία παραδοσιακή 44

45 διεπαφή, παρέχοντας έτσι μια πιο πλούσια εμπειρία αλληλεπίδρασης και αυξάνοντας τις πιθανότητες για προβληματισμό και κατανόηση (Fernaeus & Tholander, 2006a; Fernaeus & Tholander, 2006b). Αυτές οι ιδιότητες δεν μπορούν για παράδειγμα εύκολα να αναπαρασταθούν σε ένα γραφικό περιβάλλον και με αυτό τον τρόπο να ενισχύσουν τη μάθηση σε ένα συγκεκριμένο πεδίο γνώσης (Manches, O'Malley, & Benford, 2010). Για παράδειγμα, η ενσωμάτωση υλικών ιδιοτήτων όπως το μέγεθος, το βάρος, η υφή και η θερμοκρασία ίσως μπορούν να υποβοηθήσουν τη μάθηση σε τομείς όπως ο προγραμματισμός, τα μαθηματικά ή η χημεία (Marshall, 2007). Τα συνδυασμένα αποτελέσματα αυτών των ιδιοτήτων μπορούν ίσως να καταστήσουν μια απτική διεπαφή πιο διαισθητική και εύκολη να χρησιμοποιηθεί, για την οικοδόμηση της γνώσης. Κάποιος μπορεί να υποθέσει ότι οι απτικές διεπαφές μπορούν να μειώσουν το γνωστικό φορτίο το οποίο απαιτείται για να μάθει ο χρήστης πως δουλεύει κάποια διεπαφή και αυτό μπορεί να απελευθερώσει γνωστικούς πόρους και ο χρήστης να εστιάσει καλύτερα στην οικοδόμηση γνώσης του συγκεκριμένου πεδίου (Marshall, 2007; Jacob et al., 2008) Συνεργατικότητα Οι απτικές διεπαφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να υποστηρίξουν τη συνεργασία, πρόσωπο με πρόσωπο με πολλά χέρια και αισθήσεις, επιτρέποντας πολύ εύκολα σε περισσότερους χρήστες να συνεργαστούν (Falcão & Price, 2009). Τέτοιες διεπαφές με τις οποίες οι χρήστες μπορούν να αλληλεπιδρούν ταυτόχρονα έχουν δείξει ότι μπορούν να παρέχουν περισσότερες ευκαιρίες για ισότιμη συμμετοχή (Rogers, et al., 2009). Κατά τη διάρκεια μιας απτικής συνεργατικής δραστηριότητας, οι χρήστες μπορούν να αυξήσουν την ορατότητά τους στην εργασία άλλων συμμετεχόντων και επίσης μπορούν εύκολα να ανταλλάξουν ιδέες και σκέψεις γύρω από το πλάνο εργασίας (Stanton et al., 2001). Οι χρήστες μπορούν επίσης να παρακολουθούν τις χειρονομίες και τις ματιές των άλλων επιτυγχάνοντας έτσι μια πιο πλούσια συνεργασία από ότι θα επιτύγχαναν με μια γραφική απεικόνιση πάνω στην οθόνη ενός υπολογιστή (Goldin-Meadow, 2005). Επιπλέον, πολλές έρευνες έχουν δείξει ότι η ομαδική εργασία σε κάποια συγκεκριμένη συνεργατική δραστηριότητα μπορεί να αυξήσει την ευχαρίστηση, την εμπλοκή και τα κίνητρα των συμμετεχόντων (π.χ (Scott, Mandryk, & Inkpen, 2003; Inkpen, et al., 1995)). Το παιχνίδι για τα μικρά παιδιά είναι γνωστό ότι είναι ευεργετικό για την ανάπτυξη των παιδιών (Clements, 1995). Τα αποτελέσματα της ποιοτικής ανάλυσης της Price (Price et al., 2003) έδειξαν ότι οι απτικές διεπαφές σε συνεργατικό περιβάλλον είναι κατάλληλες για να δημιουργήσουν περιβάλλον παιχνιδιού και μάθησης για τα παιδιά. Παρόλα αυτά η υπόθεση ότι οι απτικές διεπαφές ενισχύουν τη 45

46 γνώση μέσα από το παιχνίδι δεν έχει μελετηθεί πλήρως με πειραματικές μεθόδους (Schneider et al., 2011) Καινοτομία Στην θεωρία της αυτοδιάθεσης υποστηρίζεται ότι τα άτομα αποκτούν εσωτερικά κίνητρα για δραστηριότητες οι οποίες -μεταξύ άλλων- εμφανίζονται να είναι καινοτόμες (Ryan & Deci, 2000). Οι καινοτόμες δραστηριότητες που μπορούν να επιτευχθούν από τα παιδιά μαζί μέσω της πρωτοποριακής σύνθεσης του απτικού και του ψηφιακού, είναι ένας παράγοντας κλειδί ο οποίος μπορεί να αυξήσει τον προβληματισμό και την αναζήτηση (Rogers, et al., 2002). Ακόμα, οι απτικές διεπαφές σε δραστηριότητες, όπως η εικονική πραγματικότητα όπου καθημερινά αντικείμενα μετατρέπονται σε συσκευές εισόδου και ταυτόχρονα σε συσκευές όπου το σύστημα μπορεί να εμφανίζει πληροφορίες, είναι ένα βήμα προς την ανάπτυξη νέων φυσικών διεπαφών οι οποίες είναι διαισθαντικές και μοναδικές για το πεδίο της εικονικής πραγματικότητας (Billinghurst, Kato, & Poupyrev, 2008). Οι κατάλληλες αναπαραστάσεις πάνω στη διεπαφή μπορούν ίσως να αποδειχθούν χρήσιμες στη μείωση της πολυπλοκότητας προβλημάτων και να επηρεάσουν τη διαδικασία επίλυσης προβλημάτων (Schneider et al., 2011). 2.6 Μελέτες Απτικότητα και μετρήσεις συναισθημάτων και προτιμήσεων Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι θεω ρίες του Friedrich Froebel που σχετίζονται με τη μάθηση των παιδιών και το παιχνίδι με τα δώρα (gifts) μετασχημάτισαν τη διδασκαλία (Zuckerman, Arida, & Resnick, 2005). Οι αισθητηριακές και αντιληπτικές δραστηριότητες με τα δώρα ήταν η αρχή της μελέτης και της αξιοποίησης των χειροπιαστών αντικειμένων. Οι εκδόσεις αυτών των χειροπιαστών αντικείμενων, οι οποίες ενισχύθηκαν με υπολογιστική ισχύ, σήμερα ονομάζονται ψηφιακά χειροπιαστά αντικείμενα (Resnick et al., 1998). Οι δάσκαλοι και οι παιδαγωγοί παραδοσιακά συσχέτιζαν το φυσικό τρόπο που τα παιδιά παίζουν με τα χειροπιαστά αντικείμενα σαν ένας παράγοντας ο οποίος δημιουργεί συναισθήματα και διασκέδαση σε μια διαδικασία. Επιπλέον, τα θετικά συναισθήματα, που αποδίδονται στα χειροπιαστά αντικείμενα, εκτιμάται ότι ενισχύουν τη γνώση διαμέσου της ενίσχυσης του ενδιαφέροντος και της συμμετοχής (Moyer, 2001). Η διασκέδαση, για παράδειγμα στη θεω ρία της αυτοδιάθεσης (self determination theory), περιγράφεται ως βασική πηγή εσωτερικών κινήτρων η οποία είναι σημαντική 46

47 για τη γνωστική και κοινωνική ανάπτυξη (Ryan & Deci, 2000). Γι αυτούς τους λόγους οι ερευνητές, που ασχολούνται με καινοτόμες τεχνολογίες στην εκπαίδευση, συνήθως επικεντρώνονται σε παράγοντες όπως ικανοποίηση, διασκέδαση κ.λπ (Read, MacFarlane, & Casey, 2002). Η ανάλυση αυτών των αποτελεσμάτων είναι σημαντική διότι μπορεί να πληροφορήσει τους σχεδιαστές σχετικά με το πώς μπορούν να δώσουν κίνητρα μάθησης στους χρήστες. Αυτό συμβαίνει διότι τα κίνητρα δείχνουν να αυξάνουν όταν οι χρήστες διασκεδάζουν με αυτό που κάνουν ( Price & Pontual Falcão, 2011). Δεν μας εκπλήσσει λοιπόν το γεγονός ότι οι απτικές διεπαφές, οι οποίες μπορούν να ενεργοποιήσουν διάφορα ψηφιακά γεγονότα, έχουν χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσουν ευχάριστα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα τα οποία εμπλέκουν παιδιά σε διερευνητικές δραστηριότητες μέσα από καινοτόμες μεθόδους αλληλεπιδράσεων (S. Price et al., 2003). Αν και υπάρχει η άποψη ότι η πρόσωπο με πρόσωπο συνεργατική αλληλεπίδραση με φυσικά αντικείμενα, η οποία προάγεται από απτικά περιβάλλοντα, κάνει αυτά τα περιβάλλοντα, για παράδειγμα πιο ελκυστικά, συνεργατικά, εύχρηστα και εμπλέκουν εντονότερα τους χρήστες από άλλες παραδοσιακές διεπαφές, υπάρχουν λίγα στοιχεία για να αποδείξουν αυτήν την υπόθεση. Σε ό,τι αφορά τις μεθοδολογίες, υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για να μετρηθεί η προτίμηση. Η μία βασίζεται στην άμεση ερώτηση του χρήστη διαμέσου ερωτηματολογίου και η άλλη βασίζεται στην παρατήρηση. Η παρατήρηση μιας αλληλεπίδρασης συνήθως εστιάζει: (α) σε ανάλυση των διαλόγων η οποία προκύπτει από την τεχνική «μεγαλόφωνης σκέψης» (think aloud protocol) (Als, Jensen, & Skov, 2005) και (β) ποσοτικοποίηση φυσικών ενδείξεων όπως χαμόγελα, σημάδια βαρεμάρας κ.λπ. Οι τεχνικές του ερωτηματολογίου βασίζονται σε κλίμακες τύπου Likert οι οποίες προέρχονται από την ανάλυση ευχρηστίας (Hanna, Neapolit an, & Risden, 2004). Αυτές οι μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί εξαντλητικά προκειμένου να αξιολογήσουν τις προτιμήσεις και τα συναισθήματα σε διάφορα πεδία όπως η μάθηση, η ανάλυση παιχνιδιών στον υπολογιστή και οι συγκριτικές μελέτες με απτικές διεπαφές (π.χ (Africano et al., 2004.) Συγκριτικές μελέτες με απτικές διεπαφές χρήστη Ένας περιορισμένος αριθμός από μελέτες έχει επιχειρήσει να συγκρίνει τη χρήση μιας φυσικής ή απτικής διεπαφής με μία ισομορφική γραφική. Αυτές οι έρευνες και τα αποτελέσματα τους, τα οποία εν συντομία παρουσιάζονται σε αυτή την ενότητα, τονίζουν εμφατικά την ανάγκη για περισσότερη έρευνα στον τομέα. Ο Marshall (Marshall, Cheng, & Luckin, 2010) διεξήγαγε μία συγκριτική μελέτη ανάμεσα σε μία φυσική και μία γραφική διεπαφή σε μία κλασική κατά Πιαζέ δοκό 47

48 ισορροπίας. Οι ασκήσεις αφορούσαν ενήλικες και οι ερευνητές προσπάθησαν να απαντήσουν στην υπόθεση ότι ο χειρισμός φυσικών αντικειμένων έχει γνωστικές επιρροές στη μάθηση. Η έρευνα δεν βρήκε διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Οι ερευνητές τελικά κατέληξαν στο ότι, εξαιτίας του χαμηλού δείγματος και εν γένει των στατιστικών περιορισμών, περισσότερη έρευνα απαιτείται προκειμένου να βγουν ασφαλή συμπεράσματα για το εάν η φυσικότητα επηρεάζει την γνώση. Εξ αυτού του λόγου, προτάθηκε από τους ερευνητές η διεξαγωγή μεγαλύτερης έρευνας με την εμπλοκή και νεώτερων ηλικιακά ατόμων. Ο Schneider et al. (Schneider et al., 2011) διεξήγαγε μία ενδιαφέρουσα έρευνα σε δραστηριότητες προβλημάτων logist ic συγκρίνοντας μια απτική και μια διεπαφή πολλαπλής αφής. Ο σκοπός των ασκήσεων ήταν να ερευνηθεί το κατά πόσο η φυσική υπόσταση των απτικών διεπαφών έχει επιρροή στην επίδοση, στην ποιότητα της συνεργασίας και στο εάν υπάρχει επίδραση στη γνώση στο συγκεκριμένο τομέα. Τα αποτελέσματα έδειξαν δείγματα βελτίωσης της ποιότητας της συνεργασίας και της ικανοποίησης των χρηστών. Ακόμα, η απτική διεπαφή βοήθησε στην ανεύρεση περισσοτέρων λύσεων στα προβλήματα και κατ αυτό τον τρόπο αυξήθηκε η επίδοση και η γνώση. Οι Triona και Klahr (Triona & Klahr, 2003) διεξήγαγαν πειράματα χρησιμοποιώντας φυσικά ή εικονικά ελατήρια. Και στις δύο συνθήκες οι μαθητές είχαν την ίδια επίδοση στα πειράματα. Ο ίδιος τύπος πειραμάτων διεξήχθη από τους Klahr et al. (2007) με εικονικά και φυσικά αυτοκίνητα ποντικοπαγίδες. Κάτω από όλες τις συνθήκες οι μαθητές είχαν παρόμοια επίδοση και δεν υπήρξε κάποια διαφοροποίηση που να οφείλεται στον τύπο της διεπαφής. Ο Finkelstein et al. (2005) εξέτασε τα αποτελέσματα της χρήσης της προσομοίωσης σε υπολογιστή σε σύγκριση με πραγματικά υλικά και εξαρτήματα στο πεδίο των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μαθητές οι οποίοι χρησιμοποίησαν προσομοίωση σε υπολογιστή ανέπτυξαν καλύτερη γνώση και εμφάνισαν βελτιωμένες επιδόσεις στον τομέα των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Ακόμα, ο Zacharia (2007) έκανε μια συγκριτική μελέτη ανάμεσα στη χρήση πραγματικών και ένα συνδυασμό πραγματικών εικονικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Η έρευνα κατέληξε στο ότι η κατανόηση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ήταν βελτιωμένη στη συνθήκη συνδυασμού πραγματικών εικονικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Επιπλέον έρευνα και ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι η εισαγωγή των εικονικών κυκλωμάτων στη μία συνθήκη επηρέασε την γνώση των φοιτητών. Οι Zacharia και Olympiou προχώρησαν και σε μία ακόμα έρευνα που αφορούσε τον τομέα της φυσικής και ειδικότερα της θέρμανσης και της θερμοκρασίας (Zacharia & Olympiou, 2011). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και στις δύο συνθήκες (φυσική, εικονική) δεν υπήρξε διαφορά ανάμεσα στην κατανόηση των εννοιών ανάμεσα στους φοιτητές. Ο Zuckerman (O. Zuckerman & Gal-Oz, 2013) 48

49 πραγματοποίησε μια συγκριτική μελέτη εμπλέκοντας πενήντα οχτώ προπτυχιακούς φοιτητές (39 γυναίκες και 19 άντρες) ηλικίας 19 έως 31 ετών. Οι συμμετέχοντες δημιούργησαν προσομοιώσεις με όμοια απτική και γραφική γλώσσα μοντελοποίησης δυναμικών εννοιών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, αν και οι χρήστες ένιωσαν το ίδιο απορροφημένοι και ενεπλάκησαν το ίδιο και με τα δύο συστήματα, η απτική συνθήκη φάνηκε να είναι πιο διασκεδαστική. Ακόμα, η γραφική διεπαφή αξιολογήθηκε σαν πιο εύκολη να χρησιμοποιηθεί. Τέλος, ο T uddeham et al. (2010) μελέτησε δώδεκα ενήλικες (4 γυναίκες και 8 άντρες) ηλικίας 18 έως 34 ετών κατά την διάρκεια πολλαπλών χειρισμών και μετρήσεων σε μια διαδραστική επιφάνεια με τρεις διαφορετικούς τύπους διεπαφής (απτική, γραφική πολλαπλής αφής, ποντίκι). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προτίμηση των χρηστών ήταν υψηλότερη για την απτική συνθήκη αλλά σε σχέση με την άνεση και την ευκολία χρήσης δεν υπήρξαν διαφορές. Είναι φανερό ότι αν και οι απτικές διεπαφές εμφανίζονται αποδοτικότερες από τις γραφικές, περισσότερη έρευνα απαιτείται προκειμένου να φωτίσει τις συνθήκες κάτω από τις οποίες αυτά τα πλεονεκτήματα μπορούν να αξιοποιηθούν στα διάφορα ερευνητικά πεδία Συγκριτικές μελέτες απτικών γραφικών διεπαφών με παιδιά Αν και ένα αρκετά μεγάλο μέρος των απτικών συστημάτων αφορά συστήματα τα οποία προορίζονται για παιδιά, μόνο ένας περιορισμένος αριθμός από έρευνες αξιοποίησαν παιδιά και προσπάθησαν να συγκρίνουν γραφικές και απτικές διασυνδέσεις. Συγκεκριμένα στο πεδίο της επίλυσης πάζλ, ο Xie et al. (2008) παρουσίασε τα αποτελέσματα μιας συγκριτικής έρευνας η οποία περιελάμβανε φυσική 2, απτική και γραφική διεπαφή προκειμένου οι χρήστες να λύσουν παζλ. Τα παιδιά ασχολήθηκαν με την επίλυση των πάζλ χρησιμοποιώντας τις τρεις διαφορετικές διεπαφές (φυσική, απτική, γραφική). Οι δηλώσεις των παιδιών σχετικά με την ευχαρίστηση δεν ανέδειξαν κάποια διαφορά ανάμεσα στις τρεις πειραματικές συνθήκες. Σχετικά με την εμπλοκή, εντοπίστηκε, ότι στην περίπτωση της φυσικής και απτικής συνθήκης, μεγαλύτερος αριθμός συμμετεχόντων ενεπλάκη σε επαναληπτικό παιχνίδι. Ακόμα, η Antle et al. (2009) χρησιμοποιώντας το ίδιο σύστημα διερεύνησε την υπόθεση ότι η άμεση φυσική αλληλεπίδραση ευνοεί τους χρήστες στην περίπτωση που έχουν να αντιμετωπίσουν χωρικά προβλήματα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα παιδιά ήταν γρηγορότερα και πιο αποτελεσματικά στην επίλυση των πάζλ και αυτό 2 Με το όρο φυσική διεπαφή, εννοείται κάποιο πραγματικό αντικειμένου του οποίου η χρήση όμως δεν έχει ψηφ ιακό αποτέλεσμα. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα κομμάτια ενός κλασικού παζλ. 49

50 οφειλόταν στις διαφορετικές ενέργειες και στρατηγικές τις οποίες ακολουθούσαν με το απτικό σύστημα. Στον τομέα των μαθηματικών ο Manches et al. (2010) σύγκρινε φυσικά και εικονικά υλικά για την επίλυση αριθμητικών προβλημάτων προκειμένου να δείξει πως οι περιορισμοί των διαφορετικών διεπαφών μπορούν να επηρεάσουν τις δράσεις των χρηστών. Η συγκεκριμένη έρευνα έδειξε ότι οι ιδιότητες της διεπαφής είναι σημαντικές για την εύρεση πιθανών λύσεων σε αριθμητικά προβλήματα. Αντιθέτως, ο Olkun (2003) δε βρήκε καμία διαφορά ανάμεσα στη γραφική και φυσική διεπαφή για την επίλυση δισδιάστατων γεωμετρικών προβλημάτων Συγκριτικές μελέτες ανάμεσα σε γραφικές και απτικές γλώσσες προγραμματισμού Αν και ένας περιορισμένος αριθμός από έρευνες προσπάθησε να συγκρίνει απτικά με ισομορφικά γραφικά συστήματα στα διάφορα πεδία γνώσης, τα αντιφατικά αποτελέσματα που προέκυψαν, σε πολλές περιπτώσεις, τονίζουν την ανάγκη να εξεταστούν οι συνθήκες κάτω από τις οποίες αυτού του τύπου οι διεπαφές προσφέρουν περισσότερα πλεονεκτήματα στο περιβάλλον μιας πραγματικής τάξης (Zuckerman & Gal-Oz, 2013). Ειδικότερα στον τομέα του προγραμματισμού υπάρχουν εξαιρετικά λίγες τέτοιες έρευνες (Orit & Eva, 2009). Αυτές οι συγκριτικές μελέτες συνήθως ασχολούνται με απτικά και γραφικά συστήματα τα οποία έχουν ανάλογα χαρακτηριστικά και το επίκεντρο της έρευνας είναι η ευχαρίστηση, η ευκολία χρήσης κ.λπ. Πιο συγκεκριμένα, οι Kwon et al. (2012) έκαναν μια μελέτη συγκρίνοντας το σύστημα Algorithmic Bricks με το Scratch (Maloney 2010), όμως σε αυτή την περίπτωση τα συστήματα δεν ήταν ισομορφικά Μια ιδιαίτερα αξιοσημείωτη εργασία στον απτικό προγραμματισμό αφορά τη δουλειά των Horn et al. (Horn et al., 2009) οι οποίοι συγκρίνουν μια παθητική και μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού στο μη ελεγχόμενο περιβάλλον ενός μουσείου (Boston museum of Science). Η έρευνα ανέδειξε πλεονεκτήματα της απτικής γλώσσας προγραμματισμού έναντι της γραφικής. Συγκεκριμένα, η παθητική απτική γλώσσα προγραμματισμού ήταν πιο ελκυστική και πιο αποδοτική στο να εμπλακούν ενεργά οι χρήστες. Ακόμα, αυτή η ενεργός εμπλοκή φάνηκε να είναι ισχυρότερη για τα κορίτσια. Παράλληλα οι Horn et al. έκαναν μια έρευνα σε βρεφονηπιακό σταθμό με παιδιά ηλικίας 5 έως 6 ετών (Horn, Crouser, & Bers, 2012). Εφαρμόζοντας ποιοτική ανάλυση, οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι εάν στα παιδιά δοθούν κατάλληλες τεχνολογίες, τότε τα παιδιά μπορούν να προγραμματίσουν και να κατανοήσουν συγκεκριμένες έννοιες από τον τομέα του προγραμματισμού και της ρομποτικής. 50

51 Αν και οι απτικές διεπαφές εκτιμάται ότι είναι πιο αποδοτικές από τις γραφικές, υπάρχει περιορισμένη έρευνα η οποία συστηματικά να ελέγχει τα γνωστικά και κοινωνικά πλεονεκτήματα των απτικών διεπαφών σε σχέση με τις γραφικές διεπαφές (Xie et al., 2008; Antle, 2007c). Ειδικότερα, η επίδραση των απτικών διεπαφών και οι συνθήκες κάτω από τις οποίες τα απτικά αντικείμενα μπορούν να είναι πιο αποδοτικά για τα παιδιά και τους αρχάριους στα διάφορα πεδία εφαρμογής, όπως ο προγραμματισμός, δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς και παραμένουν ανεξερεύνητα (Marshall, 2007; Kelleher & Pausch, 2005). 2.7 Σχεδιαστικά και ερευνητικά κενά Αν και έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες στην κατασκευή απτικών συστημάτων υπάρχει έλλειψη εργαλείων απτικού προγραμματισμού (Kwon et al., 2012). Ειδικότερα στη βιβλιογραφία οι περιορισμοί που φαίνεται να υπάρχουν είναι : (α) αρκετά συστήματα δεν έχουν ικανοποιητικό αριθμό εντολών και παραμέτρων (Cockburn & Bryant, 1997) και αυτό φαίνεται να περιορίζει την εκμάθηση προγραμματιστικών εννοιών (Horn & Jacob, 2006), (β) μόνο ένα σύστημα υποστηρίζει διαφορετικά στυλ μάθησης προσφέροντας τόσο απτικό όσο και γραφικό υποσύστημα, (γ) η έλλειψη ελέγχου σε πραγματικό χρόνο εμποδίζει την ομαλή αλληλεπίδραση του προγραμματιστή και του ίδιου του προγράμματος (Gallardo, Julia, & Jorda, 2008), (δ) κάποια συστήματα απαιτούν ειδικές επιφάνειες ή ράγες και έτσι δεν είναι εύκολο να μεταφερθούν ή να μετακινηθούν και αυτό τα καθιστά δύσχρηστα στις συνθήκες πραγματικών σχολικών τάξεων, (ε) κάποιες φυσικές ιδιότητες, όπως σχήμα, θερμοκρασία κ.λ.π, μπορούν να προσφέρουν πλεονεκτήματα στα συστήματα απτικού προγραμματισμού, παρόλα αυτά τέτοιες ιδιότητες δεν έχουν αξιοποιηθεί στα υπάρχοντα συστήματα (Zuckerman et al., 2005;Manches et al., 2010; Xie et al., 2008), (στ) τέλος, έννοιες όπως η αποθήκευση και η επαναχρησιμοποίηση του κώδικα, δεν υποστηρίζονται σε κανένα σύστημα. Παρ όλες τις διάφορες σχεδιαστικές προσεγγίσεις και τα κενά στον τομέα της σχεδίασης φαίνεται ότι τα υποθετικά πλεονεκτήματα της χρήσης απτικών συστημάτων δεν έχουν παρουσιαστεί με σαφήνεια και επαρκή πειραματικό έλεγχο (Marshall, 2007), (Xu, 2007), (O'Malley & Fraser, 2005). Δεν έχουν καν προσδιοριστεί οι ιδιότητες εκείνες των απτικών διεπαφών χρήστη οι οποίες προσθέτουν αξία στα απτικά συστήματα (Zaman, et al., 2009; Antle, 2007b; Price, 2008). Ο κύριος λόγος είναι το υψηλό κόστος από τη μία και η πολυπλοκότητα της κατασκευής των απτικών συστημάτων η οποία περιορίζει αυτά τα συστήματα σε ερευνητικά κέντρα (Horn & Jacob, 2006). Στον απτικό προγραμματισμό και γενικά στο πεδίο των απτικών διεπαφών χρήστη, υπάρχει περιορισμένη έρευνα η οποία να επικεντρώνεται στην 51

52 βαθύτερη ανάλυση των γνωστικών και κοινωνικών πλεονεκτημάτων αυτού του τύπου των εργαλείων (Antle, 2007c; Xie et al., 2008). Ειδικότερα, δεν έχει μελετηθεί η επίδραση των απτικών συστημάτων τα οποία έχουν σχεδιαστεί για να προωθήσουν τον προγραμματισμό σε άτομα και κοινωνικές ομάδες οι οποίες δεν σχετίζονται με τέτοιου είδους δραστηριότητες, όπως παιδιά ή αρχάριοι (Kelleher & Pausch, 2005). Η υπόθεση, ότι οι απτικές διεπαφές χρήστη εξασφαλίζουν υψηλότερη προσβασιμότητα και οδηγούν σε μείωση του ηλικιακού ορίου συμμετοχής, αξίζει να μελετηθεί. Επιπρόσθετα, παραμένουν αναπάντητα ερωτήματα που αφορούν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες ο χειρισμός απτικών διεπαφών μπορεί να είναι αποδοτικότερος σε διάφορα πεδία εφαρμογής όπως προγραμματισμός, αστρονομία ή μαθηματικά (Marshall, 2007). 2.8 Το σύστημα PRO TEAS Η συλλογιστική του σχεδιασμού του συστήματος Αν και οι απτικές διεπαφές χρήστη θεω ρούνται ότι είναι ευκολότερες στη χρήση, συνεχίζουν να είναι δυσκολότερες στην κατασκευή και στον σχεδιασμό τους σε σχέση με άλλες παραδοσιακές διεπαφές (Shaer & Jacob, 2009). Για τον σχεδιασμό και την κατασκευή του προτεινόμενου συστήματος λάβαμε υπόψη μας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα καθώς και τις σχεδιαστικές προτροπές όπως αυτές εμφανίζονται στην σχετική βιβλιογραφία. Συγκεκριμένα τα θέματα αυτά ήταν: Η ταυτόχρονη ύπαρξη απτ ικής και γραφικής διασύνδεσης: Η κατασκευή ενός συστήματος το οποίο προσφέρει ταυτόχρονα απτική και γραφική διασύνδεση δίνει την δυνατότητα για μια ομαλή μετάβαση ανάμεσα στην απτική και γραφική διεπαφή ανάλογα με την ηλικία και την εμπειρία του χρήστη (Horn et al., 2012). Επιπλέον, η δυνατότητα να προγραμματίσει κάποιος με δύο ισομορφικά συστήματα δίνει μια μοναδική δυνατότητα να μελετήσουμε τα πλεονεκτήματα των απτικών σε σχέση με τα αντίστοιχα γραφικά συστήματα (Sylla, et al., 2012; Xie et al., 2008) Κόστος και μεταφερσιμότητα: Τα απτικά συστήματα για τον προγραμματισμό, λόγω του κόστους και της πολυπλοκότητας της κατασκευής τους, βρίσκουν συνήθως περιορισμένη χρήση σε ερευνητικά εργαστήρια (Shaer & Jacob, 2009) και αυτό πιθανός εξηγεί την έλλειψη 52

53 αξιοποίησής τους στο περιβάλλον πραγματικών σχολικών τάξεων. Για να μειώσουμε το κόστος και ταυτόχρονα να αυξήσουμε την ικανότητα της μεταφερσιμότητας του συστήματός μας, κατασκευάσαμε μία ενεργή γλώσσα προγραμματισμού η οποία βασίστηκε σε αξιόπιστους μικροϋπολογιστές και χαμηλού κόστους D9 και D25 συνδετήρες. Κατ αυτό τον τρόπο η αλληλεπίδραση και οι δραστηριότητες προγραμματισμού μπορούν να διεξαχθούν σε οποιαδήποτε επιφάνεια, όπως τραπέζι ή πάτωμα ή σε οποιοδήποτε άλλο πεδίο καθημερινού παιχνιδιού των παιδιών, επιτρέποντας έτσι την εξάπλωση του παιχνιδιού με δυναμικότερο τρόπο (Fernaeus & Tholander, 2006b) Μείωση της εννοιολογικής απόστασης ανάμεσα στην είσοδο και στην έξοδο: Για να μειώσουμε την απόσταση ανάμεσα στις απτικές ενέργειες και στο αποτέλεσμα τους, το οποίο είναι το αποτέλεσμα του προγραμματισμού, τόσο οι ενέργειες όσο και τα αποτελέσματα πρέπει να παρουσιάζονται στον ίδιο φυσικό χώρο (McNerney, 2004; Kitamura, et al., 2000; Zuckerman et al., 2005; Fernaeus & Tholander, 2006b; Rekimoto, Ullmer, & Oba, 2001). Για να επιτύχουμε την καλύτερη σύζευξη ανάμεσα στις ενέργειες και τα αποτελέσματα στην προσέγγισή μας, οι χρήστες προγραμματίζουν στο πραγματικό περιβάλλον με πραγματικούς κύβους και βλέπουν το αποτέλεσμα του προγράμματος τους στον ίδιο φυσικό χώρο με ένα πραγματικό ρομπότ (Patten et al., 2000; Cockburn & Bryant, 1996) Συλλογή εντολών και παραμέτρων: Η υποστήριξη προγραμματιστικών εννοιών με ικανοποιητική συλλογή εντολών και παραμέτρων κάνει ένα σύστημα πιο ενδιαφέρον ακόμα και για άτομα μεγαλύτερης ηλικίας (Cockburn & Bryant, 1997). Με σκοπό να ικανοποιήσουμε την παραπάνω απαίτηση, το σύστημα που σχεδιάστηκε υποστηρίζει μια πληθώρα εντολών πέρα από εντολές κίνησης και παραμέτρους οι οποίοι είναι απλά αριθμοί. Επιπροσθέτως επιτρέπει στους χρήστες να εξοικειωθούν με έννοιες όπως συνάρτηση, επανάληψη και έλεγχος (Kelleher & Pausch, 2005). Ακόμα, το σύστημα εισάγει την λειτουργία της αποθήκευσης και της επαναχρησιμοποίησης του προγραμματιστικού κώδικα ο οποίος έχει δημιουργηθεί από κάποιον άλλον (Kahn, 1996; Wyeth & Purchase, 2002) ή έχει διαμοιρασθεί με άλλους χρήστες (Frei et al., 2000) Διάδραση με τους χρήστες πάνω στην διεπαφή: 53

54 Η αυξημένη αλληλεπίδραση του χρήστη με το σύστημα είναι μια επιθυμητή ιδιότητα τέτοιου είδους συστημάτων (Cockburn & Bryant, 1997; Zuckerman et al., 2005). Γι αυτό τον σκοπό υποστηρίξαμε δύο επιπλέον λειτουργίες. Η πρώτη λειτουργία ενημερώνει τον χρήστη για την εσωτερική κατάσταση του συστήματος και η δεύτερη ενημερώνει τον χρήστη για κάθε πιθανό συντακτικό λάθος. Και οι δύο αυτές λειτουργίες πραγματοποιούνται με κατάλληλες ενδείξεις πάνω στην διεπαφή και έτσι δεν απαιτείται εξωτερική οθόνη ή κάποιο άλλο μέσο. α) εσωτερική κατάσταση: Προκειμένου να ενισχύσουμε τον βαθμό στον οποίο η φυσική κατάσταση του συστήματος αντιπροσωπεύει την εσωτερική του κατάσταση (Shaer & Jacob, 2009), ένα αμφίδρομο κανάλι επικοινωνίας έχει κατασκευαστεί ανάμεσα στο προγραμματιστικό σύστημα και το ρομπότ. Έτσι το σύστημα μπορεί να ενημερώσει με ένδειξη LED τον χρήστη για το αποτέλεσμα μιας εντολής ελέγχου την οποία έχει εκτελέσει το ρομπότ. Κατά αυτό τον τρόπο οι χρήστες μπορούν εύκολα να εντοπίσουν τις εντολές που εκτελούνται και το αποτέλεσμα των εντολών ελέγχου (if) β) Σφάλματα : Προκειμένου να δημιουργήσουμε μια άμεση ανάδραση (Hornecker & Buur, 2006,) ένας εσωτερικός μηχανισμός δημιουργήθηκε στους κύβους των παραμέτρων. Οι χρήστες έχουν την δυνατότητα να αναγνωρίσουν σε πραγματικό χρόνο (σύγχρονους mode) (Kitamura, Itoh, & Kishino, 2001) με ένδειξη LED πάνω στους κύβους των παραμέτρων πριν καν εκτελέσουν το πρόγραμμα, ένα συντακτικό σφάλμα Φυσικές ιδιότητες και χαρακτηριστ ικά: Ένας ακόμα στόχος μας ήταν η κατασκευή ενός συστήματος το οποίο έχει ιδιότητες και φυσικά χαρακτηριστικά τα οποία μπορούν να φανούν χρήσιμα κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης. Γι αυτό τον σκοπό, στην προσέγγισή μας στο απτικό υποσύστημα, χρησιμοποιήσαμε έναν συνδυασμό από συνδετήρες προκειμένου να θέσουμε τους κατάλληλους περιορισμούς στους χρήστες (Ullmer et al., 2005). Ο σκοπός ήταν να εμποδίσουμε τους χρήστες να συνδέουν τους κύβους ανάποδα ή να συνδέουν τις παραμέτρους στις θέσεις των εντολών. Αυτό το φυσικό χαρακτηριστικό μπορεί να περιορίσει το γνωστικό φορτίο, δεδομένου ότι δεν είναι απαραίτητο να ενημερώσουμε τους χρήστες για το τι δεν πρέπει να κάνουν. Ακόμα οι κύβοι έχουν κυρτές άκρες και το μέγεθός τους είναι κατάλληλα προσαρμοσμένο ώστε να μπορεί να χωρέσει στην παλάμη των παιδιών (Smith, 2007; Orit & Eva, 2009). 54

55 Τέλος, φαίνεται ότι η ενσωμάτωση κάποιον φυσικών χαρακτηριστικών στη διεπαφή (θερμοκρασία, σχήμα, χρώμα, υφή, ήχος κλπ) μπορεί να φέρει τη διεπαφή πιο κοντά στις έννοιες και στις λειτουργίες που αντιπροσωπεύει (A. Blackwell, 2003; Fishkin, 2004). Γι αυτό τον σκοπό στο απτικό υποσύστημα το βάρος των κύβων έχει κατάλληλα ρυθμιστεί έτσι ώστε, για παράδειγμα, η παράμετρος 4 έχει το διπλάσιο βάρος από την παράμετρο Διαθεσιμότητα: Προκειμένου να αυξήσουμε τη διαθεσιμότητα του συστήματος, η όλη κατασκευή έχει βασιστεί πάνω σε κοινούς αισθητήρες και ένα κοινό LEGO Mindstorms NXT ρομπότ το οποίο είναι εύκολα διαθέσιμο για κάθε σχολείο. Τέλος, δεν απαιτούνται μπαταρίες για τους κύβους ή γενικά για το σύστημα, εξασφαλίζοντας έτσι συνεχόμενη λειτουργία χωρίς επαναφορτίσεις Αξιοπιστία : Για να αυξήσουμε την αξιοπιστία του συστήματος, έχουν αναπτυχθεί σειριακά πρωτόκολλα επικοινωνιών και έτσι ο αριθμός των εντολών που συνδέονται δεν περιορίζεται από τον αριθμό των εισόδων-εξόδων των μικροϋπολογιστών που έχουν χρησιμοποιηθεί (Orit & Eva, 2009). Επιπλέον, οι κύβοι έχουν ενσωματωμένη υπολογιστική ισχύ και εκτελούν διαδικασίες αυτοελέγχου όπως η ποιότητα της τροφοδοσίας και της σύνδεσης με τους γειτονικούς κύβους. Εάν εντοπιστεί κάποιο πρόβλημα οι κύβοι κάνουν επανεκκινήσεις προσπαθώντας να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα μόνοι τους. Σε κάθε περίπτωση οι χρήστες λαμβάνουν μια ένδειξη καλής λειτουργίας πάνω στους κύβους Προσαρμοστικότητα: Το να μπορούμε να αναπαραστήσουμε μια πληθώρα από έννοιες διαφορετικών επιστημονικών πεδίων φαίνεται να είναι σημαντικός παράγοντας για τέτοιου είδους συστήματα (Zuckerman et al., 2005; Zuckerman & Resnick, 2003a). Γι αυτόν τον σκοπό, κάνοντας μικρές αλλαγές στο λογισμικό του υπολογιστή και αλλάζοντας τις φωτογραφίες πάνω στους κύβους, είναι εφικτό να διεξάγουμε γνωστικές ασκήσεις τόσο με το γραφικό όσο και με το απτικό σύστημα (Sharlin et al., 2004) Ο σχεδιασμός 55

56 Θέλοντας να συμβάλουμε στη καινοτομία της σχεδίασης των απτικών γλωσσών προγραμματισμού χρησιμοποιήσαμε μικροελεγκτές και ταυτόχρονα ενσωματώσαμε στα συστήματα μας ιδιότητες οι οποίες δεν έχουν αξιοποιηθεί πότε στο παρελθόν. Η ενσωμάτωση ιδιοτήτων, όπως βάρος, σχήμα, διάδραση με τον χρήστη πάνω στη διεπαφή κ.λπ., συμβάλει δραστικά στον διάλογο σχετικά με το ποιές ιδιότητες των απτικών συστημάτων είναι αυτές που μπορούν ενδεχομένως να εξασφαλίζουν προτερήματα σε ένα απτικό σύστημα εκμάθησης προγραμματιστικών εννοιών (Zuckerman et al., 2005; Manches et al., 2010; Xie et al., 2008). Κατασκευάζοντας, λοιπόν, ένα νέο εκπαιδευτικό λογισμικό σαν αυτό που παρουσιάζουμε σε αυτή τη διατριβή, δημιουργούμε τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη εξερευνητικών δραστηριοτήτων τις οποίες στη συνέχεια μπορούμε να αξιοποιήσουμε, μελετώντας τις επιδόσεις των εκπαιδευομένων. Το γεγονός όμως ότι παρόμοιες έρευνες δεν υπάρχουν στην Ελλάδα όσο και είναι περιορισμένες στο εξωτερικό, καθιστά αναγκαίο τον προσδιορισμό του τρόπου οργάνωσης και παρουσίασης των δεδομένων μετά τη συγκέντρωση τους. Η πρόκληση όμως και το ενδιαφέρον δεν μπορεί να περιοριστούν μόνο στα αποτελέσματα του εκπαιδευτικού εργαλείου, αλλά και στην κατασκευή του ίδιου του εργαλείου. Η όλη κατασκευή απαιτεί αντικείμενα εντολές (κουτάκια) τα οποία θα μπορούν να έχουν μηχανική στήριξη, θα μπορούν να συνδέονται με μοναδικό τρόπο, ώστε να αποφεύγονται τα λάθη χειρισμών. Θα πρέπει να έχουν εξασφαλισμένη και αδιάλειπτη ηλεκτρική σύνδεση. Θα πρέπει να είναι αξιόπιστα ως προς τη λειτουργία τους. Αυτά μπορούν να εξασφαλιστούν με χρήση μικροϋπολογιστών, προγραμματισμένων σε γλώσσα assembly, και ιδιαίτερα αξιόπιστων ηλεκτρικών κυκλωμάτων, που πρέπει να σχεδιαστούν από εμάς. Τα προγράμματα στον υπολογιστή, που θα χειρίζεται ο χρήστης, θα πρέπει να σχεδιαστούν, έτσι ώστε να είναι εύχρηστα παρ όλες τις πολύπλοκες λειτουργίες και υπολογισμούς που θα εκτελούν στο παρασκήνιο. Τα δε προγράμματα που θα εκτελούν βοηθητικές λειτουργίες θα πρέπει να συνεργάζονται με τα σχεδιασμένα από εμάς εξωτερικά κυκλώματα, χρησιμοποιώντας πρωτόκολλα επικοινωνίας που περιμένουν να αναπτυχθούν. Ο καθ εαυτό σχεδιασμός και η παραγωγή εκπαιδευτικού λογισμικού, που αξιοποιεί με ορθολογικό τρόπο τις δυνατότητες των νέων τεχνολογιών και συμβάλει ουσιαστικά και αποτελεσματικά στην ποιοτική βελτίωση της μαθησιακής διαδικασίας, δεν είναι εύκολη, απλή ή τυποποιημένη διαδικασία (Τριανταφύλλου, 2003: 110). Μέσα από τα εκπαιδευτικά αυτά λογισμικά επιδιώκουμε την ανάπτυξη εκπαιδευτικών εργαλείων, τα οποία θα είναι εύκολα στη χρήση, θα δίνουν στους εκπαιδευόμενους μια αίσθηση ελέγχου, ενώ ταυτόχρονα θα έχουν ξεκάθαρους στόχους και πολλαπλές δυνατότητες, με αισθητικά ευχάριστο περιβάλλον και κίνηση, με επίπεδα δυσκολίας (ώστε να είναι κατάλληλα για διάφορες ηλικίες). Αναμένουμε 56

57 κατάλληλη και αποτελεσματική ανατροφοδότηση, την προώθηση της αυτοκατευθυνόμενης και συνεργατικής μάθησης, του πειραματισμού επίλυσης προβλημάτων, την καλλιέργεια της φαντασίας και της δημιουργικότητας Με τη χρήση της πλατφόρμας T_Butterfly 3 οι χρήστες προγραμματίζουν προκειμένου να οδηγήσουν μια πεταλούδα σε έναν εικονικό λαβύρινθο. Ενώ με τη χρήση του συστήματος T_ ProRob και το V_ProRob οι χρήστες προγραμματίζουν ένα Lego NXT ρομπότ. Τα T_Butterfly και T_ ProRob είναι ενεργές χειροπιαστές γλώσσες προγραμματισμού και διαθέτουν χειροπιαστούς κύβους - εντολές με τη χρήση των οποίων οι αρχάριοι χρήστες, ηλικίας από 4 χρόνων και πάνω μπορούν να προγραμματίσουν (Zuckerman et al., 2005; Wyeth & Purchase, 2002). Σε κάθε περίπτωση οι χρήστες δεν γράφουν εντολές ούτε χρησιμοποιήσουν το πληκτρολόγιο ή το ποντίκι, με το οποίο δεν χρειάζεται καν να εξοικειωθούν προσθέτοντας επιπλέον γνωστικό φορτίο (McNerney, 2001) T_Butterfly Το υποσύστημα T_Butterfly είναι η πρώτη χειροπιαστή γλώσσα προγραμματισμού που ενσωματώθηκε στο σύστημα PROTEAS (Sapounidis & Demetriadis, 2011) η οποία αποσκοπεί, μέσα από την απλότητα της, να δώσει σε μικρά παιδιά την ευκαιρία να κάνουν τα πρώτα τους βήματα στον προγραμματισμό (Cockburn & Bryant, 1997) (Antle, 2007a; Marshall, 2007). Η έκδοση αυτή του συστήματος περιλαμβάνει κύβους εντολές διαστάσεων 8,5cm x 2cm και 5cm x 5cm. Ο χρήστης συνδέει τους κύβους εντολές πάνω σε μια βάση (κουτί πατέρας) και με το πάτημα ενός κουμπιού βλέπει στην οθόνη μια πεταλούδα να πετάει ακολουθώντας τις εντολές. Η πεταλούδα ξεκινάει πάντα τις πτήσεις της από το σημείο εκκίνησης, ένα λουλούδι, με στόχο να φτάσει στο σπίτι της. Η σύνδεση της βάσης (κουτί πατέρας) με τον υπολογιστή γίνεται με ένα καλώδιο RS232. Σε ότι αφορά τη μεταφορά των δεδομένων μεταξύ των κουτιών εντολών, γίνεται μόνο από το ένα στο άλλο χωρίς την ύπαρξη κάποιου κοινού διαύλου (data bus) που τα συνδέει. Αξίζει να σημειωθεί ότι την ίδια χρονική στιγμή πολύ κύβοι μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η κατασκευή των κουτιών εντολών βασίστηκε σε έναν χαμηλού κόστους μικροελεγκτή τον 16F628 της Microchip και έναν εξίσου χαμηλού κόστους υποδοχέα σύνδεσης. Στην εικόνα 2.14 που ακολουθεί βλέπουμε τη δημιουργία ενός προγράμματος που αποτελείται από τέσσερις εντολές. 3 Το σύστημα T_Butterfly ήταν το απτικό σύστημα που εξελίχτηκε τα πρώτα χρόνια της διατριβής και αποτελεί ουσιαστικά τον πρόγονο του απτικού συστήματος που αξιοπο ιήθηκ ε στα σχολεία. 57

58 Εικόνα T_Butterfly Η αλληλουχία των εντολών είναι ένα βήμα εμπρός, στροφή αριστερά, ένα βήμα προς τα εμπρός, ένα διπλό βήμα εμπρός. Ο χρήστης αυτό που θα δει στην οθόνη του είναι αυτό που φαίνεται στην εικόνα Εικόνα Αποτέλεσμα προγράμματος T_Butterfly Οι ιδιαιτερότητες αυτού του συστήματος μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: Το υποσύστημα είναι μια ενεργή χειροπιαστή γλώσσα προγραμματισμού όπου οι κύβοι εντολές έχουν ενσωματωμένη ευφυΐα. 58

59 Το σχήμα που διαμορφώνεται στο πραγματικό περιβάλλον από τα κουτάκια, τα οποία ο χρήστης κουμπώνει το ένα με το άλλο, είναι όμοιο με τη διαδρομή που θα επακολουθήσει η πεταλούδα προκειμένου να φτάσει στον στόχο της. Επειδή οι μικροελεγκτές των κύβων εντολών επικοινωνούν, κάθε χρονική στιγμή, μόνο με τους δυο γειτονικούς κύβους, δεν υπάρχει περιορισμός ως προς τον αριθμό των εντολών που μπορούν να συνδεθούν. Οι διαστάσεις τον εντολών είναι κατάλληλες για την παλάμη ενός μικρού παιδιού (Orit & Eva, 2009). Μπορεί να αξιοποιηθεί εύκολα σε ένα πραγματικό εκπαιδευτικό χώρο μιας τάξης. Ο εκπαιδευτής μπορεί πολύ εύκολα να φτιάξει τον λαβύρινθο με απλά κλικ. Δεν απαιτούνται μπαταρίες περιορίζοντας την αυτονομία του συστήματος T_ ProRob Το υποσύστημα T_ ProRob αποτελείται από 28 κύβους εντολών και 16 μικρότερους κύβους παραμέτρων. Οι χρήστες αυτού του συστήματος μπορούν να διατάξουν τους κύβους εντολές και με το πάτημα ενός και μόνο κουμπιού να προγραμματίσουν το NXT να εκτελέσει την αλληλουχία των εντολών που έχει σχηματιστεί από τους κύβους. Ένα ενδεικτικό πρόγραμμα φαίνεται στην εικόνα 2.16 Εικόνα Ενδεικτικό πρόγραμμα T_ ProRob Ένα ενδεικτικό πρόγραμμα με το T_ ProRob 59

60 Σε αυτό το πρόγραμμα το NXT ρομπότ της Lego θα εκτελέσει δύο φορές την αλληλουχία: 3 βήματα προς τα εμπρός, άναψε το φώ ς, καθυστέρηση, σβήσε το φώ ς. Μετά το πέρας της ρουτίνας επανάληψης, το ρομπότ θα κάνει έλεγχο με τον αισθητήρα υπερήχων και αν δεν υπάρχει μπροστά εμπόδιο τότε θα κάνει άλλο ένα βήμα προς τα εμπρός. Οι ενέργειες που μπορεί να κάνει ο χρήστης είναι από πολύ απλές, όπως άναψε το φω ς, βγάλε ήχο, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να καθοδηγήσει το ρομπότ να κινηθεί στον χώρο με εντολές όπως μετακινήσου ένα βήμα εμπρός πίσω στρίψε δεξιά αριστερά. Το σύστημα επιπλέον διαθέτει εντολές επανάληψης και ελέγχου υποστηρίζοντας ταυτόχρονα πιο πολύπλοκους συνδυασμούς, όπως ένθετες (ενφωλιασμένες) επαναλήψεις. Ένας ειδικός κύβος, στον οποίο ο χρήστης μπορεί να αποθηκεύσει και στη συνέχεια να επαναχρησιμοποιήσει τον κώδικα του, συμπληρώνει το σύνολο των εντολών. Το σύνολο των παραμέτρων του T_ProRob είναι μικρότεροι κύβοι οι οποίοι προσαρμόζονται στις εντολές αλλάζοντάς τους την λειτουργία. Για παράδειγμα, η εντολή κίνησης ενός βήματος εμπρός, με την προσθήκη της παραμέτρου τρία μετατρέπετε σε κίνηση τριών βημάτων προς την ίδια κατεύθυνση. Οι παράμετροι οι οποίοι είναι διαθέσιμες και αφορούν τις εντολές ελέγχου έχουν να κάνουν με το αν για παράδειγμα είναι ενεργός ή όχι ο αισθητήρας αφής, εάν ο αισθητήρας φωτός ανιχνεύει φως πάνω από μια καθορισμένη ένταση ή όχι, εάν ο αισθητήρας υπερήχων ανιχνεύει εμπόδιο το οποίο βρίσκετε εντός μίας προκαθορισμένης απόστασης και τέλος εάν ο αισθητήρας ήχου ανιχνεύει ένταση ήχου πάνω από κάποια προκαθορισμένη στάθμη. Για την κατασκευή του συστήματος έχουν χρησιμοποιηθεί δυο μικροελεγκτές με υψηλές επιδόσεις, ο 18F2620 και ο 18F4550 της Microchip και για να είναι δυνατή σύνδεση των κύβων έχουν χρησιμοποιηθεί κονέκτορες D9 και D25. Ο κάθε κύβοςεντολή επικοινωνεί μόνο με τους γειτονικούς του με το πρωτόκολλο RS232. Ο χρήστης, προκειμένου να σχηματίσει το πρόγραμμα, συνδέει πάνω σε μια βάση (master box) τις εντολές. Στη συνέχεια με το πάτημα του κουμπιού εκτέλεσης, που βρίσκεται στη βάση, αρχίζει η επικοινωνία με τους κύβους - εντολές με σκοπό να αποσταλούν οι εντολές ελέγχου και ανάγνωσης του προγράμματος. Η κάθε εντολή ανάγνωσης αποστέλλεται από τη βάση στον πρώτο κύβο που είναι συνδεδεμένος. Ο πρώτος κύβος στέλνει με τη σειρά του την ταυτότητα του (ID) και 60

61 την εντολή ανάγνωσης στο επόμενο. Το δεύτερο στέλνει, το ID του προηγούμενου, το ID το δικό του και την εντολή ανάγνωσης στο τρίτο κ.λ.π. Στον τελευταίο κύβο στη σειρά, θα συγκεντρώσει όλες τις ταυτότητες και μαζί με την εντολή ανάγνωσης θα επιστρέψει στη βάση (κουτί πατέρας), μέσα από έναν κοινό δίαυλο, όλα τα δεδομένα. Η επόμενη εργασία που αναλαμβάνει η βάση είναι να επικοινωνήσει με Bluetooth ή RS232 με έναν υπολογιστή ο οποίος καταγράφει σε μια βάση δεδομένων μεταξύ άλλων και στατιστικά στοιχεία σχετικά με το πρόγραμμα που έχει δημιουργήσει ο χρήστης. Μετά την καταγραφή, ο υπολογιστής στέλνει με Bluetooth το πρόγραμμα σε ένα NXT Robot προκειμένου να εκτελεστεί. Όλες οι επικοινωνίες είναι αμφίδρομες και για αυτό το λόγο το σύστημα μπορεί να αντιληφθεί τα ενδεχόμενα λάθη κατά την μεταφορά των πληροφοριών και να ζητήσει για παράδειγμα από τους κύβους εντολές να ξαναστείλουν τις εντολές που αντιπροσωπεύουν. Επιπρόσθετα, οι αμφίδρομες αυτές επικοινωνίες εξασφαλίζουν αυξημένη διάδραση με τους χρήστες. Κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος, το ρομπότ μπορεί να ενημερώσει για παράδειγμα τον κύβο της εντολής ελέγχου ότι το αποτέλεσμα της μέτρησης φωτεινότητας που έκανε ήταν θετικό. Έτσι ο κύβος ενημερώνει τον χρήστη ανάβοντας το αντίστοιχο LED (Εικόνα 2.17) Εικόνα Επικοινωνίες του συστήματος T_ ProRob Τα χαρακτηριστικά του υποσυστήματος αυτού μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: Το υποσύστημα είναι μια ενεργή απτική γλώσσα προγραμματισμού όπου τα κύβους εντολές έχουν ενσωματωμένη ευφυΐα. Υπάρχει ικανοποιητική συλλογή τόσο εντολών όσο και παραμέτρων (Cockburn & Bryant, 1997) 61

62 Το σύστημα μπορεί να αποκρύψει τον υπολογιστή από τους χρήστες, δεδομένου ότι οι επικοινωνίες μπορούν να γίνουν και ασύρματα. Ο χρήστης προγραμματίζει στο πραγματικό περιβάλλον και βλέπει το αποτέλεσμα του προγράμματός του στον ίδιο φυσικό χώρο (Patten et al., 2000; Cockburn & Bryant, 1996). Το σύστημα θέτει τους κατάλληλους περιορισμούς στους χρήστες (Ullmer et al., 2005). Έτσι δεν είναι δυνατόν κάποιος να συνδέσει τους κύβους ανάποδα και κατά αυτόν τον τρόπο μειώνουμε το γνωστικό φορτίο στους χρήστες δεδομένου ότι δεν χρειάζεται να τους ενημερώσουμε για το τι δεν πρέπει να κάνουν. Δεν απαιτούνται μπαταρίες για τους κύβους και γενικά για το σύστημα πράγμα που του εξασφαλίζει συνεχή λειτουργία χωρίς επαναφόρτιση. Το μέγεθος των κουτιών είναι κατάλληλα προσαρμοσμένο στην ηλικία των παιδιών που πρόκειται να τα χρησιμοποιήσουν. Δεν απαιτούνται σταθερές συνθήκες λειτουργίας ούτε οι χρήστες απαιτείται να χρησιμοποιούν κάποια συγκεκριμένη επιφάνεια για να δημιουργήσουν το πρόγραμμα τους. Αυτό το χαρακτηριστικό δίνει τη δυνατότητα σε τέτοια συστήματα να χρησιμοποιούνται ευκολότερα στο πραγματικό περιβάλλον μιας τάξης ενός σχολείου V_ProRob Ο σχεδιασμός του V_ProRob βασίστηκε στις δυνατότητες και τις ιδιαιτερότητες του T_ProRob προκειμένου να αποτελέσει ένα αξιόπιστο εικονικό ισομορφικό σύστημα. Το υποσύστημα αυτό έχει τις ίδιες εντολές παραμέτρους με αυτές που προσφέρει το Τ_ProRob. Οι χρήστες προκειμένου να δημιουργήσουν ένα πρόγραμμα παίρνουν με τεχνική «σύρε κι άσε» (Drag end Drop) τις διαθέσιμες εντολές και παραμέτρους και τις τοποθετούν στη σειρά (στις κατάλληλες θέσεις) προκειμένου να φτιάξουν την αλληλουχία των εντολών. Υπάρχουν κατάλληλοι περιορισμοί έτσι ώστε οι χρήστες να μην έχουν επιπλέον γνωστικό φορτίο προκειμένου να αλληλεπιδράσουν με το περιβάλλον. Έτσι δεν μπορεί κάποιος να εισάγει εικονίδιο παραμέτρου σε μία εντολή η οποία δεν δέχεται παράμετρο. Η ύπαρξη αμφίδρομης επικοινωνίας του υποσυστήματος με το ρομπότ επιτρέπει στο υποσύστημα να αλληλεπιδρά με τους χρήστες πάνω στα εικονίδια των εντολών και των παραμέτρων εμφανίζοντας κατάλληλα μηνύματα (Εικόνα 2.18). 62

63 Εικόνα Το γραφικό σύστημα V_ProRob Τα χαρακτηριστικά του υποσυστήματος αυτού μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: Ο χρήστης προγραμματίζει σε εικονικό (virtual) περιβάλλον της οθόνης με το ποντίκι και το αποτέλεσμα του προγραμματισμού εμφανίζεται στον φυσικό του χώρο. Δεν απαιτούνται σταθερές συνθήκες λειτουργίας άρα μπορεί εύκολα να αξιοποιηθεί στο πραγματικό περιβάλλον μιας τάξης ενός σχολείου. Το σύστημα θέτει τους κατάλληλους περιορισμούς στους χρήστες. Υπάρχει συλλογή τόσο εντολών όσο και παραμέτρων που καλύπτουν τις βασικές προγραμματιστικές έννοιες. Πάνω στην εικόνα κάθε εντολής ή παραμέτρου ο χρήστης λαμβάνει πληροφορίες σχετικές με την κατάσταση του προγράμματος και του ρομπότ. Το σύστημα V_ProRob είναι ένα ισομορφικό ισοδύναμο μιας απτικής γλώσσας προγραμματισμού. Έχει μικρό κόστος και μπορεί εύκολα να μεταφερθεί και να αξιοποιηθεί σε μια σχολική τάξη Οι καινοτομίες του συστήματος PROTEAS Με την παρουσίαση του συστήματος PROTEAS εισάγουμε, στον χώρο του χειροπιαστού προγραμματισμού, καινοτομίες οι οποίες δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ στο παρελθόν από παρόμοιο σύστημα: 63

64 Στο υποσύστημα T_Butterfly, το σχήμα που διαμορφώνεται στο πραγματικό περιβάλλον από τα command blocks είναι όμοιο με τη διαδρομή που θα επακολουθήσει η πεταλούδα, βοηθώντας έτσι τους χρήστες να αντιληφτούν τη διαδρομή που προγραμμάτισαν. Το σύστημα T_ProRob παρέχει αυξημένη διάδραση με τους χρήστες πάνω στη διεπαφή (Zuckerman et al., 2005). Ο χρήστης γνωρίζει το αποτέλεσμα ενός έλεγχου του Robot με LED που βρίσκονται πάνω στη διεπαφή (True - False) Ο χρήστης αναγνωρίζει σε πραγματικό χρόνο με ένδειξη πάνω στην παράμετρο, μία πιθανή λάθος σύνταξη. Έτσι αν ο χρήστης τοποθετήσει μια παράμετρο σε μια εντολή η οποία δεν δέχεται τη συγκεκριμένη παράμετρο, τότε άμεσα χωρίς να χρειάζεται να εκτελέσει το πρόγραμμά του βλέπει ένδειξη LED πάνω στη παράμετρο (Kitamura et al., 2001). Ο χρήστης παίρνει ένδειξη καλής λειτουργίας πάνω στους κύβους οι οποίοι ακολουθούν διαδικασίες αυτοελέγχου και αξιολόγησης της ποιότητας της σύνδεσης με τους γειτονικούς κύβους. Στα συστήματα T_ProRob και V_ProRob υπάρχει δυνατότητα αποθήκευσης και επαναχρησιμοποίησης του κώδικα που έχει δημιουργηθεί σε κάποια άλλη στιγμή ή από άλλους χρήστες (Kahn, 1996; Wyeth & Purchase, 2002; Frei et al., 2000). Στα υποσυστήματα T_ProRob και T_Butterfly, ο αριθμός των εντολών που μπορεί να συνδέσει ο χρήστης δεν περιορίζεται από τις I/O του μικροεπεξεργαστή που χρησιμοποιήθηκε (Orit & Eva, 2009). Στο υποσύστημα T_ProRob έχει γίνει εκμετάλλευση και άλλων φυσικών ιδιοτήτων όπως το βάρος. Για παράδειγμα, η παράμετρος 4 έχει το διπλάσιο βάρος από την παράμετρο 2 (Blackwell, 2003; Manches et al., 2010). 2.9 Συμπεράσματα Ο προγραμματισμός είναι ένα μέσο το οποίο μπορεί να ενεργοποιήσει και να εξασκήσει νοητικές λειτουργίες και για αυτό τον λόγω αποτελεί ένα ενδιαφέρον ερευνητικό πεδίο στην εκπαίδευση παιδιών. Οι απτικές διεπαφές από την άλλη είναι ένας νέος και ραγδαία αναπτυσσόμενος τομέας της Επικοινωνίας Ανθρώπου- Υπολογιστή. Η ενσωμάτωση των απτικών διεπαφών σε προγραμματιστικά περιβάλλοντα πιθανολογείται ότι έχει σειρά πλεονεκτημάτων σε διάφορους τομείς όπως η συνεργασία, η ικανοποίηση του χρήστη, η εμπλοκή κ.λ.π. 64

65 Ειδικότερα στον τομέα της σχεδίασης φαίνεται ότι δεν υπάρχουν συγκεκριμένοι πυλώνες ανάπτυξης τέτοιων συστημάτων και ταυτόχρονα υπάρχουν κενά και παραλήψεις στις σχεδιαστικές προσεγγίσεις που έχουν υπάρξει στο παρελθόν. Στον τομέα λοιπόν της σχεδίασης, το σύστημα PROTEAS έρχεται να προτείνει κατευθύνσεις και ταυτόχρονα να λύσει προβλήματα προκρίνοντας την χρήση αυτόνομων απτικών μονάδων οι οποίες υποστηρίζονται από ηλεκτρονικά κυκλώματα και μικροϋπολογιστές. Στον τομέα της εμπειρικής μελέτης και της αξιοποίησης τέτοιων συστημάτων η βιβλιογραφία καθώς και τα αντιφατικά αποτελέσματα των εμπειρικών μελετών τονίζουν την ανάγκη για βαθύτερη ανάλυση των γνωστικών και κοινωνικών πλεονεκτημάτων αυτού του τύπου των εργαλείων καθώς και των συνθηκών κάτω από τις οποίες ο χειρισμός απτικών διεπαφών μπορεί να είναι αποδοτικότερος σε διάφορα πεδία εφαρμογής όπως προγραμματισμός. 65

66 66

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΕΡΕΥΝΑ 1 Διερεύνηση προτιμήσεων παιδιών σε σχέση με απτική - γραφική διεπαφή 3.1 Περίληψη 3.2 Εισαγωγή 3.3 Ερευνητικοί στόχοι 3.4 Πειραματικός σχεδιασμός 3.5 Εργαλεία, μέτρησης και ανάλυσης δεδομένων 3.6 Αποτ ελ έσματ α 3.7 Συμπεράσματα 3.8 Σύνοψη κεφαλ αίου 3.1 Περίληψη Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται η πρώτη ερευνητική προσπάθεια η οποία διεξήχθη σε δημόσιο και ιδιωτικό σχολείο. Η έρευνα αυτή ενέπλεξε εξήντα ένα παιδιά τριών ηλικιακών ομάδων τα οποία προγραμμάτισαν, αρχικά με ανάθεση αποστολών και εν συνεχεία μέσα από ελεύθερο παιχνίδι, ένα Lego ΝΧΤ ρομπότ χρησιμοποιώντας απτική και γραφική διεπαφή. Σε αυτή την έρευνα μετρήθηκαν (1) Πριν από την έναρξη της αλληλεπίδρασης η ελκυστικότητα, (2) σε τρείς χρονικές στιγμές η υποκειμενική ικανοποίηση των παιδιών (πριν από την έναρξη των αποστολών, κατά τη διάρκεια και μετά το τέλος της διαδικασίας) και (3) η ευκολία χρήσης των διεπαφών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι: (α) η απτική διεπαφή ήταν πιο ελκυστική για τα κορίτσια (β) ήταν πιο διασκεδαστική για όλα τα παιδιά και (γ) το γραφικό σύστημα φάνηκε πιο εύκολο στα μεγάλα παιδιά ενώ το απτικό στα μικρά. 3.2 Εισαγωγή Οι απτικές διεπαφές χρήστη (tangible user interfaces TUIs) είναι διεπαφές με τις οποίες οι χρήστες μπορούν να έχουν διαδραστικές εμπειρίες με ψηφιακές πληροφορίες δια μέσου φυσικών αντικειμένων. Αυτές οι διεπαφές έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές και για διάφορες ηλικιακές ομάδες (Orit & Eva, 2009). Ειδικά για παιδιά, οι απτικές διεπαφές έχουν επανειλημμένα προταθεί σαν εργαλεία τα οποία υποστηρίζουν μαθησιακές διαδικασίες μέσα από παιχνίδι σε 67

68 συνεργατικά κυρίως περιβάλλοντα (Price et al., 2003). Αρκετές έρευνες έχουν διερευνήσει διάφορα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης με απτικές διεπαφές με σκοπό να παρέχουν πληροφορίες για την αποδοτικότητα τέτοιων συστημάτων όταν χρησιμοποιούνται από μικρά παιδιά (Falcão & Price, 2009; Price et al., 2003). Παρά το αυξανόμενο θεωρητικό πλαίσιο (Orit & Eva, 2009; Fishkin, 2004) το οποίο υποστηρίζει τη χρήση απτικών διεπαφών στην εκπαίδευση παιδιών, υπάρχει περιορισμένη έρευνα η οποία συστηματικά διερευνά τα προτερήματα των απτικών διεπαφών συγκρινόμενα με τυπικά γραφικά περιβάλλοντα (Xie et al., 2008). Η παρούσα έρευνα διερευνά τις προτιμήσεις των παιδιών μετά από αλληλεπίδραση με δύο ισομορφικά συστήματα τα οποία έχουν ανάλογα χαρακτηριστικά, όπως ίδιο σχήμα, εμφάνιση, λειτουργικότητα κ.λ.π. Το πρώτο σύστημα είναι μια απτική διεπαφή (T_ProRob) και το δεύτερο σύστημα είναι μια ισομορφική γραφική διεπαφή (V_ProRob). Παιδιά τριών ηλικιακών ομάδων δούλεψαν σε δυάδες και χρησιμοποίησαν τα δυο συστήματα με σκοπό να προγραμματίσουν ένα NXT Lego ρομπότ να εκπληρώσει διάφορα προγραμματιστικά σενάρια (αποστολές, ελεύθερο παιχνίδι). Ο σκοπός ήταν να μετρήσουμε τις γνώμες και τις προτιμήσεις των παιδιών σε σχέση με την εμπειρία τους τόσο με το απτικό όσο και με το γραφικό σύστημα. Πιο συγκεκριμένα, μετρήθηκαν η ελκυστικότητα (first-sight preference), η υποκειμενική ευχαρίστηση του χρήστη (enjoyment) και η ευκολία χρήσης (easiness-to-use) (Horn, 2009; Xie, 2008). 3.3 Ερευνητικοί στόχοι Αν και φαίνεται να υπάρχουν προσπάθειες οι οποίες να εστιάζουν στις διάφορες σχεδιαστικές επιλογές συστημάτων απτικού ή γραφικού προγραμματισμού, ωστόσο φαίνεται να υπάρχει έλλειψη συστημάτων που συνδυάζουν και τα δύο. Η έλλειψη τέτοιων ολοκληρωμένων σχεδιαστικών προσεγγίσεων είναι ίσως μια από τις παραμέτρους που μπορούν να δικαιολογήσουν την απουσία ερευνών οι οποίες να διερευνούν τα πιθανά πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα των απτικών σε σχέση με τα γραφικά συστήματα προγραμματισμού. Ο σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν να προσφέρει εμπειρικά αποτελέσματα φωτίζοντας τα πιθανά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των απτικών διεπαφών (TUIs) σε σχέση με ισομορφικές γραφικές διεπαφές (GUIs) στο πραγματικό περιβάλλον μιας τάξης. Έτσι, η παρούσα έρευνα συνεισφέρει στο ερευνητικό πεδίο παρουσιάζοντας τα αποτελέσματα μιας συγκριτικής μελέτης η οποία εμπλέκει παιδιά διαφόρων ηλικιακών ομάδων σε προγραμματιστικές δραστηριότητες. Όλα τα παιδιά χρησιμοποίησαν τόσο το T_ProRob όσο και το V_ProRob έτσι ώστε να μπορέσουν μέσα από την αλληλεπίδραση και με τα δύο συστήματα να έχουν μια 68

69 αντικειμενική εικόνα και για τους δυο τρόπους προγραμματισμού. Οι συμμετέχοντες χρησιμοποίησαν τα συστήματα τόσο κατά τη διάρκεια αποστολών (προγραμματιστικά προβλήματα) όσο και κατά τη διάρκεια ελεύθερου παιχνιδιού. Οι αρχικές υποθέσεις της παρούσας έρευνας βασίστηκαν σε δύο υποθέσεις: (α) οι απτικές διεπαφές χρήστη δεδομένου ότι θεωρούνται περισσότερο φυσικές επιτρέπουν πιο φυσική αλληλεπίδραση με τους χρήστες η οποία εκλαμβάνεται σαν πιο διασκεδαστική σε σχέση με ισομορφικές γραφικές διεπαφές. (β) οι απτικές διεπαφές επιτρέπουν ευκολότερη προσβασιμότητα και αυτό έχει σαν συνέπεια να μειώνεται το ηλικιακό όριο συμμετοχής. Έτσι τα ερευνητικά ερωτήματα της παρούσας έρευνας ήταν: 1) Ποία από τις δυο προγραμματιστικές διεπαφές είναι περισσότερο ελκυστική (Invit ing) για τους χρήστες με την πρώτη ματιά; 2) Ποίο σύστημα δημιουργεί μεγαλύτερη ευχαρίστηση (Enjoyment)στους χρήστες κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης; 3) Ποίο σύστημα προσλαμβάνεται από τους χρήστες σαν ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί (Easy to use); 3.4 Πειραματικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες Η έρευνα διενεργήθηκε σε περίοδο δύο μηνών στο πρώτο πειραματικό σχολείο του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και στον ιδιωτικό βρεφονηπιακό σταθμό ΝΤΑΜΠΟ στο Λαγκαδά Θεσσαλονίκης. Στην έρευνα συμμετείχαν εξήντα ένα παιδιά τριών ηλικιακών ομάδων. (Πίνακας 3.1) Πίνακας 3.1. Συμμετέχοντες 5-6 ετών 7-8 ετών ετών Αγόρια Κορίτσια Αγόρια Κορίτσια Αγόρια Κορίτσια Σύνολο Όλα τα παιδιά προσφέρθηκαν εθελοντικά να συμμετέχουν στην έρευνα σαν μια καθημερινή σχολική δραστηριότητα και μετά από σχετική άδεια από τους υπευθύνους των σχολείων και τους γονείς.. Τα παιδιά εργάσθηκαν σε δυάδες οι οποίες σχηματίστηκαν τυχαία και το μόνο χαρακτηριστικό τους ήταν ότι περιελάμβαναν παιδιά της ίδιας ηλικίας. Συνολικά σχηματίστηκαν δεκατέσσερις (14) δυάδες μόνο αγόρια, εννιά (9) δυάδες μόνο κορίτσια και επτά (7) δυάδες μικτές (αγόρι κορίτσι). Ένα παιδί συμμετείχε στη δραστηριότητα μόνο του. Όλα τα υποκείμενα είχαν μητρική 69

70 γλώσσα την ελληνική και είχαν κάποια εξοικείωση με το ποντίκι μια και στα δύο σχολεία υπήρχε μάθημα υπολογιστή Ρυθμίσεις Τα προγράμματα διενεργηθήκαν σε αίθουσες που διατέθηκαν από τα σχολεία ειδικά για το σκοπό της έρευνας (Εικόνα 3.1). Οι αίθουσες είχαν προετοιμαστεί ώστε τα δύο συστήματα να είναι ισότιμα προσβάσιμα από τα παιδιά. Οι συνεντεύξεις και η συμπλήρωση των ερωτηματολογίων έγινε στις ίδιες αίθουσες πάντα έχοντας οπτική επαφή με τα δύο συστήματα. Εικόνα 3.1. Παιδιά προγραμματίζουν στον παιδικό σταθμό Ντάμπο Σχεδιασμός Η μελέτη διερεύνησε αριθμητικά δεδομένα χρησιμοποιώντας διμεταβλητές στατιστικές αναλύσεις (t wo-way ANOVA) και έναν 2x3 πειραματικό σχεδιασμό ο οποίος συμπεριλαμβάνει το φύλο (αγόρια κορίτσια) και την ηλικία (τρεις ηλικιακές ομάδες 5-6, 7-8, ετών). Οι εξαρτημένες μεταβλητές της έρευνας είναι οι: ελκυστικότητα (first-sight preference), υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment) και η ευκολία χρήσης (easiness-to-use). Η έρευνα είχε επτά φάσεις : (α) καταγραφή του προφίλ των συμμετεχόντων, (β) εισαγωγική ενημέρωση για τη λειτουργία των δύο συστημάτων, 70

71 (γ) αλληλεπίδραση με το ένα σύστημα (δύο αποστολές), (δ) αλληλεπίδραση με το άλλο σύστημα (δύο αποστολές ίδιου επιπέδου δυσκολίας με τις προηγούμενες), (ε) ελεύθερο παιχνίδι με το ένα σύστημα, (στ) ελεύθερο παιχνίδι με το άλλο σύστημα και (ζ) συμπλήρωση των ερωτηματολογίων. Επιπρόσθετα, σε αυτή την έρευνα καταγράφηκαν και αναλύθηκαν δεδομένα από παρατηρήσεις και συνεντεύξεις Διαδικασία Οι δραστηριότητες συνολικά διήρκησαν περίπου μιάμιση ώρα για όλες τις δυάδες. Τα παιδιά καθοδηγούμενα από τους ερευνητές πρώτα συμπλήρωσαν σε ειδικό φύλλο ερωτηματολογίου δημογραφικά στοιχεία, όπως ονοματεπώνυμο, ηλικία, φύλο, επίπεδο εξοικείωσης με υπολογιστές και γνώσεις προγραμματισμού. Εν συνεχεία, τους παρουσιάστηκε το ρομπότ LEGO NTX και απάντησαν στο ερωτηματολόγιο με ποιο από τα δύο συστήματα (απτικό ή γραφικό) θα προτιμούσαν να χρησιμοποιήσουν προκειμένου να προγραμματίσουν το ρομπότ. Η απάντηση σε αυτή την ερώτηση καταγράφηκε ως ελκυστικότητα (first-sight preference). Ακολουθώντας ένα απλό προγραμματιστικό σενάριο, ο ερευνητής παρουσίασε στα παιδιά πώς να προγραμματίσουν το ρομπότ και με τα δύο συστήματα. Προκειμένου να εξουδετερώσουμε την πιθανότητα τα παιδιά να επηρεαστούν από την σειρά παρουσίασης των συστημάτων, επιλέχθηκε μια ισορροπημένη μέθοδος παρουσίασης. Πιο συγκεκριμένα αντί να χρησιμοποιήσουμε το ένα σύστημα για την παρουσίαση του σεναρίου και μετά το άλλο σύστημα, επιλέξαμε την εναλλαγή των συστημάτων σε επίπεδο εντολής σεναρίου. Δηλαδή, για να ξεκινήσουμε την παρουσίαση του προγραμματιστικού σεναρίου, τοποθετήσαμε την πρώτη εντολή στο ένα σύστημα (ας πούμε γραφικό), στη συνέχεια τοποθετήσαμε την ίδια εντολή στο δεύτερο σύστημα (ας πούμε απτικό), στη συνέχεια τοποθετήσαμε τη δεύτερη εντολή στο απτικό σύστημα και την ίδια εντολή στο γραφικό και ούτω καθεξής. Εξυπακούεται ότι για την παρουσίαση του σεναρίου σε κάθε επόμενη δυάδα ξεκινούσαμε την τοποθέτηση της πρώτης εντολής σε διαφορετικό σύστημα. Μετά το τέλος της παρουσίασης ζητήθηκε από τα παιδιά να δηλώσουν πιο σύστημα τους φάνηκε πιο διασκεδαστικό. Αυτό ήταν η πρώτη μέτρηση της μεταβλητής υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment). Εν συνεχεία αναθέσαμε στα παιδιά δύο προγραμματιστικές αποστολές τις οποίες έπρεπε να εκτελέσει το NTX ρομπότ. Η πρώτη αποστολή ήταν ένα πρόγραμμα απλής αλληλουχίας πέντε εντολών, το οποίο περιλάμβανε εντολές όπως πήγαινε ένα βήμα εμπρός/πίσω, άναψε/σβήσε το φω ς, κάνε ένα ήχο και τα λοιπά. Η δεύτερη αποστολή απαιτούσε τη δημιουργία ενός πιο απαιτητικού προγράμματος με παραμέτρους. Ήταν έξι εντολών και περιλάμβανε εντολές όπως πήγαινε ένα βήμα εμπρός/πίσω, στρίψε αριστερά/δεξιά, άναψε/σβήσε το φω ς, κάνε ήχο και τα λοιπά. Από τα παιδιά ζητήθηκε να 71

72 δημιουργήσουν τα δύο προγράμματα χρησιμοποιώντας μόνο το ένα σύστημα. Οι μισές δυάδες χρησιμοποίησαν πρώτα το γραφικό και οι άλλες μισές το απτικό. Εν συνεχεία ζητήσαμε από τα παιδιά να δημιουργήσουν επιπλέον δύο προγράμματα ίδιας δυσκολίας χρησιμοποιώντας το άλλο σύστημα. Κατ αυτόν τον τρόπο, τα παιδιά είχαν την ευκαιρία να δημιουργήσουν τέσσερα συνολικά προγράμματα χρησιμοποιώντας και τα δύο συστήματα. Στο τέλος της ενότητας προγραμματισμού βασισμένου στις αποστολές, ο ερευνητής ζήτησε από τα παιδιά να δηλώσουν σε κατάλληλα διαμορφωμένο ερωτηματολόγιο ποιο από τα δύο συστήματα τους άρεσε περισσότερο. Αυτή ήταν η δεύτερη μέτρηση της μεταβλητής υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment). Στην επόμενη ενότητα αλληλεπίδρασης των παιδιών με τα συστήματα, τα παιδιά αφέθηκαν ελεύθερα να δημιουργήσουν τέσσερα προγράμματα, δύο με το κάθε σύστημα. Αμέσως μετά το πέρας και αυτής της ενότητας ελεύθερης αλληλεπίδρασης, ο ερευνητής οδήγησε τα παιδιά σε ένα τραπέζι και τους έδωσε ερωτηματολόγιο και οδηγίες για την συμπλήρωση του. Τέλος, μετά τη συμπλήρωση του ερωτηματολογίου, ακολούθησε ενότητα συνεντεύξεων στην οποία ζητήθηκε από τα παιδιά να αιτιολογήσουν τις απαντήσεις τους. 3.5 Εργαλεία, μέτρησης και ανάλυσης δεδομένων Μεθοδολογία συλλογής ποιοτικών μετρήσεων Για τη συλλογή ποιοτικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν: (1) δομημένες παρατηρήσεις, (2) συνεντεύξεις συμμετεχόντων. Όλα τα δεδομένα συλλέχθηκαν από δύο άτομα τα οποία ήταν παρόντα στη διάρκεια των δραστηριοτήτων. Συγκεκριμένα: 1. Δομημένες παρατηρήσεις: Για όσο διάστημα τα παιδιά αλληλεπιδρούσαν με τα συστήματα καταγράφηκαν οι δυσκολίες που αντιμετώπισαν τα παιδιά. 2. Συνεντεύξεις: Μετά την ολοκλήρωση της συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου τα παιδιά πέρασαν από μια διαδικασία ημιδομημένης συνέντευξης. Ο πρωταρχικός μας σκοπός σε αυτή τη φάση ήταν να επιβεβαιώσουμε και ταυτόχρονα να καταλάβουμε καλύτερα τις απαντήσεις στο ερωτηματολόγιο καθώς και να επιβεβαιώσουμε τις δομημένες παρατηρήσεις της προηγούμενης φάσης. Έτσι ζητήθηκε από τους μαθητές να δώσουν επιπλέον πληροφορίες για την εμπειρία τους και να σχολιάσουν τα σημεία τα οποία πιστεύαμε ότι χρειάζονταν διευκρινήσεις. Τα δεδομένα που συλλέξαμε από αυτό το κομμάτι της έρευνας αποδείχθηκαν χρήσιμα στην ενότητα των συμπερασμάτων Ποσοτικές Μετρήσεις 72

73 Τρεις εξαρτημένες μεταβλητές χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να καταγραφούν οι απόψεις των παιδιών για τα δύο συστήματα διεπαφής: η ελκυστικότητα (first-sight preference), η υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment) και η ευκολία χρήσης (easiness-to-use). Για να συλλεχθούν αυτά τα δεδομένα, χρησιμοποιήσαμε μια μέθοδο η οποία βασίστηκε στο fun toolkit (Read, 2008). Προκειμένου να μας δοθεί η δυνατότητα της επαλήθευσης των απαντήσεων των παιδιών για την κάθε ερώτηση τα παιδιά έπρεπε να απαντήσουν σε ένα fun shorter και έναν again and again table. Στην περίπτωση του fun shorter, τα παιδιά αντί για λεκτική απάντηση τοποθέτησαν την εικόνα του κάθε συστήματος στο κατάλληλο κελί του πίνακα απαντήσεων. Με αυτό τον τρόπο τα παιδιά δήλωσαν, για παράδειγμα, ποιο σύστημα ήταν ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί και ποιο δυσκολότερο. Με τον again and again table τα παιδιά έδωσαν την επιλογή τους, για το κάθε σύστημα ξεχωριστά, χρησιμοποιώντας μία τριβάθμια κλίμακα likert. Με αυτόν τον τρόπο δήλωσαν εάν το γραφικό σύστημα ήταν πολύ εύκολο, εύκολο ή λίγο εύκολο να το χρησιμοποιήσουν. 3.6 Αποτελέσματα Ποσοτική ανάλυση Ο πίνακας 2 παρουσιάζει τα ποσοστά των προτιμήσεων των παιδιών σε σχέση με το απτικό και το γραφικό σύστημα. Πίνακας 3.2. Ποσοστά των προτιμήσεων του συνόλου των παιδιών. Ελκυστικότητα (First-sight preference) Υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (Most enjoyable) Ευκολία χρήσης Easier to use Απτικό Γραφικό ** (p<0.01) * (p<0.05) 35,6 Για το συνολικό δείγμα το απτικό σύστημα ήταν πιο πιθανό να επιλεγεί με την πρώτη ματιά αλλά αυτή η τάση δεν ήταν στατιστικά σημαντική. Ταυτόχρονα, όμως, φαίνεται ότι το απτικό ήταν περισσότερο διασκεδαστικό και εύκολο να χρησιμοποιηθεί (και οι δυο επιλογές στατιστικά σημαντικές με p<0.01 και p<0.05 αντίστοιχα) 73

74 Ελ κυστ ικότητα (first-sight preference FSP)/ υποκειμενική ικανοποίηση (Enjoyment) Εξετάζοντας τις διαφορές ανάμεσα στο φύλο και στην ελκυστικότητα, διαπιστώθηκε ότι τα κορίτσια έδειξαν στατιστικά σημαντική προτίμηση στο απτικό σύστημα έναντι του γραφικού (χ2=4.24, p<0.05). Ταυτόχρονα δεν παρατηρηθήκαν διαφοροποιήσεις σχετικά με την ηλικία και την σύνθεση της ομάδος. Η υποκειμενική ικανοποίηση των χρηστών μετρήθηκε τρείς φορές κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης: α) Πριν από την πρώτη άμεση αλληλεπίδραση (Enjoyment 1), β) μετά από τις δραστηριότητες με προκαθορισμένες αποστολές (Enjoyment 2) γ) στο τέλος όλων των δραστηριοτήτων (Enjoyment 3) Tangible Graphical FSP Enjoyment 1 Enjoyment 2 Enjoyment 3 FSP Enjoyment 1 Enjoyment 2 Enjoyment 3 FSP Enjoyment 1 Enjoyment 2 Enjoyment group 7-8 group group Γράφημα 3.1. Τα ποσοστά των επιλογών ελκυστικότητας (FSP) και ικανοποίησης (Enjoyment) Τα ποσοστά των επιλογών των παιδιών σαν συνάρτηση του χρόνου για τις τρείς ηλικιακές ομάδες απεικονίζονται στο Γράφημα 3.1. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης η επιλογή της ικανοποίηση εμφανίζεται στατιστικά σημαντικά ισχυρότερη για την συνθήκη της απτικής διεπαφής χ2 (p<0.05) σε όλες τις μετρήσεις εκτός από την περίπτωση Enjoyment 1 για την ηλικιακή ομάδα 5-6 ετών. Στις απαντήσεις των παιδιών, που δόθηκαν στο ερωτηματολόγιο στο τέλος του πειράματος (Enjoyment 3) οι διαφορές στην ικανοποίηση για τις διάφορες ηλικιακές ομάδες είναι στατιστικά σημαντικές για τις δυο συνθήκες (π.χ. για ολόκληρο το δείγμα χ2=21.6, p<0.01; για την ηλικιακή ομάδα 5-6 ετών χ2=4.76, p<0.05; για την 74

75 ηλικιακή ομάδα 7-8 ετών χ2=8.33, p<0.01; για την ηλικιακή ομάδα ετών χ2=9.00, p<0.01). Τέλος, σε ότι αφορά τις διαφορές ανάμεσα στις δυο συνθήκες (απτική- γραφική) για τα δύο φύλα, εντοπίζονται σημαντικές διαφορές του απτικού έναντι του γραφικού (αγόρια: χ2=15.11, p<0.01; κορίτσια: χ2=6.71, p<0.01). Δεν εντοπίστηκαν περαιτέρω διαφοροποιήσεις σχετικά με τη σύνθεση των ομάδων και αλληλεπιδράσεις με την ηλικία ή το φύλο Ευκολία χρήσης (easiness-to-use) Η ανάλυση των απαντήσεων των παιδιών σε σχέση με το ποιος τύπος διεπαφής είναι ευκολότερος στη χρήση αποκάλυψε ένα ενδιαφέρον φαινόμενο. Η απτική διεπαφή επιλέχτηκε σαν ευκολότερη να χρησιμοποιηθεί από τα μικρότερα παιδιά αλλά αυτή η επιλογή αλλάζει σε σχέση με την ηλικία. Easy to use Tangi bl e G raphical group 7-8 group group Γράφημα 3.2 Ευκολία χρήσης (Easy to use) σε συνάρτηση με την ηλικία Συγκεκριμένα η μεταβλητή ευκολία να χρησιμοποιηθεί εμφανίζεται να αλλάζει όσο η ηλικία αυξάνει. Το γράφημα 3.2 απεικονίζει το φαινόμενο το οποίο είναι στατιστικά σημαντικό (Cramer s V=0.61, p < ). Δεδομένου ότι το συγκεκριμένο φαινόμενο μετρήθηκε σε σχέση με τη γραφική διεπαφή κάθε πιθανή θετική ή αρνητική επίδραση της ανεξάρτητης μεταβλητής μπορεί να θεωρηθεί σαν αρνητική ή θετική επίδραση για την αντίστοιχη γραφική συνθήκη. Περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων, δεν έδειξε καμία επίδραση της επιλογής του ευκολότερου συστήματος σε σχέση με το φύλο ή τη σύνθεση της ομάδος Φαινόμενα αλληλεπίδρασης φύλου και ηλικίας σε σχέση με τη αξιολόγηση της ευκολ ίας χρήσης 75

76 Εμβαθύνοντας στις πιθανές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στις ανεξάρτητες μεταβλητές ηλικία και φύλο και την αξιολόγηση της ευκολίας χρήσης (easy-to-use rating) εφαρμόστηκε έλεγχος ANOVA διπλής ουράς (two-way ANOVA). Η ανάλυση αυτή έδειξε μια σημαντική επίδραση της ηλικίας (p=0.025) ενώ η επίδραση του φύλου εμφανίστηκε οριακά μη σημαντική (p=0.098). Ταυτόχρονα, αποκαλύφθηκε μια σημαντική ταυτόχρονη αλληλεπίδραση της ηλικίας και του φύλου (p =0.030). Τα αποτελέσματα της παραπάνω ανάλυσης αναπαριστώνται γραφικά στο γράφημα 3.3 που ακολουθεί και δείχνουν ότι τα μεγαλύτερα αγόρια σε αντίθεση με τα κορίτσια μειώνουν την αξιολόγηση τους για το απτικό σύστημα. φύλο Γράφημα 3.3 Ανάλυση ANOVA για την απτική διεπαφή σε σχέση με ηλικ ίες και Παρατηρήσεις και συνεντεύξεις Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζουμε τα σημαντικότερα σημεία των παρατηρήσεων και των συνεντεύξεων των μαθητών. Οι κώδικες Π και Σ χρησιμοποιούνται προκειμένου να είναι δυνατή η αναφορά των παρατηρήσεων και των συνεντεύξεων αντίστοιχα στην επόμενη ενότητα. Και τα δύο συστήματα δούλεψαν ικανοποιητικά και βοήθησαν τα παιδιά να επιτύχουν τις προγραμματιστικές αποστολές τους. Οι προγραμματιστικές αποστολές ήταν κατάλληλα επιλεγμένες προκειμένου να μπορούν τα παιδιά εύκολα να τις πραγματοποιήσουν στο διαθέσιμο χρόνο και να είναι ευχαριστημένα με το αποτέλεσμα. Όλα τα παιδιά, ιδιαίτερα τα μικρότερα, εμφανίστηκαν να προσελκύονται από το ρομπότ και φαίνεται ότι αυτός ήταν ένας λόγος για τον οποίο τα παιδιά ενεπλάκησαν ενεργά με τις αποστολές. Τα παιδιά, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια του ελεύθερου παιχνιδιού, έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον να μάθουν όλες τις δυνατότητες και τις εντολές που υπήρχαν διαθέσιμες. 76

77 Ηλικιακή ομάδα 5-6 Για αυτή την ηλικιακή ομάδα η αλληλεπίδραση με το απτικό σύστημα φάνηκε να είναι μια ιδιαίτερα συνεργατική διαδικασία κατά την οποία και τα δύο παιδιά χρησιμοποιώντας και τα δυο τους χέρια εργάσθηκαν μαζί στις αποστολές (Π1). Μερικές διαφωνίες καταγράφηκαν, όταν και τα δύο παιδιά επιθυμούσαν να πατήσουν το κουμπί εκτέλεσης του προγράμματος (Π2). Αν και τα παιδιά ήταν σχετικά εξοικειωμένα με το ποντίκι, εντοπίσαμε σε κάποιες περιπτώσεις μικρές δυσκολίες ιδίως κατά την διαδικασία «σύρε κι άσε» με το γραφικό περιβάλλον (Π3). Η συνεργασία των παιδιών αυτής της ηλικίας, σε κάποιες περιπτώσεις, ξεκίνησε με διαφωνία για το ποιος θα χειριστεί το ποντίκι στην περίπτωση του γραφικού περιβάλλοντος (Π4). Σε όλες τις περιπτώσεις, οι ομάδες αυτοοργανώθηκαν και έλυσαν το πρόβλημα επιλέγοντας να μοιραστούν το ποντίκι. Σε μερικές περιπτώσεις το παιδί παρατηρητής έχασε το ενδιαφέρον του και άρχισε να κοιτάζει δεξιά και αριστερά και σε τρεις μάλιστα περιπτώσεις δηλώθηκε επιθυμία να επιστρέψουν και να αλληλεπιδράσουν με το απτικό σύστημα (Π5). Η διαδικασία των συνεντεύξεων αποκάλυψε κάποια ενδιαφέροντα στοιχεία σχετικά με το τι επηρέασε τις προτιμήσεις των παιδιών, όπως: (α) η ομοιότητα του απτικού συστήματος με άλλα παιχνίδια όπως τα τουβλάκια LEGO κλπ. (Σ1), (β) η διαδικασία σύνδεσης των κουτιών η οποία φάνηκε στα παιδιά ευχάριστη και εύκολη διαδικασία με δηλώσεις της μορφής μου αρέσει να παίζω με τους κύβους διότι είναι εύκολο να τους συνδέω (Σ2), (γ) οι δυσκολίες οι οποίες αντιμετώπισαν με το ποντίκι (Σ3) είναι ευκολότερο να συνδέω τους κύβους παρά να μετακινώ εικόνες στην οθόνη του υπολογιστή με το ποντίκι Ηλικιακή ομάδα 7-8 Σε αυτή την ομάδα τα προβλήματα με τη διαδικασία «σύρε κι άσε» φάνηκαν να μειώνονται σημαντικά (Π6). Τα παιδιά ήταν καλύτεροι χρήστες και φάνηκαν και με τα δύο συστήματα να αντιλαμβάνονται και να χρησιμοποιούν καλύτερα τις διάφορες λειτουργίες, όπως τη χρήση παραμέτρων. Τα παιδιά φάνηκε να έχουν τη δυνατότητα να μοιράζονται ευκολότερα το ποντίκι και, γενικά, η αυτοοργάνωση τους ήταν αξιόλογη σε σχέση με την προηγούμενη ηλικιακή ομάδα (Π7). Σε κάποιες περιπτώσεις και σε αυτή την ηλικιακή ομάδα παρατηρήσαμε ότι το παιδί παρατηρητής έχασε το ενδιαφέρον του (Π8), ενώ όταν χρησιμοποιούσαν το απτικό σύστημα τα παιδιά εμπλέκονταν και τα δύο πιο ενεργά στις δραστηριότητες (Π9). Χαρακτηριστικό είναι ότι τρία κορίτσια στην αρχή της αλληλεπίδρασης με το γραφικό σύστημα αρνήθηκαν να χρησιμοποιήσουν το ποντίκι. Η εξήγησή τους ήταν: Θέλω να δουλέψω με το απτικό 77

78 σύστημα διότι θέλω να το κάνω εγώ. Αν το κάνω με τον υπολογιστ ή, ο υπολογιστής θα το κάνει για εμένα (Π10). Τα ευρήματα των συνεντεύξεων διαφοροποιήθηκαν ελαφρώς σε σχέση με την προηγούμενη ηλικιακή ομάδα. Συμπεράναμε ότι οι παράγοντες οι οποίοι επηρέασαν την επιλογή των παιδιών ήταν: (α) η ομοιότητα του απτικού συστήματος με παιχνίδια όπως παζλ κ.λπ (Σ4), (β) η συναρμολόγηση των κουτιών η οποία δηλώθηκε ως πιο ευχάριστη και εύκολη (Σ5), (γ) οι δυσκολίες που αντιμετώπισαν τα παιδιά με το ποντίκι (Σ6), (δ) η μικρή, αλλά υπαρκτή, εμπειρία κάποιων παιδιών με άλλα παιχνίδια στον υπολογιστή (Σ7) προτιμώ να προγραμματίσω το ρομπότ με τον υπολογιστή διότι με τον υπολογιστή μπορώ να παίξω και άλλα παιχνίδια ή να μπω στο ιντ ερνέτ για λίγο Ηλικιακή ομάδα Αυτή η ηλικιακή ομάδα επέδειξε ιδιαίτερη οικειότητα με το ποντίκι (Π11). Τα παιδιά έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το απτικό σύστημα και κατά τη διάρκεια του ελεύθερου παιχνιδιού συνήθιζαν να χρησιμοποιούν πολλές εντολές και να φτιάχνουν ιδιαίτερα μεγάλα προγράμματα και με τα δύο συστήματα. Επίσης, χρησιμοποιούσαν με αξιοσημείωτη ευκολία τις εντολές επανάληψης και ελέγχου δείχνοντας υψηλό βαθμό κατανόησης και εμπλοκής. Σε δύο περιπτώσεις, ενώ χρησιμοποιούσαν και τα δύο συστήματα, κάποια παιδιά ζήτησαν να χρησιμοποιήσουν χαρτί προκειμένου να σχεδιάσουν την αλληλουχία που επιθυμούσαν να εκτελέσει το ρομπότ. Κατά τη διάρκεια των συνεντεύξεων τα παιδιά έδιναν πιο εκλεπτυσμένες εξηγήσεις για τις προτιμήσεις τους. Οι παράγοντες οι οποίοι επηρέασαν τα παιδιά αυτής της ηλικιακής ομάδας ήταν: (α) η καινοτομία του απτικού συστήματος προτιμώ το απτ ικό σύστημα διότι δεν έχω ξαναδεί κάτ ι τέτοιο, είναι η πρώτη φορά που έχω την ευκαιρία να δουλέψω με αυτό ενώ υπολογιστ ή έχω και σπίτι μου (Σ8), (β) η δυνατότητα του να δουν καλύτερα, να ακουμπήσουν, να συναρμολογήσουν και να οργανώσουν συνεργατικά το πρόγραμμά τους με το απτικό σύστημα (Σ9), (γ) η οικειότητα με το ποντίκι, η ταχύτητα και η ευκολία με την οποία μπορούσαν να το χρησιμοποιήσουν (Σ10), (δ) η εμπειρία τους με άλλα παιχνίδια στον υπολογιστή (Σ11) και (ε) η άνεση η οποία προσφέρεται από το γραφικό σύστημα (Σ12) προτιμώ τον υπολογιστή διότι μπορώ εύκολα να αλλάζω πράματα, δεν είναι απαραίτητο να έχω ένα μεγάλο τραπέζι και, εάν θέλω να σταματήσω, απλ ά κλ είνω τον υπολογιστή μου. 3.7 Συζήτηση Σε αυτή την έρευνα χρησιμοποιήθηκε το σύστημα PROTEAS προκειμένου να υλοποιηθεί μια συγκριτική έρευνα η οποία μελετά τις προτιμήσεις των παιδιών σε 78

79 σχέση με ένα απτικό και ένα γραφικό σύστημα ρομποτικού προγραμματισμού. Αυτή η συγκριτική έρευνα ασχολήθηκε μόνο με τρεις εξαρτημένες μεταβλητές οι οποίες ήταν η ελκυστικότητα (first side preference), η υποκειμενική ικανοποίηση του χρήστη (enjoyment),η ευκολία χρήσης (easiness to use). Οι μεταβλητές αυτές εξετάστηκαν σε σχέση με τις ανεξάρτητες μεταβλητές ηλικία και φύλο. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως οι παραπάνω μεταβλητές αλλάζουν σε σχέση με την ηλικία των παιδιών και το φύλο όταν αυτά αλληλεπιδρούν με τις υπό διερεύνηση διεπαφές Ελκυστικότητα (first sight preference) Η προτίμηση των παιδιών η οποία σχετίζεται με την μεταβλητή ελκυστικότητα έδειξε μία τάση η οποία ευνοεί την απτική διεπαφή αλλά η συγκεκριμένη τάση δεν ήταν στατιστικά σημαντική για ολόκληρο το δείγμα. Παρά ταύτα, αυτή η τάση ήταν ισχυρότερη και στατιστικά σημαντική για τα κορίτσια. Αυτά τα ποσοτικά αποτελέσματα υποστηρίζονται τόσο από τις παρατηρήσεις μας (Π10), όσο και από τις συνεντεύξεις (Σ1), (Σ4), (Σ8) και δείχνουν ότι οι απτικές διεπαφές σαν προγραμματιστικά εργαλεία εμφανίζονται ελκυστικότερα γι αυτές τις ηλικίες διότι μοιάζουν πιο οικεία και καινοτόμα. Τα ποιοτικά μας αποτελέσματα ενισχύουν τις παρατηρήσεις από άλλες έρευνες, οι οποίες δείχνουν ότι το φύλο και ο τύπος της διεπαφής μπορούν να αλληλεπιδρούν (Fails et al., 2005). Τα ποσοτικά αποτελέσματά μας είναι ακόμα συνεπή με δύο άλλες έρευνες που δείχνουν ότι μπορούν να υπάρχουν αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στο φύλο και στον τύπο της διεπαφής (Xie et al., 2008; Horn et al., 2012). Ειδικότερα ο Horn et al. (Horn et al., 2009; Read, 2008) οι οποίοι συνέκριναν μια παθητική απτική σε σχέση με μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού, εκτός σχολικού περιβάλλοντος (στον μη ελεγχόμενο χώρο ενός μουσείου), διαπίστωσαν ότι η απτική διεπαφή ήταν ποιο ελκυστική για τα κορίτσια Υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη (enjoyment) Σε σχέση με την υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη, οι δηλώσεις των παιδιών δείχνουν ότι το απτικό περιβάλλον είναι πιο διασκεδαστικό. Το συγκεκριμένο φαινόμενο ήταν εξίσου ισχυρό για όλες τις ηλικιακές ομάδες, και για τα δύο φύλα, και ήταν εμφανές σε όλες τις μετρήσεις που έγιναν σε όλα τα σημεία της διαδικασίας αλληλεπίδρασης. Μια πιθανή εξήγηση σχετικά με την αυξημένη υποκειμενική ικανοποίηση των παιδιών με το απτικό σύστημα μπορεί να βρεθεί στα χαρακτηριστικά των συνεντεύξεων (Σ2), (Σ5), (Σ9), τα οποία δείχνουν ότι ο χειρισμός των φυσικών αντικειμένων σε συνδυασμό με την δυνατότητα του να δουν καλύτερα και να οργανώσουν την δουλειά 79

80 τους στην επιφάνεια εργασίας με τους συνεργάτες τους, μπορεί να αυξήσει την ικανοποίηση. Παρά ταύτα, τα αποτελέσματά μας δεν είναι σύμφωνα με αυτά που παρουσιαστήκαν από τους Xie et al. (2008), οι οποίοι αναφέρουν σε μία συγκριτική μελέτη με πάζλ τριών διεπαφών (φυσικό, απτικό, και γραφικό) ότι η ικανοποίηση των παιδιών ήταν παρόμοια για τις τρεις συνθήκες. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί σαν ένα φαινόμενο που σχετίζεται με τα διαφορετικά πεδία εφαρμογής (δραστηριότητες παζλ, δραστηριότητες προγραμματισμού) (Marshall, 2007). Τα αποτελέσματά μας, τα οποία αφορούν την ικανοποίηση χρήστη, δείχνουν ότι οι απτικές διεπαφές, στο πεδίο του προγραμματισμού, πλεονεκτούν και έτσι υποστηρίζεται η υπόθεση ότι ο απτικός προγραμματισμός προσφέρει μεγαλύτερη ικανοποίηση στα παιδιά απ ότι ο κλασσικός γραφικός προγραμματισμός. Επιπλέον, ο απτικός προγραμματισμός, διαμέσου της ικανοποίησης, μπορεί να ενισχύσει τα εσωτερικά κίνητρα τα οποία είναι σημαντικά για την γνωστική και κοινωνική ανάπτυξη των ατόμων (Ryan & Deci, 2000) Ευκολία χρήσης (easiness to use) Σε σχέση με την ευκολία χρήσης τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η απτική διεπαφή προσλαμβάνεται σαν ευκολότερη από την γραφική αλλά η συγκεκριμένη διαπίστωση ισχύει μόνο για τα μικρότερα παιδιά. Αυτά τα αποτελέσματα υποστηρίζουν μόνο τμηματικά την αρχική υπόθεση ότι τα απτικά συστήματα, ειδικότερα στον προγραμματισμό, είναι ευκολότερα να χρησιμοποιηθούν, και γι αυτό μπορούν να μειώσουν το ηλικιακό όριο συμμετοχής. Αντίθετα, τα μεγάλα παιδιά αν και θεω ρούν την απτική επαφή πιο διασκεδαστική ταυτόχρονα δεν την θεωρούν και ευκολότερη στην χρήση. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την αυξημένη εξοικείωση των μεγάλων παιδιών με τους υπολογιστές και τη χρήση του ποντικιού. Τα συγκεκριμένα ευρήματα υποστηρίζονται από τις παρατηρήσεις (Π3), (Π6), (Π11) και αιτιολογούνται από τα στοιχειά των συνεντεύξεων (Σ3), (Σ6), (Σ7), (Σ10) και (Σ11). Αυτά τα στοιχεία δείχνουν από τη μια πλευρά ότι τα μικρότερα παιδιά αντιμετώπισαν δυσκολίες με το ποντίκι και από την άλλη πλευρά τα μεγαλύτερα παιδιά αναπτύσσουν σημαντική εμπειρία με τη χρήση υπολογιστών (πχ. παίζοντας παιχνίδια κλπ.) και έτσι δηλώνουν ότι η γραφική επαφή με το ποντίκι είναι ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί. Ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα ήταν η αλληλεπίδραση ανάμεσα στο φύλο και στην ηλικία η οποία εντοπίστηκε από τον έλεγχο ANOVA. Προκειμένου να εξηγήσει κάποιος αυτά τα αποτελέσματα μπορεί να ανατρέξει στα στοιχεία παρατηρήσεων τα οποία καταγράψαμε κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης. Εντοπίστηκε ότι μερικά αγόρια ηλικίας 11 έως 12 ετών δήλωσαν ότι η γραφική διεπαφή ήταν πιο βολική και εύκολη να χρησιμοποιηθεί γιατί δεν χρειαζόταν να τακτοποιήσουν τίποτα μετά από μία 80

81 συνηθισμένη χρήση στο σπίτι (Σ12). Αντίθετα, εάν έπρεπε να χρησιμοποιήσουν την απτική επαφή θα έπρεπε να ξανατακτοποιήσουν τους κύβους μετά την χρήση. Το συγκεκριμένο θέμα τέθηκε κυρίως από τα αγόρια της παραπάνω ηλικίας ενώ τα κορίτσια παρέλειψαν αυτό το θέμα, δηλώνοντας ότι το να τακτοποιήσουν τους κύβους δεν ήταν καθόλου πρόβλημα. Τα αποτελέσματα της παραπάνω έρευνας σε σχέση με την ευκολία χρήσης επιβεβαιώνουν και ταυτόχρονα επεκτείνουν αυτά που διαπιστωθήκαν από τους Xie et al. (2008) οι οποίοι παρατηρούν ότι τα παιδιά (ηλικίας 7 έως 9) αλληλεπιδρούν με τα φυσικά αντικείμενα ευκολότερα απ ότι με το ποντίκι. Άλλα στοιχεία παρατηρήσεων, όπως τα (Π1), (Π4), (Π5), (Π8), (Π9), υποστηρίζουν την άποψη ότι οι απτικές διεπαφές προσφέρουν περισσότερες ευκαιρίες για ισότιμη συμμετοχή. Η ισότιμη συμμετοχή, από την άλλη, δείχνει να μειώνει τον ανταγωνισμό ανάμεσα στα μέλη της ομάδος (Π2), (Π4), (Π7). Αυτές οι παρατηρήσεις υποστηρίζουν τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν από τους Horn et al (2012) και συνολικά υποστηρίζουν ότι οι απτικές διεπαφές, σε δραστηριότητες εισαγωγικού προγραμματισμού, μπορούν να δημιουργήσουν καλύτερες συνθήκες για ενεργό συνεργασία. Συνολικά συμπεραίνουμε ότι οι απτικές διεπαφές έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με τα γραφικά περιβάλλοντα, αλλά αυτό εξαρτάται ισχυρά από την ηλικία. Είναι πιθανό ότι οι απτικές επαφές παρουσιάζουν πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένα πεδία εφαρμογής (πχ προγραμματισμός) και όχι για όλα. Προτείνουμε ότι η ηλικία των χρηστών και το πεδίο εφαρμογής είναι σημαντικοί παράγοντες στο να καθοριστεί εάν οι απτικές διεπαφές αξίζει να αξιοποιηθούν ή όχι. Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζουν την υπόθεση ότι οι απτικές διεπαφές μπορούν να έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα όπως η αύξηση της προσβασιμότητας, η μείωση του ηλικιακού ορίου χρήσης, η αύξηση της ελκυστικότητας για αλληλεπίδραση, η ικανοποίηση και ενδεχομένως η βελτίωση της συνεργασίας (Marshall, 2007). Τέλος, προτείνουμε ότι μία ομαλή εναλλαγή ανάμεσα σε απτική και γραφική διεπαφή σε σχέση με την ηλικία και την εμπειρία χρήσης μπορεί να είναι ωφέλιμη σε συγκεκριμένα πεδία εφαρμογής (Horn et al., 2012). 3.8 Σύνοψη κεφαλαίου Αυτή η έρευνα διερεύνησε τις απόψεις και τις προτιμήσεις παιδιών σε σχέση με δύο ισομορφικά υποσυστήματα (απτικό, γραφικό) τα οποία είναι τμήματα του συστήματος PROTEAS. Και τα δύο υποσυστήματα χρησιμοποιήθηκαν από τα παιδιά προκειμένου να διενεργηθούν δραστηριότητες εισαγωγικού προγραμματισμού και έδειξαν να είναι αποτελεσματικά και αξιόπιστα. 81

82 Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η απτική διεπαφή ήταν πιο ελκυστική, ιδιαίτερα, για τα κορίτσια. Ήταν πιο διασκεδαστική και εύκολη να χρησιμοποιηθεί από τα μικρότερα παιδιά. Σε αντίθεση, μεγαλύτερα παιδιά τα οποία ήταν πιο έμπειρα με τους υπολογιστές θεώ ρησαν το γραφικό σύστημα σαν ευκολότερο στη χρήση. Οι παράγοντες, οι οποίοι φαίνεται να επηρέασαν τις απόψεις των παιδιών, περιλαμβάνουν την οικειότητα των παιδιών με απτικά συστήματα (η οποία πηγάζει κυρίως από άλλα παιχνίδια όπως τα τουβλάκια LEGO, πάζλ κ.λπ), οι καινοτόμες ενέργειες τις οποίες ένας χρήστης μπορεί να εκτελέσει και τη διαδικασία της συναρμολόγησης των απτικών στοιχείων. Από την άλλη πλευρά, η εμπειρία με τους υπολογιστές, η ταχύτητα και οι ευκολίες που προσφέρει το γραφικό περιβάλλον μοιάζουν να προσελκύουν τα μεγαλύτερα παιδιά. Επιπλέον, καταγράφηκαν περιπτώσεις όπου η συνεργασία ανάμεσα στα μέλη της ομάδας προσέφερε περισσότερες ευκαιρίες για ισότιμη συμμετοχή με την απτική διεπαφή, ενώ, ο έλεγχος από ένα μόνο χρήστη στην περίπτωση γραφικής διεπαφής έδειξε να μειώνει το ενδιαφέρον του άλλου μέλους της ομάδας. Σε κάθε περίπτωση η συγκεκριμένη παρατήρηση απαιτεί επιπλέον έρευνα. Συνολικά τα αποτελέσματά μας μπορούν να αποτελέσουν σημαντικές πληροφορίες τόσο για τους σχεδιαστές, όσο και για τους ερευνητές οι οποίοι δραστηριοποιούνται στον τομέα την αλληλεπίδρασης παιδιών-υπολογιστών (children-comput er interact ion CCI), προκειμένου να κατανοήσουν καλύτερα τις σκέψεις και τις προτιμήσεις των παιδιών σε σχέση με τις διαφορετικές διεπαφές χρήστη στον τομέα του προγραμματισμού (Read 2008). 82

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΡΕΥΝΑ 2 Διερεύνηση της απόδοσης των παιδιών σε σχέση με απτική - γραφική διεπαφή 4.1 Περίληψη 4.2 Εισαγωγή 4.3 Ερευνητικοί στόχοι 4.4 Πειραματικός σχεδιασμός 4.5 Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων 4.6 Αποτ ελ έσματ α 4.7 Συζήτηση 4.8 Σύνοψη κεφαλ αίου 4.1 Περίληψη Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται η δεύτερη ερευνητική προσπάθεια η οποία διεξήχθη σε δημόσιο σχολείο. Η έρευνα αυτή ενέπλεξε εκατόν εννέα παιδιά από πέντε ηλικιακές ομάδες τα οποία προγραμμάτισαν ένα ΝΧΤ ρομπότ, αρχικά με βάση αποστολές και εν συνεχεία μέσα από ελεύθερο παιχνίδι, χρησιμοποιώντας απτική και γραφική διεπαφή. Οι μετρήσεις που έγιναν αφορούσαν (α) την επίδοση των παιδιών σε προκαθορισμένες αποστολές και (β) την επίδοση των παιδιών κατά τη διάρκεια του ελεύθερου παιχνιδιού. Με βάση τις αποστολές τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα μικρότερα παιδιά χρειάστηκαν λιγότερο χρόνο για να ολοκληρώσουν τις προγραμματιστικές αποστολές με το απτικό υποσύστημα. Αντιθέτως, τα μεγαλύτερα παιδιά χρειάστηκαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο για να ολοκληρώσουν τις αποστολές τους και με τις δύο διεπαφές. Επιπλέον, λιγότερα προγραμματιστικά λάθη και καλύτερη αποσφαλμάτωση καταγράφηκε στην απτική συνθήκη. Η ανάλυση της ελεύθερης αλληλεπίδρασης έδειξε ότι τα μεγαλύτερα παιδιά με το απτικό υποσύστημα ενεπλάκησαν εντονότερα, διερεύνησαν περισσότερες εναλλακτικές εντολές και παραμέτρους και δημιούργησαν πιο πολύπλοκα προγράμματα. Αντιθέτως, τα μικρότερα παιδιά αν και διέθεσαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο 83

84 για τις δυο συνθήκες φαίνεται, ότι διερεύνησαν περισσότερες εναλλακτικές με την απτική διεπαφή. 4.2 Εισαγωγή Παρόλα τα θεω ρητικά πλαίσια (Orit & Eva, 2009) τα οποία σχετίζονται με τις απτικές διεπαφές χρήστη και την εκπαίδευση παιδιών, υπάρχει: (α) έλλειψη διαθέσιμων εργαλείων τα οποία συνδυάζουν ταυτόχρονα απτικές και γραφικές δυνατότητες προγραμματισμού (Kwon et al., 2012) και (β) εμπειρικές μελέτες οι οποίες να εστιάζουν στα πιθανά πλεονεκτήματα των απτικών διεπαφών χρήστη σε σχέση με αντίστοιχες γραφικές (Xie et al., 2008), (Zaman, et al., 2012). Έτσι, αυτή η εργασία αποσκοπεί στο να προσφέρει νέες ιδέες και κατευθύνσεις σε μελλοντικούς σχεδιαστές και ταυτόχρονα να παρέχει εμπειρικά στοιχεία τα οποία να φωτίζουν τα πιθανά πλεονεκτήματα μειονεκτήματα των απτικών διεπαφών στην επίδοση των μαθητών. 4.3 Ερευνητικοί στόχοι Λαμβάνοντας υπόψη την έλλειψη συστημάτων προγραμματισμού τα οποία συνδυάζουν απτικές και γραφικές δυνατότητες (Kwon et al., 2012) και ταυτόχρονα την έλλειψη εμπειρικών μελετών (Zaman et al., 2012; Zaman et al., 2009), ειδικά ποσοτικών μελετών (Merrill, Kalanithi, & Maes, 2007), η παρούσα έρευνα είχε διπλό σκοπό. Πρώτον, στη συγκεκριμένη εργασία παρουσιάστηκαν εκτενώς τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν και έτσι έγινε μια προσπάθεια να προσφερθούν ιδέες και κατευθύνσεις σε μελλοντικούς σχεδιαστές τέτοιων εργαλείων και, δεύτερον, διενεργώντας συγκριτική μελέτη στον τομέα του προγραμματισμού, προσφέρουμε πολύτιμα εμπειρικά ευρήματα φωτίζοντας τα πιθανά πλεονεκτήματα των απτικών διεπαφών σε σχέση με ισομορφικές διεπαφές. Οι μετρήσεις και η ανάλυση των δεδομένων που ακολούθησε αποσκοπούσαν να απαντήσουν τα παρακάτω ερωτήματα τα οποία σχετίζονται με την προγραμματιστική επίδοση των μαθητών. Επίδοση των μαθητών σε σχέση με προκαθορισμένες αποστολές : 1. Τα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με κάποια από τις δύο διαφορετικές διεπαφές, εάν αναλογιστούμε το χρόνο επίλυσης των προβλημάτων; 2. Έχουν τα παιδιά καλύτερη επίδοση με κάποια από τις δύο διεπαφές, εάν αναλογιστούμε τον αριθμό των λαθών; 3. Ποια από τις δύο διεπαφές είναι πιο αποτελεσματική κατά της διαδικασία της αποσφαλμάτωσης και της διόρθωσης λαθών; Επίδοση των μαθητών σε σχέση με ελεύθερο παιχνίδι : 84

85 4. Εάν τα παιδιά αφεθούν ελεύθερα να προγραμματίσουν και με τα δύο συστήματα, εμπλέκονται περισσότερο στη διαδικασία με κάποια από τις δύο συνθήκες; 5. Όταν τα παιδιά αφεθούν ελεύθερα να προγραμματίσουν με την απτική και την γραφική διεπαφή, παράγουν προγράμματα του ίδιου μήκους; 6. Τα παιδιά διερευνούν περισσότερες εντολές και παραμέτρους, όταν εργάζονται με μία συγκεκριμένη διεπαφή; 7. Ποια είναι η πολυπλοκότητα των προγραμμάτων που κατασκευάζουν τα παιδιά, αν αφεθούν ελεύθερα να παίξουν με τα δύο συστήματα; Οι απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τα πλεονεκτήματα ή τα μειονεκτήματα των απτικών διεπαφών σε σχέση με τις γραφικές στο πεδίο του εισαγωγικού προγραμματισμού. 4.4 Πειραματικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες Αυτή η έρευνα διεξήχθη σε ένα δημόσιο σχολείο στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Εκατόν εννέα παιδιά από πέντε ηλικιακές ομάδες, 6-7 (Ν=20), 7-8 (Ν=25), 9-10 (Ν=14), (Ν=25) και (Ν=25), συμμετείχαν στην έρευνα, μετά από σχετική άδεια από τους υπευθύνους του σχολείου και των γονέων. Όλα τα παιδιά συμμετείχαν εθελοντικά στις δραστηριότητες και επιλέχθηκαν τυχαία να συμμετέχουν σε δυάδες. Όλα τα παιδιά που συμμετείχαν δεν είχαν καμία προηγούμενη επαφή με τα συστήματα και μιλούσαν τα ελληνικά σαν μητρική τους γλώσσα. Όλα τα παιδιά είχαν εξοικείωση με το ποντίκι. Η εικόνα 4.1 δείχνει μια ομάδα παιδιών να αλληλεπιδρά με το απτικό σύστημα. Εικόνα 4.1. Παιδιά αλληλεπιδρούν με το απτικό σύστημα 85

86 4.4.2 Ρυθμίσεις και διαδικασία Τα πειράματα διενεργήθηκαν σε κατάλληλα διαμορφωμένες αίθουσες οι οποίες διατέθηκαν από το σχολείο για το σκοπό της έρευνας. Τρεις ειδικοί στο χώρο, ένας μπροστά και δύο πίσω μαζί με κατάλληλες μεθόδους καταγραφής και τις καταγραφές του υπολογιστή (computer logs), κατέγραψαν την όλη διαδικασία. Τα παιδιά, καθοδηγούμενα από τους ερευνητές, συμπλήρωσαν το ερωτηματολόγιο με στοιχεία όπως ηλικία, φύλο, επίπεδο γνώσης υπολογιστών και επίπεδο γνώσης προγραμματισμού. Εν συνεχεία, τους παρουσιάσαμε το NXT ρομπότ και ακολουθώντας ένα απλό προγραμματιστικό σενάριο, ο ερευνητής τους παρουσίασε πως μπορούν να προγραμματίσουν το ρομπότ και με τα δύο συστήματα. Για να αποφύγουμε οποιαδήποτε πιθανότητα επηρεασμού των μετρήσεων από την σειρά παρουσίασης των συστημάτων, ακολουθήσαμε ισορροπημένη διαδικασία παρουσίασης. Εν συνεχεία, δύο αποστολές (αποστολή 1 και αποστολή 2) δόθηκαν στα παιδιά και μια τρίτη αποστολή (αποστολή 3) δόθηκε στους μεγαλύτερους μαθητές. Η πρώτη αποστολή (αποστολή 1) ήταν ένα απλό πρόγραμμα έξι εντολών το οποίο περιείχε κύβους όπως κίνηση εμπρός/πίσω, άναψε/σβήσε το φω ς, κάνε ήχο κ.λπ. η δεύτερη αποστολή (αποστολή 2) ήταν ένα πιο απαιτητικό πρόγραμμα το οποίο περιείχε παραμέτρους, ήταν έξι εντολών και περιείχε κύβους όπως κίνηση εμπρός/πίσω, στρίψε δεξιά/αριστερά, άναψε/σβήσε το φω ς, κάνε ήχο κ.λπ. Η τρίτη αποστολή (αποστολή 3) ήταν η πιο περίπλοκη, ήταν μέχρι πέντε εντολές και περιείχε επιπρόσθετα τη δομή επανάληψης. Ζητήθηκε από τα παιδιά να προγραμματίσουν το ρομπότ να εκτελέσει τις παραπάνω αποστολές, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα (τα μισά ζευγάρια ξεκίνησαν προγραμματίζοντας με το γραφικό σύστημα και τα άλλα μισά ξεκίνησα προγραμματίζοντας με το απτικό σύστημα). Εν συνεχεία, τα παιδιά έπρεπε να προγραμματίσουν το ρομπότ με βάση ίδιας δυσκολίας αποστολές χρησιμοποιώντας όμως το άλλο υποσύστημα. Μετά την ολοκλήρωση των αποστολών, ο ερευνητής έδωσε στα παιδιά τη δυνατότητα να κάνουν δύο προγράμματα ελεύθερα χρησιμοποιώντας διαδοχικά το ένα και το άλλο σύστημα. Κατά τη διάρκεια αυτού του ελεύθερου παιχνιδιού τα παιδιά είχαν τη δυνατότητα να δημιουργήσουν ότι πρόγραμμα θέλανε χωρίς συγκεκριμένες αποστολές ή χρονικό περιορισμό. 4.5 Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Μετρήσεις στις αποστολές 86

87 Η διαδικασία συλλογής των δεδομένων περιελάμβανε τις καταγραφές του συστήματος, τις παρατηρήσεις και καταγραφές με κατάλληλες μεθόδους των τριών ερευνητών. Χρησιμοποιώντας τα παραπάνω δεδομένα μετρήσαμε τρεις μεταβλητές οι οποίες αφορούν την προγραμματιστική επίδοση των μαθητών με τα δύο συστήματα. Ειδικότερα, μετρήθηκαν : (1) ο χρόνος επίτευξης των αποστολών (ΤΑΤ, ο χρόνος που απαιτήθηκε προκειμένου τα παιδιά να ολοκληρώσουν τις αποστολές), (2) τα λάθη (ER, ο αριθμός των λανθασμένων προγραμμάτων που εκτελέστηκαν) και (3) τα στάδια της αποσφαλμάτωσης (DS, τα στάδια αποσφαλμάτωσης που έφτασαν τα παιδιά μετά από μια λάθος εκτέλεση προγράμματος). Για να ορίσουμε τα στάδια της αποσφαλμάτωσης χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο των Carver και Klahr (1986) και με αυτό δημιουργήθηκε μια μεταβλητή τριών βαθμίδων. Χρησιμοποιώντας κατάλληλα τα δεδομένα μας, καθορίσαμε εάν τα παιδιά μετά από μια λάθος εκτέλεση προγράμματος: (α) έφτασαν σε πλήρη επίλυση του σφάλματος (full debug), (β) εντόπισαν ότι ένα συγκεκριμένο λάθος υπήρχε αλλά δεν μπόρεσαν να το εντοπίσουν και να το διορθώσουν (partially debug) και (γ) δεν εντόπισαν καμία διαφορά ανάμεσα στο αποτέλεσμα και στο πρόβλημα που τους δόθηκε, δηλαδή δεν έκαναν αποσφαλμάτωση (no debug). Οι παραπάνω μεταβλητές εξετάστηκαν σαν συνάρτηση του φύλου και της ηλικίας Μετρήσεις κατά την ελεύθερη αλληλεπίδραση Αναλύοντας τα δεδομένα μας, μετρήσαμε τέσσερις μεταβλητές οι οποίες αφορούσαν την επίδοση των παιδιών στα προγράμματα που δημιουργήθηκαν ελεύθερα και με τα δύο συστήματα. Αυτές οι μεταβλητές ήταν : (4) ο χρόνος ελεύθερης αλληλεπίδρασης εμπλοκή (ο χρόνος που ξόδεψαν τα παιδιά προκειμένου να δημιουργήσουν τα ελεύθερα προγράμματά τους), (5) μήκος προγράμματος, (6) λεξιλόγιο προγράμματος και (7) πολυπλοκότητα προγράμματος. Προκειμένου να καθορίσουμε τις έννοιες μήκος προγράμματος και λεξιλόγιο προγράμματος, χρησιμοποιήσαμε τις μετρικές του Halstead (Halstead, 1977). Στην περίπτωση μας, σύμφωνα με τις μετρικές του Halstead, το μήκος του προγράμματος είναι το σύνολο του αριθμού των εντολών και παραμέτρων, ενώ το λεξιλόγιο του προγράμματος είναι ο συνολικός αριθμός των μοναδικών εντολών και παραμέτρων εντός του προγράμματος. Επιπλέον, με σκοπό να μελετήσουμε την πολυπλοκότητα του προγράμματος, η λογική δομή των προγραμμάτων αναλύθηκε χρησιμοποιώντας την κυκλωματική πολυπλοκότητα του γράφου του προγράμματος κατά McCabe (McCabe, 1976). Όλες οι παραπάνω μεταβλητές είναι ανεξάρτητες από την γλώσσα προγραμματισμού (Sheng & Shijie, 2010). Προκειμένου να είμαστε πλήρως αμερόληπτοι κατά την διάρκεια της ανάλυσης, θέσαμε ως μέγιστο μήκος προγράμματος το μήκος του μεγαλύτερου προγράμματος που μπορεί κάποιος να δει στην οθόνη του υπολογιστή. 87

88 4.6 Αποτελέσματα Ανάλυση αποστολών Χρόνος επίτευξης αποστολών Αποστολή 1 Ο χρόνος ολοκλήρωσης της αποστολής 1 (Time to Accomplish Task1 (TAT1)) ήταν αρνητικά συσχετισμένος με την ηλικία και για τις δύο συνθήκες (Pearson, r = , (p <0.001) για το απτικό και r = (p<0.001) για το γραφικό). Αυτές οι συσχετίσεις απεικονίζονται στο γράφημα 4.1 η οποία δείχνει τους μέσους χρόνους για την ολοκλήρωση της αποστολής 1 σαν συνάρτηση της ηλικίας και για τα δύο συστήματα. Mean time to Accomplish (sec) Group 7-8 Group 9-10 Group Task Group Tangible Graphical Group Γράφημα 4.1. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής 1 Γενικά παρατηρούμε μείωση του μέσου χρόνου για την ολοκλήρωση των αποστολών μέχρι την ηλικία όπου παρατηρούμε μία σχετική σταθεροποίηση. Για να εντοπίσουμε στις διαφορές ανάμεσα στα δύο συστήματα για την κάθε ηλικιακή ομάδα ξεχωριστά, προχωρήσαμε στην ανάλυση τόσο με t-test όσο και με non parametric Wilcoxon Signed Rank Test. Οι δύο αναλύσεις έδειξαν ταυτόχρονα ότι, για την περίπτωση της απτικής διεπαφής, ο χρόνος επίτευξης της λύσης ήταν στατιστικά σημαντικά μικρότερος για τις ηλικιακές ομάδες 6-7 (p=0.049), 7-8 (p=0.030) και 9-10 (p=0.012), ενώ οι διαφορές για τις ηλικιακές ομάδες και δεν ήταν στατιστικά σημαντικές Αποστολή 2 88

89 Ο χρόνος ολοκλήρωσης της αποστολής 2 (Time t o Accomplish Task2 (TAT2)) έχει μια αρνητική συσχέτιση Pearson με την ηλικία και για τις δύο διεπαφές r = , (p <0.001) για την απτική και r = (p<0.001) για την γραφική. 50 Task2 Mean time to Accomplish (sec) Ta ng ib le Graphical Group 7-8 Group 9-10 Group Group Group Γράφημα 4.2. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής 2 Αυτές οι συσχετίσεις απεικονίζονται γραφικά στο γράφημα 4.2 η οποία δείχνει τον μέσο χρόνο που χρειάστηκαν τα παιδιά για να ολοκληρώσουν την αποστολή 2 ως συνάρτηση της ηλικίας και του τύπου της διεπαφής. Όμοια με την προηγούμενη αποστολή, παρατηρούμε μείωση του χρόνου όσο αυξάνεται η ηλικία και τελικά αυτή η μείωση ανακόπτετε μετά την ηλικία 9-10 ετών. Εάν επικεντρώσουμε στις δύο διεπαφές για τις ίδιες ηλικιακές ομάδες τότε πραγματοποιώντας t-test ή και το μη παραμετρικό Wilcoxon Signed Rank Test δεν θα βρούμε στατιστικά σημαντικές διαφορές για καμία ηλικιακή ομάδα Αποστολή 3 Η αποστολή 3 ήταν η περισσότερο απαιτητική και δύσκολη για αυτό συμμετείχαν μόνο οι ηλικιακές ομάδες (N=7) και (N=17). 89

90 Mean time to Accom plish (sec) Task3 Tangible Graphical Group Group Γράφημα 4.3. Μέσοι χρόνοι για την ολοκλήρωση της αποστολής 3 Το γράφημα 4.3 δείχνει τις διαφορές ανάμεσα στους μέσους χρόνους για τις δύο ηλικιακές ομάδες και για τις δυο συνθήκες. Η ανάλυση t-test με bootstrap (p=0.001) και το μη παραμετρικό Wilcoxon Signed Rank test (p=0.038) έδειξαν ότι ο χρόνος ολοκλήρωσης της αποστολής 3 για την περίπτωση της απτικής διεπαφής, ήταν μικρότερος από την αντίστοιχη γραφική για την ηλικιακή ομάδα Αριθμός λανθασμένων προγραμμάτων Το γράφημα 4.4 δείχνει τα ποσοστά των προγραμμάτων που εκτελέστηκαν με σφάλμα σε κάθε διεπαφή. Σε όλες τις περιπτώσεις περισσότερα λάθη εντοπίστηκαν με την γραφική διεπαφή. Η μελέτη των διαφορών έδειξε ότι μόνο στην περίπτωση της αποστολής 2 υπάρχει σημαντική διαφορά ανάμεσα στις δυο συνθήκες (χ2 = 3.96, p < 0.05). 45,00 Executed Error Percentages 40,00 35,00 Tangible Graphical 30,00 Percen tag e 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Task1 Task2 Task3 Γράφημα 4.4 Τα ποσοστά των λανθασμένων προγραμμάτων που εκτελέστηκαν σε κάθε συνθήκη. 90

91 Τα στάδ ια της αποσφαλμάτωσης Εξετάζοντας τα στάδια επιδιόρθωσης των προγραμματιστικών λαθών (debugging stages) για τα δύο συστήματα, θα φτάσουμε σε δυο κατανομές οι οποίες θα περιγράφουν τι έκαναν οι χρήστες μετά από ένα προγραμματιστικό σφάλμα. Οι κατανομές αυτές απεικονίζονται στο γράφημα 4.5 και μετά από στατιστική ανάλυση βλέπουμε ότι αυτές οι δύο κατανομές διαφέρουν μεταξύ τους (χ2 =8.79, df=2, p<0.05). Έτσι στην περίπτωση της απτικής διεπαφής είναι πιο πιθανό ένα λάθος να διορθωθεί πλήρως ενώ στην περίπτωση της γραφικής διεπαφής είναι πιθανότερο το λάθος να μην εντοπιστεί. Σε ότι αφορά τις διαφορές ανάμεσα στη σύνθεση της ομάδος ή το φύλο δεν εντοπίστηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Debugging stages 100% 90 % 80 % 70 % No Debug Partial Debug Full D ebug 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0% Tan g ibl e Gr a ph ic al Γράφημα 4.5. Οι κατανομές των σταδίων αποσφαλμάτωσης για τις δύο διεπαφές Ελεύθερη αλληλεπίδραση Χρόνος ελ εύθερης αλληλεπίδρασης εμπλοκή Αναλύοντας τον ελεύθερο χρόνο αλληλεπίδρασης εμπλοκή, διαπιστώθηκε ότι δεν υπάρχει κάποια συσχέτιση με την ηλικία. Για να εντοπίσουμε τις πιθανές διαφορές ανάμεσα στους δύο τύπους διεπαφής, χρησιμοποιήσαμε το παραμετρικό t-test και το αντίστοιχο μη παραμετρικό Wilcoxon Signed Rank. Τα δύο τεστ έδειξαν ότι ο ελεύθερος χρόνος αλληλεπίδρασης με το γραφικό υποσύστημα ήταν σημαντικά μικρότερος για την ηλικιακή ομάδα (p=0.002) και για την ομάδα (p=0.000), ενώ καμία στατιστικά σημαντική διαφορά δεν προέκυψε για τις υπόλοιπες ομάδες. Οι διαφορές στους μέσους χρόνους της ελεύθερης αλληλεπίδρασης και για τις δύο συνθήκες και για όλες τις ηλικιακές ομάδες φαίνονται στο γράφημα

92 Free Interaction Time I nteraction Ti me (sec) Tangible Graphical 6-7 Group 7-8 Group 9-10 Group Age Group Group Γράφημα 4.6. Ο μέσος χρόνος αλληλεπίδρασης σαν συνάρτηση της ηλικίας Το μήκος του προγράμματος Το μήκος του προγράμματος φαίνεται να έχει μια θετική συσχέτιση Pearson με την ηλικία και για τα δύο υποσυστήματα r = 0.276, (p <0.01) για την απτική διεπαφή και r = (p<0.05) για την γραφική. Η περαιτέρω ανάλυση του μήκους του προγράμματος κατά τη διάρκεια της ελεύθερης αλληλεπίδρασης δεν αποκάλυψε καμία σημαντική διαφορά ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Το γράφημα 4.7 παρουσιάζει το μήκος των προγραμμάτων σε συνάρτηση με την ηλικία. Program Length Commands and Parameters Group 7-8 Group 9-10 Group Ag e Tangible Graphical Group Gr oup Γράφημα 4.7. Το μέσο μήκος του προγράμματος και οι ηλικίες 92

93 Λεξιλόγιο προγράμματος Το λεξιλόγιο του προγράμματος έχει μια θετική συσχέτιση Pearson με την ηλικία και τους δυο τύπους διεπαφής r = 0.417, (p <0.001) και r = (p<0.001) για την απτική και την γραφική διεπαφή αντίστοιχα. Για τις πιθανές διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες (απτική γραφική) για τις ίδιες ηλικιακές ομάδες χρησιμοποιήθηκαν το παραμετρικό t-test και το αντίστοιχο μη παραμετρικό Wilcoxon Signed Rank. Τα δύο τεστ αποκάλυψαν ότι στην περίπτωση του απτικού συστήματος είχε χρησιμοποιηθεί μεγαλύτερο λεξιλόγιο προγράμματος για τις ηλικιακές ομάδες 6-7 (p=0.041), (p=0.036) και (p=0.007) ενώ δεν υπήρχαν διαφορές για τις ηλικιακές ομάδες 7-8 και 9-10 ετών. Η γραφική αναπαράσταση του μέσου λεξιλογίου του προγράμματος σε σχέση με την ηλικία αναπαριστώνται στο γράφημα 4.8 Program Vocabulary Unique commands and parameters Tangible Graphical 6-7 Group 7-8 Group 9-10 Group Age Group Group Γράφημα 4.8. Το μέσο λεξιλόγιο του προγράμματος και οι ηλικ ίες Πολυπλοκότητα προγράμματος Η ανάλυση της πολυπλοκότητας των προγραμμάτων που δημιουργήθηκαν κατά την ελεύθερη αλληλεπίδραση αποκάλυψε μια θετική συσχέτιση Pearson με την ηλικία r = 0.673, (p <0.001) για το απτικό σύστημα και r = (p<0.001) για το αντίστοιχο γραφικό. Για στις πιθανές διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες (απτική - γραφική) αξιοποιήσαμε ταυτόχρονα το παραμετρικό t-test και το αντίστοιχο μη παραμετρικό Wilcoxon Signed Rank. Η σχετική ανάλυση, και με τις δύο μεθόδους, έδειξε ότι η 93

94 πολυπλοκότητα του προγράμματος ήταν σημαντικά μεγαλύτερη για την απτική συνθήκη για τις ηλικιακές ομάδες (p=0.017) και (p=0.001). Για τις υπόλοιπες ηλικιακές ομάδες δεν προέκυψαν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Το γράφημα 4.9 δείχνει τις μέσες πολυπλοκότητες των προγραμμάτων για τις δύο συνθήκες και όλες τις ομάδες McCabe Complexity Tangible Graphical Graph complexity Group 7-8 Group 9-10 Group Age Group Group Γράφημα 4.9. Η μέση πολυπλοκότητα των προγραμμάτων των συμμετεχόντων. 4.7 Συζήτηση Σε αυτό το άρθρο παρουσιάστηκε εν συντομία το σύστημα PROTEAS το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη συγκριτική μελέτη που περιγράψαμε παραπάνω. Σε ό,τι αφορά τις αποστολές, η αποστολή 1 επιλέχθηκε σκοπίμως να είναι εύκολη προκειμένου να μπορέσει να εκπληρωθεί από όλα τα παιδιά. Η δεύτερη ομάδα αποστολών (αποστολή 2) ήταν πιο απαιτητική και για αυτό το λόγο δημιουργήθηκαν αρκετά προγραμματιστικά σφάλματα. Η τρίτη ομάδα αποστολών (αποστολή 3) ήταν η πιο απαιτητική και για αυτό το λόγο δόθηκε μόνο στα μεγαλύτερα παιδιά, προκειμένου να εστιάσουμε την έρευνα μας στις συγκεκριμένες ηλικιακές ομάδες. Τέλος, τα παιδιά αφέθηκαν ελεύθερα να αλληλεπιδράσουν με τα δύο συστήματα προκειμένου να δημιουργήσουν ένα έως τρία προγράμματα με την κάθε συνθήκη. Τα προγράμματα αυτής της ελεύθερης προγραμματιστικής ενότητας αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας απλές μετρικές ποιότητας λογισμικού Χρόνος εκπλήρωσης αποστολών 94

95 Σε ό,τι αφορά τον χρόνο ολοκλήρωσης των αποστολών, τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι ο χρόνος μειώνεται όσο αυξάνει η ηλικία και αυτό ισχύει για όλες τις αποστολές και για τις δύο συνθήκες (απτική, γραφική διεπαφή). Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα ήταν αναμενόμενο, εάν λάβουμε υπόψη μας τις αυξημένες δυνατότητες και γνωστικές ικανότητες των μεγαλυτέρων παιδιών. Εστιάζοντας στη σύγκριση ανάμεσα στα δύο συστήματα, ο χρόνος ΤΑΤ1 για το απτικό σύστημα ήταν σημαντικά μικρότερος ειδικά για τα νεότερα παιδιά. Αυτό μπορεί, ενδεχομένως, να εξηγηθεί εάν αναλογιστούμε τις διαφορές στην οικειότητα των παιδιών με παρόμοια απτικά παιχνίδια (όπως τα τουβλάκια Lego, τα πάζλ κλπ) και την χρήση υπολογιστή. Στην περίπτωση των μεγαλύτερων παιδιών η εμπειρία τους με τους υπολογιστές έχει αυξηθεί και έτσι οι διαφορές των χρόνων TAT1 ανάμεσα στις δύο συνθήκες είναι αναμενόμενο να μειωθούν. Τέλος, ο χρόνος ΤΑΤ1 για τη γραφική διεπαφή φτάνει να είναι μικρότερος ακόμα από τον χρόνο της απτικής διεπαφής για την ηλικία αλλά αυτό το φαινόμενο δεν είναι στατιστικά σημαντικό. Αυτή η τάση εντοπίστηκε σε όλες τις αποστολές και πιθανώς δείχνει ότι η συγκεκριμένη ηλικία είναι το κατώφλι, στο οποίο τα παιδιά αποκτούν το απαιτούμενο επίπεδο ικανοτήτων χειρισμού υπολογιστή, το οποίο τους επιτρέπει να μειώσουν περεταίρω το χρόνο επίτευξης των αποστολών με το γραφικό υποσύστημα. Προκειμένου να εξετάσουμε περεταίρω το συγκεκριμένο φαινόμενο, αναθέσαμε τρίτη αποστολή μόνο στις δύο μεγαλύτερες ηλικιακές ομάδες. Αν και οι διαφορές ανάμεσα στους χρόνους επίτευξης, όπως αναμέναμε, έγιναν καθαρότερες, στατιστική σημαντικότητα επετεύχθη μόνο για την ηλικιακή ομάδα και όχι για την ομάδα Γενικά, τα συγκεκριμένα αποτελέσματα τα οποία αφορούν στους χρόνους επίτευξης των αποστολών είναι σύμφωνα με τα αποτελέσματα στην έρευνα (Sapounidis & Demetriadis, 2013) και ταυτόχρονα εμπλουτίζουν τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν από το Xie et al. (2008), ο οποίος ανέφερε ότι για παιδιά 7 έως 9 ετών ήταν ευκολότερο να αλληλεπιδράσουν με φυσικά αντικείμενα παρά με το ποντίκι του υπολογιστή. Συνοψίζοντας, κάποιος μπορεί να πει ότι η οικειότητα με παρόμοια απτικά συστήματα και από την άλλη μεριά η συσσωρευμένη εμπειρία με τους υπολογιστές είναι ο πιο πιθανός παράγοντας ο οποίος μπορεί να εξηγήσει τα αποτελέσματα μας (Sapounidis & Demetriadis, 2013) Σφάλματα Αν αναλογιστούμε τα προγραμματιστικά σφάλματα, τα παιδιά υπέπεσαν σε περισσότερα σφάλματα με το γραφικό υποσύστημα σε όλες τις περιπτώσεις. Ειδικότερα, στην αποστολή 2 η οποία ήταν δυσκολότερη, ο αριθμός των λαθώ ν ήταν στατιστικά σημαντικά μικρότερος για την περίπτωση του απτικού υποσυστήματος. 95

96 Αυτή η στατιστικά σημαντική διαφορά δεν παρατηρήθηκε στις άλλες δύο περιπτώσεις (αποστολή 1, 2). Η αποστολή 1 ήταν η ευκολότερη και πολύ μικρός αριθμός λαθών εντοπίστηκε, ενώ η αποστολή 3 η οποία ήταν η δυσκολότερη από όλες υλοποιήθηκε από μικρό αριθμό παιδιών (μόνο δύο ηλικιακές ομάδες). Συνεπώς στην αποστολή 1 είχαμε μικρό αριθμό περιπτώσεων, ενώ στην αποστολή 3 είχαμε μικρό αριθμό υποκειμένων. Ο μικρότερος αριθμός λαθών, κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού του ρομπότ με το απτικό σύστημα, πιθανώς να οφείλεται στην ενεργή συμμετοχή και στα κίνητρα των παιδιών. Τα παιδιά συμμετέχουν πιο ενεργά σε προγραμματιστικές δραστηριότητες με το απτικό σύστημα από ότι με αντίστοιχο γραφικό (Horn et al., 2012). Αρκετές έρευνες έχουν δείξει ότι η εργασία σε ζευγάρια σε συγκεκριμένες συνεργατικές δραστηριότητες μπορεί να αυξήσει την ευχαρίστηση, την εμπλοκή και τα κίνητρα για συμμετοχή (π.χ (Scott et al., 2003; Inkpen et al., 1995)). Στην περίπτωση της απτικής διεπαφής και οι δύο συμμετέχοντες μπορούν να είναι ταυτόχρονα ενεργοί. Έτσι, έχουν και οι δύο κίνητρα. Αντίθετα στην περίπτωση της γραφικής συνθήκης, μόνο ένα παιδί αλληλεπιδρά ενώ το άλλο είναι πιθανώς παθητικός παρατηρητής με λιγότερα κίνητρα (Stamovlasis, Dimos, & Tsaparlis, 2006) Αποσφαλμάτωση (debugging) Η αλληλεπίδραση των παιδιών με το απτικό σύστημα φαίνεται να επιτρέπει την καλύτερη αποσφαλμάτωση μετά από ένα λάθος. Χρησιμοποιώντας την απτική διεπαφή, είναι πιο πιθανό να συμβεί πλήρεις αποσφαλμάτωση και διόρθωση του λάθους ενώ με το γραφικό υποσύστημα είναι πιο πιθανό το λάθος να παραβλεφθεί. Αυτό το εύρημα μπορεί ξανά να αποδοθεί στην ενεργή συμμετοχή των δύο μελών της ομάδος στην περίπτωση του απτικού συστήματος, ενώ στην περίπτωση της γραφικής διεπαφής το ένα μέλος χρησιμοποιεί το ποντίκι και προγραμματίζει σαν ενεργό μέλος ενώ το άλλο μέλος είναι, πολύ πιθανόν, ένας παθητικός παρατηρητής. Δουλεύοντας με τις απτικές διεπαφές οι χρήστες μπορούν ισάξια να συμμετέχουν (Rogers et al., 2009), (Falcão & Price, 2009) και πιθανώς νοιώθουν εξίσου υπεύθυνοι να επιβλέπουν την εκτέλεση του προγράμματος. Ακόμα, με τις απτικές διεπαφές τα άτομα μπορούν να αυξήσουν την ορατότητα τους προς το πεδίο δράσης (Stanton et al., 2001; Klemmer, Hartmann, & Takayama, 2006) και συνεπώς και τα δύο μέλη μπορούν ευκολότερα να εντοπίσουν πιθανά σφάλματα Χρόνος ελεύθερης αλληλεπίδρασης- εμπλοκή 96

97 Ο χρόνος ελεύθερης εμπλοκής με ένα σύστημα εμφανίζεται να είναι έντονα συσχετισμένος και συχνά μεταφράζεται σαν εμπλοκή (Xie et al., 2008; Horn et al., 2009). Αυτή η μεταβλητή στην περίπτωσή μας μοιάζει να είναι ανεξάρτητη με την ηλικία και για τα δύο συστήματα. Εστιάζοντας όμως στις διαφορές ανάμεσα στα δύο υποσυστήματα, τα μεγάλα παιδιά (ηλικίας 10-11, 11-12) έδειξαν μεγαλύτερη εμπλοκή με το απτικό υποσύστημα. Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζονται από προηγούμενες έρευνες (Sapounidis & Demetriadis, 2013) που έχουν δείξει, βασισμένα σε ποσοτικές και ποιοτικές αναλύσεις, ότι ειδικά τα μεγάλα παιδιά είχαν υψηλά κίνητρα και ικανοποιήθηκαν περισσότερο από τον απτικό προγραμματισμό. Τα αποτελέσματα αυτής της παραμέτρου εγείρουν ερωτήματα σχετικά με την φύση του προγραμματιστικού κώδικα, τον οποίο δημιούργησαν τα παιδιά στη διάρκεια της ελεύθερης αλληλεπίδρασης, ειδικά στην περίπτωση της απτικής διεπαφής όπου τα παιδιά αφιέρωσαν περισσότερο χρόνο Μήκος προγράμματος Στην βιβλιογραφία μία μετρική της ποιότητας του προγράμματος εμφανίζεται να είναι το μήκος του προγράμματος. Αυτή η συγκεκριμένη μετρική στην περίπτωσή μας δείχνει ότι όσο τα παιδιά μεγαλώνουν κατασκευάζουν μεγαλύτερα προγράμματα και αυτό είναι αναμενόμενο λόγο των αυξημένων νοητικών τους δυνατοτήτων. Εάν το μήκος του προγράμματος εξεταστεί σε σχέση με τις δύο συνθήκες (απτικό, γραφικό υποσύστημα) δεν φαίνεται να υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Αυτό το φαινόμενο είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα που αναφέρονται από τον Horn et al. (2009), ο οποίος μέτρησε και σύγκρινε, σε μη ελεγχόμενο περιβάλλον μάθησης, τον αριθμό των εντολών σε προγράμματα τα οποία δημιουργήθηκαν με μία απτική παθητική και μία γραφική γλώσσα προγραμματισμού Λεξιλόγιο του προγράμματος Εξετάζοντας τον αριθμό των διαφορετικών εντολών και παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν μέσα στα προγράμματα, συμπεραίνουμε ότι τα παιδιά προτίμησαν να διερευνήσουν τις διαφορετικές δυνατότητες των συστημάτων περισσότερο στην περίπτωση της απτικής διεπαφής. Αυτή η συγκεκριμένη τάση είναι στατιστικά σημαντική για τα μικρότερα και μεγαλύτερα παιδιά (ηλικίας 6-7, 10-11, 11-12). Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης μεταβλητής μπορούν να δώσουν μια μερική απάντηση στο ερώτημα τι έκαναν τα παιδιά κατά την διάρκεια της ελεύθερης αλληλεπίδρασης;. Τα μεγαλύτερα παιδιά (ηλικίας 10-11, 11-12) ασχολήθηκαν περισσότερο χρόνο με την απτική συνθήκη (Γράφημα 4.8) και κατά την διάρκεια 97

98 αυτού του χρόνου φαίνεται ότι αναζήτησαν περισσότερες εναλλακτικές εντολές και παραμέτρους. Αντιθέτως τα μικρότερα παιδιά διέθεσαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο και για τις δύο συνθήκες αλλά το αποτέλεσμα φαίνεται να είναι διαφορετικό για τις δύο περιπτώσεις. Μια πιθανή εξήγηση για τα μικρότερα παιδιά μπορεί να βρεθεί με μια καλύτερη ματιά στον χρόνο επίτευξης της αποστολής ένα (TAT 1). Τα μικρότερα παιδιά είναι εφικτό να χειρίζονται την απτική διεπαφή σε λιγότερο χρόνο, προκειμένου να παράγουν το ίδιο πρόγραμμα με την γραφική διεπαφή. Συνεπώς, διαθέτοντας τον ίδιο χρόνο για το γραφικό και το απτικό υποσύστημα, σημαίνει ότι έχουν περισσότερο χρόνο προκειμένου να διερευνήσουν τις πιθανές εναλλακτικές με το απτικό σύστημα. Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν από τον Schneider et al. (2011), ο οποίος ανέφερε ότι οι δυάδες όταν χρησιμοποιούν απτική διεπαφή διερευνούν περισσότερα εναλλακτικά σχέδια στον τομέα των logist ics Πολυπλοκότητα Μετρώντας τον αριθμό των ανεξάρτητων μονοπατιών του γράφου του προγράμματος, μετρήσαμε την κυκλωματική πολυπλοκότητα της μετρικής του McCabe. Η συγκεκριμένη μετρική είναι ευαίσθητη στις δομές επανάληψης και έλεγχου του προγράμματος. Εξετάζοντας τα αποτελέσματα που απεικονίζονται στο γράφημα 4.8., μπορούμε να συμπεραίνουμε ότι τα μικρότερα παιδιά δεν χρησιμοποίησαν αρκετές δομές επανάληψης και ελέγχου στα προγράμματά τους και στις δύο συνθήκες. Πιθανώς τα παιδιά αυτής της ηλικίας είτε προτίμησαν να χρησιμοποιήσουν απλές δομές, είτε δεν ήταν έτοιμοι να χρησιμοποιήσουν πολύπλοκες δομές όπως η δομή της επανάληψης και του ελέγχου. Αντ ίθετα, τα μεγαλύτερα παιδιά (ηλικίας 10-11, 11-12) ήταν εφικτό να χρησιμοποιήσουν αυτές τις δομές και με τα δύο συστήματα αλλά το προγραμματιστικό αποτέλεσμα ήταν, με στατιστική σημαντικότητα, πολυπλοκότερο στην περίπτωση της απτικής διεπαφής. Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα είναι το άλλο μέρος της απάντησης στην ερώτηση τι έκαναν τα παιδιά κατά την διάρκεια της ελεύθερης αλληλεπίδρασης;. Τα μεγαλύτερα παιδιά όχι μόνο διέθεσαν περισσότερο χρόνο στην απτική περίπτωση (Γράφημα 4.6), αλλά αναζήτησαν περισσότερες εναλλακτικές, εντολές και παραμέτρους (όπως εξηγήθηκε παραπάνω) και αυτή η αναζήτηση, μαζί με τον επιπλέον χρόνο που διέθεσαν με το απτικό σύστημα, τους οδήγησε στην παραγωγή πιο πολύπλοκων προγραμμάτων. Τα αποτελέσματα αυτά είναι σύμφωνα με τα αποτελέσματα που έχουν αναφερθεί από τον Schneider et al. (2011)ο οποίος ανέφερε ότι η απτικότητα τείνει να αυξάνει την διερευνητική διάθεση και με αυτό τον τρόπο να αυξάνει την επίδοση σε απλά προβλήματα logist ics. 4.8 Σύνοψη κεφαλαίου 98

99 Σε αυτό το κεφάλαιο, διενεργήσαμε μια συγκριτική μελέτη αναλύοντας την επίδοση παιδιών τα οποία χρησιμοποίησαν δύο ισομορφικά υποσυστήματα (γραφικό και απτικό). Η ανάλυση των δεδομένων που συλλέχτηκαν, κατά την διάρκεια των προγραμματιστικών αποστολών που ανατέθηκαν στα παιδιά, έδειξαν ότι τα μικρότερα παιδιά χρειάστηκαν λιγότερο χρόνο για να φέρουν εις πέρας τις προγραμματιστικές αποστολές με το απτικό υποσύστημα. Αντιθέτως, τα μεγαλύτερα παιδιά, τα οποία ήταν πιο έμπειροι χρήστες υπολογιστών, χρειάστηκαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο για να ολοκληρώσουν τις αποστολές τους και με τις δύο διεπαφές. Επιπλέον, λιγότερα προγραμματιστικά λάθη και καλύτερη αποσφαλμάτωση επετεύχθη στην απτική συνθήκη. Ακόμα, η ανάλυση της ελεύθερης αλληλεπίδρασης έδειξε ότι τα μεγαλύτερα παιδιά είχαν μεγαλύτερη εμπλοκή, διερεύνησαν περισσότερες εναλλακτικές εντολές και παραμέτρους και δημιούργησαν πιο πολύπλοκα προγράμματα με το απτικό υποσύστημα. Αντιθέτως, τα μικρότερα παιδιά διέθεσαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο για τα δυο υποσυστήματα, αλλά φαίνεται ότι διερεύνησαν περισσότερες εναλλακτικές με την απτική διεπαφή. Τα παραπάνω αποτελέσματα μπορούν να εξηγηθούν, από την μία πλευρά, αναλογιζόμενοι την εξοικείωση των μαθητών με παιχνίδια, τα οποία ομοιάζουν με απτικές διεπαφές(πάζλ, τουβλάκια κλπ) και από την άλλη, την προηγούμενη εμπειρία με τους υπολογιστές. Επί προσθέτως, προτείναμε ότι επιπλέον παράγοντες όπως η δυνατότητα να δουν, να συνεργαστούν και να συμμετέχουν ενεργά είναι παράγοντες που πιθανώς έχουν επηρεάσει τα αποτελέσματά μας. 99

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΕΡΕΥΝΑ 3 Διερεύνηση προτιμήσεων και της απόδοσης παιδιών με προηγούμενη εμπειρία σε σχέση με απτική - γραφική διεπαφή 5.1 Περίληψη 5.2 Εισαγωγή 5.3 Ερευνητικοί στόχοι 5.4 Πειραματικός σχεδιασμός 5.5 Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων 5.5 Συζήτηση 5.5 Σύνοψη κεφαλ αίου 5.1 Περίληψη Σε αυτό το κεφάλαιο εστιάσαμε σε παιδιά με προηγούμενη εμπειρία τόσο σε απτικό όσο και γραφικό προγραμματισμό. Ο σκοπός ήταν να δούμε και να καταγράψουμε τις επιδώσεις και τις αντιδράσεις τους μετά από ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα παιδιά κλήθηκαν να δημιουργήσουν προγράμματα χωρίς όμως οδηγίες και σενάρια συνεργασίας. Πριν και κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων με τα συστήματα, μετρήθηκαν η επίδοση και οι προτιμήσεις που σχετίζονταν με τους δύο τύπους διεπαφής (απτική γραφική). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δεν υπήρξαν διαφορές στην επίδοση, αν και ιδιαίτερα τα μικρά παιδιά δήλωσαν ότι θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν την απτική διεπαφή. Η διαδικασία προσπαθώ να θυμηθώ και να προγραμματίσω με το απτικό σύστημα προσελήφθη από τα παιδιά σαν παιχνίδι. Σε ότι αφορά την συνεργασία, προέκυψαν σημαντικές διαφορές και αλληλεπιδράσεις με το φύλο και την ηλικία. Τέλος, σχετικά με την άνεση που νιώθουν οι χρήστες κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, δεν καταγράφηκαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες. 5.2 Εισαγωγή 100

101 Για πολλά χρόνια η περιοχή του HCI επικεντρωνόταν στην χρήση γραφικών διεπαφών, προκειμένου να επιτρέψει την αλληλεπίδραση ανάμεσα σε ψηφιακά αντικείμενα χρησιμοποιώντας την οθόνη του υπολογιστή, πληκτρολόγιο και ποντίκι. Πρόσφατα ένα νέο ερευνητικό πεδίο το οποίο εμπλέκει απτική διεπαφή έχει εξελιχθεί, εμπνέοντας σχεδιαστές και ερευνητές του HCI να αντικαταστήσουν γραφικά στοιχεία με καθημερινά απτικά αντικείμενα. Η βασική ορολογία για τις απτικές διεπαφές χρήστη, η οποία έχει σχηματιστεί στα μέσα της δεκαετίας του 90, από την εργασία του Fitzmaurice et al. (1995), Ishii και Ulmer (1997) και πρόσφατα Shaer και Hornecker (2009), όρισε τις απτικές διεπαφές σαν ένας τύπος διεπαφής ο οποίος αποσκοπεί στο να παρέχει απτική αναπαράσταση σε ψηφιακές πληροφορίες επιτρέποντας έτσι τους χρήστες στο να αρπάξουν τα δεδομένα με τα χέρια τους. Στην αρχή η έρευνα για τις απτικές διεπαφές ήταν προσανατολισμένη στην κατασκευή πρωτοτύπων συστημάτων και οι διάφοροι ερευνητές προσπάθησαν να εμπλουτίσουν τα σχέδια τους, ενσωματώνοντας υπολογιστική ισχύ σε κάθε φυσικό αντικείμενο όπως κύβους, κάρτες, πάζλ κ.λπ. Αυτές οι πρώτες προσπάθειες δημιούργησαν μια σειρά από νέα προϊόντα τα οποία χρησιμοποίησαν φυσικά αντικείμενα τόσο σαν συσκευές εισόδου όσο και σαν συσκευές εξόδου (π.χ (Terrenghi et al., 2006; McNerney, 2004)). Τέτοια συστήματα είχαν εφαρμογή σε διάφορους τομείς όπως η μουσική (Newton- Dunn et al., 2003), οι αυτοματισμοί στο σπίτι (A. Blackwell & Hague, 2001) και ο εισαγωγικός προγραμματισμός για αρχάριους και παιδιά (Kelleher & Pausch, 2005; Orit & Eva, 2009; Sapounidis & Demetriadis, 2009). Παρά τις διάφορες σχεδιαστικές προσεγγίσεις και ένα περιορισμένο αριθμό από προσπάθειες οι οποίες επιχείρησαν να διερευνήσουν τα πλεονεκτήματα των απτικών διεπαφών συγκρινόμενα με αντίστοιχες γραφικές διεπαφές (π.χ (Antle et al., 2009; Zuckerman & Gal-Oz, 2013; Marshall et al., 2010)), υπάρχει περιορισμός στην κατανόηση των γνωστικών και κοινωνικών πλεονεκτημάτων τα οποία μπορούν να έχουν αυτού του είδους τα εργαλεία (Manches et al., 2010; Orit & Eva, 2009). Περισσότερη εμπειρική έρευνα, η οποία να διερευνά τα πιθανά πλεονεκτήματα των απτικών έναντι των γραφικών διεπαφών, απαιτείται προκειμένου να εξετάσει την επιρροή των απτικών διεπαφών σε άτομα και κοινωνικές ομάδες και σε διάφορα πεδία εφαρμογής (Read & Markopoulos, 2013; Zaman et al., 2012; Marshall, 2007). Αυτή η έρευνα διερευνά τις προτιμήσεις και την επίδοση παιδιών με προηγούμενη εμπειρία. Τα δύο συστήματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ένα απτικό και ένα γραφικό εργαλείο τα οποία έχουν ανάλογα χαρακτηριστικά, όπως σχήμα, εμφάνιση κ.λπ. Τα παιδιά, ένα χρόνο μετά την τελευταία τους εμπειρία με τα συστήματα, εργάστηκαν σε ζευγάρια χωρίς καμία οδηγία χρήσης, προκειμένου να προγραμματίσουν ένα NXT Lego ρομπότ. Ο σκοπός ήταν να επιτρέψουμε στα παιδιά, μετά από μια μακρά περίοδο αδράνειας, να ανακαλέσουν τις προηγούμενες γνώσεις χρήσης συστημάτων και 101

102 προγραμματισμού. Κατά τη διάρκεια και μετά την αλληλεπίδραση, αναλύθηκαν δεδομένα τα οποία αφορούσαν την απόδοση, τη συνεργασία, τη διάθεση για παιχνίδι, την άνεση και το ποιο σύστημα θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν. 5.3 Ερευνητικοί στόχοι Λαμβάνοντας υπόψη : (α) το γεγονός ότι πρέπει να ρωτάμε τα παιδιά για τις τεχνολογίες οι οποίες σχεδιάζονται για αυτά (Read, 2008), (β) την έλλειψη γνώσεων σχετικά με τα πλεονεκτήματα των απτικών διεπαφών (Manches et al., 2010; Hwang, Wu, & Yang, 2010), (γ) την ανάγκη να παρέχουμε εμπειρικές έρευνες οι οποίες να δίνουν πληροφορίες για τις δυνατότητες των απτικών διεπαφών στα διάφορα πεδία χρήσης (Read & Markopoulos, 2013; Zaman et al., 2012; Zaman et al., 2009), αυτή η έρευνα εστιάζεται στον προγραμματισμό με παιδιά και διερευνά την απόδοση και τις προτιμήσεις που σχετίζονται με το γραφικό και τον απτικό προγραμματισμό. Οι ερωτήσεις και οι μετρήσεις αποσκοπούν στο να απαντήσουν στα εξής ερωτήματα : (1) Ποιος είναι ο τύπος της διεπαφής ο οποίος αισθάνονται τα παιδιά ότι θυμούνται να χρησιμοποιήσουν μετά από ένα χρόνο; (2) Τα παιδιά αποδίδουν καλύτερα με μία από τις δύο διεπαφές σε ότι αφορά τον χρόνο της επίλυσης των προβλημάτων και της λανθασμένης χρήσης των εργαλείων, δεδομένου ότι έχει περάσει ένα μεγάλο χρονικό διάστημα από την τελευταία τους εμπειρία; (3) Με ποια από τις δύο διεπαφές τα παιδιά αισθάνονται ότι ενισχύεται η συνεργασία τους, δεδομένου ότι δεν τους δόθηκε κάποιο σχέδιο συνεργασίας; (4) Ποια από τις δύο διεπαφές εκλαμβάνεται ως πιο βολική; (5) Ενώ τα παιδιά προσπαθούν να θυμηθούν πώς να χρησιμοποιήσουν τα εργαλεία και πώς να προγραμματίσουν το ρομπότ, ποια από τις δύο συνθήκες εκλαμβάνεται από τα παιδιά σαν παιχνίδι; Τα παραπάνω ερωτήματα διερευνήθηκαν χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές καταγραφής, δεδομένα από τους υπολογιστές και κατάλληλα διαμορφωμένο ερωτηματολόγιο. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν ως εξαρτημένες μεταβλητές στην στατιστική ανάλυση και εξετάστηκαν σαν συνάρτηση της ηλικίας, του φύλου και της σύνθεσης της ομάδας. 5.4 Πειραματικός σχεδιασμός Συμμετέχοντες 102

103 Η συγκεκριμένη έρευνα διεξήχθη σε διάστημα ενός χρόνου σε ένα δημόσιο σχολείο στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στην έρευνα συμμετείχαν, μετά από σχετική άδεια από τους υπευθύνους των σχολείων και τους γονείς, τριάντα οχτώ παιδιά δύο ηλικιακών ομάδων 8-9 (Ν=24) και ετών (Ν=14). Όλα τα παιδιά που συμμετείχαν είχαν μία ισορροπημένη εμπειρία με τα δύο συστήματα ένα ακριβώς χρόνο πριν από αυτή την έρευνα. Όλα τα παιδιά μιλούσαν ελληνικά και συμμετείχαν σε δυάδες εθελοντικά στην έρευνα σαν μια καθημερινή σχολική δραστηριότητα Ρυθμίσεις και διαδικασία Η πειραματική διαδικασία διεξήχθη σε κατάλληλα διαμορφωμένες αίθουσες οι οποίες προσφέρθηκαν από το σχολείο για αυτό το σκοπό. Οι τάξεις διαμορφώθηκαν κατάλληλα έτσι ώστε τα δύο συστήματα να είναι εξίσου προσβάσιμα από τα παιδιά. Τρεις ειδικοί στο χώρο μαζί με κατάλληλες μεθόδους και υπολογιστικά δεδομένα κατέγραψαν την όλη διαδικασία. Τα παιδιά αρχικά συμπλήρωσαν στο ερωτηματολόγιο δημογραφικά στοιχεία, όπως όνομα, ηλικία κ.λ.π, το εάν είχαν εμπειρία με προγραμματισμό τον τελευταίο χρόνο και τέλος δήλωσαν το σύστημα το οποίο θεωρούσαν ότι θυμούνται περισσότερο να χρησιμοποιήσουν (γραφικό απτικό). Εν συνεχεία χωρίς καμία διευκρίνιση ή οδηγία, τους δόθηκαν δύο αποστολές (αποστολή 1, αποστολή 2). Μισά από τα ζευγάρια έπρεπε να ολοκληρώσουν τις αποστολές χρησιμοποιώντας τη γραφική διεπαφή και τα άλλα μισά χρησιμοποιώντας την απτική (Εικόνα 5.1). Εν συνεχεία, μετά την ολοκλήρωση των δύο πρώτων αποστολών, τους δόθηκαν δύο ακόμα αποστολές της ίδιας δυσκολίας με τις προηγούμενες (αποστολή 1, αποστολή 2 ). Οι δύο νέες αποστολές έπρεπε να ολοκληρωθούν χρησιμοποιώντας την άλλη διεπαφή. Αν και, οι αποστολές 1 και 1 ήταν ίδιες για μικρότερα και μεγαλύτερα παιδιά, οι αποστολές 2 και 2 ήταν πιο απαιτητικές για τα μεγαλύτερα παιδιά. Συνεπώς, ανάλογα με την ηλικία τους όλα τα παιδιά θα έπρεπε να εκπληρώσουν δύο αποστολές ίδιας δυσκολίας με την κάθε διεπαφή. Εν συνεχεία, ο ερευνητής έδωσε την ευκαιρία στα παιδιά να δημιουργήσουν δύο επιπλέον προγράμματα χρησιμοποιώντας διαδοχικά το ένα και το άλλο σύστημα. Κατά τη διάρκεια αυτής της ελεύθερης αλληλεπίδρασης, τα παιδιά δημιούργησαν προγράμματα χωρίς να έχουν συγκεκριμένη αποστολή ή χρονικό περιορισμό. Έπειτα, ο ερευνητής οδήγησε τα παιδιά πίσω στο τραπέζι του ερωτηματολογίου. Μετά την ολοκλήρωση της συμπλήρωσης του ερωτηματολογίου, τα παιδιά, μέσα από μία συνέντευξη, έδωσαν περισσότερες πληροφορίες και αιτιολόγησαν τις απαντήσεις τους. 103

104 Εικόνα 5.1 Παιδία αλληλεπιδρούν με το γραφικό σύστημα 5.5 Μετρήσεις και ανάλυση δεδομένων Για να μετρήσουμε στην απόδοση των παιδιών, αξιοποιήσαμε τις καταγραφές των τριών ειδικών και του υπολογιστή και δημιουργήσαμε δύο εξαρτημένες μεταβλητές: (1) ο χρόνος που τα παιδιά χρειάστηκαν να ολοκληρώσουν τις αποστολές, (2) ο αριθμός των λανθασμένω ν χρήσεων των εργαλείων. Για το ερωτηματολόγιο, η καταγραφή των δεδομένων βασίστηκε στο Fun Toolkit (Read, 2008). Για την κάθε ερώτηση τα παιδιά θα έπρεπε να απαντήσουν σε ένα Fun Shorter και έναν Again and Again Table. Με το Fun Shorter τα παιδιά έδωσαν την απάντηση τους χρησιμοποιώντας εικόνες προκειμένου να δηλώσουν, για παράδειγμα, ποιο από τα δυο συστήματα θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο και ποιο λιγότερο. Με τον Again and Again Table τα παιδιά απάντησαν στην επιλογή τους σε μια πενταβάθμια κλίμακα Likert. Τέσσερις εξαρτημένες μεταβλητές μετρήθηκαν με αυτή τη μέθοδο και ήταν οι εξής: θυμάμαι να χρησιμοποιήσω (το σύστημα που θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο), συνεργασία (το σύστημα που είχαν καλύτερη συνεργασία), άνεση (το σύστημα που μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν πιο άνετα), παιχνίδι (ποιο από τα δύο συστήματα εξέλαβαν τα παιδιά ως παιχνίδι) Επίδοση Σχετικά με τον χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση των αποστολών, ο πίνακας 5.1 δείχνει τον μέσο χρόνο και την τυπική απόκλιση για την ολοκλήρωση των αποστολών για τις δύο ηλικιακές ομάδες και για τους δύο τύπους διεπαφής (Απτική - 104

105 Γραφική). Οι διαφορές ανάμεσα στις δύο διεπαφές για τις ίδιες ηλικιακές ομάδες δεν ήταν στατιστικά σημαντικές (t-test for dependent samples). Πίνακας 5.1 Οι μέσοι χρόνοι ολοκλήρωσης των αποστολών και οι τυπικές αποκλείσεις Αποστολή 1/ Αποστολή 1 Αποστολή 2/ Αποστολή 2 Απτικό, μέσος χρόνος (STD) Γραφικό, μέσος χρόνος (STD) Απτικό, μέσος χρόνος (STD) Γραφικό, μέσος χρόνος (STD) Ηλικιακή (15.76) (14.82) (19.95) (16.02) ομάδα 8-9 Ηλικιακή ομάδα (15.77) (11.47) (12.98) (19.43) Αναλύοντας τον αριθμό των λανθασμένων χρήσεων των εργαλείων συνολικά, διαπιστώθηκαν 2,63% και 7,89% των προγραμμάτων να περιέχουν λανθασμένη χρήση των εργαλείων για το απτικό και το γραφικό σύστημα αντίστοιχα. Οι διαφορές αυτές δεν ήταν στατιστικά σημαντικές για τις δύο συνθήκες Προτιμήσεις Ο πίνακας 5.2 δείχνει τα ποσοστά των προτιμήσεων των παιδιών στον Fun Shorter για ολόκληρο το δείγμα. Τα αποτελέσματα δηλώνουν με στατιστική σημαντικότητα ότι τα παιδιά θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν περισσότερο το απτικό σύστημα, ότι το απτικό σύστημα ήταν πιο καταλληλότερο για συνεργατική δραστηριότητα, ότι δημιουργούσε εντονότερη διάθεση για παιχνίδι αλλά τέλος τα δύο συστήματα ήταν εξίσου βολικά στη χρήση. Πίνακας 5.2 Οι προτιμήσεις ανάμεσα στις δύο συνθήκες Απτικό Γραφικό Σημαντικότητα Θυμάμαι (χ2=6.737, p=0.009) Συνεργασία (χ2=6.737, p=0.009) Άνεση N/S Παιχνίδι (χ2=30.421, p=0.000) 105

106 5.5.3 Θυμάμαι να χρησιμοποιήσω Εξετάζοντας ξεχωριστά για τις δυο ηλικιακές ομάδες τις απαντήσεις στον πίνακα Fun Shorter στην ερώτηση θυμάμαι περισσότερο να χρησιμοποιήσω, δεν εντοπίσαμε στατιστικές διαφορές για τα μεγαλύτερα παιδιά (ηλικία 12-13) ενώ τα μικρότερα παιδιά (ηλικία 8-9) δήλωσαν ότι θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο το απτικό σύστημα. Η δήλωση αυτή ήταν, στατιστικά, για την περίπτωση του απτικού συστήματος (χ2=8.167, p=0.004). Για να εξετάσουμε περαιτέρω την επίδραση ή τις αλληλεπιδράσεις του φύλου και της ηλικίας σε σχέση με την μεταβλητή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω (Again and Again Table) χρησιμοποιήσαμε τη ανάλυση two-way ANOVA. Για την περίπτωση του γραφικού συστήματος η ANOVA αποκάλυψε μια στατιστικά σημαντική επιρροή του φύλου στατιστικά (F=4.724, p<0.05). Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης ανάλυσης δείχνουν ότι η αξιολόγηση (rating) του γραφικού των αγοριών, στην μεταβλητή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω, ήταν υψηλότερη από τον κοριτσιών (Γράφημα 5.1). Η αντίστοιχη ανάλυση για την περίπτωση του απτικού συστήματος δεν έδειξε καμία στατιστικά σημαντική διαφορά Boys Girls Group Group Γράφημα 5. 1 Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω Συνεργασία 106

107 Σε σχέση με τη συνεργασία, η ανάλυση της προτίμησης των παιδιών (Fun Shorter) για τις δυο ηλικιακές ομάδες έδειξε, ότι ενώ τα μεγαλύτερα παιδιά δηλώνουν ότι το απτικό σύστημα είναι πιο συνεργατικό περιβάλλον (χ2=4.571, p=0.033), η προτίμηση των μικρότερων παιδιών δεν είναι στατιστικά σημαντική. Επιπλέον, η προτίμηση των κοριτσιών για το απτικό σύστημα φαίνεται να είναι ισχυρότερη από τα αγόρια και αυτό είναι στατιστικά σημαντικό (Cramer's V=0.397, p<0.05 ). Για να ελέγξουμε περεταίρω τα αποτελέσματα και τις αλληλεπιδράσεις της ηλικίας και του φύλου στην αξιολόγηση (rating) της συνεργασίας (Again and Again Table), χρησιμοποιήσαμε τη ανάλυση t wo-way ANOVA. Τα αποτελέσματα της διακύμανσης στην αξιολόγηση του απτικού συστήματος έδειξαν στατιστικά σημαντική επίδραση της ηλικίας (F=2.947, p<0.05 one tail), του φύλου (F=4.605, p<0.05) και της αλληλεπίδρασης φύλου και ηλικίας (F=2.947, p<0.05 one tail). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αυτής παρουσιάζονται γραφικά στο γράφημα 5.2 και δείχνουν ότι η αξιολόγηση των κοριτσιών μένει σταθερή ενώ η αξιολόγηση των αγοριών αυξάνει με την ηλικία Boys Girls Group Group Γράφημα 5.2 Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή συνεργασία για την απτική διασύνδεση. Ομοίως, τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης, για την αξιολόγηση (rating) του γραφικού συστήματος, έδειξαν μια στατιστικά σημαντική αλληλεπίδραση ανάμεσα στην μεταβλητή συνεργασία και την ταυτόχρονη παρουσία των ανεξαρτήτων μεταβλητών ηλικία και φύλο (F=7.117, p<0.05). Η συγκεκριμένη ανάλυση απεικονίζεται γραφικά στο γράφημα 5.3 και δείχνει, ότι ενώ η αξιολόγηση των κοριτσιών μειώνεται με την ηλικία, η αξιολόγηση των αγοριών αυξάνει. 107

108 Boy s Gi rls Group Group Γράφημα 5.3. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στη μεταβλητή συνεργασία για την γραφική διασύνδεση Άνεση Εάν οι προτιμήσεις των δύο ηλικιακών ομάδων σε σχέση με την άνεση χρήσης εξεταστούν ξεχωριστά (Fun Shorter frequencies), θα διαπιστώσουμε ότι η προτίμηση των μικρότερων παιδιών για το απτικό σύστημα είναι (58.3%) ενώ η προτίμηση για τα μεγαλύτερα παιδιά είναι (64.3%) υπέρ του γραφικού. Αυτή η διαφορά είναι στατιστικά μη σημαντική για τις δύο ηλικιακές ομάδες, ωστόσο υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά για τα δύο φύλα (Cramer's V=0.269, p<0.05 one tail). Αναλύοντας την διακύμανση της αξιολόγησης (rating) της μεταβλητής άνεσης για το γραφικό σύστημα (Again and Again Table) με t wo-way ANOVA διαπιστώθηκε, ότι ενώ η ηλικία είναι μη σημαντική, το φύλο είναι (F=3.246, p<0.05 one tail). Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα παρουσιάζεται γραφικά στο γράφημα 5.4 και δείχνει ότι η αξιολόγηση των κοριτσιών στο γραφικό σύστημα είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη των αγοριών. Τέλος, η σχετική ανάλυση ANOVA για την περίπτωση του απτικού δεν έδειξε καμία σημαντικότητα. 108

109 Boys Girls Group Group Γράφημα 5.4. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ANOVA στην μεταβλητή άνεση για την γραφική διασύνδεση Παιχνίδι Σχετικά με την ερώτηση πιο σύστημα είναι περισσότερο παιχνίδι (Fun Shorter frequencies), το 91,7 % των μικρότερων παιδιών και το 100% των μεγαλύτερων παιδιών δήλωσαν ότι η αλληλεπίδραση με το απτικό σύστημα ήταν περισσότερο παιχνίδι. Αυτές οι διαφορές είναι στατιστικά σημαντικές (p=0.000) και για τις δυο ηλικιακές ομάδες. Σε ότι αφορά τώρα τα δυο φύλλα, η προτίμηση των αγοριών (χ2=19.17, p=0.000) και των κοριτσιών (χ2=11.26, p=0.001) ήταν στατιστικά σημαντική. Σε ότι αφορά την αξιολόγησης της συγκεκριμένης μεταβλητής, δεν εντοπίστηκαν σημαντικές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στις ηλικίες και τα δυο φύλλα Καταγραφές και συνεντεύξεις Τα δεδομένα τα οποία προέκυψαν από την ανάλυση των καταγραφών και τις συνεντεύξεις παρουσιάζονται σε αυτήν την ενότητα χρησιμοποιώντας το γράμμα Κ και το γράμμα Σ αντίστοιχα. Κανένα από τα παιδιά δεν είχε εμπειρία με ρομποτικό προγραμματισμό στο διάστημα που πέρασε και όλοι έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον να προγραμματίσουν ξανά το ρομπότ. Και το απτικό και το γραφικό σύστημα δούλεψαν καλά και έτσι τα παιδιά μπόρεσαν να εργαστούν με τις προγραμματιστικές αποστολές χωρίς προβλήματα. Σχετικά με τη μεταβλητή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω, τα παιδιά αιτιολόγησαν την προτίμησή τους λέγοντας θυμάμαι να χρησιμοποιήσω το απτ ικό σύστημα επειδή ήταν ευκολότερο πέρυσι (Σ1) ή θυμάμαι να χρησιμοποιήσω το απτ ικό σύστημα επειδή ήταν πιο διασκεδαστικό (Σ2). Ένα ζευγάρι κοριτσιών είπε θυμόμαστε το απτ ικό σύστημα 109

110 διότι το ακουμπήσαμε και είναι ευκολότ ερο να θυμάσαι όταν ακουμπάς κάτι, ενώ με τον υπολογιστή ήταν απλά φωτογραφίες (Σ3). Ομοίως, τα μεγαλύτερα παιδιά αιτιολόγησαν την επιλογή τους βασισμένη στο ποιο ήταν πιο εύκολο, πιο διασκεδαστικό κ.λπ. Αν και ειδικά τα μικρότερα παιδιά δήλωσαν ότι θυμούνται να χρησιμοποιήσουν το απτικό σύστημα, εμείς παρατηρήσαμε ότι τα παιδιά ειδικά αυτής της ηλικίας δεν θυμόντουσαν κάποια χαρακτηριστικά του απτικού συστήματος. Για παράδειγμα, αντιμετώπισαν προβλήματα με τον τρόπο που έπρεπε να συνδεθούν οι κύβοι (Εικόνα 5.2) και τις πλευρές τις οποίες έπρεπε να χρησιμοποιήσουν προκειμένου να πραγματοποιήσουν τις συνδέσεις. (Εικόνα 5.3) (Κ1). Εικόνα 5.2. Τα παιδιά αναζητούν τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται οι κύβοι Εικόνα 5.3. Τα παιδιά εξετάζουν τις πλευρές των κύβων για να εντοπίσουν τις συνδέσεις 110

111 Επιπλέον, ειδικά κάποια μικρότερα παιδιά συνήθιζαν να περιστρέφουν συνεχώς τους κύβους, πριν τους συνδέσουν, και κατά αυτόν τον τρόπο μπερδευόντουσαν με τις κατευθύνσεις που αναπαριστούσαν τα βέλη στις εντολές κάνε ένα βήμα εμπρός/πίσω. (Εικόνα 5.4) (Κ2). Εικόνα 5.4. Τα παιδιά περιστρέφουν τους κύβους Σχετικά με τα λάθη χρήσης των συστημάτων, μόνο μερικά παιδιά υπέπεσαν σε λίγα λάθη κατά την έναρξη των αλληλεπιδράσεων. Το πιο συνηθισμένο λάθος χρήσης του γραφικού συστήματος ήταν ότι τα παιδιά έκαναν κλικ στις εικόνες των εντολών και των παραμέτρων και δεν τις έβαζαν σε μια λογική σειρά με «σύρε κι άσε», ενώ με το απτικό σύστημα τα παιδιά συνέδεαν τους κύβους σε μια λογική σειρά αλλά δεν συνέδεαν αυτή τη σειρά με την βάση των κύβων (Κ3). Εστιάζοντας στη συνεργασία, καταγράψαμε ότι κάποιες διαφωνίες και στις δύο συνθήκες (απτική γραφική) καταγράφηκαν ανάμεσα στα νεότερα παιδιά προκειμένου να καθορίσουν τους ρόλους τους και το τι πρέπει ή δεν πρέπει να κάνουν. Σε αυτές τις περιπτώσεις τα παιδιά δήλωσαν ότι συνεργάστηκαν καλύτερα με το γραφικό σύστημα και αιτιολόγησαν την προτίμηση τους με εκφράσεις όπως προτιμώ να συνεργαστώ με το γραφικό σύστημα διότι με τον υπολογιστή μπορώ να εμποδίσω το συμμαθητή μου από το να κάνει πράγματα (Εικόνα 5.5), ενώ με τα κουτάκια πάντα μπορεί να βρει τρόπο να παρέμβει και να κάνει πράγματα χωρίς να με ρωτήσει (Εικόνα 5.6) (Σ4) (Κ4). 111

112 Εικόνα 5.5. Το ένα παιδί διατηρεί τον έλεγχο εμποδίζοντας τον συνεργάτη του. Εικόνα 5.6. Δεν μπορεί να διατηρήσει τον έλεγχο εμποδίζοντας τον συνεργάτη του Σχετικά με την άνεση, τα παιδιά αιτιολόγησαν την επιλογή τους με εκφράσεις όπως το γραφικό είναι πιο βολ ικό διότι μπορώ να δω όλες τις εντολ ές μαζί και χρειάζεται μόνο να μετακινήσω τις εικόνες (Σ5), ενώ άλλα παιδιά δήλωσαν το απτικό είναι πιο βολικό διότι οι κύβοι είναι μεγαλύτεροι και αυτό με βοηθάει να θυμάμαι και ακόμα το μόνο που έχω να κάνω είναι να τους πιάσω με το χέρι μου (Σ6). Τέλος, σε ό,τι αφορά τη διάθεση 112

113 για παιχνίδι τα παιδιά δήλωσαν ότι προσέλαβαν το απτικό σύστημα περισσότερο σαν παιχνίδι με εκφράσεις όπως το απτ ικό σύστημα είναι περισσότερο παιχνίδι επειδή είναι σαν τα παιχνίδια που είχα μικρότερος/-η, όπως κύβους, πάζλ κ.λπ. (Σ7). 5.6 Συζήτηση Σε αυτό το άρθρο παρουσιάσαμε μια συγκριτική μελέτη ανάμεσα σε δύο ισομορφικά συστήματα (απτικό γραφικό) τα οποία είναι τμήματα του συστήματος PROTEAS. Οι δύο ηλικιακές ομάδες χρησιμοποίησαν τα συστήματα χωρίς οδηγίες και είχαν σαν σκοπό να προγραμματίσουν ένα Lego NXT ρομπότ. Όλα τα παιδιά είχαν μια ισορροπημένη εμπειρία με τα δυο συστήματα πριν την συγκεκριμένη έρευνα. Οι απαντήσεις στο Fun Shorter αποκάλυψαν ότι, ιδιαίτερα, τα μικρά παιδιά θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν περισσότερο το απτικό σύστημα. Αυτός ο ισχυρισμός αιτιολογήθηκε από τα παιδιά κατά τη διάρκεια των συνεντεύξεων με στοιχεία όπως τα (Σ1), (Σ2), (Σ3). Παρά ταύτα, η ποιοτική μας ανάλυση έδειξε ότι τα παιδιά δεν θυμόντουσαν κάποια ειδικά χαρακτηριστικά του απτικού συστήματος (Κ1). Εξετάζοντας τις απαντήσεις στον Again And Again Table για την περίπτωση του γραφικού υποσυστήματος, αποκαλύφθηκε ότι τα αγόρια βαθμολόγησαν τη γραφική διεπαφή υψηλοτέρα από τα κορίτσια. Αυτό το αποτέλεσμα εμφανίζεται να είναι σύμφωνο με άλλες έρευνες οι οποίες έδειξαν ότι μπορούν να υπάρχουν διαφορές στις προτιμήσεις των αγοριών και των κοριτσιών σε σχέση με απτικές και γραφικές διεπαφές (π.χ (Sapounidis & Demetriadis, 2013; Horn et al., 2012)). Γενικά, τα αγόρια φαίνεται να ασχολούνται περισσότερο με τους υπολογιστές, παίζοντας παιχνίδια, και συνεπώς νιώθουν πιο οικεία με το συγκεκριμένο τύπο διεπαφής από ότι τα κορίτσια (Quaiser-Pohl, Geiser, & Lehmann, 2006). Αυτό πιθανώς μπορεί να εξηγήσει τη διαφορά βαθμολογίας ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Σε κάθε περίπτωση περισσότερη έρευνα απαιτείται προκειμένου να διερευνήσει τον ισχυρισμό των παιδιών σχετικά με τον τύπο της διεπαφής που θυμούνται περισσότερο να χρησιμοποιήσουν και πως αυτό το αίσθημα μπορεί να βοηθήσει στην επίδοση ή στη μάθηση προγραμματιστικών εννοιών. Εστιάζοντας στους δύο παράγοντες της επίδοσης, διαπιστώσαμε ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις δύο διεπαφές. Πιο συγκεκριμένα, οι διαφορές στο χρόνο που απαιτήθηκε, προκειμένου να επιτύχουμε τις αποστολές, δεν ήταν στατιστικά σημαντικές για τις δύο συνθήκες. Αυτό το αποτέλεσμα δεν είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα που έχουν αναφερθεί από την Antle et al. (2009), τα οποία έδειξαν ότι τα παιδιά είναι γρηγορότερα στην επίλυση πάζλ όταν χρησιμοποιούν απτική διεπαφή. Όμως, αυτό μπορεί να δικαιολογηθεί από το γεγονός ότι στη δική μας περίπτωση δεν είχαν δοθεί οδηγίες και έτσι τα παιδιά έχασαν χρόνο με περιστροφές των κύβων και 113

114 αναζήτηση της κατάλληλης συνδεσμολογίας (Κ1), (Κ2). Σχετικά με τον αριθμό των λαθών της χρήσης των συστημάτων δεν εντοπίστηκαν διαφορές για τις δύο συνθήκες. Παρόλα αυτά όμως, η φύση των λαθών φαίνεται να είναι διαφορετική (Κ3) και πιθανώς να αξίζει να διερευνηθεί περεταίρω στο μέλλον. Εξετάζοντας τις επιλογές των παιδιών σε σχέση με τη συνεργασία, παρατηρήθηκαν πολλαπλά φαινόμενα. Ο Fun Shorter έδειξε ότι η προτίμηση των μικρότερων παιδιών δεν ήταν στατιστικά σημαντική, ενώ τα μεγαλύτερα παιδιά με στατιστική σημαντικότητα δήλωσαν ότι η συνεργασία τους ήταν καλύτερη με την απτική διεπαφή. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν πολλαπλές διαφοροποιήσεις σε σχέση με το φύλο. Προκειμένου να διευκρινίσουμε αυτές τις διαφοροποιήσεις ανάμεσα στις ανεξάρτητες μεταβλητές φύλο, και ηλικία, σε σχέση με την επιλογή των παιδιών για τη συνεργασία τους, χρησιμοποιήσαμε την ανάλυση ANOVA για τη βαθμονόμηση των δύο συνθηκών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η βαθμολογία των αγοριών αυξάνεται όσο μεγαλώνουν και για τις δύο συνθήκες (απτική γραφική). Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι τα μικρότερα παιδιά εύκολα διαφωνούν ή μαλώνουν για τους ρόλους τους και για το τι πρέπει ή δεν πρέπει να κάνουν προκειμένου να πετύχουν το σκοπό τους (Σ4), (Κ4). Από την άλλη πλευρά, τα μεγαλύτερα αγόρια μπορούν να συνεννοηθούν καλύτερα και άρα να συνεργαστούν και με τις δύο διεπαφές. Σε ό,τι αφορά τώρα τα κορίτσια και την απτική διεπαφή φαίνεται ότι αυτά μπορούν να συνεργαστούν ευκολότερα χωρίς φασαρίες ή σοβαρές διαφωνίες και αυτό είναι μάλλον ανεξάρτητο από την ηλικία. Έτσι, η βαθμολογία τους στην περίπτωση της απτικής διεπαφής μένει σταθερή. Αντίθετα, η βαθμολογία των κοριτσιών στη γραφική διεπαφή μειώνεται καθώς αυτά μεγαλώνουν. Αυτό είναι σύμφωνο με άλλες έρευνες οι οποίες δείχνουν ότι η στάση των κοριτσιών απέναντι στους υπολογιστές όσο μεγαλώνουν χειροτερεύει και αυτό αποδίδεται σε πολιτιστικά και κοινωνικά στερεότυπα (Colley & Comber, 2003). Τα αποτελέσματα μας υποστηρίζονται και από την βιβλιογραφία της κοινωνικής ψυχολογίας η οποία αποδέχεται ότι οι διάφορες ηλικίες και τα διαφορετικά φύλα συμπεριφέρονται διαφορετικά σε δυαδικές ή ομαδικές δραστηριότητες και αυτό επηρεάζει το αποτέλεσμα της συνεργασίας και τις προτιμήσεις (Margrett & Marsiske, 2002; Benenson, Apostoleris, & Parnass, 1997). Επιπλέον, τα κορίτσια και τα αγόρια αλληλεπιδρούν διαφορετικά με την τεχνολογία και τους υπολογιστές και έχουν διαφορετικά κίνητρα και προτιμήσεις. Εστιάζοντας ιδιαίτερα στα κορίτσια, οι έρευνες έχουν δείξει ότι ειδικά τα κορίτσια προτιμούν να συνεργάζονται σε ομάδες αντί να αλληλεπιδρούν ατομικά και αυτό διότι προτιμούν πιο έντονα την κοινωνική αλληλεπίδραση στα παιχνίδια με υπολογιστές (Hartmann & Klimmt, 2006; Volman, et al., 2005). Συνολικά, τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας, σχετικά με τη συνεργασία, έχουν δείξει ότι αν και οι απτικές διεπαφές θεωρούνται καταλληλότερες για 114

115 συνεργατικές δραστηριότητες, αυτό μπορεί να είναι αληθές για τα κορίτσια και τα μεγαλύτερα αγόρια και δείχνει ότι, προκειμένου να βελτιωθεί η συνεργασία ακόμα και για τα μικρότερα παιδιά, απαιτείται η χρήση σεναρίων συνεργασίας (Kollar, Fischer, & Hesse, 2006). Σε κάθε περίπτωση περισσότερη έρευνα και προσπάθεια απαιτείται προκειμένου να αναλυθεί η σχέση ηλικίας φύλου, επίδοσης και συνεργασίας με απτικές διεπαφές (Stamovlasis et al., 2006). Σε ότι αφορά τα αποτελέσματα μας σε σχέση με την άνεση που αισθάνονται οι χρήστες, υπάρχει μια τάση η οποία δείχνει ότι τα πιο μικρά παιδιά προσλαμβάνουν την χρήση των απτικών διεπαφών σαν μια πιο άνετη διεργασία. Σε αντίθεση, τα μεγαλύτερα παιδιά δηλώνουν ότι το γραφικό σύστημα είναι πιο άνετο. Αν και η συγκεκριμένη σχέση ανάμεσα στην ηλικία και στην άνεση δεν είναι στατιστικά σημαντική, εμφανίζεται να έχει ένα παρόμοιο μοτίβο με άλλες έρευνες που έχουν μελετήσει την ηλικία και την ευκολία χρήσης (Sapounidis & Demetriadis, 2013). Σε αυτή την έρευνα η τάση φαίνεται να είναι πιο αδύναμη και έτσι δεν έφτασε σε επίπεδα στατιστικής σημαντικότητας πιθανώς διότι τα παιδιά είναι μεγαλύτερα και καθώς αυτά μεγαλώνουν οι διαφορές φαίνονται να εξαφανίζονται (Sapounidis & Demetriadis, 2013). Σε ό,τι αφορά τις διαφορές ανάμεσα στα δύο φύλα και την άνεση, τα αγόρια εμφανίζονται να επιλέγουν και να βαθμολογούν τη γραφική διεπαφή σαν πιο βολική από ότι τα κορίτσια. Αυτό το αποτέλεσμα αιτιολογήθηκε με αιτιάσεις όπως (Σ5), (Σ6) και είναι σύμφωνη με άλλες έρευνες οι οποίες ισχυρίζονται ότι τα αγόρια πιθανώς είναι πιο εξοικειωμένα με τους υπολογιστές, ενώ τα κορίτσια διατηρούν μια λιγότερο θετική στάση (Quaiser-Pohl et al., 2006), (Volman et al., 2005). Τέλος, σε ό,τι αφορά το παιχνίδι, οι απαντήσεις των παιδιών έδειξαν ότι η απτική διεπαφή μετατρέπει τη διαδικασία του προγραμματισμού σε μια διαδικασία που μοιάζει περισσότερο με παιχνίδι. Οι εξηγήσεις σε ό,τι αφορά την προτίμηση των παιδιών περιλαμβάνονται στις απαντήσεις που δόθηκαν στη συνέντευξη όπως (Σ7). Δεδομένου του γεγονότος ότι τα παιδιά έπρεπε να προγραμματίσουν το ρομπότ ανακαλώντας και αναζητώντας τις διάφορες λειτουργίες των συστημάτων και ταυτόχρονα προσπαθώντας να δομήσουν προγραμματιστική σκέψη, τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η απτικότητα της διεπαφής είναι πιθανώς κάποιος παράγοντας ο οποίος μπορεί να μετατρέψει μια αγχωτική διαδικασία σε ένα εποικοδομητικό παιχνίδι. 5.7 Σύνοψη κεφαλαίου Σε αυτή την έρευνα αξιοποιήσαμε το σύστημα PROTEAS το οποίο προσφέρει δυνατότητες απτικού και γραφικού προγραμματισμού. Επιπλέον παρουσιάσαμε μια συγκριτική μελέτη η οποία ενέπλεξε παιδιά με προηγούμενη εμπειρία τόσο σε απτικό όσο και γραφικό προγραμματισμό. Τα παιδιά ένα χρόνο μετά κλήθηκαν να 115

116 δημιουργήσουν προγράμματα χωρίς όμως οδηγίες. Πριν και κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης με τα συστήματα, μετρήθηκαν η επίδοση και οι προτιμήσεις που σχετίζονταν με τους δύο τύπους διεπαφής (απτική γραφική). Βασισμένοι σε δεδομένα που κατέγραψαν οι υπολογιστές, σε κατάλληλο ερωτηματολόγιο και σε καταγραφές με κατάλληλες μεθόδους, δείξαμε ότι αν και ιδιαίτερα τα μικρά παιδιά δήλωσαν ότι θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν την απτική διεπαφή, δεν εντοπίσαμε διαφορές στην επίδοση. Ακόμα, τα παιδιά προσέλαβαν σαν παιχνίδι την διαδικασία αλληλεπίδρασης με το απτικό σύστημα και ιδιαίτερα τα μεγάλα παιδιά θεώρησαν το απτικό σύστημα σαν καταλληλότερο για συνεργατικές δραστηριότητες. Τέλος, σχετικά με την άνεση που νιώθουν οι χρήστες κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, δεν καταγράφηκαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Τα παραπάνω ευρήματα μαζί με τις διαφορές ανάμεσα στα φύλα που εντοπίστηκαν δημιουργούν την ανάγκη για περισσότερη έρευνα στις συνθήκες και τα πιθανά οφέλη από την χρήση τέτοιων συστημάτων στον εισαγωγικό προγραμματισμό. 116

117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Συμπεράσματα 6.1 Τελικά συμπεράσματα 6.2 Μελλοντική έρευνα 6.1 Τε λικά συμπεράσματα Συνολικά, η διατριβή καταλήγει σε 15 συμπεράσματα-διαπιστώσεις-προτάσεις οι οποίες προκύπτουν από τις παραπάνω έρευνες. Τα συμπεράσματα αυτά στοιχειοθετούν την συνεισφορά της διατριβής και είναι επιγραμματικά τα ακόλουθα: 1. Καταγράφονται στοιχεία σύμφωνα με τα οποία η απτική διεπαφή, σε σχέση με την γραφική, είναι περισσότερο ελκυστική για τα μικρότερα παιδιά. Η συγκεκριμένη τάση είναι ισχυρότερη για τα κορίτσια. 2. Η απτική διεπαφή, στον εισαγωγικό προγραμματισμό, φαίνεται να είναι πιο διασκεδαστική από μια αντίστοιχη γραφική όταν τα παιδιά αλληλεπιδρούν σε ομάδες. 3. Η απτική διεπαφή φαίνεται να είναι πιο εύκολη στη χρήση από μια αντίστοιχη γραφική για τα μικρά παιδιά. Αντίθετα, η γραφική διεπαφή φαίνεται να είναι ευκολότερη στη χρήση για τα μεγαλύτερα παιδιά. Σε ότι αφορά την απόδοση σε προγραμματιστικά προβλήματα: 4. Τα μικρότερα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με την απτική διεπαφή, εάν ληφθεί υπόψην ο χρόνος επίλυσης των προβλημάτων. Αντίθετα, τα μεγαλύτερα παιδιά δεν φαίνεται να παρουσιάζουν διαφορές κατά τη χρήση των δύο διεπαφών (απτική - γραφική). 5. Τα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με την απτική διεπαφή, εάν ληφθεί υπόψην ο αριθμός των λαθών που κάνουν κατά τη διαδικασία επίλυσης των προγραμματιστικών προβλημάτων. 117

118 6. Η απτική διεπαφή, όταν τα παιδιά προγραμματίζουν σε ομάδες, είναι πιο αποτελεσματική κατά τη διαδικασία της διόρθωσης προγραμματιστικών σφαλμάτων. Σε ό,τι αφορά την επίδοση των μαθητών στο ελεύθερο παιχνίδι: 7. Εάν τα παιδιά αφεθούν ελεύθερα να προγραμματίσουν και με τα δύο συστήματα, φαίνεται να εμπλέκονται περισσότερο στη διαδικασία με την απτική διεπαφή και αυτό είναι σαφές για τις μεγαλύτερες ηλικιακές ομάδες. 8. Σε ό,τι αφορά το μήκος των ελεύθερων προγραμμάτων, τα παιδιά δημιουργούν προγράμματα, τα οποία δεν διαφοροποιούνται ως προς το μήκος τους, είτε προγραμματίζουν με απτική είτε με γραφική διεπαφή. 9. Τα παιδιά, όταν προγραμματίζουν ελεύθερα σε ομάδες, φαίνεται να διερευνούν περισσότερες εντολές και παραμέτρους, όταν εργάζονται με την απτική διεπαφή, αυξάνοντας έτσι τις γνώσεις τους για τον προγραμματισμό. 10. Η πολυπλοκότητα των προγραμμάτων που κατασκευάζουν τα παιδιά, αν αφεθούν ελεύθερα να παίξουν με τα δύο συστήματα, φαίνεται να ενισχύεται όταν η διεπαφή που χρησιμοποιούν είναι απτική. Σε ό,τι αφορά την επίδοση και τις προτιμήσεις των μαθητών, όταν κληθούν να προγραμματίσουν χωρίς οδηγίες, μετά από ένα μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς αλληλεπίδραση με τα συστήματα: 11. Τα μικρότερα παιδιά δηλώνουν ότι θυμούνται περισσότερο πώς να χρησιμοποιήσουν την απτική διεπαφή. Ταυτόχρονα, σε ό,τι αφορά τη γραφική διεπαφή, τα αγόρια εμφανίζονται περισσότερο αισιόδοξα από τα κορίτσια σε ό,τι αφορά το πόσο θυμούνται να την χρησιμοποιήσουν. 12. Η επίδοση των παιδιών σε ό,τι αφορά προκαθορισμένα προγραμματιστικά προβλήματα και λάθη χειρισμού δεν επιβεβαιώνει τον ισχυρισμό τους για το ποια από τις δυο διεπαφές θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο. 13. Σε ό,τι αφορά τη συνεργασία, φαίνεται ότι η συνεργασία των μεγαλύτερων παιδιών είναι ομαλότερη με την απτική διεπαφή. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε 118

119 διαφοροποίηση στον τρόπο που αντιλαμβάνονται τη συνεργασία τα κορίτσια και τα αγόρια των διαφορετικών ηλικιών. 14. Τα παιδιά δεν αισθάνονται βολικότερη μια από τις δυο διεπαφές (απτική γραφική), προκειμένου να θυμηθούν πώς να προγραμματίζουν μετά από ένα μεγάλο διάστημα χωρίς αλληλεπίδραση με τα συστήματα. 15. Η διαδικασία του να θυμηθεί κάποιος πώς να προγραμματίσει, με απτική διεπαφή, σε συνεργασία με άλλους, προσλαμβάνεται ως παιχνίδι από τα παιδιά όλων των ηλικιακών ομάδων. Στην συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικά τα τελικά συμπεράσματα της διατριβής, δίνοντας έμφαση στη σύνδεσή τους με τα αποτελέσματα των ερευνών. (1) Κατ αγράφονται στοιχεία σύμφωνα με τα οποία η απτ ική διεπαφή, σε σχέση με την γραφική, είναι περισσότερο ελ κυστ ική για τα μικρότερα παιδιά. Η συγκεκριμένη τάση είναι ισχυρότερη για τα κορίτσια. Η έρευνα που παρουσιάστηκε στο κεφάλαιο 3 έδειξε ότι η προτίμηση των παιδιών, η οποία σχετίζεται με την μεταβλητή ελκυστικότητα, ευνοεί την απτική διεπαφή. Η συγκεκριμένη τάση δεν ήταν στατιστικά σημαντική για ολόκληρο το δείγμα. Παρά ταύτα, αυτή η τάση ήταν ισχυρότερη και στατιστική σημαντική για τα κορίτσια. Αυτά τα ποσοτικά αποτελέσματα υποστηρίζονται τόσο από τις παρατηρήσεις μας (Π10) όσο και από τις συνεντεύξεις (Σ1),(Σ4),(Σ8) του συγκεκριμένου κεφαλαίου και δείχνουν ότι οι απτικές διεπαφές σαν προγραμματιστικά εργαλεία εμφανίζονται ελκυστικότερα γι αυτές τις ηλικίες διότι μοιάζουν πιο οικία και καινοτόμα. Επιπλέον, οι μετρήσεις και οι παρατηρήσεις μας, σχετικά με τις διαφοροποιήσεις ανάμεσα στο φύλο και την ελκυστικότητα, εμφανίζονται να είναι ανάλογες με τα γενικά αποτελέσματα άλλου κεφαλαίου της παρούσας διατριβής (κεφαλαίου 5) αλλά και με τα αποτελέσματα από άλλες έρευνες οι οποίες δείχνουν ότι το φύλο και ο τύπος της διεπαφής μπορούν να αλληλεπιδρούν (Fails et al., 2005; Xie et al., 2008; Horn et al., 2012). (2) Η απτ ική διεπαφή, στ ον εισαγωγικό προγραμματισμό, φαίνεται να είναι πιο διασκεδαστική από μια αντίστοιχη γραφική όταν τα παιδ ιά αλληλεπιδρούν σε ομάδες. Η έρευνα που παρουσιάστηκε στο κεφάλαιο 3 και μελέτησε την υποκειμενική ικανοποίηση χρήστη, έδειξε ότι το απτικό περιβάλλον είναι πιο διασκεδαστικό. Το 119

120 συγκεκριμένο φαινόμενο ήταν εξίσου ισχυρό για όλες τις ηλικιακές ομάδες, και για τα δύο φύλα, και ήταν εμφανές σε όλες τις μετρήσεις που έγιναν σε όλα τα σημεία της διαδικασίας αλληλεπίδρασης. Μια πιθανή εξήγηση σχετικά με την αυξημένη υποκειμενική ικανοποίηση των παιδιών με το απτικό σύστημα μπορεί να βρεθεί στα χαρακτηριστικά των συνεντεύξεων (Σ2), (Σ5), (Σ9) του συγκεκριμένου κεφαλαίου, τα οποία δείχνουν ότι ο χειρισμός των φυσικών αντικειμένων, σε συνδυασμό με την δυνατότητα του να δουν καλύτερα και να οργανώσουν την δουλειά τους στην επιφάνεια εργασίας με τους συνεργάτες τους, μπορεί να αυξήσει την ικανοποίηση. Τα αποτελέσματά μας, τα οποία αφορούν την ικανοποίηση χρήστη, δείχνουν ότι οι απτικές διεπαφές στο πεδίο του προγραμματισμού πλεονεκτούν και έτσι υποστηρίζεται η υπόθεση ότι ο απτικός προγραμματισμός προσφέρει μεγαλύτερη ικανοποίηση στα παιδιά απ ότι ο κλασσικός γραφικός προγραμματισμός. Επιπλέον, ο απτικός προγραμματισμός διαμέσου της ικανοποίησης μπορεί να ενισχύσει τα εσωτερικά κίνητρα τα οποία είναι σημαντικά για την γνωστική και κοινωνική ανάπτυξη των ατόμων (Ryan & Deci, 2000). (3) Η απτική διεπαφή φαίνεται να είναι πιο εύκολη στη χρήση από μια αντίστοιχη γραφική για τα μικρά παιδ ιά. Αντίθετα, η γραφική διεπαφή φαίνεται να είναι ευκολότερη στη χρήση για τα μεγαλύτερα παιδ ιά. Η έρευνα στο κεφάλαιο 3 έδειξε ότι η απτική διεπαφή προσλαμβάνεται σαν ευκολότερη από την γραφική αλλά η συγκεκριμένη διαπίστωση ισχύει μόνο για τα μικρότερα παιδιά. Η παρατήρηση αυτή έρχεται να συμπληρώσει την εικόνα που έχουμε από τη παράμετρο άνεση (κεφάλαιο 5) και την παράμετρο επίδοση (κεφάλαιο 4) καθώς και άλλες έρευνες (Xie et al., 2008) Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την αυξημένη εξοικείωση των μεγάλων παιδιών με τους υπολογιστές και την χρήση του ποντικιού. Τα συγκεκριμένα ευρήματα υποστηρίζονται από τις παρατηρήσεις (Π3),(Π6),(Π11) και αιτιολογούνται από τα στοιχειά των συνεντεύξεων (Σ3),(Σ6),(Σ7),(Σ10) και (Σ11). Αυτά τα στοιχεία δείχνουν από την μία πλευρά ότι τα μικρότερα παιδιά αντιμετώπισαν δυσκολίες με το ποντίκι και από την άλλη πλευρά τα μεγαλύτερα παιδιά απέκτησαν σημαντική εμπειρία από τους υπολογιστές κυρίως παίζοντας παιχνίδια κλπ και έτσι δηλώνουν ότι η γραφική επαφή με το ποντίκι είναι ευκολότερο να χρησιμοποιηθεί. (4) Τα μικρότερα παιδιά έχουν καλύτερη επίδοση με την απτική διεπαφή, εάν ληφθεί υπόψην ο χρόνος επίλυσης των προβλημάτων. Αντ ίθετα τα μεγαλύτερα παιδ ιά δεν 120

121 φαίνεται να παρουσιάζουν διαφορές κατά τη χρήση των δύο διεπαφών (απτ ική - γραφική). Σε ότι αφορά τον χρόνο ολοκλήρωσης των αποστολών (κεφάλαιο 4), ο χρόνος ΤΑΤ1 για το απτικό σύστημα ήταν σημαντικά μικρότερος ειδικά για τα νεότερα παιδιά. Στην περίπτωση των μεγαλύτερων παιδιών, η εμπειρία τους με τους υπολογιστές έχει αυξηθεί και έτσι οι διαφορές των χρόνων TAT1 ανάμεσα στις δύο συνθήκες (απτική - γραφική) είναι αναμενόμενο να μειωθεί. Εάν συνθέσουμε τα ευρήματα και των άλλων κεφαλαίων της παρούσας διατριβής, θα μπορέσουμε να διατυπώσουμε τις αιτίες που μπορούν να εξηγήσουν τα ευρήματα μας. Ειδικότερα, οι διαφορές (α) στην οικειότητα των παιδιών με παρόμοια απτικά παιχνίδια (όπως τα τουβλάκια Lego, τα πάζλ κλπ) και στη χρήση υπολογιστή (όπως διατυπώθηκαν στο κεφάλαιο 3) αλλά και (β) οι διαφορές στην παράμετρο άνεση (κεφάλαιο 5) συνάδουν με τις διαφορές στους χρόνους επίλυσης των προβλημάτων που μετρήθηκαν. (5) Τα παιδιά έχουν καλ ύτ ερη επίδοση με την απτική διεπαφή, εάν ληφθεί υπόψην ο αριθμός των λαθών που κάνουν κατά τη διαδικασία επίλυσης των προγραμματιστικών προβλημάτων. Αν αναλογιστούμε τα προγραμματιστικά σφάλματα (κεφάλαιο 4), τα παιδιά υπέπεσαν σε περισσότερα σφάλματα με το γραφικό υποσύστημα σε όλες τις περιπτώσεις. Ειδικότερα, στην αποστολή 2, η οποία ήταν δυσκολότερη, ο αριθμός των λαθών ήταν στατιστικά σημαντικά μικρότερος για την περίπτωση του απτικού υποσυστήματος. Ο μικρότερος αριθμός λαθών, κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού του ρομπότ με το απτικό σύστημα, πιθανώς να οφείλεται στην ενεργή συμμετοχή και στα κίνητρα των παιδιών (παρατηρήσεις (Π1),(Π4),(Π5),(Π8),(Π9) κεφάλαιο 3). Τα παιδιά συμμετέχουν πιο ενεργά σε προγραμματιστικές δραστηριότητες με το απτικό σύστημα από ότι με αντίστοιχο γραφικό (Horn et al., 2012). Στην περίπτωση της απτικής διεπαφής, και οι δύο συμμετέχοντες μπορούν να είναι ταυτόχρονα ενεργοί. Έτσι, έχουν και οι δύο κίνητρα. Αντίθετα στην περίπτωση της γραφικής συνθήκης, μόνο ένα παιδί αλληλεπιδρά ενώ το άλλο είναι πιθανώς παθητικός παρατηρητής με λιγότερα κίνητρα (Stamovlasis, Dimos, & Tsaparlis, 2006) (6) Η απτική διεπαφή, όταν τα παιδιά προγραμματίζουν σε ομάδες, είναι πιο αποτελεσματική κατά της διαδικασία της διόρθωσης προγραμματιστικών σφαλμάτων. 121

122 Η αλληλεπίδραση των παιδιών με το απτικό σύστημα φαίνεται να επιτρέπει την καλύτερη αποσφαλμάτωση μετά από ένα λάθος (κεφάλαιο 4). Χρησιμοποιώντας την απτική διεπαφή είναι πιο πιθανό να συμβεί πλήρης αποσφαλμάτωση και διόρθωση του λάθους, ενώ με το γραφικό υποσύστημα είναι πιο πιθανό το λάθος να παραβλεφθεί. Αυτό το εύρημα μπορεί να αποδοθεί στην ενεργή συμμετοχή των δύο μελών της ομάδος στην περίπτωση του απτικού συστήματος, ενώ, στην περίπτωση της γραφικής διεπαφής το ένα μέλος χρησιμοποιεί το ποντίκι και προγραμματίζει σαν ενεργό μέλος ενώ το άλλο μέλος είναι πολύ πιθανόν ένας παθητικός παρατηρητής. Η εξήγηση είναι, ότι δουλεύοντας με τις απτικές διεπαφές, οι χρήστες μπορούν ισάξια να συμμετέχουν (Rogers et al., 2009; Falcão & Price, 2009) και πιθανώς νοιώθουν εξίσου υπεύθυνοι να επιβλέπουν την εκτέλεση του προγράμματος. Ακόμα, με τις απτικές διεπαφές τα άτομα μπορούν να αυξήσουν την ορατότητα τους προς το πεδίο δράσης (Stanton et al., 2001; Klemmer, Hartmann, & Takayama, 2006) και συνεπώς και τα δύο μέλη μπορούν ευκολότερα να εντοπίσουν πιθανά σφάλματα. (7) Εάν τα παιδιά αφεθούν ελ εύθερα να προγραμματίσουν και με τα δύο συστήματα, φαίνεται να εμπλ έκονται περισσότερο στη διαδικασία με την απτ ική διεπαφή και αυτό είναι σαφές για τις μεγαλύτερες ηλικιακές ομάδες. Ο χρόνος ελεύθερης εμπλοκής με ένα σύστημα εμφανίζεται να είναι έντονα συσχετισμένος και συχνά μεταφράζεται σαν εμπλοκή (Xie et al., 2008; Horn et al., 2009). Η έρευνα στο κεφάλαιο 4 έδειξε ότι η μεταβλητή εμπλοκής για τα δύο υποσυστήματα διαφέρει. Ειδικότερα, τα μεγάλα παιδιά (ηλικίας 10-11, 11-12) έδειξαν μεγαλύτερη εμπλοκή με το απτικό υποσύστημα. Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζονται από προηγούμενα κεφάλαια (κεφάλαιο 3) της παρούσας διατριβής που έχουν δείξει, βασισμένα σε ποσοτικές και ποιοτικές αναλύσεις, ότι ειδικά τα μεγάλα παιδιά είχαν υψηλά κίνητρα και ικανοποιήθηκαν περισσότερο από τον προγραμματισμό με το απτικό σύστημα. (8) Σε ό,τι αφορά το μήκος των ελ εύθερων προγραμμάτων, τα παιδ ιά δημιουργούν προγράμματα, τα οποία δεν διαφοροποιούνται ως προς το μήκος τους, είτε προγραμματίζουν με απτική είτε με γραφική διεπαφή. Στη βιβλιογραφία, μία μετρική της ποιότητας του προγράμματος εμφανίζεται να είναι το μήκος του προγράμματος. Εάν το μήκος του προγράμματος (κεφάλαιο 4) εξεταστεί σε σχέση με τις δύο συνθήκες (απτικό, γραφικό υποσύστημα) δεν φαίνεται να υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στις δύο συνθήκες. Αυτό το φαινόμενο είναι σύμφωνο με 122

123 τα αποτελέσματα που αναφέρονται από τον Horn et al. (2009) ο οποίος έκανε παρόμοια μέτρηση σε μη ελεγχόμενο περιβάλλον μάθησης. (9) Τα παιδιά, όταν προγραμματίζουν ελ εύθερα σε ομάδες, φαίνεται να διερευνούν περισσότερες εντολ ές και παραμέτρους, όταν εργάζονται με την απτ ική διεπαφή, αυξάνοντ ας έτ σι τις γνώσεις τους για τον προγραμματισμό. Η έρευνα του κεφαλαίου 4, η οποία εξέτασε τον αριθμό των διαφορετικών εντολών και παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν μέσα στα προγράμματα, έδειξε ότι τα παιδιά προτίμησαν να διερευνήσουν τις διαφορετικές δυνατότητες των συστημάτων περισσότερο στην περίπτωση της απτικής διεπαφής. Αυτή η συγκεκριμένη τάση είναι στατιστικά σημαντική για τα μικρότερα και μεγαλύτερα απιδιά (ηλικίας 6-7, 10-11, 11-12). Το συγκεκριμένο εύρημα στην διατριβή έχει συνδεθεί και με την μετρική χρόνος επίτευξης αποστολών (κεφάλαιο 4), δείχνοντας ουσιαστικά ότι αν και τα μικρότερα παιδιά διέθεσαν σχεδόν τον ίδιο χρόνο και για τις δύο συνθήκες. Το προγραμματιστικό αποτέλεσμα ήταν διαφορετικό, διότι χειρίζονται ταχύτερα την απτική διεπαφή. Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα που αναφέρθηκαν από Schneider et al. (2011) ο οποίος έδειξε ότι οι δυάδες, όταν χρησιμοποιούν απτική διεπαφή, διερευνούν περισσότερα εναλλακτικά σχέδια στον τομέα των logist ics. (10) Η πολυπλοκότητα των προγραμμάτων που κατασκευάζουν τα παιδ ιά, αν αφεθούν ελ εύθερα να παίξουν με τα δύο συστήματα, φαίνεται να ενισχύεται όταν η διεπαφή που χρησιμοποιούν είναι απτική. Μετρώντας τον αριθμό των ανεξάρτητων μονοπατιών του γράφου του προγράμματος, μετρήσαμε στο κεφάλαιο 4 την κυκλωματική πολυπλοκότητα του McCabe. Η συγκεκριμένη μετρική είναι ευαίσθητη στις δομές επανάληψης και έλεγχου του προγράμματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα μικρότερα παιδιά δεν χρησιμοποίησαν αρκετές δομές επανάληψης και ελέγχου στα προγράμματά τους και στις δύο συνθήκες. Πιθανώς τα παιδιά αυτής της ηλικίας είτε προτίμησαν να χρησιμοποιήσουν απλές δομές είτε δεν ήταν έτοιμοι να χρησιμοποιήσουν πολύπλοκες δομές. Αντίθετ α, τα μεγαλύτερα παιδιά (ηλικίας 10-11, 11-12) χρησιμοποίησαν αυτές τις δομές και ενεργοποίησαν την μετρική η οποία έδειξε ότι τα προγράμματα ήταν πολυπλοκότερα στην περίπτωση της απτικής διεπαφής. Το συγκεκριμένο αποτέλεσμα στο κεφάλαιο 4 συνδέθηκε και εξηγήθηκε τόσο με τους χρόνους ελεύθερης αλληλεπίδρασης όσο και με το λεξιλόγιο των προγραμμάτων. 123

124 Τα αποτελέσματα αυτά είναι σύμφωνα με τα αποτελέσματα που έχουν αναφερθεί από τους Schneider et al. (2011), οι οποίοι ανέφεραν ότι η απτικότητα τείνει να αυξάνει την διερευνητική διάθεση και με αυτό τον τρόπο επηρεάζει και την επίδοση. (11) Τα μικρότερα παιδ ιά δηλώνουν ότι θυμούνται περισσότερο πώς να χρησιμοποιήσουν την απτ ική διεπαφή. Ταυτόχρονα, σε ό,τι αφορά τη γραφική διεπαφή, τα αγόρια εμφανίζονται περισσότερο αισιόδοξα από τα κορίτ σια σε ό,τι αφορά το πόσο θυμούνται να την χρησιμοποιήσουν. Η ανάλυση του κεφαλαίου 5 έδειξε ότι, ιδιαίτερα, τα μικρά παιδιά δηλώνουν ότι θυμόντουσαν να χρησιμοποιήσουν περισσότερο το απτικό σύστημα. Αυτός ο ισχυρισμός αιτιολογήθηκε από τα παιδιά κατά τη διάρκεια των συνεντεύξεων με στοιχεία όπως τα (Σ1), (Σ2), (Σ3) του ίδιου κεφαλαίου. Εξετάζοντας περεταίρω τις απαντήσεις στην αξιολόγηση του γραφικού υποσυστήματος, αποκαλύφθηκε ότι τα αγόρια βαθμολόγησαν τη γραφική διεπαφή υψηλοτέρα από τα κορίτσια. Αυτό το αποτέλεσμα εμφανίζεται να είναι σύμφωνο με άλλες έρευνες (Horn et al., 2012) και τα ευρήματα των προηγούμενων κεφαλαίων (κεφάλαιο 3), τα οποία έδειξαν ότι μπορούν να υπάρχουν διαφορές στις προτιμήσεις των αγοριών και των κοριτσιών σε σχέση με απτικές και γραφικές διεπαφές. Γενικά, τα αγόρια φαίνεται να ασχολούνται περισσότερο με τους υπολογιστές, παίζοντας παιχνίδια, και συνεπώς νιώθουν πιο οικεία με το συγκεκριμένο τύπο διεπαφής από ότι τα κορίτσια (Quaiser- Pohl, Geiser, & Lehmann, 2006). (12) Η επίδοση των παιδιών, σε ό,τι αφορά προκαθορισμένα προγραμματιστικά προβλήματα και λάθη χειρισμού, δεν επιβεβαιώνει τον ισχυρισμό τους για το ποια από τις δυο διεπαφές θυμούνται να χρησιμοποιήσουν περισσότερο. Εστιάζοντας στους δύο παράγοντες της επίδοσης των παιδιών με προηγούμενη εμπειρία (κεφάλαιο 5), διαπιστώσαμε ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις δύο διεπαφές. Πιο συγκεκριμένα, οι διαφορές στο χρόνο που απαιτήθηκε προκειμένου να επιτύχουμε τις αποστολές δεν ήταν στατιστικά σημαντικές για τις δύο συνθήκες. Αν και το συγκεκριμένο εύρημα φαίνεται να έρχεται σε σύγκρουση με την επίδοση που μελετήθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο (κεφάλαιο 4), εντούτοις στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν είχαν δοθεί οδηγίες και έτσι τα παιδιά έχασαν χρόνο με περιστροφές των κύβων και αναζήτηση της κατάλληλης συνδεσμολογίας (Κ1), (Κ2) (παρατηρήσεις κεφαλαίου 5). Σε ό,τι αφορά τα λάθη χρήσης των συστημάτων δεν εντοπίστηκαν διαφορές για τις δύο συνθήκες. Παρόλα αυτά όμως, η φύση των λαθών 124

125 φαίνεται να είναι διαφορετική (Κ3) και πιθανώς να αξίζει να διερευνηθεί περεταίρω στο μέλλον. (13) Σε ό,τι αφορά τη συνεργασία, φαίνεται ότι η συνεργασία των μεγαλύτερων παιδ ιών είναι ομαλότερη με την απτ ική διεπαφή. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε διαφοροποίηση στον τρόπο που αντ ιλαμβάνονται τη συνεργασία τα κορίτσια και τα αγόρια των διαφορετικών ηλ ικιών. Εξετάζοντας τις επιλογές των μαθητών σε σχέση με τη συνεργασία, παρατηρήθηκαν πολλαπλά φαινόμενα (κεφάλαιο 5). Τα μεγαλύτερα παιδιά με στατιστική σημαντικότητα δήλωσαν ότι η συνεργασία τους ήταν καλύτερη με την απτική διεπαφή (παρόμοια στοιχεία εντοπίστηκαν στις παρατηρήσεις (Π1),(Π4),(Π5),(Π8),(Π9) του κεφαλαίου 3). Επιπλέον, παρατηρήθηκαν πολλαπλές διαφοροποιήσεις σε σχέση με το φύλο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αξιολόγηση των αγοριών αυξάνεται όσο μεγαλώνουν και για τις δύο συνθήκες (απτική γραφική). Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι τα μικρότερα παιδιά εύκολα διαφωνούν ή μαλώνουν για τους ρόλους τους και για το τι πρέπει ή δεν πρέπει να κάνουν, προκειμένου να πετύχουν το σκοπό τους (Σ4), (Κ4) (στοιχεία κεφαλαίου 5). Από την άλλη πλευρά, τα μεγαλύτερα αγόρια μπορούν να συνεννοηθούν καλύτερα και άρα να συνεργαστούν και με τις δύο διεπαφές. Σε ό,τι αφορά τώρα τα κορίτσια και την απτική διεπαφή, φαίνεται ότι αυτά μπορούν να συνεργαστούν ευκολότερα χωρίς φασαρίες ή σοβαρές διαφωνίες και αυτό είναι μάλλον ανεξάρτητο από την ηλικία. Ταυτόχρονα, για τα κορίτσια και την γραφική διεπαφή, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η στάση των κοριτσιών απέναντι στους υπολογιστές όσο μεγαλώνουν χειροτερεύει και αυτό συμφωνεί με έρευνες και θεωρίες της κοινωνικής ψυχολογίας οι οποίες αποδίδουν αυτά τα φαινόμενα σε πολιτιστικά και κοινωνικά στερεότυπα (Colley & Comber, 2003). (14) Τα παιδ ιά δεν αισθάνονται βολικότερη μια από τις δυο διεπαφές (απτ ική γραφική), προκειμένου να θυμηθούν πώς να προγραμματίζουν μετά από ένα μεγάλο διάστημα χωρίς αλληλεπίδραση με τα συστήματα. Σε ό,τι αφορά τα αποτελέσματα μας σε σχέση με την άνεση που αισθάνονται οι χρήστες (κεφάλαιο 5), υπάρχει μια τάση η οποία δείχνει ότι τα πιο μικρά παιδιά προσλαμβάνουν την χρήση των απτικών διεπαφών σαν μια πιο άνετη διεργασία. Σε αντίθεση, τα μεγαλύτερα παιδιά δηλώνουν ότι το γραφικό σύστημα είναι πιο άνετο. Αν και η συγκεκριμένη σχέση ανάμεσα στην ηλικία και στην άνεση δεν είναι στατιστικά σημαντική, εμφανίζεται να έχει ένα παρόμοιο μοτίβο με τα αποτελέσματα άλλου κεφαλαίου (κεφάλαιο 3) που έχει εντοπίσει αλληλεπίδραση της ηλικίας και της 125

126 ευκολίας χρήσης. Το ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση δεν εντοπίστηκε σημαντική διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι τα παιδιά είναι μεγαλύτερα και καθώς αυτά μεγαλώνουν οι διαφορές φαίνονται να εξαφανίζονται (κεφάλαιο 3). (15) Η διαδικασία του να θυμηθεί κάποιος πώς να προγραμματίσει, με απτική διεπαφή, σε συνεργασία με άλλους, προσλαμβάνεται ως παιχνίδι από τα παιδιά όλων των ηλικιακών ομάδων. Τέλος, η έρευνα του κεφαλαίου 5, η οποία αφορά το παιχνίδι, έδειξε ότι η απτική διεπαφή μετατρέπει τη διαδικασία του προγραμματισμού σε μια διαδικασία που μοιάζει περισσότερο με παιχνίδι. Οι εξηγήσεις, σε ό,τι αφορά την προτίμηση των παιδιών, περιλαμβάνονται στις απαντήσεις που δόθηκαν στη συνέντευξη όπως (Σ7) (κεφαλαίου 5) και σειρά παρατηρήσεων προηγούμενου κεφαλαίου (κεφάλαιο 3). Δεδομένου του γεγονότος ότι τα παιδιά έπρεπε να προγραμματίσουν το ρομπότ ανακαλώντας και αναζητώντας τις διάφορες λειτουργίες των συστημάτων και ταυτόχρονα προσπαθώντας να δομήσουν προγραμματιστική σκέψη, τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η απτικότητα της διεπαφής είναι πιθανώς κάποιος παράγοντας ο οποίος μπορεί να μετατρέψει μια αγχωτική διαδικασία σε ένα εποικοδομητικό παιχνίδι. 6.2 Μελλοντική έρευνα Ένα από τα άμεσα σχέδιά μας είναι να επεκτείνουμε τη μελέτη μας και να αξιολογήσουμε τα συγκεκριμένα φαινόμενα σε μία μακρόχρονη έρευνα. Επιπλέον, σκοπεύουμε να διερευνήσουμε τα προτερήματα των απτικών διεπαφών σε σχέση με τη μάθηση, τη φύση και την πολυπλοκότητα των αποστολών, το μέγεθος της ομάδος και το επίπεδο της προηγούμενης γνώσης των συμμετεχόντων. Ακόμα, μέσα από την έρευνα, προέκυψε η επιθυμία για αξιολόγηση της συνεργασίας είτε μέσα από την ανάλυση των διαλόγων είτε μέσα από την ανάλυση των κινήσεων του σώματος, χεριών, ματιών κ.λ.π Ακόμα, εξαιρετικά ενδιαφέρουσα φαίνεται να είναι η μελέτη της επίδρασης των διεπαφών στη φυσιολογία, η οποία μπορεί να δώσει κατάλληλες μετρικές για την αξιολόγηση με αντικειμενικό τρόπο, των συναισθημάτων και της εμπλοκής των χρηστών όταν αλληλεπιδρούν με διάφορους τύπους διεπαφών. Ενδιαφερόμαστε, τέλος, να διερευνήσουμε την επίδραση τέτοιων συστημάτων σε ατομικό επίπεδο και να μελετήσουμε τις δυνατότητες που προσφέρονται σε άτομα με ειδικές ανάγκες, όπως τυφλούς ή άτομα με κινητικά προβλήματα. 126

127 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελληνόγλωσση Βιβλία Βρίζας, Κ. (1990). Μέσα Επικοινωνίας και Εκπαίδευση Σύγχρονη Εκπαίδευση. Αθήνα. Μικρόπουλος, Τ. (2000). Εκπαιδευτικό Λογισμικό, Θέματα σχεδίασης και αξιολόγησης λογισμικού υπερμέσων. Αθήνα. Πιαζέ, Ζ. (1979). Ψυχολογία και Παιδαγωγική. Επιμέλεια : Ανθου λιάς Τ. Αθήνα. Ράπτης, Α. και Α. Ράπτη, (1998). Πληροφορική και Εκπαίδευση. Συνολική προσέγγιση. Αθήνα. Τριανταφύλλου, Ε. (2003). Εκπαιδευτική Τεχνολογία, σχεδίαση και ανάπτυξη εκπαιδευτικών συστημάτων προσαρμοστικών υπερμέσων βασισμένων στο γνωστικό στυλ των εκπαιδευομένων. (Διδακτορική Διατριβή). Θεσσαλονίκη. Άρθρα Ντολιοπούλου, Ε. (1998). «Ο Ηλεκτρονικός υπολογιστής στην προσχολική τάξη». Παιδαγωγική Επιθεώρηση 27/98 Ξενόγλωσση Βιβλία Papert, S. (1980), Mindstorms: Children, computers and powerful ideas. New York: Basic Books. Underwood, J. & G. Underwood, (1990). Computers and Learning. Oxford: Blackwell. Άρθρα Africano, D., Berg, S., Lindbergh, K., Lundholm, P., Nilbrink, F., & Persson, A. (2004). Designing tangible interfaces for children's collaboration. Paper presented at the 127

128 CHI '04 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, Vienna, Austria. pp doi: Als, B. S., Jensen, J. J., & Skov, M. B. (2005). Comparison of think-aloud and constructive interaction in usability testing with children. Paper presented at the Proceedings of the 2005 Conference on Interaction Design and Children, Boulder, Colorado. pp doi: Anderson, D., Frankel, J. L., Marks, J., Leigh, D., Sullivan, E., Yedidia, J., et al. (1999). Building virtual structures with physical blocks. Paper presented at the Proceedings of the 12th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, Asheville, North Carolina, United States. pp Antle, A. N. (2007a). The CTI framework: Informing the design of tangible systems for children. Paper presented at the Proceedings of the 1st International Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp Antle, A. N. (2007b). Designing tangibles for children: Games to think with. Paper presented at the Tangible Play Workshop, Intelligent User Interfaces Conference, Honolulu, Hawaii, USA. pp Antle, A. N. (2007c). Designing tangibles for children: What designers need to know. Paper present ed at the Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems: CHI'07 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, San Jose, CA, USA. pp Antle, A. N., Droumeva, M., & Ha, D. (2009). Hands on what?: Comparing children's mouse-based and tangible-based interaction. Paper presented at the Proceedings of the 8th International Conference on Interaction Design and Children, pp Benenson, J., Apostoleris, N., & Parnass, J. (1997). Age and sex differences in dyadic and group interaction. Dev Psychol, 33(3), Retrieved from Billinghurst, M., Kato, H., & Poupyrev, I. (2008). Tangible augmented reality. Paper presented at the ACM SIGGRAPH ASIA 2008 Courses, Singapore. pp. 7:1-7:10. doi: Blackwell, A. (2003). Cognitive dimensions of tangible programming languages. Paper presented at the Proceedings of the First Joint Conference of the Empirical Assessment in Software Engineering and Psychology of Programming Interest Groups, Keele, UK. pp

129 Blackwell, A., & Hague, R. (2001). AutoHAN: An architecture for programming the home. Paper presented at the Proceedings IEEE Symposia on Human-Centric Computing Languages and Environments, 2001, pp Carver, S. M., & - Klahr, D. (1986). Assessing children's LOGO debugging skills with a formal model. - Journal of Educational Computing Research, 2(4), doi: /KRD4-YNHH-X283-3P5V Clements, D. H. (2000). 'Concrete'manipulatives, concrete ideas. Contemporary Issues in Early Childhood, 1(1), Clements, D. (1995). Playing with computers, playing with ideas. Educational Psychology Review, 7(2), doi: /bf Cockburn, A., & Bryant, A. (1996). Do it this way: Equal opportunity programming for kids. Paper presented at the Sixth Australian Conference on Computer-Human Interaction, Hamilton, New Zealand. pp Cockburn, A., & Bryant, A. (1997). Leogo: An equal opportunity user interface for programming. Journal of Visual Languages and Computing, 8(5-6), Colley, A., & Comber, C. (2003). Age and gender differences in computer use and attitudes among secondary school students: What has changed? Educational Research, 45(2), doi: / Fails, J. A., Druin, A., Guha, M. L., Chipman, G., Simms, S., & Churaman, W. (2005). Child's play: A comparison of desktop and physical int eract ive environment s. Paper presented at the Proceedings of the 2005 Conference on Interaction Design and Children, Boulder, Colorado. pp Falcão, T. P., & Price, S. (2009). What have you done! the role of'interference'in tangible environments for supporting collaborative learning. Paper presented at the Proceedings of the 9th International Conference on Computer Supported Collaborative Learning, Rhodes, Greece. pp Fernaeus, Y., & Tholander, J. (2006a). Designing for programming as joint performances among groups of children. Interacting with Computers, 18(5), Fernaeus, Y., & Tholander, J. (2006b). Finding design qualities in a tangible programming space. Paper presented at the CHI' 06 Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Montreal, Canada. pp Finkelstein, N. D., Adams, W. K., Keller, C. J., Kohl, P. B., Perkins, K. K., Podolefsky, N. S., et al. (2005). When learning about the real world is better done virtually: 129

130 A study of substituting computer simulations for laboratory equipment. Physical Review Special Topics - Physics Education Research, 39(8), Retrieved from Fishkin, K. P. (2004). A taxonomy for and analysis of tangible interfaces. Personal and Ubiquitous Computing, 8(5), Fitzmaurice, G. W., Ishii, H., & Buxton, W. A. S. (1995). Bricks: Laying the foundations for graspable user interfaces. Paper presented at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems, pp Frei, P., Su, V., Mikhak, B., & Ishii, H. (2000). Curlybot: Designing a new class of computational toys. Paper presented at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems, The Hague, The Netherlands. pp Gallardo, D., Julia, C. F., & Jorda, S. (2008). TurTan: A tangible programming language for creative exploration. Paper presented at the 3rd IEEE International Workshop on Horizontal Interactive Human Computer Systems, TABLETOP Amsterdam, The Netherlands. pp doi: /tabletop Goldin-Meadow, S. (2005). Hearing gesture: How our hands help us think Belknap Press. Halstead, M. H. (1977). Elements of software science (operating and programming systems series). New York, NY, USA: Elsevier Science Inc. Hanna, L., Neapolitan, D., & Risden, K. (2004). Evaluating computer game concepts with children. Paper presented at the Proceedings of the 2004 Conference on Interaction Design and Children: Building a Community, Maryland. pp doi: Hartmann, T., & Klimmt, C. (2006). Gender and computer games: Exploring females? dislikes. Journal of Computer-Mediated Communication, 11(4), doi: /j x Horn, M. S. (2009). Tangible computer programming: Exploring the use of emerging technology in classrooms and science museums Tufts University. Horn, M. S., & Jacob, R. J. K. (2006). Tangible programming in the classroom: A practical approach. Paper presented at the Conference on Human Factors in Computing Systems, Montréal, Québec, Canada. pp

131 Horn, M. S., & Jacob, R. J. K. (2007a). Designing tangible programming languages for classroom use. Paper presented at the Proceedings of the 1st International Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp Horn, M. S., & Jacob, R. J. K. (2007b). Tangible programming in the classroom with tern. [CHI 2007 San Jose, CA, USA], Horn, M. S., Solovey, E. T., Crouser, R. J., & Jacob, R. J. K. (2009). Comparing the use of tangible and graphical programming languages for informal science education. Paper presented at the Proceedings of the 27th International Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems, Bost on, MA, USA. pp Horn, M., Crouser, R., & Bers, M. (2012). Tangible interaction and learning: The case for a hybrid approach. Personal and Ubiquitous Computing, 16(4), Retrieved from Hornecker, E., & Buur, J. (2006). Getting a grip on tangible interaction: A framework on physical space and social interaction. Paper presented at the CHI '06 Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Montreal, Canada. pp Hwang, W. Y., Wu, S. Y., & Yang, T. Y. (2010). Children's interactive behavior and strategy in a multi-robots' collaborative environment. Paper presented at the th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, pp Ichida, H., Itoh, Y., Kitamura, Y., & Kishino, F. (28 March 2004). ActiveCube and its 3D applications. Paper presented at the IEEE VR 2004 Workshop Beyond Wand and Glove Based Interaction, Chicago, IL USA. Inkpen, K., Booth, K. S., Gribble, S. D., & Klawe, M. (1995). Give and take: Children collaborat ing on one comput er. Paper present ed at the CHI '95 Conference Companion on Human Factors in Computing Systems, Denver, Colorado, United States. pp doi: Ishii, H., & Ullmer, B. (1997). Tangible bits: Towards seamless interfaces between people, bits and atoms. Paper presented at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems, At lanta, Georgia, Unit ed States. pp Itoh, Y., Akinobu, S., Ichida, H., Watanabe, R., Kitamura, Y., & Kishino, F. (2004). T SU. MI. KI: St imulat ing children's creat ivity and imaginat ion wit h interact ive blocks. Paper presented at the Creating, Connecting and Collaborating through Computing, Proceedings. Second International Conference on, pp

132 Jacob, R. J. K., Girouard, A., Hirshfield, L. M., Horn, M. S., Shaer, O., Solovey, E. T., et al. (2008). Reality-based interaction: A framework for post-wimp interfaces. Paper presented at the Proceeding of the Twenty-Sixth Annual SIGCHI Conference on Human Factors in Comput ing Syst ems, pp Kahn, K. (1996). Drawings on napkins, video-game animation, and other ways to program computers. Communications of the ACM, 39(8), Kahn, K. (1999). A computer game to teach programming. Paper presented at the Proceedings of the National Educational Computing Conference, pp Kato, H., Yamazaki, K., Suzuki, H., Kuzuoka, H., Miki, H., & Yamazaki, A. (1997). Designing a video-mediated collaboration system based on a body metaphor. Paper presented at the Proceedings of the 2nd International Conference on Computer Support for Collaborative Learning, pp Kelleher, C., & Pausch, R. (June 2005). Lowering the barriers to programming: A taxonomy of programming environments and languages for novice programmers. ACM Computing Surveys, 37(2), Kitamura, Y., Itoh, Y., & Kishino, F. (2001). Real-time 3D interaction with ActiveCube. Paper presented at the CHI'01 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, Seattle, Washington. pp Kitamura, Y., Itoh, Y., Masaki, T., & Kishino, F. (2000). ActiveCube: A bi-directional user interface using cubes. Paper presented at the Proceedings. Fourth International Conference on Knowledge-Based Intelligent Engineering Systems and Allied Technologies, Brighton, UK. pp Klahr, D., Triona, L. M., & Williams, C. (2007). Hands on what? the relative effectiveness of physical versus virtual materials in an engineering design project by middle school children. Journal of Research in Science Teaching, 44(1), Klemmer, S. R., Hartmann, B., & Takayama, L. (2006). How bodies matter: Five themes for int eract ion design. Paper present ed at the Proceedings of the 6t h Conference on Designing Interact ive Systems, University Park, PA, USA. pp doi: / Kollar, I., Fischer, F., & Hesse, F. (2006). Collaboration scripts â A conceptual analysis. Educational Psychology Review, 18(2), doi: /s

133 Kwon, D. -., Kim, H. -., Shim, J. -., & Lee, W. -. (2012). Algorithmic bricks: A tangible robot programming tool for elementary school students. IEEE Transactions on Education, 55(4), Maloney, J., Resnick, M., Rusk, N., Silverman, B., & Eastmond, E. (2010). The scratch programming language and environment. Trans.Comput.Educ., 10(4), 16:1-16:15. doi: / Manches, A., O'Malley, C., & Benford, S. (2010). The role of physical representations in solving number problems: A comparison of young children's use of physical and virtual materials. Computers & Education, 54(3), Margrett, J. A., & Marsiske, M. (2002). Gender differences in older adults' everyday cognitive collaboration. International Journal of Behavioral Development, 26(1), doi: / Marshall, P. (2007). Do tangible interfaces enhance learning? Paper presented at the Proceedings of the 1st International Conference on Tangible and Embedded Interaction, Baton Rouge, Louisiana, USA. pp Marshall, P., Cheng, P. C. H., & Luckin, R. (2010). Tangibles in the balance: A discovery learning task with physical or graphical materials. Paper presented at the Proceedings of the Fourth International Conference on Tangible, Embedded, and Embodied Interaction, Cambridge, Massachusetts, USA. pp Marshall, P., Price, S., & Rogers, Y. (2003). Conceptualising tangibles to support learning. Paper presented at the Proceedings of the 2003 Conference on Interaction Design and Children, Preston, England. pp McCabe, T. J. (1976). A complexity measure. Software Engineering, IEEE Transactions on, SE-2(4), doi: /t SE McNerney, T. (2001). Tangible computation bricks: Building-blocks for physical microworlds. Paper presented at the Proceedings of CHI 2001, McNerney, T. S. (2004). From turtles to tangible programming bricks: Explorations in physical language design. Personal and Ubiquitous Computing, 8(5), Merrill, D., Kalanithi, J., & Maes, P. (2007). Siftables: Towards sensor network user interfaces. Paper presented at the Proceedings of the 1st International Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp Moyer, P. (2001). Are we having fun yet? how teachers use manipulatives to teach mathematics. Educational Studies in Mathematics, 47(2), doi: /a:

134 Newton-Dunn, H., Nakano, H., & Gibson, J. (2003). Block jam: A tangible interface for interactive music. Journal of New Music Research, 32(4), Nusen, N., & Sipitakiat, A. (2011) Robo-blocks: A tangible programming system with debugging for children. Olkun, S. (2003). Comparing computer versus concrete manipulatives in learning 2D geometry. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 22(1), O'Malley, C., & Fraser, S. (2005). Literature review in learning with tangible technologies.12 Orit, S., & Eva, H. (2009). Tangible user interfaces: Past, present, and future directions. Foundations and Trends in Human Computer Interaction, 3(1-2), Papert, S. (1980). Mindstorms: Children, computers, and powerful ideas. New York: Basic Books, Inc. Patten, J., Griffith, L., & Ishii, H. (2000). A tangible interface for controlling robotic toys. Paper presented at the CHI '00 Conference on Human Factors in Computing Systems, Hague, The Netherlands. pp Pausch, R., Burnette, T., Capehart, A., Conway, M., Cosgrove, D., Deline, R., et al. (1995). Alice: A rapid prototyping system for 3d graphics. IEEE Computer Graphics and Applications, 15(3), Price, S. (2008). A representation approach to conceptualizing tangible learning environment s. Paper present ed at the Proceedings of the 2nd Int ernat ional Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp Price, S., & Rogers, Y. (2004). Let's get physical: The learning benefits of interacting in digitally augmented physical spaces. Computers & Education, 43(1-2), Price, S., Rogers, Y., Scaife, M., Stanton, D., & Neale, H. (April 2003). Using 'tangibles' to promote novel forms of playful learning. Interacting with Computers, 15(2), Price, S., & Pontual Falcão, T. (2011). Where the attention is: Discovery learning in novel tangible environments. Interacting with Computers, 23(5), doi: /j.intcom Quaiser-Pohl, C., Geiser, C., & Lehmann, W. (2006). The relationship between comput er-game preference, gender, and ment al-rotat ion abilit y. Personality and Individual Differences, 40(3), doi: 134

135 Read, J. C. (April 2008). Validating the fun toolkit: An instrument for measuring children s opinions of technology. Cognition, Technology & Work, 10(2), Read, J., MacFarlane, S., & Casey, C. (2002). Endurability, engagement and expectations: Measuring children's fun. Paper presented at the Interaction Design and Children, pp Read, J. C., & Markopoulos, P. (2013). Child-computer interaction. International Journal of Child-Computer Interaction, 1(1), 2-6. Retrieved from SCOPUS database. Rekimoto, J., Ullmer, B., & Oba, H. (2001). DataTiles: A modular platform for mixed physical and graphical interactions. Paper presented at the CHI '01 Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Seattle, Washington. pp Resnick, M., Martin, F., Berg, R., Borovoy, R., Colella, V., Kramer, K., et al. (1998). Digital manipulatives: New toys to think with. Los Angeles, California, United States: ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co. Rogers, Y., Lim, Y., Hazlewood, R., & Marshall, P. (2009). Equal opportunities: Do shareable interfaces promote more group participation than single user displays? Human Computer Interaction, 24(1-2), Rogers, Y., Scaife, M., Gabrielli, S., Smith, H., & Harris, E. (2002). A conceptual framework for mixed reality environments: Designing novel learning activities for young children. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 11(6), Ryan, R. M., & Deci, E. L. (2000). Self-determination theory and the facilitation of intrinsic motivation, social development, and well-being. American Psychologist, 55(1), Sapounidis, T., & Demetriadis, S. (2009). Tangible programming interfaces: A literature review. 4th Balkan Conference in Informatics, Thessaloniki, GREECE. pp Sapounidis, T., & Demetriadis, S. (2011). Touch your program with hands: Qualities in tangible programming tools for novice. Paper presented at the 15th Panhellenic Conference on Informatics (IEEE/PCI), pp Sapounidis, T., & Demetriadis, S. N. (2012). Exploring children preferences regarding tangible and graphical tools for introductory programming: Evaluating the PROTEAS kit. Paper presented at the Advanced Learning Technologies (ICALT), 2012 IEEE 12th International Conference on, pp

136 Sapounidis, T., & Demetriadis, S. (2013). Tangible versus graphical user interfaces for robot programming: Exploring cross-age children s preferences. Personal and Ubiquitous Computing, 17(8), doi: /s Schiettecatte, B., & Vanderdonckt, J. (2008). AudioCubes: A distributed cube tangible interface based on interaction range for sound design. Paper presented at the Proceedings of the 2nd International Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp Schneider, B., Jermann, P., Zufferey, G., & Dillenbourg, P. (July-Sept. 2011). Benefits of a tangible interface for collaborative learning and interaction. IEEE Transactions on Learning Technologies, 4(3), Schweikardt, E., & Gross, M. D. (2006). roblocks: A robotic construction kit for mathematics and science education. Paper presented at the Proceedings of the 8th International Conference on Multimodal Interfaces, pp Scott, S. D., Mandryk, R. L., & Inkpen, K. M. (2003). Understanding children's collaborat ive interact ions in shared environment s. Journal of Comput er Assist ed Learning, 19(2), doi: /j x Shaer, O. & Hornecker, E. (2009). Tangible user interfaces: Past, present, and future directions. Foundations and Trends in Human Computer Interaction, 3, 1-2, Shaer, O., & Jacob, R. J. K. (2009). A specification paradigm for the design and implementation of tangible user interfaces. ACM Trans.Comput.-Hum.Interact., 16(4), 20:1-20:39. doi: / Sharlin, E., Itoh, Y., Watson, B., Kitamura, Y., Sutphen, S., Liu, L., et al. (2004). Spatial tangible user interfaces for cognitive assessment and training. In A. Ijspeert, M. Murata & N. Wakamiya (Eds.), Biologically inspired approaches to advanced information technology (pp ) Springer Berlin Heidelberg. doi: / _11 Sheng Yu, & Shijie Zhou. (2010). A survey on metric of software complexity. Paper present ed at the The 2nd IEEE Internat ional Conference on Informat ion Management and Engineering (ICIME), 2010, Chengdu, China. pp doi: /icime Smith, A. C. (2007). Using magnets in physical blocks that behave as programming objects. Paper presented at the Proceedings of the 1st International Conference on Tangible and Embedded Interaction, pp

137 Smith, A. C. (2009). Simple tangible language elements for young children. Paper presented at the Proceedings of the 8th International Conference on Interaction Design and Children, pp Smith, A. (2006). Tangible cubes as programming objects. Paper presented at the 16th Internat ional Conference on Art ificial Reality and Telexistence Workshops, ICAT '06,, 29. pp Stamovlasis, D., Dimos, A., & Tsaparlis, G. (2006). A study of group interaction processes in learning lower secondary physics. Journal of Research in Science Teaching, 43(6), doi: /tea Stanton, D., Bayon, V., Neale, H., Ghali, A., Benford, S., Cobb, S., et al. (2001). Classroom collaboration in the design of tangible interfaces for storytelling. Paper presented at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Seattle, Washington, United States. pp Suzuki, H., & Kato, H. (1993). AlgoBlock: A tangible programming language, a tool for collaborative learning. Paper presented at the Proceedings of 4th European Logo Conference, Athens, Greece. pp Sylla, C., Branco, P., Coutinho, C., & Coquet, E. (2012). TUIs vs. GUIs: Comparing the learning potential with preschoolers. Personal Ubiquitous Comput., 16(4), doi: /s z Terrenghi, L., Kranz, M., Holleis, P., & Schmidt, A. (2006). A cube to learn: A tangible user interface for the design of a learning appliance Springer London. doi: /s Triona, L. M., & Klahr, D. (2003). Point and click or grab and heft: Comparing the influence of physical and virtual instructional materials on elementary school students' ability to design experiments. Cognition and Instruction, 21(2), doi: /s xci2102_02 Tuddenham, P., Kirk, D., & Izadi, S. (2010). Graspables revisited: Multi-touch vs. tangible input for tabletop displays in acquisition and manipulation tasks. Paper present ed at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Atlanta, Georgia, USA. pp doi: / Ullmer, B., Ishii, H., & Jacob, R. J. K. (2005). Token constraint systems for tangible interaction with digital information. ACM Transactions on Computer-Human Interaction (TOCHI), 12(1), Volman, M., Eck, E. v., Heemskerk, I., & Kuiper, E. (2005). New technologies, new differences. gender and ethnic differences in pupils' use of \ICT \ in primary and 137

138 secondary education. Computers & Education, 45(1), doi: Wyeth, P., & Purchase, H. (2002). Designing technology for children: Moving from the computer into the physical world with electronic blocks. Information Technology in Childhood Education Annual, 2002(1), Wyeth, P., & Purchase, H. C. (2000). Programming without a computer: A new interface for children under eight. Paper presented at the User Interface Conference, AUIC First Australasian, pp Wyeth, P., & Purchase, H. C. (2002). Tangible programming elements for young children. Paper presented at the CHI'02 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, Minneapolis, Minnesota USA. pp Wyeth, P., & Purchase, H. C. (2003). Using developmental theories to inform the design of technology for children. Paper presented at the Proceedings of the 2003 Conference on Interaction Design and Children, pp Xie, L., Antle, A. N., & Motamedi, N. (2008). Are tangibles more fun?: Comparing children's enjoyment and engagement using physical, graphical and tangible user interfaces. Paper presented at the Proceedings of the 2nd International Conference on Tangible and Embedded Interaction (TEI '08), pp Xu, D. (2007). Design and evaluation of tangible interfaces for primary school children. Paper presented at the Proceedings of the 6th International Conference on Interaction Design and Children, Aalborg, Denmark. pp Zacharia, Z. C. (2007). Comparing and combining real and virtual experimentation: An effort to enhance students' conceptual understanding of electric circuits. Journal of Computer Assisted Learning, 23(2), doi: /j x Zacharia, Z. C., & Olympiou, G. (2011). Physical versus virtual manipulative experimentation in physics learning. Learning and Instruction, 21(3), doi: /j.learninstruc Zaman, B., Vanden Abeele, V., Markopoulos, P., & Marshall, P. (2009). Tangibles for children: The challenges. Paper presented at the Proceedings of the 27th Internat ional Conference Ext ended Abstract s on Human Factors in Comput ing Systems, Boston USA. pp Zaman, B., Vanden Abeele, V., Markopoulos, P., & Marshall, P. (2012). Editorial: The evolving field of tangible interaction for children: The challenge of empirical 138

139 validation. Personal Ubiquitous Comput., 16(4), doi: /s x Zuckerman, O., Arida, S., & Resnick, M. (2005). Extending tangible interfaces for education: Digital montessori-inspired manipulatives. Paper presented at the Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, Portland, Oregon, USA. pp Zuckerman, O., & Resnick, M. (2003a). A physical interface for system dynamics simulation. Paper presented at the CHI '03 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, Florida, USA. pp Zuckerman, O., & Resnick, M. (2003b). System blocks: A physical interface for system dynamics learning. Paper presented at the Proceedings of the 21st International System Dynamics Conference, New York City, United States. pp Zuckerman, O., & Gal-Oz, A. (2013). To TUI or not to TUI: Evaluating performance and preference in tangible vs. graphical user interfaces. International Journal of Human-Computer Studies, 71(7 8), doi: /j.ijhcs

140 140

141 ΜΕΤΑΦΡΑΣΜΕΝΟΙ ΟΡΟΙ accessibility: προσβασιμότητα connectors: κονέκτορες convenience: βολικό, άνετο debugging: αποσφαλμάτωση design: σχεδίαση drag end drop: σύρε κι άσε easiness-to-use: η ευκολία χρήσης engagement: εμπλοκή enjoyment: η υποκειμενική ευχαρίστηση του χρήστη expressive activities: εκφραστικές δραστηριότητες first-sight preference: ελκυστικότητα friedrich Froebel gifts: δώρα graphical: γραφικό haptic: χειροπιαστό hardware: κυκλώμα Inviting: ελκυστικό isomorphic: ισομορφικό logistic: προβλήματα επιμελητείας master box: βάση, κουτί πατέρας microprocessor: μικροεπεξεργαστής microcontroller: μικροελεγκτής ή μικροεπεξεργαστής nested loops: ένθετες (ενφωλιασμένες) επαναλήψεις physical interface: φυσική διεπαφή piagetian: κατά Πιαζέ playful: διάθεση για παιχνίδι portability: μεταφερσιμότητας ranging: βαθμολογία, βαθμονόμηση, self determination theory: θεω ρία της αυτοδιάθεσης software: κώδικας λογισμικού 141

142 synchronous mode: σε πραγματικό χρόνο Tangible User Interfaces - TUIs: Απτικές διεπαφές χρήστη tangible: απτικό think aloud protocol: τεχνική μεγαλόφωνης σκέψης 142

143 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α: Η κατασκευή των απτικών συστημάτων ΠΑ.1 T_ ProRob ΠΑ.2 T_Butterfly ΠΑ.3 Λογισμικό Επικοινωνίες 143

144 ΠΑ.1 T_ ProRob Περιγραφή κουτ ιών Οι κύβοι υποστηρίζονται με μικροϋπολογιστές της Microchip Technology Inc. Συγκεκριμένα έχουν χρησιμοποιηθεί οι μικροϋπολογιστές της σειράς PIC18FΧΧΧX και ειδικότερα οι 18F2620 και 18F4550. ένα ενδεικτικό απλοποιημένο κύκλωμα φαίνεται στην εικόνα παραρτήματος 1. Εικόνα παραρτήματος 1. Κύκλωμα υλοποίησης εντός κουτιού Ο Μικροϋπολογιστής τροφοδοτείται από ένα σταθεροποιημένο τροφοδοτικό 5V και απεικονίζεται στο κέντρο. Ο κάθε μικροϋπολογιστής επικοινωνεί με τους γειτονικούς του επεξεργαστές αξιοποιώντας τα PIN 18,17 (Εικόνα παραρτήματος 2). Όπως φαίνεται η λήψη δεδομένων γίνεται από το PIN 18 (RX_BOX) και η αποστολή στον δίαυλο δεδομένων BUS (Εικόνα 1) από το PIN 17 (TX_SBOX). Τα συγκεκριμένα Pins έχουν ρυθμιστεί να δουλεύουν με λειτουργίες Interrupts 144

145 Εικόνα παραρτήματος 2. Διασύνδεση μεταφοράς δεδομένων Τα δεδομένα που αποστέλλονται είναι τα IDs των συνδεμένων κουτιών της αλληλουχίας που έχει κατασκευάσει ο χρήστης. Τα IDs μεταφέρονται από τον έναν εκλεκτή στον επόμενο χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο RS232 σε ταχύτητα 9600bps, και χαρακτηριστικά 8bit data, No parity, 1 stop bit. Η διασύνδεση των κουτιών μεταξύ τους γίνεται με connectors D9 οι οποίοι όμως δεν αξιοποιούνται με τις κλασικές συνδέσεις του πρωτόκολλου RS232. Η εικόνα παραρτήματος 3 απεικονίζει αυτές τις συνδέσεις, ειδικότερα φαίνεται η σύνδεση με ένα οποιοδήποτε προηγούμενο κύβο (BIG_BOX) στα αριστερά και η σύνδεση με κάθε επόμενο κύβο (SMALL_BOX) στα δεξιά. Εικόνα παραρτήματος 3. Διασύνδεση με κάθε επόμενο και προηγούμενο κύβο Δια μέσου αυτών των συνδετήρων μεταφέρονται οι τροφοδοσίες (Vcc, Gnd), τα σειριακά σήματα (RX_BOX, TX_SBOX) ο δίαυλος των δεδομένων (BUS) και το 145

146 σήμα ενεργοποίησης/ απενεργοποίησης του διαύλου (EN). Τα υπόλοιπα Pins του συνδετήρα είναι ελεύθερα για μελλοντική χρήση ή και δημιουργία σημάτων χειραψίας. Το κύκλωμα της βάσης Εικόνα παραρτήματος 4. Κύκλωμα βάσης 146

147 Στην εικόνα παραρτήματος 4 φαίνεται ένα απλοποιημένο κύκλωμα της βάσης. Χαρακτηριστικά φαίνονται οι δύο σειριακές θύρες οι οποίες έχουν υλοποιηθεί και επικοινωνούν με κώδικα λογισμικού (software) ενώ βλέπουμε και την σειριακή η οποία υποστηρίζεται εσωτερικά από το κύκλωμα του μικροελεγκτής (SV3). Φωτογραφικό υλικό Στην εικόνα παραρτήματος 5 βλέπουμε τις εντολές του συστήματος οι οποίες δεν παίρνουν παράμετρο. Από επάνω αριστερά προς τα κάτω δεξιά βλέπουμε την εντολή καθυστέρησης (το σύστημα διαθέτει δυο), την εντολή σταματήματος του προγράμματος (το σύστημα διαθέτει μια), τις εντολές ανάματος και σβησίματος της ενδεικτικής λάμπας του ρομπότ (το σύστημα διαθέτει δυο), την εντολή παραγωγής ήχου (το σύστημα διαθέτει δυο) και τέλος την εντολή αποθήκευσης του κώδικα (το σύστημα διαθέτει μια). Εικόνα παραρτήματος 5. Εντολές που δεν δέχονται παραμέτρους 147

148 Παρακάτω βλέπουμε τις εντολές κατεύθυνσης που υποστηρίζει το T_ProRob. Στην εικόνα παραρτήματος 6 βλέπουμε τις κίνησης ενός βήματος εμπρός πίσω (το σύστημα περιλαμβάνει 3 από κάθε είδος ) και στην εικόνα παραρτήματος 7 τις εντολές δεξιά αριστερή στροφή (το σύστημα περιλαμβάνει 3 από κάθε είδος ). Εικόνα παραρτήματος 6. Εντολές εμπρός πίσω (από αριστερά προς τα δεξιά ) Εικόνα παραρτήματος 7. Εντολές δεξιά αριστερή στροφή (από αριστερά προς τα δεξιά ) 148

149 Στην εικόνα παραρτήματος 8 φαίνεται οι αριθμητικές παράμετροι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις εντολές κατεύθυνσης (το σύστημα περιλαμβάνει 2 από κάθε είδος ).. Εικόνα παραρτήματος 8. Αριθμητικές παράμετροι Παρακάτω στην εικόνα παρατήματος 9 φαίνεται η δομή επανάληψης, η οποία περιέχει την εντολή αρχή (for) - τέλος επανάληψης (for end) (το σύστημα περιλαμβάνει 2 από κάθε είδος ). Οι παράμετροι που επιδέχεται η συγκεκριμένη δομή είναι αριθμητικού τύπου και φαίνονται στην εικόνα παραρτήματος

150 Εικόνα παραρτήματος 9. Δομή επανάληψης αρχή τέλος επανάληψης Στην εικόνα παραρτήματος 10 φαίνονται οι εντολές ελέγχου αρχή ελέγχου (if) τέλος ελέγχου (if end) (το σύστημα περιλαμβάνει 2 από κάθε είδος ). Ακόμα στην ίδια εικόνα βλέπουμε και τις παραμέτρους που δέχεται η συγκεκριμένη δομή που έχουν να κάνουν με το αν ακούγεται ήχος ή όχι, αν υπάρχει σε κοντινή απόσταση εμπόδιο ή όχι, αν το ρομπότ ακουμπάει κάπου ή όχι και αν ο αισθητήρας φωτός εντοπίζει φω ς ή όχι (το σύστημα περιλαμβάνει 1 παράμετρο από κάθε είδος ). Εικόνα παραρτήματος 10. Δομή ελέγχου και οι παράμετροι που υποστηρίζει 150

151 Στην εικόνα παραρτήματος 11 που ακολουθεί βλέπουμε τα κυκλώματα που ανατηχθήκαν στην βάση στις εντολές και στις παραμέτρους. Εικόνα παραρτήματος 11. Τα κυκλώματα μέσα στη βάση, σε μια εντολή και σε μια παράμετρο 151

152 ΠΑ.2 T_Butterfly Το κάθε ένα από τα κουτάκια που κατασκευάστηκαν περιέχει έναν μικροεπεξεργαστή PIC16F84. η επιλογή του συγκεκριμένου ελεγκτή έγινε διότι η flash μνήμη προγράμματος που διαθέτει δίνει τη δυνατότητα εύκολης τροποποίησης του προγράμματος του. Στην εικόνα παρατήματος 12 που ακολουθεί βλέπουμε το απλοποιημένο σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος του κάθε κουτιού OS C1/CLKIN MCLR RA0 RA1 RA2 RA3 RA4/T0CKI RB 0/INT OS C2/CLKOU T RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB VSS VD D 14 R1 4.7K C1 A1 PIC1 6C8 3-04/P(18) + VDD 0.1uF VDD Y1 1MH J CON3 VDD J 4 CON3 C2 33pF C3 33pF VDD R2 1K J CON4 J3 CON4 Εικόνα παραρτήματος 12. απλοποιημένο σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος του κάθε κουτιού 152

153 Ο κρύσταλλος που χρησιμοποιήθηκε είναι των 4MHz και το κύκλωμα του εξωτερικού ταλαντωτή συμπληρώνεται με δυο πυκνωτές 33pf. Το κύκλωμα του Reset (χωρίς διακόπτη Reset) αποτελείται όπως φαίνεται από μια αντίσταση 4,7ΚΩ και έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή. Αξίζει εδώ να επισημάνουμε ότι σε κάποια κουτιά το pin 17 του Reset πάει κατευθείαν στην τροφοδοσία, αποκλείοντας έτσι την πιθανότητα να γίνει κάποιο Reset στο κύκλωμα κατά λάθος. Η αντίσταση R2 = 1ΚΩ έχει τοποθετηθεί σε αυτή τη θέση για να μπορεί ο κάθε ελεγκτής (κύβος) που βρίσκεται στο τέλος της αλυσίδας να αντιλαμβάνεται ότι είναι όντος ο τελευταίος. Η επικοινωνία του κάθε κουτιού με τον έξω κόσμο γίνεται με δύο συνδετήρες D9. Οι δυο αυτοί συνδετήρες δεν υπάρχουν στη σχηματικό μια και η σύνδεση δεν έγινε απευθείας. Για τη σύνδεση χρησιμοποιήθηκαν τέσσερεις σειρές pins. Έτσι στο σχηματικό οι σειρές J4 και J3 συνδέονται με τον D9 της εισόδου και οι σειρές J1 και J2 συνδέονται με τον D9 της εξόδου των κουτιών Πλ ακέτα Το κύκλωμα του παραπάνω σχηματικού θα μπορούσε να γίνει και εμπορική πλακέτα μαζικής παραγωγής. Η πάνω όψη των υλικών της πλακέτας που βγήκε από επεξεργασία με το πρόγραμμα Protel 99SE φαίνεται στην εικόνα παραρτήματος 13 που ακολουθεί (με κίτρινο φαίνονται τα περιγράμματα των υλικών και με μπλε οι αγωγοί που βρίσκονται στο κάτω επίπεδο) Εικόνα παραρτήματος 13. Πάνω όψη των υλικών της πλακέτας Η πάνω όψη του τυπωμένου και η κάτω ακολουθούν στην εικόνα παραρτήματος 14 και εικόνα παραρτήματος 15 αντίστοιχα 153

154 Εικόνα παραρτήματος 14. Πάνω όψη του τυπωμένου Εικόνα παραρτήματος 15. Κάτω όψη του τυπωμένου 154

155 Φωτογραφικό υλικό Στα επόμενα θα δούμε φωτογραφικό υλικό των κουτιών που χρησιμοποιηθήκαν όσο και των κυκλωμάτων που προσαρμόστηκαν μέσα σε αυτά. Τα κουτιά είναι δυο ειδών, τα κουτιά βήματα που είναι μακρόστενα και τα κουτιά γωνίες που είναι τετράγωνα Τα κυκλώματα που αναπτυχθήκαν σε διάτρητη πλακέτα φαίνονται στις εικόνα παραρτήματος 16 (η πάνω όψη) και στην εικόνα παραρτήματος 17 (η κάτω). Εικόνα παραρτήματος 16. Κυκλώματα που αναπτυχθήκαν (πάνω όψη) Εικόνα παραρτήματος 17. Κυκλώματα που αναπτυχθήκαν (κάτω όψη) Τα κυκλώματα αυτά, αιωρούνται μέσα στα κουτιά τους εκμεταλλευόμενα την ελαστικότητα των καλωδίων τους. Με αυτό τον τρόπο είναι όσο το δυνατόν λιγότερο ευαίσθητα σε πτώσεις και κραδασμούς. Αξίζει εδώ να πούμε ότι το μεγαλύτερο βάρος αυτής της αιώρησης το δέχονται τα δυο καλώδια της τροφοδοσίας (Εικόνα παραρτήματος 18). Στη συγκεκριμένη εικόνα μπορούμε ακόμα να δούμε και τη 155

156 συνδεσμολογία των Pins, με τον συνδετήρα D9. Το κύκλωμα του κουτιού γωνία αν και είναι ίδιο με αυτό των κουτιών ευθεία, λόγω του περιορισμένου χώρου έγινε έτσι ώστε να χωράει μέσα στο σαφώς μικρότερο κύβο. Εικόνα παραρτήματος 18. Συνδεσμολογία των Pins Βάση Το κουτί πατέρας είναι ένας μοναδικός κύβος από τον οποίο αρχίζει ο προγραμματισμός (Εικόνα παραρτήματος 19). Ο κύβος αυτός έχει δύο τμήματα, το πρώτο τμήμα κάνει την αλλαγής επιπέδων των τάσεων (από 5V σε 12V), προκειμένου να επικοινωνήσουν οι μικροϋπολογιστές με τον υπολογιστή. Το ολοκληρωμένο που αναλαμβάνει αυτή τη δουλεία είναι το MAX232. Το δεύτερο τμήμα αυτού του κουτιού είναι το κύκλωμα τροφοδοσίας, που αποτελείται από μετασχηματιστή, γέφυρα, κύκλωμα εξομάλυνσης και σταθεροποιητή. Εξωτερικά ο κύβος αυτός έχει δυο σειριακούς ακροδέκτες για να συνδέεται με υπολογιστή κουτάκια, διαθέτη υποδοχή (με ασφάλεια) για το ρεύμα δικτύου, τέλος στην κορυφή του έχει το κουμπί εκτέλεσης Run των εντολών που έχουν συνδεθεί. 156

157 Εικόνα παραρτήματος 19. Βάση (κουτί πατέρας) ΠΑ.3 Λογισμικό επικοινωνίες Σε αυτή την ενότητα θα παρουσιάσουμε εν συντομία το λογισμικό στους κύβους εντολές το οποίο είναι αυτό που τρέχουν οι μικροεπεξεργαστές στα κυκλώματα. Το πρόγραμμα αυτό έχει γραφεί σε γλώσσα μηχανής assembly. Επειδή δεν έχει νόημα η ανάλυση εντολή εντολή της λειτουργίας θα περιγράψουμε τη λειτουργία αυτού του προγράμματος χρησιμοποιώντας ένα απλοποιημένο κύκλωμα (ένα ισοδύναμο κύκλωμα το οποίο έχει συνδεμένους έξι μικροϋπολογιστές) (Εικόνα παραρτήματος 20). Σε πρώτη φάση ο χρήστης θα πρέπει να συνδέσει τους κύβοι εντολές τον ένα με τον άλλο, είναι σαν να συνδέει του μικροϋπολογιστές τον έναν με τον άλλο. Αφού τελειώσει με τη σύνταξη του προγράμματος, με τους κύβους εντολές, θα πρέπει ο χρήστης να πατήσει τον μοναδικό διακόπτη του συστήματος που είναι συνδεμένος με τη βάση. Ο διακόπτης αυτός είναι το κουμπί εκτέλεσης, το σήμα από τον διακόπτη φτάνει στον πρώτο κύβο εντολή, ο πρώτος κύβος αναπαράγει το σήμα και το μεταφέρει στο κύβο 2 ο 2 στον 3 κ.λπ. Το σήμα τελικά φτάνει στον κύβο 6. Η παραγωγή του σήματος γίνεται από το pin B7 και η λήψη από το Β3. Το σήμα Run όταν φτάσει σε κάθε έναν από τους κύβους, τους αλλάζει κατάσταση και ο κάθε κύβος εντολή ανιχνεύει αν είναι ο τελευταίος στην αλυσίδα που έχει φτιαχτεί. Ο έλεγχος του ποιος είναι ο τελευταίος στη λίστα γίνεται από το pin Β6 ενώ η μετάδοση της σκυτάλης του τελευταίου γίνεται από το pin Β2. ο κύβος 6 είναι αυτός που θα ανιχνεύσει ότι βρίσκεται στο τέλος της αλυσίδας. Ο κύβος 6 τότε δηλώνει στο 5 ότι θέλει να στείλει δεδομένα (η δήλωση γίνεται από το pin Β1). Όταν ο 5 διαβάσει την πρόθεση του 6 να στείλει δεδομένα, από το pin Β4, γνωστοποιεί στο 6 ότι είναι έτοιμος να λάβει (η επικοινωνία της γνωστοποίησης αυτής γίνεται από τα pin 157