Αλγοριθμικές δομές επανάληψης - Όσο συνθήκη... επανάλαβε

Transcript

1 ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ Κοκκαλάρα Μαρία 1. ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ 1.1 Τίτλος διδακτικού σεναρίου Αλγοριθμικές δομές επανάληψης - Όσο συνθήκη... επανάλαβε 1.2. Εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές Το σενάριο αφορά τις γνωστικές περιοχές της Πληροφορικής(Ανάπτυξη εφαρμογών σε προγραμματιστικό περιβάλλον) της Γ τάξης του Γενικού Λυκείου Τάξεις στις οποίες απευθύνεται Γ τάξη Γενικού Λυκείου 1.4 Συμβατότητα με το Α.Π.Σ. και το Δ.Ε.Π.Π.Σ. Το εκπαιδευτικό σενάριο σχετίζεται άμεσα τόσο με το Διαθεματικό Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών (Δ.Ε.Π.Π.Σ.) για την Πληροφορική, όσο και με το Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών (Α.Π.Σ.) του Γενικού Λυκείου όπου οι μαθητές θα μπορούν να εφαρμόζουν τεχνικές σχεδίασης και ανάπτυξης αλγορίθμων χρησιμοποιώντας τις επαναληπτικές δομές. Η εξοικείωση των μαθητών με τις τεχνικές αυτές στοχεύουν στην συνθετική ανάλυση προβλημάτων που αντιμετωπίζουν στην καθημερινή τους ζωή ώστε να μπορούν να τα επιλύσουν, οξύνοντας ταυτόχρονα την κριτική σκέψη και την αναλυτική ικανότητά τους. Το σενάριο θα διδαχθεί σε μαθητές της Γ τάξης του Γενικού Λυκείου, στο πλαίσιο του μαθήματος Ανάπτυξη εφαρμογών σε προγραμματιστικό περιβάλλον. Επίσης το παρόν σενάριο θα μπορούσε να εφαρμοστεί στην Α' και Β τάξης Γενικού Λυκείου στα μαθήματα επιλογής Εφαρμογές Υπολογιστών και Εφαρμογές Πληροφορικής Οργάνωση της διδασκαλίας & απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή Οργάνωση της Διδασκαλίας Το μάθημα θα πραγματοποιηθεί στο σχολικό εργαστήριο πληροφορικής. Οι μαθητές θα εργαστούν ομαδικά ανά δυο παιδιά σε κάθε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Οι μαθητές χρησιμοποιώντας τον Διερμηνευτή της γλώσσας θα κληθούν να επιλύσουν προβλήματα που περιλαμβάνουν αλγοριθμικές δομές επανάληψης χρησιμοποιώντας το λογισμικό με βάση φύλλα δραστηριοτήτων. 1

2 Γνωστικά Προαπαιτούμενα Οι μαθητές θα πρέπει ήδη να γνωρίζουν το προγραμματιστικό περιβάλλον του διερμηνευτή της γλώσσας έχοντας ήδη πραγματοποιήσει σχετικές δραστηριότητες χρησιμοποιώντας τις ακολουθιακές δομές και τις δομές επιλογής ώστε να επιλύουν προβλήματα που αντιμετωπίζουν καθημερινά. Επίσης έχουν εισαχθεί στην 'Όσο συνθήκη...επανάλαβε πραγματοποιώντας φύλλα δραστηριοτήτων που αφορούν τη σωστή σύνταξη της δομής καθώς και αρχικοποιήσεις μετρητών-αθροιστών. θα πρέπει να τονίσουμε ότι συνάμα με την αναπαράσταση των διαφόρων προβλημάτων σε αλγόριθμο, οι μαθητές γνωρίζουν ήδη και τις βασικές αρχές υλοποίησης των παραπάνω προβλημάτων σε μια γλώσσα προγραμματισμού(δημιουργία προγράμματοςδιαφορές αλγορίθμου-προγράμματος). Οι υπόλοιπες δεξιότητες αποκτώνται σταδιακά με τη χρήση του λογισμικού προγραμματισμού. Απαιτούμενη Υλικοτεχνική Υποδομή Για την διδασκαλία του σεναρίου απαιτούνται: εργαστήριο πληροφορικής, στο οποίο θα πρέπει να έχει εγκατασταθεί το λογισμικό Διερμηνευτής της Γλώσσας βιντεοπροβολέας, ώστε να μπορεί ο εκπαιδευτικός να προβάλλει το περιβάλλον του Διερμηνευτής της Γλώσσας 1.6 Σκοπός και Διδακτικοί Στόχοι Σκοπός του σεναρίου είναι οι μαθητές να μπορούν να αναγνωρίσουν τη σημασία της δομής επανάληψης, γιατί χρησιμοποιείται, που χρησιμοποιείται και με ποιον τρόπο αλλά και πως θα μπορούν να σχεδιάζουν και να αναπτύσσουν επαναληπτικές αλγοριθμικές δομές που να επιλύουν προβλήματα της καθημερινής τους ζωής βλέποντας τα αποτελέσματα άμεσα και κωδικοποιημένα στον υπολογιστή σε μορφή ψευδογλώσσας. Οι Διδακτικοί Στόχοι του σεναρίου είναι: Α. Ως προς το γνωστικό αντικείμενο Οι μαθητές να διακρίνουν την αναγκαιότητα χρήσης της δομής επανάληψης(όσο... επανάλαβε...τέλος_επανάληψης) 2

3 Οι μαθητές να συντάσσουν σωστά τέλος επανάληψης) την παραπάνω δομή επανάληψης{όσο... Να μπορούν οι μαθητές να αντιληφθούν την αναγκαιότητα της αρχικοποίησης των μεταβλητών-μετρητών Οι μαθητές να διακρίνουν τον ατέρμων βρόγχο Οι μαθητές να μπορούν να αντιληφθούν λάθη παρανοήσεως, συντακτικά αλλά και λογικά λάθη που οδηγούν στην αδυναμία εκτέλεσης των προγραμμάτων Β. Ως προς τη χρήση των νέων τεχνολογιών Να μπορούν οι μαθητές να αναπαριστούν ένα πρόβλημα που εμπεριέχει δομές επανάληψης κωδικοποιημένο σε γλώσσα βλέποντας τα αποτελέσματα άμεσα στον υπολογιστή Να εξοικειωθούν με τη χρήση ΤΠΕ Γ. Ως προς τη μαθησιακή διαδικασία Να μπορούν οι μαθητές να δουλεύουν ομαδοσυνεργατικά 1.7 Εκτιμώμενη διάρκεια 1 διδακτική ώρα 1.8 Διδακτική προσέγγιση Θεωρητική προσέγγιση Υιοθετούμε τις βασικές ιδέες του Piaget και του Papert: «Ο διδάσκων οφείλει να δημιουργεί κατάλληλες συνθήκες για να μπορέσουν οι μαθητές να οικοδομήσουν τις γνώσεις τους». Το σενάριο είναι θεμελιωμένο στην θεωρία μάθησης του εποικοδομητισμού διότι ο μαθητής χτίζει την γνώση του ανιχνεύοντας, διερευνώντας και αλληλεπιδρώντας οπτικά με τις βασικές εντολές της γλώσσας προγραμματισμού του Διερμηνευτή της Γλώσσας δημιουργώντας απλά αλλά και σύνθετα προγράμματα. Σύμφωνα με τον Vygotsky η κοινωνική αλληλεπίδραση προκαλεί αλλαγές στη σκέψη και στη συμπεριφορά των παιδιών. Η ανάπτυξη των παιδιών εξαρτάται από τις αλληλεπιδράσεις του με άλλους ανθρώπους, και της διαδικασίας της μάθησης που συντελείται μέσου της αλληλεπίδρασης του παιδιού με κάποιο άτομο που διαθέτει περισσότερες γνώσεις είτε είναι ο γονέας, ο δάσκαλος είτε κάποιος συνομήλικος του. Οι κοινωνικές αλληλεπιδράσεις παίζουν ένα βασικό ρόλο τόσο στην κατανόηση της γνώσης και στην απόκτηση δεξιοτήτων όσο και στην κοινωνικο-γνωστική ανάπτυξη των 3

4 παιδιών. Οι έρευνες των Doise, Mugny(1981) και Perret- Clermont (1980) υπογράμμισαν ξεκάθαρα την εμβέλεια των κοινωνικών αλληλεπιδράσεων. Σε αυτές τις έρευνες τα παιδιά παρουσίασαν μεγαλύτερη πρόοδο όταν αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους ενώ έλυναν προβλήματα, απ ότι όταν έλυναν προβλήματα δουλεύοντας ατομικά. Ακόμη πιο σημαντικό είναι το εύρημα ότι η πρόοδος της γνωστικής τους ανάπτυξης παρέμεινε σταθερή στο χρόνο, καθώς διατήρησαν τις επιδόσεις τους όταν ρωτήθηκαν ξανά μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα ακόμα και όταν εργάστηκαν ατομικά. Μεθοδολογική προσέγγιση Αφού γίνει μια σύντομη επανάληψη της 1ης μορφής της δομής επανάληψης που εξετάζεται σύμφωνα με το ΑΠΣ/ΔΕΠΠΣ και πριν παραδοθούν τα φύλλα δραστηριότητας στους μαθητές, θα δώσουμε το παρακάτω σενάριο στους μαθητές που προσομοιώνει την πραγματική ζωή προκειμένου να ενεργοποιηθεί το ενδιαφέρον τους και να προκαλέσουν από μόνοι τους κίνητρα για μάθηση. «Θεωρείστε ότι 5 μαθητές από το σύνολο της τάξης εργάζεστε ως σερβιτόροι σε μία μεγάλη καφετέρια. Ο κάθε σερβιτόρος έχει ένα συγκεκριμένο χώρο εξυπηρέτησης πελατών και ένα φορητό μηχανάκι όπου καταχωρούνται οι παραγγελίες που παίρνουν κάθε φορά. Η συγκεκριμένη καφετέρια έχει μια ιδιαιτερότητα. Σερβίρει μόνο καφέ και ειδικότερα τα είδη: φραπέ (Φ) και καπουτσίνο (Κ). Η τιμή του φραπέ είναι 3 ενώ του καπουτσίνου 4. Να γραφεί αλγόριθμος ο οποίος θα διαβάζει το είδος του καφέ, θα καταχωρείται η παραγγελία στο σύστημα και θα εξάγει την απόδειξη που αντιστοιχεί για την κάθε παραγγελία. Σε περίπτωση που στο αυτόματο μηχάνημα εισαχθεί κάποια άλλη ένδειξη, τότε θα μπλοκάρει και θα σταματά. Στο τέλος ο αλγόριθμος θα εμφανίζει το συνολικό τζίρο που έκαναν και οι 5 σερβιτόροι αλλά και τον τζίρο του κάθε σερβιτόρου χωριστά». Οι δραστηριότητες διδασκαλίας, εμπέδωσης και αξιολόγησης του αντικειμένου γίνονται με τους μαθητές ανά δύο να δουλεύουν στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας τον Διερμηνευτή της Γλώσσας. Ο χωρισμός των μαθητών έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε ο καλύτερος να συνεργάζεται με τον ασθενέστερο προκειμένου ο ασθενέστερος να αντλήσει περισσότερες πληροφορίες. Έπειτα μοιράζονται στους μαθητές τα φύλλα δραστηριότητας (εμπέδωσης) έτσι ώστε να διαπιστώσουμε αν οι μαθητές έχουν κατακτήσει τη γνώση χρησιμοποιώντας όπου είναι απαραίτητο τον Διερμηνευτή της Γλώσσας. 2.1 Διδακτική προσέγγιση με ΤΠΕ 4

5 Οι ΤΠΕ εγείρουν το ενδιαφέρον των μαθητών και δίνουν αφ ενός την ευκαιρία άσκησης της κρίσης και της δημιουργικότητας τους και αφ ετέρου την ευκαιρία στο δάσκαλο να παρακινήσει τους μαθητές σε μια αμφίδρομη σχέση αλληλεπίδρασης μαθητή λογισμικού. Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ είναι ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης αλγορίθμων σε μορφή ψευδοκώδικα, ειδικά σχεδιασμένο για τη ΓΛΩΣΣΑ προγραμματισμού που διδάσκεται στα πλαίσια του μαθήματος Ανάπτυξη εφαρμογών σε προγραμματιστικό περιβάλλον (ΑΕΠΠ) της Γ Γενικού Λυκείου. Είναι εγκεκριμένος από το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο ως κατάλληλος για εργαστηριακή χρήση στη Β/θμια εκπαίδευση και έχει διατεθεί σε όλα τα σχολεία μέσω του πακέτου Αλγοριθμική και Προγραμματισμός του ΥΠΕΠΘ. Το περιβάλλον «Γλώσσα» έχει απλή διεπιφάνεια χρήστη και απλό συντάκτη που διευκολύνει τη συγγραφή κώδικα. Επιτρέπει τη βηματική εκτέλεση προγραμμάτων και αλγορίθμων και επισημαίνει τα λάθη που εμφανίζονται με περιγραφικό και κατανοητό τρόπο. Μπορεί να δράσει συμπληρωματικά με το μάθημα και να υποβοηθήσει τη διεξαγωγή του σεναρίου. Παρακολουθώντας και πιθανώς μεταβάλλοντας τις τιμές των μεταβλητών για οποιοδήποτε υποπρόγραμμα, ο μαθητής μπορεί να επέμβει στη ροή εκτέλεσης του προγράμματος, ανακαλύπτοντας και διορθώνοντας έτσι τυχόν λογικά λάθη του αλγορίθμου. Ο Διερμηνευτής προειδοποιεί όταν κατά την εκτέλεση γίνεται χρήση κάποιας μη αρχικοποιημένης μεταβλητής. Μάλιστα, εμφανίζεται μήνυμα λάθους εκτέλεσης ακόμα και όταν ξεχάσουμε να αναθέσουμε τιμή σε μια συνάρτηση. Σε μερικές περιπτώσεις ένα πρόγραμμα μπορεί να πέσει σε άπειρο βρόχο (endless loop) - για παράδειγμα αν παραλείψουμε να μεταβάλλουμε το μετρητή σε μία εντολή Όσο. Σε αυτή την περίπτωση ο Διερμηνευτής εμφανίζει ένα προειδοποιητικό μήνυμα. Οι δραστηριότητες αξιοποίησης εφαρμογών των ΤΠΕ πραγματοποιούνται σε ένα ομαδοσυνεργατικό πλαίσιο διδασκαλίας (ομαδοσυνεργατική-διερευνητική μάθηση) καθώς μας ενδιαφέρει η απόδοση των μαθητών στα πλαίσια της ετερογένειάς τους (Σαλβαράς και Σαλβαρά, 2007) να είναι προϊόν προσωπικής και συλλογικής προσπάθειας, που σημαίνει να μαθαίνει τόσο ο μεμονωμένος μαθητής όσο και ολόκληρη η σχολική τάξη. 5

6 O εκπαιδευτικός λειτουργεί ως σύμβουλος και συνεργάτης των μαθητών, είναι εμψυχωτής, οργανωτής και διευκολυντής σε όλη τη μαθησιακή διαδικασία. 2.2 Το προτεινόμενο σενάριο Με την έναρξη του μαθήματος ο καθηγητής ζητά από τους μαθητές να μιλήσουν για την εμπειρία τους σχετικά με περιπτώσεις δομών επανάληψης από παραδείγματα μέσα από τη ζωή και την αξιοποίησή τους κατά την εκπαιδευτική διαδικασία. π.χ. «να δίνω μέχρι 3 φορές ένα Pin για να ανοίξω το κινητό μου και να εμφανίζει το μήνυμα καλώς ήρθατε ή αν κάνω λάθος 3 φορές το μήνυμα κλειδώθηκε» Στη συνέχεια, με τη βοήθεια του βιντεοπροβολέα προβάλει τους στόχους και παρουσιάζει τις δυνατότητες που παρέχουν οι επαναληπτικές δομές και το πως μπορούν να τις χρησιμοποιήσουν οι μαθητές στην επίλυση σχετικών αλγοριθμικών προβλημάτων. Διεξάγεται συζήτηση με στοιχεία καταιγισμού ιδεών και οι μαθητές ενθαρρύνονται να διατυπώσουν όποια ιδέα τους έρχεται στο μυαλό ακόμα και αν αυτή φαντάζει απραγματοποίητη. Δε γίνεται κριτική όσο παρουσιάζονται οι ιδέες ωστόσο οι μαθητές θα κληθούν αργότερα να τις εξηγήσουν. Κατόπιν τους δίνεται ένα σενάριο από την καθημερινή ζωή όπως περιγράφηκε παραπάνω προκειμένου να κατανοήσουν τη σημαντικότητα των δομών επανάληψης. Τονίζουμε ότι ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι καθοδηγητικός και συντονιστικός. Στη συνέχεια δίνεται στους μαθητές τα Φύλλα Εργασίας (βλ. παρακάτω) για να διαπραγματευθούν τις αντίστοιχες δραστηριότητες όπου θα συνεργασθούν ανά δύο προκειμένου να τις διεκπεραιώσουν. 2.3 Προτεινόμενες δραστηριότητες Θα χρησιμοποιηθούν τρία(3) Φύλλα Εργασίας που περιλαμβάνουν δραστηριότητες που αφορούν εμφανίσεις τιμών, πόσες φορές θα εκτελεστεί η επανάληψη, αρχικοποιήσεις μετρητών καθώς και λάθη συντακτικά και λογικά όπου με τη βοήθεια του Διερμηνευτή θα προσπαθήσουν να τα διορθώσουν. Α. 1 η διδακτική ώρα 2.4 Αξιολόγηση Η αξιολόγηση των μαθητών θα πραγματοποιηθεί στο τέλος της διδακτικής ώρας με τα παραπάνω Φύλλα εργασίας στα οποίο θα ληφθούν υπόψη : α) αν ο μαθητής κατάλαβε την όσο...επανάλαβε και πότε τελειώνει η επανάληψη, β) αν ο μαθητής μπόρεσε να διαχειριστεί εντολές επανάληψης (μονή αλλά και διπλή συνθήκη καθώς επίσης και 6

7 συνθήκες επιλογής μέσα στην επανάληψη), γ) αν οικοδομήθηκε η έννοια της αρχικοποίησης. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκε η παρακάτω σχάρα που στοχεύει στο αν και κατά πόσο επιτεύχθηκαν οι στόχοι του σεναρίου: Ο/η μαθητής/τρια κατάλαβε την όσο...επανάλαβε και πότε τελειώνει η επανάληψη; Ο/η μαθητής/τρια μπόρεσε να διαχειριστεί εντολές επανάληψης (μονή αλλά και διπλή συνθήκη καθώς επίσης και συνθήκες επιλογής μέσα στην επανάληψη); Οικοδομήθηκε η έννοια της αρχικοποίησης; Ναι Όχι Αρκετά Ναι Όχι Αρκετά Ναι Όχι Αρκετά 3. Βιβλιογραφία Λαζαρίνης, Φ.(2003) Ανάπτυξη Εφαρμογών σε προγραμματιστικό περιβάλλον, Αθήνα:ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ Θ.Σκυλογιάννης-Σ.Στέργου, στο 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Διδακτική της Πληροφορικής», Αθήνα, 9-11 Απριλίου

8 8