11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Χορεύοντας με το ρομπότ

Transcript

1 11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Χορεύοντας με το ρομπότ Παναγιώτης Γεωργάλας Καθηγητής Πληροφορικής, 5 ο Γυμνάσιο Ηρακλείου Αττικής Περίληψη Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μία πρωτότυπη διδασκαλία που συνδυάζει προγραμματισμό κινητών συσκευών και ρομποτική. Στόχος είναι η χρήση δυνατοτήτων δύο διαφορετικών συσκευών ώστε να παραχθεί ένα πρωτότυπο αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα, αναπτύσσεται μία εφαρμογή που δίνει την αίσθηση πως το ρομπότ ακολουθεί τις κινήσεις ενός ανθρώπου. Για την υλοποίησή της, προγραμματίζεται ένα ρομπότ Lego Mindstorms EV3 να παρακολουθεί τις μεταβολές του αισθητήρα προσανατολισμού μιας κινητής συσκευής με το σύστημα Android, κάνοντας αντίστοιχες κινήσεις. Η διάρκεια της διδασκαλίας είναι δύο διδακτικές ώρες και σχεδιάστηκε για να υλοποιηθεί στη Γ τάξη του Ημερήσιου Γυμνασίου στο μάθημα της Πληροφορικής. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε κατά την ανάπτυξη της εφαρμογής είναι το App Inventor. Από τα αποτελέσματα φάνηκε ότι οι μαθητές έδειξαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για αυτό το λογισμικό τελευταίας γενιάς, κατάφεραν να ανταποκριθούν πλήρως στις ανάγκες του σεναρίου και πολλοί από αυτούς πρότειναν δικές τους λύσεις και επεκτάσεις. Λέξεις κλειδιά: App Inventor, Ρομποτική, Αισθητήρας προσανατολισμού Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει φανερό πως η διδασκαλία του προγραμματισμού Η/Υ μέσω γλωσσών γενικού σκοπού δυσκολεύει τους αρχάριους προγραμματιστές, καθώς συνήθως διαθέτουν μεγάλο ρεπερτόριο εντολών και σύνθετη σύνταξη. Για το λόγο αυτό, έχουν αναπτυχθεί εκπαιδευτικά εργαλεία με περιορισμένο ρεπερτόριο εντολών, που διαθέτουν απλή σύνταξη και σημασιολογία, ενώ παράλληλα παρέχουν εύκολη οπτική/ηχητική προσομοίωση εκτέλεσης των προγραμμάτων (Ξυνόγαλος κ.α., 2000). Στη Γ Γυμνασίου οι μαθητές έρχονται σε επαφή με τον προγραμματισμό μέσω κάποιας έκδοσης της Logo (Αράπογλου κ.α., 2007). Οι περισσότεροι εκπαιδευτικοί επιλέγουν να διδάξουν πακέτα όπως το Microworlds Pro, δεδομένου πως είναι βασισμένο σε αυτό το σχολικό βιβλίο. Σε πολλά σχολεία οι εκπαιδευτικοί επιλέγουν να χρησιμοποιήσουν κάποια διαφορετικά Logo-like περιβάλλοντα. Ιδιαίτερη μνεία πρέπει να γίνει σε αυτά που καλούν τους μαθητές να αναπτύξουν εφαρμογές μέσα από ένα οπτικό περιβάλλον προγραμματισμού (Scratch, BYOB). Με τη βοήθεια ενός τέτοιου προγραμματιστικού περιβάλλοντος οι μαθητές αποφεύγουν τα συντακτικά λάθη, καθώς όλες οι εντολές βρίσκονται σε πλακίδια τα οποία μεταφέρουν στην οθόνη με την τεχνική (drag and drop). Με τον συγκεκριμένο τρόπο εργασίας, ελαχιστοποιούνται τα συντακτικά λάθη και οι μαθητές μένουν ευκολότερα προσηλωμένοι στον στόχο τους. Τα τελευταία χρόνια εμφανίζεται μία εκρηκτική ανάπτυξη των εφαρμογών για έξυπνα τηλέφωνα (smartphones). Το λειτουργικό σύστημα που τείνει να επικρατήσει σε αυτήν την κατηγορία είναι το Android. Για την πλατφόρμα αυτή έχουν δημιουργηθεί πληθώρα εφαρμογών και παιχνιδιών. Αυτή η ταχύτατη εξέλιξη της τεχνολογίας, δημιούργησε την ανάγκη δημιουργίας νέων γλωσσών προγραμματισμού, προσανατολισμένων στην εύκολη ανάπτυξη εφαρμογών για κινητές συσκευές. Το 2010 παρουσιάστηκε από το πανεπιστήμιο MIT, για εκπαιδευτική χρήση σε μικρές ηλικίες, η γλώσσα προγραμματισμού App Inventor (ΑΙ). Στη συνέχεια υποστηρίχθηκε και εξελίχθηκε μέσω της Google ως λογισμικό ανοικτού κώδικα για δημόσια χρήση. Το ΑΙ έχει πλέον καθιερωθεί διεθνώς ως ένα εκπαιδευτικό διαδικτυακό οπτικό περιβάλλον προγραμματισμού με πλακίδια (blocks). Η εκτέλεση των εφαρμογών μπορεί να γίνει είτε σε προσομοιωτή (emulator) είτε να φορτωθεί και να εκτελεστεί Πρακτικά Εργασιών 11 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Καθηγητών Πληροφορικής, Χαλκίδα 5-7 Μαΐου 2017

2 2 11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής απευθείας σε ένα smartphone με τη βοήθεια QR Code. Το 2014 βγήκε η νέα έκδοση App Inventor 2 (AI2). Σύμφωνα με τους Hsu, Rice, & Dawley (2012), το App Inventor σε σχέση με άλλα περιβάλλοντα διαθέτει αρκετά πλεονεκτήματα για τη διδασκαλία του προγραμματισμού, όπως: Εύκολο περιβάλλον στη χρήση που παρέχει πολλές δυνατότητες. Χρησιμοποιεί ένα μοντέλο αντικειμενοστραφούς οπτικού προγραμματισμού και δομές καθοδηγούμενες από γεγονότα (event-driven). Παρέχει επιπλέον κίνητρα στους μαθητές σε σχέση με περιβάλλοντα όπως το Scratch λόγω της φορητότητας και της πρακτικής χρήσης των εφαρμογών που δημιουργούνται. Η εκτέλεση των προγραμμάτων σε emulator (προσομοιωτή), κάνει σε πολλές περιπτώσεις μη απαραίτητη τη χρήση πολλών συσκευών για τις δοκιμές σε μια σχολική τάξη, Υποστηρίζεται από μεγάλους οργανισμούς, όπως η Google και το MIT. Στην Ελλάδα, το περιβάλλον του App Inventor γίνεται όλο και πιο δημοφιλές στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Θεωρείται ότι κεντρίζει το ενδιαφέρον και κρατάει σε υψηλά επίπεδα το κίνητρο των μαθητών. Αυτό γίνεται λόγω του ελκυστικού περιβάλλοντος και της φύσης των συσκευών στις οποίες απευθύνεται (Παπαδάκης κ.α., 2013). Για τους παραπάνω λόγους τείνει να αποτελέσει μία καλή επιλογή γλώσσας προγραμματισμού, τόσο στο Λύκειο όσο και στη Γ Γυμνασίου. Οι νέες κινητές συσκευές διαθέτουν πληθώρα αισθητήρων, οι οποίοι μπορούν να προγραμματιστούν μέσω του App Inventor. Ένας από αυτούς είναι ο αισθητήρας προσανατολισμού (orientation sensor) που χρησιμοποιείται στο παρόν σενάριο. Τα τελευταία χρόνια, το εκπαιδευτικό πλαίσιο STEM (Science, Technology Engineering and Mathematics) έχει κερδίσει σημαντικό έδαφος στην εκπαίδευση. Μία από τις δημοφιλείς εφαρμογές του είναι τα εκπαιδευτικά ρομπότ. Έχουν την τάση να απευθύνονται σε όλο και μικρότερες ηλικίες, αυξάνοντας συνεχώς οι δυνατότητές τους, ενώ παράλληλα από χρόνο σε χρόνο, μειώνεται το κόστος τους. Σε αυτήν την κατεύθυνση, έχει αρχίσει να γίνεται πιλοτικά η εισαγωγή της εκπαιδευτικής ρομποτικής στα σχολεία. Πρόσφατες έρευνες (Alimisis, 2013) δείχνουν ότι μέσω της ρομποτικής οι μαθητές βελτιώνουν τις επικοινωνιακές και συνεργατικές τους δεξιότητες, ενώ ταυτόχρονα αναπτύσσουν τη δημιουργική τους σκέψη και την ικανότητά τους να λύνουν προβλήματα. Το App Inventor, υποστήριζε, μέχρι 2016, μόνο τα ρομπότ Lego Mindstorms NXT. Στην τελευταία του έκδοση όμως, υποστηρίζει και τον προγραμματισμό των νεότερων ρομπότ Lego Mindstorms EV3. Η παρούσα εργασία αξιοποιεί συνδυαστικά το App Inventor και ένα ρομπότ Lego Mindstorms EV3, για την κατασκευή μιας εφαρμογής που παρέχει επαυξημένες δυνατότητες στο ρομπότ. Ένα επιπλέον εκπαιδευτικό εργαλείο που αξιοποιήθηκε στο τελικό στάδιο αυτής της εκπαιδευτικής απόπειρας, είναι τα Wikis. Μέσω αυτού του εργαλείου του Web 2.0, οι μαθητές μπορούν να εισέλθουν σε μία ασφαλή πλατφόρμα και να καταθέσουν τη γνώμη και τη συνεισφορά τους για κάποιο θέμα. Το χαρακτηριστικό είναι ότι οι αλλαγές καταγράφονται άμεσα και γίνονται ορατές απ όλους. Έρευνες δείχνουν ότι ποικίλες δραστηριότητες παρουσίασης και αξιολόγησης μπορούν να διευκολυνθούν και να επιταχυνθούν με τη χρήση wiki (Kussmaul, 2011). Η εμπειρία στην Ελλάδα δείχνει ότι με τον κατάλληλο εκπαιδευτικό σχεδιασμό, τα εκπαιδευτικά wikis, καθώς και άλλα εργαλεία αυτής της κατηγορίας, όπως τα ιστολόγια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά από τους μαθητές ως εργαλεία διερεύνησης, αλληλεπίδρασης και κοινωνικής οικοδόμησης της γνώσης (Αγγέλαινα & Τζιμογιάννης, 2010). Μεθοδολογία Οι σύγχρονες εκπαιδευτικές τάσεις, κρίνουν αναγκαία τη διαμόρφωση ενός μαθησιακού περιβάλλοντος που να εφοδιάζει τον εκπαιδευόμενο με γνώσεις και δεξιότητες, οι οποίες θα του επιτρέψουν να ανταποκριθεί στις αυξανόμενες ανάγκες της σύγχρονης κοινωνίας (Κόμης, 1998). Με βάση το μοντέλο του εποικοδομητισμού, οι μαθητευόμενοι πρέπει να έχουν την ευκαιρία να δημιουργούν δικές τους αναπαραστάσεις με ποικίλο περιεχόμενο που να εντάσσεται στο ευρύτερο κοινωνικό περιβάλλον. Η συγκεκριμένη διαδικασία της βιωματικής μάθησης είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα παιδιά της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης. Μέσω της βιωματικής μάθησης, τα παιδιά αναπτύσσουν

3 Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Σύγχρονες Διδακτικές Προσεγγίσεις 3 τόσο τις συναισθηματικές όσο και τις φυσικές τους δεξιότητες (Kritzenberger, et al., 2002). Τόσο το περιβάλλον της γλώσσας προγραμματισμού App Inventor όσο και τα εκπαιδευτικά ρομπότ ενισχύουν τη δημιουργική ανακάλυψη και τον συνεχή πειραματισμό από τη μεριά των μαθητών. Επίσης ξεφεύγουν από το αυστηρό εκπαιδευτικό πλαίσιο και προσδίδουν στη μάθηση έναν ιδιαίτερα παιγνιώδη χαρακτήρα. Παράλληλα, η χρήση μεθόδων συνεργατικής μάθησης, είτε στην κλασική της μορφή είτε με τη βοήθεια υπολογιστή, παρουσιάζει πολλά εκπαιδευτικά οφέλη. Ως τέτοια αναφέρονται η ταχύτερη αύξηση γνώσεων και εμπειριών, η ανάπτυξη της κριτικής σκέψης, η επιτάχυνση της μάθησης και η δυνατότητα να βλέπουν οι μαθητές θέματα από πολλές διαφορετικές σκοπιές. Επίσης, έχει σημαντικό κοινωνικό και συναισθηματικό αντίκτυπο. Ειδικότερα, βοηθάει τη μάθηση μέσα από ένα χαλαρό και διασκεδαστικό περιβάλλον, αναπτύσσει την κοινωνικότητα βοηθώντας τους μαθητές να αποκτήσουν καινούργιους φίλους και αυξάνει την υπευθυνότητά τους, αφού πλέον αυτοί δε λειτουργούν αυτόνομα, αλλά ως μέλη μιας ευρύτερης ομάδας. Η παρουσία του εκπαιδευτικού με ρόλο συντονιστή κρίνεται σε κάθε περίπτωση απαραίτητη, ώστε να μην υπάρχουν καθυστερήσεις και σπατάλη χρόνου κατά τη διάρκεια του μαθήματος, να αποτρέπεται η έκφραση αρνητικών σχολίων μεταξύ συμμαθητών και να παρέχεται άμεση βοήθεια, ώστε κάποιοι μαθητές να μη μένουν πίσω (Gokhale, 1995). Για τον λόγο αυτό, θεωρείται πλεονέκτημα όταν οι μαθητές αναπτύσσουν εφαρμογές τόσο σε ζευγάρια όσο και σε ευρύτερες ομάδες και χρησιμοποιούν συνεργατικές εφαρμογές του Web 2.0. Σύμφωνα με τους γνωστικούς στόχους της διδασκαλίας, μετά το πέρας της οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση: Να κατανοούν τη χρήση του αισθητήρα προσανατολισμού μιας κινητής συσκευής. Να δημιουργούν μία σύνδεση Bluetooth μέσω του App Inventor. Να αναγνωρίζουν έννοιες και βασικά γεγονότα (events) του αισθητήρα προσανατολισμού. Να γνωρίζουν τις δυνατότητες ελέγχου των δύο μικρών κινητήρων του ρομπότ. Να οργανώνουν τη συνεργασία δύο διαφορετικών συσκευών (Έξυπνο τηλέφωνο/ρομπότ). Να αναγνωρίζουν το βαθμό κατάκτησης της νέας γνώσης. Οι επιμέρους δεξιότητες που πρέπει να αποκτήσουν οι μαθητές είναι: Να αναγνωρίζουν τις ειδικές κατηγορίες εντολών του App Inventor που σχετίζονται με τον αισθητήρα προσανατολισμού του κινητού. Να αναγνωρίζουν τις ειδικές κατηγορίες εντολών του App Inventor που σχετίζονται με τους κινητήρες του ρομπότ. Να αναγνωρίζουν τις ειδικές κατηγορίες εντολών του App Inventor που σχετίζονται με το Bluetooth. Να είναι σε θέση να συναρμολογούν ορθά τα πλακίδια του App Inventor συντάσσοντας εντολές ελέγχου των παραπάνω. Οι επιδιωκόμενες στάσεις των μαθητών είναι: Να αποδέχονται το περιβάλλον του App Inventor για την ανάπτυξη εφαρμογών που ελέγχουν το ρομπότ. Να συνεργάζονται με τους συμμαθητές τους για την ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων εναλλάσσοντας ρόλους οδηγού χειριστή. Να επιδεικνύουν ορθή συμπεριφορά ως προς τη χρήση smartphones και ρομπότ σε περιβάλλον τάξης, αναμένοντας τη σειρά τους για τις δοκιμές. Να αξιολογούν τις προτάσεις συμμαθητών τους σε ένα ομαδοσυνεργατικό περιβάλλον. Η διαδικασία της μάθησης που ακολουθείται στην εκπαιδευτική παρέμβαση, στηρίζεται την κατασκευαστική θεωρία της μάθησης των Piaget-Papert, αλλά και στον κοινωνικό εποικοδομισμό του Vygotsky. Πειραματική εφαρμογή Το συγκεκριμένο εκπαιδευτικό σενάριο εφαρμόστηκε σε τέσσερα τμήματα της Γ τάξης Γυμνασίου. Το δείγμα περιλάμβανε συνολικά 82 μαθητές και μαθήτριες. Σε ό,τι αφορά τους περιορισμούς της

4 4 11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής πειραματικής εφαρμογής, αξίζει να σημειωθεί ότι το σχολείο, είναι πλήρως εξοπλισμένο με τις νέες τεχνολογίες (διαδραστικό πίνακα, εργαστήριο πληροφορικής, ρομπότ), καθώς και με γρήγορη σύνδεση στο διαδίκτυο. Η διάρκεια αυτής της πρότυπης διδασκαλίας είναι δύο σχολικές ώρες. Ως προαπαιτούμενες γνώσεις, θεωρούμε δεδομένο ότι οι μαθητές είχαν ήδη εξοικειωθεί, τόσο με τον προγραμματισμό σε App Inventor, όσο και με τον προγραμματισμό του ρομπότ, μέσω της γλώσσας προγραμματισμού της Lego. Τα βήματα της διδασκαλίας ήταν τα ακόλουθα: Αρχικά, παρουσιάστηκε στην τάξη η ιδέα του σεναρίου με έναν πρωτότυπο, παιγνιώδη τρόπο, ακολουθώντας τη μέθοδο του μαύρου κουτιού. Ο εκπαιδευτικός, εκτελώντας το πρόγραμμα, έβαλε το ρομπότ να περιστρέφεται. Έχοντας κρυμμένο επάνω του το κινητό, άρχισε να στρίβει προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Κάθε φορά που άλλαζε κατεύθυνση, το ρομπότ, άλλαζε πορεία περιστροφής, ακολουθώντας την κίνησή του. Οι μαθητές κλήθηκαν να εξηγήσουν, πώς γίνεται το ρομπότ να ακολουθεί την κίνηση του εκπαιδευτικού. Αφού ακούστηκαν αρκετές απόψεις, ο εκπαιδευτικός εμφάνισε το κρυμμένο κινητό και εξήγησε συνοπτικά την ιδέα της εφαρμογής. Στη συνέχεια, ανιχνεύτηκαν προηγούμενες γνώσεις των μαθητών για τα επιμέρους διδακτικά αντικείμενα. Η σύντομη συζήτηση ξεκίνησε με τον ασύρματο τρόπο σύνδεσης συσκευών με τη βοήθειά του Bluetooth. Επίσης, έγινε παρουσίαση του αισθητήρα προσανατολισμού και της χρήσης του σε κινητές συσκευές, συνήθως ως πυξίδα. Τέλος, έγινε μία συνοπτική επανάληψη της κίνησης των μικρών κινητήρων του ρομπότ, οι οποίοι ελέγχουν τις δύο ρόδες του, σύμφωνα με τον συγκεκριμένο τρόπο συναρμολόγησής του. Μετά το τέλος της σύντομης συζήτησης, οι μαθητές εισήλθαν στο App Inventor και ξεκίνησε η ανάπτυξη της εφαρμογής. Το πρώτο κομμάτι περιλάμβανε τη σχεδίαση (Εικόνα 1) Εικόνα 1. Η σχεδίαση της εφαρμογής Τα ορατά αντικείμενα στη φόρμα είναι: Ένας επιλογέας λίστας (ListPicker) για τη σύνδεση του κινητού με το ρομπότ μέσω Bluetooth. Ένα κουμπί αποσύνδεσης από το Bluetooth. Αυτό το κουμπί πρέπει αρχικά είναι απενεργοποιημένο. Γίνεται ενεργό μόλις πραγματοποιηθεί η σύνδεση με το Bluetooth. Δύο βοηθητικές ετικέτες για να παρακολουθούν οι μαθητές την αλλαγή κατεύθυνσης του κινητού ως προς τον ορίζοντα. Τα μη ορατά αντικείμενα στην εφαρμογή είναι:

5 Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Σύγχρονες Διδακτικές Προσεγγίσεις 5 Ένα ρολόι (Clock1), το οποίο κάθε φορά που ενεργοποιείται π.χ. ανά 500/1000 του δευτερολέπτου, πρέπει να μετριέται η αλλαγή θέσης ως προς τον ορίζοντα. Ένας αισθητήρας προσανατολισμού (OrientationSensor1). Ο αισθητήρας είναι αρχικά απενεργοποιημένος ώστε να ξεκινάει η εφαρμογή τη στιγμή που επιθυμούμε. Δύο μοτέρ που ελέγχουν τις ρόδες του ρομπότ (Ev3Motors1, Ev3Motors2). Τα μοτέρ συνδέθηκαν στις υποδοχές B και C του ρομπότ. Ένας αισθητήρας Bluetooth (BluetoothClient1) για τη σύνδεση του κινητού με το ρομπότ. Μόλις τελείωσε η σχεδίαση της εφαρμογής στην ενότητα Designer, ακολούθησε ο προγραμματισμός στην ενότητα Blocks. Η εφαρμογή αναπτύχθηκε τμηματικά. Κάθε φορά που ολοκληρωνόταν ένα διακριτό τμήμα της εφαρμογής, οι μαθητές δημιουργούσαν μέσω του App Inventor ένα QR-Code και η εφαρμογή ανέβαινε στο κινητό όπου δοκιμαζόταν η χρήση της. Το πρώτο αντικείμενο που προγραμματίστηκε ήταν ο αισθητήρας Bluetooth (Εικόνα 2). Οι μαθητές, έμαθαν να εμφανίζουν τις διαθέσιμες συσκευές προς σύνδεση στη λίστα (ListPicker1). Σύμφωνα με τις προδιαγραφές της εφαρμογής, μόλις γίνεται σύνδεση με κάποια συσκευή, εμφανίζεται μόνιμα σε μία ετικέτα (Label1) το μήνυμα (Connected), γίνεται ενεργό το κουμπί της αποσύνδεσης και ενεργοποιείται ο αισθητήρας προσανατολισμού. Οι αντίστροφες ενέργειες γίνονται με το πάτημα του κουμπιού αποσύνδεσης (Disconnect). Αφού ολοκληρώθηκε αυτή η ενότητα, οι μαθητές έβγαλαν ένα QR-Code και δοκίμασαν τη σύζευξη με το ρομπότ. Έγινε επίσης και μία μικρή συζήτηση για το τι ενέργειες πρέπει να γίνουν αν το ρομπότ συνδέεται για πρώτη φορά με το ρομπότ μέσω Bluetooth, όπου πρέπει να εισάγεται ένας κωδικός. Εικόνα 2. Προγραμματισμός του Bluetooth Το επόμενο βήμα ήταν ο προγραμματισμός του αισθητήρα προσανατολισμού (Εικόνα 3). Δημιουργήθηκαν δύο μεταβλητές (az1 και az2) που αποθηκεύουν το αζιμούθιο (γωνία ως προς τον βορρά) κατά την αρχική και την τελική χρονική στιγμή. Αυτό γινόταν κάθε φορά που ενεργοποιείται το ρολόι (500/100 του δευτερολέπτου). Η χρονοκαθυστέρηση είναι αναγκαία ώστε να μην λαμβάνονται υπόψη μικρομεταβολές στη στροφή. Οι μαθητές έβγαλαν ένα QR-Code και δοκίμασαν το πρόγραμμα μέχρι αυτό το σημείο. Οι ενδείξεις του αισθητήρα προσανατολισμού στις δύο χρονικές στιγμές φαίνεται στις δύο ετικέτες (Label2 και Label3). Εικόνα 3. Προγραμματισμός του αισθητήρα προσανατολισμού

6 6 11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Το τελευταίο στάδιο ήταν ο προγραμματισμός του ρομπότ ώστε να ακολουθεί τις μεταβολές στην κατεύθυνση του κινητού. Πριν φτάσουν σε αυτό το σημείο, οι μαθητές κατά τον έλεγχο έκαναν μία σημαντική παρατήρηση. Είδαν συγκεκριμένα, πως ακόμα και αν η κινητή συσκευή παρέμενε σταθερή (π.χ. πάνω σε ένα θρανίο), εμφανίζονταν μικροαλλαγές στις ενδείξεις του αζιμούθιου λόγω τυχαίων παραγόντων. Αυτή η παρατήρηση οδήγησε στην ανάγκη ώστε να λαμβάνονται υπόψη στην απόφαση για την αλλαγή κατεύθυνσης, μόνο σημαντικές μεταβολές στο αζιμούθιο (π.χ. μεγαλύτερες από 10 μοίρες). Σε αυτήν την περίπτωση, μόλις το κινητό άλλαζε κατεύθυνση, σταματούσε ο ένας κινητήρας και ενεργοποιούταν ο άλλος. Με αυτόν τον τρόπο το ρομπότ έστριβε, αλλάζοντας κατεύθυνση. Η τελική μορφή του κώδικα φαίνεται στην Εικόνα 4. Οι μαθητές τελειώνοντας, δημιούργησαν, μέσω του περιβάλλοντος του App Inventor, ένα QR- Code και δοκίμασαν το πρόγραμμα μαζί με το ρομπότ. Στη συνέχεια ζητήθηκε από τους μαθητές να κάνουν μικρές παραλλαγές του προγράμματος, μεγαλώνοντας ή μικραίνοντας το όριο απόφασης για την αλλαγή κατεύθυνσης ή κάνοντας το ρομπότ να στρίβει γρηγορότερα ή αργότερα με βάση την ταχύτητα των κινητήρων του. Ως προβληματισμός για το σπίτι, ζητήθηκε από τους μαθητές να εισέλθουν στο Wiki του σχολείου, με τους κωδικούς που ήδη διέθεταν από προηγούμενες ασκήσεις και να προτείνουν δικές τους παραλλαγές ή προσθήκες στο πρόγραμμα. Οι καλύτερες προτάσεις π.χ. για ενεργοποίηση του μεγάλου κινητήρα με βάση την κατακόρυφη στροφή του κινητού ή την προσθήκη ήχων και εφέ συζητήθηκαν και αποφασίστηκε να υλοποιηθούν κάποιες από αυτές από όσους μαθητές είχαν στο σπίτι το αντίστοιχο ρομπότ ή στο εργαστήριο σε μεταγενέστερο χρόνο. Εικόνα 4. Η εφαρμογή ολοκληρωμένη Αποτελέσματα / Αξιολόγηση Η αξιολόγηση της διδασκαλίας έγινε με ηλεκτρονικά ερωτηματολόγια. Μετά το τέλος της διδασκαλίας, οι μαθητές κλήθηκαν, μέσω μίας φόρμας που δημιουργήθηκε από τον εκπαιδευτικό, με το εργαλείο Google Drive, να απαντήσουν σε συγκεκριμένες ερωτήσεις. Οι τρεις πρώτες είχαν σαν αντικείμενο την ευκολία χρήσης των νέων αντικειμένων ενώ η τελευταία μία μελλοντική επέκταση:

7 Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση Σύγχρονες Διδακτικές Προσεγγίσεις 7 Πίνακας 1. Ευκολία χρήσης νέων τεχνολογιών: Δείγμα 82 μαθητές (1:Πολύ Δύσκολο, 2:Δύσκολο, 3:Μέτριο, 4:Εύκολο, 5:Πολύ εύκολο) Σας φάνηκε εύκολος ο προγραμματισμός του Bluetooth; 1% 4% 10% 53% 32% Σας φάνηκε εύκολος ο προγραμματισμός του αισθητήρα 1% 1% 12% 48% 38% προσανατολισμού; Σας φάνηκε εύκολος ο προγραμματισμός των κινητήρων του 2% 3% 22% 28% 45% ρομπότ; Θέλετε να προγραμματίσουμε σε επόμενη άσκηση τον μεγάλο κινητήρα του ρομπότ; 7% 8% 15% 31% 39% Οι απαντήσεις των μαθητών στις ερωτήσεις του Πίνακα 1 φανερώνουν πως οι σημερινοί μαθητές της Γ Γυμνασίου είναι σε ιδιαίτερα υψηλό βαθμό εξοικειωμένοι με τις νέες τεχνολογίες και τον οπτικό προγραμματισμό μέσω των εργαλείων του App Inventor. Τέλος φάνηκε να είναι θετικοί στην ιδέα επέκτασης αυτών των δραστηριοτήτων συνεργασίας του κινητού με το ρομπότ και σε άλλες εφαρμογές. Συμπεράσματα Η εκπαιδευτική απόπειρα υλοποιήθηκε σε πολύ μεγάλο βαθμό σύμφωνα με το σχεδιασμό και τους στόχους της. Οι μαθητές ανταποκρίθηκαν πλήρως στις απαιτήσεις του σεναρίου και είχαν ενεργητική συμμετοχή σε όλα τα στάδια. Επίσης, είχε επιτυχία η εργασία τους σε ζεύγη ή ομάδες, καθώς κατάφεραν να ολοκληρώσουν τις δραστηριότητες μέσα στον προβλεπόμενο χρόνο. Παράλληλα, με τις προτάσεις και τις ιδέες τους, έδειξαν θετική συμπεριφορά στις συνεργατικές δραστηριότητες του Wiki. Οι απαντήσεις τους τόσο στο ηλεκτρονικό ερωτηματολόγιο, όσο και στο Wiki φανέρωσε ότι εμπέδωσαν ικανοποιητικά τις έννοιες του προγραμματισμού του Bluetooth, του αισθητήρα προσανατολισμού και των δύο μικρών κινητήρων του ρομπότ. Κάποια μικροπροβλήματα που παρατηρήθηκαν ήταν η χρονική στενότητα για τη διεκπεραίωση των δραστηριοτήτων σε σχέση με την πληθώρα των επιμέρους αντικειμένων που περιλάμβανε η διδακτική παρέμβαση, η τεχνική απαίτηση για άριστη λειτουργία του δικτύου, καθώς όλες οι φάσεις γίνονταν online και η ανάγκη για απρόσκοπτη συνεργασία της κινητής συσκευής με το ρομπότ, μέσω του Bluetooth. Για τον έλεγχο της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκαν δύο κινητές συσκευές που τις παρείχε ο εκπαιδευτικός. Σε περίπτωση ανασχεδιασμού, πιθανόν να γινόταν ιδιαίτερη προσπάθεια να υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός κινητών συσκευών, έτσι ώστε περισσότεροι μαθητές να έχουν τη δυνατότητα άμεσου ελέγχου της εφαρμογής. Επίσης, το γεγονός ότι το μάθημα είναι μονόωρο, έδειξε να δυσκολεύει την αλληλουχία των εννοιών και τους μαθητές να κρατήσουν τη συγκέντρωσή τους από ενότητα σε ενότητα. Με την υλοποίηση της διδακτικής πρότασης, βγήκαν κάποια πολύ χρήσιμα συμπεράσματα. Αρχικά, φάνηκε ότι το λογισμικό App Inventor μπορεί με τη βοήθεια κατάλληλων εκπαιδευτικών σεναρίων, να χρησιμοποιηθεί για τη διδασκαλία προγραμματισμού σε μαθητές Γυμνασίου, ακόμα και σε ειδικά θέματα. Λόγω της εφαρμογής του σε έξυπνα κινητά ή τάμπλετ, προκαλεί το ενδιαφέρον των μαθητών και τους δίνει επιπλέον κίνητρα για δημιουργική εξάσκηση στο σπίτι. Παράλληλα, οι μαθητές έρχονται σε επαφή με σύγχρονες έννοιες της πληροφορικής, όπως το QR-Code το Responsive Design κλπ. Από την εκτέλεση του σεναρίου, βγαίνει επίσης το συμπέρασμα πως είναι εφικτή η ανάπτυξη εφαρμογών που στοχεύουν στη συνεργασία διαφορετικών συσκευών στη διδασκαλία προγραμματισμού στη Γ Γυμνασίου. Επίσης γίνεται φανερό τόσο από την εφαρμογή στην τάξη όσο και από τις απαντήσεις, ότι κατάλληλα σχεδιασμένες εφαρμογές STEM μπορούν να εισάγουν με εύκολο και διασκεδαστικό τρόπο τους μαθητές σε νέα θέματα προγραμματισμού. Οι μαθητές με τα κατάλληλα κίνητρα μπορούν να είναι δημιουργικοί, να προτείνουν τις δικές τους ιδέες και να ασχοληθούν, στο μέτρο του δυνατού, με τον προγραμματισμό ηλεκτρονικών υπολογιστών και έξυπνων συσκευών στο σπίτι. Με αυτόν τον τρόπο το μάθημα γίνεται πιο σύγχρονο και ταυτόχρονα

8 8 11 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής ελκυστικότερο, δίνοντας κίνητρα ακόμα και σε μαθητές που δεν έχουν ως άμεσο στόχο να ασχοληθούν με την Πληροφορική στο άμεσο μέλλον. Βιβλιογραφία Alimisis, D. (2013). Educational robotics: Open questions and new challenges. Themes in Science and Technology Education, 6(1), Gokhale, A. A. (1995). Collaborative learning enhances critical thinking. Journal of Technology Education, 7(1), Hsu, Y-C., Rice, K., & Dawley, L. (2012). Empowering educators with Google's Android App Inventor: An online workshop in mobile app design. British Journal of Educational Technology, 43(1) E1- E5. Kritzenberger, H., Winkler, T. & Herczeg, M. (2002). Collaborative and constructive learning of elementary school children in experiental learning spaces along the virtuality continuum. Mensch & Computer 2002: Vom interaktiven Werkzeug zu kooperativen Arbeits-und Lernwelten. Kussmaul, C. (2011). Wikis for Education. Helping students communicate and collaborate. IEEE International Conference on Technology for Education, July, , Chennai, Tamil Nadu. Αγγέλαινα Σ. & Τζιμογιάννης Α. (2010). Μελέτη της συμμετοχής και της γνωστικής παρουσίας μαθητών Γυμνασίου σε ένα εκπαιδευτικό ιστολόγιο. Θέματα Επιστημών και Τεχνολογίας στην Εκπαίδευση, 3(3), Αράπογλου, Α., Μαβόγλου, Χ., Οικονομάκος, Η., & Φύτρος, Κ. (2007). Πληροφορική Α Β Γ Γυμνασίου. ΟΕΔΒ. Αθήνα. Κόμης, Β. (1998). Προς Ένα Πλαίσιο Ένταξης της Πληροφορικής και των Νέων Τεχνολογιών στην Ελληνική Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση. Πρακτικά Συνεδρίου με θέμα: Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση, Δεκεμβρίου 1998, Ρόδος. Ξυνόγαλος, Σ., Σατρατζέμη Μ. & Δαγδιδέλης, Β. (2000). Η εισαγωγή στον προγραμματισμό: Διδακτικές Προσεγγίσεις και Εκπαιδευτικά Εργαλεία. 2ο Συνέδριο ΕΤΠΕ, Πάτρα, Οκτώβριος Παπαδάκης, Σ., Καλογιαννάκης, Μ. & Ζαράνης, Ν. (2013). Δημιουργώντας εφαρμογές για έξυπνες φορητές συσκευές με το AppInventor. 7ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής «Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Προκλήσεις & Προοπτικές», Πανεπιστήμιο Μακεδονίας, Θεσσαλονίκη, Απριλίου 2013.