Μια Διερευνητική Προσέγγιση για τη Διδασκαλία της Πληροφορικής στο Γυμνάσιο Γ. Κωτσάνης, Γ. Μπαριάμης, Λ. Παπαθωμαΐδη Εκπαιδευτήρια Δούκα Μεσογείων 151, 151 25 Μαρούσι email: bariamis@doukas.gr Λέξεις-κλειδιά: διδασκαλία πληροφορικής, δευτεροβάθμια εκπαίδευση, αναλυτικό πρόγραμμα, διερευνητικό λογισμικό.
Μια Διερευνητική Προσέγγιση για τη Διδασκαλία της Πληροφορικής στο Γυμνάσιο Περίληψη Στην παρακάτω εργασία θα προσπαθήσουμε να δείξουμε τις ριζικές ιδιαιτερότητες αλλά και τους διευρυμένους εκπαιδευτικούς στόχους που μπορεί να υποστηρίζει το μάθημα της Πληροφορικής. Θα παρουσιάσουμε τις παρατηρήσεις μας από την δεκάχρονη παρουσία μας στη διδασκαλία της Πληροφορικής στο Γυμνάσιο. Η εκπαίδευση στην Πληροφορική φέρνει τους μαθητές μπροστά σε ένα μεγάλο πλήθος πληροφοριών. Το σπουδαιότερο όμως είναι ότι οι μαθητές μπορούν να έρθουν σε επαφή με ένα νέο περιβάλλον μάθησης, και μία διαφορετική προσέγγιση της γνώσης, με τρόπο που να ενθαρρύνει ουσιαστικά τη μάθηση. Σημαντικό ρόλο σ αυτό το περιβάλλον παίζει η καταγραφή των στόχων, η ολοκληρωμένη έντυπη και ηλεκτρονική τεκμηρίωση και η κατάλληλη επιλογή λογισμικού. Προτείνουμε λογισμικό που υποστηρίζει τη διευρευνητική μάθηση, επιτρέπει τον πειραματισμό, ενισχύει τους προσωπικούς ρυθμούς και την ανάπτυξη μεθόδων για την επίλυση προβλημάτων. Ο εκπαιδευτής δεν αποτελεί την μοναδική πηγή γνώσης αλλά τον συντονιστή μιας ευρύτερης εκπαιδευτικής δραστηριότητας. 1. Ο Ρόλος του Εκπαιδευτή Ο εκπαιδευτής στο χώρο του εργαστηρίου βρίσκεται μπροστά σε μία διαφορετική διαδικασία οργάνωσης και παρουσίασης του γνωστικού του αντικειμένου. Στο εργαστήριο οι μαθητές έχουν πιο ενεργή στάση από αυτή που συνήθως έχουν στα υπόλοιπα μαθήματα του προγράμματος. Από την άλλη πλευρά το έργο του εκπαιδευτή απαιτεί προετοιμασία για ένα διαφορετικό τύπο μαθήματος από εκείνο, που οι μαθητές του περιμένουν λόγω των συνηθειών που έχουν από τα υπόλοιπα μαθήματα. Αντιμετωπίσαμε τα εννέα προηγούμενα χρόνια τον ενθουσιασμό, την αναπροσαρμογή της ύλης σύμφωνα με τα νέα δεδομένα, τις δυσκολίες ένταξης των μαθητών στο νέο περιβάλλον και παρουσιάζουμε μία καταγραφή των μεθόδων που ακολουθήσαμε για να έχουμε τα καλύτερα αποτελέσματα. Ο χώρος του εργαστηρίου είναι δημιουργικότερο να λειτουργεί ως χώρος μελέτης και δοκιμών ανάλογος με αυτόν της βιβλιοθήκης, ώστε οι μαθητές να δοκιμάζουν και να πειραματίζονται χωρίς βαθμολογικό άγχος. Ο εκπαιδευτής παρακολουθεί βέβαια τις προσπάθειές τους και βγάζει τα συμπεράσματά του αλλά το κύριο έργο του είναι η ενίσχυση των μαθητών και η δημιουργία ενός ευνοϊκού, για τη μάθηση περιβάλλοντος. Ο εκπαιδευτής οφείλει να διατηρεί πολύ καλό συντονισμό και ισορροπίες ανάμεσα στη θεωρία, που διδάσκεται στην τάξη και στην πρακτική του εργαστηρίου. Οι μαθητές εξασκούνται στο εργαστήριο σε θέματα, που επεξεργάστηκαν στην τάξη. Αντίθετα τα θέματα, που πρωτο-παρουσιάζονται στο εργαστήριο, μειώνουν τον χρόνο της πρακτικής και δεν κατανοούνται από όλους τους μαθητές, εκτός βέβαια αν είναι πολύ περιορισμένα σε έκταση. Βρίσκουμε πολύ θετικό η διδασκαλία να εξελίσσεται σε ένα συνεχόμενο διδακτικό δίωρο μοιρασμένο σε θεωρία και πράξη αντί δύο χωριστών ωρών και σε συνεχόμενους κατά το δυνατόν χώρους. 3. Οι Εκπαιδευόμενοι Η αποδοτικότερη παρουσία του εκπαιδευτή συμβαδίζει με την πολύ καλή κατανόηση των δυσκολιών, που αντιμετωπίζουν οι μαθητές του. Γι' αυτό θα προχωρήσουμε σε μία παρουσίαση προβλημάτων που επαναλήφθηκαν και καταγράφηκαν τα προηγούμενα χρόνια. Πρακτικά ζητήματα, όπως η διαχείριση των συσκευών τους πρέπει να λύνονται το συντομότερο δυνατόν και να μην υπάρχει κανένα τέτοιο εμπόδιο στο μέλλον, όταν θα αντιμετωπίζουν ουσιαστικότερα ζητήματα, όπως κατανόηση εννοιών ή διαδικασιών. Η συνεργασία μεταξύ τους όταν εργάζονται σε ομάδες ή και μόνοι, είναι στόχος επιθυμητός από τον διδάσκοντα, αλλά και σχεδόν άγνωστη διαδικασία από τα υπόλοιπα γνωστικά αντικείμενα. 1
Οι μαθητές πρέπει από την αρχή να διαχωρίσουν και ο εκπαιδευτής οφείλει να εξηγήσει τη διαφορά ανάμεσα στις διαδικασίες μελέτης και μάθησης, που προκρίνονται στο εργαστήριο από τις τυπικές διαδικασίες εξέτασης, που ουσιαστικά γίνονται στην τάξη. Θα αναφερθούμε σε τρεις χαρακτηριστικές ομάδες μαθητών που αναδεικνύουν την ιδιαιτερότητα του μαθήματος της Πληροφορικής. Παρατηρήσαμε δύο διαφορετικές ομάδες μαθητών με δύσκολη προσαρμογή στην εργαστηριακή πραγματικότητα, που οφείλεται όχι σε αδυναμία να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις, αλλά μάλλον σε συνήθειες που ταιριάζουν περισσότερο στο περιβάλλον της τυπικής τάξης. Στην πρώτη ομάδα διαπιστώσαμε ότι ανήκουν ορισμένοι μαθητές με μέση και άνω απόδοση στα υπόλοιπα μαθήματα, που είναι συνήθως τυπικοί στα καθήκοντά τους, χωρίς όμως ιδιαίτερες πρωτοβουλίες. Στο εργαστήριο κατ' αρχήν δείχνουν άτολμοι, ζητούν συνεχώς διευκρινίσεις, δεν προσπαθούν για να μην κάνουν λάθη και σε κάθε επιτυχημένο βήμα τους παρουσιάζουν τα αποτελέσματά τους, για να πετύχουν επιβράβευση (βαθμό). Τους διευκολύνει ιδιαίτερα η πλήρης τεκμηρίωση. Στη δεύτερη ομάδα με κακή προσαρμογή βρίσκονται οι μαθητές, που παρερμηνεύουν την ελευθερία του εργαστηρίου και θεωρούν αυθαίρετα ότι δεν υπάρχει αντικείμενο μελέτης αλλά προαιρετική απασχόληση. Χαρακτηριστικό αυτής της ομάδας είναι ότι ασχολούνται με όλα (κυρίως εκτός του ζητούμενου θέματος), παραμένουν σε εξαιρετικά επιφανειακές προσεγγίσεις και όταν βρεθούν μπροστά στις δυσκολίες απογοητεύονται και εγκαταλείπουν. Το πρόβλημα συνήθως αντιμετωπίζεται με παρουσίαση από την αρχή των στόχων του μαθήματος. Παρατηρούνται όμως συχνά και ομάδες μαθητών, που έχουν εξαιρετικά καλή απόδοση στην πληροφορική, πολύ πάνω από το μέσο όρο της γενικής τους βαθμολογίας. Θετικό ρόλο σ αυτή την ομάδα παίζουν πολλοί παράγοντες μεταξύ των οποίων οι παρακάτω: η μεγαλύτερη ελευθερία και πρωτοβουλία στον χώρο του εργαστηρίου, η μικρότερη έκθεση σε κριτική των αποτελεσμάτων της δουλειάς τους, η αλλαγή του περιβάλλοντος της τάξης και της θεωρητικής διδασκαλίας με το εργαστήριο και τις διαφορετικές διαδικασίες του, η μάθηση σε προσωπικούς ρυθμούς, η από κοινού αντιμετώπιση προβλημάτων, και τέλος η ανταλλαγή γνώσεων μεταξύ μαθητών. 4. Η Tεκμηρίωση Ο εκπαιδευτής πρέπει να είναι εφοδιασμένος με μία πολύ καλά οργανωμένη σειρά μαθημάτων που: να ξεκινάει από την περιγραφή των στόχων μάθησης των διδακτικών ενοτήτων (ανεξάρτητα του αν διδάσκεται γλ. προγ. ή επ. κομ.), να συνεχίζει με σύντομη παρουσίαση χωρίς λεπτομέρειες και υπερτροφοδότηση πληροφορίας, στη διδασκαλία των επιμέρους διδακτικών στόχων, να προτείνει θέματα ανακεφαλαιωτικού έργου στους μαθητές, διαδικασία απαραίτητη για την επανάληψη και τη σύνδεση των γνώσεων. Η σειρά των μαθημάτων πρέπει να είναι διαθέσιμη στον εκπαιδευτή μαζί με το αναλυτικό πρόγραμμα, που υποχρεωτικά ακολουθεί από το ΥΠ.Ε.Π.Θ., ταυτόχρονα με μία λεπτομερή εξειδίκευση των διδακτικών στόχων διότι: Η οργάνωση και ο λεπτομερής σχεδιασμός, είναι ο μόνος τρόπος για να υπάρξουν θετικά αποτελέσματα μια που η ύλη στο μάθημα της Πληροφορικής μεταβάλλεται όσο σε κανένα άλλο γνωστικό αντικείμενο. Ο εκπαιδευτής δεν προλαβαίνει να κατασταλάξει σε εμπειρικές αποτελεσματικές μεθόδους. Αποδυναμώνονται οι ανισότητες μεταξύ των μαθητών που έχουν εμπειρία χρήσης υπολογιστή, από εκείνους που δεν έχουν. 2
Με βάση τα παραπάνω, η αξία των λειτουργικών εντύπων αλλά και της ηλεκτρονικής τεκμηρίωσης είναι προφανής τόσο στο στάδιο της παρουσίασης (θεωρία στην τάξη) όσο και στο στάδιο της πρακτικής (εργαστήριο). Πρέπει να σημειώσουμε ότι η ύπαρξη σύγχρονου διδακτικού βιβλίου, λειτουργεί θετικά, αλλά χρειάζεται ανανέωση και του παλαιού βιβλίου της Γ Γυμνασίου για τους παρακάτω λόγους: παρουσίαση παλαιών εργαλείων (GwΒasic) των οποίων η εικόνα δεν συμβαδίζει με την σύγχρονη πραγματικότητα παρουσίαση και δυστυχώς έμφαση σε παλαιές τεχνικές προγραμματισμού (π.χ. Εντολή Goto) έλλειψη αναφοράς σε δομές δεδομένων πέραν των στοιχειωδών (πίνακες κλπ.) βασικές παραλείψεις στην παρουσίαση της δομής καταλόγων - υποκαταλόγων του DOS θέμα που είναι μεγάλης σπουδαιότητας και διατηρείται στο περιβάλλον των Windows έλλειψη μεθοδικής σειράς εργαστηριακών ασκήσεων με σταδιακή (διαλογική) υλοποίηση, αλλά και εφαρμογών για την θεωρητική παρουσίαση στην τάξη. Τελευταίο, αλλά σημαντικό τουλάχιστον όσο και τα προηγούμενα, η πολύ καλή τεχνική υποστήριξη της λειτουργίας του εργαστηρίου. Οι βλάβες που παρουσιάζονται στις συσκευές κατά τη διάρκεια του μαθήματος σπαταλούν πολύτιμο χρόνο και συγκεντρώνουν την αμφισβήτηση και την αρνητική κριτική των μαθητών. Στην προσπάθεια βελτίωσης της υποδομής πρέπει να περιληφθεί η σωστή επιλογή σύγχρονου λογισμικού, ώστε οι παραστάσεις των μαθητών να μην είναι διαφορετικές μέσα και έξω από το σχολείο, ριζικά και να διατηρείται αμείωτο το ενδιαφέρον τους. 5. Το Διερευνητικό Περιβάλλον To κατάλληλο λογισμικό, το οποίο υποστηρίζει διευρευνητικές εκπαιδευτικές πρακτικές, αποτελεί βασική εκπαιδευτική μας κατεύθυνση. Ο λόγος είναι ότι ανεξάρτητα από τις προφορικές κλασικές εισηγήσεις του εκπαιδευτή, το εκπαιδευτικό περιβάλλον προσδιορίζεται κύρια από το διαθέσιμο λογισμικό. Δεν είναι πλέον ο εκπαιδευτής η μοναδική πηγή των γνώσεων και ο αποκλειστικός διαχειριστής της νέας πληροφορίας. Το ίδιο το περιβάλλον παρέχει δυναμικούς παράγοντες, όπως οι αποθηκευμένες γνώσεις και μέθοδοι. Για τον σκοπό αυτό υιοθετούμε το διερευνητικό λογισμικό που επιτρέπει τον πειραματισμό και τη δοκιμή μιας ποικιλίας μεθόδων και τεχνικών για την επίλυση ενός προβλήματος, αντί λογισμικού το οποίο υπαγορεύει τη σειρά των βημάτων για την εύρεση μιας λύσης. Οι σχεδιαστικές και λειτουργικές προδιαγραφές ενός λογισμικού το οποίο μπορεί να υποστηρίξει τη διερευνητική μάθηση (exploratory learning), στοιχειοθετούν ένα κατάλληλα σχεδιασμένο και πολιτιστικά διαμορφωμένο υπολογιστικό περιβάλλον μέσα στο οποίο η μάθηση είναι εύκολη και φυσική. Στο περιβάλλον αυτό οι εκπαιδευόμενοι μπορούν να αναλάβουν με ουσιαστικό και υπεύθυνο τρόπο τον έλεγχο της μάθησής τους, ακολουθώντας ευέλικτα και μη προκαθορισμένα μονοπάτια, για την πορεία προς την πολυδιάστατη γνώση. Η σταδιακή κατασκευή νέας γνώσης από την παλαιά με βάση τις ικανότητες και τους ρυθμούς του μαθητή, η ανάπτυξη τεχνικών επίλυσης προβλημάτων (problem solving) η βασισμένη σε εργασίες μάθηση (project-based learning), ο σχεδιασμός εκπαιδευτικού λογισμικού από μαθητές (constractionism), συνιστούν εκπαιδευτικές πτυχές τις οποίες υποστηρίζουν τα σημερινά διερευνητικά περιβάλλοντα. Από την όλο και αυξανόμενη συλλογή διερευνητικού λογισμικού εστιάζουμε το ενδιαφέρον μας σε προγραμματιζόμενους ή μη μικρόκοσμους, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διδασκαλία της Πληροφορικής. Οι μικρόκοσμοι μπορούν να θεωρηθούν ως συγκεκριμένες μορφές εξωτερικών αναπαραστάσεων (representations) που έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν στη διδασκαλία και την εκμάθηση διαφόρων εννοιών. Οι μαθητές μέσα στο περιβάλλον των μικρόκοσμων, μπορούν να αναζητήσουν όχι μόνο κανονικότητες στις "συμπεριφορές" των διαφόρων αντικειμένων τους (π.χ. χελώνα) αλλά επίσης, μπορούν να ερευνήσουν τα περιβάλλοντα τα οποία έχουν δημιουργηθεί ειδικά για την αναζήτηση διαφόρων εννοιών. Για παράδειγμα στη χώρα των μαθηματικών (mathland) 3
ενός Logo-like περιβάλλοντος, τα παιδιά μαθαίνουν τα μαθηματικά βαθμιαία και φυσικά όπως τις αρχές που διέπουν τους υπολογιστές, με την επίτευξη αποτελεσμάτων που μπορούν να εκτιμήσουν και να κατανοήσουν. Ο δημιουργός του μικρόκοσμου κατασκευάζει μια εφαρμογή "πάνω" από τον πυρήνα του υπολογιστικού περιβάλλοντος το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη, και ο χρήστης του μικρόκοσμου οφείλει να κατανοήσει αυτόν τον δομημένο κόσμο. Οι καλά-ορισμένοι (well-defined) υπολογιστικοί μικρόκοσμοι παρέχουν συνήθως τη δυνατότητα της ανάδρασης (feedback) μέσα από τη διεργασία της εννοιολογικής εκσφαλμάτωσης (conceptual debugging), για τις θεωρίες τις οποίες δημιουργούν οι μαθητές γύρω από τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί το περιβάλλον. Οι μικρόκοσμοι ως δομημένο υπολογιστικό περιβάλλον, δίνουν τη δυνατότητα στον χρήστη τους, χωρίς να απαιτείται κατ ανάγκη προγραμματισμός, να ερευνήσει και να χειριστεί έναν κόσμο που διέπεται από κανόνες, υπόκειται σε ειδικές υποθέσεις και περιορισμούς και αποτελεί αναλογική αναπαράσταση ορισμένων πτυχών της πραγματικότητας. Εάν οι μικρόκοσμοι είναι και προγραμματιζόμενα περιβάλλοντα, τότε ως συστήματα λογισμικού (π.χ. Mathematica, Explorer, Multi-Logo, Excel), περικλείουν χαρακτηριστικά και εφαρμογές τα οποία βασίζονται στη διαλογική διεπικοινωνία με άμεσο χειρισμό (direct manipulation). Με τα menus, τα οπτικοποιημένα κουμπιά (buttons), τα διαλογικά κουτιά (dialog boxes) και γενικά τις βασισμένες σε διαλογικά γραφικά εικονίδια τεχνικές δημιουργούν ένα φιλικό, εύκολα προσπελάσιμο και εξερευνήσιμο περιβάλλον λειτουργίας. Με το είδος της γλώσσας προγραμματισμού την οποία υποστηρίζουν, παρέχουν τη δυνατότητα δημιουργίας ανοιχτών αλλά και κλειστών εφαρμογών με συμβολική ή μη έκφραση του δημιουργού, καθώς επίσης και ένα ισχυρό μέσο επέκτασης του υπολογιστικού τους περιβάλλοντος. Ένα εκπαιδευτικό προγραμματιζόμενο περιβάλλον με ισχυρά εργαλεία και για άμεσο χειρισμό και για σχεδίαση και υλοποίηση υλικών κατασκευών, το οποίο παρέχει λειτουργίες αλληλεπίδρασης, ανάδρασης και καθορισμού ιδιοτήτων και συμπεριφορών έχει τις παρακάτω ιδιότητες: Είναι ένα περιβάλλον το οποίο επιτρέπει διάφορα επίπεδα κλιμακούμενης αλληλεπίδρασης από χρήστες με ελάχιστες εμπειρίες, για τους οποίους δεν είναι ορατές οι προχωρημένες λειτουργίες του, έως έμπειρους δημιουργούς, στους οποίους το περιβάλλον προσφέρει τα απαραίτητα εργαλεία για την υλοποίηση των ιδεών τους. Είναι ένα κοινό περιβάλλον για τον εκπαιδευόμενο, τον εκπαιδευτή και τον δημιουργό λογισμικού, το οποίο επιτρέπει τη δυναμική εναλλαγή των ρόλων τους. Είναι ένα τόσο ισχυρό περιβάλλον ώστε να υποστηρίζει την ανάπτυξη ανοιχτών ή και κλειστών έργων (projects) για διαφορετικές επιδιώξεις, διαφορετικές ηλικίες, διαφορετικά γνωστικά επίπεδα, διαφορετικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις, προσαρμόσιμο σε διαφορετικές εκπαιδευτικές ανάγκες. Είναι ένα εύκολα προσπελάσιμο περιβάλλον, το οποίο υποστηρίζει τη συνεργατική εργασία (collaborative work) ανάμεσα σε χρήστες και δημιουργούς αλλά και ανάμεσα στο ίδιο το εργαλείο και το αποτέλεσμα το οποίο παράγει το εργαλείο. 4
6. Συμπεράσματα Οι εμπειρίες του σχεδιασμού, της υλοποίησης και της παρουσίασης μιας λύσης υπάρχουν σε όλα τα μαθήματα θετικής κατεύθυνσης. Σε κανένα όμως άλλο, ο εκπαιδευόμενος δεν αξιολογεί μόνος του το έργο του, δεν διαπιστώνει την ανάγκη πληρέστερης λύσης και δεν ανατροφοδοτεί τα δεδομένα του με νέες εμπειρίες όσο με αφορμή τη διδασκαλία της Πληροφορικής. Η Πληροφορική ανεξάρτητα από εξεταστέα ύλη και αναλυτικό πρόγραμμα, δεν πρέπει να περιοριστεί σε απλή χρήση εφαρμογών αλλά να επικεντρωθεί στην επίλυση προβλημάτων και την αντιμετώπιση σύνθετων έργων στη χρήση διευρευνητικού λογισμικού. Είναι αναγκαία η ολοκληρωμένη έντυπη και ηλεκτρονική υποστήριξη με λεπτομερή καταγραφή των στόχων του μαθήματος και με προτάσεις-υποδείγματα συνθετικών εργασιών. Τέλος, σημαντικό ρόλο παίζει η άρτια λειτουργία του εργαστηρίου και η προμήθεια σύγχρονου λογισμικού που να ανταποκρίνεται στον εκπαιδευτικό σχεδιασμό. 7. Βιβλιογραφία disessa A., Hoyles C., Noss R. (1995), Computers and Exploratory Learning, NATO ASI Series F:146. Georgiadis P., G. Gyftodimos, Y. Kotsanis, C. Kynigos, eds (1993), Logo-like Learning Environments: Reflection & Prospects, Proceedings of the 4th European Logo Conference, Eurologo 93, University of Athens, August 1993, Doukas School. Harel I. (1991), Children Designers, MIT Media Laboratory. Harvey B. (1985, 1986, 1987), Computer Science Logo Style: Vol 1: Intermediate Programming, Vol 2: Projects, Style and Techniques, Vol 3: Advanced Topics, MIT Press. Hoyles C. and Noss R., eds. (1992), Learning Mathematics and Logo, MIT Press.. Papert S. (1980), Mind-Storms, Children, Computers and Powerful Ideas, Basic Books, New York, (Νοητικές Θύελλες, εκδ. Οδυσσέας). Papert S. (1993), The Children's Machine, Rethinking School in the Age of the Computer, Basic Books, New York. Pea R. D. (1992), Distributed Multimedia Learning Environments: Why and How, Interactive Learning Environments, 1992. Resnick Mithel (1993) Behavior constrction kits, Communications of the ACM, 36/7. Schank R. C. (1994), Active Learning through Multimedia, Multimedia IEEE, 1(1), Spring 1994. Soloway E. ed (1993), Special issue: Technology in Education. Communications of the ACM, 36(5). Tinsley J. D., Van Weert T.J., eds. (1995), Liberating the Learner, Proceedings of the 6th IFIP, World Conference on Computers in Education, WCCE '95 (July 1995). Vosniadou S., De Corte E., Mandl H., eds. (1995), Technology-Based Learning Environments, NATO ASI Series F:137. Διημερίδα Πληροφορικής ΕΠΥ/ΥΠΕΠΘ σε συνεργασία με την ΟΛΜΕ, Η Πληροφορική στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, Ο.Π.Α., 4-5 Απριλίου 1997 5