«ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ: ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ, ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ»

ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΤΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΧΟΛΙΚΗ ΗΛΙΚΙΑ «ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ: ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ, ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ» Μελέτη περίπτωσης του προγραμματιστικού περιβάλλοντος Αλγοριθμική Προγραμματισμός ΓΚΡΙΜΠΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Διπλωματούχος Μηχανικός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΕΛΗ: Β. ΚΟΜΗΣ Κ. ΖΑΧΑΡΟΣ Ν. ΤΣΕΛΙΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 2010, ΠΑΤΡΑ

Δήλωση Ακαδημαϊκής Ακεραιότητας Ο υπογράφων μεταπτυχιακός φοιτητής του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η ( ΑΜ : 222 ) δηλώνω υπευθύνως ότι η παρούσα διπλωματική μου εργασία με τίτλο Μελέτη περίπτωσης του προγραμματιστικού περιβάλλοντος Αλγοριθμική Προγραμματισμός έχει γραφτεί από εμένα, χωρίς οποιαδήποτε εξωτερική μη αδειοδοτημένη βοήθεια, ότι δεν έχει υποβληθεί σε οποιοδήποτε ίδρυμα ή οργανισμό προς αξιολόγηση, ούτε έχει δημοσιευθεί στο παρελθόν μέρος της ή στο σύνολό της. Οποιαδήποτε μέρη, λέξεις ή ιδέες, της μεταπτυχιακής διατριβής, αν και περιορισμένα, συμπεριλαμβανομένων πινάκων, γραφημάτων, χαρτών κ.λπ., τα οποία είναι εισηγμένα από (ή με βάση) άλλες πηγές έχουν αναγνωριστεί ως τέτοια χωρίς καμία εξαίρεση. Ημερομηνία 16 09 2010 Ονοματεπώνυμο (Υπογραφή)

Περιεχόμενα Περιεχόμενα Περιεχόμενα... 1 Λίστα Γραφημάτων... 5 Λίστα Εικόνων... 7 Λίστα Πινάκων... 11 Περίληψη... 13 Κεφάλαιο 1... 15 Εισαγωγή... 15 Η ανάγκη διδασκαλίας του Προγραμματισμού... 16 Δυσκολίες εκμάθησης του προγραμματισμού... 18 Κεφάλαιο 2... 23 Θεωρητικό Πλαίσιο... 23 Αλγοριθμική... 24 Ο Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής (ΔΔΡ)... 26 Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ... 27 Ο Χώρος Δραστηριοτήτων... 28 Κεφάλαιο 3... 31 Μεθοδολογία έρευνας... 31 Σκοπός της έρευνας... 31 Δείγμα της έρευνας... 32 Εργαστήριο Πληροφορικής και εργαλεία συλλογής δεδομένων... 32 Προφίλ των μαθητών και προϋπάρχουσα γνώση στη χρήση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και προγραμματισμού... 33 Μέθοδος... 39 Κεφάλαιο 4... 41 Βασικές παρανοήσεις και λάθη των μαθητών στα πρώτα στάδια Ακολουθιακή Δομή εντολές ΔΙΑΒΑΣΕ και ΓΡΑΨΕ... 42 Με τη χρήση του προγράμματος Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής... 42 Εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 43 Εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ... 46 1

Περιεχόμενα Η Μεταβλητή θυμάται κάθε τιμή που της δίνεται... 51 Ακολουθιακή Δομή... 52 Τα αποτελέσματα εμφανίζονται δια μαγείας γιατί έτσι θέλει ο μαθητής... 53 Με τη χρήση του προγράμματος διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ... 56 Ακολουθιακή Δομή... 56 Εντολή ΓΡΑΨΕ... 59 Μη δήλωση Μεταβλητών... 60 Συντακτικά λάθη... 61 Εντολές ΓΡΑΨΕ και ΔΙΑΒΑΣΕ Η μία στη θέση της άλλης... 67 Υλοποίηση Πράξεων... 70 Κεφάλαιο 5... 73 Βασικές παρανοήσεις και λάθη των μαθητών μετά τη γνωριμία με τη Δομή Επιλογής ΑΝ... 73 Με τη χρήση του προγράμματος Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής... 74 Με τη χρήση του προγράμματος διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ... 83 Κεφάλαιο 6... 87 Δυσκολίες και Λάθη των μαθητών λόγω των εργαλείων... 87 Χρήση καρτέλας Ορισμού αντί της Αριθμητικής Έκφρασης... 87 Αριθμητική Πράξη και δύο ή περισσότεροι τελεσταίοι... 91 Παρανοήσεις εντολών στη ΓΛΩΣΣΑ λόγω χρήσης ΔΔΡ... 92 Μεταβλητές με κενά... 95 Κεφάλαιο 7... 99 Αποτελέσματα... 99 Ολοκλήρωση των δραστηριοτήτων... 99 Μη χρήση όλων των σεναρίων της αλγοριθμικής... 102 Αποδοτικότερες και καλύτερες λύσεις των δραστηριοτήτων από τους μαθητές... 103 Κεφάλαιο 8... 107 Συμπεράσματα... 107 Βιβλιογραφία... 109 Παράρτημα Α... 113 Ερωτηματολόγιο... 113 2

Περιεχόμενα Παράρτημα Β... 117 Φύλλα Εργασίας και Δραστηριότητες των μαθητών... 117 Παράρτημα Γ... 133 Δομή ενός Προγράμματος... 133 3

Περιεχόμενα 4

Λίστα Γραφημάτων Λίστα Γραφημάτων Γράφημα 1: Μαθητές που διαθέτουν Η/Υ στο σπίτι... 33 Γράφημα 2: Μαθητές που διαθέτουν Ίντερνετ στο σπίτι... 34 Γράφημα 3: Γνώμη των μαθητών για τις γνώσεις τους στους Η/Υ... 35 Γράφημα 4: Πλήθος ημερών χρήσης του Η/Υ κατά μέσο όρο σε μία εβδομάδα... 36 Γράφημα 5: Χρόνος που αφιερώνουν οι μαθητές στη χρήση του Η/Υ... 36 Γράφημα 6: Γνώση προγραμματισμού... 37 Γράφημα 7: Μελλοντική κατεύθυνση που θα ακολουθήσουν οι μαθητές στη Β Λυκείου... 38 Γράφημα 8: Ενδιαφέρον των μαθητών για την ενασχόληση τους με τον προγραμματισμό... 39 5

Λίστα Γραφημάτων 6

Λίστα Εικόνων Λίστα Εικόνων Εικόνα 2. 1: Ο Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής (ΔΔΡ)... 26 Εικόνα 2. 2: Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ... 27 Εικόνα 2. 3: Ο Χώρος Δραστηριοτήτων της Αλγοριθμικής... 29 Εικόνα 2. 4: Μία εκπαιδευτική δραστηριότητα της Αλγοριθμικής... 29 Εικόνα 4. 1: 1 η δραστηριότητα αλγοριθμικής Σύνδεση και σωστή σειρά αντικειμένων... 42 Εικόνα 4. 2: Χρήση αριθμού στη θέση μηνύματος της εντολής ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 43 Εικόνα 4. 3: Χρήση αριθμού στη θέση της μεταβλητής της εντολής ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 44 Εικόνα 4. 4: Διαφορετική μεταβλητή στο ΕΜΦΑΝΙΣΕ από αυτή του αποτελέσματος.. 45 Εικόνα 4. 5: Μη συνδεδεμένη εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ, σε λάθος θέση και με διαφορετική μεταβλητή... 45 Εικόνα 4. 6: Εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ στο τέλος του αλγορίθμου... 46 Εικόνα 4. 7: Μη χρήση της μεταβλητής Άτομα στους υπολογισμούς... 47 Εικόνα 4. 8: Εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ χωρίς σύνδεση, σε λάθος θέση και με μεταβλητή που δε χρησιμοποιείται... 48 Εικόνα 4. 9: Εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ με διαφορετική μεταβλητή από τις υπάρχουσες... 48 Εικόνα 4. 10: Σωστή λειτουργία του αλγορίθμου της 2 ης δραστηριότητας... 49 Εικόνα 4. 11: Χρήση αριθμού εισόδου αντί για μεταβλητή στην εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ... 49 Εικόνα 4. 12: Μη χρήση της μεταβλητής εισόδου στους υπολογισμούς και διαφορετική μεταβλητή στην εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 50 Εικόνα 4. 13: Όνομα μεταβλητής εισόδου μη συμβατό με την έννοια που αντιπροσωπεύει... 51 Εικόνα 4. 14: Μη χρήση της μεταβλητής εισόδου... 52 Εικόνα 4. 15: Χρήση μεταβλητής πριν την απόδοση τιμής σε αυτή από την εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ... 53 Εικόνα 4. 16: Εμφάνιση αποτελεσμάτων πριν τον υπολογισμό και με διαφορετικά ονόματα μεταβλητών... 54 Εικόνα 4. 17: Προσπάθεια για την πράξη της πρόσθεσης μέσα στο πεδίο εμφάνισης μηνυμάτων... 54 7

Λίστα Εικόνων Εικόνα 4. 18: Αντί για 2 διαφορετικές πράξεις αντικατάσταση της μίας από την άλλη.. 55 Εικόνα 4. 19: Εντολή ΓΡΑΨΕ σε λάθος θέση (μετά την αντίστοιχη ΔΙΑΒΑΣΕ)... 57 Εικόνα 4. 20: Εντολές ΓΡΑΨΕ σε λάθος θέση (μετά τις αντίστοιχες ΔΙΑΒΑΣΕ)... 57 Εικόνα 4. 21: Πρώτα όλα τα μηνύματα και μετά τα αντίστοιχα αποτελέσματα των μεταβλητών... 58 Εικόνα 4. 22: Μήνυμα για το αποτέλεσμα πριν από τα δεδομένα εισόδου... 59 Εικόνα 4. 23: Μετατροπή μεταβλητής σε μήνυμα στην εντολή ΓΡΑΨΕ... 60 Εικόνα 4. 24: Μη δήλωση μεταβλητής... 61 Εικόνα 4. 25: Χρήση ή μη της άνω κάτω τελείας ( : ) στις εντολές της ΓΛΩΣΣΑΣ... 62 Εικόνα 4. 26: Χρήση άνω κάτω τελείας ( : ) δίπλα στη λέξη ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ... 63 Εικόνα 4. 27: Δήλωση μεταβλητών δίπλα στη λέξη ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ... 63 Εικόνα 4. 28: Χρήση της άνω κάτω τελείας ( : ) δίπλα στην εντολή ΓΡΑΨΕ... 64 Εικόνα 4. 29: Χρήση δύο λέξεων για όνομα προγράμματος... 65 Εικόνα 4. 30: Μη χρήση ονόματος στο πρόγραμμα... 65 Εικόνα 4. 31: Χρήση αποστρόφων αντί για διπλά εισαγωγικά στην εντολή ΓΡΑΨΕ... 66 Εικόνα 4. 32: Χρήση της εντολής ΑΚΕΡΑΙΕΣ πολλές φορές αντί για τη χρήση του κόμματος για τον διαχωρισμό των μεταβλητών... 67 Εικόνα 4. 33: Χρήση εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ αντί της εντολής ΓΡΑΨΕ... 68 Εικόνα 4. 34: Χρήση εντολής ΓΡΑΨΕ αντί της εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ... 69 Εικόνα 4. 35: Χρήση της εντολής ΓΡΑΨΕ αντί της εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ... 69 Εικόνα 4. 36: Υπολογισμός παράστασης στην εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ... 70 Εικόνα 4. 37: Χρήση της εντολής συνάρτησης με παράσταση υπολογισμού... 71 Εικόνα 5. 1: Βασικά λάθη στην εισαγωγή της δομής επιλογής ΑΝ... 75 Εικόνα 5. 2: Διαφορετικές μεταβλητές στους κλάδους της δομής επιλογής ΑΝ... 75 Εικόνα 5. 3: Χρήση μόνο της εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ... 76 Εικόνα 5. 4: Χρήση διαφορετικών μεταβλητών στους κλάδους της δομής επιλογής ΑΝ 77 Εικόνα 5. 5: Επαναϋπολογισμός μεταβλητής στον κλάδο του Όχι... 77 Εικόνα 5. 6: Πράξη χωρίς το μηδέν αντί για ανάθεση τιμής... 78 Εικόνα 5. 7: Από ένα ΑΝ φεύγουν τρεις συνδέσεις και ονόματα μεταβλητών με το σύμβολο <... 79 Εικόνα 5. 8: Διαφορετική μεταβλητή στη συνθήκη... 80 8

Λίστα Εικόνων Εικόνα 5. 9: Διαφορετική μεταβλητή στο ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 80 Εικόνα 5. 10: Μη σύνδεση όλων των κλάδων με το τέλος... 81 Εικόνα 5. 11: Επιπλέον ΑΝ χωρίς να χρειάζεται... 82 Εικόνα 5. 12: Μη σύνδεση όλων των εντολών... 82 Εικόνα 5. 13: Μη αρχικοποίηση μεταβλητής και επανάληψη πράξης σε κάθε κλάδο... 83 Εικόνα 5. 14: Σωστή υλοποίηση της δομής επιλογής αλλά με συντακτικά λάθη στο υπόλοιπο πρόγραμμα... 84 Εικόνα 5. 15: Συντακτικά σφάλματα στη δομή επιλογής... 85 Εικόνα 5. 16: Χρήση συγκριτικών τελεστών με το όνομα του προγράμματος... 86 Εικόνα 6. 1: Καρτέλα Ορισμού της εντολής ενέργειας... 88 Εικόνα 6. 2: Καρτέλα Αριθμητικής Έκφρασης της εντολής ενέργειας... 88 Εικόνα 6. 3: Προσπάθεια αριθμητικής πράξης στην καρτέλα του Ορισμού... 89 Εικόνα 6. 4: Αντί για αριθμητική πράξη χρήση της καρτέλας ορισμού... 90 Εικόνα 6. 5: Τρεις τελεστές σε μία πράξη στο ΔΔΡ... 91 Εικόνα 6. 6: Εμφάνιση πράξης με τρεις τελεσταίους... 92 Εικόνα 6. 7: Ομοιότητες εντολών ΕΜΦΑΝΙΣΕ και ΔΙΑΒΑΣΕ... 93 Εικόνα 6. 8: Ομοιότητα μηνυμάτων και μεταβλητών στις εντολές ΔΙΑΒΑΣΕ και ΕΜΦΑΝΙΣΕ... 93 Εικόνα 6. 9: Παρανόηση λειτουργίας εντολών ΔΙΑΒΑΣΕ και ΓΡΑΨΕ στη ΓΛΩΣΣΑ λόγω ΔΔΡ... 94 Εικόνα 6. 10: Χρήση μεταβλητών με κενά... 95 Εικόνα 6. 11: Χρήση μεταβλητών με κενά... 96 Εικόνα 6. 12: Μηνύματα χωρίς κενά και ομοιότητες μεταβλητών και μηνυμάτων... 97 Εικόνα 7. 1: Επέκταση της δραστηριότητας με την πώληση φρούτων (μανάβης)... 104 Εικόνα 7. 2: Διάβασμα δεδομένων εισόδου Πράξεις Εμφάνιση αποτελεσμάτων... 104 Εικόνα 7. 3: Χρήση μεταβλητών ως σταθερές... 105 9

Λίστα Εικόνων 10

Λίστα Πινάκων Λίστα Πινάκων Πίνακας 7. 1: Ποσοστά ολοκλήρωσης των δραστηριοτήτων (ανά ομάδα και ανά δραστηριότητα)... 100 11

Λίστα Πινάκων 12

Περίληψη Περίληψη Στην εργασία περιγράφεται η διαδικασία εξοικείωσης των μαθητών με το εκπαιδευτικό πακέτο της Αλγοριθμικής και τον προγραμματισμό μέσω μελέτης περίπτωσης ενός τμήματος ενιαίου Λυκείου. Η Αλγοριθμική είναι ένα ολοκληρωμένο πακέτο προγραμματιστικών περιβαλλόντων και εργαλείων για τη διδακτική υποστήριξη σεναρίων και δραστηριοτήτων ενταγμένων στα μαθήματα Πληροφορικής της Γ Γυμνασίου και των Α, Β και Γ Λυκείου. Το περιβάλλον αυτό χρησιμοποιήθηκε για τη διδασκαλία της αλγοριθμικής σκέψης και του προγραμματισμού σε ένα τμήμα της Α τάξης ενιαίου Λυκείου. Στην εργασία παρουσιάζονται τα κυριότερα λάθη των μαθητών τόσο στο Δημιουργό Διαγραμμάτων Ροής όσο και στο Διερμηνευτή της ΓΛΩΣΣΑΣ σε αρχικό στάδιο διδασκαλίας όσο και σε πιο προχωρημένο με τη χρήση της δομής επιλογής και συγκεκριμένα εμφωλευμένων ΑΝ. Κρίνεται η αποδοτικότητα των σεναρίων χρήσης της Αλγοριθμικής και γίνονται ορισμένες προτάσεις για τη βελτίωσή τους, καθώς και τη βελτίωση των εργαλείων ΔΔΡ και Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ για την καλύτερη χρήση από τους μαθητές. Τέλος, παρουσιάζονται κάποιες υλοποιήσεις μαθητών που είχαν καλή δομή κώδικα και ιδιαίτερη εφευρετικότητα. 13

Περίληψη 14

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Η μεγάλη ανάπτυξη και ο ρόλος που έχουν στη σημερινή εποχή οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ ), επιδρούν καταλυτικά στο οικονομικό, κοινωνικό, εργασιακό και πολιτισμικό επίπεδο της ανθρώπινης ζωής και για τους λόγους αυτούς τις έχουν καταστήσει δομική συνιστώσα κάθε σύγχρονου Προγράμματος Σπουδών. Η διδασκαλία του προγραμματισμού σε μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης της χώρας μας έχει ήδη ξεκινήσει από τα μέσα της δεκαετίας του 1980 με διάφορες μορφές. Αν και η επίσημη εκπαιδευτική πολιτική στο θέμα της διδασκαλίας του προγραμματισμού υπήρξε αρκετά ασαφής, βασικό ζητούμενο ενός σύγχρονου προγράμματος σπουδών είναι η καλλιέργεια δεξιοτήτων σχετικών με την κατανόηση, ανάλυση και επίλυση προβλημάτων. Η εκπαίδευση στην Πληροφορική ή με τη χρήση της Πληροφορικής θα πρέπει να προσφέρει στους νέους όλες εκείνες τις απαραίτητες γνώσεις και δεξιότητες ώστε να αντιμετωπίσουν με καλύτερα δυνατά εφόδια τις καθημερινές απαιτήσεις της σύγχρονης κοινωνίας (ΥΠΕΠΘ, 1997). Επιπλέον, η 15

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή εξοικείωση με τις ΤΠΕ, ο τεχνολογικός αλφαβητισμός, η κατανόηση βασικών εννοιών της Πληροφορικής και η ανάπτυξη σχετικών δεξιοτήτων θεωρούνται τμήμα του πυρήνα της βασικής εκπαίδευσης, αντίστοιχης σπουδαιότητας με την ανάγνωση και τη γραφή (Unesco/IFIP, 2000). Η ανάγκη διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η σημασία του προγραμματισμού Η/Υ, ως γνωστική δραστηριότητα των μαθητών, και η συνεισφορά του στην ανάπτυξη δομημένης σκέψης έχει τεθεί για πρώτη φορά από τον Papert (1980). Διδακτικά αποτελεί ικανότητα κλειδί που επιτρέπει την εμβάθυνση και την κατανόηση πολλών άλλων γνωστικών πεδίων της Πληροφορικής. Παράλληλα, ο προγραμματισμός θεωρείται ένα ισχυρό μέσο για τη διδασκαλία βασικών εννοιών που βρίσκουν εφαρμογή στα Μαθηματικά, στη Φυσική και στη Λογική (Papert 1980, Howe et al. 1989). Κατά την επίλυση προβλημάτων με χρήση προγραμματιστικών εργαλείων χρησιμοποιούνται θεμελιώδεις έννοιες (μεταβλητή, δομή επιλογής, δομές επανάληψης κ.λπ.), οι οποίες είναι δύσκολο να οικοδομηθούν από τους μαθητές με τα παραδοσιακά διδακτικά μέσα. Η συμβολή του προγραμματισμού στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου και οι διαδικασίες μεταφοράς δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων σε άλλες γνωστικές περιοχές έχουν γίνει αντικείμενο εκτεταμένης μελέτης (Clemments 1987, Kagan 1989, Mayer, Dyck & Vilberg 1989, Kurland et al. 1989, Palumbo & Reed 1991, Ennis 1994, Pirolli & Recker 1994). Η κύρια διαφορά της διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η/Υ με τα υπόλοιπα μαθήματα του Προγράμματος Σπουδών βρίσκεται στο περιεχόμενο και στην αξία των παρεχόμενων γνώσεων και δεξιοτήτων. Συχνά διατυπώνονται απόψεις που θέτουν υπό αμφισβήτηση την παιδαγωγική αξία της διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η/Υ, με βάση το γεγονός ότι τα σύγχρονα πακέτα εφαρμογών υποστηρίζουν εύκολα και σε ελάχιστο χρόνο την παραγωγή ποιοτικών και αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Από τη στιγμή που η αξία και η διαχρονικότητα των παρεχόμενων γνώσεων είναι αμφισβητήσιμη, καθίσταται αναγκαία η αναζήτηση δεξιοτήτων που αποκτούν οι μαθητές μέσα από τη διδασκαλία συγκεκριμένων αντικειμένων. Η διδασκαλία, επομένως, του Προγραμματισμού Η/Υ 16

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή αποτελεί μια δύσκολη και ταυτόχρονα ελκυστική εργασία, ιδιαίτερα όταν αφορά άτομα με περιορισμένη προς το παρών εμπειρία στους υπολογιστές όπως είναι οι μαθητές. Οι μαθητές καθημερινά, τόσο στο σχολείο όσο και σε άλλες τους δραστηριότητες καλούνται να επιλύσουν προβλήματα. Αυτό βέβαια, δεν είναι πάντα εύκολο. Πολλές φορές το πρόβλημα δεν είναι κατανοητό, αφού μπορεί να μην έχει διατυπωθεί σωστά από το δημιουργό του ή μπορεί να ερμηνεύεται λάθος από τη μεριά του επίδοξου λύτη. Άλλες φορές, η επίλυση του προβλήματος δεν είναι προφανής και υπάρχει και η περίπτωση οι μαθητές να έχουν καταλήξει στον τρόπο επίλυσης, αλλά να μην μπορούν να επικοινωνήσουν (δηλαδή να διατυπώσουν ή να αναπαράγουν) τον τρόπο επίλυσης που έχουν σκεφθεί. Η αλγοριθμική, ως προσέγγιση ενός προβλήματος δίνει έμφαση στον τρόπο επίλυσης του προβλήματος, ανεξάρτητα από το χώρο από τον οποίο προέρχεται το πρόβλημα. Ο αλγόριθμος είναι ένα σύνολο από λειτουργίες, οι οποίες περιγράφουν βήμα προς βήμα τις ενέργειες που πρέπει να εκτελεστούν για να ολοκληρωθεί μια εργασία ή να επιλυθεί ένα πρόβλημα σε πεπερασμένο αριθμό ενεργειών (Beekman, 1997). Αφού, λοιπόν, ο μαθητής έχει κατανοήσει το πρόβλημα και έχει σκεφτεί αλγοριθμικά την επίλυσή του, πρέπει να καταγράψει τη λύση. Η περιγραφή της επίλυσης εφοδιάζει το μαθητή με έναν γενικό οδηγό για την αντιμετώπιση των προβλημάτων. Στα Προγράμματα Σπουδών Πληροφορικής, έχουν εφαρμοστεί, σε γενικές γραμμές, δύο διαφορετικές προσεγγίσεις διδασκαλίας του Προγραμματισμού Η/Υ. a) Προσέγγιση της εκμάθησης γλωσσών προγραμματισμού Βασίζεται στην τεχνοκεντρική προσέγγιση για την ένταξη της Πληροφορικής στην εκπαίδευση (Κόμης και Μικρόπουλος, 2001). Κύριος στόχος είναι η εκμάθηση της χρησιμοποιούμενης γλώσσας προγραμματισμού, ενώ δίνεται έμφαση στη δομή, στο λεξιλόγιο και τους συντακτικούς κανόνες της. Η προσέγγιση αυτή ακολουθήθηκε στη χώρα μας το 1985, όταν εισήχθη η διδασκαλία του προγραμματισμού στα Τεχνικά Επαγγελματικά Λύκεια και στα Ενιαία Πολυκλαδικά Λύκεια με τη μορφή της εκμάθησης της Basic, της Pascal και της Cobol. b) Προσέγγιση της επίλυσης προβλημάτων Στη προσέγγιση επίλυσης προβλημάτων ο προγραμματισμός αντιμετωπίζεται ως γνωστική δραστηριότητα με στόχο την ανάπτυξη δραστηριοτήτων υψηλού επιπέδου. Η 17

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή διδασκαλία αποδεσμεύεται από τη χρησιμοποιούμενη γλώσσα προγραμματισμού και έχει ως γενικό σκοπό οι μαθητές : Να αναπτύξουν αναλυτική και συνθετική σκέψη Να αποκτήσουν ικανότητες μεθοδολογικού χαρακτήρα Να μπορούν να επιλύουν απλά προβλήματα σε προγραμματιστικό περιβάλλον Πληροφορικής (ΥΠΕΠΘ 1998). Ο προγραμματισμός εισήχθη στο Ενιαίο Λύκειο με τη Διδασκαλία των βασικών αρχών στα πλαίσια του μαθήματος της Ά τάξης Ενιαίου Λυκείου «Εφαρμογές Πληροφορικής». Παράλληλα καθιερώθηκε στη Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου και συγκεκριμένα στην Τεχνολογική Κατεύθυνση ένα νέο μάθημα με τίτλο «Ανάπτυξη Εφαρμογών σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον» με στόχο την εισαγωγή στην αλγοριθμική θεωρία και την καλλιέργεια δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων. υσκολίες εκμάθησης του προγραμματισμού Είναι γενικώς αποδεκτό ότι η διδασκαλία και η εκμάθηση του προγραμματισμού χαρακτηρίζονται κατά κανόνα από αρκετές δυσκολίες, οι οποίες εκδηλώνονται κυρίως κατά την κατασκευή ενός αλγορίθμου ή ενός προγράμματος. Ορισμένες δυσκολίες μοιάζουν να είναι κατά κάποιο τρόπο, εγγενείς στον ίδιο τον προγραμματισμό, με την έννοια ότι συναντώνται συστηματικά και είναι σχεδόν ανεξάρτητες από τη μέθοδο διδασκαλίας του αντίστοιχου αντικειμένου. Επίσης, πολλές από αυτές παρουσιάζουν εξαιρετική ανθεκτικότητα στο χρόνο και συναντώνται είτε σε μαθητές δημοτικού, είτε σε σπουδαστές και φοιτητές (Pea 1986). Ο Du Boulay (1989) θεωρεί ότι τα λάθη των μαθητών μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες: Κακή εφαρμογή της αναλογίας (Misapplication of analogy): η μεταβλητή παρομοιάζεται με ένα κουτί αποθήκευσης, οπότε αρκετοί μαθητές θεωρούν ότι θα μπορούσε να αποθηκεύσει περισσότερες από μία τιμές. Υπεργενίκευση (Overgeneralization): ότι λειτουργεί σωστά για έναν τύπο αντικειμένου θα πρέπει να λειτουργεί και για κάποιον άλλο. 18

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Λάθος χειρισμός της πολυπλοκότητας και της αλληλεπίδρασης: κακή διαχείριση και τοποθέτηση σε λάθος σημείο των υποτμημάτων ενός μεγάλου προγράμματος. Ο Du Boulay (1989) παρατηρεί επίσης ότι οι μαθητές συχνά θεωρούν ότι ο υπολογιστής (ή το πρόγραμμα) θα επιστρέψει ως αποτέλεσμα αυτό που οι ίδιοι πιστεύουν (και θέλουν) και όχι αυτό που προκύπτει από την εκτέλεση των εντολών του προγράμματος που έχουν γράψει. Ακόμη θεωρεί ότι η χρησιμοποίηση αγγλικών λέξεων (ελληνικών κτλ.) σε μια γλώσσα προγραμματισμού μπορεί να παραπλανήσει τους μαθητές κάνοντας τους να σκεφτούν ότι ο υπολογιστής διαθέτει την ικανότητα να βγάζει συμπεράσματα και να καταλαβαίνει τι εννοεί κάποιος με τα λεγόμενα του. Η ανάθεση τιμής σε μεταβλητή παρουσιάζει δυσκολίες και είναι γενικά αποδεκτό ότι αποτελεί ένα από τα προβλήματα που συναντούν οι μαθητές στη διδασκαλία του προγραμματισμού. Πολλοί ερευνητές έχουν ασχοληθεί με την έννοια της μεταβλητής και το ρόλο της στην αλγοριθμική και τον προγραμματισμό, όπως οι Samurcay (1985), Bayman (1983) και Rogalski (1990). Ο Du Boulay (1989) θεωρεί ότι πολλές φορές οι παρερμηνείες των μαθητών στην κατανόηση των μεταβλητών οφείλονται σε μεγάλο βαθμό στα παραδείγματα που χρησιμοποιούν οι εκπαιδευτικοί στην τάξη (π.χ. η παρομοίωση της μεταβλητής με ένα κουτί). Οι μαθητές θεωρούν λανθασμένα ότι η μεταβλητή θυμάται κάθε τιμή που της δίνεται και μπορούν να τη χρησιμοποιήσουν όποτε θελήσουν. Δεν κατανοούν ότι η νέα τιμή καταχωρείται στη θέση της παλιάς η οποία και χάνεται. Οι μαθητές διατηρούν συνήθως τη μαθηματική αναπαράσταση για την έννοια της μεταβλητής, ακόμη και μετά από πολλά μαθήματα στον προγραμματισμό. Παράλληλα, οι οικείες από τα μαθηματικά διαδικασίες επίλυσης άλλοτε παίζουν θετικό ρόλο, ενισχύοντας την οικοδόμηση της έννοιας της μεταβλητής και άλλοτε συνιστούν ένα ισχυρό γνωστικό εμπόδιο που πρέπει να υπερπηδηθεί (Τζιμογιάννης & Κόμης 2000, Κόμης 2005). Οι τρεις βασικές λογικές δομές του προγραμματισμού είναι: Η ακολουθιακή δομή (sequence) Η δομή επιλογής Οι δομές επανάληψης 19

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Η ακολουθιακή δομή είναι η πιο απλή από τις τρεις βασικές λογικές δομές του προγραμματισμού. Οι εντολές που βρίσκονται σε ακολουθία εκτελούνται κατά τη σειρά που είναι γραμμένες και δεν υπάρχει κάποια άλλη εντολή που να τροποποιεί τη σειρά αυτή. Οι εντολές εκτελούνται μία μία και κάθε εντολή εκτελείται ακριβώς μία φορά. Η δομή αυτή εμφανίζει και τα λιγότερα διδακτικά προβλήματα (Κόμης 2005). Σύμφωνα με τους Putnam (1986) και Sleeman (1988), τα πιο συχνά λάθη και παρανοήσεις των μαθητών που σχετίζονται με τις δομές επιλογής είναι: Στην περίπτωση που η δομή επιλογής δεν έχει τμήμα ΑΛΛΙΩΣ, αναμένουν τη διακοπή της εκτέλεσης του προγράμματος και την εμφάνιση μηνύματος λάθους αν η συνθήκη της ΑΝ είναι ψευδής. Στην περίπτωση που η δομή επιλογής έχει και τμήμα ΑΛΛΙΩΣ, αναμένουν την εκτέλεση τόσο του τμήματος ΤΟΤΕ όσο και του ΑΛΛΙΩΣ. Αναμένουν την εκτέλεση του τμήματος ΤΟΤΕ ανεξάρτητα από το αν η συνθήκη είναι αληθής ή όχι. Στην περίπτωση που η δομή επιλογής δεν έχει τμήμα ΑΛΛΙΩΣ, διαχειρίζονται την αμέσως επόμενη εντολή (που δεν ανήκει στη ΑΝ ΤΟΤΕ), όπως το ΑΛΛΙΩΣ, πιστεύουν δηλαδή ότι η εντολή αυτή εκτελείται μόνο όταν η συνθήκη είναι ψευδής. Επίσης, προβλήματα υπάρχουν και στο επίπεδο κατανόησης των επαναληπτικών δομών. Οι επαναληπτικές δομές αποτελούν δομικό στοιχείο σχεδόν κάθε προγράμματος, πέραν εκείνων των σύντομων εκπαιδευτικών προγραμμάτων που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία εκμάθησης μιας γλώσσας. Αποτέλεσαν δε, ιδιαίτερα τα τελευταία 25 χρόνια, ένα από τα πλέον διερευνημένα θέματα από πολλούς ερευνητές και ερευνητικές ομάδες, όπως οι Soloway (1983), Rogalski (1986), Du Boulay (1989), Hoc (1989), Δαγδιδέλης (1996) κ.α. Οι ερευνητές συμφωνούν στο συμπέρασμα ότι οι επαναληπτικές δομές αποτελούν μια περιοχή όπου παρατηρούνται δυσκολίες στους αρχάριους προγραμματιστές. Οι δυσκολίες αυτές μπορεί να οφείλονται σε αδυναμία γενίκευσης (Hoc 1989) είτε σε αδυναμία ανάπτυξης ενός κατάλληλου νοητικού μοντέλου της επαναληπτικής δομής (Kessler 1986). Ο Hoc (1989) παρατηρεί ότι υπάρχει τάση στους νέους προγραμματιστές να γράφουν ξανά το ίδιο κομμάτι κώδικα αντί να χρησιμοποιήσουν δομή επανάληψης. Ο 20

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Du Boulay (1989) θεωρεί ότι οι βρόχοι δημιουργούν στους αρχάριους αρκετά προβλήματα και οι Rogalski και Samurcay (1990) καταγράφουν τις ενέργειες που λαμβάνουν χώρα στη δημιουργία μιας επαναληπτικής δομής. 21

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 22

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο Με τον όρο αλγόριθμος, εννοούμε μια πεπερασμένη σειρά ενεργειών, αυστηρά καθορισμένων και εκτελέσιμων σε πεπερασμένο χρόνο, που στοχεύουν στην επίλυση ενός προβλήματος. Η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου μπορεί να γίνει με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Στη παρούσα εργασία θα αναφερθούμε σε δύο τρόπους αναπαράστασης των αλγορίθμων. Το διάγραμμα ροής (flowchart) και τον ψευδοκώδικα που υλοποιείται σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού. Το διάγραμμα ροής είναι ένα κοινού τύπου διάγραμμα που αναπαριστά έναν αλγόριθμο ή μια διαδικασία, δείχνοντας τα βήματα ως κουτιά διαφόρων ειδών που συνδέονται μεταξύ τους με βέλη. Αυτή η διαγραμματική παρουσίαση μπορεί να δώσει λύση βήμα προς βήμα σε ένα γνωστό πρόβλημα. Τα δεδομένα αναπαρίστανται με κουτιά και τα βέλη δείχνουν τη ροή των δεδομένων. Τα διαγράμματα ροής χρησιμοποιούνται στην ανάλυση, το σχεδιασμό, την 23

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο τεκμηρίωση ή τον έλεγχο μιας διαδικασίας ή ενός προγράμματος σε διάφορα πεδία 1. Ο ψευδοκώδικας χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια σχεδιασμού ενός αλγορίθμου και μοιάζει με μια τυπική γλώσσα προγραμματισμού αλλά περιλαμβάνει μεγαλύτερη ελευθερία ως προς τους συντακτικούς κανόνες. Αλγοριθμική Για τη διδασκαλία της αλγοριθμικής σκέψης και του προγραμματισμού χρησιμοποιήθηκε το πακέτο της Αλγοριθμικής 2. Η αλγοριθμική είναι ένα ολοκληρωμένο πακέτο προγραμματιστικών περιβαλλόντων και εργαλείων για τη διδακτική υποστήριξη σεναρίων και δραστηριοτήτων ενταγμένων στα μαθήματα Πληροφορικής της Γ Γυμνασίου και των Α, Β και Γ Λυκείου, στα πλαίσια της ενότητας Νηρηίδες του έργου Πλειάδες του Επιχειρησιακού Προγράμματος Κοινωνία της Πληροφορίας. Το περιβάλλον αυτό περιλαμβάνει τα λογισμικά: Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής 3 (ΔΔΡ) Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ 4 Χώρος Δραστηριοτήτων Σύμφωνα με τους δημιουργούς του, το ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο της αλγοριθμικής αποσκοπεί μέσω της εντρύφησης με την αλγοριθμική και τον προγραμματισμό στην καλλιέργεια της αναλυτικής σκέψης και συνθετικής ικανότητας των μαθητών, στην ανάπτυξη ικανοτήτων μεθοδολογικού χαρακτήρα, στην καλλιέργεια της αυστηρότητας της διατύπωσης και της έκφρασης. Στόχος δεν είναι η εκμάθηση κάποιας συγκεκριμένης γλώσσας προγραμματισμού και για το λόγο αυτό το προτεινόμενο ψηφιακό περιβάλλον δεν αντιστοιχεί σε κάποιο από αυτά των γλωσσών. Το προτεινόμενο ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο λαμβάνει ως κεντρικούς άξονες: 1 http://pascal.computer.org/sev_display/index.action (Software and Systems Engineering Vocabulary), τελευταία ανάκτηση 19/7/2010 2 http://www.ecedu.upatras.gr/algorithmics/, τελευταία ανάκτηση 19/7/2010 3 http://www.ecedu.upatras.gr/flowchart/, τελευταία ανάκτηση 19/7/2010 4 http://users.sch.gr/alkisg/, τελευταία ανάκτηση 19/7/2010 24

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο το ισχύον Ενιαίο Πρόγραμμα Προγραμμάτων Σπουδών Πληροφορικής, και ειδικότερα σε ότι αφορά στην Αλγοριθμική και στον Προγραμματισμό σε όλες από τις βαθμίδες της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης που διδάσκεται, τις σύγχρονες απόψεις της Διδακτικής της Πληροφορικής σε ότι αφορά κυρίως εγνωσμένες γνωστικές δυσκολίες και συγκεκριμένα μαθησιακά προβλήματα των μαθητών αναφορικά με ζητήματα που προέρχονται από τις θεματικές περιοχές της Αλγοριθμικής και του Προγραμματισμού, την τρέχουσα τεχνολογία και σύγχρονα ψηφιακά περιβάλλοντα τα οποία με κατάλληλη προσαρμογή, παιδαγωγική καθοδήγηση και σωστή χρήση μπορούν να αναδειχθούν σε σημαντικά γνωστικά εργαλεία στα Εργαστήρια Πληροφορικής των σχολείων της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Στην Αλγοριθμική, ο προγραμματισμός αντιμετωπίζεται αφενός ως διαδικασία επίλυσης προβλήματος και αφετέρου ως διαδικασία ανάπτυξης των γνωστικών δομών του υποκειμένου μέσω μιας διαδικασίας επικοινωνίας του χρήστη με τον υπολογιστή. Παράλληλα, γίνεται προσπάθεια ώστε να μην εξαρτάται άμεσα η δραστηριότητα του χρήστη από τις συντακτικές ή τις σημασιολογικές δυσχέρειες ενός προγραμματιστικού περιβάλλοντος. Στο πλαίσιο αυτό ακολουθείται η παρακάτω προσέγγιση: επιλογή του προς επίλυση προβλήματος (η οποία μπορεί να γίνει και από τον από τον ίδιο το μαθητή ως μια γνωστική ανάγκη) μέσα από ένα σύνολο πραγματικών και ανοικτού τύπου προβλημάτων ανάλυση του επιλεγμένου προβλήματος (κατανόηση, κατάτμηση σε υποπροβλήματα, ορισμός σχέσεων ανάμεσα στα διάφορα μέρη, κ.λπ.), σχεδιασμός μιας λύσης (ανασύνθεση των μερών σε ένα ενιαίο όλο, καθορισμός της σειράς, ίσως ανάπτυξη μιας στρατηγικής), μορφοποίηση της λύσης σε «πρόγραμμα» (τόσο με τη μορφή ενός διαγράμματος ροής όσο και σε μια απλή γλώσσα με μορφή ψευδοκώδικα), δοκιμή/εκτέλεση του «προγράμματος», με την έννοια της δοκιμής/εκτέλεσης του διαγράμματος ροής και του ψευδοκώδικα, ανάλυση των αποτελεσμάτων, Διόρθωση των λαθών του «προγράμματος». 25

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο Ο ημιουργός ιαγραμμάτων Ροής ( Ρ) Ο ΔΔΡ είναι μία Γραφική Διεπαφή Χρήστη (GUI) ανάπτυξης και εκτέλεσης αλγορίθμων απευθείας υπό τη μορφή διαγραμμάτων ροής, εικόνα 2.1 Εικόνα 2. 1: Ο Δημιουργός Διαγραμμάτων Ροής (ΔΔΡ) Στο αριστερό μέρος της εικόνας παρουσιάζονται όλα τα απαραίτητα δομικά στοιχεία για την δημιουργία ενός αλγορίθμου. Ο αλγόριθμος παρουσιάζεται με γραφικό τρόπο σύροντας το αντίστοιχο αντικείμενο (drag n drop) στην επιφάνεια λειτουργίας του προγράμματος. Μετά την τοποθέτηση των αντίστοιχων αντικειμένων γίνεται η σύνδεση τους με γραμμές ροής. Ο μαθητής έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει τον αλγόριθμο και να παρακολουθήσει τα αποτελέσματα της εκτέλεσης τόσο στο παράθυρο της οθόνης όσο και στο παράθυρο των μεταβλητών. Στο παράθυρο της οθόνης μπορεί να δει μηνύματα και αποτελέσματα εφόσον έχει χρησιμοποιήσει τις αντίστοιχες εντολές για το σκοπό αυτό. Αντιθέτως, στο παράθυρο των μεταβλητών παρουσιάζονται κάθε στιγμή οι τιμές των μεταβλητών που χρησιμοποιεί. Ένα πολύ θετικό στοιχείο του προγράμματος είναι η δυνατότητα αργής εκτέλεσης ή η εκτέλεση βήμα προς βήμα ώστε οι μαθητές να έχουν τη δυνατότητα να παρακολουθούν βηματικά την εκτέλεση του αλγορίθμου, τις τιμές των 26

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο μεταβλητών καθώς και τη ροή του αλγορίθμου. Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στο (Γεωργόπουλος κ.α., 2005) και στην ιστοσελίδα της Αλγοριθμικής. Ο ιερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ είναι ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης αλγορίθμων σε μορφή ψευδοκώδικα, ειδικά σχεδιασμένο για τη γλώσσα προγραμματισμού (ΓΛΩΣΣΑ) που διδάσκεται στα πλαίσια του μαθήματος Ανάπτυξη εφαρμογών σε προγραμματιστικό περιβάλλον (ΑΕΠΠ) της Γ Γενικού Λυκείου. (http://users.sch.gr/alkisg/) Το περιβάλλον του Διερμηνευτή της ΓΛΩΣΣΑΣ φαίνεται στην εικόνα 2.2. Εικόνα 2. 2: Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ Οι μαθητές μπορούν να γράψουν τα προγράμματά τους στο πάνω μέρος της οθόνης, καρτέλα Κώδικας. Οι εντολές που υποστηρίζει η ΓΛΩΣΣΑ φαίνονται στη δεξιά στήλη, στην καρτέλα Εντολές. Οι μαθητές μπορούν να γράψουν τις εντολές είτε πληκτρολογώντας ολόκληρη την εντολή, είτε χρησιμοποιώντας τη δυνατότητα αυτόματης συμπλήρωσης, είτε κάνοντας κλικ πάνω στην κατάλληλη εντολή, είτε χρησιμοποιώντας κάποια από τις διαθέσιμες συντομεύσεις του πληκτρολογίου. Σε όλες 27

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο τις περιπτώσεις εκτός από την πρώτη αποφεύγονται τα συντακτικά λάθη με αποτέλεσμα το πρόγραμμα να συμβάλει στην καθοριστικότητα και αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου. Στο δεύτερο μισό της οθόνης βρίσκεται το παράθυρο της Οθόνης Εκτέλεσης στο οποίο οι μαθητές δίνουν τα δεδομένα εισόδου και βλέπουν τα αποτελέσματα της επεξεργασίας. Κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης του προγράμματος οι μαθητές έχουν τη δυνατότητα να βλέπουν τις τιμές των μεταβλητών που χρησιμοποιούν στην δεξιά στήλη και συγκεκριμένα στην καρτέλα Μεταβλητές. Πρέπει να σημειωθεί και η πολύ καλή υποστήριξη σε περιπτώσεις συντακτικών λαθών με την εμφάνιση πληθώρας επεξηγηματικών μηνυμάτων που βοηθούν τους μαθητές στην επίλυση των λαθών τους χωρίς εξωτερικές παρεμβάσεις. Όπως και στο ΔΔΡ έτσι και εδώ υπάρχει η δυνατότητα βηματικής εκτέλεσης των προγραμμάτων. Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στο (Γεωργόπουλος κ.α., 2005) και στην ιστοσελίδα της Αλγοριθμικής. Ο Χώρος ραστηριοτήτων Ο Χώρος Δραστηριοτήτων αποτελεί το κεντρικό περιβάλλον από το οποίο ξεκινούν όλες οι εργαστηριακές δραστηριότητες των μαθητών, εικόνα 2.3. Αποτελείται από 19 σενάρια χρήσης κάθε ένα από τα οποία χωρίζεται σε μία ή περισσότερες δραστηριότητες με τα αντίστοιχα φύλλα εργασίας. Ο μαθητής μπορεί να επιλέξει το σενάριο χρήσης και στη συνέχεια τη δραστηριότητα που επιθυμεί, εικόνα 2.4. Στο σημείο εκείνο έχει τη δυνατότητα είτε να ανοίξει κατευθείαν το αρχείο (μορφή pdf) με τις οδηγίες για τη διεκπεραίωση της δραστηριότητας είτε να το αποθηκεύσει στον Η/Υ του και να το ανοίξει ως ξεχωριστό αρχείο. Παράλληλα στην ίδια οθόνη εμφανίζονται κάθε φορά και τα απαραίτητα αρχεία για την ολοκλήρωση της δραστηριότητας τα οποία μπορεί να επιλέξει ο μαθητής και να ανοίξουν με το κατάλληλο πρόγραμμα (ΔΔΡ, ΓΛΩΣΣΑ, Χώρος Δραστηριοτήτων). Μέσα από το Χώρο Δραστηριοτήτων οι μαθητές έχουν τη δυνατότητα να ανοίξουν τα περιβάλλοντα ΔΔΡ και ΓΛΩΣΣΑ κάνοντας κλικ στο αντίστοιχο εικονίδιο της κάθε εφαρμογής που βρίσκεται τοποθετημένο στη γραμμή εργαλείων κάνοντας ακόμα πιο 28

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο εύκολη την πρόσβαση των μαθητών στα συγκεκριμένα εργαλεία που πρόκειται να χρησιμοποιήσουν. Εικόνα 2. 3: Ο Χώρος Δραστηριοτήτων της Αλγοριθμικής Εικόνα 2. 4: Μία εκπαιδευτική δραστηριότητα της Αλγοριθμικής 29

Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Πλαίσιο Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στο (Γεωργόπουλος κ.α., 2005) και στην ιστοσελίδα της Αλγοριθμικής. 30

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Σκοπός της έρευνας Στην έρευνα αυτή θα επιχειρηθεί η μελέτη περίπτωσης ενός τμήματος μαθητών που χρησιμοποιούν το πακέτο της Αλγοριθμικής για την εκμάθηση βασικών αλγοριθμικών εννοιών και προγραμματισμού. Ο σκοπός είναι να μελετηθεί ο τρόπος με τον οποίο οι αρχάριοι προγραμματιστές προσεγγίζουν το θέμα του αλγοριθμικού τρόπου σκέψης και του προγραμματισμού, η εύρεση των κυριοτέρων λαθών τους και πως μπορούν αυτά να ξεπεραστούν καθώς και ο τρόπος με τον οποίο αντιμετωπίζουν το περιβάλλον της Αλγοριθμικής και των σεναρίων χρήσης που εμπεριέχει. Επίσης, σκοπός είναι η διατύπωση προτάσεων για τη βελτίωση των σεναρίων χρήσης της Αλγοριθμικής αλλά και των εργαλείων ΔΔΡ και ΓΛΩΣΣΑ. 31

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας είγμα της έρευνας Η παρούσα μελέτη έλαβε χώρα κατά τη διάρκεια της σχολικής χρονιάς 2008 2009 στο εργαστήριο Ηλεκτρονικών Υπολογιστών ενός σχολείου του Ν. Ηλείας και συγκεκριμένα στις ώρες του μαθήματος Εφαρμογές Πληροφορικής. Το συγκεκριμένο σχολείο επιλέχτηκε γιατί σε αυτό δίδασκε ο ερευνητής. Το δείγμα αποτέλεσαν 13 μαθητές της Α τάξης ενιαίου Λυκείου. Όλοι οι μαθητές του τμήματος αποτέλεσαν το δείγμα χωρίς καμία εξαίρεση. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε 6 ομάδες των 2 ατόμων και ένας μαθητής εργάστηκε μόνος του. Οι ομάδες χωρίστηκαν εθελοντικά χωρίς την παρεμβολή του διδάσκοντα. Επίσης ο μαθητής που εργάστηκε μόνος του επέμενε από την αρχή ότι δεν ήθελε να μπει σε καμία ομάδα και ήθελε να συμμετέχει στη διαδικασία χωρίς συνεργάτες. Εργαστήριο Πληροφορικής και εργαλεία συλλογής δεδομένων Το εργαστήριο πληροφορικής ήταν εξοπλισμένο με δώδεκα μηχανήματα σχετικά καινούργιας τεχνολογίας Intel Pentium Dual Core με 1Gb μνήμη Ram. Η ύπαρξη των μηχανημάτων ήταν καταλυτική για να μπορέσει να γίνει η καταγραφή των δραστηριοτήτων των μαθητών με το πρόγραμμα Camtasia 5.0. Η πλειοψηφία των εργαστηρίων πληροφορικής των σχολείων Β/θμιας Εκπαίδευσης διαθέτουν εργαστήρια με Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές πολύ παλιάς τεχνολογίας που τα καθιστούν αδύνατα για μια τέτοια μελέτη. Η αδυναμία αυτή οφείλεται κυρίως στη χρήση του προγράμματος καταγραφής της οθόνης των μαθητών που επιβαρύνει σημαντικά τον Η/Υ και όχι στη χρησιμοποίηση των προγραμμάτων της Αλγοριθμικής. Σε κάθε ομάδα αντιστοιχούσε και ένας Ηλεκτρονικός Υπολογιστής. Λόγω διάταξης των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του εργαστηρίου διαπιστώθηκε ότι έπρεπε να υπάρχει ένα μηχάνημα κενό ανάμεσα στους μαθητές για να μπορούν να κάθονται άνετα και να συζητούν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Σε όλη τη διάρκεια της διαδικασίας χρησιμοποιήθηκε ψηφιακό μαγνητόφωνο για τη καταγραφή της διδασκαλίας του διδάσκοντα ενώ τα σχόλια, οι παρατηρήσεις και οι επεξηγήσεις σημειώνονταν στον λευκό πίνακα μαρκαδόρου της αίθουσας. Επιπλέον σε μία ομάδα μαθητών τοποθετήθηκε κάμερα και μικρόφωνο για την καταγραφή των 32

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας αντιδράσεων, αποριών και συζητήσεων τους κατά τη διάρκεια επίλυσης των δραστηριοτήτων. Η ομάδα αυτή επιλέχτηκε τυχαία. Οι μαθητές ρωτήθηκαν για το αν θέλουν να καταγράφονται από την κάμερα και η πρώτη ομάδα που εκδήλωσε ενδιαφέρον επιλέχτηκε. Προφίλ των μαθητών και προϋπάρχουσα γνώση στη χρήση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και προγραμματισμού Σε όλους τους μαθητές στην αρχή της διαδικασίας και μάλιστα κατά τη διάρκεια της πρώτης διδακτικής ώρας δόθηκε ένα ερωτηματολόγιο για να διαπιστωθεί η σχέση τους με τους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές και με τον προγραμματισμό. Το ερωτηματολόγιο μπορεί να βρεθεί στο Παράρτημα Α της εργασίας. Το τμήμα της τάξης όπως έχει ήδη αναφερθεί το αποτελούσαν 13 μαθητές οι οποίοι ήταν όλοι αγόρια. Οι 12 από τους οποίους διέθεταν ηλεκτρονικό υπολογιστή στο σπίτι όπως φαίνεται και από το Γράφημα 1. Γράφημα 1: Μαθητές που διαθέτουν Η/Υ στο σπίτι 33

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Οι μαθητές δήλωσαν ότι απέκτησαν τον πρώτο τους ηλεκτρονικό υπολογιστή στις τελευταίες τάξεις του δημοτικού σχολείου (Πέμπτη, Έκτη τάξη). Από αυτό συνεπάγεται ότι θα ήταν αρκετά εξοικειωμένοι με τους Η/Υ και τα παραθυρικά περιβάλλοντα, οπότε και θα χρειάζονταν λιγότερο χρόνο προσαρμογής με τα εργαλεία. Ένα εξίσου σημαντικό ποσοστό μαθητών διέθετε σύνδεση με το Ιντερνέτ στο σπίτι και μάλιστα με ADSL γραμμή, όπως φαίνεται και στο γράφημα 2. Στην ουσία από τους μαθητές που διέθεταν Η/Υ στο σπίτι μόνο ένας δεν διέθετε σύνδεση στο Ιντερνέτ. Γράφημα 2: Μαθητές που διαθέτουν Ίντερνετ στο σπίτι Στη συνέχεια θέλαμε να διαπιστώσουμε τη γνώμη των ίδιων των μαθητών όσον αφορά τις γνώσεις τους πάνω στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές. Δεδομένου ότι όλοι σχεδόν διέθεταν ηλεκτρονικό υπολογιστή, ήταν αναμενόμενο να εκτιμούν ότι είναι καλοί και στο συγκεκριμένο τομέα. Η διαπίστωση αυτή επιβεβαιώνεται και στο γράφημα 3. Μόνο τρεις μαθητές θεωρούν ότι οι γνώσεις τους είναι μέτριες, ενώ η πλειοψηφία τους δηλώνει ότι οι γνώσεις τους είναι καλές. Τέλος ένας μαθητής δηλώνει ότι κατέχει το αντικείμενο πολύ καλά και ένας άριστα. 34

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Γράφημα 3: Γνώμη των μαθητών για τις γνώσεις τους στους Η/Υ Η εξοικείωση με οποιαδήποτε ασχολία και ιδιαίτερα με τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές εξαρτάται από την ενασχόληση του κάθε ατόμου με το αντικείμενο. Για το λόγο αυτό θέλαμε να διαπιστώσουμε την εβδομαδιαία χρήση των μαθητών με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Σίγουρα όλοι οι μαθητές έρχονται σε επαφή με τον Η/Υ στο σχολείο αλλά είναι εξίσου σημαντικός και ο χρόνος που αφιερώνουν στο σπίτι. Στο γράφημα 4 φαίνεται ότι οι 7 στους 12 μαθητές χρησιμοποιούν καθημερινά τον Η/Υ ενώ οι υπόλοιποι τουλάχιστον 4 ημέρες την εβδομάδα. Μόνο δύο μαθητές δήλωσαν ότι χρησιμοποιούν τον Η/Υ μία φορά την εβδομάδα. Στο γράφημα 5 φαίνεται ότι μόνο ένας μαθητής χρησιμοποιεί τον Η/Υ λιγότερο από 30 τη φορά. Το ¼ δηλώνει ότι τον χρησιμοποιεί από μισή έως μία ώρα ενώ άλλο ¼ από μία ώρα έως μία ώρα και τριάντα λεπτά τη φορά. Επιπλέον υπάρχουν κάποιοι που δηλώνουν ότι ασχολούνται περισσότερο από 3 ώρες κάθε φορά που χρησιμοποιούν τον Η/Υ. 35

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Γράφημα 4: Πλήθος ημερών χρήσης του Η/Υ κατά μέσο όρο σε μία εβδομάδα Γράφημα 5: Χρόνος που αφιερώνουν οι μαθητές στη χρήση του Η/Υ Σύμφωνα με τους μαθητές οι κυριότερες ασχολίες τους με έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή είναι να ακούν μουσική, να βλέπουν ταινίες, να παίζουν παιχνίδια και να κατεβάζουν προγράμματα από το Ιντερνέτ. Τέλος, σημαντική ασχολία σε καθημερινή βάση 36

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας αποτελούν οι συνομιλίες με άλλους χρήστες (chat) και οι ιστοσελίδες κοινωνικής δικτύωσης (facebook, hi 5). Η πλειοψηφία των μαθητών έχει παρακολουθήσει κάποια μαθήματα προγραμματισμού στο Γυμνάσιο. Ανάλογα με το Γυμνάσιο προέλευσης, είτε έχουν κάνει κάποια μαθήματα σε Logo (χελωνόκοσμος) είτε κάποια μαθήματα αλγοριθμικής δομής (παλαιότερο βιβλίο Γυμνασίου). Τέλος δύο μαθητές δήλωσαν ότι δεν έχουν παρακολουθήσει τα αντίστοιχα μαθήματα. Ίσως να προέρχονται από μικρό σχολείο, στο οποίο δεν έκαναν το μάθημα της πληροφορικής στη Γ γυμνασίου. Τα αντίστοιχα ποσοστά φαίνονται στο γράφημα 6. Το ενιαίο Λύκειο στη Β και Γ τάξη χωρίζεται σε κατευθύνσεις και οι μαθητές επικεντρώνονται κυρίως στα μαθήματα που τους ενδιαφέρουν έτσι ώστε να καταφέρουν να επιτύχουν στις Πανελλαδικές Εξετάσεις της Γ τάξης την εισαγωγή τους στην πανεπιστημιακή σχολή που επιθυμούν. Επίσης, είναι κοινή πρακτική οι μαθητές να δίνουν περισσότερη βαρύτητα στα μαθήματα της κατεύθυνσης τους παρά στα υπόλοιπα. Θέλαμε να διαπιστώσουμε την κατεύθυνση που σκοπεύουν να ακολουθήσουν οι μαθητές στις επόμενες 2 τάξεις για να υπάρχει ένα μέτρο σύγκρισης όσον αφορά το ενδιαφέρον τους και την προσοχή τους στη διαδικασία στο γενικότερο πλαίσιο του Ελληνικού σχολείου. Γράφημα 6: Γνώση προγραμματισμού 37

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Το θετικό στη διαδικασία ήταν ότι οι 9 από τους 13 μαθητές δήλωσαν ότι θα ακολουθήσουν Τεχνολογική Κατεύθυνση όπου ο προγραμματισμός είναι ένα από τα βασικά μαθήματα. Άρα αποκτούν και ένα ισχυρό κίνητρο για να κατανοήσουν και να συμμετέχουν όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον άλλοι 3 μαθητές δήλωσαν ότι θα ακολουθήσουν Θετική Κατεύθυνση με κύρια μαθήματα τα μαθηματικά, αρκετά κοντά στην όλη διαδικασία και μόνο ένας μαθητής δήλωσε ότι θα ακολουθήσει Θεωρητική Κατεύθυνση, όπου τα μαθήματα στις επόμενες τάξεις δε θα έχουν καμία σχέση με τον προγραμματισμό. Οι απαντήσεις των μαθητών φαίνονται στο γράφημα 7. Τέλος, σχετικά με την ερώτηση αν θα τους ενδιέφερε να ασχοληθούν με τον προγραμματισμό στα πλαίσια τους μαθήματος παρατηρούμε ότι όλοι σχεδόν δήλωσαν ότι τους ενδιαφέρει πολύ ή πάρα πολύ, γράφημα 8, που εν μέρει εξηγείται από την πρόθεση τους να ακολουθήσουν τις ανάλογες κατευθύνσεις στο μέλλον αλλά και ίσως από την περιέργεια να γνωρίσουν και να εμβαθύνουν στον προγραμματισμό. Γράφημα 7: Μελλοντική κατεύθυνση που θα ακολουθήσουν οι μαθητές στη Β Λυκείου 38

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Γράφημα 8: Ενδιαφέρον των μαθητών για την ενασχόληση τους με τον προγραμματισμό Μέθοδος Όπως προαναφέρθηκε η μελέτη περίπτωσης πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του μαθήματος Εφαρμογές Πληροφορικής της Α τάξης ενιαίου λυκείου. Το μάθημα αυτό διδάσκεται 2 ώρες ανά εβδομάδα. Για την υλοποίηση της διαδικασίας πραγματοποιήθηκαν 24 διδακτικές ώρες μέσα σε μια περίοδο πέντε μηνών. Στο διάστημα αυτό για διαφόρους λόγους χάθηκαν δώδεκα διδακτικές ώρες από τις 36 που θα έπρεπε να γίνουν. Συνολικά είχαμε ποσοστό διδασκαλίας 66,67%. Αρκετά χαμηλό αλλά ίσως αρκετά συνηθισμένο στην Ελληνική πραγματικότητα. Οπότε σε αρκετές περιπτώσεις είτε είχαμε διδασκαλία μία φορά την εβδομάδα είτε περνούσε διάστημα περισσότερο της μιας εβδομάδας μέχρι την επόμενη διδασκαλία. Πρέπει να σημειωθεί ότι στο χρονικό διάστημα των πέντε μηνών παρεμβλήθηκαν και οι γιορτές των Χριστουγέννων με τους μαθητές να κάνουν διακοπές για δύο εβδομάδες. Η αναφορά αυτή γίνεται για να γίνει κατανοητό, ότι για τους μαθητές, αρκετές φορές, περνούσε μεγάλο χρονικό διάστημα από τη μία διδασκαλία στην επόμενη οπότε ήταν φυσιολογικό να ξεχνούν πράγματα και να χάνουν την εξοικείωση τους με τη διαδικασία. 39

Κεφάλαιο 3 Μεθοδολογία έρευνας Το αρχικό πλάνο ήταν να χρησιμοποιηθούν όλα τα σενάρια της Αλγοριθμικής που καλύπτουν μέχρι και την ενότητα των δομών επανάληψης και συγκεκριμένα της δομής επανάληψης Όσο, αξιοποιώντας τις προτεινόμενες διδακτικές ώρες για κάθε δραστηριότητα. Ωστόσο αυτό δεν φάνηκε να λειτουργεί ικανοποιητικά στην τάξη και στο πραγματικό περιβάλλον διδασκαλίας, τουλάχιστον όσον αφορά τις συγκεκριμένες ομάδες μαθητών. Περισσότερα για αυτό το θέμα θα αναφερθούν στη συνέχεια. Για κάθε σενάριο και για κάθε δραστηριότητα αυτού πραγματοποιήθηκε η αντίστοιχη διδασκαλία από το διδάσκοντα και δίνονταν σε κάθε μαθητή το αντίστοιχο φύλλο εργασίας σε φωτοτυπία. Κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας οι μαθητές απαντούσαν στα ερωτήματα του φύλλου εργασίας και σημείωναν τις απαντήσεις τους σε αυτό. Οι απορίες των μαθητών λυνόντουσαν όσο το δυνατόν περισσότερο μέσα από μια εποικοδομητική συζήτηση όπου ο διδάσκοντας προσπαθούσε να εκμαιεύσει τη σωστή απάντηση από τους ίδιους τους μαθητές όπου και όταν αυτό ήταν εφικτό. Στη συνέχεια δινόταν χρόνος στους μαθητές για την υλοποίηση της δραστηριότητας. Μετά από τις πρώτες τέσσερις δραστηριότητες αποδείχτηκε ότι αυτός ο τρόπος διδασκαλίας δεν ήταν αρκετά αποτελεσματικός. Η διδακτική ώρα ήταν περιορισμένη (λιγότερο από 45 λεπτά) με αποτέλεσμα να μην προλαβαίνουν οι μαθητές να υλοποιούν κάτι στον Η/Υ. Θα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν πολύ περισσότερες διδακτικές ώρες. Επιπλέον οι μαθητές μηχανικά σημείωναν στο χαρτί τις απαντήσεις χωρίς να φαίνεται ξεκάθαρα αν έχουν κατανοήσει αυτά που γράφουν. Στη συνέχεια επιλέχτηκε να δίνεται μια δραστηριότητα προς υλοποίηση από το διδάσκοντα είτε σε ΔΔΡ είτε σε Γλώσσα. Δίνονταν οι απαραίτητες διευκρινήσεις, λύνονταν οι απορίες των μαθητών και στη συνέχεια οι μαθητές ξεκινούσαν να την υλοποιούν στον Η/Υ. 40

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Κεφάλαιο 4 Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι κυριότερες κατηγορίες παρανοήσεων και λαθών των μαθητών που παρατηρήθηκαν σε αυτή τη μελέτη περίπτωσης. Όλες οι δραστηριότητες και τα φύλλα εργασίας παρουσιάζονται στο Παράρτημα Β. Εκτός από τις παρανοήσεις σε κύρια θέματα αλγορίθμων και προγραμματισμού παρατηρήθηκαν και αρκετά προβλήματα εξοικείωσης με τα περιβάλλοντα που χρησιμοποιήθηκαν, το ΔΔΡ και της ΓΛΩΣΣΑΣ. Αν και από το αρχικό ερωτηματολόγιο οι μαθητές υποστηρίζουν ότι διαθέτουν μεγάλη εξοικείωση με τους Η/Υ, ωστόσο φαίνεται να δυσκολεύονται αρκετά, τουλάχιστον στην αρχή, πολλοί από τους μαθητές. Αρχικά θα παρουσιαστούν τα λάθη των μαθητών κατά την πρώτη φάση διδασκαλίας (ακολουθιακή δομή, μεταβλητές, εντολές ΔΙΑΒΑΣΕ, ΕΜΦΑΝΙΣΕ) τόσο στο ΔΔΡ όσο και στη ΓΛΩΣΣΑ και έπειτα στη δεύτερη φάση διδασκαλίας μετά την εισαγωγή της δομής επιλογής ΑΝ στην απλή και εκτεταμένη μορφή με τη χρήση εμφωλευμένων ΑΝ. 41

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Βασικές παρανοήσεις και λάθη των μαθητών στα πρώτα στάδια Ακολουθιακή ομή εντολές ΙΑΒΑΣΕ και ΓΡΑΨΕ Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν τα λάθη και οι παρανοήσεις των μαθητών κατά τη διάρκεια της εξοικείωσής τους με τη βασική ακολουθιακή δομή και τις εντολές ΔΙΑΒΑΣΕ και ΓΡΑΨΕ, πρώτα με τη χρήση του προγράμματος ΔΔΡ και έπειτα με τη χρήση του προγράμματος διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα λάθη της χρήσης των μεταβλητών παρουσιάζονται παντού και σε όλες τις κατηγορίες. Με τη χρήση του προγράμματος ημιουργός ιαγραμμάτων Ροής Η πρώτη δραστηριότητα των μαθητών (Φύλλο Δραστηριοτήτων 1) πραγματοποιήθηκε με μεγάλη επιτυχία από όλους τους μαθητές. Συμπλήρωσαν όλοι το φύλλο εργασίας και ολοκλήρωσαν τη δραστηριότητα βάζοντας στη σωστή σειρά τις ήδη έτοιμες εντολές που έλυναν το πρόβλημα στο ΔΔΡ, εικόνα 4.1. Στη συνέχεια το έτρεξαν και γενικά πειραματίστηκαν με το πρόγραμμα και τη λειτουργία του. Εικόνα 4. 1: 1 η δραστηριότητα αλγοριθμικής Σύνδεση και σωστή σειρά αντικειμένων 42

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Από την αρχή της διαδικασίας παρατηρήθηκε μία δυσκολία των μαθητών να διακρίνουν τις διαφορές μεταξύ των εντολών ΔΙΑΒΑΣΕ και ΕΜΦΑΝΙΣΕ στο ΔΔΡ. Οι δυσκολίες επικεντρώνονται στο είδος του μηνύματος και το ρόλο του στον αλγόριθμο, τη θέση της εντολής στον αλγόριθμο και το όνομα της μεταβλητής που θα χρησιμοποιηθεί κάθε φορά. Εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ Στην εικόνα 4.2 φαίνεται ότι οι μαθητές υπολόγισαν μόνοι τους το αποτέλεσμα της πράξης και το έβαλαν να εμφανιστεί στην οθόνη τοποθετώντας το στο πλαίσιο του μηνύματος ενώ στο πλαίσιο της μεταβλητής δεν τοποθέτησαν τίποτα. Δεν έχουν κατανοήσει ακόμα το νόημα της θέσης μνήμης και την προσωρινή αποθήκευση του αποτελέσματος της πρώτης πράξης. Επιπλέον δεν είχαν συνδέσει την εντολή και απλά την τοποθέτησαν πάνω στη γραμμή που συνέδεε τις άλλες δύο εντολές. Το θετικό σημείο είναι ότι βρήκαν σωστά τη θέση για την τοποθέτηση του αποτελέσματος. Εικόνα 4. 2: Χρήση αριθμού στη θέση μηνύματος της εντολής ΕΜΦΑΝΙΣΕ 43

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Εικόνα 4. 3: Χρήση αριθμού στη θέση της μεταβλητής της εντολής ΕΜΦΑΝΙΣΕ Στην εικόνα 4.3 παρατηρούμε ότι οι μαθητές υπολόγισαν το τελικό αποτέλεσμα είτε με το μυαλό τους είτε με το κομπιουτεράκι και το έγραψαν στην εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ στη θέση της μεταβλητής. Τοποθέτησαν και μια λέξη Ταξίδι στο πεδίο της εντολής για το μήνυμα. Δεν έχει ξεκαθαριστεί ακόμα η διαφορά ανάμεσα στα δύο πεδία της εντολής καθώς και ο ρόλος των μεταβλητών. Στην εικόνα 4.4 παρατηρούμε ότι οι μαθητές τοποθέτησαν την εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ στη σωστή θέση. Η μεταβλητή που χρησιμοποίησαν είναι διαφορετική από αυτή στην οποία ήταν αποθηκευμένο το αποτέλεσμα. Αν και μοιάζει αρκετά με τη μεταβλητή του αποτελέσματος ωστόσο τα γράμματα διαφέρουν (μικρά κεφαλαία). Οι μαθητές θεώρησαν λανθασμένα ότι δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ μικρών και κεφαλαίων γραμμάτων. Η αντίληψη αυτή όμως καταρρίφθηκε από το αποτέλεσμα της οθόνης του Η/Υ που ήταν 0 και όχι 1140 που είναι το σωστό. Επιπλέον η ομάδα δεν έβαλε κάποιο επεξηγηματικό μήνυμα να εμφανιστεί στην οθόνη αλλά ένα τυχαίο όνομα. 44

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Εικόνα 4. 4: Διαφορετική μεταβλητή στο ΕΜΦΑΝΙΣΕ από αυτή του αποτελέσματος Εικόνα 4. 5: Μη συνδεδεμένη εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ, σε λάθος θέση και με διαφορετική μεταβλητή 45

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Το ίδιο λάθος παρατηρήθηκε και σε άλλη ομάδα, στην εικόνα 4.5 όπου όχι μόνο χρησιμοποίησαν διαφορετικό όνομα μεταβλητής αλλά τοποθέτησαν την εντολή και σε λάθος θέση. Η λάθος θέση οφείλεται στο γεγονός ότι η μεταβλητή που ήθελαν να εμφανίσουν δεν είχε υπολογιστεί ακόμα. Επιπλέον, η εντολή δεν είχε συνδεθεί με τις υπόλοιπες. Την τοποθέτησαν πάνω σε μια υπάρχουσα γραμμή. Οι μαθητές θεώρησαν ότι ο Η/Υ θα το καταλάβει και θα την εκτελούσε στη θέση που την έβαλαν. Εντολή ΙΑΒΑΣΕ Στην ίδια άσκηση οι μαθητές έπρεπε να διαβάσουν τον αριθμό των ατόμων που θα ταξιδέψουν. Στην εικόνα 4.6, οι μαθητές τοποθέτησαν την εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ στο τέλος του αλγορίθμου. Χρησιμοποίησαν στο πεδίο μηνυμάτων ένα μήνυμα που δεν βοηθάει τον χρήστη του αλγορίθμου και δεν έχει σχέση με την άσκηση. Για μεταβλητή χρησιμοποίησαν την έκφραση Συμμετοχή >4. Δε φαίνεται να έχει κατανοηθεί τόσο ο ρόλος της εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ όσο και ο ρόλος των μεταβλητών. Εικόνα 4. 6: Εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ στο τέλος του αλγορίθμου 46

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Εικόνα 4. 7: Μη χρήση της μεταβλητής Άτομα στους υπολογισμούς Στην εικόνα 4.7, οι μαθητές χρησιμοποίησαν σωστά την εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ. Τοποθέτησαν ένα μήνυμα αρκετά ικανοποιητικό και μια μεταβλητή για την αποθήκευση του αποτελέσματος. Ωστόσο δεν τροποποίησαν τον αλγόριθμο ώστε να χρησιμοποιήσει το αποτέλεσμα της μεταβλητής σε επόμενο στάδιο. Έτσι ανεξάρτητα από το δεδομένο εισόδου ο αλγόριθμος υπολόγιζε πάντα το ίδιο αποτέλεσμα. Στην εικόνα 4.8, οι μαθητές τοποθέτησαν την εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ μετά τους υπολογισμούς και χωρίς να έχουν κάνει τη σύνδεση με το προηγούμενο και το επόμενο αντικείμενο. Τοποθέτησαν την εντολή ανάμεσα στις δύο άλλες εντολές και πάνω σε ένα προϋπάρχον βέλος. Επιπλέον το μήνυμα στην εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ δεν είχε καμία σχέση με την άσκηση όπως και η αντίστοιχη μεταβλητή που δεν χρησιμοποιείται πουθενά. 47

Κεφάλαιο 4 Λάθη μαθητών, αρχικό στάδιο Εικόνα 4. 8: Εντολή ΔΙΑΒΑΣΕ χωρίς σύνδεση, σε λάθος θέση και με μεταβλητή που δε χρησιμοποιείται Η ίδια ομάδα, εικόνα 4.9, μετά τη σύνδεση της εντολής ΔΙΑΒΑΣΕ τοποθέτησε μια εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ στο τέλος, με μήνυμα που δεν έχει σχέση με την άσκηση και με διαφορετική μεταβλητή από τις ήδη υπάρχουσες. Εικόνα 4. 9: Εντολή ΕΜΦΑΝΙΣΕ με διαφορετική μεταβλητή από τις υπάρχουσες 48