Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας: Πρακτικές ιδέες για τη διδασκαλία ενός θεωρητικού μαθήματος Πάσχου Αικατερίνη 1 katpas@sch.gr 1 Εκπαιδευτικός Πληροφορικής, 2 ο ΕΠΑ.Λ. Καρδίτσας Περίληψη Το μάθημα Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας έχει ενταχθεί στο αναλυτικό πρόγραμμα του τομέα πληροφορικής του τεχνολογικού λυκείου (ΤΕΕ ή ΕΠΑΛ) από το 1998 (Γ2/2682/20-07-2000) ως τρίωρο (3) θεωρητικό μάθημα. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με το απαρχαιωμένο πια διδακτικό εγχειρίδιο, το καθιστά ένα ιδιαίτερο βαρύ και δύσκολο μάθημα, το οποίο δύσκολα μπορεί να κεντρίσει το ενδιαφέρον των μαθητών. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται μια σειρά από ιδέες και προτάσεις, ώστε το μάθημα να αποκτήσει ένα εργαστηριακό κομμάτι αλλά και το θεωρητικό μέρος να εμπλουτιστεί με εργασίες που βασίζονται στις αρχές της ομαδοσυνεργατικής διδασκαλίας, προωθούν τη συνεργασία μεταξύ των μαθητών, και φυσικά κάνουν το μάθημα πιο ενδιαφέρον, ευχάριστο και αποδοτικό. Λέξεις κλειδιά: ομαδοσυνεργατική διδασκαλία, εργαστήριο, φύλλα έργου Εισαγωγή Το μάθημα Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας είχε ενταχθεί στο αναλυτικό πρόγραμμα της Α τάξης του τομέα πληροφορικής των ΤΕΕ (Γ2/2682/20-07-2000) ως τρίωρο θεωρητικό μάθημα με σκοπό να αποκτήσει ο μαθητής βασικές γνώσεις και συνολική εικόνα για την Πληροφορική και την Ψηφιακή Τεχνολογία. Ως εκ τούτου πολλά από τα θέματα που διαπραγματευόταν, όπως για παράδειγμα δίκτυα, πολυμέσα κτλ. αποτελούσαν μια εισαγωγή για αντικείμενα που ο μαθητής θα διδάσκονταν τα επόμενα δύο χρόνια. Με την μετατροπή των ΤΕΕ σε ΕΠΑΛ (νόμος 3475/2006), το μάθημα μεταφέρθηκε στη Β Λυκείου, με αποτέλεσμα αρκετό μέρος της ύλης του να επικαλύπτεται με άλλα μαθήματα, που διδάσκονται τα παιδιά σ αυτήν την τάξη. Επιπλέον, το εξαιρετικά απαρχαιωμένο βιβλίο του μαθήματος, ιδιαίτερα σε θέματα που αφορούν το υλικό και το λογισμικό του υπολογιστή, καθιστά ακόμα πιο δύσκολες και βαρετές για τα παιδιά τις τρεις θεωρητικές ώρες του μαθήματος. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται μια σειρά από ιδέες σχετικές με τη διδασκαλία αυτού του μαθήματος, που μπορούν να κεντρίσουν το ενδιαφέρον των μαθητών, να κάνουν τις ώρες τους στην αίθουσα πιο δημιουργικές και αποδοτικές μέσα από ασκήσεις και εργασίες, ενισχύοντας ταυτόχρονα τη διάθεση τους για συνεργασία και ομαδική δουλειά. Επίσης, παρουσιάζονται μια σειρά από εργαστηριακά φύλλα έργου, τα οποία βοηθούν σε μεγάλο βαθμό τους μαθητές να εμπεδώσουν καλύτερα αυτά που διδάσκονται στην τάξη. Είναι άλλωστε απαραίτητο και αναγκαίο η διδασκαλία όλων των μαθημάτων σήμερα να ενσωματώνει στοιχεία των σύγχρονων εκπαιδευτικών θεωριών, όπως ο ενεργός ρόλος του μαθητή (Piaget, 1979), η μάθηση μέσω της ανακάλυψης (Bruner, 1960), το παιχνίδι ρόλων (Taylor, 1987) και το learning by doing (Dewey, 1971). Μέσα από τα προτεινόμενα φύλλα έργου περιορίζεται αρκετά η χρήση του σχολικού βιβλίου και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση σε θέματα που αφορούν στο υλικό και στην αρχιτεκτονική του υπολογιστή, καθώς υπάρχει ένα κενό στο αναλυτικό πρόγραμμα των ΕΠΑΛ, αφού τα παιδιά διδάσκονται στη Β τάξη Συντήρηση Υπολογιστών, χωρίς όμως να διδάσκονται προηγουμένως το προαπαιτούμενο μάθημα του Υλικού Υπολογιστών, που διδάσκονταν στην Α τάξη των ΤΕΕ. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι τα φύλλα έργα που παρουσιάζονται δε χρησιμοποιήθηκαν τόσο για την αξιολόγηση των μαθητών, όσο για να τους βοηθήσουν να κάνουν κτήμα τους ορισμένες βασικές και πολύ χρήσιμες γνώσεις για έναν απόφοιτο του τομέα Πληροφορικής. Πρακτικά Εργασιών 8 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Καθηγητών Πληροφορικής, Βόλος, 28-30 Μαρτίου 2014
2 8 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Αναπαράσταση χαρακτήρων και αριθμών Είναι γενικά αποδεκτό ότι η αναπαράσταση των χαρακτήρων και των αριθμών είναι ένα δύσκολο αντικείμενο, τόσο όσον αφορά τη διδασκαλία του, όσο και την κατανόηση του από τους μαθητές. Παρόλα αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους σπουδαστές του τομέα Πληροφορικής. Με αφορμή το παιχνίδι κατανόησης των δυαδικών αριθμών χωρίς τη χρήση υπολογιστή (Κόκκορη, 2012) προέκυψαν τα αρκετά φύλλα έργου για την τάξη, ενδεικτικά κομμάτια των οποίων ακολουθούν. Φύλλα έργου για την τάξη Τα φύλλα έργου για την τάξη, τα οποία είναι ατομικά, έχουν ως στόχο να βοηθήσουν το μαθητή να κατανοήσει μέσα από διασκεδαστικές ασκήσεις βασικές έννοιες όπως δεδομένα, πληροφορίες και κωδικοποίηση αυτών και να τον κάνουν ικανό να χειρίζεται και να μετατρέπει αριθμητικά δεδομένα στα διάφορα αριθμητικά συστήματα. Τα φύλλα αυτά είναι: Δημιουργία bitmaps Σταυρόλεξα μετατροπής δεκαεξαδικών αριθμών σε δυαδικούς Αποκωδικοποίηση κειμένου Στέλνοντας μυστικά μηνύματα (Computer Science Unplugged, 2005) Εικόνα 1 - Φύλλο έργου "Μετατροπή bitmap σε δυαδικούς και δεκαεξαδικούς αριθμούς" Εικόνα 2 - Φύλλο έργου "Δημιουργία bitmap από δεκαεξαδικούς αριθμούς"
Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Διδασκαλία και Διδακτική 3 Εικόνα 3 - Φύλλο έργου "Αποκωδικοποίηση κειμένου" Εργαστηριακά φύλλα έργου Σημαντικό εργαλείο για τα εργαστηριακά φύλλα έργου και σ αυτή την ενότητα αλλά και στην ενότητα της αρχιτεκτονικής του υπολογιστή, αποτέλεσε ένα ξεχασμένο και άγνωστο για πολλούς εκπαιδευτικό λογισμικό, το Δ.Ε.Λ.Υ.Σ., το οποίο είχε αναπτυχθεί στα πλαίσια του προγράμματος ΟΔΥΣΣΕΙΑ, και το οποίο μπορεί να ενταχθεί άνετα στο μάθημα Βασικές Αρχές Ψηφιακής Τεχνολογίας. Το λογισμικό αυτό είχε διατεθεί σε όλα τα γυμνάσια της χώρας και σήμερα μπορεί κανείς να το αναζητήσει στα κέντρα ΚΕ.ΠΛΗ.ΝΕ.Τ.. Με βάση λοιπόν το Δ.Ε.Λ.Υ.Σ., δημιουργήθηκαν τα ακόλουθα φύλλα έργου, ενδεικτικά κομμάτια των οποίων φαίνονται στις εικόνες 4 και 5, και τα οποία είχαν ως στόχο να εμπεδώσουν οι μαθητές τις γνώσεις που απέκτησαν στην τάξη σχετικά με την αναπαράσταση αριθμών και χαρακτήρων. Εικονικό Εργαστήριο-Ζυγαριά Επεξεργασία δεδομένων-πρόσθεση αριθμών Επεξεργασία δεδομένων Αποθήκευση και ανάκτηση χαρακτήρων Αναπαράσταση αριθμών κινητής υποδιαστολής www.h-schmidt.net. Εικόνα 4 - Φύλλο έργου "Δ.Ε.Λ.Υ.Σ. Μετατροπές μεταξύ αριθμητικών συστημάτων
4 8 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Εικόνα 5 - Φύλλο έργου "Δ.Ε.Λ.Υ.Σ Αναπαράσταση αριθμών και χαρακτήρων Υλικό και αρχιτεκτονική υπολογιστών Φύλλα έργου για την τάξη Παιχνίδι ρόλων : «Πως δουλεύουν οι υπολογιστές;» Στο παιχνίδι αυτό θεωρούμε ότι ο υπολογιστής αποτελείται από τρία βασικά μέρη: την ΚΜΕ, που εκτελεί το πρόγραμμα και λέει στα άλλα μέρη τι να κάνουν, την ΑΛΜ που εκτελεί όλες τις μαθηματικές και λογικές λειτουργίες και την Οθόνη που δείχνει τα αποτελέσματα στο χρήστη του υπολογιστή. Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες των τριών, όπου καθένας αναλαμβάνει έναν από τους τρεις ρόλους και η ομάδα καλείται να εκτελέσει ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα, χρησιμοποιώντας κάποια βοηθητικά φύλλα έργου. Στόχος του φύλλου αυτού είναι κατανοήσουν οι μαθητές τον τρόπο λειτουργίας των βασικών μονάδων ενός υπολογιστή και το αυστηρό πρωτόκολλο με τον οποίο αυτές επικοινωνούν και συνεργάζονται.
Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Διδασκαλία και Διδακτική 5 Εικόνα 6 - Πρόγραμμα προς εκτέλεση από την ΚΜΕ Εικόνα 7 - Πίνακας καταγραφής τιμών Εικόνα 8 - Πίνακας προσομοίωσης της οθόνης
6 8 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Αναζήτηση πληροφοριών σε εγχειρίδια μητρικών καρτών Η βασική ιδέα είναι να μάθουν οι μαθητές να χρησιμοποιούν τα εγχειρίδια χρήσης των μητρικών καρτών, να αναγνωρίζουν πάνω σ αυτές τα βασικά τους μέρη, βρίσκοντας παράλληλα τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά μέσα στα εγχειρίδια. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν μια σειρά από εγχειρίδια χρήσης διάφορων μοντέλων μητρικών καρτών. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε ομάδες 3 ή 4 ατόμων. Σε κάθε ομάδα δόθηκε ένα εγχειρίδιο και μια φωτοτυπία εικόνας της αντίστοιχης μητρικής και τους ζητήθηκε να αναγνωρίσουν και να σημειώσουν όλα τα μέρη της χρησιμοποιώντας το εγχειρίδιο. Εικόνα 9 Φύλλο έργου Αναγνώριση θυρών Εικόνα 10 Φύλλο έργου Αναγνώριση εξαρτημάτων μητρικής κάρτας
Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Διδασκαλία και Διδακτική 7 Εργαστηριακά φύλλα έργου Τα εργαστηριακά φύλλα έργου που αφορούν στο υλικό και στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών έχουν ως κύριο στόχο να αποκτήσει ο μαθητής την ικανότητα να αναγνωρίζει και να διακρίνει τα βασικά υλικά μέρη ενός προσωπικού υπολογιστή, να κάνει όλες τις απαραίτητες συνδέσεις των μερών αυτών, καθώς και να μπορεί να αναζητά κάθε είδους τεχνική πληροφορία που χρειάζεται στο Διαδίκτυο. Ενδεικτικά παρατίθενται κάποια κομμάτια των φύλλων αυτών: Διερεύνηση του Η/Υ, Εκκίνηση Η/Υ και Συναρμολόγηση Η/Υ με το πρόγραμμα Δ.Ε.Λ.Υ.Σ. Αναζήτηση συγκεκριμένων πληροφοριών για επεξεργαστές υπολογιστών και κινητών τηλεφώνων. Συμπεράσματα Εικόνα 11 - Φύλλο έργου "Αναζήτηση τεχνικών χαρακτηριστικών επεξεργαστών στο Διαδίκτυο" Είναι γεγονός ότι τα αμιγώς θεωρητικά μαθήματα στην τεχνολογική εκπαίδευση γίνονται δύσκολα αποδεκτά από τους μαθητές, οι οποίοι πάντα αναζητούν την πρακτική εφαρμογή αυτών που μαθαίνουν. Το μάθημα των Βασικών Αρχών Ψηφιακής Τεχνολογίας με τον τρόπο που είναι δομημένο, το αναλυτικό πρόγραμμα που το συνοδεύει αλλά και το απολύτως απαρχαιωμένο βιβλίο του, είναι σίγουρα για τους μαθητές ένα από τα πιο δύσκολα και βαρετά μαθήματα. Τα αποτελέσματα όμως της χρήσης των φύλλων έργων που παρουσιάστηκαν ήταν αρκετά ενθαρρυντικά, καθώς όλοι οι μαθητές, ακόμα και οι πιο ζωηροί ή αδιάφοροι, άρχισαν σιγά-σιγά να ανταποκρίνονται με ενθουσιασμό σε κάθε άσκηση, επιζητούσαν με αγωνία την επόμενη και έδειχναν ως εκ τούτου αρκετά μεγαλύτερη προσοχή, όταν έπρεπε να διδαχθούν από έδρας ένα καινούργιο αντικείμενο. Αποδεικνύεται, επίσης, ότι μέσα από την ενσωμάτωση στη διδασκαλία του μαθήματος πρωτότυπων ασκήσεων, με ή χωρίς τη χρήση Η/Υ, οι οποίες ενσωματώνουν τις βασικές αρχές της ομαδοσυνεγρατικής διδασκαλίας και της μάθησης μέσω της ανακάλυψης, το σκηνικό μπορεί να αλλάξει τελείως και τέτοιου είδους μαθήματα να γίνουν πολύ ευχάριστα και δημιουργικά. Και ίσως είναι ο μόνος τρόπος για να κερδίσει κανείς το ενδιαφέρον ακόμα και των πιο ζωηρών μαθητών, δημιουργώντας στην τάξη ένα ευχάριστο και θετικό κλίμα. Οι δραστηριότητες που παρουσιάζονται στην εργασία αυτή και είναι όλες διαθέσιμες στην ηλεκτρονική τάξη (http://eclass.sch.gr/courses/t483113/) μπορούν να δώσουν μια νέα οπτική στους συναδέλφους που διδάσκουν αυτό το μάθημα και να αποτελέσουν αφορμή για νέες ακόμα πιο έξυπνες ιδέες.
8 8 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Αναφορές Bruner, J (1960) The Process of Education, Cambridge, Mass.: Harvard University Press. Computer science Unplugged. (2005) Computer Science... without a Computer! Ανάκτηση στις 20 Οκτωβρίου 2012 από http://csunplugged.org/ Computer Science and Engineering for k-12. (2010) A collection of handouts, worksheets and other documents to help teach Computer Science and Engineering concepts. Ανάκτηση στις 20 Οκτωβρίου 2012 από http://cse4k12.org Dewey J., (1971), Experience and Education (Collier-Macmillan, London) IEEE 754 Floating Point Converter. Ανάκτηση στις 10 Οκτωβρίου 2012 από www.h-schmidt.net Piaget J. (1979), Προβλήματα γενετικής ψυχολογίας, Εκδόσεις Υποδομή, σ.100, 113 Taylor C.A, (1987), In Science education and information transfer, Ch.1,Oxford:Pergamon, ICSU Press Δ.Ε.Λ.Υ.Σ. (2000), Διαδραστικό Εκπαιδευτικό Λογισμικό για Υπολογιστικά Συστήματα, Ανάκτηση στις 10 Οκτωβρίου 2012 από http://users.uom.gr/~delys/ Κόκκορη Αθηνά (2012). Διδασκαλία Εννοιών της Πληροφορικής χωρίς Υπολογιστή Δυαδικοί Αριθμοί, Πρακτικά 6 ου Πανελλήνιου Συνέδρου Καθηγητών Πληροφορικής «Πληροφορική και Νέο Σχολείο» Σιδερίδης Αλέξανδρος, Γιαλούρης Κωνσταντίνος, Παπαδόπουλος Αθανάσιος, Σταθόπουλος Κωνσταντίνος (2000), Βασικές αρχές ψηφιακής τεχνολογίας, Εκδόσεις Ο.Ε.Δ.Β. Υπουργείο Εθνικής Παιδείας και Θρησκευμάτων, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο (2000), Το προφίλ του αποφοίτου T.E.E.