Χτίζοντας ισχυρές προγραμματιστικές δεξιότητες στο Γυμνάσιο: δομή επιλογής

Χτίζοντας ισχυρές προγραμματιστικές δεξιότητες στο Γυμνάσιο: δομή επιλογής Μαρία Μπαλακτσή balaktsi@sch.gr Καθηγήτρια Πληροφορικής Κωνσταντίνος Ζαχαρής kzaharis@sch.gr Διευθυντής 5 ου ΓΕΛ Καρδίτσας Περίληψη Η διδασκαλία των βασικών αλγοριθμικών δομών με συστηματικό τρόπο ήδη από το Γυμνάσιο, αποτελεί θεμελιακή προϋπόθεση (cornerstone) για την ανάπτυξη δεξιοτήτων προγραμματισμού της νέας γενιάς. Για το λόγο αυτό παρουσιάζουμε ένα ολοκληρωμένο σενάριο εφαρμογής της δομής επιλογής, ανεπτυγμένο με τη βοήθεια του σύγχρονου περιβάλλοντος Scratch. Σε αυτό αναλύουμε το παιδαγωγικό πλαίσιο, τους στόχους και σκοπούς, τα βήματα υλοποίησης και τελικά αξιολογούμε την όλη διαδικασία. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνουμε αφενός την εξοικείωση των μαθητών με τις θεμελιώδεις έννοιες του προγραμματισμού (που πρέπει ασφαλώς να κατέχουν) και αφετέρου διατηρούμε σε υψηλά επίπεδα το ενδιαφέρον τους για το γνωστικό αντικείμενο της Πληροφορικής και τις ποικίλες εφαρμογές του. Σε αυτό συντελεί βεβαίως και ο παιγνιώδης χαρακτήρας του προγραμματιστικού περιβάλλοντος. Τέλος, αναλύονται τα αποτελέσματα του σεναρίου με τη βοήθεια της διαδικασίας του αναστοχασμού. Λέξεις-κλειδιά: προγραμματιστικά περιβάλλοντα, δομή επιλογής, αναπαράσταση αλγορίθμου, συνθήκη Εισαγωγή Η ανάπτυξη των γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου (ειδικά αυτών 3 ης και 4 ης γενιάς) έχει δώσει την ευκαιρία στους εκπαιδευτές να χρησιμοποιούν μια πληθώρα εργαλείων και υπολογιστικών περιβαλλόντων για την αποτελεσματική διδασκαλία εννοιών του προγραμματισμού σε μικρές ηλικίες. Τα περιβάλλοντα αυτά πρέπει να διαθέτουν χαρακτηριστικά όπως ευκολία χρήσης, ελκυστικότητα για τους μικρούς (κυρίως) χρήστες, απόκρυψη σύνθετων εννοιών και αντικατάστασή τους με ισοδύναμες, εύκολα κατανοητές ενέργειες. Για το σκοπό αυτό αυτά τα περιβάλλοντα κάνουν χρήση γραφικών, χρωμάτων, εικόνων, κίνησης και animation, ήχων και άλλων ελκυστικών πηγών πληροφορίας (Prensky, 2009). Πολλά έχουν γραφεί για το περιβάλλον Scratch, ένα από τα πολλά υποσχόμενα νέα λογισμικά, κατασκευασμένο στα εργαστήρια παιγνιδιών του περίφημου ΜΙΤ Media Lab της Μασαχουσέτης (http://scratch.mit.edu). To Scratch είναι μια γλώσσα προγραμματισμού και ταυτόχρονα μια online κοινότητα χρηστών, όπου οι μαθητές μπορούν να προγραμματίζουν και να διαμοιράζονται αλληλεπιδραστικά μέσα όπως ιστορίες, παιγνίδια και προσομοιώσεις, με συνομηλίκους τους από όλο τον κόσμο. Είναι σχεδιασμένο ειδικά για τις ηλικίες 8 έως 16, άρα καλύπτει και τις δύο πρώτες βαθμίδες της εκπαίδευσης. Καθώς τα παιδιά προγραμματίζουν με το Scratch, μαθαίνουν να σκέφτονται δημιουργικά και να αιτιολογούν συστηματικά. Ο χρήστης του Scratch δεν εμπλέκεται με αφηρημένα σύμβολα, ούτε έρχεται σε επαφή με τον φορμαλισμό της αλγοριθμικής σκέψης, αντίθετα Πρακτικά Εργασιών 9 ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Καθηγητών Πληροφορικής, Καστοριά, 24-26 Απριλίου 2015

2 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής έχει την αίσθηση ότι «παίζει» και δημιουργεί μέσα σε ένα εικονικό δισδιάστατο περιβάλλον (Kelleher & Pausch, 2007). Η επιλογή, λοιπόν, του συγκεκριμένου λογισμικού είναι απόλυτα δικαιολογημένη - εξάλλου προτείνεται και στις οδηγίες για τη διδασκαλία των προγραμμάτων σπουδών (Greek Ministry of Education, 2013). Παρατηρούμε ότι οι μαθητές στην πλειοψηφία τους αντιδρούν θετικά σε μια απόπειρα διδασκαλίας της βασικής δομής επιλογής μέσα από το Scratch, προσπαθούν να ανταποκριθούν στο σενάριο και αντιλαμβάνονται πως η μεθοδολογία του προγραμματισμού αλλά και η πιο άμεση επαφή με μια προγραμματιζόμενη μηχανή ενδέχεται πολλές φορές να πάρει μορφή τελείως διαφορετική από τις κωδικοποιημένες γλώσσες, κάνοντας έτσι τον προγραμματισμό μια δραστηριότητα πιο ευχάριστη, ελκυστική και αποδοτική στην πράξη. Σύντομη περιγραφή του διδακτικού σεναρίου Το σενάριο που προτείνουμε, περιγράφει αναλυτικά μία δίωρη διδακτική παρέμβαση με χρήση του Scratch. Σκοπός είναι να παρουσιαστεί με συστηματικό και δομημένο τρόπο μια πρόταση μαθημάτων πάνω στην ενότητα των βασικών προγραμματιστικών δομών (επιλογής), όπως αυτά περιγράφονται στα αναλυτικά προγράμματα μαθημάτων πληροφορικής της Β/θμιας εκπαίδευσης (Greek Ministry of Education, 1997). Το συγκεκριμένο σενάριο υλοποιήθηκε στο 5 ο Γυμνάσιο Καρδίτσας, στο Γ1 γενικό τμήμα του σχολείου, την 14/11/2014, από τον πρώτο διδάσκοντα συγγραφέα και διήρκεσε δύο διδακτικές ώρες. Παραπλήσια σενάρια έχουν κατατεθεί ως διδακτικές παρεμβάσεις στο πληροφοριακό αποθετήριο «ΙΦΙΓΕΝΕΙΑ», στα πλαίσια του σεμιναρίου επιμόρφωσης β επιπέδου ειδικότητας ΠΕ19/20 (http://b-epipedo2.cti.gr/) του 4 ου επιμορφωτικού κύκλου, το οποίο αποτέλεσε και το έναυσμα για την υλοποίηση αυτής της εργασίας. Το πλήρες σενάριο αναλύεται σε επιμέρους βήματα στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ, διευκολύνοντας έτσι κάθε εκπαιδευτή που θα επιχειρήσει την εφαρμογή του. Η εμπειρία από την υλοποίηση καταγράφεται στο τελευταίο τμήμα του και συγκεκριμένα στον αναστοχασμό. Η υλοποίηση του μπορεί να γίνει σε κάθε σχολικό εργαστήριο πληροφορικής με σύγχρονο εξοπλισμό, λογισμικό windows, σύνδεση στο σχολικό δίκτυο και βιντεοπροβολέα (Arapoglou et al., 2006). Η σχεδίαση του σεναρίου είναι τέτοια, ώστε να απαιτείται η ανάπτυξη ομαδοσυνεργατικής σχέσης μεταξύ των μαθητών. Έχει παρατηρηθεί ότι βέλτιστο αποτέλεσμα προκύπτει όταν οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των δύο, εναλλάσσονται στο χειρισμό του σταθμού εργασίας και αλληλοσυμπληρώνουν ο ένας τον άλλον ως προς τις απαιτούμενες ενέργειες. Επιπλέον απαιτείται λογισμικό δημιουργίας σταυρολέξων. Νοείται ως δεδομένη η διαχείριση κοινόχρηστων φακέλων στο τοπικό LAN ή εναλλακτικά χρήση κάποιας cloud εφαρμογής (π.χ. dropbox, onedrive, icloud) για διαμοίραση και αποθήκευση των κοινών αρχείων καθώς και των εργασιών των μαθητών και πρόσβασή τους από φορητές υπολογιστικές συσκευές. Το επιμορφωτικό σενάριο Οι μαθητές, κατά τη διάρκεια της πρώτης διδακτικής ώρας, εργάζονται και περιηγούνται στο περιβάλλον Scratch, εξερευνώντας για πρώτη φορά τη μεγάλη ποικιλία κόσμων και εφαρμογών, που βρίσκονται στη διάθεση κάθε χρήστη και προγραμματιστή παιγνιδιών στην παγκόσμια κοινότητα του web. Έπειτα από μια σύντομη προφορική εισαγωγή, ο διδάσκων καθηγητής προσπαθεί με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, να καθοδηγήσει τους μαθητές του έτσι, ώστε να αντιληφθούν την έννοια της επιλογής. Στη συνέχεια καλούνται αυτοί να στοιχειοθετήσουν τα δικά τους παραδείγματα. Εν συνεχεία οι μαθητές περιεργάζονται την υλοποίηση του σεναρίου στο Scratch, ενώ η πρώτη ώρα ολοκληρώνεται με τη συμπλήρωση ενός φύλλου εργασίας. Κατά τη δεύτερη διδακτική ώρα οι μαθητές θα κληθούν να επέμβουν προγραμματιστικά στο σενάριο, υλοποιώντας ενέργειες που θα τους ζητηθούν. Θα πρέπει να προγραμματίσουν την κίνηση ενός σεναρίου, καθορίζοντας τα block της δομής επιλογής. Ταυτόχρονα αντιλαμβάνονται τις έννοιες «ΑΛΗΘΗΣ» και «ΨΕΥΔΗΣ» ως αποτελέσματα εκτέλεσης συνθήκης. Την ώρα αυτή οι μαθητές

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 3 αξιοποιούν τις γνώσεις που απέκτησαν την προηγούμενη και επιπλέον μαθαίνουν να αυτενεργούν. Τέλος συμπληρώνουν ένα μικρό σταυρόλεξο, για την εμπέδωση των καινούργιων εννοιών. Αναστοχασμός Το σενάριο υλοποιήθηκε ακριβώς σύμφωνα με το χρονοπρογραμματισμό του, για δύο συνεχόμενες διδακτικές ώρες. Μπορεί βέβαια να εφαρμοστεί και σε δύο μη-συνεχόμενες, εφόσον γίνει μια μικρή έκπτωση χρόνου. Το λογισμικό Scratch κέρδισε από την αρχή το ενδιαφέρον των μαθητών. Οι περισσότεροι μαθητές ανταποκρίθηκαν θετικά στη χρήση του λογισμικού και συνέχισαν να το χρησιμοποιούν. Οι μαθητές είδαν από την αρχή το Scratch ως παιγνίδι και προσαρμόστηκαν στις διαδικασίες του. Αρκετοί ζήτησαν μάλιστα οδηγίες έτσι, ώστε να μεταφέρουν το πρόγραμμα στον η/υ του σπιτιού τους. Γενικά συμπλήρωσαν τα φύλλα έργου και ανταποκρίθηκαν στις προκλήσεις με επιτυχία. Θεωρούμε ότι μια αύξηση των ωρών του σεναρίου θα βοηθούσε περισσότερο στην κατανόηση και απορρόφηση των εννοιών. Εξάλλου το Scratch είναι ενταγμένο στην εγκεκριμένη κατηγορία λογισμικών για εκπόνηση συνθετικών εργασιών, σύμφωνα και με το αναλυτικό πρόγραμμα τόσο του γυμνασίου όσο και του νέου λυκείου. Άρα η σωστή εκμάθηση και χρήση του δεν μπορεί παρά να αποτελεί μια καλή επένδυση για το μέλλον τους και μια ευκαιρία για σωστή προετοιμασία στο πανελλαδικώς εξεταζόμενο μάθημα της Γ Λυκείου (Bakali et al., 1999). Μια δυσκολία που παρατηρήθηκε κατά την εκτέλεση του σεναρίου είναι η χρήση του συνδυασμού των δομών επιλογής και επανάληψης από αρχάριους προγραμματιστές. Είναι γεγονός ότι οι μαθητές, στην ηλικία αυτή, δυσκολεύονται να διατυπώσουν, να εκφράσουν και να χρησιμοποιήσουν τελικά τη σωστή συνθήκη. Στην περίπτωση αυτή, οι ομάδες πειραματίστηκαν κάνοντας διαφορετικούς συνδυασμούς κάθε φορά με αποτέλεσμα μια μικρή καθυστέρηση, όμως στο τέλος ανακάλυψαν μέσα από τα λάθη τους τη σωστή ροή του προγράμματος και κατά συνέπεια τη σωστή χρήση και τοποθέτηση των εντολών. Το συγκεκριμένο σενάριο έδειξε πως τα «παιγνιώδη» υπολογιστικά περιβάλλοντα μπορούν να διδάξουν έννοιες και μεθόδους πληροφορικής (Komis, 1999) κατά ένα τρόπο πολύ πιο ενδιαφέροντα και αποτελεσματικό από τα συνηθισμένα έως τώρα, όπως Αλγοριθμική, Pascal, Eclipse κ.τ.λ. Βέβαια απαιτείται οργάνωση, μέθοδος διδασκαλίας και εμπιστοσύνη στις ικανότητες και τη διάθεση των παιδιών (Morris et al., 2013). Όμως και η διαχείριση διδακτικών σεναρίων είναι ένα σημαντικό βήμα για την επαγγελματική ανάπτυξη του εκπαιδευτικού. Εξάλλου η λειτουργία κατά ομάδες, η ετοιμότητα και η σωστή προετοιμασία με τη συλλογή και μελέτη ολοκληρωμένων σεναρίων είναι μεταξύ εκείνων των χαρακτηριστικών που οδηγούν σε καλύτερα επίπεδα διδακτικής πρακτικής και αυξάνουν την αποδοτικότητα και αποτελεσματικότητα στην σχολική καθημερινότητα. Συμπεράσματα Το παρόν σενάριο σχεδιάστηκε στη βάση του αναλυτικού προγράμματος σπουδών για τα μαθήματα του Γυμνασίου (Greek Ministry of Education, 2013). Η έμφαση στην ανάπτυξη της πληροφοριακής παιδείας των μαθητών, η καλλιέργεια της αλγοριθμικής σκέψης και η ενίσχυση προγραμματιστικών δεξιοτήτων, μέσω της βιωματικής συνεργατικής μάθησης είναι ορισμένοι από τους κύριους διδακτικούς στόχους του παρόντος σεναρίου. Το περιβάλλον Scratch αποδεικνύεται ότι διαθέτει όλα εκείνα τα χαρακτηριστικά που υπηρετούν τους στόχους αυτούς και επομένως αυξημένη επιπρόσθετη αξία για την επιλογή του ως κατάλληλο λογισμικό (Resnick et al., 2009). Ταυτόχρονα, η κατασκευή ολοκληρωμένων παρεμβάσεων κατέδειξε την αναγκαιότητα αλλά και τη χρηστικότητα προετοιμασίας του καθηγητή πληροφορικής σε καθημερινή βάση. Για το σκοπό αυτό θα προτείναμε παράλληλα με την τράπεζα θεμάτων, να δημιουργηθεί και μια βάση δεδομένων - αποθετήριο διαθέσιμων σεναρίων και γνωστικών αντικειμένων που αφορούν στην πληροφορική ειδικά. Έτσι, αφενός θα διευκολύνεται η δουλειά του διδάσκοντα, σε μεγάλο βαθμό, και αφετέρου θα αυξάνεται το προσδοκώμενο μαθησιακό όφελος ανά μαθητή. Επομένως το επιπρόσθετο παιδαγωγικό όφελος θα γίνει εμφανέστατο στο άμεσο μέλλον.

4 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Βιβλιογραφία Arapoglou A., Mavoglou C., Oikonomakos H. and Fytros K. (2006). Πληροφορική Α, Β, Γ Γυμνασίου. ΙΤΥΕ «Διόφαντος», Αθήνα Bakali A., Giannopoulos H., Ioannidis N., Koilias C., Malamas K., Manolopoulos I. and Politis P. (1999). Applications Development in Programming Environment. Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, Αθήνα Bayman P. & Mayer R. (1988). Using conceptual models to teach BASIC computer programming. Journal of Educational Psychology, 80(3), 291-298 Ben-Ari M. (2001). Constructivism in computer science education. Journal of Computers in computational thinking. AERA 2012 Greek Ministry of Education (2013). Instructions for teaching lessons on General Lyceum. Y.A. 139610/Γ2/1-10-2013, Aθήνα Greek Ministry of Education (1997). Unified Frame of Informatics Curriculum (Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών Πληροφορικής). Εκδόσεις Π.Ι., Aθήνα Kelleher, C., & Pausch, R. (2007). Using storytelling to motivate programming. Communications of the ACM, 50(7), 58-64. Komis, B. (1999), Algorithmics & Programming, University of Patras, URL: http://www. ecedu.upatras.gr/algorithmics, Last Accessed: 29/6/2013 Morris, B. J., Croker, S., Zimmerman, C., Gill, D., & Romig, C. (2013). Gaming science: the gamification of scientific thinking. Frontiers in psychology, 4 Palaigeorgiou G., and authoring team of 23 students (2011). Δημιουργώντας παιγνίδια στο Scratch, Τμήμα Μηχ. Η/Υ, Δικτύων και Τηλεπικοινωνιών, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Βόλος Prensky, M. (2009). Μάθηση βασισμένη στο ψηφιακό παιχνίδι. Αρχές, δυνατότητες και παραδείγματα εφαρμογής στην εκπαίδευση και την κατάρτιση. Εκδόσεις Μεταίχμιο, Αθήνα Resnick, M., Maloney, J., Monroy-Hernández, A., Rusk, N., Eastmond, E., Brennan, K.,... & Kafai, Y. (2009). Scratch: programming for all. Communications of the ACM, 52(11), 60-67. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Σενάριο: Το προγραμματιστικό περιβάλλον Scratch 1. Τίτλος διδακτικού σεναρίου Δομή Επιλογής στη γλώσσα προγραμματισμού Scratch 2. Εκτιμώμενη διάρκεια διδακτικού σεναρίου Απαιτούνται δύο (2) διδακτικές ώρες για την υλοποίηση, κατά προτίμηση συνεχόμενες. Τυχόν προσαρμογή του σεναρίου, ανάλογα με την εμπειρία του διδάσκοντα. 3. Ένταξη του διδακτικού σεναρίου στο πρόγραμμα σπουδών/προαπαιτούμενες γνώσεις Το σενάριο αφορά τη γνωστική περιοχή της πληροφορικής και εντάσσεται στη θεματική ενότητα «Γνωρίζω τον υπολογιστή ως ενιαίο σύστημα», της Γ Γυμνασίου και πιο συγκεκριμένα στο

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 5 κεφάλαιο «Δημιουργία και εκτέλεση προγράμματος». Σύμφωνα με τα παρόντα Α.Π.Σ. και Δ.Ε.Π.Π.Σ. πληροφορικής το παρόν διδακτικό σενάριο μπορεί να αξιοποιηθεί στο μάθημα της πληροφορικής της Γ Γυμνασίου. Θα μπορούσε όμως με τις ανάλογες τροποποιήσεις να χρησιμοποιηθεί και στο μάθημα της πληροφορικής στο Λύκειο. Οι μαθητές έχουν παρακολουθήσει το πρόγραμμα σπουδών των α και β τάξεων του Γυμνασίου και επομένως κατέχουν βασικές γνώσεις του μαθήματος. Γνωρίζουν τα βασικά λογισμικά του εργαστηρίου πληροφορικής. Επιπλέον είναι αρκετά εξοικειωμένοι με τα ηλεκτρονικά παιγνίδια (τουλάχιστον η πλειοψηφία αυτών) και τις σύγχρονες τεχνολογικές συσκευές (κινητά, οθόνες αφής κ.τ.λ.). Είναι εύκολο, λοιπόν, χωρίς ιδιαίτερο κόπο, να μάθουν να χειρίζονται το εργαλείο αυτό. 4. Σκοποί και στόχοι του διδακτικού σεναρίου Σκοπός του σεναρίου: Με την ολοκλήρωση του σεναρίου οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να κατανοήσουν πώς η λύση πολλών πρακτικών προβλημάτων βρίσκεται στη βάση της επιλογής ενεργειών που καθορίζονται από μια συνθήκη. Θα πρέπει κάθε φορά να μελετούμε τις διαθέσιμες επιλογές και να τις ομαδοποιούμε σε δέσμες ενεργειών. Έτσι θα καταστρώσουμε τη λύση στο πρόβλημα. Η αναγωγή στο προγραμματιστικό περιβάλλον ακολουθεί αβίαστα, αφού οι επιλογές μας θα υλοποιηθούν πάνω στη δομή επιλογής, η σύνταξη και χρήση της οποίας είναι ο βασικός στόχος του παρόντος σεναρίου. Στόχοι του σεναρίου: Οι μαθητές θα πρέπει: Να αντιληφθούν πως ο κόσμος γύρω μας είναι γεμάτος επιλογές. Να κατανοήσουν ότι οι δομές επιλογής χρησιμοποιούνται όταν θέλουμε να λύσουμε ένα πρόβλημα υπό συνθήκη. Να είναι ικανοί να εντοπίζουν κάθε φορά την κατάλληλη συνθήκη. Να είναι σε θέση να διακρίνουν πότε μια συνθήκη είναι αληθής και πότε ψευδής. Να είναι σε θέση να επιλέγουν τα blocks του προγραμματιστικού περιβάλλοντος τα οποία αντιστοιχούν στη δομή επιλογής Να οικοδομήσουν νέες γνώσεις μέσα από πειραματισμούς και στοχευμένες ερωτήσεις ώστε να αποκτήσουν θετική διάθεση απέναντι τους η/υ και μεγαλύτερη εξοικείωση με τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Τέλος, από κοινωνική άποψη, με βάση τη συνεργασία και την ανταλλαγή των ιδεών, να προσεγγίσουν τη γνώση από διαφορετικές οπτικές. 6. Διδακτική μέθοδος, διδακτικές τεχνικές Η διδακτική προσέγγιση στηρίζεται στις βασικές ιδέες του Piaget και του Papert, ότι δηλαδή ο διδάσκων οφείλει να δημιουργεί κατάλληλες συνθήκες για να μπορέσουν οι μαθητές να οικοδομήσουν τις γνώσεις τους. Το σενάριο στηρίζεται στη θεωρία μάθησης του εποικοδομισμού, διότι ο μαθητής οικοδομεί τη γνώση ανιχνεύοντας, δοκιμάζοντας και αλληλεπιδρώντας οπτικά με τις εντολές της γλώσσας προγραμματισμού, δημιουργώντας απλά προγράμματα, τα οποία τον βοηθούν να λύνει πρακτικά προβλήματα της καθημερινότητας. Αυτός ακριβώς είναι και ο διδακτικός στόχος που έχει τεθεί, να μπορέσουν δηλαδή οι μαθητές να κωδικοποιήσουν προγραμματιστικά τις επιλογές προβλημάτων που συναντούν στην απλή ζωή τους

6 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής και να παρατηρήσουν έτσι πως αυτά μπορούν να λυθούν με τη βοήθεια του η/υ. Έτσι θα αντιληφθούν τη χρησιμότητα του κώδικα και την αποτελεσματικότητά του. 7. Οργάνωση Διδασκαλίας Το σενάριο έχει σχεδιαστεί έτσι, ώστε να υλοποιηθεί στο σχολικό εργαστήριο. Οι μαθητές θα σχηματίσουν συνεργατικές ομάδες των δύο ατόμων και θα εργαστούν πάνω στα φύλλα εργασίας που θα τους δοθούν, με την βοήθεια του η/υ. 8. Ο ρόλος του εκπαιδευτικού Ο εκπαιδευτικός, αφού μοιράσει τα φύλλα εργασίας και εξηγήσει ποιο είναι το ζητούμενο, θα αφήσει τους μαθητές ελεύθερους, απαντώντας σε διευκρινιστικές ερωτήσεις και όχι καθοδηγώντας τους, στην προσέγγιση της γνώσης μέσα από το διάλογο και την αυτενέργεια. 9. Ανάπτυξη του σεναρίου Το επιστημονικό περιεχόμενο Ο στόχος του σεναρίου είναι να διδάξει στους μαθητές τη δομή επιλογής «εάν.» και την «εάν αλλιώς». Οι μαθητές εργαζόμενοι ομαδικά προσπαθούν να κατανοήσουν τη διαδικασία ανάλυσης, σχεδίασης και εκτέλεσης ενός αλγορίθμου με τη βοήθεια στοχευμένων ασκήσεων, ώστε να γνωρίσουν και να εμβαθύνουν στην έννοια της δομής επιλογής. Προαπαιτούμενες γνώσεις Προηγούμενες γνώσεις απαραίτητες για την χρήση/ολοκλήρωση της εισαγωγής στις βασικές προγραμματιστικές έννοιες των δομών επιλογής: Οι μαθητές γνωρίζουν το προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch. Είναι εξοικειωμένοι με τις έννοιες των αντικειμένων, των συμπεριφορών που διέπουν αυτά καθώς και με τον τρόπο ενεργοποίησης συγκεκριμένων συμπεριφορών των αντικειμένων αυτών όταν συμβαίνουν ορισμένα γεγονότα. Οι μαθητές, από τις προηγούμενες γνώσεις τους, κατέχουν την έννοια της δομής της επανάληψης και είναι ικανοί να δημιουργήσουν απλά προγράμματα σε Scratch. Επίσης απαιτούνται και κάποιες γνώσεις μαθηματικών που οι μαθητές της Γ Τάξης οφείλουν να έχουν. 10. Επιστημολογική προσέγγιση και εννοιολογική ανάλυση θέματα θεωρίας του διδακτικού σεναρίου Το σύγχρονο παιδαγωγικό και μαθησιακό πλαίσιο βασίζεται στη θεωρία του εποικοδομισμού (constructivism). Βασική αρχή του εποικοδομισμού είναι ότι η γνώση δομείται από τους ίδιους τους μαθητές και δεν μεταφέρεται παθητικά από τις διαλέξεις του διδάσκοντα ή τα βιβλία. Οι μαθητές οικοδομούν τις νέες γνώσεις συνδυάζοντας τον εμπειρικό κόσμο με τις προϋπάρχουσες γνωστικές δομές και τα υφιστάμενα νοητικά μοντέλα (Ben-Ari, 2001). Κύρια εργαλεία του εποικοδομισμού είναι η θεώρηση των προϋπαρχουσών γνώσεων και αντιλήψεων των μαθητών και η οργάνωση

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 7 διδακτικών-μαθησιακών δραστηριοτήτων που ευνοούν την ανακαλυπτική και συνεργατική μάθηση (discovery and cooperative learning). Τα εκπαιδευτικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα έχουν κάνει δυναμική εμφάνιση τα τελευταία χρόνια και έχουν επηρεάσει το σχεδιασμό αντίστοιχων γλωσσών προγραμματισμού στο χώρο της εκπαίδευσης. Η αρχή έγινε το 1967 με την εμφάνιση της γλώσσας Logo και την ταυτόχρονη διάδοση του προγραμματισμού στις μικρές ηλικίες, ακόμη και στο Δημοτικό (Bayman & Mayer, 1988). Τη σκυτάλη πήραν αργότερα πιο εξελιγμένες γλώσσες όπως η Alice και το Scratch. 11. Χρήση η/υ και γενικά ψηφιακών μέσων για το διδακτικό σενάριο Απαιτείται ένα σύγχρονο εργαστήριο ηλεκτρονικών υπολογιστών με δύο θέσεις μαθητών ανά σταθμό εργασίας. Το λειτουργικό σύστημα είναι Windows. Σε κάθε σταθμό εγκαθίσταται το γραφικό προγραμματιστικό περιβάλλον Scratch. Η εγκατάσταση και η εκτέλεσή του είναι εξαιρετικά εύκολη, απαιτεί όμως αυξημένους τοπικούς πόρους (ταχύτητα επεξεργαστή και αρκετό χρόνο) και επομένως χρειάζεται προσοχή έτσι, ώστε να μην δημιουργούνται άσκοπες καθυστερήσεις κατά τη διδασκαλία. Υπάρχει βέβαια και η δυνατότητα εκτέλεσης του προγράμματος μέσα από το web, με τον χειρισμό δηλαδή μιας μόνο ιστοσελίδας. Κάτι τέτοιο απαιτεί όμως αυξημένη ταχύτητα σύνδεσης με το Internet, δηλαδή οπτική ίνα, η οποία διατίθεται σε πολλές σχολικές υποδομές σήμερα. 12. Αναπαραστάσεις των μαθητών/πρόβλεψη δυσκολιών στο διδακτικό σενάριο Είναι δεδομένο ότι η αίσθηση των μαθητών κατά την πρώτη τους επαφή με το Scratch θα είναι ενδιαφέρουσα. Εξ άλλου, οι σύγχρονοι έφηβοι ξοδεύουν αρκετό προσωπικό χρόνο σε ηλεκτρονικά παιγνίδια κι επομένως έχουν αποκτήσει αρκετές εμπειρίες στη χρήση παιγνιδιών εδώ και χρόνια. Αναμενόμενη δυσκολία μπορεί να προκαλέσει η έλλειψη κάποιων γνώσεων, οι οποίες όμως μπορεί να καλυφθούν γρήγορα από το διδάσκοντα. 13. Διδακτικό συμβόλαιο Είναι λογικό ο διδάσκων να αναμένει το ενδιαφέρον, τη διάθεση για μάθηση, εξερεύνηση της γνώσης και συμμετοχή των μαθητών του στο εργαστηριακό αυτό μάθημα. Από την άλλη πλευρά οι μαθητές αναμένουν από το διδάσκοντα τη δημιουργία θετικού κλίματος στην τάξη, προσωπικό ενδιαφέρον για τον καθένα τους, ίση μεταχείριση, διάθεση απάντησης στις ερωτήσεις και ρόλο φίλου μέντορα και όχι «ηγέτη» της τάξης. 14. Οργάνωση της τάξης εφικτότητα σχεδίασης Για την αποδοτικότερη υλοποίηση της παρέμβασης απαιτείται οργάνωση της τάξης σε ομάδες των δύο ατόμων. Ο ένας μαθητής θα χειρίζεται στον η/υ το συγκεκριμένο λογισμικό, ενώ ο άλλος θα τον καθοδηγεί και θα του υποδεικνύει τις κατάλληλες, για την υλοποίηση του προγράμματος, ενέργειες. Την επόμενη διδακτική ώρα οι ρόλοι των μαθητών αντιστρέφονται. 15. Αξιολόγηση Κατά τη διάρκεια του μαθήματος γίνονται ερωτήσεις (διαμορφωτική αξιολόγηση), ώστε να διαπιστωθεί η κατανόηση των εννοιών από τους μαθητές. Επιπλέον θα γίνει και τελική αξιολόγηση μέσω της επίδειξης των δραστηριοτήτων που υλοποίησαν οι μαθητές. Η διαδικασία της αυτοαξιολόγησης εμπέδωσης μπορεί να πραγματοποιηθεί στο ίδιο μάθημα (αν υπάρχει χρόνος) ή στο επόμενο μάθημα ως εμπέδωση και εισαγωγή στο επόμενο μάθημα. Οι βασικές διαδικασίες αξιολόγησης προέρχονται κυρίως μέσα από το βαθμό επίτευξης των (προγραμματιστικών) στόχων που θέτει το σενάριο. Επίσης, όπως και στις προηγούμενες

8 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής παραγράφους, ο εκπαιδευτικός μπορεί να προτείνει τεστ αυτοαξιολόγησης (κλειστού τύπου), σταυρόλεξα, κρυπτόλεξα κ.τ.λ. 16. Το επιμορφωτικό σενάριο 1η Διδακτική ώρα (45 λεπτά) Ο καθηγητής με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, βοηθά τους μαθητές να αντιληφθούν και να κατανοήσουν την έννοια της συνθήκης και τις δυνατότητες που αυτή επιτρέπει. Στη συνέχεια διανέμει το πρώτο φύλλο εργασίας που έχει ως σκοπό την εξοικείωση των μαθητών με την έννοια της δομής επιλογή με καθημερινά παραδείγματα και στη συνέχεια οι μαθητές καλούνται να δώσουν τα δικά τους. Δραστηριότητα 1 (5 λεπτά) Φύλλο εργασίας 1 Η ζωή μας είναι γεμάτη επιλογές, οι οποίες καθορίζονται από συνθήκες. Άλλες ισχύουν οπότε είναι αληθείς και άλλοτε όχι οπότε είναι ψευδείς. 1. Αν έχει καλό καιρό, θα πάμε εκδρομή. 2. Αν το φανάρι δείχνει κόκκινο περνάμε. 3. Αν βρέχει παίρνουμε ομπρέλα. 4. Αν έχω μονάδες θα σου τηλεφωνήσω, αλλιώς τηλεφώνησέ μου εσύ. Μπορείτε να γράψετε άλλα τρία δικά σας παραδείγματα; Δραστηριότητα 2 (35 λεπτά) Το ίδιο ισχύει και στα προγραμματιστικά περιβάλλοντα όπως και στο Scratch. 1. Αν πατήσουμε το πλήκτρο η γάτα μεγαλώνει 10 φορές.

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 9 2. Αν η Άννα πιάσει την μπάλα αλλάζει ενδυμασία Με τη βοήθεια των παραπάνω παραδειγμάτων μπορείτε να δημιουργήσετε τα δικά σας; Ερωτηματολόγιο (5 λεπτά): Απαντήστε με σωστό ή λάθος (Σ/Λ) στις ακόλουθες προτάσεις: 1. Οι γλώσσες προγραμματισμού που κατασκευάζουν παιγνίδια είναι συνήθως αντικειμενοστρεφείς. 2. Το περιβάλλον Scratch διαθέτει εργαλεία για τη δημιουργία πολύπλοκων κόσμων. 3. Στο περιβάλλον Scratch μπορείς να δημιουργήσεις τα δικά σου αντικείμενα (spirits). 4. Τα γεγονότα των εντολών κάθε αντικειμένου στο περιβάλλον ελέγχονται και εκτελούνται σειριακά. 5. Οι συμπεριφορές των αντικειμένων ορίζονται στη βάση κανόνων της μορφής: «όταν γεγονός κάνε ενέργεια». 6. Το Scratch διαθέτει χαρακτηριστικά προγραμματισμού καθοδηγούμενου από γεγονότα (event-driven). 7. Για να προσθέσουμε «σκορ» ή «ζωές» σε ένα παιγνίδι πρέπει να ορίσουμε τις αντίστοιχες μεταβλητές. 8. Η επιβράβευση και η τιμωρία είναι δύο στοιχεία-κλειδιά που πρέπει να λάβουμε υπ όψιν μας κατά το σχεδιασμό και την υλοποίηση παιγνιδιών. 9. Τo περιβάλλον Scratch μπορεί να εκτελείται και διαδικτυακά.

10 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής 10. Το περιβάλλον Scratch αποτελεί, ως φιλοσοφία, συνέχεια της γλώσσας logo. 2η Διδακτική ώρα (45 λεπτά) Στην επόμενη διδακτική ώρα, μέσα από κατευθυνόμενο διάλογο, αποσαφηνίζεται στους μαθητές ότι πολύ συχνά στον προγραμματισμό, ανάλογα με τα δεδομένα του προβλήματος, καλούμαστε να πάρουμε αποφάσεις μέσα στον αλγόριθμο και να εκτελέσουμε κάποια συγκεκριμένα κομμάτια του, αγνοώντας παράλληλα τα υπόλοιπα. Προκύπτει, λοιπόν, η έννοια της δομής επιλογής, η οποία είναι και από τις βασικότερες δομές κατά την ανάπτυξη ενός αλγορίθμου. Χρησιμοποιείται για τη λήψη απόφασης μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων, εκ των οποίων η μία είναι αληθής και η άλλη ψευδής. Δηλαδή, όπως και στα παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι και στον η/υ εκτελείται η εντολή ή η ομάδα εντολών μόνο όταν η συνθήκη είναι αληθής. Σε περίπτωση που η συνθήκη είναι ψευδής απλά δεν εκτελείται καμία εντολή. Είναι πολύ σημαντικό να σημειωθεί ότι ανάλογα με την τιμή της συνθήκης είναι πιθανόν η εντολή να μην εκτελεστεί ποτέ. Η μορφή αυτή της δομής επιλογής είναι η πιο απλή και ονομάζεται δομή «απλής επιλογής». Έπειτα από αυτή τη σύντομη εισαγωγή, ο διδάσκων προχωρά σε επεξηγήσεις για τυχόν δυσκολίες και προβλήματα που διαπιστώθηκαν και τον τρόπο που αυτά επιλύθηκαν. Εν συνεχεία μοιράζει στους μαθητές το επόμενο φύλλο εργασίας. Φύλλο Εργασίας 2 Δραστηριότητα 1 (10 λεπτά) Δοκιμάστε να εισάγετε τον παρακάτω κώδικα. Παρατήρησε ότι στον κώδικα αυτό, έχουμε τη δομή επιλογής «Αν. τότε», με πατήθηκε το πάνω βέλος και πες γεια σου για 2 δευτερόλεπτα ως σώμα εντολών. Η συνθήκη είναι ΑΛΗΘΗΣ στην περίπτωση που ο χρήστης πατήσει το πλήκτρο πάνω βέλος, διαφορετικά είναι ΨΕΥΔΗΣ. Μπορείς να εξηγήσεις τι ακριβώς κάνει ο παραπάνω κώδικας;..... Δραστηριότητα 2 (15 λεπτά) Μπορείς να κάνεις την παραπάνω δραστηριότητα να εκτελείται για πάντα; Με ποιο τρόπο μπορεί να επιτευχθεί αυτό;

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 11 Δραστηριότητα 3 (15 λεπτά) Στο ακόλουθο σενάριο έχουμε δύο αντικείμενα, την γάτα και το παπάκι. Η γάτα κυνηγάει να φάει το παπάκι. Κάθε φορά που η γάτα φτάνει το παπάκι, τότε ακούγεται μια μουσική και το παπάκι απομακρύνεται ανάλογα βήματα με αυτά της γάτας. Μπορείτε να δημιουργήσετε το πρόγραμμα που περιγράφει το σενάριο; Θα βοηθηθείτε απαντώντας στις παρακάτω ερωτήσεις. 1. Ποια είναι η εντολή που εκτελείται υπό συνθήκη; 2. Με ποιο block μεταφράζεται η εντολή αυτή στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch; 3. Ποια ακριβώς είναι η συνθήκη; 4. Με ποιο block μεταφράζεται η συνθήκη αυτή στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch; Β Φάση (5 λεπτά) Διανέμεται το ακόλουθο σταυρόλεξο προς συμπλήρωση:

12 9 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Καθηγητών Πληροφορικής Δομή Επιλογής 1 2 3 4 5 6 7 Οριζόντια: 1 ΥΠΑΡΧΕΙ ΚΑΙ ΔΟΜΗΜΕΝΟΣ 4 ΕΝΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ,,,, 6 ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΣΥΝΘΗΚΗ 7 ΤΕΛΕΣΤΕΣ 2 Κάθετα: ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ Η ΔΟΜΗ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 3 ΥΠΑΡΧΕΙ ΣΤΗ ΔΟΜΗ ΕΠΙΛΟΓΗΣ 4 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΑΥΤΗ 5 ΕΑΝ... 17. Προτάσεις για περαιτέρω δραστηριότητες προτεινόμενες εργασίες Η ύπαρξη διδακτικού χρόνου είναι ο βασικότερος ανασταλτικός παράγοντας για την υλοποίηση επιπρόσθετων εργασιών. Σε αντίθετη περίπτωση, μπορούμε εύκολα να καθορίσουμε ένα πλάνο δραστηριοτήτων κλιμακούμενης δυσκολίας. Είναι δυνατή η επέκταση του σεναρίου με προοδευτική πολυπλοκότητα των ασκήσεων και με εμπλουτισμό τους με περισσότερες. Για παράδειγμα θα μπορούσε στο σενάριο να εμπλακεί και μια τρίτη μορφή (π.χ. σκύλος ή λίμνη) η οποία θα απομάκρυνε τη γάτα. 18. Χρήση εξωτερικών πηγών

Η Πληροφορική στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση - Καινοτόμες Παιδαγωγικές Πρακτικές 13 Βασική πηγή για την σχεδίαση του σεναρίου αποτέλεσε το βιβλίο «Δημιουργώντας παιγνίδια στο Scratch» (Palaigeorgiou et al, 2011) και συγκεκριμένα η εμπλουτισμένη με πλήθος παραδειγμάτων ψηφιακή του έκδοση. Ακόμη χρησιμοποιήθηκαν ψηφίδες υλικού από τις ακόλουθες URL: 1. http://scratch.mit.edu., last accessed on 18/12/2014 2. http://www.www.scratchplay.gr, last accessed on 18/12/2014 3. http://edutorials.gr/scratch-tutorials, last accessed on 18/12/2014