Ο ρόλος της τρισδιάστατης Ψηφιακής Μοντελοποίησης στη διδασκαλία του Προγραμματισμού Υινπνηώληαο έλα κνληέιν ηνπ DNA κηα δηαζεκαηηθή πξνζέγγηζε Β. Ρεπανηής, Δ. Κονηοζηαυλάκη
Δεκόπνπινο Δεκήηξεο Επαγγειίνπ Επαγγειία Καηζηνύιαο Νηθόιαο Καηζόκαιινο Μάλνο Κόθθαιεο Γηάλλεο Νεξαληδάθε Επαγγειία Τζέαο Κώζηαο 2
Αιγνξηζκηθή θαη θπζηθέο επηζηήκεο. Παξαηήξεζε Zimmerman, Raghavan θαη Santoris: έκθαζε ζην πεξηερόκελν θαη όρη ζηελ δηαδηθαζία. Υπνβηβάζκόο γλώζεο ζε πιεξνθνξία. Δηδαζθαιία κε ςεθηαθέο πξνζνκνηώζεηο κέζσ Η/Υ. Γενικά 3
Υπνινγηζηηθέο αθαηξεηηθέο αλαπαξαζηάζεηο πξαγκαηηθώλ ή ππνζεηηθώλ θαηαζηάζεσλ θαη θαηλνκέλσλ πνπ επηηξέπνπλ ζην ρξήζηε λα ηξνπνπνηήζεη παξακέηξνπο ζην εζσηεξηθό ηνπο. Ψηφιακά μοντέλα 4
Επηιεθηηθή αλαπαξάζηαζε θάπνησλ δηαζηάζεσλ κηαο δηαδηθαζίαο. Εθπαηδεπηηθά εξγαιεία πξνζαλαηνιηζκέλα ζηελ πξνβνιή ησλ γλσζηηθώλ αληηθεηκέλσλ πνπ πξαγκαηεύνληαη. Προσομοιώσεις 5
Σσζηή ρξήζε δνκώλ/κεηαβιεηώλ(αθεξαίσλ θαη πξαγκαηηθώλ ηύπσλ) θαη δηαρσξηζκόο ησλ ελλνηώλ θιάζε θαη ζηηγκηόηππν. Να αληηιεθζνύλ νη καζεηέο ηα ζηάδηα αλάιπζεο θαη ηελ πνξεία πινπνίεζεο πξνγξακκάησλ ησλ ζπκκαζεηώλ ηνπο-ζπλεξγαζία. τόχοι 6
Δεκηνπξγία ηεο πξνζνκνίσζεο ηνπ DNA σο δξαζηεξηόηεηαο ςεθηαθήο κνληεινπνίεζεο ζην κάζεκα ηεο Πιεξνθνξηθήο Γ Γπκλαζίνπ. Δεκηνπξγία δηαζεκαηηθήο δξαζηεξηόηεηαο πξνζνκνίσζεο ηνπ DNA ζην πεξηβάιινλ ηεο Starlogo TNG. Τν κνληέιν είλαη γεληθά γλσζηό, άξα θαη πην εύιεπην. Αμηνπνίεζε ζην έπαθξν ησλ δπλαηνηήησλ ηνπ πεξηβάιινληνο Starlogo TNG γηα ηξηζδηάζηαηε αλαπαξάζηαζε. Μελέτη 7
Τν κνληέιν Οη ζπκκεηέρνληεο Η δηαδηθαζία Τα απνηειέζκαηα Βασικές πλευρές μελέτης 8
Τν γελεηηθό πιηθό ησλ πεξηζζόηεξσλ νξγαληζκώλ είλαη ην DNA, απνηειείηαη από λνπθιενηίδηα, θαζέλα από ηα νπνία απνηειείηαη από ηξία ζπζηαηηθά: έλα ζάθραξν, κηα αδσηνύρν βάζε θαη κηα θσζθνξηθή νκάδα. Μνληέιν DNA ησλ Watson θαη Crick Δύν πνιπλνπθιενηηδηθέο αιπζίδεο ζπλδένληαη κε δεζκνύο πδξνγόλνπ αλάκεζα ζηηο αδσηνύρεο βάζεηο. Η Α πάληα ζρεκαηίδεη δύν δεζκνύο πδξνγόλνπ κε ηε Τ θαη ε G πάληα ηξεηο δεζκνύο πδξνγόλνπ κε ηελ C. Σο μοντέλο (1/2) 9
Οη Watson θαη Crick κπξνζηά από έλα ηξηζδηάζηαην κνληέιν DNA θαη ην κνληέιν ηεο δηπιήο έιηθαο ηνπ DNA(Pray 2008). Σο μοντέλο (2/2) 10
Σηε κειέηε απηή ζπκκεηείραλ 102 καζεηέο ηεο ηξίηεο γπκλαζίνπ,ηα ζηαηηζηηθά απνηειέζκαηα πνπ ζα παξνπζηαζηνύλ παξαθάησ αθνξνύλ ηνπο 25 καζεηέο πνπ πξαγκαηνπνίεζαλ ηε δξαζηεξηόηεηα ηε δεύηεξε ρξνληά. Οι συμμετέχοντες 11
Μηθξή εηζαγσγή ζηνλ πξνγξακκαηηζκό θαη ζηελ ρξήζε πεξηβάιινληνο Starlogo TNG(15 δηδαθηηθεο ώξεο). Εμήγεζε βαζηθώλ ηερληθώλ πξνδηαγξαθώλ ηνπ κνληέινπ θαη ππελζύκηζε βαζηθώλ ζεσξεηηθώλ πιεπξώλ. Υινπνίεζε από θάζε καζεηή δηθήο ηνπ εθδνρήο ηνπ κνληέινπ θαη πηζαλή βειηίσζε ηεο αλαπαξάζηαζεο ηνπ DNA. Η διαδικασία 12
Φξήζε 2 δεζκώλ πδξνγόλνπ θαη 36 ζηηγκηνηύπσλ. Δηαθνξνπνίεζε θάζε ζηηγκηνηύπνπ κέζσ ρξήζεο κεηαβιεηήο(counter) θαη ηεο εληνιήο Ask agent. Αλύςσζε AT-TA. Αλύςσζε GC-CG,κε θαηάιιειε κεηαβιεηή,αλάκεζα ζε δεζκνύο AT-TA κέζσ θαηάιιεισλ δηαθνξνπνηήζεσλ. Δηαθνξνπνίεζε θιάζεσλ θαη αξίζκεζε ζηηγκηνηύπνπ αλά θιάζε. Επαλαιεπηηθή δνκή. Κπθιηθή θίλεζε ζηηγκηνηύπνπ κε ηε ραξαθηεξηζηηθή εηθόλα ηεο έιηθαο ηνπ DNA. Μοντελοποίηση (1/3) 13
Πποζομοίυζη ηος DNA. Τα ππογπάμμαηα-ςποδείγμαηα 1 και 2. Μοντελοποίηση (2/3) 14
Η διαδικαζία ανύτυζηρ ηυν δεζμών ΑΤ-ΤΑ ζηο DNA. Ο μαθηηήρ ππέπει να ξεσυπίζει με ηην ενηολή ask agent ηην έννοια ηος ζηιγμιόηςπος από ηην έννοια ηηρ κλάζηρ. Μοντελοποίηση (3/3) 15
Σπλδπαζκόο δεζκώλ πδξνγόλνπ κε βάζεηο. Φξήζε δηθήο ηνπο νπηηθήο ζηελ αλαπαξάζηαζε ηεο βάζεο. Σηόρνο ε θαιύηεξε αηζζεηηθή απνηύπσζε ηνπ DNA. Δπζθνιίεο ζηε ζσζηή ηνπνζέηεζε θαη ηαπηόρξνλε θίλεζε ηεο ζθαίξαο κε ηε ξάβδν. 1ο παράδειγμα 16
Σύλζεζε ππνδεηγκάησλ 1 θαη 2. Δειαδή ηαπηόρξνλε εκθάληζε δεζκώλ θαη ησλ 4 δηαθνξεηηθώλ βάζεσλ. Σηόρνο: επίηεπμε κεγαιύηεξεο δπλαηήο επηζηεκνληθήο αθξίβεηαο ζηελ απνηύπσζε ηνπ κνληέινπ. Πνιύπινθνο θώδηθαο - ρξήζε 8 θιάζεσλ. 2ο παράδειγμα 17
25 καζεηέο. Εξσηεκαηνιόγηα γηα έιεγρν επίηεπμεο δηδαθηηθώλ ζηόρσλ θαη αμηνιόγεζεο ηεο δξαζηεξηόηεηαο. Αποτελέσματα 18
Έλλνηεο ηνπ ζηηγκηόηππνπ - απαληήζεθαλ ζσζηά ζε πνζνζηό 72%. Φξήζε κεηαβιεηώλ - απαληήζεθαλ ζσζηά ζε πνζνζηό 80%. Θεηηθή γλώκε γηα ηε ζπλεξγαζία ηνπο κε ην άιιν κέινο ηεο νκάδαο (ΜΟ 3.92 ζηα 5). Παξάγνληεο ζηε ζπλεξγαζία - ζεηηθέο απαληήζεηο ζε πνζνζηό 80-85% γηα θαζέλα από απηνύο. Αξιολόγηση (1/2) 19
Παποςζίαζη ηηρ αξιολόγηζηρ ηυν μαθηηών για ηη δπαζηηπιόηηηα. Αξιολόγηση (2/2) 20
Σπάεη ην θξάγκα κεηαμύ Πιεξνθνξηθήο θαη Φπζηθώλ επηζηεκώλ. Πξνζέγγηζε σο έλα βαζκό επηζηεκνληθνύ θαηλνκέλνπ ζηελ δνκηθή νιόηεηα ηνπ. Παξνρή κεζόδνπ θαη θηλήηξσλ θαη απηελέξγεηα καζεηή. Επλνείηαη ε ζπλεξγαζία θαζεγεηώλ δηαθνξεηηθώλ εηδηθνηήησλ θαη ε δηαζεκαηηθή πξνζέγγηζε ηεο γλώζεο από ηνπο καζεηέο. υμπεράσματα 21
Alberts, B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell (pp. 193-195). Garland Science, New York. Ahern, T.C. (2008). The effectiveness of visual programming for model building in middle school. Frontiers in Education, S3D, 9-13. Cosgrove, D., Kelleher, C., Pausch, R., Pitsch, M., Slater, D., Yu, G., Dann, W. & Cooper, S. (2007). The Alice Tea Party. ACM SIGCSE 2007. Dann, W., Cooper, S. & Pausch, R. (2000). Making the connection: programming with animated small worlds. Proceedings of the 5th annual conference on Innovation and Technology in Computer Science Education, Helsinki, Finland, July, 2000, pp. 41-44. Dann, W., Cooper, S. & Pausch, R. (2001). Using visualization to teach novices recursion. Proceedings of the 6th annual conference on Innovation and Technology in Computer Science Education, Canterbury, England, June, 2001, 109-112. Hanauer, D. I, Jacobs-Sera, D., Pedulla, M. L, Cresawn, S. G, Hendrix, R.W. & Hatfull, G. F. (2006). Inquiry learning: Teaching Scientific Inquiry. Science, 314(5807), 1880-1881. Kelleher, C. & Pausch, R. (2005). Lowering the Barriers to Programming: A Taxonomy of Programming Environments and Languages for Novice Programmers. ACM Computing Surveys, 37(2), 83 137. Lewin, B. (2004). Genes VIII (ζει 8-9). Pearson Education Inc., Αθαδεκατθέο εθδόζεηο. Pray, L. (2008) Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick. Nature Education, 1(1). Turkle, S. (1984). The Second Self: Computers and the Human Spirit. New York: Simon & Schuster. Zimmerman, C., Raghavan, K. & Sartoris, M. L. (2003). The impact of the MARS curriculum on students' ability to coordinate theory and evidence. International Journal of Science Education, 25(10), 1247-1271. Βιβλιογραφία 22
Ερωτήσεις 23