16η παράλληλη συνεδρία: Σχεδίαση Περιβαλλόντων για Διδασκαλία Προγραμματισμού
Προεδρείο: Ν. Αβούρης, Ν. Τσέλιος
Στο παρακάτω κείμενο παραθέτω ένα μικρό σχολιασμό των εισηγήσεων της 16ης παράλληλης συνεδρίας του 4ου Πανελήνιου Συνέδριου Διδακτικής της Πληροφορικής. Η συνεδρία αυτή ήταν αφιερωμένη στη σχεδίαση περιβαλλόντων για την υποβοήθηση της διδασκαλίας του προγραμματισμού στη Β/θμια και Γ/θμια εκπαίδευση.
Επίβλεψη και υποστήριξη συνεργατικών δραστηριοτήτων κατά τη διδασκαλία αλγορίθμων.
Η ανάγκη για επίβλεψη, υποστήριξη και παρέμβαση ομάδων μαθητών από τον καθηγητή κατά τη διδασκαλία αλγορίθμων οδήγησε στην σχεδίαση ενός εργαλείου που ονομάστηκε SynergoSupervisor. Το εργαλείο αυτό συγκεντρώνει ψηφιακά δεδομένα ώστε να μπορεί να γίνεται επίβλεψη της ομάδας μαθητών και της αλληλεπίδρασης των συμμετεχόντων στην διδασκαλία. Ακόμη παρέχεται η δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των μαθητών αλλά και του καθηγητή με τους μαθητές σε παράθυρα διαλόγου. Τα δεδομένα οπτικοποιούνται, γεγονός που εξυπηρετεί τον διδάσκοντα, ώστε να μπορεί να παρεμβαίνει και να παρακολουθεί με μεγαλύτερη ευκολία την τάξη, ενώ τα παράθυρα διαλόγου ανάμεσα στους μαθητές είναι ορατά και στον καθηγητή. Οι οπτικοποιήσεις περιλαμβάνουν την αναπαράσταση της τάξης, διαγραμματική αναπαράσταση της εξέλιξης της δραστηριότητας κάθε ομάδας, τους διαλόγους, την αναπαράσταση της συμβολής κάθε ομάδας στον διάλογο και αναπαράσταση της πορείας για την δραστηριότητα κάθε ομάδας.
Η δοκιμή του εργαλείου αυτού σε μια ομάδα μαθητών οδήγησε σε μερικά πρώτα συμπεράσματα. Το εργαλείο αυτό κρίνεται χρήσιμο για την υποστήριξη του καθηγητή από τη στιγμή που παρέχει τη δυνατότητα στον διδάσκοντα όχι μόνο την άμεση, σε πραγματικό χρόνο εποπτεία και επίβλεψη αλλά και την δυνατότητα επεξεργασίας των δεδομένων για εξαγωγή περαιτέρω συμπερασμάτων για την πρόοδο του τμήματος. Το γεγονός αυτό μπορεί να εξυπηρετήσει ώστε ο διδάσκοντας να επέμβει όπου χρειάζεται, να εντοπίσει τυχόν ελλείψεις ή παραλείψεις στη διδασκαλία και τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν στην κατανόηση ή στην αφομοίωση οι μαθητές ως σύνολο αλλά και μεμονωμένα. Βασικό στοιχείο του συγκεκριμένου εργαλείου είναι η δυνατότητα συνομιλίας των μελών της τάξης και η ανάπτυξη συνεργασίας μεταξύ τους.
Προβλήματα παρουσιάζονται όταν η τάξη είναι πολυπληθής. Ο διδάσκοντας πρέπει να παρακολουθεί γρήγορα την κατάσταση των μαθητών ώστε να μπορεί να παρεμβαίνει έγκαιρα, αλλιώς απλά γίνεται επεξεργασία των δεδομένων σε ύστερο χρόνο. Ακόμα ίσως να υπάρχει πρόβλημα στη χρήση των παραθύρων συνομιλίας αφού πολλές φορές εντοπίζεται πρόβλημα στην γραπτή έκφραση των ιδεών και στην συνοπτική και σαφή διατύπωσή τους. Έτσι πιθανά θα υπάρξουν καθυστερήσεις στην ολοκλήρωση της επίλυσης του προβλήματος. Καθυστέρηση μπορεί επίσης να υπάρξει αν ένας χρήστης έχει πολλά παράθυρα συνομιλίας που δεν του επιτρέπουν να συγκεντρωθεί στο πρόβλημα. Δεδομένων λοιπόν των χρονικών ορίων αλλά και των ιδιαιτεροτήτων κάθε μαθητή μπορεί να προκύψει πρόβλημα και στην συνεργασία των μαθητών αλλά και να δημιουργηθεί ανταγωνιστικό περιβάλλον.
Η εξ αποστάσεως διδασκαλία του προγραμματισμού μέσω ενός προσωποποιημένου στις ανάγκες του μαθητή περιβάλλοντος.
Η εισβολή του διαδικτύου στην ζωή μας έχει ανοίξει νέους ορίζοντες και έχει επιβάλει δραστικές αλλαγές στον τρόπο διδασκαλίας όχι μόνο σε ακαδημαϊκό αλλά και σε Λυκειακό επίπεδο. Ως εκ τούτου έχουν αναπτυχτεί περιβάλλοντα που στόχο έχουν την εξατομίκευση της εξ αποστάσεως διδασκαλίας προγραμματισμού σε μαθητές. Η συγκεκριμένη εφαρμογή παρέχει προσωποποιημένη διδασκαλία μέσω της μοντελοποίησης του μαθητή που βασίζεται στα στερεότυπα. Ένα από τα πλεονεκτήματα αυτού του περιβάλλοντος είναι ότι καταργεί τις αποστάσεις και προσαρμόζεται στις ανάγκες του κάθε εκπαιδευόμενου. Το συγκεκριμένο μοντέλο έχει δύο διαστάσεις, η πρώτη αφορά στο γνωστικό επίπεδο του μαθητή ενώ η δεύτερη στο είδος των προγραμματιστικών λαθών, δηλαδή αν κάποιο σφάλμα είναι λογικό η συντακτικό. Ένα σημαντικό συστατικό ενός προσαρμοζόμενου εκπαιδευτικού λογισμικού είναι η αναπαράσταση του γνωστικού αντικειμένου, το οποίο στην περίπτωση του προγραμματισμού, διαμορφώνεται με βάση την λογική που διέπει τα βιβλία και την γενικότερη φιλοσοφία των γλωσσών προγραμματισμού.
Μέσω του διαδικτυακού περιβάλλοντος παρέχονται γνωστικά τεστ που δίνουν δυνατότητα στον διδασκόμενο, ανάλογα με τα ποσοστά επιτυχίας του σε αυτά, να εμβαθύνει τις γνώσεις του σε τομείς που φάνηκε ελλιπής. Ανάλογα με τα είδη των λαθών- συντακτικά ή λογικά- πληροφορείται ο μαθητής αν υστερεί στην κατανόηση ή στην εκμάθηση. Είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι ο μαθητής δεν έχει την ευχέρεια να προχωρήσει σε επόμενο επίπεδο αν δεν έχει κατανοήσει επαρκώς τα προηγούμενα. Βέβαια μετά από εφαρμογή του συστήματος σε μια ομάδα μαθητών παρατηρήθηκε ότι ορισμένοι από αυτούς θεώρησαν το πρόγραμμα ανούσιο και βαρετή την επανάληψη των ήδη γνωστών θεμάτων. Απαραίτητη προϋπόθεση για χρήση του μοντέλου και αξιόπιστη εξαγωγή συμπερασμάτων είναι οι μαθητές να απαντούν μόνοι τους στα τεστ, χωρίς την χρήση βοηθημάτων, γεγονός που εξασφαλίζεται από την ωριμότητα του μαθητή και την εμπιστοσύνη σε αυτόν.
Μελλοντικός στόχος της εξ αποστάσεως διδασκαλίας του προγραμματισμού είναι η βελτίωση της εφαρμογής και του μοντέλου του μαθητή, καθώς και ο εμπλουτισμός του περιβάλλοντος με περισσότερες γλώσσες προγραμματισμού. Γενικότερος σκοπός της όλης διαδικασίας είναι η χρήση της τεχνολογίας στην υπηρεσία της μάθησης.
Σχεδίαση ενός προσαρμοστικού εκπαιδευτικού ηλεκτρονικού παιχνιδιού για την διδασκαλία εισαγωγικών εννοιών του προγραμματισμού.
Από την εμπειρία της διδασκαλίας του μαθήματος του προγραμματισμού στα σχολεία έχει παρατηρηθεί ότι οι μαθητές αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην κατανόηση των βασικών εννοιών και ισχυρίζονται ότι το μάθημα είναι βαρετό και δύσκολο. Για τους παραπάνω λόγους έχει αναπτυχθεί ένα εκπαιδευτικό ηλεκτρονικό παιχνίδι, στόχος του οποίου είναι η εσωτερική παρακίνηση των μαθητών μέσα από την πρόκληση, την περιέργεια, το αίσθημα του ελέγχου και την φαντασία. Πρέπει όμως να τονίσουμε ότι τα ηλεκτρονικά παιχνίδια δεν παρέχουν την εξατομικευμένη μάθηση, η οποία αποτελεί το ζητούμενο για τους περισσότερους εκπαιδευόμενους όμως η χρήση του παιδαγωγικού πράκτορα οδηγεί σε περισσότερο ανθρώπινα και κοινωνικά περιβάλλοντα. Η αλληλεπίδραση που δημιουργείται ανάμεσα στους διδασκομένους και στον «πράκτορα» οδηγεί στην αύξηση του κινήτρου για μάθηση. Ένα από τα χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογής ηλεκτρονικού παιχνιδιού αποτελεί το TALENT, στο οποίο έχει δημιουργηθεί ένα πλήθος διαφορετικών δραστηριοτήτων ομαδοποιημένων κατάλληλα για κάλυψη μαθησιακών στόχων του προγραμματισμού. Συγκεκριμένα μέσω του παιχνιδιού πρέπει να καλυφτούν τρεις μαθησιακοί στόχοι που είναι ίσοι με τις αποστολές του παιχνιδιού. Μέσα στο παιχνίδι δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη να συγκρίνει το μοντέλο του με εκείνο που παράγεται από τον μέσο όρο των τιμών όλων των μαθητών, έτσι αυξάνεται το κίνητρο για περισσότερη προσπάθεια. Επίσης ο ρόλος του παιδαγωγικού πράκτορα είναι καθοριστικός αφού αυξάνει την επικοινωνία μαθητή συστήματος, ο οποίος παρατηρώντας την εξέλιξη της αποστολής κρίνει και παρακινεί τον μαθητή να συνεχίσει τις προσπάθειες του και να τον καθοδηγεί στον εικονικό κόσμο προτείνοντας του την επόμενη αποστολή βάση τις ικανότητες του μαθητή που έχουν καταγραφεί στο μοντέλο μαθητή. Η συγκεκριμένη εφαρμογή είναι ακόμα σε πειραματικό στάδιο όμως είναι πολύ σημαντικό να εφαρμοστεί σε ομάδες εκπαιδευομένων για να εξαχθούν αποτελέσματα για την δυναμική της εφαρμογής.
Επίδραση της χρήσης πολλαπλών αναπαραστάσεων σε εκπαιδευτικό περιβάλλον Προγραμματισμού.
Κατά καιρούς έχουν γίνει έρευνες πάνω στο αντικείμενο της χρήσης πολλαπλών αναπαραστάσεων για την διδασκαλία του προγραμματισμού. Στις παραπάνω έρευνες χρησιμοποιήθηκαν δύο τρόποι αναπαραστάσεως των αλγορίθμων αυτός του διαγράμματος ροής και του ψευδοκώδικα. Όμως πρέπει να τονιστεί ότι δεν έχει προκύψει κανένας γενικός κανόνας που να λέει ποιος από τους παραπάνω τρόπους αναπαράστασης είναι καλύτερος και σε ποιες περιπτώσεις διδασκαλίας. Αυτό που γενικά παρατηρήθηκε ότι η μέθοδος του διαγράμματος ροής ενδείκνυται στην διδασκαλία εισαγωγικών εννοιών του προγραμματισμού ενώ η χρήση ψευδοκώδικα έχει καλύτερα αποτελέσματα σε επίλυση πιο περίπλοκων προβλημάτων. Στο πλαίσιο προγράμματος για χρήση των παραπάνω αναπαραστάσεων αναπτύχθηκε από μια ομάδα ερευνητών πρόγραμμα που δίνει την δυνατότητα χρήσης διαγράμματος ροής και ψευδοκώδικα για την επίλυση του προβλημάτων. Τα αποτελέσματα της έρευνας, η οποία εφαρμόστηκε σε μια ομάδα φοιτητών ανάλογα με το φύλο, την κατεύθυνση και το εργαλείο που χρησιμοποίησαν δεν μπορούν με ξεκάθαρο τρόπο να μας ενημερώσουν για το αν το διάγραμμα ροής ή ο ψευδοκώδικας είναι καλύτερος και σε ποιες περιπτώσεις. Γενικά όλα τα άτομα που συμμετείχαν στην παραπάνω έρευνα διδάχτηκαν τα βασικά για τον προγραμματισμό και στην συνέχεια κλήθηκαν να επιλύσουν ένα πρόβλημα. Παρατηρήθηκε ότι δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά στην επίδοση των φοιτητών. Είναι βασικό να επισημάνουμε ότι τα αποτελέσματα της παραπάνω έρευνας ήρθαν σε αντίθεση με τις προηγούμενες έρευνες πάνω στο συγκεκριμένο θέμα και δείχνουν ότι έχουμε ισάξια αποδοχή και των δύο μεθόδων. Γενικά είναι σημαντικό να υπάρχουν διαφορετικά εργαλεία τα οποία μπορούν να χρησιμοποιούν οι μαθητές ανάλογα με την περίπτωση του εκάστοτε προβλήματος και της γενικότερης αντίληψης και των δυνατοτήτων στην κατανόηση. Είναι φανερό ότι για να μπορέσουμε να αποδεχτούμε τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής πρέπει να εφαρμοστεί μελλοντικά σε όσο τον δυνατόν περισσότερους μαθητές.
Σχεδιασμός ενός περιβάλλοντος Δυναμικής Οπτικοποίησης Αλγορίθμων: Το σύστημα DAVE.
Κατά γενική ομολογία οι αρχάριοι μαθητές θεωρούν την ενασχόληση τους με τον προγραμματισμό και την χρήση των αλγοριθμικών δομών ιδιαίτερα δύσκολη και περίπλοκη διαδικασία. Για αυτό τον λόγω έχουν γίνει ποικίλες προσπάθειες που δίνουν την δυνατότητα στους μαθητές να εξοικειωθούν με το προγραμματιστικό περιβάλλον, μια από τις οποίες είναι και η ανάπτυξη περιβάλλοντος δυναμικής οπτικοποίησης των αλγορίθμων. Οι γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη εφαρμογών απευθύνονται κυρίως στους έμπειρους προγραμματιστές ενώ τα οπτικοποιημένα περιβάλλοντα κυρίως για αρχάριους μαθητές. Μέσω του περιβάλλοντος αυτού οι χρήστες αντιλαμβάνονται την λογική που κρύβεται πίσω από τον αλγόριθμο και γενικότερα μπορούν να παρακολουθούν την συμπεριφορά του προγράμματος. Πρέπει να τονιστεί ότι δεν έχει κανένα νόημα για τον μαθητή να παρακολουθεί μόνο την εξέλιξη του προγράμματος αν ο ίδιος δεν μπορεί να πειραματιστεί με τον αλγόριθμο. Παρατηρήθηκε ότι όταν είναι ενεργός είναι ο ρόλος των μαθητών με το εκπαιδευτικό λογισμικό τότε οι μαθητές αποδίδουν καλύτερα όταν τους ζητηθεί να αναπτύξουν δικές τους εφαρμογές. Όμως οι γλώσσες οπτικοποίησης των αλγορίθμων που χρησιμοποιούνται απαιτούν από τους μαθητές την γνώση των εντολών οπτικοποίησης, δηλαδή γνώση μια άλλης γλώσσας προγραμματισμού, κάτι το οποίο δεν είναι δυνατόν να το γνωρίζει ένας αρχάριος προγραμματιστής. Σκοπός είναι να αναπτυχθεί ένα περιβάλλον στο οποίο γίνεται αυτομάτως η οπτικοποίηση του κώδικα του μαθητή. Έτσι αναπτύχθηκε το DAVE μέσω του οποίου οπτικοποιούνται οι αλγόριθμοι που συγγράφουν οι ίδιοι οι μαθητές χωρίς να χρειάζεται να μάθουν επιπλέον γλώσσα προγραμματισμού. Έτσι ο χρήστης παρακολουθεί την εξέλιξη του κωδικά του και είναι έτσι πιο εύκολο να δει τα τυχόν λάθη που έχει κάνει και να τα διορθώσει. Το πλέον σημαντικό πλεονέκτημα του παραπάνω οπτικοποιημένου περιβάλλοντος είναι η δυνατότητα που δίνεται στους να μαθαίνουν μέσα από τις διαδικασίες δοκιμής και άμεσης παρατήρησης. Όμως το παραπάνω πρόγραμμα έχει αναπτυχθεί για συγκεκριμένες κατηγορίες ασκήσεων κάτι το οποίο πρέπει να επεκταθεί στο μέλλον με την ενσωμάτωση όλου του φάσματος των ασκήσεων του προγραμματισμού. Είναι βασικό να τονίσουμε ότι ο στόχος του προγράμματος δεν πρέπει να είναι η κατάργηση του ρόλου του καθηγητή και της παραδοσιακής διδασκαλίας αλλά να χρησιμοποιηθεί ως συμπληρωματικό εργαλείο για την παρακίνηση και διευκόλυνση των αρχάριων μαθητών.