Οι γνωστικές θεωρίες μάθησης Οι γνωστικές θεωρίες μάθησης Μ. Κλεισαρχάκης (Μάρτιος 2018)

Γνωσιακή Επιστήμη Γνωσιακή επιστήμη (Cognitive science) είναι η διεπιστημονική (interdisciplinary) μελέτη των διεργασιών και λειτουργιών της νοημοσύνης. Περιλαμβάνει τον συνδιασμό της υφυίας και της συμπεριφοράς, εστιάζοντας στο πώς η πληροφορία που προσλαμβάνει ο εγκέφαλος, αναπαρίσταται, επεξεργάζεται, και μετασχηματίζεται Βασική επιστημολογική θέση στη γνωσιακή επιστήμη είναι ότι: «η σκέψη και η γνώση μπορεί να κατανοηθεί με όρους εσωτερικών δομών αναπαράστασης του μυαλού και υπολογιστικών διεργασιών που εφαρμόζονται στις δομές αυτές» Περιλαμβάνει διάφορα επίπεδα ανάλυσης από το χαμηλό επίπεδο των μηχανισμών μάθησης και λήψης απόφασης μέχρι τα υψηλά επίπεδα λογικής και σχεδιασμού. Από τα εγκεφαλικά νευρικά κυκλώματα (συνάψεις νευρώνων) μέχρι την αρθρωτή οργάνωση/αρχιτεκτονική του εγκεφάλου

Γνωστικισμός (Cognitivism) Με τον όρο «γνωστικισμός (cognitivism)» γενικά αναφερόμαστε στο θεωρητικό διεπιστημονικό πλαίσιο γνωσιακών θεωριών (cognitive theories) που αναδύθηκε την δεκαετία 1950 ως μια νέα προσπάθεια για τη συνολική κατανόηση της νόησης αλλά και των ειδικότερων νοητικών λειτουργιών. Μάθηση = Δυναμική διαδικασία επεξεργασίας πληροφοριών και αναπαραστάσεων (representations) μέσω γνωστικών διεργασιών (cognitive processes) Γνωστικές διεργασίες (cognitive processes) = διεργασίες επεξεργασίας της πληροφορίας και των εσωτερικών αναπαραστάσεων του μυαλού Γνώσεις = γνωστικές δομές εγκατεστημένες στη μακροπρόθεσμη μνήμη (long-term memory)

http://ts.sch.gr/repo/online-packages/dim-glossa-c-d/

http://ts.sch.gr/repo/online-packages/dim-thriskeftika-e-st/d11-web/htms/Thriskeytika.htm

Γνωσιακές Θεωρίες Σε γενικές γραμμές μια γνωσιακή θεωρία περιέχει: Την πρόσληψη πληροφορίας (perception) από τα αισθητήρια όργανα, Τη μάθηση (learning), που περιλαμβάνει την οργάνωση της πληροφορίας σε εσωτερικές αναπαραστάσεις και την επεξεργασία τους στη βραχύχρονη ή ενεργό μνήμη (working memory) Την οικοδόμηση σταθερών αναπαραστάσεων γνώσης (Knowledge building) στην μακρόχρονη μνήμη (Long-term memory)

Συμβολή στη σχεδίαση εκπαιδευτικού λογισμικού (α) Παρουσίαση: Σωστή παρουσίαση της πληροφορίας (δηλ. εξωτερικών αναπαραστάσεων με χρήση πολυμέσων) σε οθόνες του εκπαιδευτικού λογισμικού … ώστε να υποστηρίζεται το γνωστικό σύστημα του μαθητή να προσλαμβάνει και να επεξεργάζεται αποδοτικά την πληροφορία (β) Οργάνωση περιεχομένου: Σωστή οργάνωση των ενοτήτων του ΕΛ με βάση τις προτάσεις της γνωσιακής θεωρίας …ώστε να υποστηρίζεται το γνωστικό σύστημα του μαθητή να οργανώνει εσωτερικές αναπαραστάσεις γνώσης (γ) Άσκηση-Εφαρμογή: Σωστή οργάνωση των δραστηριοτήτων άσκησης του μαθητή με βάση τις προτάσεις της γνωσιακής θεωρίας ώστε μέσω αλληλεπίδρασης με το λογισμικό …να υποστηρίζεται το γνωστικό σύστημα του μαθητή να οργανώνει να αναπτύσσει δεξιότητες εφαρμογής της γνώσης

Παράδειγμα γνωστικού εργαλείου Το λογισμικό προσομοίωσης, https://phet.colorado.edu/el/simulation/projectile-motion Math Baseball http://www.funbrain.com/math/index.html Learn to Read: http://www.starfall.com/n/level-a/learn-to-read/play.htm?f Multiplication Flash Cards:  http://www.aplusmath.com/Flashcards/Multiplication.html 8 8

Γνωστική Ψυχολογία Cognitive psychology

Γνωστική Ψυχολογία Η γνωστική ψυχολογία κάνει δύο βασικές παραδοχές: Γνωστική ψυχολογία (Cognitive psychology) είναι το πεδίο της ψυχολογίας που μελετά τις εσωτερικές νοητικές διεργασίες. Αφορά τη μελέτη του πώς οι άνθρωποι προσλαμβάνουν πληροφορία, θυμούνται, σκέφτονται, μιλούν και επιλύουν προβλήματα. Η γνωστική ψυχολογία κάνει δύο βασικές παραδοχές: (α) Βασίζεται στην επιστημονική μέθοδο (ερώτημα-υπόθεση- πειραματισμός-συμπέρασμα) και απορρίπτει παλαιότερες «υποκειμενικές» τεχνικές (πχ. ενδοσκόπηση) (β) Αναγνωρίζει ρητά την ύπαρξη εσωτερικών νοητικών καταστάσεων, όπως πχ. πεποιθήσεις, επιθυμίες, ιδέες, γνώση, κίνητρο, κλπ.

Θεωρία Επεξεργασία της Πληροφορίας Θεωρία Επεξεργασία της Πληροφορίας

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας Θεωρία επεξεργασίας της πληροφορίας Μυαλό = Υπολογιστής; Μοντέλο ανθρώπινης σκέψης Μοντέλο υπολογιστή Αισθήσεις Μονάδες εισόδου Κεντρική μονάδα επεξεργασίας Βραχυπρόθεσμη μνήμη Μακροπρόθεσμη μνήμη Σκληρός δίσκος 13/46 13/46 13

Βασικές αρχές της θεωρίας επεξεργασίας της πληροφορίας Το γνωστικό σύστημα δημιουργεί αναπαραστάσεις (representations) της πληροφοριακής ροής και κάνει την επεξεργασία της. Η επεξεργασία της πληροφορίας στο πλαίσιο αυτό νοείται ως υπολογισμός, χειρισμός δηλαδή συμβόλων. Οι γνωστικές διεργασίες συνιστούν επεξεργασίες των οποίων τα αποτελέσματα αποτελούν εισόδους για άλλες επεξεργασίες. Κάθε γνωστική διεργασία συνίσταται από αναπαραστάσεις και από επεξεργασίες 14

Διαδικασίες επίλυσης προβλημάτων Η συμβολή της θεωρίας επεξεργασίας της πληροφορίας στο σχεδιασμό μαθησιακών περιβαλλόντων με υπολογιστές Διαδικασίες επίλυσης προβλημάτων Διάκριση ανάμεσα σε αρχάριους και ειδικούς Χειρισμός δηλωτικών και διαδικαστικών γνώσεων, καθώς και μεταγνώσεων (η γνώση πάνω στη γνώση) Αναζήτηση κατάλληλων στρατηγικών Εννοιολογική αλλαγή: ποιοτική αλλαγή του συστήματος των αναπαραστάσεων, των σχημάτων και των νοητικών μοντέλων αυτών που μαθαίνουν 15/46 15

Τεχνητή Νοημοσύνη

Βασική εφαρμογή της γνωστικής ψυχολογίας: Τεχνητή Νοημοσύνη Στα μέσα του 20ου αιώνα, ο Άγγλος μαθηματικός Alan Turing διατύπωσε πρώτος ότι ένας ψηφιακός υπολογιστής, προγραμματισμένος με κανόνες και γεγονότα, θα μπορούσε να επιδείξει «νοήμονα» συμπεριφορά. Ο Alan Turing έθεσε τις βάσεις του επιστημονικού πεδίου που στη συνέχεια ονομάστηκε Τεχνητή Νοημοσύνη (Artificial Intelligence). 17/46 17

Τεχνητή νοημοσύνη: η συνάντηση ανάμεσα σε μια μηχανή και ένα σχέδιο Tεχνητή Nοημοσύνη (Artificial Intelligence): από τα πιο φιλόδοξα ανθρώπινα σχέδια σκοπός η δημιουργία «νοημόνων μηχανών» καθιέρωση του όρου (διεθνής διάσκεψη, Darmouth 1956) «Tεχνητή Nοημοσύνη» οι Newell και Simon παρουσίασαν το “Logic Theorist”, το πρώτο πρόγραμμα Tεχνητής Nοημοσύνης που έδινε συγκεκριμένα αποτελέσματα (μαθηματική λογική) πολλές επιστημονικές έρευνες, κυρίως στο χώρο της αυτόματης μετάφρασης και της γενικής απόδειξης θεωρημάτων δεν απέδωσαν ουσιαστικά αποτελέσματα 18/46 18

Μπορεί ένας υπολογιστής να έχει «νοημοσύνη» και πώς; Μπορεί ένας υπολογιστής να έχει «νοημοσύνη» και πώς; Το τεστ του Turing: Το τεστ βασίζεται σε ένα σύνολο ερωτήσεων που υποβάλλει κάποιος ταυτόχρονα σε έναν άνθρωπο και μια μηχανή χωρίς να γνωρίζει εκ των προτέρων ποιος είναι τι. Εάν μετά το πέρας της δοκιμασίας δεν μπορεί να αποφανθεί για το ποιος είναι ο άνθρωπος και ποια η μηχανή, τότε ευνόητα η μηχανή έχει πετύχει στη δοκιμασία και μπορεί να χαρακτηριστεί ως ευφυής. 19/46 19

Γενικές αρχές της Tεχνητής Nοημοσύνης Πρέπει να δημιουργηθούν γενικά προγράμματα οι γνώσεις σε ένα ιδιαίτερο πρόβλημα οφείλουν να δοθούν έξω από το ίδιο το πρόγραμμα, το οποίο γίνεται τότε ένας απλός "κινητήρας" προσαρμόσιμος σε οποιοδήποτε χώρο εάν αλλάξουμε τα δεδομένα . Η μάθηση αποτελεί ένα πρόβλημα - κλειδί το σύστημα οφείλει να είναι σε θέση να ανακαλύπτει το ίδιο τις γνώσεις που του χρειάζονται 20/46 20

Η Tεχνητή Nοημοσύνη, συμβολή τριών επιστημονικών τομέων της λογικής και των μαθηματικών της θεωρίας της πληροφορίας με τους ποσοτικούς και πιθανοτικούς ορισμούς της της μικρο-ηλεκτρονικής και της πληροφορικής με την πραγματοποίηση των πρώτων υπολογιστών σύμφωνα με το μοντέλο του Alan Turing 21/46 21

Συστατικά ενός προγράμματος Τεχνητής Νοημοσύνης Ένα πρόγραμμα ΤΝ χαρακτηρίζεται από 5 βασικές πτυχές: 1. χειρίζεται σύμβολα που δεν είναι κατά κανόνα αριθμητικά 2. στοχεύει στην επεξεργασία προβλημάτων για τα οποία δεν διαθέτουμε ένα αλγόριθμο (καταφεύγοντας στη χρήση ευρετικών μεθόδων που δεν διασφαλίζουν σίγουρη επιτυχία) 3. διαθέτει μια αναπαράσταση των γνώσεων, δηλαδή μια αντιστοιχία ανάμεσα στον εξωτερικό κόσμο και ένα συμβολικό σύστημα που επιτρέπει την αιτιολόγηση 4. μπορεί να παρέχει λύση ακόμα κι αν δε διαθέτει όλα τα δεδομένα τη στιγμή της λύσης του προβλήματος 5. μπορεί να χρησιμοποιεί δεδομένα που εμπεριέχουν αντιφατικά στοιχεία ή ακόμα και λάθη 22/46 22

Τομείς εφαρμογής της Τεχνητής Νοημοσύνης τα έμπειρα συστήματα τα έμπειρα διδακτικά συστήματα η επεξεργασία φυσικής γλώσσας τα ηλεκτρονικά παιγνίδια η αναγνώριση εικόνας η μηχανική μάθηση τα νευρωνικά δίκτυα η ρομποτική 23/46 23

Παραδείγματα Τεχνητής Νοημοσύνης Quick, Draw! https://experiments.withgoogle.com/ai/quick-draw The Infinite Drum Machine https://experiments.withgoogle.com/ai/drum- machine Thing Translator https://experiments.withgoogle.com/ai/thing- translator Για πιο πολλά παραδείγματα https://www.pcsteps.gr/147406- %CF%80%CE%B5%CE%B9%CF%81%CE%AC%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%B1- %CF%84%CE%B5%CF%87%CE%BD%CE%B7%CF%84%CE%AE%CF%82- %CE%BD%CE%BF%CE%B7%CE%BC%CE%BF%CF%83%CF%8D%CE%BD%CE%B7%CF%82/ 24

Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα

Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα Μια από τις βασικές εφαρμογές της Τεχνητής Νοημοσύνης στην εκπαίδευση είναι τα Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα Τα συστήματα αυτά ανήκουν στην κατηγορία «ο υπολογιστής – δάσκαλος» Ανήκουν στην κατηγορία των Έμπειρων Συστημάτων (expert systems) 26/46 26

Σε προγραμματιστικό επίπεδο Σε αντίθεση με τον κλασσικό προγραμματισμό (όπου το πρόγραμμα κωδικοποιεί τον τρόπο με τον οποίο θα επεξεργασθούν τα δεδομένα) το ΕΣ διαθέτει 3 στοιχεία: 1. Βάση γνώσεων (knowledge base) που περιέχει όλες τις σχετικές με ένα γνωστικό τομέα γνώσεις 2. Βάση γεγονότων περιέχει τα σχετικά με το προς λύση πρόβλημα δεδομένα 3. Μηχανή συμπερασμάτων (inference engine) 4. Διεπιφάνεια Χρήστη που επιτρέπει στους χρήστες να θέτουν ερωτήματα στο πρόγραμμα 27/46 27

Οργάνωση έμπειρου συστήματος 28/46 28

Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα Έμπειρο Διδακτικό Σύστημα (EΔΣ) Προτείνει άλλου είδους εκπαιδευτικό λογισμικό που πρέπει να είναι σε θέση να λύνει τα προβλήματα προτείνοντας μάλιστα διαφορετικούς τρόπους και να παρακολουθεί δίνοντας υποδείξεις στις λύσεις του μαθητή 29

Αρχιτεκτονική έμπειρου διδακτικού συστήματος 30/46 30

Έμπειρα Διδακτικά Συστήματα Aplusix για άλγεβρα γυμνασίου http://www.aplusix.com/en/ 31/46 31

Άλλες Γνωστικές Θεωρίες

Ο δομικός γνωστικισμός του J. Piaget Ο δομικός γνωστικισμός του J. Piagetο γνωστικό σύστημα αυτo- οργανώνεται και εξελίσσεται προς καταστάσεις ισορροπίας. Οι γνώσεις δεν είναι αντίγραφα της πραγματικότητας αλλά αφομοιώσεις του πραγματικού. Γνωρίζω ένα αντικείμενο όταν ενεργώ πάνω σε αυτό και το μεταμορφώνω. Μονάδα μάθησης είναι το σχήμα. Υπάρχουν τέσσερις περίοδοι διανοητικής ανάπτυξης του ατόμου. (αισθησιοκινητική, προσυλλογιστική, συλλογιστική, αφαιρετική σκέψη) Μηχανισμοί της προσαρμογής (μάθησης): Αφομοίωση: η ενέργεια του οργανισμού για να εντάξει μια κατάσταση σε σχήματα δραστηριοτήτων που ήδη διαθέτει. Συμμόρφωση: οι ενέργειες που πραγματοποιεί ο οργανισμός ανάλογα με τις απαιτήσεις του περιβάλλοντος για την επίτευξη ενός σκοπού.

Piaget και ΤΠΕ Οι ΤΠΕ πρέπει να υποστηρίζουν την οικοδόμηση γνώσης (αναπαριστώντας τις ιδέες, την κατανόηση, τις παραστάσεις των μαθητών) Να επιτρέπουν τη διερεύνηση σε πληροφορίες. Να υποστηρίζουν τη μάθηση μέσω της εμπειρίας Να επιτρέπουν την έκφραση και τη σύνδεση των γνώσεων.

Ο οικοδομισμός του S. Papert Η μάθηση είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όταν πραγματοποιείται στο πλαίσιο μιας πλούσιας και συγκεκριμένης δραστηριότητας, κατά την οποία ο μαθητής πειραματίζεται κατασκευάζοντας ένα προϊόν που έχει νόημα για τον ίδιο. Δημιούργησε λοιπόν έναν υπολογιστικό μικρόκοσμο. Logo: τυπικό παράδειγμα Τι πετυχαίνει η LOGO Απόκτηση γενικών γνωστικών δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων Μάθηση βασικών μαθηματικών εννοιών, όπως γωνίες, πολύγωνα, μεταβλητές. Σκέψη πάνω στην πράξη. Ανάπτυξη νέων συλλογισμών με φυσικό τρόπο.

Online Logo http://www.transum.org/software/Logo/ fd ( Μπροστά ). bk ( Πίσω ). rt ( Στρίψε δεξιά ). lt ( Στρίψε αριστερά ). repeat ( Επανάλαβε ). MathPlayGround  https://www.mathplayground.com/mathprogramming.html Online Logo http://www.transum.org/software/Logo/

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ Στα εποικοδομιστικά λογισμικά κυριαρχεί η ιδέα της οικοδόμησης της γνώσης και σ’ αυτά ανήκουν: - ο προγραμματισμός Logo-Lego, - οι μικρόκοσμοι και - οι προσομοιώσεις Η παιδαγωγική θεωρία της Logo στηρίχτηκε στα εξής 2 επιχειρήματα του Papert: α) Η εμπειρία στο προγραμματιστικό περιβάλλον της Logo οδηγεί στην απόκτηση γενικών δεξιοτήτων επίλυσης προβλήματος και β) Η Logo συνιστά ένα ιδανικό περιβάλλον για την εκμάθηση μαθηματικών εννοιών π.χ. γωνίες, μεταβλητές, πολύγωνα κ.ά.

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ Τα χαρακτηριστικά που τη διακρίνουν και την καταξιώνουν ως γλώσσα με παιδαγωγικές προδιαγραφές είναι: - μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ελκυστικές και πλούσιες σε παιδαγωγική αξία εφαρμογές σε ποικίλα γνωστικά πεδία - μπορεί να χρησιμοποιηθεί και από χρήστες που δεν έχουν γνώσεις προγραμματισμού - η εξοικείωση με τη Logo δημιουργεί ένα στέρεο υπόβαθρο πληροφορικής παιδείας σε ευρύ φάσμα εννοιών και τεχνικών (όπως για παράδειγμα η ανάπτυξη και δόμηση προγράμματος) - είναι μια γλώσσα μέσα από την οποία ο εκπαιδευόμενος με απλές έννοιες- διαδικασίες μπορεί να δομήσει άλλες πιο σύνθετες με τρόπο επαγωγικό, έτσι όπως δομείται η ανθρώπινη νόηση. Το χαρακτηριστικό αυτό την καθιστά ένα δυνατό εργαλείο έκφρασης ιδεών που ευνοεί την κατασκευή της γνώσης

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ - είναι διαδικαστική γλώσσα και κάθε διαδικασία είναι μια αυτοτελής αλληλεπιδραστική οντότητα. Η διαδικαστική φύση της LOGO επιτρέπει στους εκπαιδευόμενους να αναλύσουν μια εργασία σε υποεργασίες, που η κάθε μια μπορεί να υλοποιηθεί μέσα από ξεχωριστές διαδικασίες - είναι φυσική (natural). Ο συμβολικός κώδικας της γλώσσας είναι σε μεγάλο βαθμό συνδεδεμένος με την καθομιλουμένη γλώσσα. - είναι άμεσα αλληλεπιδραστική, καθώς κάθε εντολή μπορεί να έχει άμεσα αποτελέσματα στην οθόνη, δίνοντας με αυτόν τον τρόπο τη δυνατότητα ανατροφοδότησης στο χρήστη - έχει ένα δυναμικό γραφικό περιβάλλον. Η γεωμετρία της χελώνας αποτελεί βιωματικό εργαλείο διερεύνησης και προσέγγισης εννοιών - η σπονδυλωτή δομή των προγραμμάτων της επιτρέπει τη συνεργασία ανάμεσα σε ομάδες εκπαιδευόμενων και τον καταμερισμό εργασίας για την εκπόνηση δραστηριοτήτων.

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ Με τη χρήση της Logo, ο εκπαιδευόμενος αποκτά τον έλεγχο στη μάθηση. Όταν ο εκπαιδευτής αναθέτει μια εργασία, ο μαθητής πρέπει να σκεφτεί ένα σύνολο από εντολές που θα κάνουν τη χελώνα να σχεδιάσει το σχήμα. Ο Papert αναφέρει ότι η Logo βοηθάει τους μαθητές να αναπτύξουν τη γενική σκέψη τους και την ικανότητα επίλυσης προβλημάτων. Η Logo μπορεί να κατανοηθεί σύμφωνα με μια στρατηγική αυτοεξερεύνησης, δηλαδή με έναν αυθόρμητο και φυσικό τρόπο ανάλογο με το πώς ένα μικρό παιδί μαθαίνει να μιλάει. Αυτό ο Papert το ονομάζει - «μάθηση χωρίς διδασκαλία» ή - «μάθηση χωρίς πρόγραμμα σπουδών». Είτε μιλάμε για το προγραμματιστικό περιβάλλον της Logo είτε για προσομοιώσεις είτε για μικρόκοσμους ένα είναι το κοινό στοιχείο: σ’ όλα αυτά τα περιβάλλοντα τα προβλήματα με τα οποία έρχονται αντιμέτωποι οι μαθητές είναι ανοιχτού τύπου και ενθαρρύνουν τη δημιουργία πολλαπλών αναπαραστάσεων της γνώσης.

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ Το προγραµµατιστικό περιβάλλον Logo είναι ένα ανοιχτό υπολογιστικό περιβάλλον όπου ο µαθητής µπορεί να το εξερευνήσει µε ελάχιστο αριθµό συµβουλών συνδυάζοντας και µια γλώσσα προγραµµατισµού. Οι µικρόκοσµοι (microworlds) είναι: ένα σύνολο αντικειµένων που συνδέονται µεταξύ τους µε σχέσεις. Η τροποποίηση των σχέσεων αυτών οδηγεί στη δηµιουργία νέων αντικειµένων. Η λειτουργία των µικρόκοσµων στηρίζεται στη γλώσσα προγραµµατισµού Logo και στην πράξη οι µαθητές αξιοποιούν έτοιµα σχήµατα (π.χ. δροµείς, χελώνες, ζώα κ.ά.) προκειµένου να καταφέρουν να παράγουν µια ιστορία ή µια εικόνα σε κίνηση (τα λεγόµενα κινούµενα σχέδια ή αλλιώς animation). Οι µικρόκοσµοι χρησιµοποιούνται είτε για τη δηµιουργία προσοµοιώσεων είτε για µαθηµατικές ανακαλύψεις ή ακόµη και για διαδραστικές πολυµεσικές εφαρµογές. Ο εκπαιδευτικός µπορεί να τους αξιοποιήσει για παιχνίδια, παρουσιάσεις, ερωτήσεις αξιολόγησης, προσοµοιώσεις και µοντελοποιήσεις.

Εποικοδομισμός και Εφαρμογές στους Η/Υ Οι προσοµοιώσεις (simulations) αφορούν στην αναπαράσταση ενός πραγµατικού ή φανταστικού φαινοµένου µε ασφαλή, γρήγορα κι ανέξοδο τρόπο (π.χ. ένα πείραµα στη χηµεία). Αξιοποιούνται για την ανακάλυψη µιας κατάστασης, την επιβεβαίωση ή απόρριψη µιας υπόθεσης, και την αναγνώριση σχέσεων. Ο βασικός στόχος του εκπαιδευτικού λογισµικού προσοµοίωσης είναι η εξοικείωση µε έννοιες και λειτουργίες του πραγµατικού κόσµου. Η γνώση που αποκοµίζει ο χρήστης προέρχεται από τα αποτελέσµατα των πειραµάτων που εκτελεί. Ουσιαστικά µέσα από την παρατήρηση διεγείρονται οι νοητικές λειτουργίες του και αναλύονται τα αποτελέσµατα. Επίσης, αντιλαµβάνεται τι πρόκειται να συµβεί σε µια αντίστοιχη περίπτωση στον αληθινό κόσµο. Μπορούν να αξιοποιηθούν για ένα πλήθος γνωστικών αντικειµένων από τα Μαθηµατικά και τη Φυσική µέχρι την Περιβαλλοντική Αγωγή.

Οι τεχνολογικές εφαρμογές του εποικοδομισμού

Χαρακτηριστικά του σχεδιασμού μαθησιακών περιβαλλόντων με βάση τις εποικοδομιστικές προσεγγίσεις  Θα πρέπει να: - παρέχει τη δυνατότητα εξερεύνησης ενός χώρου - ευνοεί την ανακατασκευή µιας ιδέας, φαινοµένου, γεγονότος - προσφέρει τη δυνατότητα να διαµορφώσει ο χρήστης πολλαπλές οπτικές - παρέχει αυθεντικές µαθησιακές δραστηριότητες - εκθέτει το χρήστη σε ανοικτού τύπου προβλήματα - βοηθά την έκφραση ιδεών και την ανταλλαγή απόψεων - διευκολύνει τον πειραµατισµό των χρηστών.

Παραδείγματα Τεχνολογικών Εφαρμογών του Εποικοδομισμού 1. Το Προγραμματιστικό Περιβάλλον της Logo http://www.softronix.com/logo.html Πρόκειται για ένα ελεύθερο λογισμικό διερευνητικού χαρακτήρα με δυνατότητες κατασκευής, με βάση τις εντολές γραφικών της γλώσσας προγραμματισμού Logo, μαθηματικών μοντέλων και δυναμικού χειρισμού τους. Ο δρομέας γραφικών της Logo εμφανίζεται στην οθόνη με την μορφή βέλους και η κίνησή του με κατάλληλες εντολές δημιουργεί εκπληκτικά γραφικά.

Παραδείγματα Τεχνολογικών Εφαρμογών του Εποικοδομισμού 2. Μικρόκοσµοι, Το λογισμικό E-Slate/Αβάκιο http://www.e-yliko.gr/htmls/dir_soft/E_State.aspx Μαθηµατικά, Γεωγραφία, Ξένες Γλώσσες, Φυσική, Ιστορία, Γυµνασίου, Λυκείου Περιβάλλον για διερευνητική µάθηση που προσφέρει εργαλεία υψηλού επιπέδου για τη σύνθεση εκπαιδευτικών Μικρόκοσµων» για πειραµατισµό και διερεύνηση φαινοµένων, εννοιών, υποθέσεων και συσχετισµών. Ιδέες εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων µπορούν εύκολα να µετατραπούν σε λογισµικό, στη µορφή Μικρόκοσµων που απαρτίζονται από αλληλοσυνεργαζόµενες Ψηφίδες. Οι Ψηφίδες παρέχονται ως µια βιβλιοθήκη προκατασκευασµένων υπολογιστικών αντικειµένων, ειδικά σχεδιασµένων για εκπαιδευτική χρήση. Με κατάλληλη διασύνδεση των Ψηφίδων από το χρήστη-εκπαιδευτικό, συντίθεται το κάθε φορά στοχευόµενο εκπαιδευτικό λογισµικό-δραστηριότητα. Η διασύνδεση και διαχείριση των Ψηφίδων και των Μικρόκοσµων µπορεί να προγραµµατιστεί µέσα από µια ειδικά σχεδιασµένη συµβολική γλώσσα βασισµένη στη Logo. Έχει διανεµηθεί σ’ όλα τα σχολεία της ∆ευτεροβάθµιας Εκπαίδευσης.

Παραδείγματα Τεχνολογικών Εφαρμογών του Εποικοδομισμού 2. Μικρόκοσµοι, Το λογισμικό Μυκηναϊκός Πολιτισµός http://www.e-yliko.gr/htmls/dir_soft/E_State.aspx, Ιστορία, Γυµνασίου, Λυκείου Λογισµικό διερευνητικού χαρακτήρα. ∆ιαθέτει επιπλέον δυνατότητες εκµετάλλευσης του διαδικτύου. Προάγει την ενεργό συµµετοχή των µαθητών Ο ρόλος του µαθητή είναι αυτός του ανασκαφέα που προσπαθεί να φέρει στο φως διάφορα αρχαιολογικά ευρήµατα και στη συνέχεια να τα αξιολογήσει και να τα συνδέσει µε πληροφορίες που διατίθενται µέσα από υπερσυνδεσµους. Επιπλέον, διαθέτει ως εργαλεία βάσεις δεδοµένων ευρηµάτων (τα λεγόµενα «τετράδια»), χάρτες, συνοδευτικό υλικό µε κείµενα, φωτογραφίες και συνδέσµους για επισκέψεις σε µουσεία. Υπάρχει δυνατότητα για ανταλλαγή σηµειώσεων µε µαθητές άλλων σχολείων που εργάζονται σε ανάλογο θέµα αξιοποιώντας αυτό το λογισµικό.

Παραδείγματα Τεχνολογικών Εφαρμογών του Εποικοδομισμού 3. Προσομοιώσεις, Geometers’s Sketchpad http://www.e-yliko.gr/htmls/dir_soft/sketchpad.aspx Γεωµετρία,Τριγωνοµετρία, Άλγεβρα, Γυµνασίου, Λυκείου Πρόκειται για ένα εργαλείο δυναµικής διαχείρησης γεωµετρικών σχηµάτων και αλγεβρικών παραστάσεων, κατάλληλο για τη διδασκαλία της Γεωµετρίας, της Άλγεβρας, της Ανάλυσης καθώς επίσης και των Φυσικών Επιστηµών. Δυνατότητα δυναµικής διαχείρησης των αντικειµένων µε τέτοιο τρόπο, ώστε να διατηρούνται οι µαθηµατικές ιδιότητες µε τις οποίες κατασκευάστηκαν. Το λογισµικό µας επιτρέπει να δηµιουργήσουµε γεωµετρικά αντικείµενα µε τη δυνατότητα µετακίνησης, περιστροφής, αυξοµείωσης, ανάκλασης κλπ.

Παραδείγματα Τεχνολογικών Εφαρμογών του Εποικοδομισμού 3. Προσομοιώσεις, Το λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α. Μηχανική, Ανάκλαση-Διάθλαση, Θερμότητα, Ηλεκτρισμός, Μοντέλα και Άτομα http://users.thess.sch.gr/salnk/didaskalia/mathima.htm Φυσική, ∆ηµοτικού, Γυµνασίου, Λυκείου Πρόκειται για ένα εργαλείο που αποσκοπεί στην υποβοήθηση της διδασκαλίας της Φυσικής Γυµνασίου µε έµφαση στις έννοιες που δυσχεραίνουν τους µαθητές στην κατανόηση. Ο µαθητής επιλέγει ένα εργαστήριο, µια θεµατική, κάνει προβλέψεις, προσοµοιάζει κινήσεις, παρατηρεί τ’αποτελέσµατα, πειραµατίζεται µε διάφορες τιµές παραµέτρων και συγκρίνει µε την πραγµατικότητα.

J. Bruner Η ανακαλυπτική μάθηση

Η «ανακαλυπτική» μάθηση του J. Bruner Οι μαθητές ανακαλύπτουν τη γνώση μέσα από διερευνητικές διαδικασίες (discovery learning): Το πείραμα Τη δοκιμή Την επαλήθευση ή τη διάψευση

Η «ανακαλυπτική» μάθηση του J. Bruner Το πείραμα στο διαδίκτυο INTERACTIVE SIMULATIONS FOR SCIENCE AND MATH https://phet.colorado.edu/el/

Λογισμικά Διερεύνησης – Ανακάλυψης Λογισμικά Διερεύνησης – Ανακάλυψης MaLT+ (Χελωνόσφαιρα) http://etl.ppp.uoa.gr/malt2/ ΓΑΙΑ ΙΙ http://photodentro.edu.gr/edusoft/r/8531/254?locale=el ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΣ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΙΙ http://photodentro.edu.gr/edusoft/r/8531/255?locale=el

Ο ρόλος του δασκάλου Ο δάσκαλος αναλαμβάνει το ρόλο του εμψυχωτή – καθοδηγητή στη διαδικασία της ανακάλυψης της γνώσης από το μαθητή. Ο Bruner συνιστά στους εκπαιδευτικούς να αποφεύγουν τη χρήση της διάλεξης και άλλων παραδοσιακών διδακτικών μεθόδων γιατί οδηγούν στην απομνημόνευση, σε μια στατική και στείρα μάθηση.

Τα εκπαιδευτικά λογισμικά που στηρίζονται στις γνωστικές θεωρίες της μάθησης Τα εκπαιδευτικά λογισμικά και περιβάλλοντα πρέπει να υποστηρίζουν την ιδέα της οικοδόμησης της γνώσης από το μαθητή. Ο μαθητής προσπαθεί να επιλύσει προβλήματα, διερευνά, ανακαλύπτει, κάνει υποθέσεις τις οποίες επαληθεύει ή διαψεύδει. Το εκπαιδευτικό λογισμικό πρέπει να στηρίζει αυτήν την πορεία του μαθητή.

Λογισμικά «ανοικτού» τύπου Περιβάλλοντα υπερμέσων, προσομοίωσης Θεωρία μάθησης: Εποικοδομισμός Διδακτικό μοντέλο: η γνώση οικοδομείται από τον ίδιο το μαθητή Ο υπολογιστής είναι εργαλείο για το μαθητή Ο δάσκαλος είναι σύμβουλος ή βοηθός Η προσέγγιση είναι μαθητοκεντρική 58 58

Λογισμικά «ανοικτού» τύπου Πρόκειται για υπολογιστικά περιβάλλοντα μάθησης τα οποία ευνοούν τη διερεύνηση, την ανακάλυψη και την οικοδόμηση της γνώσης Ο μαθητής χρησιμοποιεί το περιβάλλον ως εργαλείο, διερευνώντας τα «αντικείμενα» που περιέχει και ανακαλύπτει πληροφορίες και γεγονότα, κατανοεί έννοιες και τις συσχετίζει μεταξύ τους, με άλλα λόγια οικοδομεί γνώσεις μέσω πειραματισμού και επίλυσης προβλημάτων 59 59

Βασικές κατηγορίες λογισμικών «ανοικτού» τύπου Πολλές κατηγορίες λογισμικού «ανοικτού» τύπου Υπερμέσα (π.χ. ψηφιακές εγκυκλοπαίδειες) Κόμβοι πληροφοριών συνδεμένοι με πολλαπλούς τρόπους. Ο χρήστης πλοηγείται ανάμεσα στους κόμβους χρησιμοποιώντας τους συνδέσμους Προσομοιώσεις Μίμηση της συμπεριφοράς ενός συστήματος από άλλο σύστημα ένα μοντέλο κάποιου φαινομένου ή κάποιας δραστηριότητας, το οποίο οι χρήστες χρησιμοποιούν και μαθαίνουν μέσω της αλληλεπίδρασης Βασική χρήση: γνωστικά εργαλεία 60 60

Ψηφιακές εγκυκλοπαίδειες Φωτοεγκυκλοπαίδεια: www.fotopedia.com Εγκυκλοπαίδεια τέχνης: www.artcyclopedia.com Εγκυκλοπαίδεια της ζωής: www.eol.org Εγκυκλοπαίδεια της Γης: www.eoearth.org Πολυχρησιμοποιημένη: www.wikipedia.org (βικιπαίδεια στα ελληνικά) Wikipedia ποντιακή: http://pnt.wikipedia.org Εικονογραφημένο λεξικό: http://blachan.com/shahi Μπριτάνικα online: www.britannica.com Λεξικό και όχι μόνο: www.dictionary.com Εγκυκλοπαίδεια Φιλοσοφίας: www.iep.utm.edu Europeana: online γίγαντας της γνώσης: www.europeana.eu/portal

Γενικές προδιαγραφές λογισμικών ανοικτού τύπου προωθεί τις υπάρχουσες εμπειρίες των μαθητών και προσφέρει πολλαπλές προοπτικές της μαθησιακής κατάστασης καθώς και εργαλεία εκτίμησής της παρέχει νέες καθώς και αυθεντικές εμπειρίες στους μαθητές σχετικά με τη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης υποστηρίζει την ενσωμάτωση της μάθησης σε ρεαλιστικά περιβάλλοντα τα οποία σχετίζονται άμεσα (ή προσομοιάζουν) με τον πραγματικό κόσμο ενθαρρύνει την έκφραση των απόψεων, των αντιλήψεων, των ιδεών και των νοητικών μοντέλων των μαθητών στο πλαίσιο της μαθησιακής διαδικασίας 62 62

Γενικές προδιαγραφές λογισμικών ανοικτού τύπου προσφέρει και ενθαρρύνει χρήσεις πολλαπλών και ταυτόχρονων μορφών αναπαράστασης της πραγματικότητας (διαισθητικού αλλά και συμβολικού ή φορμαλιστικού τύπου) προωθεί την ενθάρρυνση της προσωπικής επίγνωσης στη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης προωθεί την εμπέδωση της μάθησης μέσω κοινωνικής εμπειρίας και αλληλεπίδρασης Στο σημείο αυτό η εποικοδομιστική προσέγγιση συναντά την κοινωνικοπολιτισμική προσέγγιση 63 63

Επικοδομισμός : Μαθησιακά περιβάλλοντα με υπολογιστές (Boyle,1997) Ο οικοδομισμός συνιστά σήμερα ένα από τα κυρίαρχα μοντέλα στο σχεδιασμό σύγχρονου εκπαιδευτικού λογισμικού. Στόχος του είναι να παρέχει μαθησιακές δραστηριότητες ενταγμένες σε διαδικασίες επίλυσης προβλημάτων ώστε να γεφυρώνεται το χάσμα που υπάρχει ανάμεσα στο σχολείο και στις δραστηριότητες έξω από το σχολείο. Οι βασικές αρχές για τον σχεδιασμό μαθησιακών περιβαλλόντων με υπολογιστή, σύμφωνα με τον οικοδομισμό, είναι :  Παροχή εμπειριών που αφορούν με την διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης.

Επικοδομισμός : Μαθησιακά περιβάλλοντα με υπολογιστές (Boyle,1997) Παροχή εμπειριών πολλαπλών προοπτικών. Ενσωμάτωση της μάθησης σε ρεαλιστικά περιβάλλοντα που σχετίζονται με τον πραγματικό κόσμο. Εμπέδωση της μάθησης μέσω κοινωνικής εμπειρίας. Ενθάρρυνση της χρήσης πολλαπλών μορφών αναπαράστασης. Ενθάρρυνση της αυτοσυναίσθησης στη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης.

Ο Papert (1980) έδωσε τον πρώτο επίσημο ορισμό για τον Μικρόκοσμο ως εξής: « ...ένα υποσύνολο της πραγματικότητας ή μια κατασκευασμένη πραγματικότητα που η δομή της αντιστοιχεί σε ένα δεδομένο γνωστικό μηχανισμό ώστε να παρέχει ένα περιβάλλον όπου αυτός ο μηχανισμός μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά».

Παραδείγματα μικροκόσμων AgentSheets Crocodile ICT E-Slate (Kynigos et al.) Crickets (Resnick) Logo and variants like Lego-LOGO, Starlogo Boxer (diSessa, Abelson, & Ploger, 1991), ThinkerTools (White, 1993), SimCalc (Roschelle et al., 2000), SimQuest (Van Joolingen, King and de Jong, 1997) GenScope (Horwitz & Christie, 2000), WISE LEGO Mindstorms ToonTalk

Παραδείγματα Scratch https://scratch.mit.edu/ Microwords http://photodentro.edu.gr/edusoft/r/8531/157 INTERACTIVE PHYSICS 2005 http://photodentro.edu.gr/edusoft/r/8531/177?locale=el