Επιμόρφωση Εκπαιδευτικών Πληροφορικής

Παρουσίαση με θέμα: "Επιμόρφωση Εκπαιδευτικών Πληροφορικής"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επιμόρφωση Εκπαιδευτικών Πληροφορικής
[Γ3] – Λογισμικό Μικροκόσμων

2 Μικρόκοσμος – Ορισμός Ι
Μικρόκοσμος είναι ένα υποσύνολο της πραγματικότητας ή μία κατασκευασμένη πραγματικότητα, της οποίας η δομή ταιριάζει σε κάποιο δοσμένο γνωστικό μηχανισμό Seymour Papert

3 Μικρόκοσμος – ορισμός ΙΙ
ένας “μικρόκοσμος” είναι ένα ανοικτό πληροφορικό σύστημα μέσα στο οποίο ο μαθητής μπορεί να εξερευνήσει ένα χώρο συνδυάζοντας τις εντολές κάποιας γλώσσας.

4 Μικρόκοσμος ορισμός ΙΙΙ
Μικρόκοσμοι είναι τα ανοικτά περιβάλλοντα στα οποία υφίστανται μερικές βασικές οντότητες (όπως η χελώνα της Lοgo ή το «Ευκλείδειο» επίπεδο της Γεωμετρίας) και μέσω των οποίων ο χρήστης μπορεί να: δημιουργήσει εκ του μηδενός ή συνθετικά νέες οντότητες, νέα «αντικείμενα» να δημιουργήσει σχέσεις μεταξύ των αντικειμένων να μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις τους να εξερευνήσει ένα χώρο με ελάχιστες συμβουλές συνδυάζοντας συνήθως τις εντολές μιας γλώσσας προγραμματισμού.

5 Το 1980 ο Papert έκανε γνωστή τη γλώσσα Logo
Η Logo συμπεριλάμβανε τη «γεωμετρία της χελώνας», ένα μολύβι σχεδίασης με τη μορφή χελώνας το οποίο τα παιδιά ήταν δυνατόν να σύρουν και να μετακινήσουν στην επιφάνεια της οθόνης μέσω κάποιων εντολών της Logo.

6 Στη γεωμετρία της χελώνας (turtle geometry) οφείλουμε τη δημιουργία του γνωστότερου, ίσως και καλύτερα μελετημένου μικρόκοσμου, του μικρόκοσμου της (δισδιάστατης) χελώνας, με τις εντολές γραφικών χελώνας (που εκτός από την Logo έχουν υλοποιηθεί και σε κάποιες εκδόσεις άλλων γλωσσών όπως π.χ. Pascal, Prolog)

7 Η γλώσσα προγραμματισμού Logo..
αποτελείται από ένα μικρό σύνολο βασικών εντολών. Οι εντολές αυτές, όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό, μπορούν να βοηθήσουν στην κατασκευή μαθηματικών νοημάτων από τους μαθητές. διαθέτει ένα αλληλεπιδραστικό περιβάλλον που επιτρέπει στους μαθητές τη μετάβαση από την εργαλειακή χρήση των εντολών στο ξεκαθάρισμα των όψεων των διαδικασιών που χρησιμοποιούνται, στη σύνθεση νέων διαδικασιών και σε γενικεύσεις των διαδικασιών ή στην εξαγωγή προτύπων το περιβάλλον αυτό δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να εκφράζουν τη διαισθητική τους μη τυπική γνώση

8 Τα δύο κύρια επιχειρήματα της Logo
H εμπειρία σε ένα προγραμματιστικό περιβάλλον LOGO οδηγεί στην απόκτηση γενικών γνωστικών δεξιοτήτων πάνω στη λύση προβλημάτων, δεξιότητες που μπορούν να μεταφερθούν σε άλλους γνωστικούς χώρους. το περιβάλλον συνιστά ένα ιδανικό χώρο για τη μάθηση βασικών μαθηματικών εννοιών όπως οι γωνίες, τα πολύγωνα, οι μεταβλητές, η αναδρομικότητα

9 Με αυτό τον τρόπο ο μαθητής καθοδηγώντας μέσω της Logo τη χελώνα ώστε να σχεδιάσει, για παράδειγμα, ένα τετράγωνο αναγκάζεται να ανακαλέσει προηγούμενες γνώσεις για τους βασικούς Ευκλείδειους μετασχηματισμούς (στροφή, συμμετρία και μεταφορά με περιορισμούς) και να προχωρήσει σε λογικούς συλλογισμούς σχετικά με τις ιδιότητες του τετραγώνου

10 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».

11 Επίσης κατά τον Papert …..
ένας “μικρόκοσμος” συνιστά ένα εκκολαπτήριο γνώσης προσφέροντας τη δυνατότητα στο μαθητή - λόγω της ιδιότητάς του να προσομοιώνει τον πραγματικό κόσμο - να εξερευνά εκ των έσω ένα γνωστικό αντικείμενο. Το ζητούμενο εδώ είναι η ανάπτυξη υψηλού επιπέδου γνωστικών δεξιοτήτων που να μεταφέρονται σε ποικίλες καταστάσεις.

12 Κατά την εξέλιξη των περιβαλλόντων μικροκόσμων άλλα διατήρησαν την Logo σαν μέσο επικοινωνίας χρήστη και υπολογιστή και άλλα την αντικατάστησαν από ενδιάμεσα αντικείμενα. Για παράδειγμα το λογισμικό Γαία χρησιμοποιεί τον Εξερευνητή σαν ενδιάμεσο αντικείμενο ενώ το AgentSheets τον Πράκτορα – Agent- για την επικοινωνία του μαθητή με το λογισμικό και την δημιουργία αλληλεπιδραστικών προσομοιώσεων

13 μικρά αντικείμενα και παιχνίδια
Οι εφαρμογές μικροκόσμων που αναπτύσσονται πρόσφατα αφορούν ένα ευρύ πεδίο κατασκευαστικών- εποικοδομιστικών- μαθησιακών αντικειμένων όπως: end-user προγραμματιστικά περιβάλλοντα που παράγουν κινούμενα σχέδια, προσομοιώσεις, διαδραστική τέχνη και video παιχνίδια μικρά αντικείμενα και παιχνίδια δικτυακές κοινότητες οικοδόμησης της γνώσης όπως για παράδειγμα τα τρισδιάστατα αλληλεπιδραστικά περιβάλλοντα όπως το Active Worlds περιβάλλοντα συνεργατικών κατασκευών Εργαλεία μικτής πραγματικότητας όπως τα mixed reality kits ας σημειωθεί εδώ ότι με τον όρο end-user προγραμματιστικά περιβάλλοντα εννοούμε περιβάλλοντα τα οποία επιτρέπουν στον τελικό χρήστη, ο οποίος δεν γνωρίζει υποχρεωτικά κάποια γλώσσα προγραμματισμού να γράφει προγράμματα ή να επεκτείνει τις ιδιότητες ενός προγράμματος. Για παράδειγμα το Excel που επιτρέπει στον τελικό χρήστη να δημιουργήσει μαθηματικούς τύπους και μακροεντολές. Η μικτή πραγματικότητα είναι το αποτέλεσμα της ανάμιξης του πραγματικού και εικονικών κόσμων ώστε να παραχθεί ένα νέο περιβάλλον όπου τα φυσικά και τα ψηφιακά αντικείμενα συνυπάρχουν.

14 Συνοψίζοντας ένας μικρόκοσμος θα πρέπει να αποτελείται από (Edwards, 1995)
Ένα σύνολο βασικών υπολογιστικών αντικειμένων τα οποία μοντελοποιούν τις μαθηματικές ή τις φυσικές ή άλλες ιδιότητες του γνωστικού πεδίου στο οποίο αναφέρεται ο μικρόκοσμος Τη δυνατότητα να αναδεικνύονται μέσω πολλαπλών αναπαραστάσεων οι μη προφανείς ιδιότητες του μοντέλου. Την δυνατότητα να συνδυάζονται αντικείμενα ή ενέργειες με πολύπλοκο τρόπο (αντίστοιχο με τον τρόπο συνδυασμού λέξεων και προτάσεων σε μια γλώσσα) Ένα σύνολο δραστηριοτήτων – προκλήσεων εγγενών ή προσχεδιασμένων στο περιβάλλον του μικρόκοσμου μέσω των οποίων οι μαθητές καλούνται να λύσουν προβλήματα, να επιτύχουν στόχους κ.λ.π

15 Οι μικρόκοσμοι: Επιτρέπουν σε όλο και περισσότερους -και μικρότερους -μαθητές να κατανοήσουν σημαντικές έννοιες και αρχές που εμπεριέχονται σε πολύπλοκα συστήματα και να τις εφαρμόσουν Αποτελούν νοητικά εργαλεία με τα οποία μπορούμε να επεκτείνουμε τις διανοητικές μας ικανότητες. Για παράδειγμα η χελώνα της Logo επιτρέπει στους μαθητές να εμπλακεί με μαθηματικές έννοιες που κατά κανόνα θεωρούνται πολύ δύσκολες η αφηρημένες. Ένας βασικός ρόλος της χελώνας είναι ότι συγκεκριμενοποιεί τις αφηρημένες έννοιες.

16 Επίσης Είναι βασικοί για ορισμένα είδη διερευνητικής μάθησης
Εμπεριέχουν την λειτουργία της εκσφαλμάτωσης για τις λάθος αντιλήψεις των μαθητών: τα λάθη σε δραστηριότητες επίλυσης προβλήματος αποτελούν μια πλούσια πηγή πληροφοριών χωρίς τις οποίες η σωστή λύση δεν είναι δυνατόν να βρεθεί

17 Το αν θα χαρακτηρίσουμε ένα πρόγραμμα εκπαιδευτικού λογισμικού ως μικρόκοσμο εξαρτάται από την διάδραση μαθητή και λογισμικού όταν αυτό χρησιμοποιείται

18 Οι μαθητές θα πρέπει όταν αλληλεπιδρούν με τον μικρόκοσμο …..
Να αντιλαμβάνονται τις βασικές έννοιες μιας γνωστικής της γνωστικής περιοχής πολύ γρήγορα (Rieber, 1996b) Να εξερευνούν περαιτέρω τη γνωστική περιοχή με τη βοήθεια του μικρόκοσμου (Rieber, 1996b) Να είναι ικανοί να χειρίζονται τα αντικείμενα και τα χαρακτηριστικά του μικρόκοσμου «…με στόχο να συμπεράνουν και να ανακαλύψουν τις ιδιότητες και τις λειτουργίες του συστήματος που εκπροσωπεί στο σύνολό του» (Edwards, 1995, p. 144).

19 Επίσης… Να είναι σε θέση να διερμηνεύουν την ανατροφοδότηση που παρέχει το λογισμικό στις ενέργειές τους και να τροποποιούν τον μικρόκοσμο ώστε να επιτύχουν τους στόχους τους (για παράδειγμα την εκσφαλμάτωση) Να χρησιμοποιούν τα αντικείμενα και τις λειτουργίες του μικρόκοσμου είτε για «…να δημιουργήσουν νέες οντότητες είτε για να λύσουν συγκεκριμένα προβλήματα, είτε και για τα δύο» (Edwards, 1995, p. 144).

20 Ένας μικρόκοσμος πρέπει να έχει τα εξής πέντε χαρακτηριστικά:
Ένας μικρόκοσμος πρέπει να έχει τα εξής πέντε χαρακτηριστικά: Να αναφέρεται σε συγκεκριμένο γνωστικό πεδίο Να εισάγει τον χρήστη στο γνωστικό πεδίο προσφέροντας ένα απλό και άμεσα κατανοητό παράδειγμα Να οδηγεί σε δραστηριότητες που δημιουργούν στον χρήστη εσωτερικό κίνητρο ώστε να τον παρακινούν να συμμετέχει και να επιμένει στην εκπλήρωση του μαθησιακού στόχου Να οδηγεί σε δραστηριότητες που χαρακτηρίζονται όρους όπως παιχνίδι, έρευνα και ανακάλυψη Να στηρίζεται στην εποικοδομιστική φιλοσοφία για τη μάθηση, ιδιαίτερα απαιτητική για το ρόλο του δασκάλου ο οποίος καλείται να υποστηρίξει τον μαθητή και να τον διευκολύνει στην οικοδόμηση των γνώσεών του

21 Διαφορές μεταξύ προσομοιώσεων και μικροκόσμων
ο μαθητής μπορεί να μετασχηματίσει τον μικρόκοσμο ώστε να εξερευνήσει περισσότερο εξελιγμένες και σύνθετες έννοιες. οι μαθητές καταλαβαίνουν αμέσως τι πρέπει να κάνουν με τον μικρόκοσμο με ελάχιστη ή καθόλου εκπαίδευση. οι μαθητές ενθαρρύνονται να αντιλαμβάνονται τον μικρόκοσμο σαν ένα πραγματικό κόσμο και όχι σαν την προσομοίωση άλλου κόσμου.

22 Εναλλακτικοί ορισμοί για τους μικρόκοσμους
Υπολογιστικά Πολυμέσα (computational media (diSessa, 1989) Αλληλεπιδραστικές προσομοιώσεις (interactive simulations )(White, 1992) Computer-based manipulatives (Horwitz & Christie, 2002), για παράδειγμα το GenScope Ψηφιακά μέσα έκφρασης (expressive digital media)

23 Εποικοδομητισμός Μαθαίνουμε καλύτερα δρώντας….. αλλά μαθαίνουμε ακόμα καλύτερα αν συνδυάσουμε τη δράση με την ομιλία και το στοχασμό πάνω σε αυτό που κάνουμε(Seymour Papert) Αν θέλεις να μάθεις κάτι, δίδαξέ το σε κάποιον άλλο. Αν όμως θέλεις πραγματικά να καταλάβεις, δίδαξε έναν υπολογιστή (Celia Hoyles, Richard Noss , Learning Mathematics and Logo MIT Press Ltd, 1992)

24 Εποικοδομητισμός η μάθηση είναι ενεργός διαδικασία με την οποία οι μαθητές κατασκευάζουν και επεξεργάζονται νοητικά μοντέλα όταν κατασκευάζουν αντικείμενα σε αυθεντικές δραστηριότητες του πραγματικού κόσμου. αν θέλουμε να μάθουμε κάτι ο καλύτερος τρόπος είναι να το διδάξουμε και ιδιαίτερα σε ένα άψυχο αντικείμενο όπως ο υπολογιστής .

25 Η σημασία των αναπαραστάσεων Ι
Η σωστή αναπαράσταση μιας έννοιας μειώνει το γνωστικό φορτίο και επιτρέπει στους μαθητές να χρησιμοποιήσουν την μνήμη τους για υψηλότερου επιπέδου στόχους Οι αναπαραστάσεις βοηθούν τους μαθητές να «ξεκαθαρίσουν» τα δεδομένα του προβλήματος και να καθορίσουν την διαδικασία επίλυσης Μια καλή αναπαράσταση αποκαλύπτει άμεσα τις βασικές έννοιες και λειτουργίες μιας γνωστικής περιοχής.

26 Η σημασία των αναπαραστάσεων ΙΙ
Ο μικρόκοσμος δημιουργεί ένα χώρο επίλυσης προβλήματος όπου αριθμητική ποιοτική και οπτική αναπαράσταση συνεργάζονται. οι μικρόκοσμοι μπορούν να σχεδιαστούν ώστε οι αναπαραστάσεις που παρέχουν να οδηγούν επί τούτου το μαθητή να επικεντρωθεί στις κυριότερες σχέσεις μεταξύ των φαινομένων που μελετά.

27 Μάθηση μέσω σχεδίου εργασίας (project)
Τα σχέδια εργασίας παρέχουν ένα τρόπο κριτικής συσχέτισης της κινητοποίησης και της νόησης και είναι δυνατόν να οριστούν ως τα εστιασμένα σε επίλυση προβλήματος και σημαντικά τμήματα διδασκαλίας που ενσωματώνουν έννοιες από διάφορες επιστήμες ή πεδία έρευνας. (Blumenfeld et al., 1991, p. 370).

28 Μεταξύ των παραγόντων που συντελούν στην κινητοποίηση είναι και το….
να βρίσκουν οι μαθητές το project ενδιαφέρον και χρήσιμο και να αντιλαμβάνονται ότι έχουν την ικανότητα να ασχοληθούν με αυτό και αν το ολοκληρώσουν και όταν εστιάζουν περισσότερο στα μαθησιακά αποτελέσματα παρά στην καλή βαθμολογία.

29 Ο δάσκαλος όταν υποστηρίζει ένα project στην τάξη του πρέπει να..
Δημιουργεί ευκαιρίες για τη μάθηση μέσω του σχεδίου εργασίας Υποστηρίζει και καθοδηγεί τη μαθησιακή διαδικασία με τεχνικές όπως το scaffolding και το modeling Ενθαρρύνει και βοηθά τους μαθητές να διαχειριστούν την μαθησιακή και μεταγνωστική διαδικασία Παρέχει ανατροφοδότηση στους μαθητές Βέβαια το αν οι εκπαιδευτικοί θα ανταποκριθούν στις απαιτήσεις αυτές εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την καλή γνώση του περιεχομένου του γνωστικού αντικειμένου, την κατανόηση της δυσκολίας που αντιμετωπίζουν οι μαθητές κατά τη μάθηση δηλαδή από το παιδαγωγικό τους υπόβαθρο, και την προθυμία τους να εισαγάγουν μια εποικοδομιστική κουλτούρα στις τάξεις τους.

30 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

31 Επίσης Squeak-based systems
Model-IT (Jackson, Stratford, Krajcik, & Soloway, 1996; Spitulnik, Krajcik, & Soloway, 1999), StarLogo (Resnick, 1991, 1999), Geometer’s Sketchpad (Olive, 1998) Cabri Geometrie Function Machine (Feurzeig, 1999), Stella (Forrester, 1989; Richmond & Peterson, 1996) MicroWorlds Pro. Γαία Στις επόμενες ώρες θα γνωρίσουμε δύο χαρακτηριστικά παραδείγματα λογισμικού μικροκόσμων , το MicroworldsPro και το Γαια ΙΙ