Επιμόρφωση Εκπαιδευτικών Πληροφορικής

[ Γ3] – Λογισμικό Διερεύνησης

Μοντέλα μάθησης και εκπαιδευτικό λογισμικό

  3 ψυχολογικές θεωρίες που επηρεάζουν την ανάπτυξη εκπαιδευτικού λογισμικού  συμπεριφορισμός (behaviourism)  εποικοδομισμός (constructivism)  κοινωνικοπολιτισμικές (sociocultural) ή ιστορικοπολιτισμικές (historiocultural) προσεγγίσεις σημαντικός παράγοντας η πρόοδος της τεχνολογίας

Συμπεριφοριστική προσέγγιση

   σχεδιασμός διδακτικών πρακτικών με χρήση ΤΠΕ βασισμένος στο επικοινωνιακό μοντέλο έμφαση στην αναμετάδοση της πληροφορίας και την τροποποίηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς καθορισμένοι παιδαγωγικοί και διδακτικοί στόχοι  κλειστού τύπου λογισμικά   παρουσίαση της πληροφορίας τη μορφή ηλεκτρονικών βιβλίων αξιολόγηση γνώσεων μέσω δραστηριοτήτων εξάσκησης και πρακτικής

Εποικοδομιστική προσέγγιση παραδοχές

      τα υποκείμενα που μαθαίνουν οικοδομούν τις γνώσεις τους και δεν τις προσλαμβάνουν μόνο.

τα παιδιά διαθέτουν γνώσεις πριν το σχολείο ανάγκη για οικοδόμηση νέων γνώσεων σε αυτές που ήδη υπάρχουν ενεργή συμμετοχή των παιδιών σκοπός της διδασκαλίας το γεφύρωμα του χάσματος μεταξύ άτυπων και τυπικών γνώσεων δεν υπάρχει ενιαία θεώρηση της γνωστικής δραστηριότητας αλλά διακριτές μαθησιακές θέσεις  ανοικτού τύπου λογισμικά   περιβάλλον χειρισμού και αλληλεπίδρασης σε συστήματα προσομοίωσης ή μικρόκοσμων έμφαση στο μαθητή και στις δραστηριότητές του μέσα στο περιβάλλον

Εποικοδομητισμός (constructivism)

 Ο μαθητής οικοδομεί με προσωπικό τρόπο τη γνώση συνδυάζοντας το νέο με το παλιό και προσαρμόζοντας τις νέες πληροφορίες και γνώσεις στις ήδη υπάρχουσες   Piaget (διαταραχή και προσαρμογή) Bruner (Ανακαλυπτική μάθηση. Στάδια: ενεργό, εικονικό, συμβολικό)

Βασικές ιδέες του Εποικοδομητισμού

    Υπάρχουν πολλές αλήθειες ή πραγματικότητες Η γνώση δεν είναι «κάπου εκεί έξω» Η γνώση οικοδομείται με την αλληλεπίδραση του ανθρώπου με τον φυσικό κόσμο, τον κόσμο των ιδεών και με τους συνανθρώπους του (κοινωνική αλληλεπίδραση) Η Γνώση και η σημασία που αποδίδεται σε αυτή δεν είναι στατική αλλά αλλάζει βάση των εμπειριών και ερμηνείας του καθενός

Βασικές ιδέες του Εποικοδομητισμού

            • Οι μαθητές δεν είναι παθητικοί δέκτες αλλά ενεργοί συμμέτοχοι στην οικοδόμηση γνώσης και μάθησης • Μάθηση προϋποθέτει την οικοδόμηση νοήματος και συμβαίνει συχνά μέσα από προσωπική διαπραγμάτευση • Η γνώση οικοδομείται με προσωπικό και κοινωνικό τρόπο (personal and social constructivism) • Ο δάσκαλος φέρνει εμπειρίες μαζί του στην τάξη που επηρεάζουν την διδασκαλία και μάθηση • Ο ρόλος του δασκάλου είναι συμβουλευτικός, συνεργατικός, καθοδηγητικός και συν-δημιουργός γνώσης • Διδασκαλία είναι η προετοιμασία του περιβάλλοντος έτσι ώστε ο μαθητής να μπορεί να δημιουργεί γνώση

Κοινωνικοπολιτισμική προσέγγιση

    Η σκέψη αναπτύσσεται (προϊόν οικοδόμησης και αναδόμησης γνώσεων) στα πλαίσια συνεργατικών δραστηριοτήτων ανάμεσα σε παιδιά και ενήλικους (Vygotsky)   πλαίσιο στηρίγματος (scaffolding) διαμεσολάβηση η μαθησιακή δραστηριότητα δεν μπορεί να είναι αυτόνομη οντότητα αλλά εντάσσεται μέσα στο κοινωνικό, ιστορικό και πολιτισμικό πλαίσιο στο οποίο διαδραματίζεται σημαντικό ρόλο έχουν  τα χρησιμοποιούμενα εργαλεία (υλικά και συμβολικά, όπως το εκπαιδευτικό λογισμικό και η γλώσσα)  ο καταμερισμός εργασίας (θεωρία της δραστηριότητας (activity theory))

κοινότητες μάθησης:

εκπαιδευτικά περιβάλλοντα που ενισχύουν την επικοινωνία, την αλληλεπίδραση και τη συνεργασία

δομικός εποικοδομισμός του Piaget

 

ανάπτυξη της λογικής σκέψης (μελέτη της ανάπτυξης επιστημονικής σκέψης)

 εξελικτική διαδικασία σε χρονολογικά στάδια   αισθησιοκινητικό (μέχρι 2 ετών) προλογική σκέψη (2 – 7 ετών)   συγκεκριμένες πράξεις (7 – 12 ετών) λογικές τυπικές πράξεις (12 και άνω)

βασικές έννοιες

 αφομοίωση  ένταξη μια κατάστασης σε σχήματα δραστηριοτήτων που ήδη διαθέτει το υποκείμενο    συμμόρφωση  ενέργειες που πραγματοποιούνται με βάση τις απαιτήσεις του περιβάλλοντος για την επίτευξη ενός σκοπού και οδηγούν στην τροποποίηση των γνώσεων του υποκειμένου προσαρμογή  βιολογική αρχή συνισταμένη της αφομοίωσης - συμμόρφωσης σχήμα  μονάδα μάθησης, η προσαρμογή με αφομοίωση και συμμόρφωση ύστερα από μια σειρά δραστηριοτήτων

Συνεπώς ένα εκπαιδευτικό λογισμικό σχεδιασμένο σύμφωνα με αυτή την αντίληψη θα πρέπει

  

να υποστηρίζει την οικοδόμηση γνώσης (ιδέες, κατανόηση, παραστάσεις) να επιτρέπει διερευνήσεις (πρόσβαση και σύγκριση πληροφορίας) να υποστηρίζει τη μάθηση μέσω πράξης (προσομοίωση)



να αποτελεί νοητικό συνεργάτη (έκφραση και σύνδεση γνώσεων)

Εποικοδομισμός του Papert

   αναγνωρίζει τη μάθηση όχι ως απόρροια της μεταβίβασης της γνώσης από το δάσκαλο στο μαθητή, αλλά ως προϊόν της δόμησης και της αναδόμησης της γνώσης από τον ίδιο το μαθητή η μάθηση είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στο πλαίσιο μιας πλούσιας και συγκεκριμένης δραστηριότητας κατά την οποία ο μαθητής πειραματίζεται όταν κατασκευάζει ένα προϊόν που έχει νόημα για τον ίδιο κονστρακτιονιστική ή κατασκευαστική προσέγγιση της μάθησης 

δημιουργία περιβαλλόντων για παιχνίδι και χειρισμό αντικειμένων ώστε να αναπτυχθούν νέοι συλλογισμοί με φυσικό τρόπο πέρα από την καθιερωμένη εκπαίδευση

Μοντέλα μάθησης και εκπαιδευτικό λογισμικό

  καλύτερη επιλογή ο συνδυασμός εποικοδομιστικών θεωριών και κοινωνικοπολιτισμικών απόψεων για το σχεδιασμός εκπαιδευτικού λογισμικού περιβάλλοντα που προσφέρουν  αυθεντικές μαθησιακές καταστάσεις   ατομική γνωστική οικοδόμηση χρήση γλώσσας σε κοινωνικοπολιτισμικές αλληλεπιδράσεις και συνεργατικές δραστηριότητες

Αρχές εποικοδομιστικού σχεδιασμού μαθησιακών περιβαλλόντων με ΤΠΕ (Boyle, 1997)        παροχή εμπειριών σχετικά με τη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης παροχή εμπειριών και εκτίμηση πολλαπλών προοπτικών ενσωμάτωση της μάθησης σε ρεαλιστικά περιβάλλοντα (contexts) τα οποία σχετίζονται άμεσα με τον πραγματικό κόσμο ενθάρρυνση της κυριότητας των απόψεων και της έκφρασης τους στη μαθησιακή διαδικασία εμπέδωση της μάθησης μέσω κοινωνικής εμπειρίας ενθάρρυνση της χρήσης πολλαπλών μορφών αναπαράστασης της πραγματικότητας ενθάρρυνση της αυτοσυναίσθησης στη διαδικασία οικοδόμησης της γνώσης

Σε αυτό το πλαίσιο σαν βασικά χαρακτηριστικά ενός διερευνητικού λογισμικού θεωρούνται :

    Η παροχή δυνατότητας πειραματισμού και παραμετροποίησης φαινομένων.

Η παροχή δυνατότητας οικοδόμησης της γνώσης μέσα από διαδικασία αναζήτησης πληροφορίας και κριτικής αποδοχής ή απόρριψης μιας άποψης.

Η παροχή δυνατότητας διαθεματικής προσέγγισης των εννοιών ώστε η αποκτώμενη γνώση να μην είναι αποσπασματική.

Η παροχή δυνατότητας συνεργασίας των μαθητών και κοινής οικοδόμησης της γνώσης μέσα από συζήτηση και αντιπαράθεση.

Ο ρόλος του εκπαιδευτικού

Εκπαιδευτικός από απόλυτος κυρίαρχος της μαθησιακής διαδικασίας και μοναδικός κάτοχος της γνώσης   Συνεργάτης του μαθητή στην προσπάθειά του να οικοδομήσει την δική του γνώση. Ο προορισμός του είναι να διευκολύνει το μαθητή με την κατάλληλη υπόδειξη να ξεπεράσει τα γνωστικά εμπόδια που συναντά. Ενας ρόλος τον οποίο πολλοί καθηγητές δεν αποδέχονται ακόμα εύκολα.

Τα περιβάλλοντα διερευνητικής μάθησης αυτά διακρίνονται σε

 συστήματα

καθοδηγούμενης ανακάλυψης

(

discovery model

) και  διερεύνησης (exploratory model).

Τέτοιες εφαρμογές είναι:

    Συστήματα που στηρίζουν εργαστηριακές δραστηριότητες μέσω υπολογιστή (

computer based laboratories

).

Συστήματα που συνδέονται και αντλούν δεδομένα από το φυσικό περιβάλλον (με αξιοποίηση ψηφιακών αντικειμένων - συσκευών ασύρματης επικοινωνίας) Συστήματα εκπαιδευτικής ρομποτικής (

educational robotics

). "Έμπειρα Συστήματα" επίλυσης προβλημάτων (

Intelligent Tutoring Systems

) που εμπεριέχουν μοντέλα μαθητή.

Επίσης……..

      Ανοιχτά συστήματα μάθησης (ανεξάρτητα γνωστικού αντικειμένου) για δραστηριότητες εκμάθησης προγραμματισμού και δραστηριότητες επίλυσης προβλημάτων (όπως LOGO, κλπ).

Προσομοιώσεις (

Simulations

) Μικρόκοσμοι (

micro-worlds

) Μοντελοποιήσεις και δυναμικές μοντελοποιήσεις Λογισμικό νοητικής χαρτογράφησης (concept mapping).

Συστήματα συνεργασίας και επικοινωνίας από απόσταση, που υποστηρίζουν τη μάθηση (για διαπραγμάτευση και παραγωγή γραπτών κειμένων, για επίλυση προβλημάτων ή για εκτέλεση σύνθετων έργων).

Λογισμικά Προσομοίωσης

O A. Bandura (Social-Learning Theory, 1977) υποστηρίζει ότι σημαντικό τμήμα των ανθρωπίνων γνώσεων αποκτάται μέσω της παρατήρησης της συμπεριφοράς των άλλων και της προσπάθειας για αναπαραγωγή της εν λόγω συμπεριφοράς.

Ένα πρόγραμμα προσομοίωσης έχει ως βασικό στόχο

Την δυναμική αναπαράσταση της πραγματικότητας με την παράλληλη χρήση κειμένων, ήχων ή γραφικών. Πρόκειται για λογισμικά που επιτρέπουν την εικονική αναπαράσταση και μοντελοποίηση ενός φαινομένου ή ενός πραγματικού συστήματος, κάτω από συνθήκες που προσεγγίζουν τις πραγματικές.

Ένα εκπαιδευτικό πρόγραμμα προσομοίωσης θα πρέπει να περιέχει (N. Ράπτης, 1993):

   την

επιλογή των μεταβλητών

εκείνων που θεωρούνται σημαντικές από εκπαιδευτική σκοπιά, και που είναι εκείνες που μπορεί να μεταβάλλει ο μαθητής την προσπάθεια για

αύξηση του ενδιαφέροντος

του παιδιού (με τη χρήση ενδιαφερόντων σεναρίων, γραφικών, εικόνων, κίνησης, ήχου κλπ) μια προφανή για τον μαθητή σχέση των επιδράσεών του με την εξέλιξη του φαινομένου.



Είδη προσομοιώσεων

Μοντελοποιητική

(αν το φαινόμενο που αναπαριστά η προσομοίωση είναι άγνωστο στο μαθητή)  Σ

υμπεριφοριστική

(αν το μοντέλο είναι γνωστό στον μαθητή) Τρεις υποκατηγορίες:  τη

δυναμική προσομοίωση

παραμέτρων, επικεντρωμένη στη μελέτη της επιρροής των  τη

μεθοδολογική προσομοίωση

της οποίας στόχος δεν είναι η μελέτη των συνεπειών ενός μοντέλου με τη μεταβολή των παραμέτρων του, αλλά η αντιπαράθεσή του με την εμπειρία ή με την κοινή λογική, και  την

επιχειρησιακή προσομοίωση

πείραμα ή μια συσκευή μαθαίνοντας έτσι τις διαδικασίες, τα μοντέλα και τα συστήματα. που στοχεύει να θέσει σε λειτουργία ένα Πολλά λογισμικά κατασκευής προσομοιώσεων, όπως για παράδειγμα το Interactive Physics ή το Modellus, είναι δυνατόν να υλοποιήσουν όλα τα είδη προσομοίωσης ανάλογα με την διδακτική στρατηγική που θα επιλεγεί.

Περιβάλλοντα αλληλεπιδραστικής προσομοίωσης

Στην περίπτωση αυτή οι μαθητές κάνουν ένα ακόμα βήμα εμπλεκόμενοι οι ίδιοι στην κατασκευή της προσομοίωσης. Αναγκάζονται να ασχοληθούν και να διαχειριστούν όλα τα χαρακτηριστικά που βρίσκονται πίσω από την προσομοίωση. Δημιουργούνται έτσι οι συνθήκες βαθύτερης και πληρέστερης κατανόησης των χαρακτηριστικών της προσομοίωσης και κατ’ επέκταση του φαινόμενου που διαπραγματεύεται η προσομοίωση.

Agent Sheet

 Τα πλεονεκτήματα από την χρήση των προσομοιώσεων στην ερευνητική και διδακτική πράξη Παρέχουν άμεσα πειραματικά αποτελέσματα που σε πραγματικές πειραματικές συνθήκες θα απαιτούσαν μήνες ή και χρόνια για να εξελιχθούν (στη γενετική ή την κοσμολογία για παράδειγμα)  Υποκαθιστούν πραγματικά πειράματα που δημιουργούν υπαρκτούς και σοβαρούς κινδύνους ώστε είναι αδύνατον να πραγματοποιηθούν στα πλαίσια του εργαστηρίου.  Υποκαθιστούν πραγματικά πειράματα η πραγματοποίηση των οποίων είναι απαγορευτική λόγω κόστους.

 Αξιοποιούν τις δυνατότητες του υπολογιστή για την δημιουργία αλληλεπιδραστικών περιβαλλόντων προσομοίωσης όπου ο μαθητής έχει τη διαχείριση του χώρου χρησιμοποιώντας μεθόδους και τρόπους έκφρασης ήδη γνωστούς από το γνωστό του κόσμο εμβαθύνοντας έτσι στο χώρο τον οποίο μελετά

Με τη χρήση των προσομοιώσεων, οι μαθητές έχουν ένα εργαλείο πειραματισμού χωρίς περιορισμούς χρόνου ή χώρου και ενεργοποιούνται:      Στη δημιουργία και αξιολόγηση των προσωπικών τους ιδεών, Στην αντιπαράθεση της πρότερης γνώσης τους με νέα αντικρουόμενα στοιχεία Στη σύγκριση των δικών τους μοντέλων για τον κόσμο με πραγματικά δεδομένα /καταστάσεις Στη συνεργασία σε ομάδες με στόχο την οικοδόμηση πιο πολύπλοκων μοντέλων Στην επανεξέταση των επιτευγμάτων τους μέσα από την παρουσίαση των δικών τους μοντέλων στην οθόνη.

Συγχρόνως οι διδάσκοντες

   Έχουν ένα εργαλείο επίδειξης πειραματικών διατάξεων και φαινομένων. Οι νόμοι που διέπουν τα φαινόμενα δεν επιβάλλονται, στους μαθητές, εξ αποκαλύψεως, αλλά προκύπτουν από την παρατήρηση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την μεταβολή του ρόλου τους αλλά και της διδακτικής προσέγγισης.  Αντί να παρουσιάζει την διδακτέα ύλη με μορφή διάλεξης όπως παραδοσιακά συμβαίνει πρέπει να  1. Θέτει ερωτήματα.

  2. Συμμετέχει στη εύρεση της απάντησης.

3. Οργανώνει την παρατηρήσεις των μαθητών.

   4. Αξιοποιεί τα "λάθη" των μαθητών για να αναδείξει "σκοτεινά" σημεία στην κατανόηση των εννοιών.

5. Καθοδηγεί τους μαθητές στην διατύπωση των συμπερασμάτων.

6. Ανακεφαλαιώνει στο τέλος της διδακτικής ώρας.

Επίσης…….

    Οι μαθησιακές δραστηριότητες με τις προσομοιώσεις πρέπει να στηρίζονται στην παραγωγή άλλων αναπαραστάσεων όπως η λεκτική (προφορική περιγραφή), γραπτή (παραγωγή κειμένου), σχηματική (σχέδιο), μοντελοποίηση (σχεδίαση και περιγραφή μοντέλου για το φαινόμενο) και  φορμαλιστική (μαθηματικές σχέσεις που περιγράφουν το φαινόμενο), ή διάφορους συνδυασμούς τους.

Το περιβάλλον του Interactive Physics

Δυναμική Γεωμετρία

Μια νέα επιστήμη; 1

η

φάση



Αξιοποίηση των δυνατοτήτων του υπολογιστή για κατασκευή σχημάτων μεγάλης ακρίβειας



Geometric Supposer (Schwartz & Yerushalmy, 1985), στατικά και όχι δυναμικά σχήματα

Δυναμική γεωμετρία

2 η Φάση: SketchPad , Cabri, Inventor, Suppersuposer  Δυναμικά Σχήματα    Dragging Δυναμικός χειρισμός Ψηφιακή γραφική ανατροφοδότηση των ενεργειών του χρήστη Υψηλή αλληλεπιδραστικότητα

Δυναμική Γεωμετρία

   Dragging – άμεσος χειρισμός, παρακάμπτεται η ανάγκη για σύστημα αναπαράστασης και επικοινωνίας Συνεχής κίνηση των σχημάτων ενώ διατηρούν τις ιδιότητές τους οδηγεί σε μια απειρία ψηφιακών γραφικών αναπαραστάσεων μιας έννοιας «Φυσικό» περιβάλλον διεπαφής

Χαρακτηριστικά των περιβαλλόντων Δυναμικής Γεωμετρίας

        Υψηλού βαθμού αλληλεπιδραστικότητα Δυνατότητα άμεσης διαχείρισης γεωμετρικών αντικειμένων Εικονική ανατροφοδότηση Αριθμητική ανατροφοδότηση Ποικιλία εργαλείων για εννοιολογική κατασκευή μαθηματικών εννοιών Εργαλεία κυμαινόμενης διαφάνειας για επίλυση ποικιλίας σημαντικών προβλημάτων Πολλαπλά αναπαραστασιακά συστήματα (εικονικά, γραφικές παραστάσεις, πινακοποίηση, εξισώσεις, υπολογισμοί) Δυνατότητα τήρησης ιστορικού και καταγραφής ενεργειών χρήστη

Επίσης

   Η καταγραφή των ενεργειών του μαθητή αποτελεί παράθυρο στην σκέψη του Η προσέγγιση των εννοιών γίνεται ποιοτικά και ποσοτικά Δεν διαθέτουν όλα σύστημα ελέγχου ορθότητας απαντήσεων αλλά μέσω της εικονικής και αριθμητικής ανατροφοδότησης ο μαθητής μπορεί να αυτοδιορθωθεί

Δυνατότητες των προγραμμάτων Δυναμικής Γεωμετρίας

         Δυνατότητες Διαχείρισης Αρχείων ( file menu) Δυνατότητες Επεξεργασίας Αντικειμένων (Edit menu) Δυνατότητες Μορφοποίησης των Αντικειμένων (View menu) Δυνατότητες κατασκευής όλων των βασικών γεωμετρικών αντικειμένων Δυνατότητες μέτρησης Δυνατότητες γεωμετρικών μετασχηματισμών Δυνατότητα δημιουργίας κινούμενων γραφικών (animation) Ενσωματωμένο Καρτεσιανό Σύστημα Δυνατότητα δημιουργίας μακροκατασκευών και μακροεντολών

Λογισμικά Δυναμικής Γεωμετρίας

          

The Geometers SketchPad Cabri Cinderella DynaGeo The Geometry Ιnventor GEX- The Geometry Expert Geometric Supersupposer Euklidraw Grace non Euclid Tesselmania

Χρήσεις των λογισμικών Δυναμικής Γεωμετρίας

       

Ακριβής κατασκευή σχημάτων Οπτική αναπαράσταση εννοιών

όχι μόνο Ανάλυση γεωμετρικών

Εξερεύνηση

αλλά και από την

και ανακάλυψη Απόδειξη Μετασχηματισμοί Γεωμετρικοί τόποι Προσομοιώσεις Μικρόκοσμοι

Άλγεβρα και την

Το περιβάλλον διεπαφής

Εικονικό και συμβολικό ή περισσότερο αναλυτικό;  SketchPad  Cabri  EukliDraw

Η κεντρική οθόνη του Sketchpad

Εργαλειοθήκη