Αξιοποίηση του MicroWorlds EX Robotics για την κατανόηση βασικών δομών προγραμματισμού

1. Αξιοποίηση του MicroWorlds EX
Robotics για την κατανόηση βασικών
δομών προγραμματισμού
Νικολός Δημήτρης1
,
Καρατράντου Ανθή1
,
Παναγιωτακόπουλος Χρήστος2
1
Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε. – Παράρτημα Πάτρας
2
Π.Τ.Δ.Ε. – Πανεπιστήμιο Πατρών
4ο
Πανελλήνιο Συνέδριο «Διδακτική της Πληροφορικής», Πάτρα, 2008

2. Διδασκαλία Προγραμματισμού
Σύμφωνα με τον Papert, ο προγραμματισμός
μπορεί να αποτελέσει εκπαιδευτικό εργαλείο για
την καλλιέργεια και ανάπτυξη νοητικών
δεξιοτήτων σε όλους τους μαθητές και δίνει τα
κίνητρα για ένα δομημένο τρόπο σκέψης και
αντιμετώπισης προβλημάτων σε όλα σχεδόν τα
γνωστικά αντικείμενα (Papert, 1980)

3. Διδασκαλία Προγραμματισμού
Παραδοσιακή προσέγγιση: χρήση μιας
επαγγελματικής γλώσσας προγραμματισμού
και ενός κατάλληλου περιβάλλοντος για την
υλοποίηση προγραμμάτων με αριθμούς και
σύμβολα
Μειονεκτήματα
– μεγάλος όγκος πληροφορίας
– δύσκολη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο
εκτελείται ένα πρόγραμμα
– δεν υπάρχει οπτική αναπαράσταση της
εκτέλεσης του προγράμματος

4. Διδασκαλία Προγραμματισμού
Νέα εργαλεία:
• αφηγηματικά εργαλεία (π.χ. Alice)
• εργαλεία οπτικού προγραμματισμού (π.χ. JPie)
• εργαλεία παραγωγής διαγραμμάτων ροής (π.χ.
Iconic Programmer)
• εργαλεία με χρήση γλώσσας πολλαπλών επιπέδων
(π.χ. Robolab)
• εργαλεία προγραμματισμού πολυμορφικής εξόδου
αποτελεσμάτων (MicroWorlds Pro)
• προγραμματισμός ρομποτικών κατασκευών (Lego
Mindstorms)

5. Εκπαίδευση
Η φυσική τάση του παιδιού για
– Έρευνα
– Επικοινωνία
– Κατασκευή
– Έκφραση

6. Εκπαιδευτικό Λογισμικό
Μικρόκοσμοι
(Microworlds)
Νέο Βιβλίο Πληροφορικής
Γυμνασίου
Ρομποτική
(Lego Mindstorms)
Microworlds EX
Robotics

7. Η έρευνα
Πιλοτική προσπάθεια αξιοποίησης του
MicroWorlds EX Robotics για τον
προγραμματισμό ρομποτικών κατασκευών LEGO,
για την κατανόηση βασικών δομών
προγραμματισμού από μαθητές Γυμνασίου

8. Οι μαθητές
• 16ο Γυμνάσιο Πάτρας
• Έξι μαθητές της τρίτης τάξης (3 αγόρια
και 3 κορίτσια), οι οποίοι χωρίστηκαν
επίσης τυχαία σε 2 ομάδες των τριών
• Είχαν διδαχθεί θέματα αλγορίθμων στο
σχολείο τους με ψευδοκώδικα
• Δεν είχαν διδαχθεί δομή επανάληψης
• Δεν είχαν προγραμματίσει σε
υπολογιστή στα πλαίσια του μαθήματος

9. Μεθοδολογία
• Μέθοδος Project
• Δύο συναντήσεις δύο ωρών η κάθε μία
• Πέντε ειδικά διαμορφωμένα φύλλα
εργασίας
• Οι μαθητές ακολούθησαν τον κύκλο
ανάπτυξης λογισμικού (ανάλυση,
σχεδιασμός, υλοποίηση, έλεγχος)

10. Μεθοδολογία
• Παρακολούθηση από τους δυο ερευνητές
και προσωπικές σημειώσεις
• Ηχογράφηση των συζητήσεων των ομάδων
των μαθητών
• Σύντομο ερωτηματολόγιο μετά το τέλος της
δραστηριότητας

11. Εξοικείωση
Εξοικείωση με το Lego Mindstorms και το
Microworlds EX Robotics
«Έξυπνα στοιχεία»
•Εξόδου (κινητήρες, λάμπες)
•Εισόδου (αισθητήρες φωτός, αφής, θερμοκρασίας)

12. Εξοικείωση
Αισθητήρας
Φωτός
Κινητήρας
Οι μαθητές επιθυμούσαν να κατασκευάσουν
νέο αυτοκίνητο ή έστω να τροποποιήσουν το
υπάρχον
Αναγνώριση των στοιχείων
του αυτοκινήτου
Συγγραφή προγραμμάτων
για το αυτοκίνητο (ώστε να
κινείται με συγκεκριμένο
τρόπο)

13. Κύρια δραστηριότητα
Προγραμματισμός του αυτοκινήτου ώστε
να αντιδρά σε έναν φωτεινό σηματοδότη

14. Πρώτο φύλλο εργασίας
‘θέλουμε αισθητήρα χρώματος’
‘η κόκκινη και η πράσινη λάμπα θα έχουν
διαφορετική ένταση φωτός’
‘ναι, αλλά το περιβάλλον μπορεί να
επηρεάζει…’
Μετρήσεις για το πράσινο και το κόκκινο
και καταγραφή των αντίστοιχων τιμών του
αισθητήρα

15. Δεύτερο φύλλο εργασίας
Το αυτοκινητάκι είναι σταματημένο μπροστά στο
κόκκινο φανάρι. Μπορείτε να το προγραμματίσετε
ώστε να μένει σταματημένο στο κόκκινο μέχρις ότου
ανάψει το πράσινο φανάρι και μετά να ξεκινήσει να
κινείται;
to car
waituntil [sensor1 < 450]
bon
end
‘θα κάνουμε waituntil green’
‘ αφου δεν καταλαβαίνει το green καταλαβαίνει νούμερα’
‘ το κόκκινο είναι γύρω στα 470’

16. Τρίτο φύλλο εργασίας
Μπορείτε να επεκτείνετε το προηγούμενο
πρόγραμμα ώστε το αυτοκινητάκι ενώ κινείται να
σταματήσει στο κόκκινο φανάρι, και στη συνέχεια
να ξαναξεκινήσει όταν ανάψει το πράσινο φανάρι;
to light
bon
waituntil [sensor1 < 470]
boff
waituntil [sensor1 < 430]
bon
end
‘θα πούμε bon waituntil….’
‘ θα βάλουμε boff; ..χρειάζεται;’
‘αν δε το βάλουμε θα κινείται συνεχώς’

17. Συζήτηση
• Οι μαθητές έδειξαν ενδιαφέρον για την
δραστηριότητα
• Οι ρόλοι ανατέθηκαν στα μέλη της από
τους ίδιους τους συμμετέχοντες
• Τα αγόρια έδειξαν μεγαλύτερο
ενδιαφέρον στην κατασκευή του
αυτοκινήτου
• Οι μαθητές αντιμετώπισαν πρόβλημα
μόνο στη σύνταξη των εντολών και όχι
στην κατανόηση της λειτουργίας τους

18. Συζήτηση
• Το Microworlds EX Robotics φάνηκε εύκολο στη
χρήση σε 5 μαθητές και μέτριο σε 1
• Ο προγραμματισμός του αυτοκινήτου ήταν πολύ
εύκολος για 3 μαθητές και μέτριος για τους
υπόλοιπους
• Όλοι βρήκαν πολύ ενδιαφέρουσα την εργασία τους
με τα Lego.
• Σχεδόν όλοι απάντησαν πως έμαθαν να
προγραμματίζουν στην ανοιχτή ερώτηση «Μάθατε
κάτι από αυτή την δραστηριότητα; Αν ναι, τι;»
• Το φύλο και η προηγούμενη εμπειρία στην χρήση
Η/Υ δεν φάνηκε να επηρεάζει την ευκολία της
χρήσης του λογισμικού για τον προγραμματισμό και
το ενδιαφέρον τους για τη δραστηριότητα

19. Συζήτηση
• Διαθεματικότητα (κυρίως όσον αφορά την
έννοια του φωτός)
• Χρησιμοποίησαν με ευχέρεια το
MicroWorlds EX Robotics
• Κατανόησαν τον τρόπο χρήσης των
βασικών δομών του προγράμματος που
χρησιμοποιήθηκαν
• Ήταν σε θέση να εξηγούν τι ακριβώς κάνει
το πρόγραμμά τους
• Κατάφεραν να αναλύσουν το πρόβλημα
σύμφωνα με τα φύλλα εργασίας

20. Συζήτηση
• Κατάφεραν να σχεδιάσουν τον τρόπο
λύσης του και στη συνέχεια να
αναπτύξουν το πρόγραμμα για την
επίλυσή του
• Κατανόησαν έστω και εισαγωγικά, τον
τρόπο χρήσης των βασικών δομών
προγραμματισμού που χρησιμοποίησαν

21. Συμπεράσματα
Οι μαθητές:
• συνεργάστηκαν σε ένα πλούσιο από
υλικά περιβάλλον
• χρησιμοποίησαν με επιτυχία βασικές
δομές προγραμματισμού
• γνώρισαν τον προγραμματισμό ως μια
διαδικασία αλληλεπίδρασης και όχι
μαθηματικών υπολογισμών