Η ρομποτική στο πλαίσιο του STEM | Αριστείδης Παλιούρας | Θερινό Σχολείο Εκπαιδευτικής Ρομποτικής WRO

1. Η ρομποτική στα πλαίσια του STEM
Α. Παλιούρας
Εκπαιδευτικός Πληροφορικής Δ.Ε., MSc

2. Τι είναι το STEM
 Τα τελευταία χρόνια τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη οι αρμόδιοι
φορείς των χωρών που ασκούν εκπαιδευτική πολιτική αναφέρονται στο
STEM.
 Ο όρος «STEM» [Science, Technology, Engineering and Mathematics]
είναι το ακρωνύμιο το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως από άτομα σχετικά
με την εκπαιδευτική πολιτική, για τα πεδία που αναφέρονται στις
Φυσικές Επιστήμες, την Τεχνολογία, την Επιστήμη των Μηχανικών και τα
Μαθηματικά.
 Ο όρος «εκπαίδευση STEM» αναφέρεται στη διδασκαλία και τη μάθηση
στους τομείς της Eπιστήμης, της Tεχνολογίας, της Mηχανικής και των
Mαθηματικών.

3. Τι είναι το STEM
 Η λογική και οι πρακτικές του STEM ξεκίνησαν από τις ΗΠΑ με βασικό
σκοπό την αύξηση της ανταγωνιστικότητας στα πεδία του STEM και την
εμπλοκή των μαθητών σε δραστηριότητες με θέματα την επιστήμη, τα
μαθηματικά, τη μηχανική και την τεχνολογία.
 Προς την ίδια κατεύθυνση κινείται και η Ευρώπη. Σύμφωνα με το
European Schoolnet (http://www.eun.org/focus-areas/stem) η Ευρωπαϊκή
Ένωση χρηματοδοτεί έργα που προωθούν το STEM στην εκπαίδευση με
σκοπό την προσέλκυση περισσότερων μαθητών στα πεδία του STEM λόγω
των ελλείψεων σε επαγγελματίες στους τομείς των θετικών επιστημών
που προβλέπονται τα επόμενα χρόνια.

4. Τι είναι το STEM
 Σύμφωνα με τον Ψυχάρη (2016) η μεθοδολογία που ακολουθεί το STEM
είναι η εγκάρσια διεπιστημονικότητα που εστιάζει στην επίλυση
αυθεντικών πραγματικών προβλημάτων με την επιλογή θεωριών
εννοιών και εργαλείων από διάφορες επιστήμες ώστε να λυθεί ένα
πρόβλημα ή να δημιουργηθεί μια κατασκευή που να συνδυάζει έννοιες
και εργαλεία από τις τέσσερις επιστήμες του STEM.
 Με το STEM επιχειρείται ο μετασχηματισμός από το επίπεδο της
παραδοσιακής δασκαλοκεντρικής διδασκαλίας στη διδασκαλία όπου
κυρίαρχο ρόλο στο αναλυτικό πρόγραμμα θα διαδραματίζει η επίλυση
προβλήματος, η ανακαλυπτική-διερευνητική μάθηση, ενώ θα απαιτείται
η δημιουργική εμπλοκή των εκπαιδευόμενων στην ανακάλυψη της
λύσης (Ψυχάρης, 2016).

5. Στην δια-επιστημονική (transdisciplinary) προσέγγιση, που ακολουθεί η εκπαίδευση
STEM, οι γνώσεις και δεξιότητες που αποκτήθηκαν από δύο ή περισσότερα γνωστικά
αντικείμενα εφαρμόζονται σε προβλήματα του πραγματικού κόσμου και σε projects,
συμβάλλοντας έτσι στη διαμόρφωση της μαθησιακής εμπειρίας (Vasquez et al., 2013)
Τι είναι το STEM
Όπως φαίνεται στην διπλανή
εικόνα καμία από αυτές τις
προσεγγίσεις δεν είναι λάθος.
Διαφέρουν ως προς τον βαθμό
ολοκλήρωσης του STEM. Όσο πιο
μεγάλος είναι ο βαθμός
ολοκλήρωσης τόσο καλύτερα.
Οι μέθοδοι αυτοί δεν είναι
μονόδρομος στη διδασκαλία του
STEM. Μια μίξη αυτών των
μεθόδων είναι πιθανώς η
καλύτερη λύση.

6. • Οι μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης αντιμετωπίζουν πολλές δυσκολίες
κατά τη διαδικασία εκμάθησης του προγραμματισμού υπολογιστών.
• Σύμφωνα με τον Τζιμογιάννη (2008) οι μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης
αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην εφαρμογή της δομής επιλογής για την επίλυση απλών
προβλημάτων.
• Δυσκολίες αντιμετωπίζουν οι μαθητές στην κατανόηση και εφαρμογή των
επαναληπτικών δομών (Γρηγοριάδου κ.α. 2004).
• Όσον αφορά την έννοια της μεταβλητής, η οποία αποτελεί σημαντικό στοιχείο στη
διδασκαλία του προγραμματισμού, οι μαθητές συναντούν πολλές δυσκολίες, μερικές
από τις οποίες είναι η διαχείριση μεταβλητών διαφορετικών τύπων, η αρχικοποίηση
της τιμής της μεταβλητής και η εκχώρηση τιμής με τη μορφή αριθμητικής έκφρασης
(Kuittinen & Sajaniemi, 2004; Samurçay, 1989; Γλέζου & Γρηγοριάδου,
2009;Τζιμογιάννης & Κόμης, 2000).
• Οι περισσότεροι μαθητές δυσκολεύονται να λειτουργήσουν αφαιρετικά σε ένα
πρόγραμμα, να συνθέσουν νέους αλγορίθμους και να προσαρμόσουν εντολές ή
υπολογιστικές διαδικασίες, αξιοποιώντας αποτελεσματικά τις προηγούμενες γνώσεις
τους (Τζιμογιάννης, 2008).
Δυσκολίες μαθητών Δ/θμιας Εκπ/σης

7. Οι μαθητές
δευτεροβάθμιας
εκπαίδευσης
αντιμετωπίζουν πολλές
γνωστικές δυσκολίες
στην διδασκαλία του
προγραμματισμού
Κύρια αιτία αποτυχίας
ή πρόωρης
εγκατάλειψης των
μαθημάτων
προγραμματισμού
αποτελεί η αντίληψη
των μαθητών ότι δεν
είναι ενδιαφέροντα ή
χρήσιμα.
Το Υπουργείο Παιδείας από
τον Μάρτιο του 2016 με
εγκύκλιο που εξέδωσε
αποφάσισε τη δημιουργία
σχολικών εργαστηρίων
ανοιχτών τεχνολογιών στα
δημόσια σχολεία. Τα
εργαστήρια ανοιχτών
τεχνολογιών θα λειτουργούν
αποκλειστικά με ανοιχτό
υλικό (open hardware) και
λογισμικό (open software).
Η πλατφόρμα του
Arduino είναι ανοιχτού
υλικού και λογισμικού.
Το χαμηλό κόστος
απόκτησης και η
απλότητά του το
καθιστούν ιδανικό για
την αξιοποίηση του στα
εργαστήρια ανοιχτών
τεχνολογιών.
STEM

8. Τα βασικότερα πλεονεκτήματα του Arduino (Παπάζογλου, Λιώνης, 2014)
• Χαμηλό κόστος. Μπορεί κάποιος να αγοράσει το Arduino Uno R3 με
κόστος μικρότερο από 12 ευρώ. Το περιβάλλον ανάπτυξης Arduino IDE
είναι δωρεάν.
• Συμβατότητα. Το λογισμικό του Arduino εκτελείται σε περιβάλλον
Windows, Macintosh και Linux.
• Επεκτάσιμο λογισμικό ανοιχτού κώδικα. Τα προγράμματα του Arduino
είναι ανοιχτού κώδικα που σημαίνει ότι οποιοσδήποτε μπορεί να βρει
τμήματα πηγαίου κώδικα, να τα μελετήσει και να τα τροποποιήσει
σύμφωνα με τις ανάγκες του.
• Διαθεματικότητα. Η δημιουργία εφαρμογών με το Arduino μπορεί να
συνδυάζει πολλά γνωστικά αντικείμενα που σχετίζονται με τα
προγράμματα σπουδών τόσο του γυμνασίου όσο και του γενικού και
επαγγελματικού λυκείου.

9. Τα βασικότερα πλεονεκτήματα του Arduino (Παπάζογλου, Λιώνης, 2014)
• Διερευνητική μάθηση. Ευνοεί τη δημιουργία δραστηριοτήτων
διερευνητικής μάθησης. Το να μπορούν τα παιδιά να εφαρμόζουν στην
πράξη θεωρητικές γνώσεις που ήδη κατέχουν και με βάση αυτές να
ανακαλύπτουν και να εφαρμόζουν νέες γνώσεις, είναι μια διδακτική
στρατηγική που βοηθάει στην καλύτερη εμπέδωση των γνώσεων και
παρέχει στα παιδιά δεξιότητες απαραίτητες για τη δια βίου εκπαίδευσή
τους.
• Ομαδοσυνεργατική μάθηση. Το γεγονός ότι κάθε εφαρμογή στο Arduino
έχει συγκεκριμένα διακριτά μέρη διευκολύνει τον καταμερισμό των
εργασιών στα μέλη μιας ομάδας και ταυτόχρονα ενισχύει τη συνεργασία
τους για την επίτευξη του τελικού στόχου.
• Ελκυστικό για τους μαθητές. Οι μαθητές αντιδρούν θετικά σε μαθησιακές
δραστηριότητες που ξεφεύγουν από την κλασική δασκαλοκεντρική
διδασκαλία και τους εμπλέκουν ενεργά στη διαδικασία της μάθησης.

10. Scratch for Arduino (http://s4a.cat/)

11. Τμήμα ψηφιακών αυτοματισμών και
ρομποτικών κατασκευών με τον
μικροελεγκτή Arduino,
προγραμματιζόμενο σε Scratch.
LED που αναβοσβήνει!

19. LED
άνοδος κάθοδος

20. https://learn.sparkfun.com/tutorials/light-emitting-diodes-leds

26. κλικ

27. κλικ

29. To LED ανάβει για 1 δευτερόλεπτο και στη συνέχεια
σβήνει

32. To LED αναβοσβήνει συνεχώς (για πάντα)

33. Τμήμα ψηφιακών αυτοματισμών και
ρομποτικών κατασκευών με τον
μικροελεγκτή Arduino,
προγραμματιζόμενο σε Scratch.
Παιχνίδι ερωτήσεων!

42. Προσθέστε ένα δεύτερο κόκκινο LED το οποίο θα ανάβει όταν ο
παίκτης του παιχνιδιού δεν απαντάει σωστά στην ερώτηση.

44. Προσθέστε άλλες 2 ερωτήσεις στο πρόγραμμά σας!

45. Τμήμα ψηφιακών αυτοματισμών και
ρομποτικών κατασκευών με τον
μικροελεγκτή Arduino,
προγραμματιζόμενο σε Scratch.
Φωτεινός σηματοδότης!

46. Φωτεινός Σηματοδότης
Στην δραστηριότητα αυτή θα προσομοιώσουμε
τη λειτουργία ενός φωτεινού σηματοδότη
(φανάρι κυκλοφορίας). Αρχικά θα ανάβει το
πράσινο φανάρι για 5 δευτερόλεπτα. Στη
συνέχεια θα ανάβει το κίτρινο φανάρι για 2
δευτερόλεπτο και αμέσως μετά το κόκκινο για
6 δευτερόλεπτα. Η διαδικασία αυτή θα
επαναλαμβάνεται συνεχώς.

72. Όταν η μεταβλητή
light_status είναι
μικρότερη του 3
(δηλαδή 1 ή 2) τότε
το αυτοκίνητο
κινείται, αλλιώς
σταματάει γιατί έχει
ανάψει το κόκκινο.

73. Πρόβλημα:
Κάθε φορά που ανάβει κόκκινο το αυτοκίνητο σταματάει και ας έχει
περάσει το φανάρι.
Πως μπορούμε να το λύσουμε ;

74. Arduino και Προγραμματισμός Υπολογιστών
Σύμφωνα με τον Ορφανάκη κ.α. (2014) ο συνδυασμός του
Scratch για Arduino (S4A) και οι εφαρμογές που μπορούν να
δημιουργήσουν οι μαθητές χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα
Arduino, τους παρέχει τη δυνατότητα να αναπτύξουν πρακτικές
εφαρμογές που είναι κοντά στα ενδιαφέροντά τους,
μετατρέποντας τον προγραμματισμό, από μια βαρετή
διαδικασία, σε ένα διασκεδαστικό εργαλείο.

75. Η σχεδίαση ενός πραγματικού, έστω και απλού, συστήματος
είναι μία διαδικασία που συνδυάζει θεωρητικές ιδέες και
έννοιες, από πολλά διαφορετικά αντικείμενα, τη φυσική, τα
ηλεκτρικά κυκλώματα, τα ηλεκτρονικά. Προγραμματίζοντας
ένα τέτοιο σύστημα, οι μαθητές αντιλαμβάνονται την αξία
του προγραμματισμού και κατανοούν καλύτερα τις βασικές
αλγοριθμικές δομές.
Αξιοποιώντας τη μέθοδο STEM στη διδασκαλία του
προγραμματισμού Η/Υ το μάθημα γίνεται πιο ελκυστικό, οι
μαθητές εμπλέκονται με την επίλυση αυθεντικών
προβλημάτων, γίνονται πιο δημιουργικοί, μαθαίνουν να
επιλύουν προβλήματα και κατανοούν την αξία του
προγραμματισμού των υπολογιστών.
Arduino και Προγραμματισμός Υπολογιστών

76. Η ρομποτική στα πλαίσια του STEM
Α. Παλιούρας
Εκπαιδευτικός Πληροφορικής Δ.Ε., MSc