Πληροφορική (Γυμνάσιο)
Κατεβάστε σε μορφή PDF
 2 ώρες

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό με Lego Mindstorm NXT

Γενική περιγραφή περιεχομένου: 

Γνωστικό αντικείμενο και εμπλεκόμενες γνωστικές περιοχές

Πληροφορική Γ’ Γυμνασίου. Διδακτική Ενότητα: 1.2 : Ο Προγραμματισμός στην πράξη

Τάξη εφαρμογής

Γ΄ Γυμνασίου (Νέα πιλοτικά προγράμματα σπουδών)

Συμβατότητα και συσχέτιση με το Αναλυτικό Πρόγραμμα

Προγραμματίζω τον υπολογιστή - Οι μαθητές σχεδιάζουν και υλοποιούν προγράμματα σύμφωνα με τα νέα πιλοτικά προγράμματα σπουδών.

Εκτιμώμενη Διάρκεια

Απαιτούνται τουλάχιστον 6 δίωρες συναντήσεις

 

Η εκπαιδευτική δραστηριότητα

Το προγραμματιστικό περιβάλλον NXT-G που συνοδεύει το πακέτο Lego Mindstorm NXT Education είναι σχεδιασμένο για παιδιά, απαιτεί μόνο βασικές γνώσεις χρήσης Η/Υ και δεν προϋποθέτει γνώσεις αρχών προγραμματισμού (Κασκάλης κ.α., 2001). 

Η μεγάλη πρόκληση κατά τη σχεδίαση των μαθημάτων με τα ρομπότ της Lego είναι ο τρόπος με τον οποίο τα παιδιά κατανοούν καλύτερα τις εντολές των δομών ελέγχου και επανάληψης καθώς και τους τρόπους χρήσης των αισθητήρων μέσα από ένα περιβάλλον προγραμματισμού. Συγκεκριμένα, οι μαθητές πρέπει να κατανοήσουν τη σχέση που υπάρχει ανάμεσα στην εκτέλεση εντολών επανάληψης ή ελέγχου και την ύπαρξη συμβάντων (events) (π.χ. εκτέλεση εντολών έως ότου πιεστεί ο αισθητήρας αφής). Η χρήση αισθητήρων για τον προγραμματισμό ενός ρομπότ είναι μία πρωτόγνωρη εμπειρία για τους μαθητές, γεγονός που πρέπει να αντιμετωπιστεί προκειμένου τα παιδιά να είναι ικανά να ολοκληρώσουν το τελευταίο στάδιο των μαθημάτων.

Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες των 3 ατόμων με βάση τη δική τους επιθυμία. Οι μαθητές δουλεύουν βασιζόμενοι σε 5 ειδικά διαμορφωμένα φύλλα εργασιών.

Ο υπεύθυνος εκπαιδευτικός καθ όλη τη διάρκεια της εγχειρήματος παρακολουθεί με προσοχή τον καταιγισμό ιδεών, τις συζητήσεις, τις δραστηριότητες και τις αντιδράσεις των μαθητών. Συντελεί στη δημιουργία κινήτρων θέτοντας προβληματισμούς. Κρατάει σημειώσεις και επεμβαίνει όταν οι μαθητές χρειάζονται βοήθεια. Ο ρόλος του είναι συμβουλευτικός παρά καθοδηγητικός. Τονίζει συνέχεια στους μαθητές τη σημαντικότητα της ομαδικής δουλειάς και της συνεργασίας, ενισχύοντας την ευγενή άμιλλα μεταξύ των μαθητών και προσεγγίζει τα προβλήματα που δημιουργούνται ανάμεσα στα μέλη των ομάδων με κατάλληλο τρόπο ώστε να ανατροφοδοτούν την τάξη, βοηθώντας με αυτό τον τρόπο τη συνεργασία μεταξύ των παιδιών. Παράλληλα προσπαθεί να περάσει το μήνυμα στα παιδιά πως: α) η ισόποσος επιμερισμός των εργασιών σε όλα τα μέλη της ομάδας, β) η ταυτόχρονη εργασία για την επίτευξη του στόχου, γ) η καλή επικοινωνία μεταξύ των μελών των ομάδων, δ) η σωστή συμπεριφορά και ε) η τήρηση των κανόνων της ευγενούς άμιλλας είναι στοιχεία που βοηθούν τις ομάδες να επιτύχουν γρηγορότερα και καλύτερα τον στόχο τους (Marlow, 2001).

 

Σχεδίαση σειράς μαθημάτων

Μελετώντας τις εφαρμογές της ρομποτικής στην εκπαίδευση, επιχειρήθηκε η σχεδίαση μιας ολοκληρωμένης σειράς μαθημάτων για τη διδασκαλία του εισαγωγικού μαθήματος στον προγραμματισμό της Γ’ Τάξης Γυμνασίου με χρήση του πακέτου Lego Mindstorms.

Το μάθημα οργανώθηκε σε έξι (6) δίωρες διδακτικές ενότητες, ώστε να υπάρχει ικανοποιητικός χρόνος για παρατήρηση, αλληλεπίδραση, μελέτη και ολοκλήρωση των εφαρμογών που ανατέθηκαν στους μαθητές.

Πρόκειται για μια ολοκληρωμένη προσπάθεια αξιοποίησης του εκπαιδευτικού πακέτου ρομποτικών κατασκευών Lego Mindstorms και του εκπαιδευτικού λογισμικού NXT-G, σε μια βασισμένη σε σχέδιο εργασίας (project-based), διδακτική προσέγγιση επίλυσης προβλημάτων, χρησιμοποιώντας παράλληλα και το στοιχείο του παιχνιδιού, προκειμένου οι μαθητές της Γ’ Γυμνασίου να κατανοήσουν βασικές αρχές προγραμματισμού, όπως οι δομές ελέγχου και επανάληψης και να εργαστούν με αυτές.

Για κάθε μάθημα δημιουργήθηκε το παρακάτω διδακτικό υλικό:

  • Σχέδιο Μαθήματος,
  • Παρουσίαση του Μαθήματος με τη βοήθεια διαφανειών,
  • Φύλλα Εργασιών
  • Φύλλα Αξιολόγησης

 

Εκπαιδευτικό υλικό

Το εκπαιδευτικό υλικό που δημιουργήθηκε για το μαθησιακό σενάριο αυτό περιλαμβάνει:

  • οδηγίες με λεπτομερή περιγραφή της κατασκευής όχημα-ρομπότ tankbot με σχήματα,
  • αναλυτικές οδηγίες χρήσεως του προγραμματιστικού περιβάλλοντος NXT-G,
  • σύγγραμμα για τα τεμάχια του πακέτου Lego Mindstorms NXT και τις εντολές προγραμματισμού του NXT-G,
  • φύλλα εργασιών, αξιολόγησης και ασκήσεων,
  • CD με πληθώρα έτοιμων προγραμμάτων στο NXT-G για τον  επεξεργαστή NXT
  • και η σχετική βιβλιογραφία. 
Εκπαιδευτικό Πρόβλημα: 

 

Τόσο από προσωπική εμπειρία αλλά και από βιβλιογραφική έρευνα προκύπτει ότι τα εισαγωγικά μαθήματα προγραμματισμού είναι πολλές φορές απογοητευτικά τόσο για τους μαθητές όσο και για τον ίδιο τον καθηγητή. Όπως αναφέρεται και από τους Καγκάνη Κ, Δαγδιλέλη Β., Σατρατζέμη Μ. και  Ευαγγελίδη Γ. (Μία μελέτη Περίπτωσης της Διδασκαλίας του Προγραμματισμού στη Β/θμια Εκπαίδευση με τα LEGO Mindstorms, 2005) ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες στον οποίο έχει διαπιστωθεί ότι οφείλονται οι δυσκολίες κατά την εκμάθηση του προγραμματισμού είναι η παραδοσιακή προσέγγιση της διδασκαλίας των αρχών του προγραμματισμού : οι μαθητές διδάσκονται μια γλώσσα γενικού σκοπού (Pascal, Basic, C κλπ) σε ένα επαγγελματικό περιβάλλον προγραμματισμού το οποίο είναι προσανατολισμένο στην επίλυση μαθηματικών προβλημάτων που περιλαμβάνει την επεξεργασία μιας σειράς αριθμών και συμβόλων, γεγονός που απέχει από τις πραγματικές διδακτικές ανάγκες των μαθητών (Ξυνόγαλος κ.α. 2000).

Mια εναλλακτική προσέγγιση διδασκαλίας του προγραμματισμού είναι εφικτή με τη χρήση του Πακέτου Ρομποτικής της Lego, Mindstorm NXT, η οποία στηρίζεται στη χρήση φυσικών μηχανικών μοντέλων, με τα οποία οι μαθητές προσανατολίζονται ως πρώτο βήμα στην κατασκευή ενός ρομποτικού μηχανισμού και μετά από κατάλληλο σχεδιασμό και αρκετούς πειραματισμούς οδηγούνται στην επίλυση πραγματικών προβλημάτων. Στο πλαίσιο των δραστηριοτήτων αυτών οι μαθητές δημιουργούν φυσικά μοντέλα (ένα αυτοκίνητο, ένα σπίτι κα,) τα οποία αφού τα εφοδιάσουν με το κατάλληλο πρόγραμμα, αυτά είναι σε θέση να συλλέγουν πληροφορίες από το περιβάλλον και να αντιδρούν ανάλογα με τα ερεθίσματα που λαμβάνουν. Στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής διαδικασίας αυτής οι μαθητές εξασκούνται στον προγραμματισμό για να καθορίσουν τη συμπεριφορά του μοντέλου που έχουν δημιουργήσει οι ίδιοι, όχι στην οθόνη του υπολογιστή τους αλλά στο φυσικό τους περιβάλλον.

 

Πηγές Σεναρίου

Papert, S. (1991). Νοητικές θύελλες-Παιδιά, ηλεκτρονικοί υπολογιστές και δυναμικές ιδέες, Εκδόσεις Οδυσσέας, Αθήνα.

Κόμης, Β. (2004). Εισαγωγή στις εκπαιδευτικές εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών, Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών Αθήνα.

Αλιμήσης Δ. Το προγραμματιστικό περιβάλλον Lego Mindstorms ως εργαλείο υποστήριξης εκπαιδευτικών δραστηριοτήτων ρομποτικής. 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Διδακτικής της Πληροφορικής, Πάτρα, Μάρτιος 2008.

Για επιπλέον αναφορές βλέπε έγγραφο ‘’Γ- Βιβλιογραφία’’

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου: 
90 λεπτά
Φάση 1: Ρομποτική και το πακέτο Mindstorms NXT της Lego
Χώρος Διεξαγωγής: Αίθουσα με βιντεοπροβολέα
90 λεπτά
Φάση 2: Γνωριμία με το προγραμματιστικό περιβάλλον NXT-G
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο Πληροφορικής
90 λεπτά
Φάση 3: Εντολές κίνησης και Δομή Επανάληψης
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο πληροφορικής
90 λεπτά
Φάση 4: Εντολές αναμονής και Δομή Επιλογής
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο πληροφορικής
180 λεπτά
Φάση 5: Σύνθετες Δραστηριότητες
Χώρος Διεξαγωγής: Εργαστήριο πληροφορικής
Διδακτικοί Στόχοι: 
  1. Να κατανοήσουν οι μαθητές την έννοια ρομπότ
  2. Να αποκτήσουν ευχέρεια στον προγραμματισμό ενός ρομπότ
  3. Να γνωρίσουν τις βασικές αρχές του προγραμματισμού
Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου: 
εκπαιδευτική ρομποτική
φυσικά μηχανικά μοντέλα
Lego Mindstorms NXT Education
NXT-G
κατασκευαστικός εποικοδομισμός
οπτικός προγραμματισμός
επίλυση προβλημάτων
Υλικοτεχνική υποδομή: 
Εργαστήριο πληροφορικής, βιντεοπροβολέας, πίνακας μαρκαδόρου, πακέτο Lego Mindstorms NXT Education. Λογισμικό : Περιβάλλον προγραμματισμού Lego NXT-G, λογισμικό παρουσιάσεων Powerpoint
Δημιουργός Σεναρίου: ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΥΡΙΑΚΟΥ (Εκπαιδευτικός)