Εκπαίδευση STEM

Την τελευταία δεκαετία παρατηρούνται έντονες προσπάθειες ενσωμάτωσης της «εκπαίδευσης STEM» σε όλες τις βαθμίδες της τυπικής εκπαίδευσης, καθώς διαπιστώνεται ότι οι μαθητές στην πλειονότητά τους αποφεύγουν τις Θετικές Επιστήμες, τις οποίες θεωρούν αντικείμενο δυσνόητο και πολύπλοκο, «αυστηρά οριοθετημένο, αποκομμένο από τις υπόλοιπες επιστήμες» (Θωμόπουλος, 2013). Η αιτία της παραπάνω προβληματικής εντοπίζεται στον τρόπο διδασκαλίας των Θετικών Επιστημών, ο οποίος φαίνεται να είναι εντελώς μηχανιστικός. Αυτή η μηχανιστική αντίληψη έχει ως αποτέλεσμα, οι μαθητές να μην κατανοούν ότι οι Θετικές Επιστήμες είναι αυτές που τους βοηθούν να αντιληφθούν τον φυσικό κόσμο, να ταξινομήσουν, να προβλέψουν, να επιλύσουν προβλήματα της καθημερινότητας και του κόσμου γύρω τους.

Η «εκπαίδευση STEM» έχει ως απώτερο στόχο να ξεπεράσει αυτή την αναχρονιστική αντίληψη διδασκαλίας των Θετικών Επιστημών και να δημιουργήσει αυθεντικά περιβάλλοντα μάθησης, τα οποία εκτός από τους τομείς της επιστήμης, της τεχνολογίας, της μηχανικής και των μαθηματικών περιλαμβάνουν κι άλλους τομείς, όπως αυτοί των κοινωνικών επιστημών: γλώσσα, αισθητική αγωγή, μουσική κλπ (Bybee, 2010; Karim, et al., 2015). 

Εκπαιδευτική ρομποτική στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση

Η χρήση της εκπαιδευτικής ρομποτικής, η οποία είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τους μαθητές, προσφέρει τη δυνατότητα εργασίας σε μαθησιακά περιβάλλοντα στα οποία εφαρμόζονται στην πράξη σύγχρονες παιδαγωγικές θεωρίες, όπως η θεωρία της δραστηριότητας, η μάθηση μέσω σχεδιασμού, οι θεωρίες του κοινωνικού εποικοδομισμού αλλά και η κατασκευαστική θεωρία μάθησης του Papert (Karim, et al., 2015).

Παράλληλα, η χρήση των εργαλείων του web 2.0, της εκπαιδευτικής ρομποτικής και της γλώσσας προγραμματισμού scratch δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να γίνουν οι ίδιοι παραγωγοί ψηφιακού περιεχομένου, ψηφιακών εφαρμογών και όχι απλοί καταναλωτές ψηφιακού υλικού, να αναπτύξουν δηλαδή τον τεχνολογικό τους αλφαβητισμό, ένα πολλαπλώς ζητούμενο του 21^ου αιώνα.

Ο συνδυασμός όλων των παραπάνω οδηγεί στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου, όπως η ανάπτυξη της κριτικής και της δημιουργικής σκέψης, η επίλυση προβλήματος (αναλυτική σκέψη, αφαιρετική σκέψη, μοντελοποίηση λύσεων), η διαχείριση της μάθησης, η ανάπτυξη της αυτενέργειας και της ανάληψης πρωτοβουλιών, η συνεργασία, η λήψη αποφάσεων, αλλά και η αποτελεσματική επικοινωνία (Eguchi, 2014; Felicia & Sharif, 2014; Kalelioglu & Gulbahar, 2014). Εξάλλου, η μέθοδος εκπαίδευσης STEM και κατά προέκταση η εκπαιδευτική ρομποτική, υποστηρίζουν μαθησιακά περιβάλλοντα διαφοροποιημένης αλλά και συνεργατικής και ανακαλυπτικής – δημιουργικής μάθησης (Souza & Duarte, 2015; Ψυχάρης, 2015; Bybee, 2010; Sanders, 2009). Μαθησιακά περιβάλλοντα όπου η γνώση οικοδομείται, όπου οι μαθητές γνωρίζουν και χρησιμοποιούν στην πράξη επιστημονικές μεθόδους, καθώς  υποθέτουν, πειραματίζονται, έρχονται σε γνωστική σύγκρουση, αναιρούν, ανασκευάζουν ή αναπροσαρμόζουν τις αρχικές τους υποθέσεις, γνωρίζοντας, ταυτόχρονα, θεμελιώδεις έννοιες της ρομποτικής και του προγραμματισμού (Roy, et al., 2015).

Πρόκειται για μαθησιακά περιβάλλοντα τα οποία βοηθούν τους μαθητές «να μαθαίνουν πώς να μαθαίνουν», να αναστοχάζονται τα βήματα που θα τους οδηγήσουν στη λύση του προβλήματος, να αναπτύσσουν κριτική σκέψη και μεταγνωστικές δεξιότητες, να συνεργάζονται και να σέβονται τις δεξιότητες του συμμαθητή τους -το διαφορετικό- να ενδυναμώσουν την αυτοεκτίμηση και την αυτοπεποίθηση τους, να αναπτύσσουν τις δεξιότητες του 21^ου αιώνα (Sans-Cope, et al., 2015).

Μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις του 21^ου αιώνα είναι η ανάπτυξη ενεργών πολιτών, οι οποίοι θα κληθούν να  αντιμετωπίσουν προκλήσεις της εποχής μας και να δώσουν ρεαλιστικές και άμεσα εφαρμόσιμες λύσεις για θέματα, όπως η κλιματική αλλαγή, η μετανάστευση, το ενεργειακό πρόβλημα και η χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (Souza & Duarte, 2015; Ψυχάρης, 2015; Eguchi, 2014; Prensky, 2014; Αναγνωστάκης & Μακράκης, 2010; Bybee, 2010). Πολίτες οι οποίοι θα επιθυμούν και θα είναι ικανοί να βελτιώσουν τον πραγματικό κόσμο και να ανταπεξέλθουν στις προσκλήσεις της Παγκοσμιοποίησης.

Μεθοδολογία

Στην παρούσα εκπαιδευτική πρακτική οι 18 μαθητές της Στ΄ τάξης προσπάθησαν να δώσουν μια βιώσιμη λύση σχετικά με την αξιοποίηση των παραδοσιακών ανεμόμυλων της περιοχής τους.  Για τις ανάγκες της παρέμβασης χρησιμοποιήθηκε το εκπαιδευτικό πακέτο ρομποτικών κατασκευών των Lego WeDo το οποίο περιέχει τρία ενεργά στοιχεία τα οποία προσαρμόζονται στο Lego USB Hub: έναν αισθητήρα απόστασης, έναν αισθητήρα κλήσης, ένα μοτέρ, αλλά και δομικά στοιχεία Lego (τουβλάκια, τροχαλίες, γρανάζια). Τα ενεργά στοιχεία μπορούν να προγραμματιστούν χρησιμοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού Scratch 1.4 ή 2.0, ενώ όλα τα παραπάνω μπορούν να συνδυαστούν με επιπλέον τουβλάκια Lego για να δημιουργηθούν πολλές και διάφορες κατασκευές. Παράλληλα, αξιοποιήθηκαν δωρεάν εφαρμογές του Web 2.0, καθώς και σχετικοί με το θέμα  μαθησιακοί πόροι από το «Φωτόδεντρο», το Πανελλήνιου Αποθετηρίου Εκπαιδευτικού Περιεχομένου για την Πρωτοβάθμια και τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Οι μαθητές έχουν εξοικειωθεί κατά τη διάρκεια της τρέχουσας σχολικής χρονιάς μέσα από άλλες σχολικές εργασίες  με την ομαδική εργασία, με τα εργαλεία του web 2.0 και  τα εργαλεία του ψηφιακού σχολείου (φωτόδεντρο και ψηφιακά βιβλία) και γνωρίζουν ήδη αρκετές εντολές της γλώσσας Scratch, καθώς συμμετείχαν στην εβδομαδιαία δράση «Ευρωπαϊκή εβδομάδα προγραμματισμού», η οποία υλοποιήθηκε από τις 10 έως και τις 17 Οκτωβρίου 2014. Παράλληλα, η πλειοψηφία των μαθητών έχει παρακολουθήσει τα μαθήματα εκπαιδευτικής ρομποτικής που γίνονται στη σχολική μονάδα μετά το πέρας των μαθημάτων μια φορά την εβδομάδα. 

Το μεθοδολογικό μοντέλο το οποίο ακολουθήθηκε για την υλοποίηση της εκπαιδευτικής πρακτικής βασίζεται στο μοντέλο των Carbonaro, Rex & Chambers (2010), το οποίο περιλαμβάνει πέντε στάδια όπως αυτά έχουν μεταφραστεί από τους Φράγκου & Παπανικολάου (2010). Το μοντέλο έχει δεχτεί αλλαγές προκειμένου να εναρμοστεί πλήρως με τους στόχους της εκπαιδευτικής πρακτικής. 

1. Ενεργοποίηση: Εισαγωγή του θέματος, εμπλουτισμός και ανάλυσή του, αναζήτηση και αξιοποίηση των προηγούμενων γνώσεων των μαθητών, οργάνωση ερωτημάτων / θεμάτων προς διερεύνηση.
2. Εξερεύνηση:  Αναζήτηση πληροφοριών, καλλιέργεια δεξιοτήτων προκειμένου οι μαθητές να καταστούν ικανοί να δώσουν απαντήσεις στο διερευνώμενο θέμα. Για τις ανάγκες του σεναρίου προτείνεται στο στάδιο αυτό η ολοκλήρωση και η αξιολόγηση των εργασιών των μαθητών με χρήση εφαρμογών του web 2.0. Η ενέργεια αυτή, η οποία ανήκει στο στάδιο της δημιουργίας, κρίνεται αναγκαία προκειμένου να γίνει ο διαμοιρασμός και η συζήτηση των νέων πληροφοριών, ώστε οι μαθητές να προχωρήσουν στη δημιουργία του ρομποτικού ανεμόμυλου, έχοντας στη διάθεσή τους όλες τις απαιτούμενες πληροφορίες.
3. Διερεύνηση: Οι μαθητές καλούνται να αξιοποιήσουν τις γνώσεις και δεξιότητες που απέκτησαν στο προηγούμενο στάδιο, προκειμένου να υλοποιήσουν σχετικές με το θέμα εργασίες. Στην περίπτωσή μας, οι μαθητές στηρίοζνται στο προηγούμενο στάδιο, προκειμένου να αναλύσουν τη βασική τους θεματική ενότητα σε επιμέρους ενότητες και να οργανώσουν την υλοποίηση της κάθε μίας από αυτές.
4. Δημιουργία: Οι μαθητές συνθέτουν την εργασία τους βάσει των αποφάσεων που πάρθηκαν στις προηγούμενες ενότητες. Γίνεται καταγραφή και αξιολόγηση της πορείας των εργασιών κατά τη διάρκειά της.
5. Παρουσίαση:  Παρουσίαση της τελικής εργασίας και αξιολόγηση της εργασίας και της λειτουργίας των ομάδων. 

Βιβλιογραφία

Αναγνωστάκης, Σ., Μακράκης, Β. (2010) Η εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο ανάπτυξης τεχνολογικού εγραμματισμού και περιβαλλοντικής βιωσιμότητας: Μια έρευνα δράσης σε μαθητές Δημοτικού. (Διαθέσιμο on line: http://korinthos.uop.gr/~hcicte10/proceedings/117.pdf, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Bybee, R.D. (2010) Advancing STEM Education: A 2020 Vision. Technology and Engineering Teacher, 70,1, 30-35. (Διαθέσιμο on line: http://www.iteea.org/Publications/TTT/sept10.pdf,  προσπελάστηκε στις 31/7/2015) 

Carbonaro, M., Rex, M., Chambers, J. (2010) Using LEGO Robotics in a Project – Based Learning Environment. Διαθέσιμο on line: http://imej.wfu.edu/articles/2004/1/02/, προσπελάστηκε στις 31/7/2015) 

Eguchi, A. (2014) Educational Robotics For Promoting 21^st Century Skills. Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems, 8,1, 5-11. (Διαθέσιμο on line: http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-2480a09…; προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Felicia, A., Sharif, Sh. (2014) A Review on Educational Robotics as Assistive Tools For Learning Mathematics and Science. International Journal of Computer Science and Technology (IJST), 2,2, 62-84. (Διαθέσιμο on line: http://www.ijcstjournal.org/volume-2/issue-2/IJCST-V2I2P15.pdf, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Θωμόπουλος, Δ. (2013) Η εκπαιδευτική ρομποτική ως μέσο ώθησης για την εμπλοκή των μαθητών στις Θετικές Επιστήμες. (Διαθέσιμο on line: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/bitstream/10889/7501/1/%CE%94%CE%B…, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Kalelioglu, F., Gulbahar, Y. (2014) The Effects of Teaching Programming via Scratch on Problem Solving Skills: A Discussion from Learner’s Perspective. Informatics in Education, 13, 1, 33-50. Διαθέσιμο on line: http://www.mii.lt/informatics_in_education/htm/INFE232.htm, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Karim, M.E., Lemaignen, S., Mondala, F. (2015) A review; Can robots reshape K-12 STEM education? (Διαθέσιμο on line: http://infoscience.epfl.ch/record/209219/files/2015_ehsan_CanRobotsResh…, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Prensky, M. (2014) Accomplishment –Based Education. (Διαθέσιμο on line: http://marcprensky.com/wp-content/uploads/2013/05/Prensky-4-Accomplishm…; προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Roy, D., Gerber, G., Magnenant, St., Riedo, F., Chevalier, M., Oudeyer, P., Mondala, Fr. (2015) IniRobot: a pedagogical kit to initiate children to concepts of robotics and computer science. (Διαθέσιμο on line: https://hal.inria.fr/hal-01144435/document,  προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Sanders, M. (2009) STEM, STEM Education, STEMmania. The Technology Teacher, 20-26. (Διαθέσιμο on line: http://www.artstem.org/wp-content/uploads/2010/09/Sanders_STEM_VTProgra…, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Sans – Cope, O., Barco, A., Albo_Canals, J., Diaz, M., Angulo, C. (2015) Robotics@Montserrat: A case of Learning through robotics community in a school. (Διαθέσιμο on line: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/24182/robotics_montserra…; προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Souza, M.A.M., Duarte, J.R.R. Low cost educational robotics applied to physics teaching in Brazil. (Διαθέσιμο on line: http://iopscience.iop.org/0031-9120/50/4/482,  προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Φράγκου, Στ., Γρηγοριάδου, Μ. (2010) Ανάπτυξη διαθεματικών συνθετικών εργασιών με τη χρήση ρομποτικών κατασκευών στα πλαίσια του εποικοδομισμού. (Διαθέσιμο on line: http://dide.ilei.sch.gr/keplinet/education/docs/syn_ge2009_Fragkou.pdf, προσπελάστηκε στις 31/7/2015)

Ψυχάρης, Σ. (2015). STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) και παγκοσμιοποίηση της εκπαίδευσης στις επιστήμες. (Διαθέσιμο on line: http://www.aspete-sep.gr/praktika2synedriou/doc_download/21-082,  προσπελάστηκε στις 31/7/2015)