Εισαγωγή στη δομή επιλογής στο προγραμματιστικό περιβάλλον SCRATCH.

Πληροφορική (Γυμνάσιο)

Εισαγωγή στη δομή επιλογής στο προγραμματιστικό περιβάλλον SCRATCH.

1 ώρα

Γενική περιγραφή περιεχομένου

Το συγκεκριμένο σενάριο επιχειρεί να προσεγγίσει με παιγνιώδη και διαδραστικό τρόπο την έννοια της επιλογής στην αλγοριθμική. Αποτελεί μία εισαγωγική δραστηριότητα που απευθύνεται σε μαθητές Γυμνασίου. Χρησιμοποιείται το περιβάλλον του Scratch με τη χρήση του οποίου επιχειρείται η ευχάριστη παρουσίαση της δομής επιλογής και η εμβάθυνση μέσα από τη δημιουργία κουίζ και παιχνιδιών (κρεμάλας).

Εκπαιδευτικό Πρόβλημα

Σκοπός του διδακτικού σεναρίου είναι η κατανόηση της δομής επιλογής μέσα από δραστηριότητες που στηρίζονται στην ανακαλυπτική μάθηση.

at 50/100 Μέτριας δυσκολίας

Εκπαιδευτική Βαθμίδα που απευθύνεται το σενάριο

Γυμνάσιο

Θεματική Ταξινομία

Πληροφορική > Προγραμματισμός υπολογιστών > Προγραμματιστικές δομές >

Τύπος Διαδραστικότητας

Ενεργός μάθηση

Επίπεδο Διαδραστικότητας

υψηλό

Προτεινόμενη ηλικιακή ομάδα:

-6

6-9

9-12

12-15

15-18

18-25

25+

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου:

Γνωρίζω τη δομή επιλογής μέσα από έτοιμο πρόγραμμα

5λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εργαστήριο Πληροφορικής

Δημιουργώ απλό πρόγραμμα με χρήση δομής επιλογής

10λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εργαστήριο Πληροφορικής

Δημιουργώ quiz με χρήση της δομής επιλογής.

20λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εργαστήριο Πληροφορικής

Αυτοαξιολόγηση μέσα από παιχνίδι, συζήτηση

10λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Εργαστήριο Πληροφορικής

Διδακτικοί Στόχοι

Nα κατανοήσουν ότι η δομή επιλογής χρησιμοποιείται όταν θέλουμε να συμβεί κάτι υπό συνθήκη

Να διαχωρίζουν πότε μια συνθήκη είναι αληθής και πότε ψευδής

Να προσδιορίζουν τις εντολές που θα εκτελεστούν αν η συνθήκη είναι αληθής η ψευδής

Η δημιουργία κατάλληλων συνθηκών για την επίτευξη συνεργατικής μάθησης υποστηριζόμενης από τον Η/Υ

Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου

δομή επιλογής, Scratch,

Υλικοτεχνική υποδομή

Εργαστήριο Πληροφορικής με εγκατεστημένο το λογισμικό Scratch

Πνευματικά δικαιώματα ή άλλοι αντίστοιχοι περιορισμοί

Κανένας περιορισμός

Δημιουργός Σεναρίου: ΠΗΝΕΛΟΠΗ ΚΟΥΤΡΟΥΜΠΗ (Εκπαιδευτικός)

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΤΙΚΟ (τι είναι;)

Αesop - 19185

Το σενάριο «Εισαγωγή στη δομή επιλογής στο προγραμματιστικό περιβάλλον SCRATCH.» έχει χαρακτηριστεί ως Βέλτιστο (βαθμολογία 70 μονάδων και άνω) ύστερα από αξιολόγηση που πραγματοποιήθηκε από δύο αξιολογητές βάσει κριτηρίων που ορίστηκαν από το ΔΣ του ΙΕΠ.

Ταξινόμηση στοιχείων μονοδιάστατου πίνακα

Ένα από τα ζητήματα διαπραγμάτευσης στο μάθημα «Ανάπτυξη Εφαρμογών σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον», καθώς και σε άλλα μαθήματα αλγοριθμικής και προγραμματισμού είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων για την ταξινόμηση των στοιχείων ενός μονοδιάστατου πίνακα.

Η ταξινόμηση είναι μία λειτουργία επί των δομών δεδομένων, κατά την οποία οι κόμβοι μιας δομής διατάσσονται κατά αύξουσα ή φθίνουσα σειρά. Σύμφωνα με το σχολικό βιβλίο:

Δοθέντων των στοιχείων a1, a2, …, an η ταξινόμηση συνίσταται στη μετάθεση της θέσης των στοιχείων ώστε να τοποθετούνται σε μια σειρά ak1, ak2, …, akn, προκειμένου δοθείσης μιας συνάρτησης διάταξης f, να ισχύει: f(ak1) ≤ f(ak2) ≤ … ≤ f(akn). Ο ορισμός αφορά την ταξινόμηση των στοιχείων σε αύξουσα τάξη. Για φθίνουσα ταξινόμηση των στοιχείων η συνάρτηση διάταξης τροποποιείται ως εξής: f(ak1) ≥ f(ak2) ≥ …≥ f(akn).

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι ταξινόμησης καθώς και παραλλαγές αυτών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πίνακες που περιέχουν χαρακτήρες, ακέραιες ή πραγματικές τιμές, ακόμα και τιμές λογικού τύπου. Στις μεθόδους συγκαταλέγονται η ταξινόμηση της ευθείας ανταλλαγής ή φυσαλίδας, η ταξινόμηση με επιλογή και η ταξινόμηση με παρεμβολή (που καλείται και ταξινόμηση ευθείας εισαγωγής). Η ταξινόμηση φυσαλίδας είναι ο πιο αργός αλγόριθμος ταξινόμησης. Ο πιο γρήγορος αλγόριθμος ταξινόμησης είναι η γρήγορη ταξινόμηση. Η επιλογή του καλύτερου αλγορίθμου ταξινόμησης εξαρτάται κυρίως από το πλήθος των στοιχείων του πίνακα και από την αρχική τους διάταξη, αν δηλαδή ο πίνακας είναι τελείως αταξινόμητος ή μερικώς ταξινομημένος.

Σε κάθε περίπτωση, σκοπός της ταξινόμησης είναι να διευκολυνθεί στη συνέχεια η αναζήτηση των στοιχείων του ταξινομημένου πίνακα. Η χρησιμότητα της ταξινόμησης αποδεικνύεται στην πράξη σε αναρίθμητες περιπτώσεις αναζήτησης αριθμητικών ή αλφαβητικών δεδομένων, όπως σε βιβλιοθηκονομικά συστήματα, λεξικά, τηλεφωνικούς καταλόγους, καταλόγους φόρου εισοδήματος και γενικά όπου γίνεται αναζήτηση αποθηκευμένων αντικειμένων.

Το ψηφιακό σενάριο θα υλοποιηθεί εξ ολοκλήρου στο σχολικό εργαστήριο πληροφορικής και εφαρμογών ηλεκτρονικών υπολογιστών (ΣΕΠΕΗΥ). Οι μαθητές θα εργαστούν σε ομάδες των δύο ατόμων (ζεύγη), όπου κάθε ζεύγος θα χρησιμοποιεί έναν υπολογιστή, ώστε να ευνοηθεί η αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών. Το σενάριο λαμβάνει υπόψη του τις πραγματικές συνθήκες διεξαγωγής του μαθήματος ώστε να είναι ρεαλιστικά πραγματοποιήσιμο στον προβλεπόμενο χρόνο.

Το σενάριο στηρίζεται σε μία σκαλωσιά μάθησης με τη διαπραγμάτευση εννοιών και την αξιοποίηση στοχευμένων δραστηριοτήτων στις τρεις αλγοριθμικές συνιστώσες που ήδη γνωρίζουν οι μαθητές. Έτσι, οι μαθητές καλούνται να εμπλακούν σε δραστηριότητες όπως του τρόπου που ανταλλάσσουν περιεχόμενο δύο μεταβλητές, του τρόπου που γίνεται σύγκριση τιμών για να εντοπιστεί η μεγαλύτερη ή η μικρότερη και του τρόπου με τον οποίο προσδιορίζεται η ελάχιστη ή η μέγιστη τιμή σε ένα σύνολο τιμών. Ακολουθώντας την παραπάνω πορεία, θα καταλήξουν να αναπτύξουν αλγορίθμους ταξινόμησης. Τέλος, θα ακολουθήσει η εφαρμογή των αλγορίθμων ταξινόμησης, ώστε να επιτευχθεί και η αξιολόγηση των μαθητών. Οι μαθητές έχουν στη διάθεσή τους φύλλα εργασίας και κατάλληλο εποπτικό υλικό, ενώ θα δοθούν και εργασίες για το σπίτι.

Το σενάριο υλοποιείται μέσα σε ένα πλαίσιο κοινωνικού εποικοδομισμού, όπου επιχειρείται ο μαθητής να μάθει μέσα από μία διαδικασία προσωπικής κατασκευής της γνώσης η οποία εδράζει σε προγενέστερη γνώση, ενώ ο εκπαιδευτικός έχει καθοδηγητικό ρόλο και εμψυχώνει τον μαθητή να μάθει με τον δικό του ρυθμό και βάσει των δικών του επιλογών. Επιπλέον, η μάθηση πραγματοποιείται μέσα από την αλληλεπίδραση με τους άλλους και την υλοποίηση δραστηριοτήτων.

Η επίτευξη των στόχων θα επιχειρηθεί με μία αλληλουχία δραστηριοτήτων που θα λάβουν χώρα στο ΣΕΠΕΗΥ, όπου οι μαθητές θα εργαστούν στον υπολογιστή με το λογισμικό «Ο Διερμηνευτής της ΓΛΩΣΣΑΣ», αναπτύσσοντας τμήματα αλγορίθμου σε ΓΛΩΣΣΑ, τα οποία θα οδηγήσουν μέσω μιας σκαλωσιάς μάθησης στην ανάπτυξη αλγορίθμων ταξινόμησης όπως: του αλγόριθμου ταξινόμησης φυσαλίδας ή ευθείας εισαγωγής, του αλγόριθμου ταξινόμησης με επιλογή και του αλγορίθμου ταξινόμησης με παρεμβολή ή ευθείας ανταλλαγής. Οι μαθητές θα προσεγγίσουν το θέμα μέσα από κατάλληλα εργαλεία συγγραφής και παρακολούθησης της εκτέλεσης αλγορίθμων σε κατάλληλη γλώσσα προγραμματισμού. Επιπλέον, με τη χρήση του πίνακα θα επιχειρηθεί η οπτικοποίηση του αλγορίθμου, ενώ έχει αναπτυχθεί και ένα ενδιαφέρον οπτικοακουστικό υλικό που παρουσιάζει μέσω κατάλληλων εικονικών αναπαραστάσεων τη διαδικασία ταξινόμησης. Τέλος, οι μαθητές εργαζόμενοι στα φύλλα εργασίας τους, έχουν την ευκαιρία να χρησιμοποιήσουν συμβολικές αναπαραστάσεις.

Στην περίπτωση που υπάρχει διαθέσιμος διαδραστικός πίνακας, το σύνολο των μαθητών της τάξης μπορεί να μετατραπεί σε μία κοινότητα που σχολιάζει, προτείνει και εφαρμόζει. Η ύπαρξη και η χρήση του διαδραστικού πίνακα μπορεί να συνεισφέρει σε διαφορετικές φάσεις της εφαρμογής των δραστηριοτήτων του σεναρίου.

Η λειτουργία του οπερονίου της λακτόζης μέσα από ψηφιακά μοντέλα

Μέσα από αυτό το ψηφιακό σενάριο γίνεται μια προσπάθεια για να επιτευχθεί η βιωματική συσχέτιση των εξεταζόμενων εννοιών με απλές δραστηριότητες σε εικονικά περιβάλλοντα: σε εικονικό ψηφιακό επίπεδο με προσομοιώσεις και πολυμεσικές αναπαραστάσεις και σε συμβολικό επίπεδο με τη συμπλήρωση κατάλληλου νοηματικού χάρτη. Εξετάζεται η λειτουργία του οπερόνιου της λακτόζης (Βιολογία κατεύθυνσης της Γ΄ τάξης Γενικού Λυκείου: Ρύθμιση Γενετικής Πληροφορίας) με τη βοήθεια βίντεο στην ελληνική γλώσσα οπτικοποιείται η δομή και η λειτουργία του οπερόνιου της λακτόζης. Στη συνέχεια οι μαθητές δραστηριοποιούνται στη διερευνητική, εποικοδομητική, βιωματική μάθηση και εφαρμόζουν τη σύγχρονη επιστημονική μέθοδο με την αξιοποίηση applet (Phet Colorado): παρατηρούν, διατυπώσουν υποθέσεις, πειραματίζονται, αναπτύσσουν αυτενέργεια. Αξιοποιούν την ανταλλαγή εμπειρίας μέσα από τη συνεργασία. Εμπλουτίζουν το λεξιλόγιό τους μαθαίνοντας τη σχετική επιστημονική ορολογία στα αγγλικά (στον τομέα Επιστήμες), ενώ παράλληλα καλλιεργούν δεξιότητες ψηφιακού γραμματισμού. Για την αξιολόγηση της μάθησης μετά το πέρας της διδακτικής διαδικασίας έχει συμπεριληφθεί χωριστό φύλλο εργασίας. Το παρών σενάριο αποτελεί τη μετεξέλιξη ενός διδακτικού σεναρίου που έχει υλοποιηθεί στην τάξη και έχει παρουσιαστεί ως εισήγηση σε επιμορφωτικές συνατήσεις Εκπαιδευτικών Φυσικών Επιστημών τον Οκτώβριο του 2014 στο 1ο ΕΚΦΕ Ανατολικής Αττικής (operonioLactozi worksheetOp).