Exploring the development of high school students’ computational problem-solving strategies by utilizing three-dimensional (3D) virtual worlds

Abstract

Η υπολογιστική σκέψη (ΥΣ), αποτελεί έναν επιστημονικό όρο, ο οποίος παρουσιάζεται ολοένα και περισσότερο σε πολλά προγράμματα σπουδών της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, και ιδιαίτερα για την εισαγωγή των μαθητών στις αρχές της επιστήμης των υπολογιστών. Πιο συγκεκριμένα, τα μαθήματα προγραμματισμού μπορούν να υποστηρίξουν σε ένα μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη και χρήση δεξιοτήτων ΥΣ, διότι απαιτούν από τους μαθητές να έχουν ένα ευρύ φάσμα δεξιοτήτων γνωστικής σκέψης, όπως η επίλυση προβλημάτων, η κριτική σκέψη, η λογική συλλογιστική και η δημιουργικότητα. Υπό το πρίσμα αυτό, οι μαθητές (αγόρια και κορίτσια) προσπαθούν να κατανοήσουν το πώς να χρησιμοποιήσουν τέτοιου είδους δεξιότητες για να αναπτύξουν τις στρατηγικές σκέψης τους για να λύσουν προβλήματα με ένα λογικό και μεθοδολογικό τρόπο ακολουθώντας την παιχνιδοκεντρική προσέγγιση στην μάθηση για την επίλυση προσομοιωμένων προβλημάτων του πραγματικού κόσμου με την χρήση διαδραστικών περιβαλλόντων, όπως: (α) τα περιβάλλοντα οπτικού προγραμματισμού και (β) οι τρισδιάστατοι (3D) εικονικοί κόσμοι σε συνδυασμό με την παλέτα οπτικού προγραμματισμού Scratch4SL (S4SL). Ωστόσο, λιγότερη προσοχή έχει δοθεί μέχρι και σήμερα για να διερευνηθεί εάν ένα παιχνίδι προσομοίωσης που μπορεί να δημιουργηθεί σε διαδραστικά περιβάλλοντα επηρεάζει την ανάπτυξη και την εφαρμογή των στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων με βάση την ΥΣ των μαθητών. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να προτείνει ένα παιχνίδι προσομοίωσης το οποίο θα υποστηρίζει την εκμάθηση και αξιοποίηση των βασικών δομών και εννοιών του προγραμματισμού για την επίλυση προβλημάτων με βάση την ΥΣ. Το προτεινόμενο παιχνίδι προσομοίωσης θα αποτελέσει το αντικείμενο μιας πειραματικής αξιολόγησης και ανάλυσης των δεδομένων για την εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων σχετικά με την μαθησιακή επίδοση με βάση την ΥΣ και συγκεκριμένα μέσα από υπολογιστικούς σχεδιασμούς, υπολογιστικές πρακτικές και υπολογιστικές επιδόσεις. Το παιχνίδι δημιουργήθηκε στο OpenSimulator (OpenSim) και Scratch για να υποστηρίξει τα αγόρια και τα κορίτσια επιδεικνύουν δεξιότητες που σχετίζονται με την ΥΣ για να κατανοήσουν το πώς να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικά συγκεκριμένες δομές προγραμματισμού σε διάφορες προσομοιωμένες μαθησιακές εργασίες επίλυσης προβλημάτων. Τα ευρήματα της παρούσας έρευνας έδειξαν ότι υπήρχαν σημαντικές διαφορές στην επίδοση των μαθητών της πειραματικής ομάδας που χρησιμοποίησαν το OpenSim μαζί με την παλέτα S4SL, σε αντιδιαστολή με τους μαθητές της ομάδα ελέγχου που αξιοποίησαν το Scratch. Πρώτον, φάνηκε ότι κατανοήσαν χωροταξικά καλυτέρα τα βασικά μέρη του προβλήματος που έπρεπε να αντιμετωπίσουν μέσα στο OpenSim αξιοποιώντας δεξιότητες λογικής και κριτικής σκέψης για την καλύτερη δυνατή οργάνωση και εκτέλεση των προτεινόμενων σχεδιαστικών λύσεων. Δεύτερον, κατάφεραν να εκφράσουν σε μορφή ψευδοκώδικα και έπειτα να εφαρμόσουν πιο αποδοτικότερες και αποτελεσματικές σχεδιαστικές λύσεις κάνοντας λιγότερα λάθη. Τρίτον, κατόρθωσαν να επιτύχουν μεγαλύτερο μαθησιακό κέρδος (41%) για να προσδιορίσουν τις δεξιότητές τους σχετικά με την ΥΣ έναντι των συμμετεχόντων που χρησιμοποίησαν το Scratch (20%). Τέλος, συνθέτοντας τα ευρήματα των μελετών που διεξήχθησαν, ένα εύρος σημαντικών επιπτώσεων και σχεδιαστικών κατευθύνσεων παρατίθενται και αναλύονται.