Σκοπός του σεναρίου
Η εξοικείωση της λειτουργία των αισθητήρων Lego-WeDo (απόστασης και κλίσης) και η ενσωμάτωση της λειτουργικότητάς τους στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch έτσι ώστε να προσφέρουν μια διασύνδεση του προγράμματος που κατασκευάζουμε στον υπολογιστή με τον πραγματικό κόσμο. Αυτό θα αποτελέσει μια πρώτη επαφή των μαθητών με τη ρομποτική.
Περιγραφή του διδακτικού σεναρίου
Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες των δύο και κάθε ομάδα κάθεται σε έναν υπολογιστή του σχολικού εργαστηρίου που είναι εξοπλισμένος με αισθητήρες απόστασης και κλίσης Lego-WeDo. Έτσι εξασφαλίζονται οι προϋποθέσεις για τις συνεργατικού τύπου δραστηριότητες που θα ακολουθήσουν. Όλες οι δραστηριότητες που ακολουθούν στηρίζονται στο μοντέλο “Play – Modify – Create” όπου οι μαθητές μαθαίνουν ανακαλυπτικά δημιουργώντας. Ο ρόλος του διδάσκοντος είναι καθοδηγητικός-υποστηρικτικός της εργασίας και συνεργασίας των μαθητών. Κατά τη διάρκεια της υλοποίησης ο εκπαιδευτικός ελέγχει και παρακολουθεί την πορεία κάθε μαθητή και ομάδας, παρέχει διευκρινίσεις και τεχνική ή γνωστική βοήθεια, όπου είναι απαραίτητο, στέκεται διαμορφωτικά και παρέχει ανατροφοδότηση στις ενέργειες των μαθητών, συντονίζει τις συζητήσεις και την παράθεση επιχειρημάτων μεταξύ των μαθητών.
Αρχικά στην πρώτη δραστηριότητα γίνεται μια σύντομη συζήτηση για αισθητήρες που υπάρχουν στο τεχνολογικό μας περιβάλλον και πως αυτοί ελέγχουν διάφορα μηχανήματα. Κατόπιν γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση της λειτουργίας των αισθητήρων απόστασης και κλίσης. Εξηγείται πως αυτοί ανιχνεύουν αλλαγές στην απόσταση και κλίση, οι δυνατές τιμές που έχουν ως έξοδο και πως αυτές τροφοδοτούν αντίστοιχα μεταβλητές στο Scratch μέσω των εντολών (5 min)
Στην δεύτερη δραστηριότητα παρουσιάζεται τμήμα κώδικα που οδηγεί τη γάτα να μετακινείται προς τα δεξιά όσο η κλίση του αισθητήρα είναι προς τα δεξιά. Οι μαθητές καλούνται να εκτελέσουν των κώδικα και να πειραματιστούν. Αφού συνειδητοποιήσουν τη σχέση της τιμής του αισθητήρα με το αποτέλεσμα στην οθόνη, καλούνται να κατασκευάσουν τα υπόλοιπα τμήματα του κώδικα που θα οδηγούν τη γάτα και προς τις άλλες κατευθύνσεις ανάλογα με τις τιμές που παίρνει ο αισθητήρας κλίσης. (10 min)
Στην επόμενη δραστηριότητα παρουσιάζεται ο αισθητήρας απόστασης και συνδέεται με μια δομή επιλογής που ελέγχει το μέγεθος ενός αντικειμένου ανάλογα με την απόσταση του αισθητήρα από ένα αντικείμενο. Δίνεται η εντολή που συνδέει την μεταβολή της απόστασης με την αλλαγή στο μέγεθος και οι μαθητές καλούνται να την ενσωματώσουν σε μια δομή επιλογής ώστε να εμφανίζεται ανάλογο μήνυμα (10 Min)
Στην τελευταία δραστηριότητα οι μαθητές θα κατασκευάσουν έναν ελεγκτή παιχνιδιού με τη βοήθεια του αισθητήρα κλίσης έτσι ώστε να μπορούν να ελέγχουν την κίνηση μιας φιγούρας μέσα σε έναν λαβύρινθο. Με τη βοήθεια του αισθητήρα κλίσης θα μπορούν να κάνουν την φιγούρα να κινείται πάνω, κάτω, δεξιά και αριστερά. Όταν η φιγούρα αγγίξει τα τοιχώματα του λαβύρινθου θα πηγαίνει πίσω στο σημείο εκκίνησης. Το παιχνίδι αυτό έχει υλοποιηθεί και στο παρελθόν χωρίς τη χρήση αισθητήρων άρα οι μαθητές έχουν τις απαραίτητες σχετικές γνώσεις. Οι μαθητές αφήνονται να πειραματιστούν. Στη δραστηριότητα αυτή οι ομάδες των μαθητών δρουν περισσότερο αυτόνομα και για το λόγο αυτό ο καθηγητής επιβλέπει συνεχώς την εξέλιξη της διαδικασίας και επεμβαίνει καθοδηγώντας τους μαθητές όπου χρειάζεται. Η υποστήριξη του καθηγητή ωστόσο (scaffolding) γίνεται με τρόπο ώστε να μην εμποδίζονται οι πειραματικές, διερευνητικές και ανακαλυπτικές προσεγγίσεις των μαθητών στην επίλυση του προβλήματος. Ακολουθεί συζήτηση στην ολομέλεια ώστε να καταλήξουμε στο συγκεκριμένο σετ εντολών που θα χρησιμοποιήσουμε στην υλοποίηση (20 min).
Με το πέρας κάθε δραστηριότητας οι μαθητές αποθηκεύουν στο φάκελό τους.
Με την ολοκλήρωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας ο μαθητής θα πρέπει να έχει κατανοήσει την αναγκαιότητα και λειτουργία των αισθητήρων Lego-WeDo και να μπορεί να τους εφαρμόζει αποτελεσματικά στην επίλυση προβλημάτων που τροφοδοτούνται με εισόδους από το περιβάλλον.
Χρήση H/Y και γενικά ψηφιακών μέσων για το διδακτικό σενάριο
Η εφαρμογή του διδακτικού σεναρίου θα γίνει στο εργαστήριο πληροφορικής του σχολείου που υπάρχει ο απαιτούμενος αριθμός υπολογιστών. Στους σταθμούς εργασίας θα είναι εγκατεστημένο το προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch 1.4 και θα είναι διαθέσιμοι για κάθε υπολογιστή οι αισθητήρες απόστασης και κλίσης από το πακέτο Lego-WeDo. Επιλέχθηκε το Scratch ως προγραμματιστικό εργαλείο διότι επιτρέπει στους μαθητές να εντρυφήσουν στον προγραμματισμό χρησιμοποιώντας παραδείγματα που είναι κοντά στα ενδιαφέροντά τους. Επίσης επειδή πρόκειται για ένα εύκολο γραφικό περιβάλλον προγραμματισμού που παρέχει άμεση οπτική ανατροφοδότηση και εξαλείφει τα συντακτικά λάθη. Επιλέχθηκε το πακέτο Lego-WeDO διότι αποτελεί μια αξιόπιστη και εύκολη προσέγγιση στον προγραμματισμό και τη ρομποτική.
Ενδείκνυται η χρήση ενός βιντεοπροβολέα ή εναλλακτικά ενός λογισμικού παρακολούθησης των σταθμών εργασίας ώστε να παρουσιάζονται οι υποδείξεις του διδάσκοντα αλλά και να επιδεικνύονται οι δημιουργίες των μαθητών στην ολομέλεια της τάξης.
Αναπαραστάσεις των μαθητών/πρόβλεψη δυσκολιών στο διδακτικό σενάριο
Αρχικά ο εκπαιδευτικός οφείλει να λάβει υπόψη του τις πρότερες «γνώσεις» (ιδέες, αντιλήψεις, αναπαραστάσεις) των μαθητών που αποτελούν γνωστικά εμπόδια στην οικοδόμηση νέων γνώσεων. Βασικός στόχος της διδασκαλίας είναι η υπέρβαση αυτών των εμποδίων .
Η γνωστική σύνδεση με τους αισθητήρες που υπάρχουν σε διάφορα συστήματα αυτόματου ελέγχου είναι απαραίτητη. Οι μαθητές έχουν κάποιο εμπειρικό υπόβαθρο στη λειτουργία των αισθητήρων. Δεν έχουν την πρότερη εμπειρία στον προγραμματισμό που στηρίζεται σε τιμές που συλλέγουν οι αισθητήρες. Η χρήση του πακέτου Lego-WeDο ενδείκνυται για μια εισαγωγική προσέγγιση στη διδασκαλία των αισθητήρων και της ρομποτικής σε μικρούς αλλά και μεγαλύτερους μαθητές. Οι εγγενείς δυσκολίες στην εκμάθηση της λειτουργίας των αισθητήρων αντιμετωπίζονται σταδιακά με αυξανόμενης δυσκολίας δραστηριότητες που υλοποιούνται αφού έχουν αποσαφηνιστεί πρότερες παρανοήσεις. Επίσης οικοδομείται ευκολότερα με το διερευνητικό τρόπο μάθησης και τον οτπτικοποιημένο προγραμματισμό