Σχεδιασμός και ανάπτυξη μαθησιακών εμπειριών επαυξημένης πραγματικότητας στη σχολική εκπαίδευση για την παιγνιώδη επικοινωνία και την κατανόηση θεμελιωδών εννοιών και φαινομένων φυσικής

Abstract

In a time when school is experiencing difficulties aligning with students' interests and new ways of obtaining information, there seems to arise a need to seek for new ways to engage students in the learning process, motivate school learning and ultimately, to provide meaningful knowledge. At the same time, technology is constantly coming up with new ways of communicating information and knowledge. In particular, mobile devices appear to possess several features that render them potentially capable of significantly expanding the context in which learning takes place. In addition, mobile learning is increasingly shifting towards Augmented Reality (AR) systems. Particularly when it comes to science teaching, a significant amount of relevant research has already highlighted major benefits. This dissertation concerns the design and development of digital learning applications that leverage Augmented Reality technology and utilize mobile devices to teach fundamental concepts of Physics. In essence, these applications represent three-dimensional digital learning environments designed for collaborative, exploratory learning in classroom settings whose integration into everyday physics teaching requires only inexpensive, locally available equipment. Furthermore, learning experiences have been organized and implemented in an effort to integrate the above AR learning environments into everyday school physics. Lastly, an empirical research was conducted, with the aim to investigate students’ attitude towards the proposed AR learning approach as well as the degree of students’ motivation and engagement in the learning process. The results of this research were particularly encouraging, as they provided proof that the introduced AR learning approach is well in line with contemporary students’ interests and modern means of receiving information. In this light, it appears that the AR learning approach presented introduces a new perspective on the process of building scientific physics knowledge, in classroom settings. Therefore, it may be further exploited to enhance students’ involvement in physics learning.

Σε μία εποχή που το σχολείο δυσκολεύεται όλο και περισσότερο να ευθυγραμμιστεί με τα ενδιαφέροντα των μαθητών και τους νέους τρόπους πρόσληψης πληροφοριών είναι φανερή η ανάγκη αναζήτησης διαδικασιών που θα είναι ικανές να εμπλέξουν τους μαθητές στη μαθησιακή διαδικασία, δίνοντας κίνητρα μάθησης και νοηματοδοτώντας τελικά την δόμηση νέας γνώσης. Από την άλλη μεριά, η τεχνολογία επινοεί συνεχώς νέους τρόπους επικοινωνίας της πληροφορίας και της γνώσης. Ειδικότερα, οι έξυπνες φορητές συσκευές διαθέτουν πλέον αρκετές ιδιότητες που τις καταστούν δυνητικά ικανές να επεκτείνουν σημαντικά τα πλαίσια μέσα στα οποία συντελείται η μάθηση. Σήμερα, η πρακτική που σχετίζεται με την μάθηση μέσω κινητών συσκευών (mobile learning) κινείται ολοένα και περισσότερο προς συστήματα Επαυξημένης Πραγματικότητας (Augmented Reality). Ειδικότερα σε σχέση με τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών, ένας σημαντικός αριθμός ερευνών έχουν ήδη αναδείξει σημαντικές αξίες που απορρέουν από την αξιοποίησή της. Η παρούσα διατριβή αφορά στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός αριθμού ψηφιακών μαθησιακών εφαρμογών οι οποίες αξιοποιούν την τεχνολογία Επαυξημένης Πραγματικότητας με χρήση έξυπνων κινητών συσκευών για να διδάξουν με παιγνιώδη τρόπο θεμελιώδεις έννοιες της Φυσικής. Οι εφαρμογές αυτές υλοποιούν ουσιαστικά τρισδιάστατα περιβάλλοντα κατάλληλα για συνεργατική, διερευνητική μάθηση μέσα στη σχολική τάξη. Επιπλέον, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, με βάση τα παραπάνω περιβάλλοντα ΕΠ σχεδιάστηκαν και οργανώθηκαν κατάλληλες μαθησιακές εμπειρίες οι οποίες ενσωματώθηκαν στη σχολική διδασκαλία της Φυσικής. Τέλος, επιχειρήθηκε μια εμπειρική έρευνα με στόχο να διερευνηθεί η στάση των μαθητών απέναντι στον προτεινόμενο τρόπο μάθησης και ο βαθμό εμπλοκής και κινητοποίησης τους στη μαθησιακή διαδικασία, αξιοποιώντας τις παραπάνω μαθησιακές εμπειρίες. Βασική προϋπόθεση κατά τον σχεδιασμό των μαθησιακών περιβαλλόντων Επαυξημένης Πραγματικότητας ήταν να είναι εφικτή η ενσωμάτωση τους στη σχολική διδασκαλία με χρήση φθηνού, τοπικά διαθέσιμου εξοπλισμού χωρίς να δαπανάται πολύτιμος διδακτικός χρόνος. Τα αποτελέσματα της έρευνας ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά, αφού έδειξαν ότι η παρούσα διδακτική προσέγγιση ευθυγραμμίζεται με τα ενδιαφέροντα και τους σύγχρονους τρόπους πρόσληψης πληροφοριών από τους μαθητές και μπορεί να αποτελέσει ισχυρό κίνητρο για την εμπλοκή τους στη μαθησιακή διαδικασία. Κάτω από αυτό το πρίσμα, διαφαίνεται ότι ο συγκεκριμένος τρόπος μάθησης εισάγει μια νέα προοπτική στη διαδικασία δόμησης της επιστημονικής γνώσης στο πλαίσιο της σχολικής εκπαίδευσης, για το μάθημα της Φυσικής.