Η διδασκαλία του αλγοριθμικού προγραμματισμού στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση με χρήση ήχου

Abstract

It is considered hard to teach programming in secondary education while achieving the aims of curriculum (several studies are presented in this research). However, when teaching is supported by suitable methodologies, learning can be ameliorated. Under this premise, the first part, chapter 1, which is the introductory chapter, describes the role and purpose of algorithmic programming in Secondary Education, as well as the research questions, the purpose and the structure of the dissertation. Chapter 2 includes a concise retrospection of the current situation of teaching tools. This thesis discusses different teaching approaches to programming in secondary (high-school) education and examines the potential benefit of sound-alerts as a complementary teaching tool in Chapters 3, 4 and 5. It is based on a methodology of participatory observation, experimentation, quantitative, qualitative analysis and evaluation.Furthermore a description, analysis, evaluation of proposed teaching scenarios and the students' conclusions in chapter 6, take place. Such alerts were created by pairing different sound stimuli to specific programming actions and operations, such as the successful assignment of the correct data type to a variable. Both the selection of the sound stimuli, as well as the potential impact of the use of sound alerts on programming where evaluated through subjective studies. Results showed that participants preferred synthesized to natural (pre-recorded) stimuli for all types of alerts. It was also revealed that users prefer sound-alerts associated to pending actions, errors, successful code execution, conditional statements and looping over alerts highlighting the step-by-step execution of the code. The test results showed that students understand both the meaning and the use of code commands more clearly when they use a sound-enriched programming environment instead of a conventional one.The thesis concludes with the presentation of the potential future evolution and exploitation of the proposed model in the Next Generation programming environmentsin Chapter 7, as well as with the evaluation of the more important results of the approach. These results are the motive for the creation of an audio and voice messages data base and a new comprehensive educational tool using sound, which will be a new teachers’ aid to be able to teach algorithmic programming more effectively to their students, enhance classroom interaction and serve to further research into the benefits of sound and psychoacoustic perception in adolescents.

Στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, ενώ επιτυγχάνουμε τους στόχους του προγράμματος σπουδών, θεωρείται δύσκολο να διδάξουμε τον προγραμματισμό (αρκετές μελέτες παρουσιάζονται σ’ αυτήν την έρευνα). Ωστόσο, όταν η διδασκαλία υποστηρίζεται από κατάλληλες μεθοδολογίες, η μαθησιακή διαδικασία μπορεί να βελτιωθεί. Στο πλαίσιο αυτό, σε πρώτη φάση, στο Κεφάλαιο 1, που αποτελεί το εισαγωγικό κεφάλαιο,περιγράφεται ο ρόλος και ο σκοπός του αλγοριθμικού προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, καθώς και τα ερευνητικά ερωτήματα, ο σκοπός και η διάρθρωση της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μία συνοπτική αναδρομή στη σημερινή κατάσταση των εκπαιδευτικών εργαλείων. Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τις διαφορετικές προσεγγίσεις διδασκαλίας του προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση και εξετάζει στα Κεφάλαια 3, 4 και 5 το πιθανό όφελος των ηχητικών σημάτων ως συμπληρωματικό εργαλείο διδασκαλίας. Βασίζεται σε μεθοδολογία συμμετοχικής παρατήρησης, πειραματισμού, ποσοτικής, ποιοτικής ανάλυσης και αξιολόγησης.Επιπλέον, παρουσιάζονται η περιγραφή, η ανάλυση, η αξιολόγηση των προτεινόμενων διδακτικών σεναρίων και στο Κεφάλαιο 6 τα συμπεράσματα των μαθητών. Δημιουργήθηκαν ηχητικές ειδοποιήσεις με αντιστοίχιση διαφορετικών ερεθισμάτων ήχου σε συγκεκριμένες ενέργειες και λειτουργίες προγραμματισμού, όπως η επιτυχής ανάθεση του σωστού τύπου δεδομένων σε μια μεταβλητή. Τόσο η επιλογή των ηχητικών ερεθισμάτων, όσο και η χρήση των ηχητικών σημάτων στον προγραμματισμό, αξιολογήθηκαν μέσω υποκειμενικών μελετών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι συμμετέχοντες προτιμούν τους τεχνητούς ήχους σε σχέση με τους φυσικούς (προ-καταγεγραμμένους) για όλους τους τύπους προειδοποιήσεων. Διαπιστώθηκε, επίσης, ότι οι χρήστες προτιμούν τις προειδοποιήσεις ήχου που σχετίζονται με ενέργειες που πρόκειται να γίνουν, τα σφάλματα, την επιτυχή εκτέλεση κώδικα, έλεγχο συνθηκών και τις επαναληπτικές διαδικασίες, σηματοδοτώντας την εκτέλεση βήμα προς βήμα του κώδικα. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι οι μαθητές κατανοούν καλύτερα τις έννοιες και τη χρήση εντολών κώδικα όταν χρησιμοποιούν ένα περιβάλλον προγραμματισμού εμπλουτισμένο με ήχο, από ένα συμβατικό περιβάλλον.Η διατριβή ολοκληρώνεται με την παρουσίαση της πιθανής μελλοντικής εξέλιξης και αξιοποίησης του προτεινόμενου μοντέλου στα μελλοντικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα διδασκαλίας στο Κεφάλαιο 7, καθώς και με την αξιολόγηση των σημαντικότερων αποτελεσμάτων της προσέγγισης. Αυτά τα αποτελέσματα είναι το κίνητρο για τη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων ηχητικών και φωνητικών μηνυμάτων και ενός νέου ολοκληρωμένου εκπαιδευτικού εργαλείου που χρησιμοποιεί τον ήχο, που θα αποτελέσει ένα νέο βοήθημα για τους εκπαιδευτικούς ώστε να μπορέσουν να διδάξουν αποτελεσματικότερα τον αλγοριθμικό προγραμματισμό στους μαθητές τους, να ενισχύσουν-βελτιώσουν τη διάδραση στην τάξη και να χρησιμεύσει στην περαιτέρω έρευνα για τα οφέλη του ήχου και την ψυχοακουστική αντίληψη των εφήβων.