Αξιολόγηση της υπολογιστικής σκέψης στις Α΄ και Β΄ τάξεις δημοτικού στα πλαίσια της διδασκαλίας των φυσικών επιστημών μέσω τη δημιουργίας ψηφιακών παιχνιδιών

Abstract

In this dissertation, we present an innovative tool for assessing basic computational thinking skills. The tool is developmentally appropriate for students in the first and second grades of primary school. The main pillar of the tool is the computational environment PhysGramming (an acronym derived from Physical Science Programming), which allows young users to create their own digital games. Our research focused on three key points: 1. Checking the reliability and validity of the results obtained from the implementation of the proposed evaluation tool. 2. Applying the assessment tool in the classroom, in order to highlight the levels of basic computational thinking skills of primary school students. 3. Checking the correlation of the levels of structural computational thinking skills, with the understanding of the Environmental Studies course’s content. In other words, the goal was to test whether there is a correlation between the learning performances in scientific fields, with the levels of basic computational thinking skills. As far as the implementation of the research process is concerned, all its stages took place in a clearly defined and robust ethical framework. The research involved 435 primary school students in Heraklion, Crete, within the context of the Environmental Studies course. Regarding the necessity of our research, it emerges from the review of the international literature, which highlights the lack of assessment tools for computational thinking, especially in preschool and early school age. The originality of our research concerns the construction of an assessment tool, the "heart" of which is PhysGramming, which meets the needs of modern students, who, as digital natives, are not content with the passive use of digital technology, but enjoy its construction. Furthermore, as far as we know, it has not been tested yet whether there is a correlation between the levels of basic computational thinking skills of primary school students, with the content understanding of the Environmental Studies course. An important innovation is the assessment of the levels of basic computational thinking skills, regardless of educational activities aimed at strengthening it. We believe that our research proposal will contribute to the development of the scientific field related to the cultivation of computational thinking, given that the existence of valid and reliable assessment tools allows: (a) the assessment of computational thinking levels, with the purpose of designing targeted learning interventions for its development and (b) the evaluation of the effectiveness of these interventions, in terms of achieving the learning objectives they set.

Στη διατριβή αυτή, παρουσιάζουμε ένα καινοτόμο εργαλείο αξιολόγησης βασικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης, το οποίο είναι αναπτυξιακά κατάλληλο για μαθητές της Α΄ και Β΄ τάξης του Δημοτικού. Ο βασικός πυλώνας του είναι το υπολογιστικό περιβάλλον PhysGramming (ακρωνύμιο του Physical Science Programming), που παρέχει στους χρήστες τη δυνατότητα να δημιουργήσουν τα δικά τους ψηφιακά παιχνίδια (στο κείμενο χρησιμοποιείται το αρσενικό γραμματικό γένος για λόγους συντομίας). Η έρευνά μας επικεντρώθηκε σε τρία βασικά σημεία: 1.Στον έλεγχο της αξιοπιστίας και της εγκυρότητας των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή του προτεινόμενου εργαλείου αξιολόγησης. 2. Στην εφαρμογή του εργαλείου αξιολόγησης στη σχολική τάξη, με σκοπό την ανάδειξη των επιπέδων βασικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης μαθητών πρώτης σχολικής ηλικίας. 3. Στον έλεγχο της συσχέτισης των επιπέδων δομικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης με την κατανόηση του περιεχόμενου του μαθήματος της Μελέτης του Περιβάλλοντος. Με άλλα λόγια, ο στόχος ήταν να ελέγξουμε εάν υπάρχει συσχέτιση των υψηλών μαθησιακών επιδόσεων σε επιστημονικά πεδία, με τα υψηλά επίπεδα βασικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης. Όσον αφορά στην υλοποίηση της ερευνητικής διαδικασίας, όλα τα στάδιά της πραγματοποιήθηκαν σε σαφώς καθορισμένο και ισχυρό πλαίσιο δεοντολογίας. Στην έρευνα συμμετείχαν 435 μαθητές Δημοτικών σχολείων στο Ηράκλειο της Κρήτης, στα πλαίσια του μαθήματος της Μελέτης του Περιβάλλοντος. Σχετικά με την αναγκαιότητα της έρευνάς μας, αυτή προκύπτει από την επισκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας, όπου αναδεικνύεται η έλλειψη εργαλείων αξιολόγησης της υπολογιστικής σκέψης, ιδιαίτερα στην προσχολική και πρώτη σχολική ηλικία. Η πρωτοτυπία της έρευνάς μας αφορά στην κατασκευή εργαλείου αξιολόγησης, του οποίου η «καρδιά» είναι το PhysGramming, που ικανοποιεί τις ανάγκες των σύγχρονων μαθητών, που ως ψηφιακοί αυτόχθονες δεν αρκούνται στην παθητική χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας, αλλά αρέσκονται στην κατασκευή προϊόντων της. Επιπλέον, απ’ όσο γνωρίζουμε, δεν έχει ελεγχθεί αν υπάρχει συσχέτιση των μαθησιακών επιδόσεων σε επιστημονικά πεδία, με τα επίπεδα βασικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης. Σημαντική καινοτομία συνιστά και η αξιολόγηση των επιπέδων βασικών δεξιοτήτων της υπολογιστικής σκέψης, ανεξάρτητα από εκπαιδευτικές δραστηριότητες που αποσκοπούν στην ενδυνάμωσή της. Θεωρούμε ότι η ερευνητική μας πρόταση θα συνεισφέρει στην εξέλιξη του επιστημονικού πεδίου που αφορά στην καλλιέργεια της υπολογιστικής σκέψης, εφόσον η ύπαρξη έγκυρων και αξιόπιστων εργαλείων αξιολόγησης επιτρέπει: (α) την αξιολόγηση των επιπέδων της υπολογιστικής σκέψης, ώστε να σχεδιαστούν στοχευμένες διδακτικές παρεμβάσεις για την ανάπτυξή της και (β) την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των εν λόγω διδακτικών παρεμβάσεων, όσον αφορά στην επίτευξη των μαθησιακών στόχων που θέτουν.