Επαυξάνοντας την συνεργασία: ο ρόλος της Απτής Φορητής Επαυξημένης Πραγματικότητας σε μαθησιακές δραστηριότητες συνεργασίας για την ανάπτυξη υπολογιστικής σκέψης

Abstract

This dissertation investigates the design, development, and pedagogical integration of Tangible Mobile Augmented Reality (TMAR) environments to support collaborative learning and foster Computational Thinking (CT) skills in primary education. Within this context, a collaborative TMAR learning environment was designed and developed, combining mobile devices and tangible objects in a game-based problem-solving activity. The research followed a Design-Based Research (DBR) methodology, implementing iterative cycles of design, deployment, and refinement in authentic school settings. The first research phase examined whether and how AR interfaces support the development of CT skills, providing initial evidence regarding the role of TMAR features in problem-solving processes. Subsequently, a participatory instructional strategy was explored, where students created their own challenges (student-generated challenges), investigating its impact on engagement, creativity, and collaboration. The next phase focused on ergonomics and physical-digital configurations (device-sharing arrangements, viewing angle, interaction with tangible objects), identifying critical factors affecting usability and learning experience quality. Finally, the study examined the social and collaborative dimensions of TMAR learning, emphasizing collaboration patterns, emergent and scripted roles, and mechanisms of group interdependence.Findings indicate that TMAR can significantly enhance student engagement, CT skill development, the visualization of abstract concepts, and effective collaboration when supported by appropriate pedagogical design. The allocation of roles within groups emerged as a key mechanism fostering interdependence, equitable participation, and collective decision-making. However, the suitability of scripted versus emergent roles depends on learner characteristics and task context. The research also highlighted technological and ergonomic considerations, as well as the importance of gradually introducing CT concepts. Grounded in these insights, the dissertation proposes a set of design guidelines for the practical implementation of TMAR learning activities, emphasizing support for collaboration, adaptive role management, cognitive load reduction, and the progressive development of CT skills. The work contributes both theoretically—by offering a structured framework for understanding collaborative learning in TMAR environments—and practically, by guiding educators and designers in creating immersive, inclusive, and effective learning experiences.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τον σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την παιδαγωγική αξιοποίηση περιβαλλόντων Απτής Φορητής Επαυξημένης Πραγματικότητας (Tangible Mobile Augmented Reality – ΑΦΕΠ) για την ενίσχυση της συνεργατικής μάθησης και την ανάπτυξη δεξιοτήτων Υπολογιστικής Σκέψης (ΥΣ) στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. Στο πλαίσιο αυτό, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα συνεργατικό μαθησιακό περιβάλλον ΑΦΕΠ που συνδυάζει φορητές συσκευές και απτά αντικείμενα σε παιχνιδοκεντρική δραστηριότητα επίλυσης προβλημάτων. Η έρευνα ακολούθησε τη μεθοδολογία Design-Based Research, υλοποιώντας διαδοχικούς κύκλους σχεδιασμού, εφαρμογής και ανατροφοδότησης σε αυθεντικά σχολικά περιβάλλοντα. Το πρώτο ερευνητικό σκέλος εξέτασε εάν και πώς η χρήση απτών διεπαφών επαυξημένης πραγματικότητας υποστηρίζει την ανάπτυξη ΥΣ, παρέχοντας αρχικές ενδείξεις για τον τρόπο με τον οποίο τα χαρακτηριστικά της ΑΦΕΠ εμπλέκονται στη διαδικασία επίλυσης προβλημάτων. Στη συνέχεια, μελετήθηκε μια συμμετοχική στρατηγική διδασκαλίας, στην οποία οι μαθητές δημιουργούν οι ίδιοι προκλήσεις (student-generated challenges), διερευνώντας την επίδρασή της στην εμπλοκή, τη δημιουργικότητα και τη συνεργασία. Το επόμενο σκέλος εστίασε στην εργονομία και τις υλικο-ψηφιακές διατάξεις (διαμοιρασμός συσκευών, γωνία θέασης, διάδραση με απτά αντικείμενα), αναδεικνύοντας κρίσιμους παράγοντες που επηρεάζουν την ευχρηστία και την ποιότητα της μαθησιακής εμπειρίας. Τέλος, διερευνήθηκαν οι κοινωνικές και συνεργατικές διαστάσεις της ΑΦΕΠ μάθησης, με έμφαση σε πρότυπα συνεργασίας, αναδυόμενους και προκαθορισμένους ρόλους και μηχανισμούς ομαδικής αλληλεξάρτησης.Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ΑΦΕΠ μπορεί να ενισχύσει σημαντικά τη μαθητική εμπλοκή, την ανάπτυξη δεξιοτήτων ΥΣ, την ορατοποίηση αφηρημένων εννοιών και την ποιοτική συνεργασία, όταν συνοδεύεται από κατάλληλο παιδαγωγικό σχεδιασμό. Διαπιστώθηκε ότι η κατανομή ρόλων εντός της ομάδας λειτουργεί ως κρίσιμος μηχανισμός για την προώθηση της αλληλεξάρτησης, της ισότιμης συμμετοχής και της συλλογικής λήψης αποφάσεων. Ωστόσο, η καταλληλότητα προκαθορισμένων ή αναδυόμενων ρόλων εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά των μαθητών και τη φύση της δραστηριότητας. Επιπλέον, η έρευνα ανέδειξε τεχνολογικά και εργονομικά ζητήματα, καθώς και τη σημασία της σταδιακής εισαγωγής εννοιών ΥΣ. Με βάση τα ευρήματα, προτείνεται ένα σύνολο κατευθυντήριων αρχών για τον σχεδιασμό και την πρακτική εφαρμογή ΑΦΕΠ δραστηριοτήτων, εστιάζοντας στην υποστήριξη της συνεργασίας, στην προσαρμογή ρόλων, στη μείωση του γνωστικού φόρτου και στη σταδιακή καλλιέργεια υπολογιστικής σκέψης. Η διατριβή συμβάλλει τόσο θεωρητικά, προσφέροντας ένα δομημένο πλαίσιο για την κατανόηση της συνεργατικής μάθησης σε περιβάλλοντα ΑΦΕΠ, όσο και πρακτικά, καθοδηγώντας εκπαιδευτικούς και σχεδιαστές στη δημιουργία εμβυθιστικών, συμπεριληπτικών και αποτελεσματικών μαθησιακών εμπειριών.