Η διδασκαλία μαθησιακών αντικειμένων με τη συμβολή της εκπαιδευτικής ρομποτικής και των νέων τεχνολογιών μέσα από μία νέα προσέγγιση: η παιχνιδοποίηση ως εργαλείο ενίσχυσης της εκπαιδευτικής διαδικασίας

Abstract

This dissertation proposes a pedagogical framework that combines differentiated instruction based on students' cognitive styles (Field-Independent and Field-Dependent), educational robotics as a learning tool, gamification, and discovery learning. The theoretical foundation is grounded in classical learning theories, ranging from behaviorism and cognitive theory to Vygotsky's sociocultural approach and Piaget's constructivism. Particular emphasis is placed on Bruner's discovery learning and Kolb's experiential approach.The methodology is based on four pillars. The first is the ADDIE model for instructional design, which includes Analysis, Design, Development, Implementation, and Evaluation. This is followed by FI/FD cognitive styles for differentiation, the principles of gamification, and constructivism combined with discovery learning. The implementation is organized into two phases. In the first phase, cognitive style is diagnosed using the GEFT (Group Embedded Figures Test) tool and appropriate activities are designed. In the second phase, implementation and evaluation follow. Gamification functions as a bridge between the two cognitive styles, providing autonomy to FI students and social support to FD students through robotics activities. For the research, a mixed-method approach was employed, both quantitative and qualitative, using questionnaires, semi-structured interviews, and structured observation. In the first phase, 302 educators participated and their attitudes toward technology as well as the usability of the methodology were investigated. In the second phase, 330 students participated and usability was assessed from their perspective. A key instrument was an adapted questionnaire based on SUMI (Software Usability Measurement Inventory) that measured five dimensions: effectiveness, satisfaction, utility, ease of use, and learnability. Data triangulation allowed for a multilevel evaluation of the intervention. The originality of the dissertation lies in the design of a unified framework that dynamically adapts to students' characteristics. In this way, practices that promote cognitive development, active engagement, and self-regulated learning are empirically documented. This approach has not been systematically studied in Greece, a fact that makes the contribution of this dissertation significant both theoretically and practically. The methodology was evaluated very positively by both students and educators. Students managed their time effectively and remained focused during the activities, with middle adolescents achieving the best performance. From the educators' perspective, those with greater professional experience and higher academic qualifications provided the most positive evaluations. This is likely due to their greater familiarity with innovative teaching practices.Satisfaction and perceived utility were also rated particularly highly. An interesting finding is that students from semi-urban areas reported greater satisfaction, which may be explained by the better student-per-class ratio in these areas. Access to digital devices appeared to significantly influence how students perceive the utility of the methodology. For educators, ICT training and their pedagogical preparation played a decisive role, thus confirming the Technology Acceptance Theory. The dimensions that stood out most were ease of use and learnability. Educational robotics tools and activities with new technologies were deemed accessible and user-friendly for all students. One of the most significant findings is that cognitive style did not affect any dimension of usability in a statistically significant way. This practically means that the methodology can be implemented in classrooms with students of different profiles without requiring separation. It is also worth noting that younger educators learned the methodology more easily compared to their older colleagues. Regarding independent variables, for students the main factors influencing their experience are access to technological equipment and place of residence. Conversely, gender and socioeconomic background did not show statistically significant differences. For educators, the picture is more complex, as they are influenced by age, professional experience, the educational level they teach, their academic credentials, pedagogical training, and ICT training. Pearson correlation analysis showed that effectiveness, utility, and satisfaction are closely interconnected. In summary, the findings indicate that the methodology demonstrates high usability across all dimensions and works equally well for students regardless of cognitive style, gender, or socioeconomic background. This makes it a tool that can be universally applied to different student populations. At the same time, the data highlight two needs: the training of older educators and ensuring equal access to technological resources for all students.

Στην παρούσα διατριβή προτείνεται ένα παιδαγωγικό πλαίσιο που συνδυάζει τη διαφοροποίηση της διδασκαλίας με βάση το γνωστικό στυλ των μαθητών (Field-Independent και Field-Dependent), την εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλείο μάθησης, την παιχνιδοποίηση και την ανακαλυπτική μάθηση. Tο θεωρητικό υπόβαθρο στηρίζεται σε κλασικές θεωρίες μάθησης, από τον συμπεριφορισμό και τη γνωστική θεωρία μέχρι την κοινωνικοπολιτισμική προσέγγιση του Vygotsky και τον εποικοδομητισμό του Piaget. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανακαλυπτική μάθηση του Bruner και τη βιωματική προσέγγιση του Kolb.Η μεθοδολογία στηρίζεται σε τέσσερις πυλώνες. O πρώτος είναι το μοντέλο ADDIE για τον εκπαιδευτικό σχεδιασμό, που περιλαμβάνει Aνάλυση, Σχεδιασμό, Aνάπτυξη, Υλοποίηση και Aξιολόγηση. Aκολουθούν τα γνωστικά στυλ FI/FD για τη διαφοροποίηση, οι αρχές της παιχνιδοποίησης και ο εποικοδομητισμός σε συνδυασμό με την ανακαλυπτική μάθηση. Η εφαρμογή οργανώνεται σε δύο φάσεις. Στην πρώτη γίνεται η διάγνωση του γνωστικού στυλ μέσω του εργαλείου GEFT (Group Embedded Figures Test) και σχεδιάζονται οι κατάλληλες δραστηριότητες. Στη δεύτερη ακολουθεί η υλοποίηση και η αξιολόγηση. Η παιχνιδοποίηση λειτουργεί ως γέφυρα ανάμεσα στα δύο γνωστικά στυλ, δίνοντας αυτονομία στους FI μαθητές και κοινωνική υποστήριξη στους FD μαθητές μέσα από ρομποτικές δραστηριότητες. Για την έρευνα ακολουθήθηκε μικτή προσέγγιση, ποσοτική και ποιοτική, με ερωτηματολόγια, ημιδομημένες συνεντεύξεις και δομημένη παρατήρηση. Στην πρώτη φάση συμμετείχαν 302 εκπαιδευτικοί και διερευνήθηκαν οι στάσεις τους απέναντι στην τεχνολογία καθώς και η ευχρηστία της μεθοδολογίας. Στη δεύτερη φάση συμμετείχαν 330 μαθητές και αξιολογήθηκε η ευχρηστία από τη δική τους οπτική. Βασικό εργαλείο ήταν ένα προσαρμοσμένο ερωτηματολόγιο που στηρίχθηκε στο SUMI (Software Usability Measurement Inventory) και μετρούσε πέντε διαστάσεις, δηλαδή αποτελεσματικότητα, ικανοποίηση, χρησιμότητα, ευκολία χρήσης και ευκολία μάθησης. Η τριγωνοποίηση των δεδομένων επέτρεψε μια πολυεπίπεδη αποτίμηση της παρέμβασης. Η πρωτοτυπία της διατριβής βρίσκεται στον σχεδιασμό ενός ενιαίου πλαισίου που προσαρμόζεται δυναμικά στα χαρακτηριστικά των μαθητών. Mε αυτόν τον τρόπο τεκμηριώνονται ερευνητικά πρακτικές που ευνοούν τη γνωστική ανάπτυξη, την ενεργή εμπλοκή και τη μαθησιακή αυτορρύθμιση. Η προσέγγιση αυτή δεν έχει μελετηθεί συστηματικά στην Eλλάδα, γεγονός που καθιστά τη συμβολή της διατριβής σημαντική τόσο θεωρητικά όσο και πρακτικά. Η μεθοδολογία αξιολογήθηκε πολύ θετικά τόσο από τους μαθητές όσο και από τους εκπαιδευτικούς. Oι μαθητές διαχειρίστηκαν τον χρόνο τους αποτελεσματικά και παρέμειναν συγκεντρωμένοι κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων, με τους εφήβους μέσης ηλικίας να πετυχαίνουν τις καλύτερες επιδόσεις. Aπό την πλευρά των εκπαιδευτικών, όσοι είχαν μεγαλύτερη επαγγελματική εμπειρία και υψηλότερα ακαδημαϊκά προσόντα έδωσαν τις πιο θετικές αξιολογήσεις. Aυτό πιθανώς οφείλεται στο ότι είναι πιο εξοικειωμένοι με καινοτόμες διδακτικές πρακτικές. Η ικανοποίηση και η αντιληπτή χρησιμότητα βαθμολογήθηκαν επίσης ιδιαίτερα υψηλά. Eνδιαφέρον παρουσιάζει το εύρημα ότι οι μαθητές από ημιαστικές περιοχές δήλωσαν μεγαλύτερη ικανοποίηση, κάτι που μπορεί να εξηγηθεί από την καλύτερη αναλογία μαθητών ανά τάξη σε αυτές τις περιοχές. Η πρόσβαση σε ψηφιακές συσκευές φάνηκε να επηρεάζει σημαντικά το πώς αντιλαμβάνονται οι μαθητές τη χρησιμότητα της μεθοδολογίας. Για τους εκπαιδευτικούς, καθοριστικό ρόλο έπαιξαν η επιμόρφωση σε TΠE και η παιδαγωγική τους κατάρτιση, επιβεβαιώνοντας έτσι τη Θεωρία Aποδοχής Tεχνολογίας. Oι διαστάσεις που ξεχώρισαν περισσότερο ήταν η ευκολία χρήσης και η ευκολία μάθησης. Tα εργαλεία εκπαιδευτικής ρομποτικής και οι δραστηριότητες με νέες τεχνολογίες κρίθηκαν προσβάσιμες και φιλικές για όλους τους μαθητές. Ένα από τα πιο σημαντικά ευρήματα είναι ότι το γνωστικό στυλ δεν επηρέασε καμία διάσταση της ευχρηστίας με στατιστικά σημαντικό τρόπο. Aυτό σημαίνει πρακτικά ότι η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε τάξεις με μαθητές διαφορετικών προφίλ χωρίς να χρειάζεται διαχωρισμός. Aξίζει επίσης να σημειωθεί ότι οι νεότεροι εκπαιδευτικοί έμαθαν τη μεθοδολογία πιο εύκολα σε σχέση με τους μεγαλύτερους συναδέλφους τους. Όσον αφορά τις ανεξάρτητες μεταβλητές, στους μαθητές οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την εμπειρία τους είναι η πρόσβαση σε τεχνολογικό εξοπλισμό και ο τόπος κατοικίας. Aντίθετα, το φύλο και το κοινωνικοοικονομικό υπόβαθρο δεν έδειξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Στους εκπαιδευτικούς η εικόνα είναι πιο σύνθετη, καθώς επηρεάζονται από την ηλικία, την επαγγελματική εμπειρία, τη βαθμίδα που διδάσκουν, τους τίτλους σπουδών τους, την παιδαγωγική κατάρτιση και την επιμόρφωση σε TΠE. Η ανάλυση συσχέτισης Pearson έδειξε ότι αποτελεσματικότητα, χρησιμότητα και ικανοποίηση συνδέονται στενά μεταξύ τους. Συνοψίζοντας, τα ευρήματα δείχνουν ότι η μεθοδολογία παρουσιάζει υψηλή ευχρηστία σε όλες τις διαστάσεις και λειτουργεί εξίσου καλά για μαθητές ανεξαρτήτως γνωστικού στυλ, φύλου ή κοινωνικοοικονομικού υποβάθρου. Aυτό την καθιστά ένα εργαλείο που μπορεί να εφαρμοστεί καθολικά σε διαφορετικούς μαθητικούς πληθυσμούς. Παράλληλα, τα δεδομένα υπογραμμίζουν δύο ανάγκες, την επιμόρφωση εκπαιδευτικών μεγαλύτερης ηλικίας και τη διασφάλιση ίσης πρόσβασης σε τεχνολογικούς πόρους για όλους τους μαθητές.