Σχεδιασμός και αποτελεσματικότητα μαθησιακών περιβαλλόντων ενισχυμένων με την τεχνολογία για τη διδακτική της πληροφορικής : η προοπτική της τεχνολογικής παιδαγωγικής γνώσης περιεχομένου

Abstract

Η Πληροφορική είναι ένα σχετικά νέο γνωστικό αντικείμενο στον τομέα της εκπαίδευσης, το οποίο χαρακτηρίζεται κυρίως από το δασκαλοκεντρικό μοντέλο διδασκαλίας, που αγνοεί τις πλείστες φορές τις όποιες παρανοήσεις των μαθητών και τους τρόπους αποσταθεροποίησής τους μέσω της αξιοποίησης κατάλληλων διδακτικών προσεγγίσεων. Στο πεδίο Διδακτικής της Πληροφορικής, παρατηρείται η ανάγκη υιοθέτησης ενός μεθοδολογικού πλαισίου, που να καθοδηγεί πιο αποτελεσματικά τους εκπαιδευτικούς στη σχεδίαση της διδασκαλίας τους με ενσωμάτωση της εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί μια ερευνητική προσπάθεια αξιοποίησης της εκπαιδευτικής τεχνολογίας στη Διδακτική της Πληροφορικής. Στην παρούσα διατριβή, υιοθετήθηκαν το μετασχηματιστικό πλαίσιο της Τεχνολογικής Παιδαγωγικής Γνώσης Περιεχομένου (ΤΠΓΠ) και το μεθοδολογικό πλαίσιο της Τεχνολογικής Χαρτογράφησης, με σκοπό να μελετηθεί η αποτελεσματικότητά τους στη σχεδίαση θεμάτων του γνωστικού αντικειμένου της Πληροφορικής δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης τα οποία δημιουργούν παρανοήσεις στους μαθητές ή είναι δύσκολο να διδαχθούν. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε περιλάμβανε τρεις φάσεις: (α) επιμόρφωση καθηγητών Πληροφορικής στην ενσωμάτωση εκπαιδευτικής τεχνολογίας σε επιλεγμένες διδακτικές περιπτώσεις και εντοπισμός θεμάτων κατάλληλων για επανασχεδιασμό, (β) επιλογή θεμάτων από το αναλυτικό πρόγραμμα της Πληροφορικής Α΄ και Β΄ Γυμνασίου για επανασχεδιασμό με βάση την ΤΠΓΠ και την Τεχνολογική Χαρτογράφηση και (γ) σχεδιασμός και εφαρμογή των διδακτικών παρεμβάσεων. Στην πρώτη φάση της έρευνας, εντοπίστηκαν θέματα του αναλυτικού προγράμματος Πληροφορικής τα οποία δημιουργούν παρανοήσεις στους μαθητές ή που αντιμετωπίζουν δυσκολίες στη διδασκαλία τους. Ο εντοπισμός αυτών των θεμάτων έγινε με τη χρήση σχετικού ερωτηματολογίου, στο οποίο απάντησαν συνολικά 39 άτομα, δύο Επιθεωρητές Πληροφορικής και 37 καθηγητές Πληροφορικής δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης με διδακτική εμπειρία πέραν των 10 ετών. Επίσης, επιμορφώθηκαν 13 καθηγητές Πληροφορικής δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης στη σχεδίαση διδασκαλίας με ενσωμάτωση της εκπαιδευτικής τεχνολογίας. Στη δεύτερη φάση, έγινε επιλογή τριών θεμάτων και έγινε επανασχεδιασμός τους με την καθοδήγηση της ΤΠΓΠ και της Τεχνολογικής Χαρτογράφησης. Τα θέματα αυτά ήταν: (i) “Δεδομένα, Επεξεργασία και Πληροφορία”, (ii) “Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας” και (iii) “Ανάπτυξη Αλγοριθμικής Σκέψης”. Στην τρίτη φάση, έγιναν οι αντίστοιχες διδακτικές παρεμβάσεις. Το βασικό τεχνολογικό εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε για τη σχεδίαση των βασικών δραστηριοτήτων στις διδακτικές παρεμβάσεις Ι και ΙΙ ήταν το MS ExcelTM και για τη διδακτική παρέμβαση ΙΙΙ το λογισμικό Robomind. Όσο αφορά στους συμμετέχοντες στη διδακτική παρέμβαση Ι, ήταν μαθητές της Α΄ τάξης Γυμνασίου και στις διδακτικές παρεμβάσεις ΙΙ και ΙΙΙ μαθητές της Β΄ τάξης Γυμνασίου. Συμμετείχαν συνολικά 857 μαθητές και στις τρεις διδακτικές παρεμβάσεις, οι οποίοι ήταν χωρισμένοι σε δύο ομάδες, την Πειραματική Ομάδα (ΠΟ) η οποία διδάχθηκε με βάση τον επανασχεδιασμό που έγινε με την ΤΠΓΠ και την Τεχνολογική Χαρτογράφηση, και την Ομάδα Ελέγχου (ΟΕ) η οποία διδάχθηκε με την παραδοσιακή/δασκαλοκεντρική διδασκαλία. Οι μαθητές που συμμετείχαν στην Πειραματική Ομάδα ήταν 449 (52,40%) και στην Ομάδα Ελέγχου 408 (47,60%). Στην αρχή της κάθε παρέμβασης, οι μαθητές απάντησαν σε προ-πειραματικό δοκίμιο, για να ελεγχθούν οι αρχικές τους αντιλήψεις για το θέμα διδασκαλίας και στο τέλος χορηγήθηκε το ίδιο δοκίμιο ως μετά-πειραματικό για να ελεγχθεί ο βαθμός κατανόησης των διδακτικών εννοιών. Για να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας που επανασχεδιάστηκε με την καθοδήγηση της ΤΠΓΠ και της Τεχνολογικής Χαρτογράφησης, διενεργήθηκε ανάλυση t-tests εξαρτημένων δειγμάτων (paired samples) και ανάλυση συνδιακύμανσης ANCOVA. Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις διδακτικές παρεμβάσεις και το σεμινάριο επιμόρφωσης των καθηγητών Πληροφορικής, ο διδακτικός σχεδιασμός που έγινε με βάση την ΤΠΓΠ και την Τεχνολογική Χαρτογράφηση είχε καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα. Όσο αφορά τις επιδόσεις των αγοριών και κοριτσιών, δεν υπήρχαν στατιστικά σημαντικές διαφορές, γεγονός που επιβεβαιώνει τη διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος, μέσα από τα δεδομένα από το σεμινάριο επιμόρφωσης των καθηγητών Πληροφορικής διαφάνηκε ότι οι εκπαιδευτικοί δυσκολεύονται να εντοπίσουν τεχνολογικά εργαλεία με κατάλληλα παιδαγωγικά χαρακτηριστικά, τα οποία να μπορούν να συνδυαστούν με αντίστοιχες μαθητοκεντρικές μεθόδους διδασκαλίας. Για τον λόγο αυτό, σχεδιάστηκε και ήδη δημιουργήθηκε ένα απλό και ευέλικτο αυτοματοποιημένο ψηφιακό εργαλείο, το οποίο μπορεί να αξιοποιηθεί από τους καθηγητές Πληροφορικής για την ηλεκτρονική Τεχνολογική Χαρτογράφηση των τεχνολογικών εργαλείων. Ταυτόχρονα, νέες έρευνες είναι υπό εξέλιξη για την μελέτη της αποτελεσματικότητας του εργαλείου. Καταληκτικά, στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ΤΠΓΠ είναι ένα αποτελεσματικό πλαίσιο για την επανασχεδίαση μαθημάτων με ψηφιακές τεχνολογίες για το γνωστικό αντικείμενο της Πληροφορικής και ότι δεν εντοπίζονται πτυχές από την ειδική διδακτική της Πληροφορικής που η ΤΠΓΠ δεν μπορεί να καλύψει. Αναγνωρίζεται φυσικά ότι, το πεδίο της Πληροφορικής δίνει έμφαση σε γνωστικούς στόχους και όχι σε συναισθηματικούς στόχους ή σε στάσεις που ενδεχομένως άλλα γνωστικά αντικείμενα να θεωρούν σημαντικά. Για τον λόγο αυτό, οι έρευνες για την ΤΠΓΠ πρέπει να συνεχιστούν έχοντας ως αντικείμενο προς μελέτη την ενσωμάτωση της τεχνολογίας σε αντικείμενα όπως η τέχνη, η μουσική και το δράμα.

Computer Science is a relatively new school subject that is mainly associated with teacher-centered ways of learning. In this context, teacher-centered approaches largely ignore the interrelations among subject matter, pedagogy, and learners’ misconceptions or alternative conceptions, while at the same time calls for integrating educational technologies in computer science teaching are strongly stated in the literature. It is therefore imperative that the field of Computer Science adopts new methodological models for integrating effectively digital technologies in teaching and learning. In this study, the transformative framework of Technological Pedagogical Content Knowledge (TPCK) and the instructional design model of Technology Mapping were adopted in order to integrate educational technologies in selected Computer Science lessons. The methodology followed included three phases: (a) training of secondary education Computer Science teachers in the integration of educational technology in their teaching and identification of appropriate topics from the Computer Science curriculum, (b) selection of topics from grade 7th and 8th computer science curricula and lesson redesign, (c) administration of teaching interventions. During the first phase of the research, a questionnaire was administered to 39 individuals, namely, two secondary education Computer Science Inspectors and 37 Computer Science teachers with more than 10 years of teaching experience, in order to identify topics from the Computer Science curriculum considered as difficult to understand or teach. Also during the first phase, a teacher professional development course was carried out, which was attended by 13 Computer Science teachers. The purpose of the professional development was to teach teachers how to design classroom instruction using the frameworks of TPCK and Technology Mapping. During the second phase of the research, three topics were selected and redesigned using the two frameworks. The topics were: (i) “Data, Processing, and Information”, (ii) “Central Processing Unit”, and (iii) Development of Algorithmic Thinking”. During the third phase, the teaching interventions were implemented. The technological tool used for the design of the teaching activities for the first two teaching interventions was MS ExcelTM. For the third teaching intervention the Robomind software was exploited. The participants of the first teaching intervention were 7th grade students. For the remaining two teaching interventions, the participants were 8th grade students. In total, 857 students participated in the interventions. They were divided into two groups, the Experimental Group (EG), which followed the lessons that were redesigned with the guidance of TPCK and Technology Mapping, and the Control Group (CG) that followed the more traditional approach of teaching. The number of students who participated in the EG was 449 (52,40%) and in the CG was 408 (47,60%). At the beginning of each intervention, students answered a pre-test in order to assess their initial knowledge about the topics. At the end of the intervention the same test was administered as a post-test. The statistical analyses included t-tests for paired samples and analyses of covariance. Based on the results, the teaching interventions that were designed based on the principles of TPCK and the design guidelines of Technology Mapping outperformed the more traditional teacher-centered approaches. In regards to the differences in performance between boys and girls, the findings showed that there were no statistically significant differences between them, a finding that confirms what is already published in the literature. The results from the teacher professional development seminar strongly indicated that teachers faced some serious challenges with the model of Technology Mapping in terms of becoming competent in identifying tools and their pedagogical affordances for use in their lessons. To mediate teachers’ difficulties, at least in the early stages of their TPCK and Technology Mapping training, it might be useful to provide a digital tool for automating the Technology Mapping process. This tool has already been implemented and can be made available to teachers to use, while at the same time new research studies are already in progress for studying its effectiveness. In conclusion, the results of this study showed that the framework of TPCK was an effective framework to use for integrating educational technologies in the teaching of Computer Science topics, and, that the principles of TPCK satisfied all aspects of teaching the selected Computer Science topics. It is, however, recognized that the field of Computer Science emphasizes the cognitive domain and not the affective domain that other fields consider important. For this reason, researchers should continue on studying content-specific aspects of TPCK having as their main object of study the integration of technology into subject-matters such as the arts, music, and drama.