Διερεύνηση της υπολογιστικής σκέψης στην τριτοβάθμια εκπαίδευση μέσω της εκπαιδευτικής ρομποτικής

Abstract

Η υπολογιστική σκέψη θεωρείται μια από τις πιο σημαντικές δεξιότητες του 21ου αιώνα, αφού είναι αναγκαία για την αποτελεσματική επίλυση προβλημάτων και την εκτέλεση διαδικασιών. Έρευνες, σήμερα, στρέφονται στη διερεύνηση της υπολογιστικής σκέψης σε προπτυχιακούς/ές φοιτητές/ φοιτήτριες. Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της ανάπτυξης της υπολογιστικής σκέψης στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση με τη χρήση της Εκπαιδευτικής Ρομποτικής. Παράλληλα, διερευνάται κατά πόσο ο γνωστικός τύπος ενός ατόμου (εξαρτημένος ή ανεξάρτητος του πεδίου) διαδραματίζει καταλυτικό ρόλο στις επιδόσεις φοιτητών Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης ως προς την επίδοσή τους στην Υ.Σ. και ως προς τις στάσεις τους για τη ρομποτική. Για το σκοπό της παρούσας έρευνας πραγματοποιήθηκαν τέσσερις κύκλοι διδακτικής παρέμβασης με τη χρήση της Εκπαιδευτικής Ρομποτικής κατά τέσσερα ακαδημαϊκά εξάμηνα. Στην έρευνα συμμετείχαν στο σύνολο 109 προπτυχιακοί/ές φοιτητές/φοιτήτριες, οι οποίοι προέρχονταν από πέντε διαφορετικές σχολές του Πανεπιστημίου Κύπρου και επέλεξαν να παρακολουθήσουν το μάθημα ελεύθερης επιλογής με τίτλο «Εκπαιδευτική Ρομποτική». Η διάρκεια του κάθε κύκλου διδακτικής παρέμβασης ήταν 13 τρίωρες συναντήσεις. Κατά την πρώτη συνάντηση του κάθε κύκλου διδακτικής παρέμβασης δινόταν σε ατομικό επίπεδο και στον κάθε συμμετέχοντα το προπειραματικό δοκίμιο αξιολόγησης της Υ.Σ., το δοκίμιο κρυμμένων σχημάτων και το προπειραματικό δοκίμιο στάσεων ρομποτικής προς συμπλήρωση. Κατά τη διάρκεια του κάθε κύκλου διδακτικής παρέμβασης οι συμμετέχοντες αλληλεπιδρούσαν με το πακέτο εκπαιδευτικής ρομποτικής Lego Mindstorms και παράλληλα εμπλέκονταν σε δραστηριότητες κατανόησης και εφαρμογής δεξιοτήτων Υ.Σ. Στο τέλος κάθε διδακτικού κύκλου δινόταν σε ατομικό επίπεδο και στον κάθε φοιτητή/φοιτήτρια για συμπλήρωση το μεταπειραματικό δοκίμιο Υ.Σ., το μεταπειραματικό δοκίμιο στάσεων ρομποτικής και η τελική εξέταση. Όλα τα δεδομένα αναλύθηκαν με ποσοτική ανάλυση, με τη χρήση του στατιστικού πακέτου SPSS και με ποιοτική ανάλυση με τη μέθοδο της θεματικής ανάλυσης. Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας έδειξαν ότι η Εκπαιδευτική Ρομποτική ως μέσο δύναται να αυξήσει την Υ.Σ. στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση και για αυτό προτείνεται ως ένα κατάλληλο μέσο για το σκοπό αυτό. Ακόμη, μέσα από τα αποτελέσματα των στατιστικών αναλύσεων οι επιδόσεις των φοιτητών/ φοιτητριών στην συνολική επίδοση στην Υ.Σ., καθώς και σε όλες τις επιμέρους δεξιότητες της Υ.Σ., ανά κύκλο διδακτικής παρέμβασης παρουσίασαν αύξηση, γεγονός που αποδεικνύει ότι η μεθοδολογία της παρούσας έρευνας ήταν κατάλληλη και οι βελτιωτικές κινήσεις που υλοποιούνταν σε κάθε νέο κύκλο διδακτικής παρέμβασης ήταν αποτελεσματικές. Επιπλέον, τα αποτελέσματα υποστηρίζουν ότι ο γνωστικός τύπος ενός ατόμου διαδραματίζει καταλυτικό ρόλο στην αρχική επίδοσή τους στην Υ.Σ, αφού τα άτομα που ανήκουν στο γνωστικό τύπο «ανεξάρτητο του πεδίου» είχαν καλύτερες αρχικές επιδόσεις σε όλες τις επιμέρους δεξιότητες Υ.Σ. έναντι των συμμετεχόντων με γνωστικό τύπο «εξαρτημένο του πεδίου», ενώ ταυτόχρονα, είχαν πιο θετικές στάσεις ως προς τη ρομποτική. Τέλος, η ποιοτική ανάλυση δίνει σημαντικές πληροφορίες ως προς τις δυσκολίες που οι φοιτητές/ φοιτήτριες Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης αντιμετωπίζουν μέσα από ένα μάθημα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής που πραγματεύεται έννοιες και εφαρμογές της Υ.Σ. Συμπερασματικά, τα ευρήματα της παρούσας έρευνας είναι ενθαρρυντικά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση για μελλοντικές εμπειρικές έρευνες, όσον αφορά την μελέτη της ανάπτυξης της Υ.Σ. με τη χρήση της Εκπαιδευτικής Ρομποτικής στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση. Ολοκληρώνοντας, γίνονται εισηγήσεις για περαιτέρω έρευνες, μεταξύ άλλων για να διερευνηθεί εάν η Εκπαιδευτική Ρομποτική μπορεί να αποτελέσει ένα ισχυρό εκπαιδευτικό μέσο για την ανάπτυξη της υπολογιστικής σκέψης στην σύγχρονη εκπαίδευση, λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικές παραμέτρους, με απώτερο σκοπό την ένταξή της στα αναλυτικά προγράμματα της Τριτοβάθμιας Εκπαίδευσης.

Computational thinking is considered as a crucial skill of the 21st century, as it is necessary for effective problem-solving and the execution of everyday tasks. Recently, literature has focused on computational thinking in Higher Education. The purpose of this dissertation is to explore the development of computational thinking skills in the field of Higher Education with focus on the use of Educational Robotics. At the same time, it is investigated whether the cognitive type of an individual (field-dependent or field-independent) plays an important role in the performance of university students in terms of computational thinking skills, and their attitudes towards robotics. For the purpose of this study, four cycles of interventions were carried out with the use of Educational Robotics during four academic semesters. The current study involved a total of 109 undergraduate students, from five different faculties of the University of Cyprus, who chose to attend the course entitled "Educational Robotics". The duration of each teaching intervention cycle was 13 three-hour face-to-face workshops. During the first meeting of each intervention cycle, students were administered the computational thinking pre-test, along with the hidden figures test, and the attitudes pre-test. During each teaching intervention, participants interacted with the educational robotics kit named ‘Lego Mindstorms NXT’ and were involved in activities who aimed to support them better understand and enhance computational thinking skills. At the end of each teaching cycle, students were administered the computational thinking post-test, the attitudes post-test, and the final exam. The findings of the present study showed that Educational Robotics is an effective means to develop students’ computational thinking in Higher Education, and is therefore proposed as a suitable tool for this purpose. Furthermore, through the results of the statistical analyses, the performance of students in each cycle showed an increase, which proves that the methodology of the present research was appropriate and the adjustments implemented in each new cycle were effective. In addition, the results of the present study suggest that the cognitive type of an individual plays a catalytic role in the initial performance in computational thinking skills, since individuals who belong to the cognitive type "field-independent" had better initial performance in all computational thinking skills, compared to participants with a "field-dependent" cognitive type, while at the same time, presented more positive attitudes towards robotics. Finally, the qualitative analysis shed light to the difficulties that university students encounter during their participation in an Educational Robotics course. In conclusion, the findings presented herein are encouraging and can be used as a baseline for future empirical studies, regarding the integration of Educational Robotics in Higher Education for the development of computational thinking skills.