Διαδικτυακά προσαρμοστικά εκπαιδευτικά παιχνίδια: αξιοποίηση στη διδακτική της πληροφορικής

Abstract

This PhD Thesis is focused on the framework of supporting the learning process, Computer Science Education and in particular the teaching of programming concepts exploiting Web technologies and adaptive educational games. The goal was the implementation of TALENT, a web-based, multiplayer and adaptive educational game, which aims to support the teaching of introductory programming concepts.An important parameter for the design and implementation of the TALENT was the study of:•The requirements for creating effective learning environments,•The types and characteristics of educational computer games,•The methodologies to support adaptability to educational computer games,•The concept of optimal flow experience•Model design of educational computer games which support the operation of double-loop learning•The guidelines for the design of the educational computer games components,•The importance of learning to program and students’ difficulties,•The mini-languages and mini-environments for learning programming•The characteristics of existing computer games for supporting the learning of programming,•Authoring tools for educational environmentsAccording to the above study, TALENT was designed and implemented with the following characteristics:•Integrates the requirements of an effective learning environment•Is a combination of an adventure and a role play game•Supports the adaptation to student's abilities by adjusting curriculum sequencing and adaptive navigation support•maintains the flow experience and the process of scaffolding learning,•Supports double loop learning and the creation of better solutions and strategies from the student •Follows the guidelines for the design of educational computer games components •Focuses on the students’ difficulties in programming education,•Uses a specially designed mini-programming language that supports all programming structures•Exploits the visual programming and execution of the program step by step•Is a multiplayer game and utilizes Web technologies •Includes an authoring tool Two empirical studies were conducted for the evaluation of TALENT. The results from the two studies are positive and indicate acceptance and satisfaction of participating students who gave a high rate to the usability of the system as well the positive contribution of the use of TALENT in the learning process.

Η διατριβή εντάσσεται στο πλαίσιο υποστήριξης της μαθησιακής διαδικασίας, της διδακτικής της Πληροφορικής και ειδικότερα της εκμάθησης εισαγωγικών εννοιών του προγραμματισμού με την αξιοποίηση του διαδικτύου και των προσαρμοστικών εκπαιδευτικών παιχνιδιών. Στα πλαίσια της διατριβής υλοποιήθηκε το διαδικτυακό και προσαρμοστικό εκπαιδευτικό παιχνίδι πολλών χρηστών TALENT, το οποίο στοχεύει στην εκμάθηση εισαγωγικών εννοιών του προγραμματισμού. Σημαντική παράμετρος για τη σχεδίαση και υλοποίηση του TALENT υπήρξε η μελέτη: •των προϋποθέσεων για τη δημιουργία αποτελεσματικών περιβαλλόντων μάθησης, •των κατηγοριών και των χαρακτηριστικών των ηλεκτρονικών εκπαιδευτικών παιχνιδιών,•των μεθοδολογιών για την υποστήριξη της προσαρμοστικότητας σε ηλεκτρονικά εκπαιδευτικά παιχνίδια,•της έννοιας της ροής της βέλτιστης εμπειρίας,•του μοντέλου σχεδίασης ηλεκτρονικών εκπαιδευτικών παιχνιδιών και την υποστήριξη της λειτουργίας του διπλού βρόχου μάθησης,•των δομικών στοιχείων των ηλεκτρονικών εκπαιδευτικών παιχνιδιών καθώς και οι κατευθυντήριες γραμμές για τη σχεδίασή της,•της σημαντικότητας εκμάθησης του προγραμματισμού και οι δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι μαθητές,•των μινι-γλωσσών και των μινι-περιβαλλόντων για την εκμάθηση του προγραμματισμού,•των χαρακτηριστικών υπαρχόντων ηλεκτρονικών παιχνιδιών για την εκμάθηση του προγραμματισμού και •των εργαλείων συγγραφής εκπαιδευτικών περιβαλλόντων.Με βάση τα παραπάνω, το TALENT σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε έτσι ώστε να:•ενσωματώνει τις προϋποθέσεις ενός αποτελεσματικού περιβάλλοντος μάθησης•αποτελεί ένα παιχνίδι κατηγορίας περιπέτειας και ρόλου •υποστηρίζει την προσαρμογή στις ικανότητες του μαθητή και στο γνωστικό του επίπεδο με προσαρμογή στο περιεχόμενο των δραστηριοτήτων και την καθοδήγηση – πλοήγηση του μαθητή. •διατηρεί την εμπειρία της βέλτιστης ροής χρησιμοποιώντας το διαχωρισμό των προγραμματιστικών δραστηριοτήτων με βάση τους μαθησιακούς στόχους και υποστηρίζοντας τη διαδικασία της «σκαλωσιάς μάθησης» με σταδιακή αύξηση των απαιτήσεων των δραστηριοτήτων,•υποστηρίζει τη δημιουργία καλύτερων λύσεων και στρατηγικών από το μαθητή μέσω της λειτουργίας του διπλού βρόχου, •ακολουθεί τις κατευθυντήριες γραμμές για τη σχεδίαση των δομικών στοιχείων των εκπαιδευτικών ηλεκτρονικών •επικεντρώνει στις έννοιες του προγραμματισμού που σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία αντιμετωπίζουν δυσκολίες οι μαθητές, •χρησιμοποιεί μία ειδικά σχεδιασμένη μίνι-γλώσσα προγραμματισμού που υποστηρίζει όλες τις προγραμματιστικές δομές •υποστηρίζει τον οπτικό προγραμματισμό και την εκτέλεση των εντολών του προγράμματος του μαθητή βήμα-βήμα•αξιοποιεί το διαδίκτυο και υποστηρίζει πολλούς χρήστες •υποστηρίζεται από εργαλείο συγγραφής Στο πλαίσιο της αξιολόγησης του TALENT πραγματοποιήθηκαν δύο εμπειρικές έρευνες. Τα αποτελέσματα από τις δύο εμπειρικές έρευνες που διεξήχθησαν είναι θετικά και φανερώνουν την αποδοχή και την ικανοποίηση των συμμετεχόντων φοιτητών και μαθητών για τις δυνατότητες που παρέχονται από το περιβάλλον, ενώ αναδεικνύουν και τη θετική συνεισφορά του στη μαθησιακή διαδικασία.