Μάθηση μέσα από την κατασκευή ενός εκπαιδευτικού βιντεοπαιχνιδιού: διερεύνηση στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικής σκέψης και τη δημιουργία κινήτρου

Abstract

Video-game making as an instructional approach has been applied to teach various academic contents through computer programming. In this viewpoint, the potential of video-games could be a vehicle for effective learning, in the typical school environment. Empirical research has already given encouraging results concerning student learning in various subjects such as science, mathematics or art. However, the influence of a video-game making approach in science education could be further explored via parameters related to computing education. So, the main purpose of this dissertation is to explore the effects of a video-game making approach on Computational Thinking (CT) skills development and student motivation concerning computing activities. For this research needs, a teaching intervention was performed for five weeks, with two-hour sessions per week, plus two more weeks for the pre- and post-test projects. Mastery or performance could affect student outcomes, but it might be more critical to assess those outcomes which were achieved under student relative autonomy. Under this perspective, pre- and post-tests were those projects that students freely decided to create based on their programming skills, in one school hour. According to this research design, 3 middle school student groups were taught the same computational concepts in 3 different ways. One group was taught by slowly constructing an educational video-game in which a player should play in order to win (video-game group) while the other group was taught by slowly constructing a simulation aiming at supporting science learning (simulation group). Both group projects were based on the same physics curriculum. Meanwhile, a third group (control) attended computing curriculum focused courses in which theory presentations and examples were followed by appropriate designed projects aiming at putting computing theory into practice. The video-game group projects were compared to the control group ones, in order to explore the benefits and limitations of the video-game making approach. Then, the potential effects of video-game features integration was examined through the video-game and the simulation group projects comparison. The experimental procedure included quantitative and qualitative code analysis, informal interviews of the students, and teacher observations during the intervention. In particular, CT skills were measured by an online projects analyze tool whereas performance was considered a behavioural measure of student motivation and was measured through the amount of work done and the code accuracy. Despite the challenges, the video-game making approach empowered student motivation and resulted in projects with more CT skills, during the intervention. Moreover this instructional approach supported students to effectively apply their acquired skills, after the end of the intervention. Meanwhile, students who constructed appropriate designed projects in order to practice the various computational concepts, made more errors. Interesting outcomes were also obtained by exploring the video-game features integration in the educational software, as the video-game making approach better influenced students towards their engagement with computing activities in the future. According to our results, a video-game making approach in science education could enrich and empower the learning process, in α typical school environment. A supportive parameter could be the collaborative environment in which students construct their knowledge by making meaningful projects. Last but not least, educators need to work in interdisciplinary contexts, creating interesting synergies able to enrich student learning with important knowledge and skills of the digital era.

Η κατασκευή εκπαιδευτικών βιντεοπαιχνιδιών από τους ίδιους τους μαθητές αποτελεί μια διδακτική προσέγγιση που μπορεί να ενσωματώσει τη δυναμική των βιντεοπαιχνιδιών στο τυπικό σχολικό περιβάλλον. Με τον τρόπο αυτό, η διδασκαλία διαφορετικών γνωστικών αντικειμένων μπορεί να συνδυαστεί με την πληροφορική και ειδικότερα τον προγραμματισμό. Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι ο προγραμματισμός μπορεί να στηρίξει αποτελεσματικά τη διερευνητική μάθηση στα πλαίσια της διδασκαλίας γνωστικών αντικειμένων, όπως για παράδειγμα οι φυσικές επιστήμες, τα μαθηματικά ή η τέχνη. Επιπλέον, η κατασκευή εκπαιδευτικών βιντεοπαιχνιδιών από τους ίδιους τους μαθητές είναι πιθανό να συμβάλλει στην ανάπτυξη δεξιοτήτων Υπολογιστικής Σκέψης (ΥΣ) αλλά και στη δημιουργία κινήτρου. Η εμπειρική έρευνα θα μπορούσε να μελετήσει περισσότερο την επίδραση παρόμοιων διδακτικών παρεμβάσεων, όχι μόνο σε σχέση με την κατανόηση του αντίστοιχου γνωστικού αντικειμένου, αλλά και όσον αφορά στην πληροφορική και τον προγραμματισμό. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της Μάθησης μέσα από την Κατασκευή Εκπαιδευτικού Βιντεοπαιχνιδιού ως προς τις δεξιότητες ΥΣ και τη δημιουργία κινήτρου. Για τις ανάγκες της έρευνας πραγματοποιήθηκε μια διδακτική παρέμβαση διάρκειας 5 εβδομάδων. Κάθε εβδομάδα πραγματοποιούνταν μια συνεδρία 2 συνεχόμενων ωρών στη διάρκεια των οποίων οι μαθητές κατασκεύαζαν τα έργα τους, σε πραγματικές συνθήκες τάξης. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν 2 συνεδρίες, μια πριν και μια μετά τη διδακτική παρέμβαση, ώστε να κατασκευάσουν οι μαθητές δυο έργα, ένα έργο προελέγχου (pre test) και ένα έργο μεταελέγχου (post test). Η επιλογή των έργων που κατασκευάστηκαν πριν και μετά το τέλος της διδακτικής παρέμβασης έγινε ελεύθερα από τους μαθητές, γιατί μπορεί τα αποτελέσματα κατά τη συμπλήρωση ενός τεστ να αποτελούν δείκτη των γνώσεων και της απόδοσης των μαθητών, αλλά ίσως να είναι πιο σημαντικά εκείνα τα αποτελέσματα που παράγονται σε ένα πλαίσιο σχετικής αυτονομίας. Οι μαθητές χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες και παρακολούθησαν μαθήματα προγραμματισμού όπου διδάχτηκαν τις ίδιες προγραμματιστικές δεξιότητες, με τρεις διαφορετικούς τρόπους. Στην ομάδα ελέγχου, μια διαφορετική έννοια του προγραμματισμού παρουσιαζόταν σε κάθε συνεδρία και στη συνέχεια ένα κατάλληλα επιλεγμένο έργο δινόταν στους μαθητές για να εξασκηθούν πρακτικά. Οι άλλες δυο ομάδες διδάχτηκαν τις ίδιες προγραμματιστικές έννοιες μέσα από την κατασκευή δυο διαφορετικών ειδών εκπαιδευτικού λογισμικού, μιας προσομοίωσης και ενός εκπαιδευτικού βιντεοπαιχνιδιού, βασισμένων στις ίδιες έννοιες της φυσικής. Η ομάδα προσομοίωσης αναπαράστησε τη λειτουργία ενός κλειστού ηλεκτρικού κυκλώματος, ενώ η ομάδα βιντεοπαιχνιδιού αναπαράστησε τις ίδιες έννοιες της φυσικής στα πλαίσια ενός εκπαιδευτικού βιντεοπαιχνιδιού, όπου ο παίκτης έπρεπε να παίξει για να κερδίσει. Τα έργα που κατασκεύασε η ομάδα του βιντεοπαιχνιδιού συγκρίθηκαν αρχικά με εκείνα της ομάδας ελέγχου ώστε να εντοπιστούν τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί της Μάθησης μέσα από την Κατασκευή Εκπαιδευτικού Βιντεοπαιχνιδιού. Στη συνέχεια μελετήθηκε η μάθηση μέσα από την κατασκευή δυο διαφορετικών εκπαιδευτικών λογισμικών, μιας προσομοίωσης και ενός εκπαιδευτικού βιντεοπαιχνιδιού, ώστε να διερευνηθεί η επίδραση από την ενσωμάτωση δομής και χαρακτηριστικών βιντεοπαιχνιδιού. Τα έργα αναλύθηκαν, ως προς τις δεξιότητες ΥΣ με τη χρήση ενός διαδικτυακού εργαλείου, ως προς το κίνητρο μέσω της επίδοσης, η οποία θεωρήθηκε συμπεριφορικό μέτρο του κινήτρου και ως προς τις προγραμματιστικές επιλογές των μαθητών. Συγκεκριμένα, η επίδοση μετρήθηκε με το μέγεθος και την ακρίβεια του κώδικα. Τα αποτελέσματα βασίστηκαν στην ποσοτική και ποιοτική ανάλυση του κώδικα που έγραψαν οι μαθητές και διασταυρώθηκαν με τις παρατηρήσεις κατά τη διεξαγωγή της παρέμβασης, καθώς και με ανεπίσημες συνεντεύξεις και σχόλια από τους ίδιους τους μαθητές. Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας μελετήθηκε η χρήση του προγραμματισμού ως ένα εργαλείο με το οποίο οι μαθητές κατασκεύασαν ένα εκπαιδευτικό βιντεοπαιχνίδι για να εξασκηθούν σε έννοιες και δεξιότητες σχετικές με τη φυσική και τον προγραμματισμό. Η διαδικασία ενσωμάτωσης χαρακτηριστικών και δομής βιντεοπαιχνιδιού στο λογισμικό δείχνει ότι ενίσχυσε την εφαρμογή δεξιοτήτων ΥΣ αλλά και το κίνητρο των μαθητών στη διάρκεια της διδακτικής παρέμβασης. Επιπλέον οι μαθητές που κατασκεύασαν το εκπαιδευτικό βιντεοπαιχνίδι μπορούσαν να εφαρμόσουν αποτελεσματικά τις δεξιότητές τους, ενώ παράλληλα ενισχύθηκε το κίνητρό τους μετά το τέλος της διδακτικής παρέμβασης, όσον αφορά στον προγραμματισμό. Οι μαθητές που παρακολούθησαν μαθήματα αποκλειστικά προσανατολισμένα στη διδασκαλία του προγραμματισμού πειραματίστηκαν με περισσότερο δύσκολες προγραμματιστικές έννοιες αλλά έκαναν και περισσότερα λάθη. Η Μάθηση μέσα από την Κατασκευή Εκπαιδευτικού Βιντεοπαιχνιδιού αποτελεί μια ενδιαφέρουσα διδακτική προσέγγιση που θα μπορούσε να εμπλουτίσει τη μαθησιακή διαδικασία στα πλαίσια της τυπικής εκπαίδευσης και όχι μόνο αλλά ταυτόχρονα παρουσιάζει δυσκολίες και έχει απαιτήσεις, τόσο από τους μαθητές όσο και από τους εκπαιδευτικούς. Σε ένα τέτοιο εκπαιδευτικό πλαίσιο, οι μαθητές μαθαίνουν να συνεργάζονται και να βοηθάνε ο ένας τον άλλο, αναπτύσσοντας μια διαφορετική σχέση με τη μάθηση σύμφωνα με τις αρχές της κατασκευαστικής θεωρίας. Απαραίτητη επίσης δείχνει να είναι η συνεργασία μεταξύ εκπαιδευτικών διαφορετικών ειδικοτήτων γιατί αυτή η συνεργασία θα μπορέσει να οδηγήσει σε διαθεματικές συνέργιες, σε ένα σχολείο που προσελκύει τους μαθητές και τους προσφέρει εκείνες τις γνώσεις και δεξιότητες που θα χρειαστούν στην ψηφιακή εποχή. Περισσότερη έρευνα χρειάζεται να γίνει σχετικά με διαφορετικές παραμέτρους που μπορούν να στηρίξουν τους εκπαιδευτικούς και να συμβάλλουν στην επιτυχή εφαρμογή αυτής της διδακτικής προσέγγισης, σε μια σχολική τάξη όπου οι ανάγκες, το υπόβαθρο και οι προσδοκίες των μαθητών ποικίλλουν μεταξύ τους.