Edukačný softvér na výučbu programovania pre 1. stupeň ZŠ

Transcription

1 Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UNIVERZITA KOMENSKÉHO Edukačný softvér na výučbu programovania pre 1. stupeň ZŠ Východiská k bakalárskej práci Bratislava 2016 Gabriel Halasi

2 Obsah Úvod... 4 Edukačný softvér... 4 Content-free softvér... 4 Content-rich softvér... 4 Klasifikácia podľa edukačného softvéru... 4 Klasifikácia podľa vzdelávacej paradigmy... 5 Inštruktívna paradigma... 5 Objaviteľská paradigma... 5 Paradigma hypotéz... 5 Oslobodzujúca paradigma... 5 Klasifikácia podľa účelu použitia... 6 Inštruktívne programy... 6 Simulácie a modelovanie... 7 Nástroje na získavanie informácií... 7 Nástroje na spracovanie informácií... 7 Nástroje na komunikácie... 7 E-learning... 7 Rozvoj E-learningu... 8 Formy E-learningu... 8 Synchrónna... 8 Asynchrónna... 8 Prostredie E-learningu... 9 Nové formy vzdelávania... 9 Charakteristika nových foriem vzdelávania... 9 Konvenčné tradičné vyučovanie... 9 Vyučovanie na diaľku... 9 Virtuálne vyučovanie... 9 Podobné aplikácie... 9 Scratch Studio code... 11

3 Použitá literatúra... 11

4 Úvod Edukačný softvér Edukačný softvér je spôsob používania digitálnych technológií. Tieto technológie sa využivajú hlavne v školstve na rôzne účely, predovšetkým na učenie, alebo učenie sa. Edukačný softvér umožňuje učiteľom maximalizovať silu počítača, používať také prostriedky na učenie, ktoré ovplyvňujú vzdelávanie, myslenie a pomáhajú študentovi lepšie chápať a zjednodušiť pojmy, algoritmy, štruktúry a ešte veľa ďalších zložitých vecí. Na trhu internetu môžeme nájsť kopu edukačných softvérov, ale málo z tých softvérov sú vhodné na to, aby sa použili v školstve. Široký výber týchto softvérov môžeme rozdeliť do dvoch kategórií: 1. Content-free softvéry 2. Content-rich softvéry Spomenuté typy softvérov sú definované v nasledujúcich odsekoch. Zahŕňajú stručný opis a taktiež rôzne návrhy a rady pre učiteľov s cieľom správnej voľby edukačného softvéru v budúcnosti. Content-free softvér Tento typ softvéru je flexibilnejší než Content-rich softvér. Je to neobmedzený softvérový produkt, čo podporuje kreativitu používateľa. Dá sa spracovávať podľa vlastných možností. Učitelia i študenti môžu zaobchádzať s obsahom podľa ich predstáv. Takýto softvér je napríklad aj Word od Microsoftu. Content-rich softvér Tento typ softvéru nemá takú prispôsobiteľnosť ako Content-free softvér, neuplatňuje sa vlastná tvorivosť. Zahrňuje multimediálny obsah ako napríklad video, zvuk, animáciu. Učitelia a študenti uplatňujú tento typ s cieľom hlbšieho a lepšieho porozumenia danej témy ako napríklad matematických rovníc atď.. Klasifikácia podľa edukačného softvéru Edukačný softvér klasifikujeme podľa nasledujúcich kritérií: Účel použitia Vzdelávacej paradigmy Vyučovacieho predmetu Veku adresáta Úlohy počítača Iné

5 Pre nás je však zaujímavé klasifikácia podľa vzdelávacej paradigmy, a podľa účelu použitia. Klasifikácia podľa vzdelávacej paradigmy Podľa Kemmisa [2], klasifikácie podľa vzdelávacej paradigmy delíme na 4 časti: 1. Inštruktívna paradigma 2. Objaviteľská paradigma 3. Paradigma hypotéz 4. Oslobodzujúca paradigma Inštruktívna paradigma Inštruktívna paradigma je presvedčenie o tom, aby vedomosť, ktorú študent chce získať sa dala vyjadriť jazykom. Edukačný softvér na základe inštruktívnej paradigmy rozdelí množinu vedomosti na isté časti, ktoré postupne predvedie pre študenta pomocou programu. Každá časť je rozdelená na úlohy, ktoré študent sa pokúsi vyriešiť. Ak sa študentovi podarilo zvládnuť predvedenú časť, resp. správne vyriešil úlohu, tak ako odmenu mu program predvedie ďalšiu časť vedomosti. Ak riešenie bolo nesprávne študent úlohu môže zopakovať. Program sa správa ako učiteľ, učí svojho žiaka, a cieli na to aby študent dokončil všetky časti aj keď niektoré časti musí párkrát zopakovať Objaviteľská paradigma Paradigma vedie študenta procesom štúdia a učenie sa objavovaním. Podstata a jej teória sa pre študenta postupne stávajú jasným zrozumiteľným počas používania tohto programu. V tomto prípade počítač slúži ako určitý sprostredkovateľ medzi študentom a danou situáciou. Táto situácia môže byť reálna napr. historická (dejiny Anglicka), teoretická (teória podstaty), ale aj imaginárna (mesto budúcnosti). Paradigma hypotéz Paradigma hypotéz je založená na testovaní a na stavanie hypotézy. V tomto modeli program je podriadeným používateľa, kde program asistuje používateľovi v testovaní svojich predstáv a hypotézy. Používateľ špecifikuje buď časti modelu, alebo konštruuje model a potom skontroluje svoj spôsob. Príkladmi sú modelovacie prostredia, a programovacie jazyky napr. Logo. Oslobodzujúca paradigma Táto paradigma slúži predovšetkým na uľahčenie práce, aby nebolo potrebné vynakladať prílišnú mentálnu námahu. Môže sa použiť pri rôznych výpočtoch, štatistickej analýze, ako aj pri kreslení grafov. Táto paradigma sa týka odlišnosti medzi autentickou a neautentickou prácou. Autentická práca je hlavnou a neodmysliteľnou súčasťou úloh. Neautentická práca je vo svojom zmysle tiež dôležitá, napr. pri nekonečných výpočtoch, triedení informácie

6 v abecednom poradí, bibliografickom vyhľadávaní. V tomto prípade je počítač iba čiastočne zahrnutý v procese učenia a používa sa keď je to potrebné. Je to akousi výhodou učiaceho sa. Klasifikácia podľa účelu použitia Bostock[3] rozdeľuje softvér používaný vo výučbe do nasledujúcich skupín: Inštruktívne programy Simulácie a modelovanie Nástroje na získavanie informácií Nástroje na prácu s informáciami Nástroje na počítačovú komunikáciu Inštruktívne programy Programy, v ktorých počítač nahrádza učiteľa. Počítač riadi používateľa. Vyučuje klasickým spôsobom (počítač poskytne úlohu, precvičí úlohu, a testuje) [1]. Typy inštruktívnych programov: Kvízy na sebahodnotenie Nič nevyučujú, len testujú. Pomáha učiteľovi zistiť vedomosti študenta. Softvér na precvičovanie Pomáha pri zapamätávaní faktov, pri precvičovaní istých činností. Nie je dôležité aby sa používateľ naučil niečo nové. Programové učenie Program pošle úlohu na obrazovku. Študent napíše odpoveď. Ak odpoveď bola správna nasleduje ďalšia úloha. Ak nebola správna, pošle tú istú úlohu, a očakáva inú odpoveď od študenta. Tutoriály Prezentovanie vedomostí a zručností v štýle učebnice. Obsahuje pojmy, pravidlá a definície o danej problematike. Umožňuje používateľovi preskočiť časti ktoré už ovláda, alebo zapamätať si situáciu v ktorej skončil. Inteligentné vyučovacie systémy Také systémy, ktoré sa snažia aplikovať umelú inteligenciu pre lepšie prispôsobenie k používateľovi. Používa sa pri výskumných projektoch

7 Simulácie a modelovanie Túto kategóriu môžeme rozdeliť do 4 skupín: Simulácie Softvér reprezentuje reálnu situáciu tak, že používateľ zadá vstupné podmienky a podľa určitých pravidiel ich program vyhodnocuje. Tento modul zvyčajne používame opakovane s rôznymi vstupmi. Je to výhodné na zdokonaľovanie zručnosti a ich získivanie. Mikrosvety Prostredie, v ktorom používateľ má možnosť vytvárať vlastné simulácie. V mikrosvete používateľ zadáva vstup a tiež aj pravidlá. Poskytne študentom prostriedky na konštruovanie vedomosti. Programovacie jazyky Dá nám možnosť vytvoriť prostredie na počítanie, na triedenie objektov, atď.. Modelovanie Vyžaduje od používateľa vytvoriť model pomocou vzťahov. Tieto vzťahy tvoria množinu. Nástroje na získavanie informácií Nehrajú podstatnú rolu pri vyučovaní, ale pritom môže byť veľmi užitočný. Na získanie informácií používa zdroj údajov. Výhodou tohto nástroja je automatizácia vyhľadávania, čo zvyšuje efektivitu práce. Také nástroje sú napr. online databázy, multimediálne encyklopédie, webové stránky. Nástroje na spracovanie informácií Ich úlohou je zmeniť vstupné dáta na zadefinované výstupné dáta. Také nástroje sú textový editor, tabuľkový procesor. Nástroje na spracovávanie informácií nehodnotia, a ani nevracajú spätnú väzbu. Nástroje na komunikácie Patria sem nástroje ako elektronická pošta, audio konferencia, atď.. Je sprostredkovateľom medzi študentom a učiteľom. Používa sa ako nástroj, a nie ako zdroj informácie. E-learning E-learning je taká forma učenia sa ktorá je podporovaná informačnými aj komunikačnými technológiami, hlavným sprostredkovateľom je počítač [4]. V tejto forme výučba sa vykonáva

8 cez internet s pomocou počítača. E-learning je spoj medzi externou časťou štúdia a informačnými technológiami. Umožňuje ľudom učiť sa svojim vlastným tempom a oveľa interaktívnejšie, bezohľadne na vzdialenosť lokalít. Rozvoj E-learningu CBT(Computer Based Training) Prvý typ e-learnigu. Je založený na princípe: Učenie sa pomocou počítača, kde učebná látka je uložená na dátový nosič (CD,DVD). CBT umožňoval vypočuť a prehrať učebnú látku dovtedy kým používateľ si neosvojil vedomosti uložené na dátový nosič. Pre tento typ je ešte charakteristické, že používateľ mohol nosiť zo sebou dátový nosič, nebol pripútaný k miestu. WBT(Web based Trainig) Ako postupne sa rozvýjali informačné technológie, tak sa zmenil aj e-learning. Tento typ umožnil používateľovi učenie sa cez počítačovú sieť. Volalo sa on-line learning. Hlavnou pointou tohto typu bola výučba medzi študentom a učiteľom cez počítač pomocou sieťových komunikácií. E-learning Tento výraz existuje od začiatku roka 1990, vtedy v Spojených Štátoch Amerických zaviedli ako výučbovú formu. Výučba prebiehala prostredníctvom informačnej sieti (LAN, WAN, Internet, Intranet) Formy E-learningu Pri rozvoji e-learningu sme sa stretli s novými inováciami a riešeniami. V súčasnej dobe sa využívajú dve formy e-learningu: online a offline. Pri offline forme učebná látka je uložená napr. na CD alebo DVD, pri online verzii učebná látka je dosiahnuteľná v digitálnej podobe. Online forma sa dá ešte rozdeliť na: Synchrónna Účastník vzdelávania je pripojený na internet v reálnom čase, aby mohol komunikovať s učiteľom, alebo s ostatnými účastníkmi. Účastník a vyučujúci sú oddelený od seba časovo i priestorovo. Nevýhodou synchrónnej formy je časová viazanosť. Pri synchrónnej formy máme veľa možností ako napr. audio a videokonferencie, zdieľané aplikácie atď.. Asynchrónna Oproti synchrónnej komunikácie asynchrónna nemá časovú viazanosť. Účastníci môžu čítať, alebo odpovedať na správy hocikedy, čo je výhodou pre zaneprázdnených účastníkov.

9 Prostredie E-learningu Vzdelávacie prostredie na internete zahrňuje tieto časti: LMS(Learning Management System) Systém obsahuje funkcie manažmentu výučby, je zodpovedný za hodnotenie študentov a sledovanie ich aktivít. Štruktúra systému je rozličná, ale ich databáza sa zhoduje v tom, že ukladajú informácie o študentovi a o kurze. LCMS(Learning Content Management System) Systém uľahčuje prácu autora, pomáha pri vytváraní, ukladaní, zdieľaní obsahu kurzov, vďaka tomu účastník vzdelávania môže správne vybrať učebnú látku pre seba. Synchrónny alebo asynchrónny komunikačný nástroj Nové formy vzdelávania V súčasnosti žijeme v takom svete, kde ľudia musia neustále zlepšovať svoje vedomosti, skúsenosti, zručnosti. Bez toho by sa nevedeli uplatniť v práci. Na toto vzdelávanie v dnešnej dobe ľudia používajú internet. Tu nájdu všetok informácií podľa svojich potrieb. Najväčšiu úspech vo vzdelávaní má on-line výuka s tradičnými formami učenia ktorá sa nazýva hybrid. Na to aby ľudia čo najviac použili túto formu, hybrid musí rešpektovať výsledok vedeckého výskumu [5]. Charakteristika nových foriem vzdelávania Spôsoby ktoré sa v súčasnosti používajú sú nasledovné: Konvenčné tradičné vyučovanie Takúto formu ponúkajú v dnešnej dobe na školách, univerzitách. Vzdelávajú študentoch pomocou prednášok, cvičení, semináru, exkurziami atď.. V takomto vyučovaní medzi najčastejšími použitými technológiami patrí tabuľa a projektor. Vyučovanie na diaľku Hovoríme tomu tiež dištančné vzdelávanie. V tejto forme žiak a vyučujúci nie sú na tom istom mieste, a tiež, žiak nepatrí do žiadneho študijného kolektívu. Táto forma je na Slovensku zriedkavá. Také vyučovanie ponúkajú najmä open univerzity a korešpondenčné školy. Virtuálne vyučovanie Nazýva sa face-to-face na diaľku. Vyučujúci nie je v rovnakej miestnosti, ani v tom istom okamihu ako žiaci, aj tak vyučujúci môže počuť a vidieť svojich žiakov a naopak. Podobné aplikácie Internet obsahuje veľa rôznych aplikácií určené na vzdelávanie. Už existujúce aplikácie pomáhajú učiteľom v učení rôznych predmetov ako matematika, fyzika. Najpopulárnejšie

10 a najhľadanejšie sú aplikácie ktoré sú zamerané na výučbu jazykov ako svetové jazyky napr. angličtina, nemčina. Musíme si však uvedomiť, že čoraz viac sa zväčšuje záujem o informatiku rámci toho o programovanie. Tento fakt potvrdzuje státisíce nových webových stránok, neustáli vývoj informačných technológií a čoraz väčšiu vyhľadávanosť informačných technikov. Existujú aplikácie ktoré naučia človeka rozmýšľať ako programátor. Programátorské myslenie je veľmi zložité, preto je lepšie začať ešte vtedy, keď človek je ešte dieťa. Hoci už existujú aplikácie pre deti, ktoré ich naučia programovať, ale pre príliš mladých, myslím tu na žiakov prvého stupňa základných škôl, to môže byť komplikované a nudné. Pri takých deťoch je hlavná vec naučiť im základy programovania a to rozmýšľať ako programátor. Na tieto vedomosti môžu potom stavať pri ďalšom stupni školenia. Scratch Hra Scratch je online edukačná hra, ktorá pomáha deťom i študentom osvojiť a precvičiť si základ programovania. Aplikácia má širokú využiteľnosť ohľadom na vek. Je to určené žiakom od základných škôl až študentom vysokých škôl. Hlavnú úlohu v tejto hre má kocúr Scratch. Deti mu vedia zadať elementárne programovacie príkazy ako napr. choď dopredu, dozadu teda určiť smer, alebo rôzne eventy na stlačenie klávesníc. Scratch dáva možnosť naprogramovať animáciu. Žiakom základnej školy prvého stupňa to môže byť trochu komplikované, lebo na ploche je kopa informácií. Obrázok 1.1: Ukážka prostredia SCRATCH

11 Studio code Je tiež online edukačná hra, ktorá nie je len určená pre žiakom prvého stupňa základných škôl, ale má širšiu používateľnosť. Studio code má pekné grafické prvky čo môže zaujať žiakov, ale úrovne môžu byť ťažké pre určitý vek. Hra je rozdelená na tri časti. Na hraciu plochu, na stĺpec s používanými príkazmi a pracovnú plochu. Do pracovnej plochy žiak píše kód pomocou vedľajšieho stĺpca kde nájde všetky príkazy na zvládnutie danej úrovne. Keď už má napísaný kód, spustí hru pomocou tlačidla. Ak sa mu podarilo správne naprogramovať cestu do cieľa, dostane sa na ďalšiu úroveň, ináč môže dovtedy skúšať programovať kým sa mu nepodarí zvládnuť danú úroveň. Pre lepší záujem vývojári pridali aj zvuk do aplikácie. Obrázok 1.2: Ukážka prostredia Studio code Použitá literatúra [1] Daniela Lehotská: Edukačný softvér. Matematika, informatika, fyzika. Roč. 16, č. 30, s.16-23, [2] J. E. Hinostroza, Teachers' Concepts and Beliefs about Educational Software: A case study of teachers within a software development process, Institute of Education, University of London, 1999 [3] J. Wellington, Kniha: Secondery Education, The Key Concepts, USA and Canada, Routledge, 2006 [4] M.ZS. Lengyel, E-learnig: tanulás a világhálón keresztül, Debrecen, 2007, [5] B Frk, E-learning a online vzdelávanie dospelých, Prešov, PEDAGOGIKA.SK, roč. 1, 2010, č. 2