Ματζάκος Πέτρος, Διευθυντής Λυκείου Φιλοθέης Καθ. Πληροφορικής Δρ., Μ.Sc., M. Ed..

pematzakos@sch.gr

Μεσημέρης Βασίλης, Μαθητής Λυκείου Φιλοθέης. Αρχηγός της ομάδας – Παγκόσμιας Πρωταθλήτριας 2019 4X4 Land Rover in Schools

Μαρίνης Ερμής, Μαθητής Λυκείου Φιλοθέης. Μηχανικός Κατασκευής της ομάδας – Παγκόσμιας Πρωταθλήτριας 2019 4X4 Land Rover in Schools

Περίληψη

Το καινοτόμο πρόγραμμα – δράση με τίτλο «4X4 στα Σχολεία (4X4 in schools)» είναι ένα πρόγραμμα να ενταχθεί στην επίλυση προβλημάτων με τη μεθοδολογία STEM. Στην παρούσα εργασία αναφέρουμε τα βήματα υλοποίησης ενός τέτοιου πετυχημένου προγράμματος, αφού η σχολική ομάδα, κατέκτησε την πρώτη θέση στο Πανελλήνιο πρωτάθλημα 2018, αποσπώντας πέντε βραβεία (νικήτριας ομάδας, καλύτερης προφορικής παρουσίασης, καλύτερης χρήσης εργαλείων social media, καλύτερης έρευνας & ανάπτυξης (R&D), καλύτερων ενεργειών marketing, καλύτερου εκθεσιακού περιπτέρου, καλύτερης ομάδας στη δοκιμασία προγρ/σμού), αλλά και το Παγκόσμιο Πρωτάθλημα που έγινε στο Coventry  της Αγγλίας τον Απρίλιο του 2019.

Λέξεις κλειδιά: STEM, 4Χ4, LandRover, inschools

Εισαγωγή

Το 4X4 inSchools είναι ο διαγωνισμός τεχνολογίας και ένα από τα πιο ολοκληρωμένα εκπαιδευτικά προγράμματα για την ενίσχυση του ενδιαφέροντος των μαθητών για τις Φυσικές Επιστήμες, Νέες Τεχνολογίες, Μηχανική, Μαθηματικά, Οικονομικά και τη Διοίκηση. Καλεί μαθητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης να σχεδιάσουν, να κατασκευάσουν και να διαγωνιστούν σε αγώνες δεξιοτεχνίας με αυτοκίνητα μινιατούρες 4Χ4 LandRover και κινητήριο δύναμη ηλεκτρική ενέργεια από μπαταρία. Το αμαξίδιο ελέγχεται από τηλεχειριστήριο. Οι ομάδες των μαθητών διαγωνίζονται μεταξύ τους:

για την ανάδειξη του καλύτερα σχεδιασμένου αμαξιδίου,

για τις καινοτομίες και τους αυτοματισμούς που διαθέτει το αμαξίδιο,

για το πορτοφόλιο που θα καταθέσουν για να υποστηρίξουν την συμμετοχή τους,

για το περίπτερο που θα έχουν για να προβάλλουν την δουλεία τους,

για την έρευνα και ανάπτυξη που έχουν να επιδείξουν,

για τις ενέργειες marketing που έκαναν για να καταφέρουν να σχεδιάσουν το αμαξίδιο αλλά και να καταφέρουν να παραστούν στον διαγωνισμό,

για τις ενέργειες που έκαναν για να προβάλουν τη δουλειά τους, την ομάδα τους, τους χορηγούς τους αλλά και το διαγωνισμό στα κοινωνικά μέσα δικτύωσης (social media),

για τον τρόπο παρουσίασης της δουλειάς τους (verbal presentation),

για το επίπεδο συνεργασίας μεταξύ των μελών της ομάδας αλλά και με εξωτερικές πηγές και σε ακόμα άλλα κριτήρια (σύνολο 90).

Τα μέλη της ομάδας μας επιλεχτήκαν προσεκτικά με χρήση κοινωνιογράμματος και εκπαιδεύτηκαν να συνεργάζονται μεταξύ τους, χρησιμοποιώντας σχεδιαστικό λογισμικό αιχμής και την τελευταία λέξη στην κατασκευαστική τεχνολογία. Οι μαθητές της ομάδας χρησιμοποίησαν εργαλεία λογισμικού, που διατέθηκαν από την διοργανώτρια αρχή, για το σχεδιασμό του αυτοκινήτου. Ανέπτυξαν έναν ιστότοπο αλλά και λογαριασμό στα κοινωνικά δίκτυα για να παρουσιάζουν τα βήματα τους προς την κορυφή του διαγωνισμού 4Χ4 inSchools.

Πρακτικά βήματα υλοποίησης

Αρχικά γίνεται ενημέρωση των μαθητών για το πρόγραμμα, και καλούνται οι ενδιαφερόμενοι να δηλώσουν το ενδιαφέρον τους. Ακολούθως, αν υπερβαίνουν τους 10-15 μαθητές/τριες, με χρήση κοινωνιογράμματος, επιλέγεται η ομάδα ώστε να υπάρχει ένας με αρχηγικές τάσεις, κάποιοι συνεπείς και εργατικοί, κάποιοι αισιόδοξοι κάποιοι άλλοι που θα λειτουργούν ως συνδετικό υλικό κ.λ.π..

Μελετώνται οι κανονισμοί και χωρίζονται οι ρόλοι:

του «αρχηγού της ομάδας», του «μηχανικού σχεδίασης», του «μηχανικού κατασκευής», του «υπευθύνου διαχείρισης πόρων», του «σχεδιαστή γραφικών».  

Γίνεται μια S.W.O.T. ανάλυση της κατάστασης (για να αναλυθούν τα δυνατά και αδύνατα σημεία της ομάδας και οι απειλές και ευκαιρίες που διαφαίνονται) και ένα διάγραμμα GANT.

Σχεδιάζεται το αυτοκινητάκι, μετράται, βελτιώνεται, επανασχεδιάζεται ταυτόχρονα με την κατασκευή του εκθεσιακού περιπτέρου και των portofolios παρουσίασης των εργασιών.  Ταυτόχρονα, εκπαιδεύονται οι μαθητές για την προφορική υποστήριξη της εργασίας τους.

Σχεδιάζεται/κατασκευάζεται το σασί του οχήματος, το σύστημα μετάδοσης κίνησης στους τροχούς, το σύστημα ανάρτησης, το σύστημα ελέγχου κατεύθυνσης τροχών και οι τροχοί. (Υπάρχει δυνατότητα οι ομάδες είτε να σχεδιάσουν / κατασκευάσουν από το μηδέν τα παραπάνω επιπλέον μέρη του 4×4 οχήματος, ή να τα προμηθευτούν, ή να τροποποιήσουν σε μεγάλο βαθμό τα αντίστοιχα εξαρτήματα του 4×4 οχήματος του Starter Kit που δίνεται από τη διοργανώτρια αρχή, κερδίζοντας βαθμούς ανάλογα με την ιδιοκατασκευή που τελικά θα παρουσιάσουν. Όλα τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται πρέπει να δηλώνονται στο χαρτοφυλάκιο (portofolio) της ομάδας.

Κατασκευάζονται οι ηλεκτρονικοί αυτοματισμοί (φώτα και αισθητήρας κλίσης ως προαπαιτούμενοι αλλά κάθε άλλος). Κάθε 4×4 όχημα πρέπει να διαθέτει ένα σύστημα προσδιορισμού κλίσης πλευρών (Κέντρο προς Αριστερή Πλευρά και Κέντρο προς Δεξιά Πλευρά), το οποίο θα ενεργοποιεί φώτα ή έναν βομβητή πάνω στο όχημα όταν η κλίση του γίνεται μεγαλύτερη από 25° μοίρες. Επίσης, κάθε 4×4 όχημα πρέπει να διαθέτει ένα σύστημα αυτοματισμού που θα ανάβει τους προβολείς (φώτα) του 4×4 οχήματος όταν η στάθμη φωτός στο χώρο πέφτει στα 25 lux.

Τέλος σχεδιάζεται / κατασκευάζεται ο κοτσαδόρος. Κάθε 4×4 όχημα πρέπει να διαθέτει ένα κοτσαδόρο, ο οποίος θα πρέπει να είναι προσαρμοσμένος πάνω στο όχημα κατά την διάρκεια του αγώνα.

Ο Οργανισμός Ανοιχτών Τεχνολογιών (ΕΕΛΛΑΚ), με στόχο την προώθηση του STEAM και της Εκπαιδευτικής Ρομποτικής μέσω Ανοικτών Τεχνολογιών και Ανοιχτού Λογισμικού στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια εκπαίδευση, συγκρότησε επιστημονική επιτροπή από μέλη της ακαδημαϊκής-ερευνητικής κοινότητας.

Το έργο της επιστημονικής επιτροπής είναι να συμβάλλει στην οριοθέτηση της επιστημολογίας του STEAM στην εκπαιδευτική κοινότητα μέσω δράσεων και δημοσιεύσεων, τον συντονισμό καθώς και τη διαμόρφωση υλικού διδακτικών σεμιναρίων STEAM για εκπαιδευτικούς που συμμετέχουν στο https://scientix.ellak.gr/, στο https://robotics.ellak.gr/, στο https://edu.ellak.gr/mitroo_ekpedeftikon/ καθώς και σε άλλες αντίστοιχες δράσεις.

Στόχος της επιστημονικής επιτροπής είναι να λειτουργήσει ως γέφυρα γνώσης για να καλύψει το χάσμα μεταξύ των ψηφιακών εφαρμογών/εργαλείων που έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιούνται στην τριτοβάθμια εκπαίδευση σε σχέση με τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση για την ενίσχυση του STEAM μέσω διδακτικών σεναρίων. Συντονιστής της επιστημονικής επιτροπής είναι ο Δρ.Κωνσταντίνος Καλοβρέκτης.

Παρουσίαση της προσέγγισης που ακολουθήθηκε στο σχολείο μας για την καινοτόμο δράση ΜΙΑ ΝΕΑ ΑΡΧΗ ΣΤΑ ΕΠΑΛ που απευθύνεται πρωτίστως στους μαθητές της Α τάξης.

Το σχολείο μας 6ο ΕΠΑΛ Ηρακλείου είναι Επαγγελματικό Λύκειο στο Ηράκλειο Κρήτης με άριστα εξοπλισμένα εργαστήρια στο συστεγαζόμενο 1ο Εργαστηριακό Κέντρο Ηρακλείου. Δίνουμε έμφαση στη μέθοδο project και στις καινοτόμες δράσεις και συμμετέχουμε σε πολλά προγράμματα όπως Αειφόρου Σχολείου, Σχολεία Πρέσβεις του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου, ERASMUS+.
Το σχολείο έχει τεχνικές ειδικότητες Μηχανολογίας, Ηλεκτρολογίας και Ηλεκτρονικής. Οι μαθητές έχουν εισαγωγικά θεωρητικά μαθήματα στην Α τάξη καθώς τα εργαστηριακά μαθήματα εισάγονται στη Β τάξη. Οι μαθητές της Α τάξης δεν έχουν εμπειρία από τεχνικής φύσεως κατασκευές. Παρόλα αυτά έχουν τη θέληση να δημιουργήσουν και να πειραματιστούν.
Ως συντονίστρια του 6ου ΕΠΑΛ Ηρακλείου, σε συνεννόηση με τους εκπαιδευτικούς Γενικής Παιδείας και Ειδικοτήτων προτείναμε ένα σύνολο από STEAM related projects (μηχανολογικές κατασκευές, τεχνολογικές κατασκευές, υδροπονία, διαμόρφωση περιβάλλοντος χώρου κ,ο,κ) τις οποίες συνδέσαμε μεταξύ τους και με την ύλη των μαθημάτων.
Έτσι για παράδειγμα οι μαθητές έκαναν από την αρχή μία κατασκευή για θερμοκήπιο (ανάλυση, εύρεση υλικών, μετρήσεις, κοπή, βαφή – Μαθηματικά & Μηχανολογία), το διαμόρφωσαν για υδροπονία (εγκατάσταση νεροσταλακτών και φύτευση – Χημεία, Βιολογία), εγκατέστησαν συσκευές για την ανίχνευση της υγρασίας των φυτών (Προγραμματισμός Arduino – Πληροφορική) και ζωγράφισαν τις γλάστρες και τους τοίχους (Τέχνη).
Παρά την πίεση του χρόνου, οι δράσεις υλοποιήθηκαν επιτυχώς και οι μαθητές ανταποκρίθηκαν με ενθουσιασμό. Χρησιμοποιήσαμε ώρες από τα μαθήματα Ερευνητική Εργασία στην Τεχνολογία και Ζώνη Δημιουργικών Δραστηριοτήτων καθώς και ώρες από τα αντίστοιχα μαθήματα Γενικής Παιδείας και Επιλογής της Α τάξης.
Φροντίσαμε σε όλες τις δράσεις να ακολουθήσουμε μία σφαιρική προσέγγιση έτσι ώστε οι μαθητές να έχουν την ευκαιρία να μάθουν μέσα από το πράττειν γνώσεις και δεξιότητες που θα τους είναι χρήσιμες στη μετέπειτα πορεία μαθησιακή τους πορεία, ανεξάρτητα του Τομέα ή της Ειδικότητας που θα ακολουθήσουν στη Β τάξη.

Περίληψη

Η Υπολογιστική Παιδαγωγική επεκτείνει το μοντέλο TPACK στο CPACK ενσωματώνοντας την Υπολογιστική Σκέψη, τις έννοιες computing ,computation και computational , την Επιστημολογία των Μηχανικών και την Υπολογιστική Επιστήμη, στο επιστημολογικό περιεχόμενο του STEM. 
Αιτιολογείται η ανάγκη της Υπολογιστικής Παιδαγωγικής στα αναλυτικά προγράμματα σπουδών σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης και σε προγράμματα επιμόρφωσης.

Παρουσιάζονται παραδείγματα υπολογισμών μέσα στο πλαίσιο του υπολογιστικού πειράματος όπου οι εκπαιδευόμενοι εμπλέκονται στην επιστημολογία του STEM μέσω εφαρμογής crosscutting ιδεών σε πραγματικά προβλήματα όπου συλλέγονται και αναλύονται δεδομένα μέσω προσομοίωσης μοντέλων.

Εισαγωγή

Για την εισαγωγή και καθιέρωση μιας αποδεκτής επιστημολογίας για το STEM χρειάζεται η εισαγωγή των όρων «υπολογιστική σκέψη», «computing», της επιστημολογίας των Μηχανικών(engineering epistemology) και της Υπολογιστικής Επιστήμης(Computational Science).Η Wing (2006) εισήγαγε τον όρο «Υπολογιστική Σκέψη»-Υ.Σ. ως μια βασική ικανότητα που πρέπει να έχουν οι εκπαιδευόμενοι συμπληρωματικά με τις άλλες τρεις βασικές δεξιότητες, την ανάγνωση, τη γραφή και την αριθμητική. Η Υ.Σ. περιλαμβάνει την επίλυση προβλήματος, το σχεδιασμό συστημάτων και την κατανόηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς, βασιζόμενη σε έννοιες που είναι θεμελιώδεις στην Επιστήμη των Υπολογιστών( Ε.Υ.).Μετά την Wing πολλοί ερευνητές έκαναν προσπάθειες ενός πληρέστερου προσδιορισμού του όρου αυτού (π.χ. Selby & Woolard, 2013, Ψυχάρης & Καλοβρέκτης, 2017). Αν και η έννοια της Υ.Σ. αντιπροσωπεύει σε κάθε περίπτωση μια γνωστική διαδικασία, υπάρχουν ερευνητικές εργασίες που θεωρούν ότι θα πρέπει να ενταχθούν σε αυτήν και άλλοι «τύποι» σκέψης,όπως: η λογική σκέψη, η αλγοριθμική σκέψη, η «σκέψη των μηχανικών» και η «μαθηματική σκέψη» (http://eprints.soton.ac.uk/372410/). Συνοψίζοντας μπορούμε να καταλήξουμε ότι κοινά αποδεκτά στοιχεία της Υ.Σ. είναι τα εξής: η αλγοριθμική σκέψη, η αναγνώριση προτύπων, η τμηματοποίηση του προβλήματος, ο αλγόριθμος και η γενίκευση. Στην χώρα μας δεν είναι εμφανές ότι έχουν ληφθεί τα παραπάνω για την ένταξη των διαστάσεων της Υ.Σ. στα αναλυτικά προγράμματα. Αντίθετα, η έμφαση δίνεται στις Τ.Π.Ε. και όχι στην Υ.Σ και στο STEM . Στην Ευρωπαϊκή Ένωση ,(βλ. π.χ. http://www.eun.org/projects/detail?articleId=674468 «The Computational Thinking Study» ,http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC104188/jrc1, http://www.europarl.europa.eu/committees/en/ θα παρατηρήσουμε την τεκμηρίωση για την μετάβαση από τις Τ.Π.Ε. στην Υ.Σ. και το STEM. Στην βιβλιογραφία υπάρχουν αντιφατικές απόψεις σχετικά με τους όρους computing, computation και computational ενώ τα ερευνητικά άρθρα άλλοτε χρησιμοποιούν αυτές τις έννοιες ως ισοδύναμες και άλλες φορές τις διαφοροποιούν (Psycharis,2018a).Σύμφωνα με την Wing (2008) «computing» είναι το πεδίο που περιλαμβάνει την επιστήμη των υπολογιστών (computer science), το computer engineering, την επιστήμη της πληροφορίας και την τεχνολογία της πληροφορίας. Οι Katehi κ.α.. (2009) εντάσσουν το «computing» στο πλαίσιο της «σχεδίασης των μηχανικών» και των εφαρμογών των μαθηματικών (π.χ. σχεδιασμό σημάτων, υπολογισμό θέσεων σε σύστημα αναφοράς, δυναμική συστημάτων κλπ). Ο όρος computation εμφανίζεται σε πολλά ερευνητικά άρθρα. Για παράδειγμα οι (Jona κ.α.. ,2014) θεωρούν ότι το «computation» είναι μια θεμελιώδης έννοια που εντάσσεται στο STEM. Κάθε γνωστική περιοχή του STEM έχει πλέον ένα computational τμήμα, για παράδειγμα Computational Engineering, Bioinformatics κλπ . Από την βιβλιογραφία προκύπτει ότι υπάρχει σαφής σύνδεση μεταξύ των όρων computation και computational. Σύμφωνα με τους (Weintrop κ.α., (2015), «η μεταφορά υπολογιστικών(computational) εργαλείων και πρακτικών στα μαθήματα των Μαθηματικών και των Φυσικών Επιστημών, δίνει στους εκπαιδευόμενους μια πιο ρεαλιστική άποψη για αυτές τις γνωστικές περιοχές, ενώ από παιδαγωγική άποψη η νοηματοδοτούμενη χρήση των υπολογιστικών εργαλείων μπορεί να οδηγήσει σε βαθύτερη κατανόηση και μάθηση» (e.g. National Research Council 2011,Ψυχάρης & Καλοβρέκτης,2017). Οι Pedaste & Palts (2017) εισάγουν τον όρο «υπολογιστική μάθηση- computational learning» ως μια επαναληπτκή και αλληλεπιδραστική διαδικασία ανάμεσα στους εκπαιδευόμενους και στο μοντέλο του υπολογισμού(computation). Οι συγγραφείς θεωρούν την Υπολογιστική Επιστήμη ως υπερσύνολο του computing. Υπάρχουν απόψεις, όπως για παράδειγμα αυτή του Next Generation Science Standards (NGSS , 2013 ), που τονίζει την ανάγκη για μεταρρύθμιση στην εκπαίδευση των επιστημών η οποία θα πρέπει να προκύψει από την εισαγωγή του περιεχομένου της «Μηχανικής» αλλά και των πρακτικών της «Μηχανικής» στο αναλυτικό πρόγραμμα. Σύμφωνα με την Shirey(2017) η «Μηχανική» μπορεί να διαιρεθεί σε «περιεχόμενο της Μηχανικής» και σε «σχεδιασμό με την Μηχανική» (the discipline of engineering can be divided into engineering content and engineering design). Το περιεχόμενο της «Μηχανικής» προκύπτει από την «τομή» των επιστημών(π.χ. Φυσική, Βιολογία, Χημεία) και των Μαθηματικών η οποία παρέχει τα εργαλεία τα οποία μπορεί να χρησιμοποιήσει ο Μηχανικός για να σχεδιάσει λύσεις σε συγκεκριμένα προβλήματα βασιζόμενος σε κριτήρια και περιορισμούς, ώστε να κατανοηθούν σε ένα βαθύτερο επίπεδο οι έννοιες που περιέχονται στα γνωστικά αντικείμενα του STEM. Ο «σχεδιασμός της Μηχανικής» συνδέεται με την υλοποίηση ενός επαναληπτικού σχεδίου όπου θα ορίζεται το πρόβλημα, θα προτείνονται μέθοδοι για την λύση του, και στη συνέχεια θα υπάρχει μια συστηματικός τρόπος υλοποίησης με έλεγχο και βελτιώσεις μέσω αφαιρετικών διαδικασιών και μοντελοποιήσεων. Η διαδικασία αυτή θεωρείται ότι αποτελεί και μια διδακτική στρατηγική που εντάσσεται στην «επίλυση προβλήματος», ειδικότερα των προβλημάτων που δεν είναι σαφώς ορισμένα(ill defined problems). Σύμφωνα με τους (Taub κ.α.,2015) «η Υπολογιστική Επιστήμη»-Computational Science- είναι ένα αναπτυσσόμενο επιστημονικό πεδίο που περιλαμβάνει τον σχεδιασμό υπολογιστικών μοντέλων επιστημονικών φαινομένων. Το πεδίο αυτό συνδυάζει την επιστήμη, την επιστήμη των υπολογιστών(computer science) και τα εφαρμοσμένα μαθηματικά σκοπό να λύσει πολύπλοκα επιστημονικά προβλήματα». Σύμφωνα με τους (Taub κ.α,,2013),η Υπολογιστική Επιστήμη ως επιστημονικό πεδίο ασχολείται με την κατασκευή υπολογιστικών μοντέλων και επιστημολογικά χαρακτηρίζεται ως διεπιστημονικό πεδίο, ενώ διδάσκεται στα Πανεπιστήμια ενώ πρόσφατα έχει εισαχθεί και στην σχολική εκπαίδευση.Η επιστημολογία STEM στηρίζεται στην διεπιστημονική ή/και δια-επιστημονική προσέγγιση ενός ολιστικού προγράμματος με την προσέγγιση περιεχομένου(Content integration) η οποία εστιάζει στην ένωση σε μια μοναδική σε μια μοναδική δραστηριότητα αναλυτικού προγράμματος ώστε να «μελετηθούν» οι «μεγάλες/crosscutting ιδέες» από πολλαπλές γνωστικές περιοχές.

Στο άρθρο των Yasar et al. (2016) εμφανίζονται οι όροι computing και computational και οι συγγραφείς δηλώνουν ότι «η υπολογιστική παιδαγωγική(computational pedagogy) είναι το αποτέλεσμα της ολοκλήρωσης του computing, των Μαθηματικών, της Επιστήμης και της Τεχνολογίας ».Οι συγγραφείς επίσης δηλώνουν ότι η υπολογιστική μοντελοποίηση και προσομοίωση – Computational Modeling and Simulation (CMST)-είναι επέκταση της τεχνολογικής παιδαγωγικής γνώσης (TPACK). Σύμφωνα με τους (Psycharis,2016; Psycharis 2018a,b) η Υπολογιστική Παιδαγωγική προκύπτει από την «ολοκλήρωση» της Υπολογιστικής Σκέψης, του computing, της Υπολογιστικής Επιστήμης και της επιστημολογίας περιεχομένου του STEM και αντικαθιστά τις ΤΠΕ στην εκπαίδευση, ενώ ηΥπολογιστική Παιδαγωγική μπορεί να συνδεθεί και με την ολοκλήρωση της τέχνης με το STEM μέσω του computing, όπως προκύπτει από την βιβλιογραφία(βλ. π.χ. Adams,2008;Land,2013; STEAM into STEM: Linking to the Australian Curriculum http://www.acsa.edu.au/pages/images/STEAM%20into%20STEM%20Linking%20to%20the%20Australian%20Curriculum.pdf,2018)

Βιβλιογραφία

Adams, J. B. Computational Science as a Twenty-First Century Discipline in the Liberal Arts. Journal of Computing Sciences in Colleges, 23(5), May 2008, pp. 15–23.

Jona, K., Wilensky, U., Trouille, L., Horn, M. S., Orton, K., Weintrop, D., & Beheshti, E. (2014). Embedding computational thinking in science, technology, engineering, and math (CT-STEM). In future directions in computer science education summit meeting, Orlando, FL

Katehi, L., Pearson G., & Feder M. (2009). Engineering in K-12 education: Understanding the status and improving the prospects. Washington, DC: National Academy of Engineering and National Research Council.

Land, M. H. (2013). Full STEAM Ahead: The Benefits of Integrating the Arts Into STEM. Procedia Computer Science, 20, 547-552.

NGSS Lead States. Next generation science standards: For states, by states. (National Academies Press, 2013).

National Research Council. (2011) Report of a workshop of pedagogical aspects of computational thinking. The National Academies Press, Washington, DC

Pedaste,M., & Palts,T.(2017). Tasks for Assessing Skills of Computational Thinking. The 2017 ACM Conference

Psycharis, S. (2016). ‘The Impact of Computational Experiment and Formative Assessment in Inquiry Based Teaching and Learning Approach in STEM Education ; Journal of Science Education, and Technology 25(2),316-326 (JOST) DOI 10.1007/s10956-015-9595-z

Psycharis, S (2018a) STEAM in Education: A Literature review on the role of Computational Thinking, Engineering Epistemology and Computational Science. Computational STEAM Pedagogy (CSP). SCIENTIFIC CULTURE, Vol.4, No.2, 51-72. https://sci-cult.com

Psycharis, S. (2018b). Computational Thinking, Engineering Epistemology and STEM Epistemology: A primary approach to Computational Pedagogy (ICL, 2018)

Selby, C., & Woollard, J. (2013). Computational thinking: the developing definition.University of Southampton (E-prints) 6pp. Retrieved from: https://eprints.soton.ac.uk/372410/1/372410UnderstdCT.pdf

Shirey, K. (2017). Teacher Productive Resources for Engineering Design Integration in High School Physics Instruction (Fundamental). In: Proceedings of the 2017 ASEE Annual Conference, Columbus, OH, June 2017

Taub, R., Armoni, M., & Ben-Ari, M. (2013). The Contribution of Computer Science to Learning Computational Physics. In I. Diethelm & R. Mittermeir (Eds.), Informatics in Schools. Sustainable Informatics Education for Pupils of all Ages (Vol. 7780, pp. 127-137): Springer Berlin Heidelberg.

Taub, R., Armoni, M., Bagno, E., & Ben-Ari, M. (2015). The effect of computer science on physics understanding in a computational science environment. Computers & Education 87, 10-23.

Weintrop, D., Beheshti, E., Horn, M., Orton, K., Jona, K., Trouille, L., &Wilensky, U. (2016). Defining Computational Thinking for Mathematics and Science Classrooms. Journal of Science Education and Technology, 25(1), 127-147. DOI: 10.1007/s10956-015-9581-5

Wing, J. M .(2006). Computational thinking. Communications of the ACM, 49, 33-35.

Wing, J. M. (2008). Computational thinking and thinking about computing. Philosophical transactions of the royal society of London. A: mathematical, physical and engineering sciences, 366(1881), 3717-3725

Yasar O., Veronesi P., Maliekal J., Little L. J., Vattana S. E. & Yeter I. H. (2016). Presented at: ASEE Annual Conference and Exposition. Presented: June 2016. Project: SCOLLARCIT

Ψυχάρης, Σ. & Καλοβρέκτης, Κ. (2018). Διδακτική & Σχεδιασμός Εκπαιδευτικών Δραστηριοτήτων STEM & ΤΠΕ. Θεσσαλονίκη: Τζιόλ. ISBN 9789604187065

Οι εκπαιδευτικές επισκέψεις επιστρέφουν στην σχολική τάξη και αποτελούν διδακτικό εργαλείο για τα μαθήματα των θετικών επιστημών και μέσο καλλιέργειας δεξιοτήτων.
Οι μαθητές κατάφεραν να αναδείξουν την αξία και τον ρόλο των Μαθηματικών μέσα από την σύνδεση με τον κόσμο της Τέχνης, των Μουσείων, αλλά και με τον ίδια την καθημερινή ζωή. Οι μαθητές μας γίνονται οι ίδιοι συντάκτες και λύτες μαθηματικών προβλημάτων , δημιουργοί μαθηματικών ιστοριών, σχεδιαστές τρισδιάστατων ψηφιακών αντικειμένων που πλαισιώνονται από μαθηματικά προβλήματα και τέλος τα πρωτότυπα τεχνήματα τους μεταφέρουν τα δικά τους μαθηματικά μηνύματα γνώσεων με έναν ιδιαίτερα καινοτόμο τρόπο.

Αφετηρία αποτελεί η εκπαιδευτική επίσκεψη στην έκθεση μαθηματικών «Όλα είναι αριθμός» , όπου η ομορφία των πινάκων ζωγραφικής γίνεται αντικείμενο μελέτης γεωμετρικών εννοιών και προβλημάτων.
Πίνακες Ζωγραφικής & Γεωμετρικά Προβλήματα

Το Μουσείο Αρχαίας Ελληνικής τεχνολογίας , μετά από την εκπαιδευτική επίσκεψη των μαθητών, επιστρέφει στην σχολική τάξη, καθώς οι μαθητές μεταφέρουν και αξιοποιούν τις γνώσεις τους από τις θετικές επιστήμες πάνω στα εκθέματα του για την σύνθεση και επίλυση προβλημάτων.

Εκθέματα Μουσείου Αρχαίας Τεχνολογίας & Προβλήματα Θετικών Επιστημών

Αλλά και τα ίδια αντικείμενα του φυσικού μας χώρου πλαισιωνονται μεσα απο πρωτότυπες μαθηματικές ιστορίες, με βασικό στοιχείο την επίλυση μαθηματικών προβλημάτων.

Τέλος, πρωτότυποι σχεδιασμοί τεχνηματων και τρισδιάστατων αντικειμένων επικυρώνουν την δημιουργική και ενεργή σύνδεση των Μαθηματικών με την Τέχνη.

https://portal.opendiscoveryspace.eu/…/stem-art-m-museum-85…

Το καινοτόμο διεπιστημονικό σενάριο, το οποίο αποτελεί σχέδιο βιώσιμης ανάπτυξης για την προστασία του περιβάλλοντος, υλοποιήθηκε στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού έργου «Open Schools for Open Societies». Έχει ως βασικό την σύνδεση των γνωστικών περιοχών των μαθημάτων των θετικών επιστημών και λειτουργεί ως γέφυρα για την σύνδεση των γνώσεων τους (σχολείο) με την μελέτη προβλημάτων(κοινωνία). Βασικό χαρακτηριστικό αποτελεί η άναληψη πολλαπλών ρόλων από τους μαθητές με στόχο την πολύπλευρη ανάπτυξη της προσωπικότητας τους και των δεξιοτήτων που απαιτεί η σύγχρονη κοινωνική πραγματικότητα.
Αναλυτικότερα η δομή του διδακτικού σεναρίου για την αειφορία :
-Μελέτη του φαινομένου της κλιματικής αλλαγής (αιτίες και συνέπειες).
-Πλήρης μελέτη μετεωρολογικών δεδομένων σε παγκόσμια κλίμακα από βάσεις δεδομένων για την καταγραφή των αλλαγών στο κλίμα του πλανήτη. Ιδιαίτερη αναφορά για την Αρκτική και τις μεταβαλλόμενες συνθήκες που παρατηρούνται. Για τον Ελλαδικό χώρο συνεργασία με μετεωρολογικούς σταθμούς για την πρόσβαση στα μετεωρολογικά δεδομένα των τελευταίων δεκαετιών.
Οι ρυπογόνες ουσίες της ατμόσφαιρας & ο συσχετισμός τους με το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής. Συνεργασία με ειδικούς φορείς για την πρόσβαση σε δεδομένα για τα ποσοστά αέριων ρύπων της Αθήνας.
-Η κατανάλωση ενέργειας και η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα. Έρευνα των μαθητών σε επίπεδο σχολικής μονάδας αλλά και της ευρύτερης τοπικής κοινότητας (ίσως και σε εθνικό επίπεδο) για την καταγραφή του «ενεργειακού αποτυπώματος».
-Λύσεις και προτάσεις για την αντιστάθμιση του διοξειδίου του άνθρακα ξεκινώντας από την διατροφή , τις καθημερινές συνήθειες και φτάνοντας μέχρι και τον σχεδιασμό εναλλακτικών διαδρομών και μέσω μεταφοράς.
-Τα κορίτσια ως επιστήμονες μηχανολόγοι καταρρίπτουν τους μύθους στερεότυπων και σχεδιάζουν συσκευές για εναλλακτικές μορφές ενέργειας πχ ισοθερμικά πάνελ.
-Η συμβολή της βιοτεχνολογίας στην προστασία από τις ασθένειες που προκαλούνται από ρυπογόνες ουσίες.
Οι μαθητές ως επιστήμονες μελετούν αιτίες, ως μέλη του κοινωνικού συνόλου προβληματίζονται και αναζητούν λύσεις, ως μέλη της πολιτικής προστασίας καταθέτουν προτάσεις. Αναλαμβάνουν τον ρόλο μέλους «επιστήμης των πολιτών» όπου διερευνούν πολλές και διαφορετικές πτυχές του φαινομένου της κλιματικής αλλαγής από πραγματικά δεδομένα (μετεωρολογία, ρυπογόνες ουσίες). Επικεντρωνονται στην κατάθεση προτάσεων για την μείωση των εκπομπών του διοξεδίου του άνθρακα με συγκεκριμένες λύσεις (διαιτολόγιο, μεταφορές, εναλλακτικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας κλπ). Σε αυτό το πλαίσιο προτεραιότητα έχει η ισότητα των δύο φύλων στην ανάληψη ρόλων, συνεργατικά παιχνίδια και συζητήσεις για ηθικά ζητήματα που ανακύπτουν από την βιοτεχνολογία.
Το σενάριο αυτό εκτός από οδηγός βιώσιμης ανάπτυξης και ευαισθητοποίησης για κρίσιμα ζητήματα δίνει την δυνατότητα σε κάθε σχολική μονάδα για την συνεργασία των εκπαιδευτικών απο διαφορετικές ειδικότητες και την σύνδεση του με επιστημονικούς φορείς και τοπικούς φορείς.
https://portal.opendiscoveryspace.eu/en/osos-project/sustainable-development-guide-protection-enviroment-854031
https://portal.opendiscoveryspace.eu/en/osos_authoring_tool/view/854031/853955