Απόψεις για την εισαγωγή των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνίας (ΤΠΕ)και της «Διδακτικής των Μηχανικών» σε ένα πρόγραμμα Παιδαγωγικής και Διδακτικής Επάρκειας και Σχολικής Εκπαίδευσης

Του Καθηγητή Σαράντου Ψυχάρη, πρώην προέδρου της ΑΣΠΑΙΤΕ

Στο άρθρο αυτό επιχειρείται να τεκμηριωθούν δυο διαστάσεις για την εισαγωγή καινοτόμων διαστάσεων σε ένα πρόγραμμα  Παιδαγωγικής και Διδακτικής Επάρκειας με εύλογες και απλές προεκτάσεις για την Σχολική Εκπαίδευση.

Η πρώτη διάσταση αφορά την «βαθμιαία» μετάβαση από τις ΤΠΕ στο λεγόμενο “computing” ,το  STEM με την διδακτική του αναπλαισίωση και την Υπολογιστική σκέψη

Η δεύτερη συνδέεται με την εισαγωγή της «Παιδαγωγικής για Μηχανικούς-Engineering Pedagogy».

Διάσταση 1. Από τις ΤΠΕ στην Υπολογιστική Σκέψη, στο STEM και στο «computing»

Το 2012, σε πολλές χώρες έγιναν έντονες συζητήσεις για την εισαγωγή της Επιστήμης των Υπολογιστών (Ε.Υ.)στην εκπαίδευση και ως συνέπεια αυτού, τα τμήματα εκπαίδευσης που εκπαίδευαν εκπαιδευτικούς για να διδάξουν τις ΤΠΕ στα σχολεία, άλλαξαν τα αναλυτικά τους προγράμματα , «απομακρυνόμενα» από τις ΤΠΕ ώστε να μεταβούν στο λεγόμενο computing, την εισαγωγή της Υπολογιστικής σκέψης και του «STEM στην εκπαίδευση».
Στις ΗΠΑ εισήχθη και η Υπολογιστική επιστήμη(Computational Science) ως μια γνωστική περιοχή με τις δικές της  μεθόδους υπολογισμού και την διδακτική της αναπλαισίωση για την αποτελεσματική της εφαρμογή στην εκπαίδευση,   με αποτέλεσμα η εκπαίδευση στις ΤΠΕ να έχει μετασχηματισθεί σε κατευθύνσεις που λαμβάνουν υπόψη τις σύγχρονες θεωρίες μάθησης και τις ανάγκες της κοινωνίας για εμπλοκή των μαθητών σε επίλυση αυθεντικών προβλημάτων και όχι απλά σε επίδειξη/χρήση ψηφιακών εργαλείων και την «αποξενωμένη» χρήση αυτών ως προς τα πραγματικά προβλήματα φαινόμενα του κόσμου.

Στην πρόταση της CSTA-Computer Science Standards,
https://www.csteachers.org/page/CSTA_Standards 2016
γίνεται εμφατικά αναφορά στην Υπολογιστική Σκέψη. H Υπολογιστική Σκέψη μπορεί να αξιοποιηθεί σε όλες τις επιστήμες για την επίλυση προβλημάτων-,το σχεδιασμό συστημάτων, τη δημιουργία νέας γνώσης και την κατανόηση φυσικών φαινομένων μέσω κατάλληλων διδακτικών σχεδιασμών(διδακτικών μοντέλων) που θα λαμβάνουν υπόψη τις διαδικασίες της αφαιρετικής σκέψης, της λογικής αιτιολόγησης, της διάσπασης των προβλημάτων και της αλγοριθμικής διαδικασίας.

Διεθνώς επίσης γίνονται προτάσεις για ολοκλήρωση  της σχέσης ανάμεσα στην Υπολογιστική σκέψη και το STEM μέσω συγκεκριμένων παραδειγμάτων που διατρέχουν όλες τις τάξεις της υποχρεωτικής εκπαίδευσης.

Για παράδειγμα, στην Μ. Βρετανία (Computer Science as a school subject. Seizing the opportunity, Computing at School Working Group-http://www.computingatschool.org.uk), τέθηκαν τα θέματα εισαγωγής της Επιστήμης των Υπολογιστών στα σχολεία και στα τμήματα εκπαίδευσης των εκπαιδευτικών. Στα παραδείγματα χρησιμοποιούνται σύγχρονες μορφές αξιοποίησης της υπολογιστικής σκέψης, της υπολογιστικής επιστήμης, του λεγόμενου physical computing και του text based (π.χ. Python)και του optical programming(π.χ. Scatch). Τα προβλήματα που καλούνται να λύσουν οι μαθητές-γιατί πραγματικά τίθενται προβλήματα! και όχι επιδείξεις δραστηριοτήτων, δεν αφορούν μόνο την διερεύνηση αλλά και την ανακάλυψη και συνδέονται με το λεγόμενο Inquiry based learning.

Αναρωτιέται εύλογα κάποιος σε αυτό το σημείο μήπως θα πρέπει και στη χώρα μας να δημιουργούν αποθετήρια τέτοιων δραστηριοτήτων - όχι ως εφαρμογές ΤΠΕ- αλλά ως προβλήματα που θα συνδυάζουν μεθοδολογικά την υπολογιστική σκέψη και την υπολογιστική επιστήμη προφανώς σε μια διδακτική αναπλαισίωση. Αυτό κατά την άποψή μας θα βοηθούσε και την οικονομική ανάπτυξη μέσω της «δημιουργίας» επιστημόνων που θα χρειασθούν στο άμεσο μέλλον. Οι ΤΠΕ προσέφεραν στην χώρα μας αλλά πλέον η αποσπασματική χρήση τους δεν βοηθά την εκπαίδευση.

Στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή γίνονται συζητήσεις για την εισαγωγή του STEM στην εκπαίδευση/διδακτική  και θίγεται και το θέμα της μετάβασης από τις ΤΠΕ στο STEM, βλ. π.χ.

Α) http://www.europarl.europa.eu/committees/en/  μπορείτε να αναζητήσετε τα σχετικά με το θέμα αυτό στο άρθρο  «Directorate General for Internal Policies Policy Department A: Economy and Scientific Policy, Author: Susanne Kraatz European Parliament, PE 563.465» όπου θίγονται θέματα όπως
«Developing attractive STEM curricula and teaching methods Success factors: Inquiry-based education, greater contextualisation (practices from LT, PT, FI)»

Β) Developing Computational Thinking in Compulsory Education-
http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC104188/jrc…
Στο άρθρο αυτό αναφέρεται, σελ. 20  «For example, Simon Peyton Jones reports that in England “there was a statutory subject called Information and Communication Technology (ICT); however, it was a technological subject focused on how to use artefacts. A variety of factors made ICT a low status subject especially in the eyes of students.”  

Από τα παραπάνω είναι εύλογο και προφανές ότι χρειάζεται ο μετασχηματισμός από τις ΤΠΕ  σε νέες μορφές όπως το computing, η Υπολογιστική Σκέψη και η Υπολογιστική Επιστήμη και το STEM ως -transdisciplinary προσέγγιση-.

Αυτόματα αυτό σημαίνει την ενίσχυση των γνωστικών αντικειμένων –προφανώς σε καμία περίπτωση την κατάργησή τους- αλλά αντίθετα την ισχυρή γνώση της διδακτικής αναπλαισίωσης των γνωστικών αντικείμενων χρησιμοποιώντας  την μεθοδολογία STEM, την υπολογιστική επιστήμη και την υπολογιστική σκέψη μέσα από  επίλυση προβλημάτων από την καθημερινή ζωή .

Πως μπορεί να γίνει αυτό: Απλά με «κατάλληλη» επιμόρφωση.

Το θέμα αυτό συνδέεται και με την διάσταση 2, που περιγράφουμε παρακάτω

Σχετική βιβλιογραφία για την διάσταση 1

NRC, NSTA, AAAS, & Achieve. (2013). NGSS Front Matter. Retrieved from http://www.nextgenscience.org/sites/ngss/files/Final Release NGSS Front Matter - 6.17.13 Update_0.pdf

President’s Council of Advisors on Science and Technology. (2010). Prepare and inspire: K-12 education in science, technology, engineering, and math (STEM) for America’s future.
doi:10.1007/s00115-009-2682-8  

Lee, F. Martin, J. Denner, B. Coulter, W. Allan, J. Erickson, J. Malyn-Smith, J., and L. Werner," Computational Thinking for Youth in
Practice," Journal of Computational Science Education, 2011, 2(1), 1-10
ACM. "Computer science curricula," 2013, retrieved from: http://www.acm.org/news/featured/cs-curricula-2013-feature, on March 10, 2014.

Psycharis, S., (2016).‘Inquiry Based- Computational Experiment, Acquisition of Threshold Concepts and Argumentation in Science and Mathematics Education”.  Journal “Educational Technology & Society- Volume 19, Issue 3, 2016.
   
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,25(2),316-326 and Technology (JOST) DOI 10.1007/s10956-015-9595-z  

Με βάση τα παραπάνω ένα πρόγραμμα για την Παιδαγωγική και Διδακτική επάρκεια –με εύκολες και εύλογες προεκτάσεις στην σχολική εκπαίδευση- θα μπορούσε να περιλαμβάνει:  
 1. Δραστηριότητες Υπολογιστικής σκέψης για πραγματικά προβλήματα
2. Μεθόδους επίλυσης αυθεντικών προβλημάτων μέσω υπολογιστικών μοντέλων με διδακτική αναπλαισίωση
3. Εφαρμογές problem based learning και STEM για φαινόμενα αυθεντικά
4. Physical computing (Arduino, raspberry κλπ) και εφαρμογές μέσω κατάλληλων διδακτικών σχεδιασμών  
5. Web 2.0 και ΤΠΕ εργαλεία ,αλλά σε συνδυασμό με το STEM
6. Εξ αποστάσεως εκπαίδευση,  αλλά σε συνδυασμό με το STEM  
 
2. «Διδακτική του «Engineering»

Α. Η δημοσίευση του άρθρου "Science Education Now: A renewed Pedagogy for the Future of Europe (Rocard, 2007), επανέφερε το θέμα της διδακτικής των επιστημών και της  Inquiry Based Teaching and Learnig Approach. Στο άρθρο τονίζεται ότι το πεδίο της διδακτικής των Επιστημών ασχολείται-μεταξύ άλλων- με την δόμηση εννοιών, την «υπολογιστική» μοντελοποίηση, την επίλυση προβλήματος, τις μεταγνωστικές δεξιότητες και την συμμετοχή στις ερευνητικές διαδικασίες.  

2. Απο το άρθρο « The Engineering Education Epistemology of a Science Teacher (ASEE 2015, RTP) και άλλες έρευνες προκύπτει ότι υπάρχει μια ισχυρή τάση   για την «διδακτική του engineering” –pedagogy of engineering» και το επιστημολογικό της περιεχόμενο.

Αυτό μας θέτει αντιμέτωπους με το πρόβλημα της «Επιστημολογίας» του engineering, τα εργαλεία που θα χρειασθούμε, τα διδακτικά μοντέλα και τις μορφές αξιολόγησης ,την επιμόρφωση των εκπαιδευτικών ή τα αναλυτικά προγράμματα στην εκπαίδευση   και τους τρόπους αξιολόγησης. Μας θέτει όμως μπροστά και σε πρακτικά προβλήματα για τα ιδρύματα που θα αναλάβουν την ευθύνη της επιμόρφωσης-διδακτικής επάρκειας- κλπ των Μηχανικών.

Για την ουσιαστική ολοκλήρωση σε ένα Α.Π. της «Διδακτικής του Engineering” θα πρέπει να έχει υλοποιηθεί πρώτα η διάσταση 1 , για να μπορεί να έχει τα εργαλεία ο εκπαιδευτικός να προχωρήσει στην διδακτική-παιδαγωγική του engineering..

Συνεπώς ο μετασχηματισμός από τις ΤΠΕ στο STEM  και στην Υπολογιστική Σκέψη/Επιστήμη(με την διδακτική της αναπλαισίωση)  δεν είναι μόνο επιστημολογικά και επιστημονικά αναγκαίος, αλλά και θεμελιώδης για να προχωρήσουμε στην «παιδαγωγική των Μηχανικών».

Ενδεικτική βιβλιογραφία  για τη Διάσταση 2

Bell, T Urhahne, D Schanze, S & Ploetzner, R 2010. Collaborative inquiry learning: models, tools and challenges. International Journal of Science Education, 32(3), pp.349-377.

Chandler, J., Fontenot, A. D., & Tate, D. (2011). Problems associated with a lack of cohesive policy in K-12 pre-college engineering. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 1(1), 5.
doi:10.7771/2157-9288.1029

Shirey, K. (2016) Epistemological Alignment in Implementation of High School Engineering Instruction. In Proceedings of the 2016 AERA Annual
Conference, Washington, DC, April 2016.

Shirey, K. (2015) The engineering education epistemology of a science teacher. In Proceedings of the 2015 ASEE Annual Conference, Seattle, WA, June 2015.

Johnson, K., Murphy, S., O’Hara, C., & Shirey, K. (2015). The Four Phases of Engineering Design. Kaleidoscope: Educator Voices and Perspectives, 1(2).

Rugarcia, A., Felder, R. M., Woods, D. R., & Stice, J. E. (2000). The future of engineering education: I. A vision for a new century. Chemical Engineering Education

Τέλος όλα τα παραπάνω θα βοηθήσουν την λεγόμενη social justice in Education με την προώθηση αυτών των προγραμμάτων αρχίζοντας από «υποβαθμισμένες» περιοχές και βοηθώντας αυτά τα παιδιά να αποκτήσουν τις δεξιότητες του 21ου αιώνα., αλλά γενικότερα την Πατρίδα μας μιας και η οικονομική ανάπτυξη χρειάζεται κατάλληλο επιστημονικό δυναμικό.