Ανάπτυξη και Αξιοποίηση Κατασκευών Arduino στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών.

Παπαδημητρόπουλος, Νικόλαος; Papadimitropoulos, Nikolaos

dc.contributor.author	Παπαδημητρόπουλος, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Papadimitropoulos, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2022-09-08T07:10:47Z
dc.date.available	2022-09-08T07:10:47Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55621
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23319
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Arduino	el
dc.subject	Διδασκαλία της Χημείας	el
dc.subject	Διαδραστικός Πίνακας	el
dc.subject	Μεικτό Μαθησιακό Περιβάλλον	el
dc.subject	Χώροι Δημιουργών	el
dc.subject	Arduino	en
dc.subject	Chemistry Teaching	en
dc.subject	Interactive Board	en
dc.subject	Blended Learning Environment	en
dc.subject	Makerspaces	en
dc.title	Ανάπτυξη και Αξιοποίηση Κατασκευών Arduino στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών.	el
dc.contributor.department	Τομέας Ι Χημικών Επιστημών, Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Διδακτική των Φυσικών Επιστημών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-09
heal.abstract	Η παρούσα διατριβή αφορά στην ανάπτυξη και αξιοποίηση κατασκευών, με πυρήνα τον μικροελεγκτή Arduino, σε Χώρους Δημιουργών που λειτουργούν σε σχολικές μονάδες Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Συγκεκριμένα, αρχικά υλοποιώντας απλές κατασκευές και με αυξημένη εκπαιδευτική καθοδήγηση, οι μαθητές αναπτύσσουν τις απαραίτητες γνώσεις και δεξιότητες σχετικά με την τεχνολογία Arduino. Κατόπιν προχωρούν στην ανάπτυξη πιο σύνθετων δημιουργιών, όπως εργαστηριακών οργάνων Χημείας και Έξυπνων συσκευών, τα οποία αξιοποιούν σε εργασίες πεδίου, κατά την τυπική διδασκαλία της Χημείας και σε καθημερινές εφαρμογές. H έρευνα υλοποιήθηκε σε ελληνικά Γυμνάσια κατά τη διάρκεια των σχολικών ετών 2017-21. Αρχικά σε ένα Γυμνάσιο λειτούργησε ένας Χώρος Δημιουργών, όπου οι μαθητές ανέπτυξαν εργαστηριακά όργανα όπως πεχάμετρα και μετρητές αλατότητας. Υλοποίησαν επίσης Έξυπνες συσκευές, όπως ένα Έξυπνο θερμοκήπιο, ένα Έξυπνο ενυδρείο και ένα Έξυπνο καλοριφέρ. Τα εργαστηριακά όργανα Arduino χρησιμοποιήθηκαν σε εργασίες πεδίου εκτός σχολείου, καθώς και μέσα στο σχολικό εργαστήριο κατά την τυπική διδασκαλία της Χημείας. Οι έξυπνες συσκευές αξιοποιήθηκαν για τη λειτουργία της σχολικής μονάδας. Επίσης, σύμφωνα με τη μεθοδολογία του Κινήματος των Δημιουργών, οι μαθητές παρουσίασαν στο κοινό όλες τις δημιουργίες τους σε κατάλληλες εκδηλώσεις. Οι απόψεις των μαθητών σχετικά με τη συμμετοχή τους στον Χώρο Δημιουργών αξιολογήθηκαν μέσω ερωτηματολογίου Likert, με βασικό κριτήριο την ανάπτυξη των ενδογενών κινήτρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ενδογενές γνωστικό φορτίο των δραστηριοτήτων ήταν μέτριο, το εξωγενές μικρό, ενώ το γενεσιουργό γνωστικό φορτίο ήταν μεγάλο. Οι μαθητές δήλωσαν επίσης, ότι οι δραστηριότητες ήταν ενδιαφέρουσες και ότι τους βοήθησαν να συνεργαστούν μεταξύ τους και να αποκτήσουν γνώσεις που σχετίζονται με τις Φυσικές Επιστήμες. Εξέφρασαν επίσης την πρόθεσή τους να συμμετάσχουν στο μέλλον σε παρόμοιους Χώρους Δημιουργών. Ωστόσο, η συμμετοχή τους είχε μέτρια επίδραση στην επιλογή των μελλοντικών τους σπουδών. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την κάλυψη των βασικών αναγκών της Ικανότητας, Συσχέτισης και Αυτονομίας των μαθητών, οι οποίες με βάση τη Θεωρία του Αυτοπροσδιορισμού επάγουν την ανάπτυξη των ενδογενών κινήτρων τους και κατ’ επέκταση των μαθησιακών αποτελεσμάτων. Τα εργαστηριακά όργανα Arduino, που αναπτύχθηκαν στον Χώρο Δημιουργών, αξιοποιήθηκαν επίσης για την υλοποίηση πειραμάτων κατά την τυπική διδασκαλία της Χημείας στο Γυμνάσιο. Μελετήθηκε η απόκτηση της Δηλωτικής Γνώσης κατά τη διδασκαλία με πειράματα επίδειξης Arduino στον διαδραστικό πίνακα. Πιο συγκεκριμένα, η απόκτηση της Δηλωτικής Γνώσης κατά τη διδασκαλία με πειράματα Arduino συγκρίθηκε αρχικά με δύο άλλες συνηθισμένες πρακτικές των Ελλήνων εκπαιδευτικών, τη διδασκαλία με πειράματα στο Εικονικό Εργαστήριο και τη διδασκαλία χωρίς τη χρήση πειραμάτων. Στην έρευνα συμμετείχαν τρεις ομάδες μαθητών, αποτελούμενες από 154 μαθητές και δύο καθηγητές από αντίστοιχο αριθμό Γυμνασίων. Η πρώτη ομάδα διδάχθηκε την ενότητα «Οξέα-Βάσεις» μέσω πειραμάτων με τη χρήση του πεχάμετρου-Arduino και κλασικών εργαστηριακών οργάνων Χημείας όπως ποτήρια ζέσεως και ογκομετρικοί κύλινδροι καθώς και με τη χρήση εργαστηριακών διαλυμάτων και καθημερινών προϊόντων. Η δεύτερη ομάδα διδάχθηκε μέσω αντίστοιχων πειραμάτων στο Εικονικό Εργαστήριο, όπου αναπαρίσταντο τα κλασικά εργαστηριακά όργανα και οι χημικές ουσίες, και η τρίτη ομάδα διδάχθηκε μέσω στατικών αναπαραστάσεων των κλασικών εργαστηριακών οργάνων και των χημικών ουσιών. Διαπιστώθηκε ότι η πρώτη και η δεύτερη ομάδα είχαν ισοδύναμα μαθησιακά οφέλη, τα οποία ήταν υψηλότερα από αυτά της τρίτης ομάδας. Συνεπώς, αποδεικνύεται ότι τα εργαστηριακά όργανα Arduino μπορούν να αξιοποιηθούν σε συνδυασμό με κλασικά εργαστηριακά όργανα και χημικές ουσίες για την υλοποίηση πειραμάτων επίδειξης, με αντίστοιχα μαθησιακά αποτελέσματα με το Εικονικό Εργαστήριο. Επιπλέον, το πεχάμετρο-Arduino χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση πειραμάτων επίδειξης σε Ψηφιακές Οντότητες, οι οποίες αναπαριστούσαν Πραγματικές που σχετίζονταν με την καθημερινή εμπειρία των μαθητών. Στην έρευνα συμμετείχαν 119 μαθητές και τρεις καθηγητές από αντίστοιχο αριθμό Γυμνασίων. Οι μαθητές σε κάθε Γυμνάσιο κατανεμήθηκαν σε δύο ομάδες. Η πρώτη ομάδα διδάχθηκε την ενότητα «Οξέα-Βάσεις» μέσω πειραμάτων Arduino σε Ψηφιακές Οντότητες που αναπαριστούσαν ένα βιότοπο χρυσόψαρων, ένα αρχαιοελληνικό μαρμάρινο ναό και ένα αρχαιοελληνικό μεταλλικό άγαλμα. Η δεύτερη ομάδα διδάχθηκε την ίδια ενότητα μέσω των αντίστοιχων πειραμάτων Arduino χωρίς όμως τη χρήση των Ψηφιακών Οντοτήτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πρώτη ομάδα είχε μεγαλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα από τη δεύτερη, όσο αφορά την απόκτηση Δηλωτικής Γνώσης. Από τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύεται ότι η χρήση πειραμάτων επίδειξης με τη χρήση οργάνων Arduino και η αξιοποίηση των Ψηφιακών Οντοτήτων ως πεδίο πειραματισμού έχουν συμπληρωματικά μαθησιακά αποτελέσματα. Συνεπώς, οι Ψηφιακές Οντότητες μπορούν να αξιοποιηθούν για τη διδασκαλία με πειράματα Arduino όταν οι αντίστοιχες Πραγματικές είναι αδύνατον να χρησιμοποιηθούν για πειραματισμό, όπως κατά την απαγόρευση των εκπαιδευτικών επισκέψεων κατά την περίοδο της πανδημίας Covid-19 ή όταν ο πειραματισμός μπορεί να υποβαθμίσει τις συνθήκες διαβίωσης ζωντανών οργανισμών ή να καταστρέψει αρχαιολογικά μνημεία.	el
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Γιαλαμάς, Βασίλειος
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Μεθενίτης, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Μουτσάτσου, Αγγελική
heal.committeeMemberName	Μπουρουσιάν, Μιρτάτ
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Σμυρναίου, Ζαχαρούλα
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	361
heal.fullTextAvailability	false