B6. Αρχές υπολογιστικών συστημάτων, διαδίκτυο και εφαρμογές
Χαράλαμπος Πατρικάκης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε., Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών, ΤΕΙ Πειραιά
Α' εξάμηνο

Αντικείμενο

Αντικείμενο του μαθήματος είναι η παρουσίαση ενός σύγχρονου τεχνολογικού πλαισίου το οποίο έχει δημιουργηθεί από τα υπολογιστικά συστήματα νέας γενιάς και του διαδικτύου και περιλαμβάνει την ανάπτυξη και τη χρήση διαδραστικών εφαρμογών με χρήση επαυξημένης διαδραστικότητας, επιτρέποντας την παρουσίαση ολοκληρωμένων εκπαιδευτικών λύσεων που συνδυάζουν τον ψηφιακό και τον αναλογικό κόσμο. Στο πλαίσιο του μαθήματος παρουσιάζονται υπολογιστικά συστήματα νέας γενιάς, τα οποία έχουν ως χαρακτηριστικά τη φορητότητα, το διαδίκτυο και τις δικτυακές τεχνολογίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για την υποστήριξή του. Επιπλέον, δίνεται  έμφαση σε εφαρμογές και στα αντίστοιχα εργαλεία που επιτρέπουν εκπαιδευτικές παρεμβάσεις με αυξημένες δυνατότητες διαδραστικότητας και συνδυασμού του εικονικού/ψηφιακού κόσμου με τον πραγματικό/αναλογικό.

Σκοπός

Σκοπός του μαθήματος είναι η παρουσίαση και κατανόηση των δυνατοτήτων που δίνονται από σύγχρονα εργαλεία και τις τεχνολογίες νέας γενιάς για τη δημιουργία καινοτόμων εκπαιδευτικών δράσεων και παρεμβάσεων. Η  χρήση των εργαλείων αυτών, στο πλαίσιο του μαθήματος, θα τονιστεί μέσα από μία σειρά παρουσιάσεων αλλά και εργασιών, οι οποίες εκπονούνται πάνω σε θεωρητική και πρακτική βάση και αφορούν σενάρια που θα αναπτυχθούν και θα συζητηθούν μέσα στο μάθημα.

Επομένως, με την ολοκλήρωση του μαθήματος, εκτός από την παρουσίαση των δυνατοτήτων των σύγχρονων τεχνολογιών που εστιάζουν σε συστήματα επόμενης γενιάς, οι φοιτητές/-ριες ολοκληρώνουν τον κύκλο γνωριμίας, αξιολόγησης, αξιοποίησης και χρήσης αυτών, μέσα από την εκπόνηση εργασιών με χρήση συγκεκριμένων εργαλείων της επιλογής τους (από αυτά που θα παρουσιαστούν στο μάθημα). Έτσι, αποκτούν την απαιτούμενη εμπειρία για την επιλογή εργαλείων και τη χρήση τους για τη δημιουργία σύγχρονων διαδραστικών παρεμβάσεων που εισάγουν αποτελεσματικά τις τεχνολογίες τελευταίας γενιάς στις σύγχρονες μορφές εκπαίδευσης, χρησιμοποιώντας τις δυνατότητές τους και συνεισφέροντας στην εξοικείωση των μαθητών/-ριών τους  με αυτές.

Τελικός στόχος είναι η προετοιμασία των φοιτητών/τριών ώστε να είναι σε θέση να ενσωματώσουν επιτυχώς τις τεχνολογίες αυτές καθώς και τα συστήματα επόμενης γενιάς στη διδασκαλία τους για τη δημιουργία υβριδικού εκπαιδευτικού υλικού το οποίο θα συνδυάζει τον ψηφιακό και τον αναλογικό κόσμο, την επαυξημένη διαδραστικότητα, και την ανεξαρτησία από περιορισμούς χώρου.  

Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι

Η διδασκαλία του μαθήματος βασίζεται στην ακόλουθη φιλοσοφία: Πρώτα γίνεται εισαγωγή στις μοντέρνες τεχνολογίες υπολογιστικών συστημάτων και στο διαδίκτυο, η οποία βασίζεται σε πέντε ενότητες, από τις οποίες η καθεμία αφορά ένα ξεχωριστό αντικείμενο το οποίο παρουσιάζεται στους φοιτητές/-ριες μέσα από :

·         το σχετικό τεχνολογικό υπόβαθρο

·         την παρουσίαση ενός χαρακτηριστικού εργαλείου και της χρήσης του

·         και την παρουσίαση εναλλακτικών εργαλείων και μελλοντικών εξελίξεων.

Στη συνέχεια, οι φοιτητές/-ριες καλούνται να παρουσιάσουν μια δική τους ιδέα με τη μορφή εκπαιδευτικής παρέμβασης, επικεντρώνοντας στη χρήση των αντίστοιχων τεχνολογιών της ενότητας, η οποία μπορεί να περιλαμβάνει έως και πρακτική υλοποίηση (ακόμα και σε μορφή περιορισμένου ή εικονικού πρωτοτύπου – mockup). Με τον τρόπο αυτό, οι φοιτητές/-ριες καλούνται να σκεφτούν τρόπους με τους οποίους οι τεχνολογίες κάθε ενότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξυπηρέτηση των αναγκών της εκπαίδευσης.  Η ολοκλήρωση κάθε ενότητας αποτελείται από:

·         ένα μάθημα στο οποίο γίνεται παρουσίαση από τον διδάσκοντα, και

·         το επόμενο στο οποίο οι φοιτητές/τριες παρουσιάζουν και συζητούν τις δικές τους ιδέες και παρεμβάσεις.

Με την ολοκλήρωση του συνόλου των ενοτήτων, οι φοιτητές/τριες καλούνται πλέον να προτείνουν μία παρέμβαση η οποία θα εξυπηρετήσει τις ανάγκες εκπαίδευσης σε κάποιο πλαίσιο (αντικείμενο, κατηγορία εκπαιδευόμενων, στόχοι κ.λ.π). Η πρότασή τους μπορεί να κάνει χρήση οποιωνδήποτε τεχνολογιών από τις ενότητες που παρουσιάστηκαν, η και συνδυασμό τους, ενώ ζητείται η τεκμηρίωση της επιλογής των τεχνολογιών.

Μέθοδοι αξιολόγησης και βαθμολόγησης

Η αξιολόγηση γίνεται μέσα από εργασίες-παρουσιάσεις (και επίδειξη λειτουργίας πρωτοτύπου, αν αυτό είναι διαθέσιμο), οι οποίες παραδίδονται κατά τη διάρκεια του μαθήματος σε κάθε ενότητα, και με την παρουσίαση τελικής εργασίας μετά την ολοκλήρωση όλων των ενοτήτων. Σε κάθε εργασία μπορούν να συμμετέχουν από 1 έως 3 φοιτητές/-ριες.

Με βάση και όσα περιγράφτηκαν στην ενότητα των διδακτικών και μαθησιακών μεθόδων, η αξιολόγηση γίνεται σε δύο στάδια: Το πρώτο ξεκινά από τη χρήση δεδομένων τεχνολογιών (ανά ενότητα) και ζητά από τους φοιτητές/-ριες να εργαστούν πάνω στην εύρεση τρόπων χρήσης τους για την εξυπηρέτηση των αναγκών της εκπαίδευσης, ενώ το δεύτερο αφήνει τους φοιτητές/-ριες ελεύθερους/-ες να επιλέξουν από το σύνολο των τεχνολογιών που γνώρισαν, την πλέον κατάλληλη (με την αντίστοιχη δικαιολόγηση) για την εξυπηρέτηση των ίδιων αναγκών.

Έτσι, η αξιολόγηση εστιάζει τόσο στον τρόπο αξιοποίησης των τεχνολογιών για την εκπαίδευση, όσο και στην συγκριτική τους αξιολόγηση και επιλογή των κατάλληλων για την εξυπηρέτηση ενός στόχου.

Η βαθμολόγηση των εργασιών γίνεται σε δύο επίπεδα: Το πρώτο αφορά την εργασία συνολικά, στη βάση της ποιότητας και του βαθμού δυσκολίας της, ενώ το δεύτερο αφορά στην συνεισφορά κάθε μέλους της ομάδας (εφόσον πρόκειται για ομαδική εργασία).

Θεματικές ενότητες  

Οι θεματικές ενότητες που απαρτίζουν το μάθημα είναι πέντε, ενώ το διδακτικό τους περιεχόμενο είναι το εξής:

Ενότητα 1: Επαυξημένη και εικονική πραγματικότητα

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται εργαλεία και εφαρμογές οι οποίες μπορούν να προσφέρουν μία πλούσια εμπειρία, προβάλλοντας πάνω στην εικόνα του φυσικού κόσμου ψηφιακές εικόνες και videos, καθώς και να επιτρέψουν τη δημιουργία εικονικών κόσμων μέσα στους οποίους μπορεί να κινηθεί ο χρήστης-εκπαιδευόμενος. Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται γυαλιά και ειδικά κράνη (π.χ. Google glasses, Oculus VR), ειδικές εφαρμογές προβολής εικόνων και videos (π.χ. Junaio) και πλατφόρμες εικονικών κόσμων (π.χ. Project Utopia).

Ενότητα 2: Πλατφόρμες ανέπαφης αλληλεπίδρασης με υπολογιστή

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τεχνολογίες και εργαλεία τα οποία επιτρέπουν την ανέπαφη αλληλεπίδραση με υπολογιστικά συστήματα, μέσω της αναγνώρισης κινήσεων του σώματος και του προσώπου (π.χ. Microsoft Kinect) ή κινήσεων του χεριού/βραχίονα (π.χ. Myo), της παλάμης και των δακτύλων (LEAP motion).

Ενότητα 3: Ρομποτική και αυτοματισμός

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται εργαλεία και πλατφόρμες οι οποίες επιτρέπουν τον προγραμματισμό απλών ρομποτικών συστημάτων και συστημάτων αυτοματισμού. Για τον σκοπό αυτό παρουσιάζονται ρομποτικά συστήματα για μικρές ηλικίες, και πλατφόρμες προγραμματισμού μηχανικών συστημάτων όπως τα (Mecanno Lego WeDo), ενώ παράλληλα παρουσιάζεται ο τρόπος σύνδεσης των συστημάτων αυτών με πλατφόρμες οπτικού προγραμματισμού όπως το Scratch.

Ενότητα 4: Υβριδικά συστήματα και εφαρμογές συνδυασμού φυσικού και ηλεκτρονικού κόσμου

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τρόποι με τους οποίους μπορούν να αναπτυχθούν δράσεις και παιχνίδια τα οποία επιτρέπουν τη σύνδεση του φυσικού-πραγματικού τρόπου με τον ηλεκτρονικό. Έτσι παρουσιάζονται πλατφόρμες οι οποίες επιτρέπουν τον σχεδιασμό και τη δημιουργία παραδοσιακών παιχνιδιών υποβοηθούμενων από υπολογιστικά συστήματα (π.χ. κυνήγι θησαυρού με χρήση της πλατφόρμας TreazureHunt), παρακολούθησης στοιχείων του περιβάλλοντος (π.χ. πλατφορμών Koubachi και Parrot Flower Power ) καθώς και η χρήση εκτυπωτών 3D. Τέλος παρουσιάζονται τεχνολογίες επίγνωσης κατάστασης και θέσης, τόσο σε εξωτερικούς χώρους (geofencing), και σε εσωτερικούς (Bluetooth, RFID, NFC, ibeacons).

Ενότητα 5: Πλατφόρμες εισαγωγής στα υπολογιστικά συστήματα και προγραμματισμού με έμφαση στη διασκέδαση

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται εργαλεία και πλατφόρμες οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εισαγωγή σε υπολογιστικά συστήματα και την αρχιτεκτονική τους (p.x. MIT Little Man Computer) και στον διαδικασιακό και αντικειμενοστραφή προγραμματισμό (Alice, Greenfoot, Kodu). Το κοινό χαρακτηριστικό τους είναι ότι υιοθετούν μια προσέγγιση η οποία περνάει μέσα από τη διασκέδαση (δημιουργία σεναρίων και παιχνιδιών), ή την χρήση μεταφορών για την απλοποιημένη παρουσίαση πολύπλοκων τεχνικών δομών.