Αλλαγή παραδείγματος με τις Ανοιχτές τεχνολογίες στην Εκπαίδευση

Η ΑΝΑΓΚΗ ΓΙΑ ΑΛΛΑΓΗ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΟΣ

Το να καλείσαι να διδάξεις πληροφορική σήμερα είναι ίσως από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει ένας εκπαιδευτικός. Ο λόγος είναι η δυναμική της συγκεκριμένης επιστήμης, η συνεχής αλλαγή. Και δεν έχει νόημα να πεις “θα διδάξω τα παιδιά πληροφορική”, διότι αυτό που θα πρέπει να διδάξεις δεν είναι στάσιμο. Εξελίσσεται. Με απίστευτο ρυθμό και προς πολλές κατευθύνσεις. Και σίγουρα δεν προλαβαίνεις, εσύ ο εκπαιδευτικός, να τα μάθεις όλα για να μπορέσεις να διδάξεις όλα αυτά στους μαθητές σου.

Μια επιλογή θα ήταν να “κρυφτείς” πίσω από τα σχολικά εγχειρίδια και να διδάσκεις κατ’ επανάληψη την σχολική ύλη, έστω κι αν αυτή έχει οριοθετηθεί κάποια χρόνια πριν και σύντομα θα είναι ξεπερασμένη. Το επιχείρημα εδώ είναι: αυτή είναι η επίσημη διδακτέα ύλη, αυτά είναι τα ακριβοπληρωμένα με χρήμα και εργατοώρες λογισμικά που υποστηρίζουν αυτή την ύλη. Αυτή είναι μια υλικοτεχνική εργαστηριακή υποδομή που όλοι έχουμε συνηθίσει.

Σύμφωνοι. Απέναντί σου όμως κάθε φορά που θα μπεις στην τάξη ή στο εργαστήριο έχεις 20-25 ζευγάρια μάτια, 20-25 παιδικά ή εφηβικά μυαλά με απίστευτες δυνατότητες, με φαντασία, με δημιουργικότητα, με κρίση, με εφευρετικότητα. Κι εσύ θα αρχίσεις να λες το γλυκό παραμύθι “Ο υπολογιστής αποτελείται από …. Το πρόγραμμα είναι ένα σύνολο από εντολές που … Πρέπει να προσέχουμε στο διαδίκτυο γιατί ….” και θα αποκοιμίσεις όλες αυτές τις εκρηκτικές ικανότητες. Κι όλα αυτά τα 20-25 παιδικά ή εφηβικά μυαλά δεν θα μπορέσουν ποτέ να ξεφύγουν από την τυφλή χρήση του κινητού τους ή του tablet τους. Ή τουλάχιστον δεν θα είσαι εσύ αυτός που θα τους βοηθήσει να ξεφύγουν.

Μια άλλη επιλογή θα ήταν να πάρεις τους μαθητές σου από το χέρι και να τους πεις “Εδώ θα μάθουμε όλοι μαζί. Εδώ θα καταπιαστούμε με κάθετί καινούργιο και θα το ψάξουμε. Εδώ θα καταθέσουμε όλοι ιδέες και γνώσεις ώστε να μάθουμε ο ένας από τον άλλον”.

Και πράγματι, δεν “θα τους μάθεις πληροφορική”. Θα τους μάθεις πως να μαθαίνουν πληροφορική. Θα επιτρέψεις να ακουστούν ιδέες, εμπειρίες από τον φυσικό κόσμο – κι αυτές είναι ουσιαστικές γνώσεις γιατί έχουν γίνει ήδη βίωμα – και να συνδυαστούν όλα μαζί: οι ιδέες, οι εμπειρίες, οι σχολικές γνώσεις για να λυθεί ένα πρόβλημα, για να δημιουργηθεί κάτι νέο, για να υλοποιηθούν τα πάντα. Πως θα υλοποιηθούν; Μα πως αλλιώς; Φτιάχνοντας κάτι με υλικό και προγραμματίζοντας το υλικό. Καθαρή πληροφορική, όχι ΤΠΕ.

Βέβαια, δεν θα είσαι πλέον ο δάσκαλος-αυθεντία που τα “ξέρει όλα” κι έχει έτοιμες απαντήσεις για όλα. Θα είσαι όμως ο δάσκαλος-οδηγός που βλέπει λίγο μακρύτερα και μπορεί να κρίνει αν η κατεύθυνση της αναζήτησης είναι σωστή. Θα είσαι ο δάσκαλος-μαθητής που μαθαίνει μαζί τους, διότι αυτό ακριβώς προσπαθείς να τους διδάξεις: πως να μην σταματήσουν ποτέ να μαθαίνουν.

Αυτή η συμμετοχική και δημοκρατική ανταλλαγή γνώσεων, ο συνεργατικός πειραματισμός και η ελεύθερη ανακάλυψη του καινούργιου, είναι οι βέλτιστες συνθήκες μέσα στις οποίες μπορεί να αναπτυχθεί η πληροφορική εκπαίδευση στο σχολείο.

Απαιτείται λοιπόν κάτι παραπάνω από ένα συμβατικό σχολικό εγχειρίδιο και κάτι παραπάνω από ένα συμβατικό σχολικό εργαστήριο. Απαιτείται ένα ανοιχτό περιβάλλον: υλικό και λογισμικό που ανοίγουν ορίζοντες, που ενθαρρύνουν την δημιουργικότητα των μαθητών, που δεν θέτουν φραγμούς στην επινοητικότητα και την πρωτοβουλία τους. Και ταυτόχρονα η συμμετοχή σε μια ανοιχτή κοινότητα ανθρώπων, με τα ίδια ενδιαφέροντα και με προθυμία να μοιραστεί γνώσεις και καλές πρακτικές.

Μιλάμε για ένα Εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών.

Ίσως να μιλάμε και για Σχολικά Hackerspaces.

Τι είναι λοιπόν αυτόν που θέλουμε στην πραγματικότητα; Θέλουμε οι μαθητές μας να μην αναπαράγουν, αλλά να παράγουν οι ίδιοι γνώση. Ας τους δώσουμε λοιπόν στο χέρι ένα Arduino και μερικά απλά ηλεκτρονικά στοιχεία. Υλικό που δεν κρύβει μυστικά. Υλικό που το βλέπουν, το πιάνουν, απλό στην λειτουργία του, που δεν κάνει τίποτε μαγικά. Φιλικό. Δεν θα διστάσουν να φτιάξουν κάτι.

Ας τους δώσουμε στο χέρι ένα Raspberry PI κι ας τους πούμε να προγραμματίσουν το module τηλεμεταφοράς για το Minecraft PI. Θα το κάνουν γιατί τους αρέσει. Και μετά θα θελήσουν να προσθέσουν ακόμα κάτι. Κι ακόμα κάτι. Ας τους δώσουμε μαζί με το Raspberry PI και μερικά κουμπιά. Κι ας τους προτείνουμε να γράψουν ένα απλό παιχνιδάκι Pacman -ας πούμε σε Processing- και να βάλουν τα κουμπιά πάνω στο Raspberry PI, τόσα GPIO Pins έχει το Raspberry που φτάνουν και περισσεύουν. Η ικανοποίηση στα πρόσωπά τους όταν θα παίζουν το δικό τους Pacman με το δικό τους χειριστήριο: με ποιο συμβατικό μάθημα προγραμματισμού συγκρίνεται;

Οι δυνατότητες είναι άπειρες.

---

ΜΙΑ ΔΟΚΙΜΗ

Στο 5ο ΓΕΛ Βύρωνα, με την ευγενική χορηγία και υποστήριξη του Οργανισμού ΕΕΛΛΑΚ, δημιουργήθηκε τον Δεκέμβριο 2015 ένα Σχολικό Εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών, με σκοπό να υποστηρίξει την καθημερινή διδακτική πράξη στο πνεύμα που περιγράφηκε παραπάνω.

Κύριο χαρακτηριστικό του είναι η χρήση Raspberry PI 2 για τους σταθμούς εργασίας. Το εργαστήριο υποστηρίζεται από έναν server αρχιτεκτονικής x86 και κατάλληλη δικτυακή υποδομή. Λειτούργησε πιλοτικά κατά το διάστημα 1/2016 έως 6/2016 και πλέον αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι τόσο της διδακτικής πράξης όσο και των εξωδιδακτικών δραστηριοτήτων.

Κατά το διάστημα της πιλοτικής λειτουργίας το εργαστήριο φιλοξενούσε περισσότερους από 150 μαθητές για περισσότερες από 15 ώρες κάθε εβδομάδα. Πρόκειται για ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα, καθώς δύσκολα μπορούν να σχηματιστούν περισσότερα τμήματα πληροφορικής σε ένα γενικό λύκειο μέσου μεγέθους. Χαρακτηριστική ήταν η ύπαρξη 6 τμημάτων Πληροφορικής στην Α’ τάξη του Σχολείου κατά το σχολικό έτος 2015-2016. Η διδασκαλία του μαθήματος Εφαρμογές Πληροφορικής στα τμήματα αυτά υλοποιήθηκε αποκλειστικά στο Εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών από τον Ιανουάριο 2016 μέχρι το τέλος του σχολικού έτους.

Ενδεικτικά κατά το διάστημα αυτό οι μαθητές της Α’ τάξης ασχολήθηκαν στην πράξη με θέματα όπως: (α) ενότητα διαδίκτυο – υλοποίηση σε HTML5, (β) ενότητα ασφάλεια – εξάσκηση στην PGP κρυπτογράφηση, (γ) ενότητα προγραμματισμός – επικοινωνία με το υλικό (μέσω των GPIO pins των Raspberry PI), κλπ. Παράλληλα, το εργαστήριο φιλοξένησε τις εργασίες της Ομάδας Πληροφορικής του Σχολείου (μαθήματα C++, προετοιμασία για τον Πανελλήνιο Διαγωνισμό Πληροφορικής) καθώς και τις εργασίες του Σχολικού Hackerspace (κατασκευές με Arduino, Raspberry PI, Processing, C, Python). Απλούστερη χρήση του εργαστηρίου, όπως αναζήτηση πληροφοριών στο διαδίκτυο, σύνταξη κειμένων και δημιουργία παρουσιάσεων, έγινε στο πλαίσιο κάποιων Ερευνητικών Εργασιών. Η εγγραφή των μαθητών στο πρόγραμμα της Βουλής των Εφήβων και η εργασία τους στην πλατφόρμα efivoi.gr οολοκληρώθηκε επίσης χωρίς προβλήματα. Επισημαίνεται, τέλος, η διενέργεια του μαθήματος της Χημείας Γ’ τάξης Θετικής Κατεύθυνσης στο εργαστήριο με χρήση του λογισμικού Epoptes.

Από πλευράς αρχιτεκτονικής ως πρώτη επιλογή δοκιμάστηκε η αρχιτεκτονική thin-clients. Στον server εγκαταστάθηκε Ubuntu 14.04 με LTSP και στους σταθμούς εργασίας το Berry Terminal. Χρησιμοποιήθηκαν και οι δύο κάρτες δικτύου του server και ενεργοποιήθηκε σε αυτόν η DHCP υπηρεσία προς τα Raspberry PI. Εγκαταστάθηκαν, επίσης, εφαρμογές γραφείου Libre Office, το περιβάλλον προγραμματισμού Processing, το περιβάλλον προγραμματισμού Arduino, λογισμικό για 3D printing, το λογισμικό Epoptes, κλπ. Στην μορφή αυτή το εργαστήριο λειτούργησε πιλοτικά για χρονικό διάστημα 2 μηνών περίπου.

Στη συνέχεια, προστέθηκε ένας δεύτερος σκληρός δίσκος στον server, στον οποίο εγκαταστάθηκε Ubuntu 14.40 με PiNet, ώστε να δοκιμαστεί η αρχιτεκτονική fat-clients. Η αλλαγή του λειτουργικού στα Raspberry PI έγινε με επανεγγραφή των SD καρτών τους. Μια άλλη επιλογή θα ήταν η αγορά δεύτερης SD κάρτας ανά σταθμό εργασίας. Το PiNet αποτελεί ένα κεντρικό σύστημα διαχείρισης εργαστηρίου το οποίο βασίζεται στο LTSP αλλά διαμορφώνει τα Raspberry PI ως fat clients. Επιτρέπει την μαζική δημιουργία λογαριασμών χρηστών, την μαζική ενημέρωση των clients (για παράδειγμα όταν αλλάζει η IP του server), την δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας, την συλλογή εργασιών των μαθητών, κλπ. Τα Raspberry PI εκκινούν μέσω του server και στη συνέχεια λειτουργούν βασιζόμενα στους δικούς τους υπολογιστικούς πόρους, με πλήρη πρόσβαση στο υλικό (όπως για παράδειγμα τα GPIO pins). Τα δεδομένα των χρηστών αποθηκεύονται στον server και οι λογαριασμοί σύνδεσης είναι προφανώς δικτυακοί. Ο server δεν παρέχει υπηρεσίες DHCP στους clients.

Αμιγώς στην μορφή αυτή, το εργαστήριο λειτούργησε για δύο περίπου εβδομάδες. Στη συνέχεια κάποια από τα Raspberry PI διαμορφώθηκαν ως ανεξάρτητοι σταθμοί εργασίας με Raspbian και λειτούργησαν παράλληλα με τους PiNet σταθμούς. Η δικτυακή αρχιτεκτονική του εργαστηρίου δεν άλλαξε.

Κάθε αρχιτεκτονική παρουσιάζει τα δικά της πλεονεκτήματα και έχει τους δικούς της περιορισμούς. Η δυνατότητα άμεσης αλλαγής της αρχιτεκτονικής του εργαστηρίου, με μια απλή αντικατάσταση της SD κάρτας των Raspberry PI εκπλήσσει ευχάριστα.

Οι δυνατότητες των Raspberry PI 2 ήταν –όχι απόλυτα- ωστόσο πολύ ικανοποιητικές για την υποστήριξη της διδακτικής διαδικασίας, με εξαίρεση ίσως την αναπαραγωγή βίντεο. Οι δυνατότητές τους όμως βελτιώνονται και ήδη έχει κυκλοφορήσει το Raspberry PI 3 με διπλάσια ταχύτητα επεξεργαστή, ενσωματωμένο wifi, επιτάχυνση γραφικών, κλπ. Το κόστος των Raspberry PI είναι χαμηλό, γεγονός που συνεπάγεται την φθηνή άρα εύκολη αναβάθμιση του εργαστηρίου σε εύλογο χρόνο, χωρίς τα “παλιά” Raspberry PI να αχρηστεύονται: αποτελούν πρώτης τάξεως υλικό για την ελεύθερη ενασχόληση των μαθητών με physical computing, ρομποτική, και πρωτότυπα projects πληροφορικής.

---

ΑΝΤΙ ΕΠΙΛΟΓΟΥ

Το εργαστήριο Ανοιχτών Τεχνολογιών, με ανοιχτούς σταθμούς εργασίας τύπου Raspberry PI, με Arduino και ηλεκτρονικό υλικό, ίσως με έναν 3D εκτυπωτή, με πρόσβαση σε ανοιχτά προγραμματιστικά περιβάλλοντα όπως το Codebender, είναι μια πρόκληση και μαζί ένα ρίσκο.

Χάνεις το συμπαθητικό, στατικό εργαστηριακό περιβάλλον που είχες επί χρόνια συνηθίσει. Κάποια από τα λογισμικά που είχες συνηθίσει να χρησιμοποιείς δεν δουλεύουν. Αρκετό από το διδακτικό υλικό που είχες συγκεντρώσει όλα αυτά τα χρόνια αχρηστεύεται. Και ταυτόχρονα πρέπει να δώσεις μια νέα μορφή στο μάθημα, μια νέα προοπτική. Να αποδεχτείς την δυναμική φύση του και να οργανώσεις την προσωπική σου προετοιμασία. Και προφανώς θα υπάρξουν τεχνικές δυσκολίες. Πάντα υπάρχουν. Ας το ξαναπούμε αυτό: θα υπάρξουν τεχνικές δυσκολίες, διότι πάντα υπάρχουν. Ναι, όλη αυτή η αλλαγή είναι κάτι που απαιτεί χρόνο και αφανή προσπάθεια.

Σύμφωνοι. Απέναντί σου όμως κάθε φορά που θα μπαίνεις στο εργαστήριο θα έχεις 20-25 ζευγάρια μάτια, 20-25 παιδικά ή εφηβικά μυαλά με τις απίστευτες δυνατότητές τους -φαντασία, δημιουργικότητα, κρίση, εφευρετικότητα- να αξιοποιούνται. Μαθητές με εφόδιο την αυτοπεποίθηση πως ό,τι καινούργιο και να φανεί στον ορίζοντα της πληροφορικής θα μπορούν να το μάθουν.

Τι μένει; Μένει τα προγράμματα σπουδών, τα αναλυτικά προγράμματα, τα ωρολόγια προγράμματα, τα κάθε είδους προγράμματα να αποκτήσουν ευελιξία και προσαρμοστικότητα. Να ανοίξουν προς την κατεύθυνση της ανοιχτής διδακτικής πράξης.