Συστήματα οπτικοποίησης
Με τον όρο οπτικοποίηση (visualisation) εννοούμε γενικότερα την ανάπτυξη και τη χρήση οπτικών μέσων ώστε να καταστήσουμε πιο κατανοητό ένα θέμα, ενώ ειδικότερα στο χώρο της ψυχολογίας εννοούμε τη δημιουργία νοητικών εικόνων. Στην επιστημονική δραστηριότητα με τον όρο αυτό εννοούμε την χρήση γραφικών παραγόμενων από υπολογιστή που χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση και την κατανόηση δεδομένων και εννοιών που αφορούν εφαρμογές της επιστήμης και της τεχνολογίας.Οι ΤΠΕ προσφέρουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε υπολογιστικά γραφικά για να επεξεργαστούμε αριθμητικά δεδομένα και να τα μετατρέψουμε σε στατικές ή δυναμικές εικόνες δύο ή τριών διαστάσεων. Σήμερα, τα υπολογιστικά συστήματα οπτικοποίησης είναι ιδιαίτερα χρήσιμα στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών με χρήση πολλαπλώv τύπων οπτικών αναπαραστάσεων (χημεία, βιολογία, φυσική, περιβαλλοντική εκπαίδευση), των μαθηματικών (γραφικές παραστάσεις) της γεωγραφίας (χάρτες, άτλαντες) και της ιστορίας (ιστορικοί χάρτες, άτλαντες).
Τεκμηρίωση χρήσης λογισμικών οπτικοποίησης
• Ταυτόχρονη οπτική παρουσίαση μεγάλου όγκου δεδομένων, ώστε να είναι εφικτή η ερμηνεία και η κατανόησή τους.
• Προβολή νέων μη αναμενόμενων δεδομένων, πληροφοριών, ιδιοτήτων και ερωτημάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για ανακάλυψη, κατανόηση, επικοινωνία και διδασκαλία.
• Δυνατότητα κατάλληλων αναπαραστάσεων σχετικών με προβλήματα που δεν γίνονται εύκολα αντιληπτά ως αριθμητικά ή συμβολικά δεδομένα ώστε να καταστεί δυνατός ο έλεγχος κατά την επίλυση προβλημάτων.
• Παρουσίαση φαινομένων και χαρακτηριστικών που συμβαίνουν σε πολύ μικρές ή πολύ μεγάλες χωρικές ή χρονικές κλίμακες.
• Δυνατότητα δυναμικών οπτικοποιήσεων με άμεσο χειρισμό των δεδομένων.
• Προβολή στοιχείων χωρίς χρήση συμβολισμών ώστε να καταστεί δυνατή η διαμόρφωση υποθέσεων και ερευνητικών ερωτημάτων για φαινόμενα και καταστάσεις.
Ενδεικτικά λογισμικά οπτικοποίησης
Google Earth
Το λογισμικό αυτό παρέχει δορυφορικές εικόνες μεγάλης ευκρίνειας για όλη τη γη. Οι εικόνες αυτές συνδυάζονται με χάρτες και διάφορες άλλες πληροφορίες. Ο χρήστης μπορεί να πλοηγηθεί σε όλο τον πλανήτη και να επιλέξει το ύψος από το οποίο θα κάνει την πλοήγηση αυτή.
Google Maps
Δυνατότητα σύνδεσης δορυφορικών εικόνων με άλλους αλληλεπιδραστικούς χάρτες. Μπορεί να συνδυαστεί με το Google Earth και να χρησιμοποιηθούν στο μάθημα της Γεωγραφίας και της Ιστορίας.
Ιστορικός άτλαντας CENTENNIA
Επιτρέπει την οπτικοποίηση ιστορικών χαρτών από το 1000 μ.Χ. και μετά.
Εφαρμογές προσομοίωσης
H προσομοίωση (simulation) ορίζεται ως μια μέθοδο μελέτης ενός συστήματος (ενός αντικειμένου, ενός φαινομένου, μιας δραστηριότητας, μιας διαδικασίας) με τη βοήθεια ενός άλλου συστήματος. Η προσομοίωση δηλαδή είναι μία αναπαράσταση ή ένα μοντέλο που έχει κατασκευαστεί για να αναπαραστήσει και να επιτρέψει την κατανόηση της λειτουργίας ενός συστήματος. Το σύστημα προσομοίωσης «μιμείται» τη συμπεριφορά αυτού που αναπαριστά και συνεπώς επιτρέπει εξοικείωση με τα χαρακτηριστικά του και κατανόηση των λειτουργιών του.
Μια προσομοίωση με υπολογιστές είναι υπολογιστικό μοντέλο που χρησιμοποιείται για να πειραματιστούμε πάνω σε ένα πραγματικό σύστημα χωρίς να έχουμε άμεση επαφή μαζί του. Στόχος ενός συστήματος προσομοίωσης είναι η μελέτη, η κατανόηση και ο πειραματισμός με πολύπλοκα συστήματα (στα οποία συνήθως δεν έχουμε απευθείας πρόσβαση). Οι χρήστες χειρίζονται τα συστατικά του συστήματος με πλήρως αλληλεπιδραστικό τρόπο, όπως είναι για παράδειγμα η προσομοίωση χειρισμού ενός πολεμικού αεροπλάνου.
Η παιδαγωγική αξία της προσομοίωσης βρίσκεται στο ότι ο μαθητής, αλλάζοντας κατά βούληση ορισμένες – κύριες κατά κανόνα – μεταβλητές του προς μελέτη φαινομένου, έχει στα χέρια του την πρωτοβουλία εξέλιξής του και δεν οφείλει να απαντά απλώς σε ερωτήσεις που έχουν προβλεφθεί από τους δημιουργούς του λογισμικού. Αντίθετα, με βάση τις παρατηρήσεις που κάνει πάνω στα αποτελέσματα των χειρισμών του, είναι δυνατόν να ανακαλύψει το μοντέλο το οποίο προσομοιώνει το λογισμικό ή τις βασικές παραμέτρους που το συνθέτουν και να εφαρμόσει αυτά που έχει ήδη μάθει. Στο πλαίσιο αυτό, τα συστήματα προσομοίωσης διαφέρουν ριζικά από τα συστήματα καθοδήγησης και τα συστήματα εξάσκησης και πρακτικής.
Πλεονεκτήματα προσομοίωσης
• Μπορεί να αποτελεί την μόνη προσέγγιση για την επίλυση κάποιων προβλημάτων (π.χ. μελέτη λειτουργίας ενός απροσπέλαστου συστήματος)
• Μπορεί να κοστίζει λιγότερο από το χειρισμό του πραγματικού συστήματος
• Παρουσιάζει μεγαλύτερη ευαισθησία στην αντίληψη των σχέσεων μεταξύ των προβλημάτων (αφού οι μεταβλητές που μπορούμε να χειριστούμε είναι εμφανείς και προσπελάσιμες από τους χρήστες της προσομοίωσης)
• Είναι ασφαλής μέθοδος (π.χ. χειρισμός αεροπλάνου) σε αντίθεση με πολλά από τα πραγματικά πειράματα
• Δίνει τη δυνατότητα επανάληψης του ιδίου φαινομένου κατά βούληση
• Δίνει τη δυνατότητα πλήρους ενόρασης του συστήματος που εξετάζεται από όλες τις πλευρές
Μειονεκτήματα προσομοίωσης
• Κάποιες φορές απαιτεί σημαντικό χρόνο ανάπτυξης και μεγάλο κόστος
• Μπορεί να μην είναι η πιο κατάλληλη μέθοδος επίλυσης του μελετούμενου προβλήματος
• Δεν εγγυάται ότι θα οδηγήσει στην καλύτερη δυνατή λύση
• Μπορεί να μην αντανακλά με ακρίβεια την υπό μελέτη κατάσταση
• Σε μια προσομοίωση το μοντέλο που την διέπει έχει ήδη δημιουργηθεί από κάποιον άλλο
• Οδηγεί στην ανάγκη για περιβάλλοντα που επιτρέπουν τη δημιουργία μοντέλων
Οι προσομοιώσεις ως γνωστικά εργαλεία
Οι προσομοιώσεις διαθέτουν μοναδικά χαρακτηριστικά, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους μαθητές για την εκτέλεση πολύπλοκων λειτουργιών, επιτρέποντας έτσι να επικεντρωθούν στην πραγματοποίηση ανώτερων διεργασιών, όπως είναι: η παρατήρηση, η σύγκριση, η κατάταξη, η ανάλυση, η σύνθεση, η δημιουργία. Τέτοια χαρακτηριστικά είναι:
• Δυνατότητα επανάληψης φαινομένου
• Διακοπή και συνέχιση της μελέτης του φαινομένου
• Επιτάχυνση / επιβράδυνση χρόνου
• Γραφικά / Πολλαπλές αναπαραστάσεις
• Απλοποίηση φαινομένων / διαδικασιών
• Επίδειξη μη ορατών στοιχείων
• Ενσωμάτωση μη ρεαλιστικών (θεωρητικών / συμβολικών) στοιχείων
• Εργαλεία για σύγχρονη κατασκευή γραφικών παραστάσεων
• Εργαλεία για ανάλυση δεδομένων
• Εργαλεία χειρισμού μεταβλητών, ρεαλιστικές ή «εξωπραγματικές» τιμές
• Αλλαγή της κλίμακας μεγέθους
• Μεταφορά σε άλλο χρόνο
• Μεταφορά σε άλλο τόπο
Περιβάλλοντα προσομοίωσης
Τα περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας (Virtual reality), επιτρέπουν την προσομοίωση περιβαλλόντων με πιστότητα υψηλού βαθμού (χάρη σε ειδικό εξοπλισμό). Τα περιβάλλοντα προσομοίωσης επιτρέπουν συχνά την ανάπτυξη στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων (problem solving) και υποστηρίζουν, κατά κανόνα, τις διερευνητικές δραστηριότητες.
Το λογισμικό PhET (Physics Education Technology)
Το Phet είναι ένα σύνολο διαδραστικών προσομοιώσεων φυσικών φαινομένων (για φυσική Δημοτικού – Γυμνασίου – Λυκείου). Χρησιμοποιεί κυρίως εφαρμογίδια Javaapplets που αφορούν φαινόμενα μηχανικής, κυματικής, ηλεκτρισμού, μαθηματικών, χημείας και βιολογίας. Οι προσομοιώσεις ενθαρρύνουν την αλληλεπίδραση με τον άμεσο χειρισμό.
Το PhET παρέχει (όπως λένε και οι δημιουργοί του) διαδραστικές, βασισμένες σε έρευνες προσομοιώσεις φυσικών φαινομένων δωρεάν. Η βασισμένη σε έρευνα προσέγγισή των προσομοιώσεων -που ενσωματώνει ευρήματα από προηγούμενες έρευνες- ενεργοποιεί τους μαθητές, ώστε να κάνουν συνδέσεις μεταξύ των φαινομένων της πραγματικής ζωής και της υποκείμενης σε αυτά επιστημονικής γνώσης και να εμβαθύνουν στον φυσικό κόσμο.
Προκειμένου να βοηθηθούν οι μαθητές στην οπτική κατανόηση εννοιών, οι προσομοιώσεις του PhET απεικονίζουν ό,τι είναι αόρατο με γραφικό τρόπο και διαισθητικά εργαλεία ελέγχου. Στοχεύοντας στην περαιτέρω ενθάρρυνση για ποιοτική εξερεύνηση, οι προσομοιώσεις διαθέτουν όργανα μετρήσεων όπως χάρακες, χρονόμετρα, βολτόμετρα και θερμόμετρα. Καθώς ο χρήστης χειρίζεται αυτά τα διαδραστικά εργαλεία βλέπει άμεσα τα αποτελέσματα των ενεργειών του και μια ποικιλία διαφορετικών τρόπων αναπαράστασης των δεδομένων (κίνηση των αντικειμένων, γραφήματα, πίνακες, κλπ.).
Όλες οι προσομοιώσεις έχουν ελεγχθεί και αξιολογηθεί διεξοδικά. Οι έλεγχοι περιλαμβάνουν συνεντεύξεις από παιδιά τα οποία έχουν χρησιμοποιήσει τις προσομοιώσεις σε μια ποικιλία περιστάσεων, όπως διαλέξεις, ομαδικές εργασίες, κατ’ οίκον εργασίες και στα εργαστήρια. Οι προσομοιώσεις είναι προσβάσιμες δωρεάν από τον ιστότοπο του PhET, είναι εύκολες στη χρήση και στην ενσωμάτωσή τους στη μαθησιακή διαδικασία.
Εκτελούνται με τη χρήση ενός φυλλομετρητή διαδικτύου με μόνη προϋπόθεση να είναι εγκατεστημένα στο σύστημα σας το πρόσθετο του Adobe Flash Player (http://get.adobe.com/flashplayer, Τελευταία προσπέλαση 28/2/2017) και η Java (http://java.com/en/download/index.jsp, Τελευταία προσπέλαση 28/2/2017). Εφόσον, όμως, έχετε μεταφορτώσει το σχετικό Java εκτελέσιμο αρχείο (με κατάληξη/επέκταση *.jar) στον υπολογιστή σας μπορείτε να το ανοίξετε με μονό ή διπλό κλικ.
• Μεταφόρτωση του λογισμικού από εδώ: (πλήρης εγκατάσταση για εκτέλεση του λογισμικού από τον υπολογιστή σας
• Μπορείτε να δείτε τις προσομοιώσεις Απ’ ευθείας (On-line):
• Για την Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση
• Βοήθεια on line
