1. A Survey of Research on the Jeliot Program Animation System
Ronit Ben-Bassat, Levy Mordechai Ben-Ari

2. סקירת המחקרים שנעשו על סביבת האנימציה Jeliot
רונית בן-בסט לוי
מרדכי בן-ארי
המחלקה להוראת המדעים
מכון ויצמן למדע

3. קצת היסטוריה
הקשיים בהוראת מדעי המחשב לסטודנטים מתחילים ידועים מהספרות:
מושגים מופשטים - משתנה, העברת פרמטרים, ניבוי פלט.
חסר מודל דינאמי לתוכנית הסטאטית.
מורים ומרצים פיתחו במשך השנים שיטות משל עצמם לצורך המחשה.

4. ראשית האנימציה
אנימציה – תוכנת מחשב המספקת המחשה דינאמית של ביצוע תוכנית.
בשנת 1981 הוצגה האנימציה הראשונה בסרט: Sorting out sorting מאת Baecker .
מאז פותחו סביבות נוספות כמו: Tango , Balsa ועוד.
משותף לכולן: כדי לפתח אנימציה של תוכניות יש להשקיע שעות רבות.

5. משפחת האנימציה Jeliot
בשנת 1996 פותחה באוניברסיטת הלסינקי שבפינלנד הגרסה הקדמונית של Jeliot - Eliot. (Lahtinen, Sutinen & Tarhio)
הרעיון המרכזי והחדשני – Self-animation האנימציה נוצרת באופן אוטומטי מבלי התערבות המשתמש.
תפישה מרכזית – Learning by doing – לתלמיד יש כלי בעזרתו יבנה ייצוג מוחשי לתוכנית.
מאז נוצרו גרסאות חדשות לסביבת Eliot שתמכו בשפת התכנות java ומכאן משפחת Jeliot.
השם Eliot מקורו בפינית – משהו חי. והרעיון העומד מאחורי התפישה היא כי האנימציה היא משהו חי.
אנימציה אוטומטית מקלה מאד וחשובה ביותר לתלמידים ולמורים כאחד. ידוע כי קשה לקבל שימוש בטכנולוגיה חינוכית כמו ויזואליזציות ובפרט אם השימוש ידרוש הרבה השקעה – כמו הכנסת קוד בתוך התוכנית כדי לקבל אנימציה ( כפי שהיה קיים עד אז בכל הסביבות).

6. סביבת האנימציה Jeliot
לפנינו צילום של מסך אופייני בסביבת האנימציה Jeliot - להסביר מה רואים על המסך בקצרה.
הפיתוח של הסביבה שולב במחקר פדגוגי. עליו אדבר בהמשך הרצאה זו אך תחילה אזכיר מספר מחקרים שנעשו על סביבות אחרות.

7. סביבת האנימציה Jeliot
לפנינו צילום של מסך אופייני בסביבת האנימציה Jeliot - להסביר מה רואים על המסך בקצרה.
הפיתוח של הסביבה שולב במחקר פדגוגי. עליו אדבר בהמשך הרצאה זו אך תחילה אזכיר מספר מחקרים שנעשו על סביבות אחרות.

8. סביבת האנימציה Jeliot
לפנינו צילום של מסך אופייני בסביבת האנימציה Jeliot - להסביר מה רואים על המסך בקצרה.
הפיתוח של הסביבה שולב במחקר פדגוגי. עליו אדבר בהמשך הרצאה זו אך תחילה אזכיר מספר מחקרים שנעשו על סביבות אחרות.

9. סביבת האנימציה Jeliot
לפנינו צילום של מסך אופייני בסביבת האנימציה Jeliot - להסביר מה רואים על המסך בקצרה.
הפיתוח של הסביבה שולב במחקר פדגוגי. עליו אדבר בהמשך הרצאה זו אך תחילה אזכיר מספר מחקרים שנעשו על סביבות אחרות.

10. מחקרים פדגוגיים קודמים (1)
המחקר הראשון נערך על-ידי Stasko בשנת המחקר השתמש ב סביבת אנימציה להוראה של אלגוריתם מסובך. תוצאות מאד מאכזבות. שיפור הושג כאשר בקשו מהסטודנטים לנבא פלט – שיפור לא משמעותי.
Mayer (1997) מצא כי שימוש משולב של אנימציה עם הסבר מילולי מאד אפקטיבי להבנה.
Petre & Green (1993) מצאו כי הצגה גרפית לא מספיקה לבדה וההבנה של ייצוגי כזה היא יכולת נרכשת.
Mayer Petre & Green הם פסיכולוגים שעסקו במדעי המחשב.
Mayer הגדיר את המושג Multimedia learning שפירושו ימוש בויזאליזציה המלווה בהסברים במדיה אחרת כמו דיבור.
Petre & Green אמרו כי זו הסיבה בגללה לא ניתן להניח כי שימוש בהצגה גרפית ישפר את הלמידה.

11. מחקרים פדגוגיים קודמים (2)
בשנת 2002 Hundhausen, Douglas & Stasko ערכו מטה-מחקר על סביבות ושימושן והתוצאות אמרו כי: אין שימוש מספיק בסביבות, הסביבות עצמן אינן מספיקות וחשוב לא פחות כיצד משתמשים בהן.
בסדנא של Naps (2002) וחבריו שנערכה בכנס להוראת מדעי המחשב נמצא כי בין היתרונות בשימוש באנימציות: עוזר בהבנה, מהנה, מקלים על הדיון בכיתה. בחסרונות: זמן, השקעה נדרשת כדי להכניסם להוראה, חוסר מידע על היתרונות ללמידה.
ועכשיו נעבור ל Jeliot וננסה לשפר לפחות את החיסרון של חוסר המידע.

12. Jeliot משפר למידה
בשנים Ben-Basssat Levy & Ben-Ari ערכו מחקר הבוחן את ההשפעה שיש ל- Jeliot על תלמידי תיכון.
שימוש לראשונה ב – Jeliot על פני שנה שלמה בכיתה יוד.
המחקר היה מחקר כמותי (שאלוני (pre post ואיכותני (ראיונות).
נבדקו שתי כיתות: ניסוי וביקורת.
בניגוד לכל המחקרים שנעשו עד אז שבדקו תוצאות של שימוש בסביבת אנימציה באופן בדיד – והתאכזבו.

13. Jeliot משפר למידה - תוצאות
תלמידי כיתת הניסוי שיפרו ציוניהם באופן יחסי לכיתת הביקורת – תוצאות משמעותיות אחרי פרק זמן של שימוש 3 חודשים בסביבה.
שימוש באוצר מילים שספקה הסביבה לצורך הסברים.
התלמידים הבינוניים הם אלה שענו בזמן הקצר ביותר על שאלות.
קבוצת הניסוי השתמשה בהבנה שנרכשה גם לאחר פרק זמן ארוך של אי-שימוש בסביבה.
בעקבות המחקר הוסיפו ל-Jeliot אופציות כמו היסטוריה, ועץ קריאות. כמו-כן הוצג מודל הוראה לשימוש בסביבת אנימציה.

14. Jeliot משפר תשומת לב
בשנת 2006 Ebel & Ben-Ari ערכו ניסוי הבודק את ההשפעה שיש ל-Jeliot על תשומת הלב (Attention) של תלמידים.
Attention – תנאי מוקדם ללמידה.
נעשה שימוש ב-Jeliot בתנאים של הדגמה.
התלמידים היו תלמידי חינוך מיוחד (היפראקטיבים), בעלי יכולות קוגניטיביות נורמליות.
השיעורים צולמו והוקלטו ונערך ניתוח המידע.
במחקרים קודמים בתחום נטען כי השימוש בסביבת אנימציה משפר מאפיינים כמו מוטיבציה. אך טענה זו טרם הוכחה. במחקר הנוכחי החוקרים ניסו להוכיח זאת מחקרית.

15. Jeliot משפר תשומת-לב – ניתוח ותוצאות
בתהליך הניתוח התמקדו באירועים של חוסר תשומת-לב ומדדו את כמות האירועים של חוסר תשומת-לב ליחידת זמן.
לא נמצאו אירועים של חוסר תשומת-לב כאשר המורה השתמש ב – Jeliot, בניגוד לתדירות של אירועים בכל 2 דקות כאשר לא היה שימוש בסביבה.
החוקרים אומרים כי אינם מצפים ששימוש מתמשך ב-Jeliot ימנע הפרעות, אך התוצאות מצביעות על-כך שכדאי להשתמש בסביבה כזו מידי פעם, עוד לפני שהוכח שהיא משפרת למידה באופן ישיר. בעיקבות המחקר החוקרים קיבלו חיזוק לגבי האופן בו השימוש מעודד הקשבה ובעקבותיה למידה.

16. Jeliot והמורים
בשנים ערכו Ben-Bassat Levy & Ben-Ari מחקר הבודק כיצד מורים למדעי המחשב משתמשים בסביבת אנימציה ומהן עמדותיהם לגבי הוראה מסוג זה.
החוקרים בדקו את הנושא במתודולוגיה שפתחו המשלבת מתודולוגיה איכותית (phenomenography) ומתודולוגיה כמותית (TPB -Theory of Planned Behavior).
למרות התוצאות שהושגו במחקרים על סביבות אנימציה והשפעתן על התלמידים, השימוש בהן אינו רחב דיו, כפי שציינתי זאת קודם לכן. מאחר ואנו חושבי כי המורים הם החוליה המקשרת בין סביבות האנימציה לתלמידים, החלטנו לחקור את המורים ואת תגובתם לשימוש בסביבת אנימציה ככלי עזר להוראה. אותנו עניינו במיוחד מורים בבתי-ספר תיכוניים המלמדים מדעי המחשב. כדי לחקור זאת השתמשנו בשיטת מחקר פנומנגרפיה שהתוצאה שהיא מספקת הוא תיאור של הדרכים בהן המורים תופסים את סביבת האנימציה בהקשר של כלי פדגוגי. התוצאות שקיבלנו ותיכף נדון בהם גרמו לנו לחפש שיטת מחקר אחרת שתחשוף את הגישות שיש למורים לגבי סביבה זו. במחקר בנינו שיטת מחקר המשלבת בין שתי השיטות הנ"ל.

17. Jeliot והמורים – התוצאות (1)
phenomenography: הדרכים בהן המורים תופסים את השימוש ב-Jeliot ככלי עזר להוראה (מוצגות בסדר יורד):
Internalization- Jeliot נתפס ככלי שימושי התואם את
תפיסתו הפדגוגית של המורה.
By-the-book- Jeliot נתפס ככלי שייתכן והוא יעיל, אך
לא ברור כי הוא תואם את תפיסתו הפדגוגית של המורה.
Repudiation- Jeliot נתפס ככלי שהונחת מבחוץ בעל
תועלת פדגוגית מוגבלת.
Dissonant- Jeliot נתפס באופן מנוגד בו-זמנית: מצד
אחד בהתלהבות ומצד שני בהתנגדות להשתמש בו.
בתחילה ציפינו כי יהיו לנו שתי קטגוריות עיקריות: חיובית ושלילית. בעוד שהקטגוריה BTB היא לא מפתיעה, הקטגוריה האחרונה הפתיעה אותנו מאד. הקומבינציה של התלהבות חיובית מחד וההתנגדות השלילית מאידך הכתה בנו, בפרט שמדובר במורים למדעי המחשב המורגלים בשימוש בסביבות טכנולוגיות בהוראה. התוצאות הראשוניות הללו הראו כי ההחלטה לגבי האם להשתמש בסביבה או לדחותה תלויה בגישות האישיות של המורים לגבי השימוש ב – Jeliot. ולכן בחרנו לחפש מתודוליה מחקרית נוספת שתעזור לנו לקשר בין התנהגות לבין גישות. ומצאנו. תוצאות מחקר זה היוו את הבסיס לשאלון TPB שבנינו. אקדיש מספר מילים למודל ה - TPB

18. TPB model
The diagram depicts the model that the TPB provides.

19. Jeliot והמורים – התוצאות (2)
TPB: השתמשו החוקרים כדי לחשוף את העמדות שיש למורים לגבי השימוש ב-Jeliot ככלי עזר להוראה, מתוך רצון לנבא את קבלת Jeliot או דחייתו.
המודל שמציעה מתודולוגיה זו משמש לניבוי התנהגות הנחקר. ההתנהגות היא תוצאה של כוונות (intentions) .
PBC נמוך – מפתיע לגבי מורים למדעי המחשב.
הסבר: מורים מאויימים על-ידי סביבה ה"תופסת את מקומם בכיתה" – Centrality.
שיטת מחקר זו לקוחה מתחום הפסיכולוגיה החברתית. כוונות מושפעות משלושה מרכיבים: עמדות (attitudes), נורמות ותפיסה לגבי שליטה על ההתנהגות .(PBC) כפי שניתן לראות במודל המוצג בשקף הבא. עקב המחקר הודגשה החשיבות של קורס המלמד לא רק את רזי הסביבה אלא גם משלב פדגוגיה, נוגע בבעיות הנוצרות עקב השימוש בסביבה ודרכים לטיפול בבעיות אלה. הוצע מודל לשיפור עמדות המורים.

20. Jeliot ושיתוף פעולה
בשנת 2008 בדקו Myller, Bednarik, Ben-Ari & Sutinen כיצד השימוש ב-Jeliot משפיע על שיתוף הפעולה בין סטודנטים.
החוקרים השתמשו ב-engagement taxonomy ואף הרחיבו אותה לצורת העבודה עם Jeliot.
החוקרים השתמשו במחקר השוואתי בין רמות השיתוף השונות כדי להבין את ההבדלים שיוצר השימוש ב-Jeliot.
המחקר נערך באוניברסיטת Joensuu בפינלנד על סטודנטים בקורס מבוא למדעי המחשב.
טקסונומיה זו מגדירה מספר רמות של שיתופיות מצפייה בלבד ועד יצירה של ויזואליזציה והצגה בעזרת ויזואליזציה של פתרון למשל. החוקרים הוסיפו רמות ביניים של צפיה מבוקרת בויזואליזציה הכנסת קלט על-ידי הסטודנט לויזואליזציה. החוקרים הוסיפו אף רמה גבוהה ביותר לטקסונומיה שאומרת ביקורת על ויזואליזציה – הערות, הצעות.

21. Jeliot ושיתוף פעולה - התוצאות
החוקרים מצאו כי קיים מתאם חיובי באופן משמעותי בין האינטראקציה עם הסביבה לבין רמת שיתוף הפעולה בין הסטודנטים.
כמות המלל בדיון בין הסטודנטים עלתה באופן משמעותי אם הכלי תמך ברמה של הכנסת קלט. תוצאה הפוכה הושגה כאשר הכלי תמך רק בצפייה בויזואליזציה.
בעקבות המחקר Myller הוסיף ל- Jeliot אופציה של שאלות הבנה אוטומטיות כדי לתמוך ברמת התגובה בטקסונומיה.
המתאם נבדק בעזרת מבחן חי-בריבוע בסקאלה נומינלית. זו דוגמה לאופן בו כיצד המחקר השפיע על התפתחות סביבת האנימציה Jeliot.

22. Jeliot כיוצר של אנימציות שגויות
Conflicting animation – הסביבה מציגה, במתכוון, קטע קוד באופן שגוי. קטע הקוד נכון, אך הביצוע שגוי.
בשנים Moreno, Sutinen, Bednarik & Myller חקרו את האופן בו שימוש באנימציה שגויה משפיעה על היכולת לביקורת של הסטודנטים על קטע הקוד המופיע בפניהם. השגיאות הן בטווח שבין שגיאות הרצה פשוטות לבין שיאה בהבנה של מנגנון ההורשה.
בעקבות המחקר Moreno & Myllerמוסיפים ל-Jeliot אופציה לאנימציות שגויות.
מורים יכולים להשתמש באנימציות מסוג זה כדי לחדד מושגים שנלמדו בכיתה. פעמים רבות מאד מורים מציגים בפני התלמידים שגיאות וזו דרך מאד טובה ללמד בעזרת סביבת אנימציה גם נושא זה.

23. סיכום - מספרים
במחצית השנה האחרונה 1600 הורדות של Jeliot אנשים נכנסו לאתר של Jeliot משם יכלו להוריד גם כן.
מדינה
מספר מבקרים
ארה"ב
1661
מקסיקו
754
גרמניה
743
ישראל
720
הטבלה מראה את 5 המדינות המובילות בכמות הביקורים באתר של Jeliot. ישראל במקום החמישי, אך בל נשכח מהו גודל האוכלוסייה שלנו באופן יחסי למדינות שמעלינו.

24. סיכום סביבת האנימציה Jeliot מלווה במחקר פדגוגי של למעלה מ-20 שנים.
מחקר רב שנתי כזה מראה על קשר של החוקרים למשתמשים, ותרם תרומה משמעותית לפיתוח הכלי.
השימוש ב-Jeliot עלה באופן משמעותי בשנים האחרונות.
Jeliot יכול לשמש דוגמה לפיתוח של כלים טכנולוגיים להוראה.
אנחנו מאמינים כי ריבוי כזה של מחקרים ובמשרעת כזו של תחומים הוא תופעה ייחודית.
הראנו כי מחקר פדגוגי מתמשך הוא חיוני לצורך חיות של סביבה טכנולוגית להוראה – בניגוד לסביבות אחרות שנוצרו מבלי המשכיות. לא רק שהתוצאות שימשו לשיפור הכלי, אלא המחקר איפשר לעבור משימוש בכלי באקדמיות לשימוש בבתי-ספר ובכך מוביל להטמעה מוצלחת של הכלי בהוראה.

25. תודה רבה
I would like to thank you for you listening