Η παρούσα εργασία εστιάζει στην εκπαίδευση STEM και στην ενσωμάτωσή της στη διδακτική των Φυσικών Επιστημών, με ιδιαίτερη έμφαση στην εκπαιδευτική ρομποτική και τη χρήση του Αrduino ως εργαλείου μάθησης. Στόχος της είναι να εξετάσει τον τρόπο με τον οποίο η STEM εκπαίδευση συμβάλλει στην ανάπτυξη δεξιοτήτων του 21ου αιώνα, ενισχύοντας την κριτική σκέψη, την επίλυση προβλημάτων και τη συνεργασία των μαθητών. Μέσα από μία μελέτη περίπτωσης, αξιολογείται η αποτελεσματικότητα ενός εκπαιδευτικού προγράμματος που εφαρμόστηκε σε μαθητές και περιλαμβάνει τόσο θεωρητική ανάλυση όσο και ανάλυση δεδομένων από ερωτηματολόγια πριν και μετά την παρέμβαση.

Η εργασία ξεκινά με την παρουσίαση της STEM εκπαίδευσης, αναλύοντας την εισαγωγή, την εξέλιξη και τις βασικές διδακτικές μεθοδολογίες που τη συνοδεύουν, όπως η Διερευνητική Μάθηση, η Μάθηση βάσει Έργου, οι Προσομοιώσεις, η Βιωματική Μάθηση και η Εκπαιδευτική Ρομποτική. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στις δεξιότητες του 21ου αιώνα, όπως έχουν οριστεί από οργανισμούς όπως η Ευρωπαϊκή Επιτροπή, η UNESCO και ο ΟΟΣΑ, και εξετάζεται η εφαρμογή της STEM εκπαίδευσης στο Ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα.

Στη συνέχεια, η εργασία εστιάζει στη χρήση του Αrduino στην εκπαιδευτική ρομποτική, αναλύοντας τα τεχνικά χαρακτηριστικά του μικρο-ελεγκτή Αrduino UNO, τα εξαρτήματά του και τη διδακτική του αξία. Παρουσιάζεται επίσης η ενσωμάτωσή του στο ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα και οι εκπαιδευτικές δυνατότητες που προσφέρει.

Η μελέτη περίπτωσης που ακολουθεί αποτελεί το κύριο πρακτικό μέρος της εργασίας. Περιγράφει το σχεδιασμό και την εφαρμογή ενός εκπαιδευτικού προγράμματος STEM, το οποίο περιλαμβάνει βιωματικές και ομαδοσυνεργατικές δραστηριότητες. Η εκπαιδευτική αξία και η αποτελεσματικότητα του προγράμματος αξιολογήθηκε μέσω ερωτηματολογίων έναρξης και λήξης.

Τα δεδομένα από τα ερωτηματολόγια έναρξης (pretest) και λήξης (posttest) αναλύθηκαν στατιστικά, προκειμένου να διαπιστωθεί ο αντίκτυπος του προγράμματος. Η ανάλυση έδειξε ότι οι μαθητές βελτίωσαν τις γνώσεις και δεξιότητές τους, αύξησαν το ενδιαφέρον τους για τις θετικές επιστήμες και την τεχνολογία και ανέπτυξαν δεξιότητες συνεργασίας και επίλυσης προβλημάτων.

Τέλος, παρουσιάζονται η ανάλυση των αποτελεσμάτων, η σύγκριση των απαντήσεων πριν και μετά την παρέμβαση, καθώς και τα γενικά συμπεράσματα της έρευνας. Επιβεβαιώνεται ότι η STEM εκπαίδευση μέσω της χρήσης του Αrduino αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο μάθησης, ενισχύοντας τη δημιουργικότητα, την κριτική σκέψη και την ενασχόληση των μαθητών με την τεχνολογία.

This study focuses on STEM education and its integration into the teaching of Natural Sciences, with particular emphasis on educational robotics and the use of Αrduino as a learning tool. Its objective is to examine how STEM education contributes to the development of 21st-century skills, enhancing students' critical thinking, problem-solving, and collaboration. Through a case study, the effectiveness of an educational program implemented with students is evaluated, incorporating both theoretical analysis and data analysis from questionnaires administered before and after the intervention.

The thesis begins with an introduction to STEM education, analyzing its introduction, evolution, and the main teaching methodologies that accompany it, such as Inquiry-Based Learning, Project-Based Learning, Simulations, Experiential Learning, and Educational Robotics. Additionally, it discusses 21st-century skills as defined by organizations such as the European Commission, UNESCO, and the OECD, and examines the implementation of STEM education in the Greek educational system.

Next, the thesis focuses on the use of Αrduino in educational robotics, analyzing the technical characteristics of the Αrduino UNO microcontroller board, its components, and its educational value. It also presents its integration into the Greek educational system and the learning opportunities it offers.

The case study that follows constitutes the main practical part of the thesis. It describes the design and implementation of a STEM educational program, which includes experiential and collaborative learning activities. The educational value and effectiveness of the program were assessed through pre- and post-intervention questionnaires.

The data from the pretest and posttest questionnaires were statistically analyzed to determine the impact of the program. The analysis showed that students improved their knowledge and skills, increased their interest in science and technology, and developed collaboration and problem-solving abilities.

Finally, the results analysis, the comparison of responses before and after the intervention, and the overall research conclusions are presented. It is confirmed that STEM education through the use of Αrduino is a powerful learning tool, fostering students' creativity, critical thinking, and engagement with technology.