na sekundární úrovni se základní koncepty a postupy informatiky (CS) vyučují v kurzech typicky v rámci kariérního klastru informačních technologií (IT) pod záštitou kariérního a technického vzdělávání (CTE). Koncepty a postupy CS jsou však stále více začleněny do akademiků a také volitelných předmětů(a jsou ovlivněny uměním a designem).
bez ohledu na disciplínu je vytváření výpočetních artefaktů jednou ze základních postupů CS, které by studenti měli důsledně zažít, aby se stali lepšími řešiteli problémů. Výpočetní artefakty mohou zahrnovat obrázky, videa, prezentace, zvukové soubory a počítačové programy.
přesná a konzistentní praxe v počítačovém programování (CP) pomůže studentům konstruovat mezikulturní znalosti v tandemu s akademickými I CS koncepty a postupy. Protože CP je proces psaní programu od začátku do konce, studenti dostávají expozici při sloučení postupů 3-6 nalezených v rámci počítačové vědy K-12.
jak tedy můžeme úspěšně zapojit studenty do CP? Zde je návod, jak to udělat ve čtyřech hlavních krocích.
Krok 1: Identifikujte problém
když jsou studenti v CP noví, obvykle je začneme učit, jak programovat a kódovat pomocí výukových programů. I když na tom není nic špatného, nechceme je tam držet.
obvykle spisovatel tutoriálu již identifikoval problém i řešení programu. Nejlepší způsob, jak se děti učí, je psaní vlastních problémů a řešení a vytváření vlastních programů. V opačném případě se více zaměří na učení se kódovat specifické funkce v konkrétním jazyce, což se obecně neliší od memorování rote, které by mělo být nahrazeno vývojem pracovní paměti.
identifikace (nebo definování) problému je nejkritičtější součástí procesu CP, protože studenti budou muset vypracovat konkrétní plán toho, co jejich kompletní program udělá. Tento proces zahrnuje identifikaci jak známých vstupů (nebo daných dat), tak toho, co se má získat prostřednictvím výstupů(výsledek). Ačkoli CP není jednoduchý proces, konzistentní a přesná praxe buduje důvěru studentů v průběhu času při formulování podrobností o druhu vstupu, zpracování a výstupu požadovaného pro jejich programy. Chcete-li začít studenty v programování, přečtěte si tento skvělý úvod do lekce pro vytváření a sdílení aplikací Code.org.
Krok 2: Najděte řešení
Chcete-li najít nebo naplánovat řešení problému identifikovaného v kroku 1, mohou studenti vytvořit vývojový diagram nebo napsat pseudokód. Zkušení programátoři mohou a budou používat některou z těchto metod k předávání vývoje programu klientům, učitelům atd.
vývojový diagram je krok za krokem řešení problému, který používá obrazové znázornění směru programu a skládá se ze šipek, políček a dalších symbolů, které představují akce (tj.). Pseudokód je podobný angličtině a používá se k předávání řešení s větší přesností než v běžné angličtině-ale s menší pečlivostí vyžadovanou formálním programovacím jazykem.
proces řešení umožňuje programátorovi soustředit se na logický tok programu, aniž by musel dodržovat skutečnou syntaxi používanou programovacím jazykem pro projekt. Podívejte se na tuto zábavnou lekci Technovation, která pomůže vašim studentům naplánovat jejich kód.
Krok 3: Kód it
často je kódování zaměňováno s programováním, ale kódování je jen jednou částí programovacího procesu. Dobré kodéry mohou vytvářet pokyny z řešení (popsané v kroku 2) a zapisovat je do kódu, aby jim počítač porozuměl. To je místo, kde algoritmické designové dovednosti z výpočetního myšlení vstupují do hry.
pomáhá, když si myslíte, že váš problém jako matematický problém, ne proto, že jste vždy dělá hodně matematiky při programování, ale proto, že myšlenkový proces je stejný. V matematice často používáme algoritmické sady instrukcí, které sledujeme v posloupnosti kroků k dosažení cíle. Tento proces je přirovnáván k dobře detailnímu vývojovému diagramu a kódu (v konkrétním programovacím jazyce).
cvičení kódování pomůže studentům pochopit, že kódování není složité, když se naučí, jak myslet logicky a v krocích. Jak studenti začali psát jednoduché programy se naučí, jak dát počítačům pokyny, jak počítače skutečně fungují a že dobré kodéry nejsou vágní a ne přeskočit kroky. Pochopí také, že kód, který píší, je zpracován (přeložen) kompilátorem do strojového jazyka pro provedení.
pro děti, které začínají kódováním, doporučuji začít s vizuálním programovacím jazykem (VPL), který umožňuje dětem popsat své algoritmy pomocí ilustrací a umožňuje programátorům popsat proces v termínech, které jim dávají smysl.
zde jsou některé populární VPLs:
- Scratch, ScratchJr
- Blockly
- Ardublock (blokový programovací jazyk pro Arduino)
- ROBOLAB (programovací jazyk pro LEGO Robotics)
- ROBOTC (grafický pro VEX Robotics)
- LabVIEW (National Instruments)
i když existuje několik způsobů, jak dostat studenty začal v kódování, vřele doporučuji celá vaše škola podílet se na Hodinu Kódu a také naučit děti kódovat v rámci STEM / STEAM Design challenge.
Krok 4: Test it
testování v CP je kritický proces používaný k určení kvality programu a nalezení chyb (problémů). Jako vysokoškolský stážista jsem byl poprvé představen testování a ladění ovládacích prvků ActiveX v programovacím jazyce Visual Basic. Přestože testování má různé úrovně a určí, zda programy fungují nebo ne-práce na nalezení chyb pro vývojáře softwaru k opravě byla velmi silná, když mi pomohla pochopit kvalitu programů, které jsem používal každý den, a také důležitost jejich pravidelné aktualizace.
požadovat, aby studenti prezentovali svou práci Veřejně, je vynikající technikou pro zapojení a vštípení do nich důležitost testovacího procesu pro diskusi a představení vysoce kvalitní CS práce. App Lab (v kroku 1) je opět skvělou lekcí a projektem, který pomáhá dětem učit se CP od začátku až po testování.
CP pro různé stupně
počítačové programování lze vyučovat na všech úrovních. Zde jsou některé nástroje pro použití s různým věkem a úrovní studentů.
stupně 3-8: littleBits Code Kit. Sada kódů je vybavena elektronickými stavebními bloky a aplikací s kódovacími návody a je vynikajícím lešením pro výuku studentů konceptů kódování, světla, zvuku a pohybu v souvislosti s návrhem nebo vynálezem.
to, co považuji za nejsilnější o kódové sadě, je aplikace, protože pomáhá uživatelům zakotvit základní principy kódování. Dobrý kodér, bez ohledu na jazyk nebo zkušenosti s kódováním, bude muset porozumět základům-jako je vstup/výstup — smyčky,funkce, proměnné a také logika. Úspěch vždy souvisí s rozvojem vnitřního sebeovládání základů. Jako Dr. Stephen R. Covey, autor 7 návyků vysoce efektivních lidí, jednou řekl: „Dejte první věci na prvním místě.“
sada kódů také funguje ve spojení se všemi vzdělávacími zdroji, které by pedagog potřeboval, včetně plánů lekcí, letáků studentů a sladění s vědeckými standardy nové generace. Mnoho zdrojů bylo testováno a vyvinuto kohortou littleBits Lead Educator z roku 2017 a jako hrdý člen jsem měl velké štěstí, že jsem pracoval a učil se s tak talentovanou skupinou pedagogů!
stupně 6-8: robotika. Dostat děti začaly v programování je poměrně snadné. V mé předchozí roli specialisty na osnovy jsme jako úvod použili robota Lego Mindstorms. To byly kroky, které jsme podnikli v pomoci dětem pochopit klíčové pojmy, stejně jako programování:
- stavět své roboty. Prakticky každé dítě tuto část milovalo.
- Naučte se základy. Prostřednictvím zkoumání tutoriálů se dozvěděli o motorech, senzorech, převodových stupních a dalších součástech.
- Naučte se programovat. Cihla měla šest vestavěných misí, což studentům umožnilo vidět, jak se robot pohybuje s motory a reagovat na dotek nebo pohyb pomocí senzorů. Jak si zvykli na vestavěné programy, začali vytvářet vlastní programy pomocí programovacích bloků ROBOLAB.
- Připojte se k CS a STEM. Zjistili jsme, že to výrazně pomohlo objasnit koncepty a praxi rozpoznávání vzorů i algoritmického návrhu. A pak samozřejmě lekce v CS a STEM, které zahrnovaly kódování, sílu a pohyb a design a technologii. Také jsme zjistili, že sada VEX IQ je skvělá pro podobné účely a použili jsme jak Vex, tak Lego, na základě různých soutěžních akcí, kterých se naši studenti účastnili.
stupně 8-12: pokročilá robotika. Pro studenty středních škol, kteří již praktikovali kódování pomocí VPL a buď mají nebo ovládají základní programovací principy, je dalším krokem jejich kódování v průmyslovém vyhledávaném programovacím jazyce, jako je JavaScript, Python, Pearl nebo C++. Naštěstí programování robota, jako je VEX EDR, dává středoškolákům úvod do této cenné zkušenosti s učením. Studenti programování VEX EDR se naučí používat programovací jazyk založený na ROBOTC C a mohou vidět účinky kódu, který píší v reálném čase, řešením problémů pomocí procesu inženýrského návrhu.
nedávno jsem se začal učit programovat EDR VEX, když jsem se zúčastnil školení v kurzu inženýrského designu s Mezinárodní asociací technologických a inženýrských pedagogů. Tam jsem se setkal a byl jsem v partnerství s Timem Oltmanem-učitelkou střední školy Martha Layne Collins roku. On a kolega učitel Shane Ware mají značné zkušenosti s učením dětí programovat roboty pro různé soutěžní akce VEX robotics a získali řadu ocenění v Kentucky.
požádal jsem Tima o jeho myšlenky na to, jak by učitelé měli postupovat při přesunu dětí z programování v VPL do programu založeného na C, jako je VEX, a řekl: „nejprve budujte vztahy se svými studenty a pak se s nimi Učte. Nechte je vidět, jak se snažíte selhat, a budou si užívat boje s tímto procesem s vámi. Nakonec vás předčí a stanou se učiteli.“
Jorge Valenzuela je vzdělávací trenér a postgraduální asistent pedagoga na Old Dominion University. Je také vedoucím koučem pro celoživotní vzdělávání definováno, Inc., národní fakulta Buck Institute for Education, národní kouč efektivity učitelů s Mezinárodní asociací pedagogů technologie a inženýrství (ITEEA) a součástí programu Lead Educator pro littleBits. Můžete se spojit s Jorge na Twitteru @JorgeDoesPBL a pokračovat v konverzaci.