a középfokú, core computer science (CS) fogalmak és gyakorlatok tanítják tanfolyamok jellemzően az információs technológia (IT) karrier klaszter égisze alatt karrier és műszaki oktatás (CTE). Azonban CS fogalmak és gyakorlatok is egyre inkább beépülnek a tudósok és választani (és befolyásolja a művészet és a design).
nem számít a fegyelem, ami számítási leletek egyik alapvető CS gyakorlatok diákok következetesen tapasztalni, hogy jobb problémamegoldó. A számítógépes tárgyak tartalmazhatnak képeket, videókat, prezentációkat, hangfájlokat és számítógépes programokat.
a számítógépes programozás (CP) pontos és következetes gyakorlata segít a hallgatóknak a tantervközi ismeretek építésében mind az akadémiai, mind a CS fogalmakkal és gyakorlatokkal párhuzamosan. Mivel a CP a program elejétől a végéig történő megírásának folyamata, a hallgatók kitettséget kapnak a K-12 számítástechnikai keretrendszerben található 3-6 gyakorlat összevonásában.
Szóval, hogyan tudjuk sikeresen bevonni a hallgatókat a CP-be? Íme, hogyan tehetjük ezt meg négy fő lépésben.
1.lépés: a probléma azonosítása
amikor a diákok újak a CP-ben, általában oktatóanyagok segítségével kezdjük el tanítani őket programozni és kódolni. Bár ezzel nincs semmi baj, nem akarjuk ott tartani őket.
általában az oktatóanyag írója már azonosította mind a problémát, mind a program megoldását. A gyerekek tanulásának legjobb módja a saját problémáik és megoldásaik megírása és saját programok létrehozása. Ellenkező esetben inkább arra összpontosítanak, hogy megtanulják kódolni az adott funkciókat egy adott nyelven, ami általában nem különbözik a rote memorizálástól, amelyet a munkamemória fejlesztésével kell felváltani.
a probléma azonosítása (vagy meghatározása) a CP folyamat legkritikusabb része, mivel a hallgatóknak konkrét tervet kell kidolgozniuk arra vonatkozóan, hogy mit fognak tenni a teljes programjuk. Ez a folyamat magában foglalja mind az ismert bemenetek (vagy adott adatok), mind a kimenetek (az eredmény) azonosítását. Bár a CP nem egyszerű folyamat, a következetes és pontos gyakorlat idővel növeli a diákok bizalmát a programjaik számára kívánt bemenet, feldolgozás és kimenet részleteinek megfogalmazásában. Ahhoz, hogy a diákok elkezdték a programozás, olvassa el ezt a nagy intro a leckét épület és megosztás alkalmazások Code.org.
2. lépés: megoldás keresése
az 1.lépésben azonosított probléma megoldásának megtalálásához vagy megtervezéséhez a hallgatók folyamatábra készíthetnek vagy pszeudokódot írhatnak. A tapasztalt programozók ezen módszerek bármelyikét használhatják és fogják használni a programfejlesztés továbbítására az ügyfelek, tanárok stb.
a folyamatábra egy lépésenkénti megoldás egy olyan problémára, amely a program irányának képi ábrázolását használja, és nyilakból, dobozokból és más szimbólumokból áll, amelyek a műveleteket (azaz bemenetet/kimenetet, folyamatot stb.). A pszeudokód hasonló az angolhoz, és a megoldás pontosabb közvetítésére szolgál, mint az egyszerű angol nyelven — de a formális programozási nyelv által megkövetelt kisebb aprólékossággal.
a megoldási folyamat lehetővé teszi a programozó számára, hogy a Program logikai folyamatára összpontosítson anélkül, hogy ragaszkodnia kellene a programozási nyelv által a projekthez használt tényleges szintaxishoz. Nézze meg ezt a szórakoztató Technovation leckét, hogy segítsen diákjainak megtervezni kódjukat.
3.lépés: kódolás
a kódolást gyakran összekeverik a programozással, de a kódolás csak a programozási folyamat egyik része. A jó kódolók utasításokat hozhatnak létre a megoldásokból (a 2.lépésben tárgyaljuk), és kódba írhatják őket, hogy a számítógép megértse. Itt játszanak szerepet a számítási gondolkodás algoritmikus tervezési készségei.
segít, ha úgy gondolja, a probléma, mint egy matematikai probléma, nem azért, mert mindig csinál egy csomó matematikai programozás közben, hanem azért, mert a gondolkodási folyamat ugyanaz. A matematikában gyakran használunk algoritmikus utasításkészleteket, amelyeket lépések sorozatában követünk a cél elérése érdekében. Ez a folyamat hasonlít mind a jól részletes folyamatábra, mind a kódhoz (egy adott programozási nyelven).
a kódolás gyakorlása segít a tanulóknak megérteni, hogy a kódolás nem bonyolult, ha megtanulják, hogyan kell logikusan és lépésekben gondolkodni. A diákok egyszerű programok írásával történő elindítása megtanítja nekik, hogyan kell utasításokat adni a számítógépeknek, hogyan működnek a számítógépek, és hogy a jó kódolók nem homályosak, és nem hagyják ki a lépéseket. Azt is meg fogják érteni, hogy az általuk írt kódot egy fordító feldolgozza (lefordítja) gépi nyelvre végrehajtás céljából.
azoknak a gyerekeknek, akik újak a kódolásban, azt javaslom, hogy kezdjenek egy vizuális programozási nyelvvel (VPL), amely lehetővé teszi a gyerekek számára, hogy illusztrációk segítségével írják le algoritmusaikat, és lehetővé teszi a kódolók számára, hogy a folyamatot értelmesen írják le.
íme néhány népszerű VPLs:
- Scratch, ScratchJr
- Blockly
- Ardublock (blokk programozási nyelv az Arduino számára)
- ROBOLAB (programozási nyelv a LEGO Robotics számára)
- ROBOTC (grafikus a VEX Robotics számára)
- LabVIEW (National Instruments)
bár számos módja van annak, hogy a diákok elkezdhessék a kódolást, nagyon ajánlom, hogy az egész iskola vegyen részt egy óra kódolásban, és tanítsa meg a gyerekeket a kódolásra a STEM/STEAM tervezési kihívás keretében.
4. lépés: Test it
a tesztelés a CP-ben egy kritikus folyamat, amelyet a program minőségének meghatározására és a hibák (problémák) megtalálására használnak. Főiskolai gyakornokként először az ActiveX vezérlők tesztelésével és hibakeresésével ismerkedtem meg a Visual Basic programozási nyelvben. Bár a tesztelés különböző szintekkel rendelkezik, és meghatározza, hogy a programok működnek — e vagy sem-a szoftverfejlesztők által kijavítandó hibák megtalálása nagyon hatékony volt abban, hogy megértsem a nap mint nap használt programok minőségét, valamint a rendszeres frissítés fontosságát.
a diákok számára, hogy nyilvánosan mutassák be munkájukat, kiváló technika a jó minőségű CS-munka megvitatásához és bemutatásához szükséges tesztelési folyamat fontosságára. Ismét az App Lab (Az 1.lépésben) egy nagyszerű lecke és projekt, amely segít a gyerekeknek a CP megtanulásában az elejétől a tesztelésig.
CP különböző évfolyamok
Számítógépes programozás lehet tanítani minden évfolyamon. Íme néhány eszköz a különböző korú és szintű tanulók számára.
3-8.fokozat: littleBits Kódkészlet. A kódkészlet elektronikus építőelemekkel és kódolási oktatóanyagokkal ellátott alkalmazással van felszerelve, és kiváló állvány a diákok számára a kódolás, a fény, a hang és a mozgás fogalmainak tanításához egy tervezési kihívás vagy találmány összefüggésében.
amit a legerősebbnek találok a kódkészletben, az az alkalmazás, mert segít a felhasználóknak az alapvető kódolási elvek megalapozásában. A jó kódolónak, függetlenül a nyelvtől vagy a kódolási tapasztalattól, meg kell értenie az alapokat — mint például a bemenet/kimenet, a hurkok, a függvények, a változók és a logika. A siker mindig az alapok belső elsajátításának fejlesztéséhez kapcsolódik. Mint Dr. Stephen R. Covey, a rendkívül hatékony emberek 7 szokása, egyszer azt mondta: “Tedd az első dolgokat.”
a kódkészlet minden olyan oktatási erőforrással együtt működik, amelyre egy oktatónak szüksége lenne, beleértve az óraterveket, a hallgatói tájékoztatókat és a következő generációs Tudományos szabványokhoz való igazítást. Az erőforrások nagy részét a littleBits Lead Educator kohorsz tesztelte és fejlesztette ki 2017-ben, és büszke tagként nagyon szerencsés voltam, hogy egy ilyen tehetséges oktatócsoporttal dolgozhattam és tanulhattam!
6-8.fokozat: robotika. A gyerekek elkezdése a programozásban meglehetősen egyszerű. Korábbi tantervi szakemberként a Lego Mindstorms robotot használtuk bevezetőként. Ezeket a lépéseket tettünk annak érdekében, hogy a gyerekek megértsék a kulcsfontosságú fogalmakat, valamint a programozás:
- építeni a robotok. Gyakorlatilag minden gyerek szerette ezt a részt.
- Ismerje meg az alapokat. Az oktatóanyagok feltárásával megismerték a motorokat, érzékelőket, fogaskerekeket és egyéb alkatrészeket.
- Tanulj meg programozni. A Bricknek hat beépített küldetése volt, amelyek lehetővé tették a diákok számára, hogy lássák, hogyan lehet a robotot motorokkal mozgatni, és érzékelőkkel reagálni az érintésre vagy a mozgásra. Ahogy egyre jobban megszokták a beépített programokat, elkezdtek saját programokat készíteni, ROBOLAB programozási blokkokat használva.
- Csatlakozás a CS-hez és a STEM-hez. Megállapítottuk, hogy ez nagyban segített tisztázni mind a mintafelismerés, mind az algoritmikus tervezés koncepcióit és gyakorlatát. És természetesen a CS és a STEM leckéi, amelyek magukban foglalták a kódolást, az erőt és a mozgást, valamint a tervezést és a technológiát. Azt is megállapítottuk, hogy a VEX IQ Kit kiválóan alkalmas hasonló célokra, és mind a Vex-et, mind a Lego-t használtuk, a különböző versenyesemények alapján, amelyeken diákjaink részt vettek.
8-12.fokozat: fejlett robotika. Azoknak a középiskolásoknak, akik már gyakorolták a VPL használatával történő kódolást, és vagy rendelkeznek vagy elsajátítják az alapvető programozási elveket, a következő lépés az, hogy kódolják őket egy olyan iparágban keresett programozási nyelven, mint a JavaScript, Python, Pearl vagy C++. Szerencsére egy olyan robot programozása, mint a VEX EDR, bevezetést ad a középiskolásoknak ehhez az értékes tanulási tapasztalathoz. A Vex EDR-t programozó diákok megtanulják használni a ROBOTC C-alapú programozási nyelvet,és valós időben láthatják az általuk írt kód hatásait a mérnöki tervezési folyamat segítségével.
nemrég kezdtem el tanulni a VEX EDR programozását, amikor részt vettem egy mérnöki tervező tanfolyamon a Nemzetközi Technológiai és mérnöki oktatói Szövetséggel. Ott ismerkedtem meg Tim Oltmannal — az év Martha Layne Collins középiskolai tanárával. Ő és tanártársa, Shane Ware jelentős tapasztalattal rendelkezik a gyerekek programozásában robotok különböző VEX robotics versenyeseményeken, és számos díjat nyertek Kentuckyban.
megkérdeztem Tim véleményét arról, hogy a tanárok hogyan járjanak el, amikor a gyerekeket a VPL-ben történő programozásról egy C-alapú programra helyezik át, mint például a VEX számára, és azt mondta: “először építsen kapcsolatokat a diákjaival, majd tanuljon velük. Hadd lássák, hogy megpróbálsz kudarcot vallani, és élvezni fogják a folyamatot veled. Végül túlszárnyalnak benneteket, és tanítókká válnak.”
Jorge Valenzuela oktatási coach és diplomás tanársegéd az Old Dominion Egyetemen. Ő is a vezető edző az egész életen át tartó tanulás meghatározott, Inc., a Nemzeti kar a Buck Institute for Education, a nemzeti tanár hatékonyság coach a Nemzetközi Technológiai és mérnöki oktatók Szövetsége (ITEEA) és része a vezető pedagógus program littleBits. A beszélgetés folytatásához kapcsolatba léphet Jorge-val a Twitteren @JorgeDoesPBL.