1 Maciej M. Sysło UMK Toruń, UWr Wrocław [email protected], …@ii.uni.wroc.pl http://mmsyslo.pl Informatyka i programowanie przez wszystkie lata w szkole Jak realizować proponowaną podstawę programową kształcenia informatycznego

2 Polska … 2 Maciej M. Sysło Koniec stycznia, 2016: Prezydent Obama ogłasza Computer Science for ALL i obiecuje znaleźć na to $ 4 000 000 000 przed USA Koniec grudnia, 2015:  szybki Internet do wszystkich szkół (MC)  nowa podstawa programowa informatyki, a w niej programowanie dla wszystkich uczniów

3 W Wielkiej Brytanii: Koniec z ICT w szkołach ? 3 ICT znika z podstawy programowej i robi miejsce dla informatyki Minister edukacji w UK Maciej M. Sysło To było w 2012 roku Od września 2014 do szkół UK weszła informatyka i programowanie dla wszystkich uczniów – Computing

4 Polacy a umiejętność programowania 4 średnia europejska: 20 Polscy uczniowie i studenci: 16 22 miejsce w Europie Badania EuroStat Maciej M. Sysło

5 5 Polska: Poniżej średniej europejskiej we wszystkich kategoriach PISA 2012 Maciej M. Sysło

6 Dlaczego nasi uczniowie wypadli źle (29 miejsce na 32 kraje) w badaniach PISA w zakresie rozwiązywania problemów, programowania urządzeń cyfrowych. Testy: najkrótsze drogi klimatyzator Biletomat 6 Maciej M. Sysło Jedna z motywacji Rozwiązywanie problemów i „programowanie”

7  2020 w USA: potrzebnych będzie ponad 1 mln osób z wykształceniem informatycznym, a uczelnie opuści tylko 400 tys.  Podobnie w UK, UE i w Polsce  ale ok. 30 tys. absolwentów starało się na kierunki informatyczne, na ogół nie przygotowanych do studiowania informatyki – tylko 4 tys. zdawało maturę z informatyki  stąd duży odsiew na I roku studiów (ponad 50%) – zły, nie przygotowany wybór do studiowania Generalnie:  Kompetencje informatyczne = kompetencje rozwiązywania problemów z pomocą komputera = kompetencje rozwiązywania jakichkolwiek problemów niemal w każdej dziedzinie 7 Maciej M. Sysło Inna motywacja – potrzeby i kompetencje

8 Zapowiedź … 8 Maciej M. Sysło Z końca grudnia 2015:  szybki Internet do wszystkich szkół (MC)  nowa podstawa programowa informatyki, a w niej programowanie dla wszystkich uczniów:  2016/2017 – pilotaż  2017/2018 – na dobre we wszystkich szkołach MUSIMY BYĆ GOTOWI!  na każdym etapie edukacyjnym istnieją przedmioty informatyczne  w szkołach pracują nauczyciele tych przedmiotów  szkoły są wyposażone w podstawowy sprzęt informatyczny  środowiska programistyczne są powszechnie dostępne i bezpłatne  duże zaangażowanie uczniów i gotowość do udziału w zajęciach informatycznych/programistycznych W pewnym sensie jesteśmy:

9 Propozycja Rady przy MEN 9 Maciej M. Sysło Nowa podstawa przedmiotu informatyka dla każdego poziomu edukacyjnego, adresowana do wszystkich uczniów. Założenia:  informatyka jest czymś więcej niż tylko programowaniem  myślenie komputacyjne, a w jego ramach programowanie, to czwarta podstawowa alfabetyzacja obok: czytania, pisania i rachowania (popularne 3R).  uczniowie poznają podstawy informatyki, nabywają przy tym umiejętność kreatywnego wykorzystania technologii w realizacji swoich pomysłów, w rozwiazywaniu problemów  poznanie i korzystanie z informatyki – myślenia komputacyjnego – jest fundamentem dla poznania świata, jak i przyszłego dobrobytu i pełnego uczestnictwa w życiu osobistym, zawodowym i społecznym Nie ma innej dziedziny, która spinałaby tak wiele innych dziedzin.

10 Propozycja podstawy programowej Wspólne Cele kształcenia – Wymagania ogólne – dla wszystkich etapów I. Rozumienie, analizowanie i rozwiazywanie problemów na bazie logicznego i abstrakcyjnego myślenia, myślenia algorytmicznego i sposobów reprezentowania informacji. II. Programowanie i rozwiazywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych: układanie i programowanie algorytmów, organizowanie, wyszukiwanie i udostępnianie informacji, posługiwanie się aplikacjami komputerowymi. III. Posługiwanie się komputerem, urządzeniami cyfrowymi i sieciami komputerowymi, w tym: znajomość zasad działania urządzeń cyfrowych i sieci komputerowych oraz wykonywania obliczeń i programów. IV. Rozwijanie kompetencji społecznych, takich jak: komunikacja i współpraca w grupie w tym w środowiskach wirtualnych, udział w projektach zespołowych oraz organizacja i zarządzanie projektami. V. Przestrzeganie prawa i zasad bezpieczeństwa. Respektowanie prywatności informacji i ochrony danych, netykiety, norm współżycia społecznego, praw własności intelektualnej; ocena i uwzględnienie zagrożeń, związanych z technologią. 10 Maciej M. Sysło Spiralna realizacja na kolejnych etapach Technologia

11 Wyzwania w realizacji kształcenia informatycznego 11 Maciej M. Sysło 1. Programowanie od najmłodszych lat – ale co dalej? programowanie musi być w szerszym kontekście: zabaw, gier, zintegrowanych działań 2. Jak podtrzymywać zainteresowanie uczniów programowaniem i informatyką przez 12 lat w szkole? pierwsze lata (1-3 i 4-6) są najważniejsze dla sukcesu na dalszych etapach 3. Rola programowania – elementem rozwiązywania problemów 4. Nie przegapić w szkole momentu głębszego zainteresowania informatyką i programowaniem – dalszą ścieżką rozwoju uczniów w kierunku informatycznym

12 O czym dalej … Miejsce programowania Tok zajęć. Podejście: heurystyka i cel: kształtowanie abstrakcji Aktywności uczniów Inteligencje i myślenie wielorakie Przykłady – rozwijające się na kolejnych poziomach edukacji Różne poziomy programowania robota Pomysły Bobrów Godzina kodowania trwająca cały rok Porządkowanie i algorytm Euklidesa przez 12 lat UWAGI: 1.Jest to krótki kurs dla nauczycieli 2.Głównie propaguję myślenie 12 Maciej M. Sysło

13 Dylemat jajka i kury … Dylemat – miejsce programowania: Chyba nie: Kodować by się uczyć (Code to learn) Ale raczej: Uczyć się programować, jeśli potrzeba (Learn to code) By w przyszłości, ewentualnie: Programować, by zarabiać (Code to earn) Stare (J. Szczepkowicz): NN nie miał nic do powiedzenia NN nauczył się po hiszpańsku teraz NN nie ma nic do powiedzenia po hiszpańsku hiszpański = jakikolwiek język programowania 13 Maciej M. Sysło... a może kogut? Język programowania, to język komunikacji z komputerem. Trzeba mieć coś do powiedzenia w tej rozmowie z komputerem.

14 Tok zajęć: problem, pojęcia, algorytm, program Stąd propozycja toku zajęć z elementami programowania: sytuacja problemowa (zamierzona przez nauczyciela) do rozwiązania przez uczniów: gry/aktywności kooperacyjne, łamigłówki z użyciem obiektów, które mają konkretne/realne znaczenie dla uczniów, roboty, problemy z różnych przedmiotów podejście do rozwiązania: heurystyka: efekt: abstrakcja, pojęcia pojawia się: sposób rozwiązania, algorytm algorytm, przepis, rozwiązanie można zaprogramować Komputer, gotowe aplikacje, zasoby sieciowe itp. – mogą pojawić się na dowolnym etapie, w dowolnym momencie – wynikiem decyzji nauczyciela lub uczniów 14 Maciej M. Sysło

15 Dwa ważne pojęcia: abstrakcja i heurystyka Abstrakcja J. Wing (CT), Myśleć jak informatyk, znaczy coś więcej niż umieć programować – wymaga to posługiwania się abstrakcją na wielu poziomach. Program to twór abstrakcyjny. Z perspektywy konstruktywizmu, poznanie nowych pojęć polega na skonstruowaniu umysłowych obiektów (struktur), abstrakcyjnych, i później manipulowaniu nimi w umyśle Heurystyka (George Polya, Jak to rozwiązać, 1945) Rozumowanie heurystyczne nie jest traktowane jako ostateczne i ścisłe, ale jako prowizoryczne i tylko prawdopodobne, którego celem jest odkrycie rozwiązania danego zadania Heurystykę buduje się na doświadczeniu w rozwiazywaniu zadań i obserwowaniu innych ludzi rozwiązujących zadania Odpowiednie zadanie, uczeń musi chcieć je rozwiązać. 15 Maciej M. Sysło

16 Aktywności, inteligencje, myślenie – uczniów 16 Maciej M. Sysło Zalecane trzy formy aktywności, w uzupełnieniu tekstów: wizualne uczenie się (obiekty graficzne, modele abstrakcyjne i fizyczne, obrazkowe programowanie, roboty) słuchowe uczenie się (rozmowy, dyskusje, grupy i cała klasa, …) kinestetyczne uczenie się (fizyczne aktywności uczniów) Inteligencje wielorakie (H. Gardner) – wrażliwości, zdolności, umiejętności: logiczno-matematyczna, językowa, przyrodnicza, muzyczna, przestrzenna, cielesno-kinestetyczna, emocjonalna (interpersonalna, intrapersonalna). Myślenie komputacyjne (mental tools) – metody umysłowe, rozumowania, związane z rozwiązywaniem problemów, gdy mamy możliwość i przewidujemy posłużenie się komputerem. Te metody na ogół wywodzące się z informatyki.

17 SP 1-3, cele ogólne I i II I. Rozumienie, analizowanie i rozwiazywanie problemów. Uczeń: 1) Porządkuje w postaci sekwencji (liniowo) następujące informacje: obrazki i teksty składające się na historyjki (storytelling), polecenia (instrukcje) składające się codzienne czynności, 2) planuje w ten sposób późniejsze ich zakodowanie za pomocą komputera. 3) Tworzy polecenia (sekwencję poleceń) dla określonego planu działania lub dla osiągnięcia celu. W szczególności wykonuje te polecenia w aplikacji komputerowej. II. Programowanie i rozwiazywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych. Uczeń: 1) Korzysta z przystosowanych do swoich możliwości i potrzeb aplikacji komputerowych, związanych z kształtowaniem podstawowych umiejętności: pisania, czytania, rachowania i prezentowania swoich pomysłów. 2) Programuje wizualnie proste sytuacje/historyjki według pomysłów własnych i pomysłów opracowanych wspólnie z innymi uczniami. 3) Steruje robotem lub inną istotą na ekranie komputera lub poza komputerem. 17 Maciej M. Sysło TI:

18 Informatyka bez komputera – Wykształcona małpa Dla 5 x 5 Wykorzystywana na zajęciach Uniwersytetów Dziecięcych Służy do: mnożenia dwóch liczb dzielenia dwóch liczb rozkładu liczby na czynniki Z podkładką, może służyć do dodawania Pojęcia: podstawowe operacje matematyczne, posługiwanie urządzeniami do liczenia – elektroniczny kalkulator później, tutaj widać, jak są wykonywanie działania algorytm Dzieci były zainteresowane, gdzie można kupić takie urządzenie !!!! 1916 18 Maciej M. Sysło

19 Poziom 1-3, 4-6 – demonstracja Dash & Dot: zabawy ruchowe: odkrywanie, jakie ma możliwości poruszania się, błyskania, wydawania dźwięków) – 1-3 programowanie „dotykowe” – pod dyktando – 1-3 programowanie „dotykowe” – własne schematy – 1-3 programowanie w Blockly – 4-6 wykorzystanie akcesoriów – np. cymbałki Wiele innych konstrukcji (warsztaty): łamigłówki poza tabletem, wczytywane Lego WeDo 2.0, inne Lego, … Arduino Raspberry Pi 19 Roboty, które nas słuchają Maciej M. Sysło majsterkowanie, mechatronika – połączenie mechaniki z elektroniką Świetne zajęcia z techniki !

20 20 Roboty, które nas słuchają Maciej M. Sysło Pierwsze kroki – sortowanie odpadów Schemat blokowy do kierowania robotem Program w Blockly

21 BóbrBóbr 2015, zadanie dla Skrzatów (1-3): utwórz program – przeciągnij i upuść ale zanim, zauważ powtarzające się motywy (iteracja, redukcja) sprawdź program – testowanie ewentualnie, popraw program – debugowanie Godzina kodowaniaGodzina kodowania … przez cały rok: od przedszkola po uniwersytet – na każdy poziom XII.2014 – XII.2015 – 500 tys. uczniów z Polski (10-16 miejsce w świecie) wśród 140 mln. w wielu szkołach, na tym bazuje wprowadzenie do programowania w dowolnym języku: bohaterowie uczniów – z gier i realu, gotowe kursy, przekrój wszystkich konstrukcji algorytmicznych w postaci łamigłówek 21 Propozycje Bobrów, Godzina kodowania Maciej M. Sysło

22 R.W. Hamming (1959): The purpose of computing is insight, not numbers Celem obliczeń nie są liczby, a zrozumienie Przykłady „czarnych skrzynek” w języku Python: 1. Sortowanie – jak to działa, jaki algorytm jest w sorted? >>> a = [3, 6, 8, 2, 78, 1, 23, 45, 9] #definiujemy ciąg liczb >>> sorted(a)#sortujemy, ale jak? [1, 2, 3, 6, 8, 9, 23, 45, 78] #wynik 2. Algorytm Euklidesa – dlaczego to działa i jak długo? np. dla liczb 10 300 w szyfrowaniu RSA? Program, czy czarna skrzynka? Maciej M. Sysło def EuklidRek(m,n): if m > n: return EuklidRek(n,m) else: if m == 0: return n else: return EuklidRek(n % m,m)

23 1. K-3: Sytuacja: porozrzucane karty z obrazkami zwierząt, owoców itp. Cel: pogrupujcie według własnego uznania Sytuacja: różne rzeczy, odpady Cel: segregowanie według rodzaju Informatyka, pojęcia: haszowanie, metoda kubełkowa 2. 1-3: Sytuacja: np. ciąg obrazków zwierząt czworonożnych Cel: ustawcie według wagi ciała Informatyka, pojęcia:– porządek, przestawianie, przestawianie sąsiednich, od najlżejszych Metodyka: abstrakcyjne myślenie, odkrywanie własnych sposobów Wsparcie, zabawy – Bóbr: Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 1 Maciej M. Sysło

24 3. 4-6: Sytuacje: różnorodne Cel: różnorodny kontekst występowania uporządkowania i sposób porządkowania Informatyka: różnorodne konteksty porządkowania i metody dostosowane do kontekstu Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 2 Maciej M. Sysło

25 4. 4-6, Gim Sytuacje: organizacja rozgrywek, wybór obiektu naj … Cel: znajdź najlepszy/największy/najmniejszy/naj… element Informatyka: przeszukiwanie liniowe, turniejowe – liczba porównań, pierwsze programy (Pyhon) Wsparcie: kinestetyczna gra, plansza klasowych/szkolnych rozgrywek Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 3 Maciej M. Sysło 5. 4-6, Gim Sytuacje: uporządkowany ciąg Cel: znajdź wybrany element Informatyka: przeszukiwanie binarne, programy (Uwaga: nie taki prosty, można posłużyć się gotowym) Wsparcie: zgadywanie liczby, zadania z Bobra (multum)

26 Programy – gotowe, ale … show your work Maciej M. Sysło

27 4. Gim Sytuacja: ciąg liczb Cel: uporządkuj Informatyka: iteracja: najmniejszy na początek, przestawić elementy w złej kolejności, pierwsze algorytmy porządkowania, pierwsze programy sortujące (Python) Wsparcie: programy demo, Godzina Kodowania (programowanie) Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 4 Maciej M. Sysło

28 4. Gim, LO, LO rozszerzenie Sytuacja: ciąg liczb Cel: uporządkuj Informatyka: elementy komputerowych implementacji: operacja scalania – porządkowanie przez scalanie, rekurencja, programowanie Informatyka – pytania ogólne, np.: znaczenie porządku – łatwo znaleźć – szukanie przez podział ciągu – zamiast 1000 prób, tylko 10 – gra w zgadywanie liczby wśród 1000 porównanie efektywności metod: przez wybór – stała liczba działań, bąbelkowa – szybka na mało nieuporządkowanym ciągu, porównanie czasów obliczeń Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 5 Maciej M. Sysło

29 Tok zajęć 1-3, 4-6: 1. Problem przelewania wody: Czy czerpakami 4l i 9l można napełnić naczynie 6l? A czerpakami 4l i 6l naczynie 15l? Zabawa na otwartym powietrzu – podejmowanie prób a później w klasie – rozwiązanie: wzięliśmy 2*9l i wylaliśmy 3*4, czyli: 9 * 2 – 4 *3 = 6 GREAT! A czy istnieją x i y takie, że: 4 * x + 6 * y = 15? 2. Wieże z klocków: Dwie kupy klocków o jednakowych rozmiarach, np. 4 i 6. Ustawić możliwie najniższe wieże osobno z jednych i osobno z drugich o tej samej wysokości. Jak? Algorytm Euklidesa – problemy, pojęcia, algorytmy Maciej M. Sysło

30 Logarytm ukryty w algorytmach: Algorytmiczna definicja logarytmu: ile razy należy podzielić przez dwa liczbę i jej ilorazy, by osiągnąć 1 – można wprowadzić już w gimnazjum! Euklides mógł wynaleźć logarytm 300 lat p.n.e., a zrobił to dopiero John Napier 400 lat temu, w 1614 roku. Generowane liczby są połowione co druga A zatem, dla 10 300, algorytm Euklidesa wykonuje ok. 2000 mnożeń – to chwila, chwilę czekamy na zaszyfrowany mail. 30 Myślenie logarytmiczne Maciej M. Sysło logarytm i algorytm to anagramy m < n/2 m > n/2

31 Maciej M. Sysło 31 Język, języki … - komunikacja z komputerem Granice naszego języka są granicami naszego poznania (świata) [Ludwig Wittgenstein] Tutaj: Programowanie technologii = kreatywne korzystanie z technologii, ale nie tylko programowanie w języku programowania Wybór języka K-3, 4-6 – język obrazkowy, wizualny, blokowy Scratch, Blockly – zaleta: jest w Godzinie kodowania, w Robotach, Baltie 4-6, gimnazjum, LO – język „tekstowy” – proponuję Python, ale może być C++, raczej już nie Pascal, … Ważne Przejście między językami (4-6 – Gim) – te same konstrukcje programistyczne/algorytmiczne programowania technologii świata za pomocą technologii [Maciej M. Sysło]

32 Maciej M. Sysło 32 Inicjatywy związane z programowaniem  Wykład twórcy języka Scratch, Mitchela Resnicka: po angielsku: http://edu.rsei.umk.pl/wcce2013/?q=node/60 z przekładem: http://edu.rsei.umk.pl/iwe2013/?q=node/21 http://edu.rsei.umk.pl/wcce2013/?q=node/60 http://edu.rsei.umk.pl/iwe2013/?q=node/21  Godzina kodowania – ponad 150 mln uczestników http://godzinakodowania.pl/ – np. zajęcia dla uczniów, którzy nie czytają http://godzinakodowania.pl/  Wiele innych inicjatyw krajowych i zagranicznych  Konkurs Bóbr – http://bobr.edu.pl/http://bobr.edu.pl/  Akademia Khana – https://pl.khanacademy.org/https://pl.khanacademy.org/  Inicjatywy komercyjne:  Programowanie robotów – Wonder: http://www.wonderpolska.pl/http://www.wonderpolska.pl/  Inicjatywa Samsunga: Mistrzowie kodowaniaMistrzowie kodowania

33 Świetny przykład (A.B. Kwiatkowska): próbujemy dopasować jedno do drugiego, porównać zgodność jednego z drugim, lub tylko z fragmentem: W edytorze: wyszukanie frazy w tekście DNA – na ile jest ono wspólne dla bliźniąt? DNA – czy zawiera pewne fragmenty związane z chorobami dziedzicznymi? W jakim stopniu pokrywają się prace – plagiat? Informatyka daje metodę/narzędzie dopasowanie wzorca informatyka + 33 Myślenie – nie tylko informatyczne Maciej M. Sysło

34 34 Maciej M. Sysło

35 Konferencja „XIII Informatyka w Edukacji”, 28-30.06.2016 UMK Toruń Strona: http://informatykadlawszystkich.plhttp://informatykadlawszystkich.pl informatyka + 35 Zaproszenia Maciej M. Sysło

36 36 Maciej M. Sysło http://mmsyslo.pl Dziękuję Państwu za uwagę i proszę nie zapomnieć:

37 1)standardy przygotowania nauczycieli do prowadzenie zajęć z informatyki na różnych etapach edukacyjnych 2)system ewaluacji pracy nauczycieli informatyki, podczas regularnych zajęć z uczniami w klasie; 3)ramowe programy zajęć w uczelniach: studiów podyplomowych studiów nauczycielskich dla przyszłych nauczycieli informatyki na poszczególnych etapach edukacyjnych modułów informatycznych, do kształcenia w uczelniach przyszłych nauczycieli nauczania początkowego i przedszkolnego 4)programy kursów doskonalących nauczycieli, którzy mają uprawnienia do nauczania informatyki; 5)certyfikat – potwierdzenie przygotowania do prowadzenia zajęć z informatyki 37 Maciej M. Sysło Wdrożenie – wsparcie rozwoju nauczycieli

38 38 Maciej M. Sysło Przygotowanie nauczycieli – standardy Standardy są w 4 grupach. Nauczyciel: 1. Kompetencje przedmiotowe: Wykazuje się znajomością informatyki w zakresie, w jakim naucza i stosuje tę dziedzinę w szkole, i umiejętnościami wyjaśniania pojęć i zasad tej dziedziny oraz przekazywania ich innym 2. Kompetencje metodyczne: Celowo i efektywnie posługuje się metodami nauczania informatyki 3. Kompetencje technologiczne: Rozwija środowisko kształcenia informatycznego 4. PD – profesjonalny rozwój: Angażuje się w profesjonalny rozwój Standardy są określone na trzech poziomach: zintegrowanym, dla nauczycieli nauczania początkowego podstawowym, dla nauczycieli informatyki: w szkołach podstawowych w klasach 4-6, w gimnazjach i w szkołach ponadgimnazjalnych (informatyka na poziomie podstawowym) rozszerzonym, dla nauczycieli informatyki w zakresie rozszerzonym Standardy na danym poziomie edukacyjnym obejmują również standardy na poprzednich poziomach, mają więc charakter przyrostowy

39 39 Maciej M. Sysło Przygotowanie nauczycieli – standardy – przykłady Schooling is about student achievement