برنامه نویسی المیرا برای کودکان

ابزارها و روش‌های آموزش و یادگیری کدگذاری

تفکر محاسباتی ظرفیت انجام فرآیند آموزش کامپیوتر حل مسئله در رشته‌های مختلف (از جمله STEM، یعنی علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات) با استفاده از تکنیک‌های متمایزی است که نمونه‌ای از علوم کامپیوتر است. امروزه به عنوان یک مهارت اساسی برای دانش آموزان و شهروندان در نظر گرفته می شود که می تواند بر نسل های آینده تأثیر بگذارد.

در ریشه‌های آموزش کامپیوتر توانایی‌های تفکر محاسباتی، دانش برنامه‌نویسی رایانه، یعنی کدنویسی، قرار دارد. با هدف پرورش تفکر محاسباتی در دانش‌آموزان جوان، ما به مشکل چالش برانگیز و باز استفاده از روش‌ها، ابزارها و تکنیک‌ها برای حمایت از آموزش و یادگیری آموزش کامپیوتر مهارت‌های برنامه‌نویسی کامپیوتری در برنامه‌های درسی مدارس دوره متوسطه و دانشگاه می‌پردازیم. این مشکل توسط عوامل متعددی پیچیده شده است. در واقع، کدگذاری به قابلیت های انتزاعی و مهارت های شناختی پیچیده ای مانند استدلال رویه ای و شرطی، برنامه ریزی و استدلال قیاسی نیاز دارد.

در این مقاله، ما یک پارادایم جدید به نام ACME ("انیمیشن کد توسط استعاره های تکامل یافته") را معرفی می کنیم که در پایه و آموزش کامپیوتر اساس محیط و روش تجسم کد دیوژن-CT قرار دارد. ما استعاره های بصری ثابتی را برای برنامه نویسی رویه ای و شی گرا ایجاد می کنیم. بر اساس استعاره ها، معماری زمین بازی را برای پشتیبانی از آموزش و یادگیری اصول کدنویسی معرفی می کنیم. تا جایی که ما می دانیم، این اولین ابزار تصویرسازی کد مقیاس پذیر است که از استعاره های ثابت در زمینه تحقیقات آموزش محاسباتی (CER) استفاده می کند. ممکن است به عنوان یک نوع جدید از ابزارها به نام محیط های تجسم کد در نظر گرفته شود.

معرفی و انگیزه

امروزه توانایی رویارویی با چالش‌های حل مسئله رشته‌های STEM - یعنی علوم، فناوری، مهندسی و ریاضیات - به‌عنوان یک مهارت حیاتی در نظر گرفته می‌شود (Siekmann and Korbel 2016؛ Marginson et al. 2013; Watt 2016). تفکر محاسباتی به عنوان ظرفیت انجام یک فرآیند حل مسئله در رشته های مختلف با استفاده از تکنیک هایی که متمایز از علوم کامپیوتر آموزش کامپیوتر هستند تعریف شده است (Wing 2006). هسته اصلی این تکنیک ها مهارت برنامه نویسی کامپیوتری است که معمولاً کدگذاری نامیده می شود.

بنابراین ممکن است بگوییم که توانایی‌های کدنویسی یک بلوک اساسی برای هر رویکرد مبتنی بر تفکر محاسباتی برای آموزش است. آموزش کامپیوتر با توجه به این موضوع، این مقاله بر مشکل مهم توسعه روش‌ها و ابزارهای جدید برای ساده‌سازی آموزش و یادگیری کدنویسی متمرکز است. این یک مشکل پیچیده است که چندین چالش مهم را به همراه دارد. در این میان، یکی از برجسته ترین آنها این است که کسب مهارت های کدنویسی نیازمند قابلیت های انتزاعی است. در واقع، استدلال شده است که یادگیری برنامه‌نویسی دشوار است (Qian and Lehman 2017)، و تا کنون «سه دهه تحقیق فعال در مورد آموزش برنامه‌نویسی مقدماتی تأثیر آموزش برنامه نویسی پیشرفته محدودی بر تمرین کلاس داشته است» (Pears et al. 2007). ). دلیل اصلی این امر این است که چندین کار کدگذاری معمولی به ظرفیت انتزاع نیاز دارند:

طراحی ساختار داده: اولین مورد، مفهوم سازی داده های مسئله در دست، و انتخاب یک نمایش مناسب از نظر ساختارهای اولیه و داده است.

ساخت و تفسیر برنامه: دومی به توسعه آموزش کامپیوتر الگوریتم ها و کد منبع واقعی مربوط می شود. یک نیاز حیاتی برای انجام این مرحله، توانایی ساخت مدلی از اجرای کد، به عنوان مثال، از معناشناسی برنامه است. اجرای یک برنامه شامل مجموعه ای از اقداماتی است که توسط ماشین انجام می شود. از دیدگاه توسعه دهنده، این تا حد زیادی در یک جعبه سیاه اتفاق می افتد، و بنابراین در ابتدا برای برنامه نویسان تازه کار درک آن دشوار است. برای تبدیل شدن به برنامه نویسان خوب، دانش آموزان باید توانایی ایجاد یک مدل ذهنی از معنایی برنامه های خود را توسعه دهند.

تست و تفسیر نتایج: وظیفه سوم، پس از طراحی کد، شامل آزمایش کد به منظور تأیید صحت آن، احتمالا شناسایی و حذف اشکالات است. اشکال زدایی تا حد زیادی به تفسیر برنامه مربوط می شود - دانش آموزان باید مهارت هایی را توسعه دهند تا تشخیص دهند که از چه طریقی نتایج یا خطاهای متناقض در زمان اجرا با کد منبع برنامه مرتبط است.

تعدادی از مطالعات (دهنادی 2006؛ ما و همکاران 2007) پیچیدگی یادگیری برای انجام این وظایف را بررسی کرده اند. computer education در حالی که نکات تا حد زیادی متفاوت است