Ko pomislimo na programiranje, je zagotovo prva misel, da potrebujemo računalnik. Vedno pogosteje pa se razvijajo projekti, pri katerih morajo učenci reševati računalniške probleme in računalnika pri tem ne potrebujejo (Zaviršek, 2015). Programiranje brez računalnika (angl.
»unplugged coding«) je pedagoški pristop, ki omogoča učenje o konceptih računalništva brez uporabe digitalnih naprav ali internetne povezave (Bell in Vahrenhold, 2018). Ideje in probleme, ki se pojavljajo pri računalništvu, lahko pogosto lažje razložimo na papirju, z običajnimi materiali in preprostimi aktivnostmi (Bell, Witten in Fellows, 1998). Aktivnosti učenja računalništva brez računalnika nam omogočajo učne materiale, ki so primerni za učence vseh starostnih skupin (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008).
Aktivnosti, ki jih izpeljemo na takšen način, so za učence zanimive in zabavne (Bell, Witten in Fellows, 1998), saj so lahko učenci aktivni, kar jih še bolj motivira in navduši nad računalništvom (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008). Aktivnosti predstavljajo tudi začetno točko učenja programiranja, ki je ključna pri razvoju računalniškega mišljenja in predpriprava na zahtevnejše računalniško programiranje (Bell in Vahrenhold, 2018).
Pomembne plati učenja računalništva brez računalnika:
1. Učenci se lahko učijo skozi igro. Tako se začnejo učenci zanimati za temo, četudi je ta težja za razumevanje, saj skozi način poučevanja in učenja skozi igro začnejo uživati (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008). Tako lahko mnogi učenci premagajo ovire, ki jih imajo pri učenju programiranja in se začnejo učiti o težjih temah (Bell in Vahrenhold, 2018).
2. Učencem so pri aktivnostih pogosto na voljo različni konkretni materiali, ki jim omogočajo učenje skozi poskuse in napake (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008).
3. Veliko učnih aktivnosti poteka v skupinah. Učenci se na takšen način učijo sodelovanja;
delo v skupini jih spodbuja h globljemu razmišljanju, saj člani skupine s svojim mišljenjem vplivajo drug na drugega (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008).
4. Aktivnosti poučevanja računalništva brez uporabe računalnika od učiteljev zahtevajo manj sredstev. Učenci se lahko učijo zgolj z učnimi listi, ki jih lahko učitelj oblikuje tudi sam. Prav tako lahko učitelj z manj sredstvi oblikuje materiale za druge aktivnosti.
Prednost je tudi ta, da za izvajanje aktivnosti ne potrebujemo računalniške učilnice (Nishida, Idosaka, Hofuku, Kanemune in Kuno, 2008).
5. Aktivnosti so uporabne tudi takrat, ko tehnologija učence zmoti pri pouku ali takrat, ko se pri pouku pojavijo računalniške težave (Bell in Vahrenhold, 2018).
6. Aktivnosti so uporabne, ko imamo omejen čas in veliko število učencev, saj je takrat lažje in bolj učinkovito izvesti aktivnosti poučevanja računalništva brez računalnikov, kot pa da bi vsi posamezniki morali delati na računalniku (Bell in Vahrenhold, 2018).
15
Aktivnosti programiranja brez računalnika imajo tudi svoje slabosti. Glavna izmed njih je ta, da se lahko pogosto s temi aktivnostmi učenci učijo zgolj osnovnih računalniških konceptov, saj so primarno zasnovane za osnovnošolce. Prav tako se lahko pojavi problem, če učitelji pri delu z učenci uporabljajo zgolj te aktivnosti, izolirane od kakršne koli uporabe računalnika, saj je za učinkovito učenje potrebno uporabiti tudi računalnik. Aktivnosti poučevanja računalništva brez računalnika so zasnovane tako, da so kombinirane z običajnim poukom računalništva.
Torej je potrebno narediti premislek in ustrezno vključiti tako aktivnosti poučevanja računalništva brez računalnika kot delo na računalniku (Bell in Vahrenhold, 2018).
V Sloveniji težimo k temu, da bi se učenci pri pouku računalništva učili o računalniških konceptih, računalniškem mišljenju in da bi reševali računalniške probleme. K uresničitvi tega veliko prispevajo aktivnosti računalništva brez računalnika, ki jih lahko v slovenskem prevodu najdemo na portalu Vidra. Aktivnosti podprejo več ciljev neobveznega izbirnega predmeta računalništvo, ki po prenovi bolj poudarja poučevanje računalniških konceptov in računalniškega mišljenja in ne teži zgolj k poučevanju uporabe računalnikov (Zaviršek, 2015).
16
5. VIZUALNI PROGRAMSKI JEZIK
Računalniki nam nudijo veliko prednosti, kot so spomin, hitrost in natančnost izvedbe različnih operacij. Če želimo računalnike učinkovito programirati, ti od nas zahtevajo, da svoje misli prenesemo v obliko, ki jo lahko oni obdelajo in razumejo, kot je npr. programski jezik. Pisanje programske kode od posameznikov zahteva, da svoje misli zapišejo v obliko, da lahko z njimi manipulirajo in jih bolj podrobno preučijo. Tako nam programiranje omogoča, da mislimo o svojih mislih, saj s tem, ko program popravljamo, popravljamo svoje misli (Papert, 1980).
Vsem znano je klasično tekstovno programiranje. Problem pa je, da je lahko tekstovno programiranje pogosto pasivno, kar lahko vodi do nemotiviranosti med učenci, saj so ti pogosto nezadovoljni s svojimi dosežki. Zato predvsem mlajši učenci pogosto uporabljajo vizualni programski jezik (Threekunprapa in Yasri, 2020).
Kadar sintaksa programskega jezika vsebuje vizualne simbole, se programski jezik imenuje vizualni programski jezik. Gre za to, da programski jezik vsebuje diagrame, ikone, grafične objekte (Burnett, 1999) … Tako si pri takšnem programiranju ni potrebno zapomniti sintakse in strukture, ampak zgolj izbiramo med grafičnimi bloki (Threekunprapa in Yasri, 2020). Okolja vizualnega programskega jezika lahko tako premostijo ovire kompleksne sintakse klasičnega programskega jezika in tako omogočijo, da je za učence programiranje relativno preprosto.
Učenci na takšen način lažje končajo svoje projekte in bolje razumejo osnovne koncepte programiranja (Tsai, 2019).
Z uporabo vizualnih programskih jezikov avtorji poskušajo doseči naslednje cilje (Burnett, 1999):
— Programiranje želijo narediti bolj dostopno določeni skupini posameznikov.
— Izboljšati želijo pravilnost pri nalogah programiranja.
— Izboljšati želijo hitrost programiranja.
Za dosego zgoraj naštetih ciljev pri vizualnih programskih jezikih pogosto uporabljajo naslednje strategije (Burnett, 1999):
— direktnost,
— konkretnost,
— eksplicitnost in
— takojšnjo vizualno povratno informacijo.
Slabost vizualnih programskih jezikov je, da pogosto ne vključujejo bolj naprednih računalniških konceptov, kot so spremenljivke in zanke s pogoji, ki pa so pomembne za učenje programiranja (Threekunprapa in Yasri, 2020).
17
6. FIZIČNO RAČUNALNIŠTVO
O fizičnem računalništvu govorimo, ko imamo opravka z interaktivnimi fizičnimi napravami, ki se s pomočjo programske opreme in s senzorji odzivajo na okolico (Cerar in Nančovska Šerbec, 2019). Fizično računalništvo je dokaj novo in posledično je ta koncept malo manj domač učiteljem informatike in računalništva (Przybylla in Romeike, 2014a). Gre za disciplino, ki se razvija samostojno od računalništva; kljub temu ustvarjalci uporabljajo računalništvo in orodja, ki jih računalništvo ponuja, v namene, da njihova naprava postane interaktivna (Przybylla in Romeike, 2014b). O’Sullivan in Igoe (2004) sta pri fizičnem računalništvu izpostavila povezovanje fizičnega in virtualnega sveta s pomočjo senzorjev in aktuatorjev.
Torej fizično računalništvo pomeni, da ustvarjalno oblikujemo oprijemljive interaktivne objekte ali sisteme ob uporabi strojne opreme, ki jo je mogoče programirati (Przybylla in Romeike, 2014a).
Vgrajeni sistemi igrajo zelo pomembno vlogo v naših vsakdanjih življenjih, ampak samo peščica učencev ima v času svojega šolanja priložnost, da vgrajene sisteme raziskuje in razume, čeprav bi se lahko o njih učili pri računalništvu. Torej je način, da rešimo težavo pomanjkanja fizičnega računalništva v šolah, ta, da se ga vpelje v učne ure računalništva, saj učenci radi izdelujejo stvari (Przybylla in Romeike, 2014a). Poučevanje fizičnega računalništva je bilo v preteklosti pogosto težko uresničljivo in neustrezno za poučevanje v učilnicah. Danes se to stanje z razvojem in dostopnostjo številnih kompletov za poučevanje izboljšuje, saj ti kompleti že vsebujejo vse potrebščine za pouk fizičnega računalništva (Przybylla in Romeike, 2014b).
Fizično računalništvo vsebuje tri stebre: produkte, orodja in procese. Vsa tri področja so med seboj trdno povezana, zato jih ne moremo ločiti drug od drugega (Przybylla in Romeike, 2014a). Najpomembnejša ideja za fizičnim računalništvom je ta, da računalništvo kar naenkrat postane vidno in za učence bolj razumljivo. Učenci pri fizičnem računalništvu programirajo interaktivne objekte, ki samostojno, torej brez njihove pomoči, ne morejo delovati. (Przybylla in Romeike, 2014b). Učenci se lahko pri fizičnem računalništvu srečujejo z bolj preprostimi napravami, kot so različni senzorji, aktuatorji in mikrokrmilniki, ki jih med seboj povezujejo in ustvarijo lastne projekte; lahko pa se srečujejo tudi z bolj kompleksnimi napravami, kot so roboti, ki imajo že vgrajene senzorje; naloga učencev je zgolj ta, da jih sprogramirajo (Cerar in Nančovska Šerbec, 2019).
S fizičnim računalništvom lahko dosegamo enake cilje in se učimo o enakih kontekstih kot pri pouku računalništva, le da je pri fizičnem računalništvu lahko to učenje bolj intenzivno (Przybylla in Romeike, 2014b), saj lahko z njim tudi presežemo okvire računalništva in se dotaknemo vsebin in znanj in fizike, tehnike in drugih predmetov. Tako lahko vsebine fizičnega računalništva vključimo v pouk na različne načine. Robote lahko učitelji na primer uporabljajo za medpredmetno povezovanje med predmeti računalništva, fizike in tehnike (Cerar in Nančovska Šerbec, 2019).
Učitelji, ki poučujejo fizično računalništvo, poročajo o tem, da daje to poučevanju dodatno vrednost, saj programiranje vstopi v realen svet, kjer so rezultati dela vidni v resničnem svetu
18
in ne zgolj virtualno, na zaslonu. Tako učenci dejansko vidijo mikrokrmilnike, senzorje in aktuatorje, torej ni vse skrito znotraj računalniškega sistema, kjer učenci ne morejo manipulirati s posameznimi sestavnimi deli (Przybylla in Romeike, 2014b). Fizično računalništvo ima pri poučevanju motivacijsko vlogo (Cerar in Nančovska Šerbec, 2019), še posebej pogosto motivira tiste učence, ki jih klasično programiranje ne prevzame dovolj in jim ne predstavlja dovolj velikega izziva. Fizično računalništvo nam omogoča tudi to, da se dotaknemo številnih tem iz računalništva. Tukaj gre za tako za tehnični kot tudi za teoretični aspekt računalništva uporabe programske opreme, naprav, diskusije o vplivih računalništva na družbo, interdisciplinarna področja, ki jih vključuje delo itd. (Przybylla in Romeike, 2014b).
O’Sullivan in Igoe (2004) poleg fizičnega dela pri fizičnemu računalništvu poudarjata tudi predpripravo na delo. Po njunem mnenju moramo pred delom opisati, kaj želimo, da se zgodi, saj sta mnenja, da v primeru, če rezultata ne znamo opisati z besedami, ne bomo mogli tega opisati oz. zapisati v programskem jeziku. Pri opisu se je potrebno fokusirati na to, kaj se bo zgodilo in kako se bo zgodilo. Pri opisu se ne smemo preveč fokusirati na podrobnosti. Ko je projekt opisan z običajnimi besedami, ne da se fokusiramo na tehnologijo, je potrebno projekt razdeliti na naslednje stopnje: vhod, izhod in procesiranje. Pri tem je potrebno opisati tudi zaporedje dogodkov tako, kot želimo, da se izvedejo.
Fizično računalništvo pripomore k različnim področjem učenca (Przybylla in Romeike, 2014a):
1. Razumevanje računalniških sistemov
Objekti, ki jih učenci ustvarijo pri fizičnem računalništvu, so sestavljeni iz strojnih in programskih komponent. Prednost fizičnega računalništva je ta, da lahko učenci posamezne komponente raziskujejo in se pri tem učijo. Glede na to, kako kompleksna je naloga, je odvisna tudi globina razumevanja računalniških sistemov. Učenci lahko pri nalogah fizičnega računalništva pridejo od intuitivnega razumevanja, kjer npr. samo kontrolirajo sprogramirano igračo; lahko pa pridejo tudi do globljega razumevanja interaktivnega računalniškega sistema, kjer morajo sami konstruirati določen objekt. Vidik strojne opreme učencem pomaga pri tem, da razvijejo zmožnost, da znajo identificirati in razumeti interaktivne sisteme v njihovem vsakdanjem življenju.
2. Oblikovanje problemov
Pri oblikovanju interaktivnih objektov je prvi korak v procesu oblikovanja in kreiranja ta, da učenci pazljivo oblikujejo problem. Učenci morajo biti sposobni, da nedvoumno opišejo, kaj se bo zgodilo. Tako se osredotočijo na oblikovanje problema in ta proces ločijo od razmišljanja o možnih načinih, kako bi lahko problem rešili.
3. Organiziranje in analiza podatkov
Pri fizičnem računalništvu se lahko učenci učijo o organizaciji in analizi podatkov iz dejanskega zbiranja podatkov s pomočjo izdelkov, ki so jih oblikovali in izdelali sami, npr. sami lahko izdelajo vremensko hišico, ki avtomatsko beleži podatke. Tako se učenci učijo, na kakšen način
19
morajo biti kodirani in dekodirani podatki in informacije. Vse to učenci spoznavajo med delom z različnimi senzorji in aktuatorji.
4. Algoritmično mišljenje
Algoritmično mišljenje je eden ključnih elementov računalniškega mišljenja. Učenci morajo pri fizičnem računalništvu znati opisati serijo dogodkov, ki so lahko zaporedni ali vzporedni.
Fizično računalništvo od učencev zahteva, da razvijajo algoritme, ki njihovim objektom dopuščajo kontinuirano delo in stabilno komunicirajo z okoljem.
5. Učinkovitost in storilnost
Glavni aspekt računalniškega mišljenja vključuje identifikacijo, analizo in implementacijo možnih rešitev problema. Pri tem je glavni cilj to, da dosežemo najbolj učinkovito kombinacijo korakov, ki nas privedejo do rešitve, in uporabljenih virov, ki jih pri tem potrebujemo. V fizičnem računalništvu so učinkovite in neučinkovite rešitve še posebej očitne, saj morajo interaktivni objekti dati takojšnje povratne informacije. Če rešitve ne zadostijo našim kriterijem, je to opazno takoj. Zato lahko takoj vidimo, ali smo uporabili napačne senzorje, če so v programu prisotne prekomerne pavze in zakasnjeni odzivi.