UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA
Poučevanje, Predmetno poučevanje: matematika-računalništvo
Maja Hladnik
UČENJE RAČUNALNIŠTVA Z USTVARJANJEM IN POVEZOVANJEM Magistrsko delo
UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA
Poučevanje, Predmetno poučevanje: matematika-računalništvo
Maja Hladnik
UČENJE RAČUNALNIŠTVA Z USTVARJANJEM IN POVEZOVANJEM LEARNING COMPUTING WITH CREATIVITY AND INTEGRATION
Magistrsko delo
Mentorica: doc. dr. Irena Nančovska Šerbec
ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici doc. dr. Ireni Nančovski Šerbec za usmerjanje, diskusije, strokovno pomoč in spodbudo pri pisanju magistrskega dela.
Posebna zahvala gre mami, tatu in bratu, ki so mi študij omogočili in me na celotni poti izobraževanja vztrajno spodbujali, bili potrpežljivi in mi stali ob strani.
Hvala tudi tebi, Aleš, ker si mi stal ob strani in vedno verjel vame.
Povzetek
V magistrskem delu se ukvarjamo z učenjem konceptov programiranja v skladu s kurikulom Ustvarjalno računalništvo (angl. Creative computing) in ugotavljamo, ali učenci ob pogoju, da jim omogočimo ustvarjalno svobodo ter možnost medsebojnega povezovanja in sodelovanja, razvijajo in nadgrajujejo računalniško mišljenje.
V teoretičnem delu magistrskega dela najprej predstavimo pojem računalniškega mišljenja in nekaj njegovih definicij, ki so se razvile v različnih časovnih obdobjih. V sklopu raziskave uporabljamo tridimenzionalni model računalniškega mišljenja, ki sta ga razvila Karen Brennan in Mitch Resnick (2012). V model so vključene dimenzije konceptov, perspektiv in praks računalniškega mišljenja. Vsako od omenjenih dimenzij opredelimo, najbolj pa se osredotočimo na koncepte, saj je njihovo poznavanje ključnega pomena pri ocenjevanju napredovanja v znanju učencev v raziskavi. Na kratko predstavimo teorije, na katerih slonijo sodobni učni pristopi uvodnega programiranja (konstrukcionizem, konstruktivizem), prikažemo povezavo med učnimi teorijami in prakso s kreativnim učenjem ter razložimo stopnje razvoja razmišljanja po neopiagetovi teoriji z vidika programiranja. Pred opisom Ustvarjalnega računalništva prikažemo razvoj kurikulov za računalništvo po svetu, opišemo slovenski učni načrt za računalništvo in ACM K-12 kurikul za računalništvo, ki ga uporabljajo v kar nekaj državah. Učni načrt Ustvarjalno računalništvo po poglavjih opišemo skupaj s podpornimi gradivi. Opišemo programsko okolje Scratch, v katerem se izvajajo dejavnosti, predstavljene v učnem načrtu. Zanima nas, s katerimi strategijami si učenci pomagajo v situacijah, ko naletijo na težave. Opišemo tudi pet strategij za uspešno učenje programiranja v Scrachu, ki jih je predstavila Karen Brennan na podlagi analize podatkov iz učnih opazovanj, osebnih razgovorov in vsebin, objavljenih na portalu ScratchEd.
Ustvarjalno računalništvo ponuja izvedbo zaporedja aktivnosti, največkrat ustvarjanje projektov, ki se po zahtevnosti stopnjujejo in pri učencu razvijajo ustvarjalnost in računalniško sodelovanje. Učenci se skozi aktivnosti srečajo z osnovnimi koncepti mišljenja (zaporedja, dogodki, zanke, sočasnost, pogojni stavki, operatorji in podatki), spoznajo prakso računalniškega mišljenja (postopnost in ponavljanje, preizkušanje in odpravljanje napak, ponovna uporaba in predelava ter abstrakcija in modeliranje) in perspektivo, ki se kaže v izražanju, povezovanju in spraševanju znotraj skupnosti.
V empiričnem delu opišemo model poučevanja, ki je bil inspiriran s kurikulom Ustvarjalno računalništvo. V raziskavo so bili vključeni učenci četrtih, petih in šestih razredov izbrane osnovne šole. Pred začetkom učnih ur so učenci rešili kratek anketni vprašalnik in predtest. Po zaključenih učnih urah so učenci samostojno izdelali projekt Zgodba v Scratchu. Ko so projekt oddali, so rešili še potest. V magistrski nalogi smo se osredotočili na napredek v znanju učencev po uvedbi načina učenja v skladu z idejami Ustvarjalnega računalništva in našimi lastnimi idejami. Projekte smo kvantitativno evalvirali s prosto dostopno spletno aplikacijo Dr. Scratch.
S pomočjo dnevnika opazovanj pa smo spremljali, katere načine iskanja pomoči učenci pri težavah pri programiranju najpogosteje uporabljajo.
Po analizi rezultatov testiranj in kvalitativnem in kvantitativnem vrednotenju projektov ugotovimo, da učenci prek dejavnosti, prilagojenih po kurikulum Ustvarjalno računalništvo, svoje znanje na področju računalništva poglobijo in se naučijo medsebojnega sodelovanja pri reševanju problemov, s katerimi se srečujejo.
Ključne besede: Ustvarjalno računalništvo, računalniško mišljenje, Scratch, ustvarjanje, povezovanje, sodelovanje
Abstarct
In the master's thesis we deal with learning programming concepts in accordance with the Creative computing curriculum and try to determine whether students with more freedom in the creative field and the possibility of integration and cooperation, develop and upgrade computational thinking.
In the theoretical part of the master's thesis, we first present the concept of computational thinking and some of its definitions, which have developed in different time periods. As part of the research, we use the three-dimensional model of computational thinking which was developed by Karen Brennan and Mitch Resnick (2012). Dimensions of concepts, perspectives and practices of computational thinking are included in the model. We define each of these dimensions, focusing mostly on the computational concepts which are crucial in assessing students' progress in our research. We briefly present the theories on which modern learning approaches of early programming are based (constructionism, constructivism), we show the connection between constructionism and creative learning and explain the stages of a child's cognitive development according to neopiagetian theory from the programming point of view.
Before presenting Creative Computing, we demonstrate the development of computer science curricula around the world, describe the Slovenian computer science curriculum and the ACM K-12 computer science curriculum, which is used by many countries. Creative computing curriculum is defined by chapters. We also present a website on which the curriculum and other teaching materials are accessible. We describe the Scratch software environment in which the activities presented in the Creative Computing curriculum are implemented and we also write down five strategies for successful teaching of programming in Scratch proposed by Karen Brennan based on the analysis of data from learning observations, personal interviews and content published on ScratchEd.
Creative computing curriculum offers a variety of activities, most often projects that escalate in complexity and try to develop creativity and computational thinking in the student. Through the activities, students encounter the basic concepts (sequences, events, loops, parallelism, conditionals, operators and data), practices (experimenting and iterative, testing and debugging, reusing and remixing, abstracting and modularizing) and perspectives of computational thinking that manifest themselves in the expression, connection, and questioning within the community.
In the empirical part, we describe a teaching model based on the Creative Computing curriculum. Fourth, fifth and sixth grade students of the selected primary school were included in the research. Before the lessons, students answered a short survey questionnaire and took a pretest. After completing the lessons, students independently created a project, A Story in Scratch. After submitting the project, they had to take a posttest. In the research, we focused on the progress in students' knowledge after the introduction of a new teaching method proposed by Creative Computing curriculum. The projects were quantitatively evaluated with the freely accessible web application Dr. Scratch. With the help of the observation diary, we monitored which ways of seeking help students most often use in solving problems.
After analysing the test results and qualitative and quantitative evaluation of projects, we have found that through learning activities adapted to the Creative Computing curriculum, students have deepened their knowledge in the field of computer science and have learnt to cooperate with one another in order to solve the problems they are faced with.
Key words: Creative computing, computational thinking, Scratch, creating, integration, collaboration.
Kazalo
1 UVOD ... 1
2 TEORETIČNE OSNOVE ... 3
2.1 Računalniško mišljenje ... 3
Tridimenzionalni model računalniškega mišljenja ... 6
2.1.1.1 Koncepti računalniškega mišljenja ... 6
2.1.1.1.1 Zaporedje ... 6
2.1.1.1.2 Zanke ... 7
2.1.1.1.3 Dogodki ... 8
2.1.1.1.4 Sočasnost ... 8
2.1.1.1.5 Pogojni stavki ... 9
2.1.1.1.6 Operatorji ... 9
2.1.1.1.7 Podatki ... 10
2.1.1.2 Praksa računalniškega mišljenja ... 11
2.1.1.2.1 Postopnost in ponavljanje ... 11
2.1.1.2.2 Preizkušanje in odpravljanje napak ... 11
2.1.1.2.3 Ponovna uporaba in predelava ... 11
2.1.1.2.4 Abstrakcija in modeliranje ... 11
2.1.1.3 Perspektiva računalniškega mišljenja ... 11
2.1.1.3.1 Povezovanje ... 11
2.1.1.3.2 Izražanje ... 12
2.1.1.3.3 Spraševanje ... 12
Pristopi razvoja računalniškega mišljenja s programiranjem ... 12
2.2 Teorije učenja, na katerih slonijo sodobni učni pristopi pri uvodnem programiranju 13 Konstruktivizem ... 13
2.2.1.1 Neopiagetova teorija ... 15
Konstrukcionizem ... 16
2.2.2.1 Konstrukcionizem in kreativno učenje ... 17
2.3 Sodobni pristopi za učenje programiranja ... 19
Slovenski kurikul za računalništvo v osnovni šoli ... 19
Sodobni učni načrti za poučevanje programiranja ... 21
2.3.2.1 Kurikul za računalništvo ACM K-12 ... 23
2.4 Ustvarjalno računalništvo ... 24
Kurikul Ustvarjalno računalništvo ... 26
Razvoj Scratcha ... 30
2.4.2.1 Kako deluje Scratch ... 31
Poučevanje programiranja v Scratchu ... 33
2.4.3.1 Strategije za uspešno poučevanje programiranja v Scratchu ... 34
2.4.3.2 Zgodba v Scratchu ... 35
3 RAZISKAVA ... 36
3.1 Namen raziskave in raziskovalna vprašanja ... 36
3.2 Osnovna raziskovalna metoda ... 37
3.3 Vzorec ... 37
3.4 Zbiranje podatkov ... 37
Anketni vprašalnik ... 38
Pred- in potest ... 38
Dnevnik opazovanj ... 38
Analiza projektov ... 39
3.5 Opis dela pri pouku ... 39
4 ANALIZA ... 48
4.1 Postopki obdelave podatkov ... 48
4.2 Analiza projektov ... 48
Analiza projektov četrtošolcev ... 51
Analiza projektov petošolcev ... 52
Analiza projektov šestošolcev ... 53
Primerjava ocen projektov po Dr. Scratchu med starostnimi skupinami ... 54
Kvalitativna analiza projektov ... 55
4.2.5.1 Analiza dnevnika opazovanj ... 56
4.3 Analiza predtesta in potesta ... 58
Primerjava rezultatov potesta po spolu ... 59
Primerjava rezultatov potesta, glede na poznavanje okolja Scratch ... 60
Uspešnost na potestu v primerjavi z domačim delom ... 63
Pregled rezultatov po posameznih nalogah ... 64
5 SKLEPNE UGOTOVITVE ... 68
6 LITERATURA ... 71
7 PRILOGE ... 75
Kazalo slik
Slika 1: Primer zaporedja ... 7
Slika 2: Primer zaporedja več ukazov ter njihova uporaba v zanki ... 7
Slika 3: Izvedba enake aktivnosti, ki jo sprožijo različni dogodki. ... 8
Slika 4: Sočasnost med likoma ... 8
Slika 5: Sočasnost znotraj lika ... 9
Slika 6: Primer pogojnega stavka ... 9
Slika 7: Operatorji ... 10
Slika 8: Primer uporabe spremenljivke ... 10
Slika 9: Spirala kreativnega učenja, povz. po Lifelong kindergarten: Cultivating creativity through projects, passion, peers, and play. ... 25
Slika 10: Projekti na spletni strani Creative Computing Lab ... 27
Slika 11: Usmerjanje lika s tipkami ... 32
Slika 12: Interakcija med likoma ... 32
Slika 13: Spletno mesto Scratch ... 33
Slika 14: Navodila v gradivu – račun Scratch ... 40
Slika 15: Navodila v gradivu – Liki ... 41
Slika 16: Jezni Frank ... 42
Slika 17: Jabolko se premika, ko piha veter. ... 42
Slika 18: Prva razlaga salta ... 43
Slika 19: Druga razlaga salta in trojni salto ... 43
Slika 20: Navodila v gradivu – Pogovor ... 44
Slika 21: Navodila v gradivu – Scene ... 45
Slika 22: Navodila v gradivu – Deljenje izdelka z drugimi ... 46
Slika 23: Navodila za izdelavo projekta Zgodba ... 47
Slika 24: Umetniško dovršen projekt Madness ... 56
Slika 25: Grafični prikaz načinov iskanja pomoči pri učencih ... 58
Kazalo tabel
Tabela 1: Stopnje računalniškega mišljenja po Dr. Scratch, glede na posamezen kriterij (Román-González, Moreno-León in Robles, 2017, povz. po Koron, 2018) ... 49Tabela 2: Test Kruskal-Wallis za primerjavo ocene na Dr. Scartch po razredih ... 54
Tabela 3: Games-Howell Post Hoc test za primerjavo ocene na Dr. Scartch po razredih ... 54
Tabela 4: Wilcoxonov test za primerjavo dosežkov na predtestu in potestu ... 58 Tabela 5: Test Mann-Whitney za primerjavo med spoloma pri uspešnosti reševanje potesta 59
Tabela 6: Ali si že kdaj obiskoval izbirni predmet, krožek ali tečaj računalništva? ... 60
Tabela 7: Test Mann-Whitney za preverjanje vpliva poznavanja okolja Scratch na reševanje potesta ... 60
Tabela 8: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju prve naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 61
Tabela 9: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju druge naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 61
Tabela 10: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju tretje naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 62
Tabela 11: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju četrte naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 62
Tabela 12: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju pete naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 63
Tabela 13: Ali se med učenci in učenkami pojavljajo razlike v reševanju šeste naloge na potestu, glede na poznavanje okolja Scratch? ... 63
Tabela 14: Test Mann-Whitney za preverjanje vpliva domačega dela na reševanje potesta ... 64
Kazalo grafov
Graf 1: Učenci v raziskavi, razdeljeni glede na spol in razred ... 37Graf 2: Analiza projektov četrtošolcev po Dr. Scratch ... 51
Graf 3: Analiza projektov petošolcev po Dr. Scratch ... 52
Graf 4: Analiza projektov petošolcev po Dr. Scratch ... 53
Graf 5: Primerjava pravilnih odgovorov na pred- in potestu ... 59
Graf 6: Pregled odgovorov v prvi nalogi pred- in potesta ... 64
Graf 7: Pregled odgovorov v drugi nalogi pred- in potesta ... 65
Graf 8: Pregled odgovorov v tretji nalogi pred- in potesta ... 65
Graf 9: Pregled odgovorov v četrti nalogi pred- in potesta ... 66
Graf 10: Pregled odgovorov v peti naloge pred- in potesta ... 66
Graf 11: Pregled odgovorov v šesti nalogi pred- in potesta ... 67
1 Uvod
Naše življenje je v zadnjih desetletjih postalo odvisno od računalniških sistemov in ljudi, ki jih vzdržujejo. Varujejo nas na cesti in v zraku, pomagajo zdravnikom pri postavljanju diagnoz in zdravljenju bolezni ter igrajo kritično vlogo pri razvoju številnih znanstvenih dosežkov (Chair, Carey, Fuschetto, idr., 2011). Posledično se spreminjajo tudi družba in njene zahteve do mladih. Vloga učiteljev, staršev in vzgojiteljev je, da otroke pripravimo na »digitalno«
prihodnost (Bakker in drugi, 2015).
Temeljno razumevanje računalništva omogoča človeku, da je tako izobraženi potrošnik tehnologije kot inovativni ustvarjalec, ki je sposoben oblikovanja računalniških sistemov za izboljšanje kakovosti lastnega življenja (Chair, Carey, Fuschetto, idr., 2011). Tema pogostih raziskav pedagogov je, katerih spretnosti na področju računalništva bi se morali učenci v osnovnih šolah še dodatno naučiti. Dve izmed teh sta prav gotovo digitalna pismenost in računalniško mišljenje, ki je osnova ustvarjalnemu računalništvu (Bakker in drugi, 2015).
Veliko je mladih, ki imajo dostop do računalnikov, ampak sodelujejo v računalništvu zgolj kot potrošniki, ne kot oblikovalci ali ustvarjalci. Ustvarjalno računalništvo poudarja znanje in prakso, ki ju mladi potrebujejo za ustvarjanje različnih vrst dinamičnih in interaktivnih računalniških storitev, uporabnih v vsakdanjem življenju. Obenem pa ustvarjalce uči deljenja svojega znanja z drugimi in obratno. Na tak način lahko v projektih drugih poiščejo ideje za svoje, pri čemer pa morajo spoštovati avtorske pravice.
Računalništvo se po svetu vse bolj uveljavlja tudi kot obvezen šolski predmet. V Sloveniji računalništvo še ni obvezen predmet, učenci imajo v drugem vzgojno izobraževalnem obdobju (VIO) možnost izbire neobveznega izbirnega predmeta (NIP) računalništvo, pri katerem poleg osnov programiranja, pridobijo znanje, uporabno na vseh področjih življenja.
Poučevanje programiranja je kompleksen postopek, ki od učitelja zahteva veliko znanja in predpriprave. Za poučevanje NIP računalništvo v drugem VIO osnovne šole učitelji potrebujejo veliko gradiva, idej in povratnih informacij učiteljev, ki so že šli skozi proces uvajanja programiranja z učenci. Predmet je predvsem namenjen učenju programiranja v vizualnem programskem jeziku Scratch. Učenci se naučijo osnovnih računalniških konceptov, preprostega programiranja in reševanja zapletenih problemov, vzporedno pa razvijajo računalniško mišljenje.
Pri pisanju magistrske naloge bomo izhajali iz kurikula Ustvarjalno računalništvo (angl.
Creative computing), ki podaja smernice za poučevanje programiranja v Scratchu (Brennan, Balch in Chung, 2014). V kurikulu so aktivnosti razdeljene po poglavjih, ki se stopnjujejo po zahtevnosti in od učenca zahtevajo uporabo računalniškega mišljenja in ustvarjalnosti. Učence spodbujajo k raziskovanju ključnih konceptov (zaporedje, dogodki, zanke, sočasnost, pogojni stavki, operatorji in podatki), praks (postopnost in ponavljanje, preizkušanje in odpravljanje napak, ponovna uporaba in predelava ter abstrakcija in modeliranje) in perspektiv (izražanje, povezovanja, spraševanje) računalniškega mišljenja.
V teoretičnem delu bomo najprej podali nekaj definicij računalniškega mišljenja in podrobneje predstavili tridimenzionalni model računalniškega mišljenja, ki sta ga predstavila Karen Brennan in Mitch Resnick (2012). Omenjeni model vključuje koncepte, prakso in perspektivo računalniškega mišljenja. Ustvarjalno računalništvo bomo vpeljali v skladu s predstavljenimi teorijami učenja. Pri preverjanju napredka v znanju si bomo pomagali s fazami kognitivnega razvoja po neopiagetovi teoriji. Pogledali bomo tudi razvoj kurikulov računalništva pri nas in v svetu.
V raziskavi, ki smo jo izvedli na izbrani osnovni šoli, smo preverjali, ali učenci, ki imajo pri izdelovanju projektov več umetniške svobode ter možnost povezovanja in sodelovanja z drugimi, razvijajo in nadgrajujejo računalniško mišljenje. Pouk smo vodili po priloženem prevedenem in prilagojenem delu kurikula Ustvarjalno računalništvo, nato so učenci samostojno izdelali projekt, ki je zahteval uporabo vseh konceptov, osvojenih med poukom.
Pri izdelavi projekta so imeli učenci svobodo izbire likov in scene.
Magistrsko delo bomo zaključili s sklepnimi ugotovitvami, kjer bomo povzeli rezultate raziskave in odgovorili na zastavljena raziskovalna vprašanja.
2 Teoretične osnove
2.1 Računalniško mišljenje
Na vseh znanstvenih področjih se pojavlja potreba po natančnih definicijah pojmov.
Razumevanje terminologije področja je ključno za učenje in komuniciranje z drugimi znanstveniki, strokovnjaki s področja oz. učitelji. V računalništvu se od leta 1980, ko je pojem računalniško mišljenje uporabil Saymour Papert, pojavlja potreba po natančnejši opredelitvi omenjenega pojma. Papert je v svoji knjigi Mindstorms (1993) računalniško mišljenje najprej predstavil kot močno intelektualno orodje. Kasneje, leta 1996, pa ga je opisal kot proces, ki združuje matematično in inženirsko mišljenje (Ternik, 2019).
V 21. stoletju so didaktiki računalništva z uveljavitvijo pojma računalniško mišljenje naredili veliko spremembo pri pristopih k poučevanju računalništva. Prvič po Papertu je računalniško mišljenje kot izraz uporabila J. Wing v svojem članku leta 2006. Njena definicija pravi, da računalniško mišljenje vključuje reševanje problemov, načrtovanje sistemov in razumevanje oz. razlaganje človekovega vedenja s pomočjo računalniških konceptov.
Računalniško mišljenje kot kognitivna spretnost se tesno povezuje s programiranjem, ampak prepričanje, da je to edina dejavnost, pri kateri je uporabno, je zmotna (Snovalci digitalne prihodnosti ali le uporabniki, 2018). To utemeljuje Wing, ko poudari, da računalniško mišljenje ne pomeni razmišljanja o računalniku, ampak razmišljanje o načinih definiranja in reševanja problemov, ki jih je mogoče realizirati s pomočjo računalnikov (Abelson in Kong, 2019).
Računalniško mišljenje predstavi kot sposobnost analize in reševanja različnih problemov, pri čemer gre za splošno uporabne spretnosti, ki bi se jih morali naučiti vsi, ne zgolj računalničarji (Wing, 2006).
Tukaj bom podala primer uporabe računalniškega mišljenja v vsakdanjem življenju. Če se dogovorite s prijatelji, da se srečate na mestu, ki ga ne poznate, boste pot do tja najprej poiskali na zemljevidu. Preveril boste, katere poti so možne in katera izmed njih je najboljša.
Najverjetneje bo izbrana pot krajša, hitrejša in peljala vas bo mimo trgovine, ki vam je všeč.
Nato boste svojemu načrtu sledili po korakih, da boste prišli do želenega cilja. V tem primeru je načrtovalni del podoben računalniškemu mišljenju, sledenje navodilom pa je podobno programiranju (Wing, 2006).
Argumenti, ki jih je predstavila J. Wing, so odprli novo perspektivo odnosa med ljudmi in računalniki ter sprožili val raziskav o računalniškem mišljenju (Shute, Sun, & Clarke, 2017).
Posledično so se v naslednjih letih začele pojavljati različne definicije računalniškega mišljenja.
Leta 2010 je Ameriški NRC (National Research Council) organiziral delavnico na področju računalniškega mišljenja, v kateri so sodelovali različni mednarodnimi raziskovalci, vključno z Jeannette Wing. Eden izmed rezultatov delavnice je bil očitno pomanjkanje soglasja glede osnovne definicije računalniškega mišljenja, saj so udeleženci na pojem gledali iz zelo različnih zornih kotov (Bocconi idr., 2016).
Pogosto uporabljeno definicijo računalniškega mišljenja so podali Cuny, Snyder in Wing (2010), kjer je računalniško mišljenje opisano kot iskanje rešitve problemov, predstavljene v obliki, ki jih lahko učinkovito izvaja agent za obdelavo informacij (Wing, 2010). To se ne nanaša samo na dobro strukturirane probleme, ampak tudi na slabo strukturirane (npr. zapletene probleme iz resničnega življenja, katerih rešitve niso niti dokončne niti merljive) (Shute, Sun,
& Clarke, 2017).
Leta 2011 je J. Wing svojo predhodno definicijo računalniške mišljenja preoblikovala in zapisala, da gre pri računalniškem mišljenju za miselne procese, ki jih uporabljamo pri oblikovanju in reševanju problemov v obliki, ki jo lahko izvede informacijsko procesni agent (Bocconi idr., 2016).
CSTA (Computer Science Teachers Association) in ISTE (International Society for Technology in Education) sta razvila operativno definicijo, ki je veljavna tudi v slovenskem osnovnošolskem izobraževalnem sistemu za računalništvo. Računalniško mišljenje definira kot proces reševanja problemov, ki vključuje naslednje lastnosti:
- zmožnost oblikovanja problemov, ki omogoča uporabo računalnikov in drugih orodij za njihovo reševanje,
- zmožnost logičnega organiziranja in analize podatkov,
- zmožnost predstavitve podatkov s pomočjo abstraktnega razmišljanja (modeli, simulacije),
- zmožnost avtomatizacije rešitve s pomočjo algoritmičnega razmišljanja,
- zmožnost identifikacije, analize in izvedbe možnih rešitev problema z namenom, - ugotoviti najučinkovitejšo in najbolj uporabno kombinacijo korakov za rešitev
zastavljenega problema,
- zmožnost posplošitve in prenos konkretne rešitve zastavljenega problema na številne nove probleme (ISTE & CSTA, 2011).
Zgornjo definicijo računalniškega mišljenja so interpretirali raziskovalci z različnih področij.
Barr idr. (2011) so pojasnili, da v K-12 računalniško mišljenje vključuje veščine reševanja problemov in spodobnost zaupanja in vztrajnosti pri soočanju s posebnimi težavami. Alfred V.
Aho (2012) je na osnovi definicije J. Wing definicijo računalniškega mišljenja poenostavil in ga opredelil kot miselne procese, s katerimi formuliramo probleme na tak način, da njihove rešitve lahko predstavimo kot zaporedje računalniških korakov in algoritme. Definicijo, ki jo uporabljamo v magistrskem delu, sta v letu 2012 predstavila Karen Brennan in Mitch Resnick.
Računalniško mišljenje v Scratchu sta definirala, glede na raziskave, ki sta jih izvedla, oz. skozi razvoj projektov v vizualnem programskem okolju Scratch. Postavila sta tridimenzionalni model, prek katerega definirata računalniško mišljenje. Omenjeni model zajema koncepte, prakso in perspektivo računalniškega mišljenja.
Leta 2013 sta Shelby in Wollard podala še danes velikokrat uporabljeno definicijo računalniškega mišljenja. Računalniško mišljenja opredelita kot kognitivni ali miselni proces, ki odraža sposobnost abstraktnega razmišljanja, dekompozicije, algoritmičnega razmišljanja, evalvacije in generalizacije. Računalniško mišljenje kot kognitiven proces, ki vključuje logično sklepanje, ki je ključno pri preoblikovanju problemov in njihovem sistematičnem reševanju, je predstavil tudi Csizmadia (2015). Med procese računalniškega mišljenja je uvrstil:
- algoritmično razmišljanje, - dekompozicijo,
- generalizacijo in prepoznavanje vzorcev, - abstrakcijo in reprezentacijo
- ter evalvacijo (Csizmadia, 2015).
Pri algoritmičnem razmišljanju gre za način razmišljanja, pri katerem je pot do rešitve podana s koraki, ki so natančno definirani (Csizmadia idr., 2015).
Dekompozicija je sposobnost razmišljanja o problemu kot množici manjših podproblemov, ki ga opredeljujejo. Vsakega izmed njih je mogoče obravnavati in reševati neodvisno od drugih.
Na tak način z reševanjem več manjših obvladljivih problemov posledično rešimo prvotni kompleksen problem (Csizmadia idr., 2015).
Zmožnost prepoznavanja vzorcev in zaznavanja podobnosti med njimi nam omogoča generalizacija oz. posploševanje. Gre za enostaven način iskanja rešitev, ki temelji na že obstoječih rešitvah podobnih problemov. Omogoča posplošitev rešitve konkretnega problema na celotno množico temu podobnih problemov. Namen tega je hitrejše in učinkovitejše reševanje problemov (Csizmadia idr., 2015).
Najbolj zahteven miselni proces pri računalniškem mišljenju je postopek abstrakcije.
Abstrakcija ima veliko vlogo pri določanju vzorcev, posploševanju iz primerov in parametrizaciji. Določa opazovanje izbranih lastnosti skupine predmetov in skrije za dano problemsko situacijo nepomembne razlike med njimi. Abstrakcija nam daje moč za merjenje in reševanje kompleksnih problemov (Wing, 2010).
Evalvacija oz. vrednotenje velja za eno glavnih sposobnosti pri programiranju. Gre za način iskanja optimalne rešitve problema s prepoznavanjem možnih rešitev problema in njihovim vrednotenjem (Computational thinking and CS Unplugged, 2019).
Eden od opisov računalniškega mišljenja je tisti, ki ga je Curzon s sodelavci predstavila leta 2014. Računalniško mišljenje so opisali kot način razmišljanja in reševanja problemov v sodobnem in s tehnologijo napolnjenem svetu (Curzon idr., 2009; Curzon idr, 2014; Shute;
Sun, & Clarke, 2017).
Kljub številnim poskusom, poenotiti definicijo računalniškega mišljenja, enotna definicija še vedno ne obstaja. Razlog za to je, da so zgoraj omenjeni avtorji opredeljevali računalniško mišljenje s svojimi besedami, glede na ustreznost situaciji, v kateri so bili. Definicije so tako prilagojene časovnim obdobjem in različnim področjem dela, v katerih so bile razvite (Yadav, Gretter, Good in McLean, 2017).
Trenutno širše sprejeta definicija računalniškega mišljenja je podana prek njegovih karakteristik. Uporabljajo jih pri klasifikaciji nalog v okviru tekmovanja Bober (Bebras:
International Challenge on Informatics and Computational Thinking). V računalniško mišljenje vključujemo nabor spretnosti in tehnik za predstavitev in reševanje problemov, ki jih programerji uporabljajo za pisanje programov in izdelavo aplikacij. Značilnosti računalniškega mišljenja so dekompozocija (razčlenitev kompleksnih nalog na enostavnejše komponente), prepoznavanje vzorcev, posploševanje in abstrakcija ter načrtovanje algoritmov.
V okviru ICILS (International Computer and Information Literacy Study) 2018 so računalniško mišljenje opredelili kot posameznikovo sposobnost prepoznavanja različnih vidikov problema v resničnem svetu, ki jih je mogoče računalniško formulirati, in sposobnost ocenjevanja in razvijanja algoritmičnih rešitev, ki jih mogoče operacionalizirali z računalnikom (Fraillon, Schulz, Friedman, & Duckworth, 2019).
Leta 2019 je izšla knjiga Computational Thinking Eduation, katere avtorja sta Kong in Abelson. V omenjeni knjigi so zbrani članki različnih avtorjev na temo računalniškega mišljenja. V člankih so predstavljene različne možnosti vpeljave računalniškega mišljenja v izobraževanje. Med njimi najdemo ideje za poučevanje računalniškega mišljenja s pomočjo izdelave računalniških iger v programskem okolju Scratch. Učenje programiranja v Scratchu uporabniku predoči probleme, ki so rešljivi na različne načine, in tako spodbuja njegovo razmišljanje ter razvija in krepi računalniško mišljenje. V člankih je mogoče najti poglobljeno
razlago računalniškega mišljenja in njegovo vključenost v izobraževanje K-12 in K-12 znanost (ang. science), tehnologija (ang. technology), inženirstvo (ang. engineering), matematika (ang.
mathematics) (STEM). Pomembna tema, ki se je dotaknejo, je ocenjevanje razvoja računalniškega mišljenja.
Z omenjeno temo se srečamo tudi leta 2017 v knjigi Emerging Research, Practice, and Policy on Computational Thinking. Knjiga poroča o raziskavah in praksi računalniškega mišljenja ter o vplivu, ki ga ima to na izobraževanje po vsem svetu, tako znotraj kot zunaj šolanja. Avtorja Peter J. Rich in Charles B. Hodges raziskujeta, kako poteka učenje računalniškega mišljenja in kakšne so njegove posledice za učenje skozi celotno izobraževanje (od osnovne šole naprej).
Tridimenzionalni model računalniškega mišljenja
Brennan in Resnick (2012) v članku New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking pojem računalniško mišljenje uporabita kot paradigmo za konceptualizacijo učenja in razvoja, ki se odvijata s projektnim učnim delom v Scratchu.
Mnenja sta, da se računalniško mišljenje razvija med ustvarjanjem projektov v vizualnem programskem okolju Scratch. Razvoj računalniškega mišljenja v Scratchu je najbolj viden pri problemskem učenju, natančneje pri samostojni izdelavi interaktivnih medijev. Interaktivni medij je klasičen medij za tisk z dodanimi digitalnimi elementi, kot so elektronsko besedilo, grafika, zvok ipd. Zasnovan je tako, da se odzove na interakcijo z uporabnikom in ga na ta način pritegne (Augment, 2016).
S proučevanjem dejavnosti v skupnosti Scratch ter dejavnostmi med izvajanjem delavnic s Scratchem sta Brennan in Resnick postavila zgoraj omenjen trodimenzionalni model za razvoj računalniškega mišljenja, ki vključuje tri ključne dimenzije: koncepte računalniškega mišljenja (tj. koncepte, ki jih oblikovalci uporabljajo med programiranjem), prakse računalniškega mišljenja (tj. prakse, ki jih oblikovalci razvijajo med programiranjem) in perspektive računalniškega mišljenja (tj. perspektive oz. metakognitivne veščine, ki jih oblikovalci oblikujejo o sebi in svetu, ki jih obdaja) (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.1 Koncepti računalniškega mišljenja
Brennan in Resnick v svoji raziskavi definirata sedem konceptov, ki se uporabljajo pri kodiranju v Scratchu, pri čemer posameznik razvija programersko znanje, ki je prenosljivo tudi na druge programske jezike. To so zaporedja, zanke, sočasnost, dogodki, pogojni stavki, operaterje in podatki (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.1.1 Zaporedje
Ključni koncept pri programiranju je, da je določena dejavnost ali naloga izražena kot zaporedje posameznih korakov ali navodil, ki jih izvede računalnik. Tako pri programiranju kot pri receptih za kuhanje zaporedje določa vrstni red navodil, ki jih je treba izvesti.
Posamezna dejavnost je izražena kot zaporedje korakov ali navodil, ki jih izvede računalnik (Brennan in Resnick, 2012). Lik mačka je mogoče sprogramirati tako, da se najprej premakne po odru za deset korakov, počaka eno sekundo, se premakne še za deset korakov in nato pozdravi (Slika 1).
Slika 1: Primer zaporedja
2.1.1.1.2 Zanke
V prejšnjem primeru smo predstavili, kako se maček premakne za deset korakov, počaka eno sekundo in nato ponovi aktivnost – premakne se z deset korakov in počaka eno sekundo. Če želimo, da bi maček dejanje ponovil večkrat, lahko preprosto dodamo še nekaj blokov premikanja in čakanja. V primeru, da je število ponovitev veliko, uporabimo zanko. Zanke so pomembne, ko želimo, da lik izvede dejanje večkrat ali ga ponavlja v neskončnost. Gre za ponavljanje zaporedja različnih ukazov (Brennan in Resnick, 2012). Na spodnji sliki je prikazano, kako zgornjemu ukazu dodamo še dve ponovitvi in kako enako kodo zapišemo z zanko.
Slika 2: Primer zaporedja več ukazov ter njihova uporaba v zanki
2.1.1.1.3 Dogodki
Dogodki so osnova vseh interaktivnih medijev. S dogodkom nakažemo, na kakšen način bomo podali ukaz, ki določa začetek izvajanja kode (Brennan in Resnick, 2012). Slika 3 prikazuje različne situacije, v katerih dogodek povzroči dejanje. Pri prvi aktivnosti, ob kliku na zeleno zastavico, lik zamenja videz, naredi deset korakov in predvaja zvok Mijav. Pri drugi aktivnosti dejanje ponovi ob pritisku na presledek, pri tretji aktivnosti pa ob kliku na lik.
Slika 3: Izvedba enake aktivnosti, ki jo sprožijo različni dogodki.
2.1.1.1.4 Sočasnost
Sočasnost omogoča izvajanje več zaporedij navodil hkrati. Poznamo dve vrsti sočasnosti:
sočasnost med likoma in sočasnost znotraj lika. Pri sočasnosti med likoma gre za izvajanje zaporedja ukazov pri več likih sproženih z istim dogodkom (Brennan in Resnick, 2012). Slika 4 prikazuje sočasnost med izvajanjem kode za lik mačka in lik žirafe.
Slika 4: Sočasnost med likoma
Pri sočasnosti znotraj lika pa gre za izvajanje več različnih zaporedij ukazov pri določenem liku, ki so sproženi z istim dogodkom. Slika 5 prikazuje sočasnost znotraj lika – hoja leva.
Slika 5: Sočasnost znotraj lika
2.1.1.1.5 Pogojni stavki
Lastnost sposobnosti sprejemanja odločitev na podlagi določenih pogojev pri likih kodiramo s pogojnimi stavki. Na tak način je možno prikazovanje več različnih rezultatov, ki so odvisni od vhodne informacije (Brennan in Resnick, 2012). Slika prikazuje pogojni stavek, ki mačku narekuje, da se v primeru, ko se dotakne roba, skrije.
Slika 6: Primer pogojnega stavka
2.1.1.1.6 Operatorji
Operatorji dajejo podporo matematičnim in logičnim izrazom, kar programerju omogoča izvajanje numeričnih manipulacij. Scratch podpira veliko matematičnih operacij (seštevanje, odštevanje, množenje, deljenje, zaokroževanje, korenjenje ... ) ter operacije v nizih podatkov
(združevanje, dolžina ... ) (Brennan in Resnick, 2012). Slika 7 prikazuje operacijske bloke v Scratchu.
Slika 7: Operatorji
2.1.1.1.7 Podatki
Podatke lahko v Scratchu upravljamo s spremenljivkami ali seznami. Spremenljivke shranjujejo številke ali niz. Seznami pa shranjujejo zbirko več števil ali nizov. Podatke v Scratchu lahko shranjujemo, posodabljamo ali jim določamo/večamo/manjšamo vrednosti (Brennan in Resnick, 2012). Slika 8 prikazuje, kako se uporablja spremenljivka za spremljanje rezultata v igri.
Slika 8: Primer uporabe spremenljivke
2.1.1.2 Praksa računalniškega mišljenja
Po mnenju Brennan in Resnick (2012) razlaga pojma računalniško mišljenje ne more biti zasnovana zgolj na računalniških konceptih. Pomemben del računalniškega mišljenja je dimenzija učenčevega učenja in sodelovanja, to dimenzijo sta poimenovala praksa računalniškega mišljenja. Omenjena dimenzija se osredotoči na pristop oz. proces razmišljanja in učenja ob ustvarjanju interaktivnih medijev. Ugotavlja, kaj se učenci učijo in na kakšen način. Ločimo štiri različne strategije oz. prakse računalniškega mišljenja: postopnost in ponavljanje, preizkušanje in odpravljanje napak, ponovna uporaba in predelava ter abstrakcija in modeliranje (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.2.1 Postopnost in ponavljanje
Omenjena strategija poudarja postopno ustvarjanje projektov in možnost, da učenec projekt med delom spreminja. Končni izdelek ni nujno enak začetnemu (Brennan in Resnick, 2012).
Učenci so si pri izdelavi projekta Zgodba najprej zamislili like, ki so jim nato dodali pogovor – osnovna ideja. Že v procesu izdelave pogovora pa se je ideja lahko spreminjala in je prišlo do menjave likov. Ob izbiri scene in sestavljanju zgodbe kot celote pa so se projekti dokončno razvili, glede na učenčeve izkušnje med izdelavo.
2.1.1.2.2 Preizkušanje in odpravljanje napak
Preizkušanje in odpravljanje napak je strategija, pri kateri učenec med delom s preizkušanjem odpravlja napake. Njegov prvotni načrt lahko ni ustrezen, zato ga mora še bolj kot pri prvi strategiji nujno popravljati. Kateri način iskanja in popravljanja napak mu najbolj ustreza, se odloči vsak posameznik sam (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.2.3 Ponovna uporaba in predelava
Tu gre za predelavo projektov drugih, učenci torej ideje poiščejo v projektih sošolcev, prijateljev ali drugih. Med predelovanjem prvotno kodo spreminjajo in dopolnjujejo. Učenci, ki uporabljajo to strategijo, morajo znati dobro brati kodo in se zavedati svojih dolžnosti ob kopiranju določenih delov kode – pravice o lastništvu in avtorstvu (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.2.4 Abstrakcija in modeliranje
Zadnja strategija je najkompleksnejša, gre za izdelavo večjega projekta iz že pripravljenih manjših (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.3 Perspektiva računalniškega mišljenja
Učenci pri ustvarjanju projektov v Scratchu poleg konceptov in strategij učenja razvijejo tudi socialne veščine, ki sodijo med dimenzije perspektive. Te pridobijo s deljenjem svojih projektov na skupnosti Scratch, kjer jih drugi lahko ocenjujejo, všečkajo ali uporabijo kot osnovo za svoj projekt. Na tak način se naučijo povezovanja, izražanja mnenja in spraševanja (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.3.1 Povezovanje
Ustvarjalnost in sodelovalno učenje sta pomembi lastnosti sodobnih didaktičnih pristopov, zato je načrtovanje računalniških medijev s programom Scratch močno prepleteno z interakcijo med
njima. Pri povezovanju med uporabniki kot v začetni obliki sodelovanja gre za navezovanja stikov z drugimi, osebno ali prek spleta. Posameznik soustvarja projekt z drugimi ali ustvarja za druge. Ko soustvarja, gradi medsebojne odnose in v skupini predeluje in ustvarja kodo. Ko pa ustvarja za druge, dela samostojno. Mladi ustvarjalci so z ustvarjanjem za druge izkusili vrednost pristnega občinstva. Ugotovili so, da drugi uporabljajo in cenijo njihove izdelke.
Posameznik, čigar kodo je uporabil nekdo drug, se počuti spoštovan. Brenann in Resnick (2012) v svoji raziskavi opazita boljšo učinkovitost izdelave projektov oz. interaktivnih medijev med učenci, ki sodelujejo (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.3.2 Izražanje
V svetu smo obkroženi z interaktivnimi mediji, katere večina ljudi uporablja zgolj kot uporabnik. To pomeni, da jih uporabljajo za brskanje, klikanje, klepetanje in podobne dejavnosti, s katerimi se tehnologijo naučijo uporabljati. Za razvoj računalniškega mišljenja pa omenjene dejavnosti ne zadostujejo. S projekti, ki jih učenci izdelajo v Scratchu, se izražajo na njim bolj razumljiv način. Z interaktivnimi mediji prikažejo, kako se počutijo in kaj mislijo.
Svoje projekte tudi ovrednotijo v primerjavi z drugimi (Brennan in Resnick, 2012).
2.1.1.3.3 Spraševanje
Bandura (2001) pravi, da nam vsakdanje življenje čedalje bolj urejajo zapletene tehnologije, katerih večina ljudi ne razume niti ne verjame, da lahko vplivajo na naše življenje.
Računalniška perspektiva mladim približuje tehnološki svet in jih uči spraševati o stvareh, ki so jim pri tem nejasne.
Ob izdelavi projektov se učencem porajajo mnoga vprašanja, ki so lahko samoumevna ali kompleksna. Scratch ima na voljo mnogo blokov, likov in ozadij, kljub temu pa nekateri učenci potrebujejo več. Zato imajo možnost ustvarjanja novih blokov, kjer z že obstoječimi bloki definirajo nov način vedenja lika, lahko tudi dodajajo like zunaj prostora Scratch (Brennan in Resnick, 2012).
Pristopi razvoja računalniškega mišljenja s programiranjem
Najprej bomo naredili distinkcijo med pojmoma programiranje in računalniško mišljenje.
Kljub medsebojni prepletenosti pojma nista identična. Kar zadeva taksonomije, je računalniško mišljenje širši pojem in programiranje oz. kodiranje njegov pomemben sestavni del. Posledično s programiranjem razvijamo tudi računalniško mišljenje. Poleg programiranja računalniško mišljenje vključuje tudi druge, zgoraj že omenjene elemente, kot so analiza podatkov in dekompozicija (Bocconi idr., 2016).
V angleškem učnem načrtu je zapisano, da bi morali biti otroci že v osnovni šoli sposobni razlage enostavne kode programa. Bistvo računalniškega mišljenja se kaže v sposobnosti programiranja in razlage kode. Pomembno je razumeti, kako bi se moral element, glede na zapisano kodo, obnašati in iskati napake, če se ne (Bocconi idr., 2016).
Programiranje konkretizira koncepte računalniškega mišljenja in posledično postane orodje za učenje. Ker pa je abstrakcija ključna spretnost računalniškega mišljenja, se mnogi raziskovalci sprašujejo, ali je uvedba programiranja v osnovne šole sploh primerna. Mitch Resnick je zato pojasnil, da sta pisanje kode in programiranje abstraktna na podobne načine. Če je učenec sposoben razumeti, kar je napisal z roko, in besedilo postaviti v pravo zaporedje, je sposoben tudi računalniške bloke postaviti v pravilno zaporedje, da bodo računalniško berljivi (Bocconi idr., 2016).
Yadav (2014) je poudaril, da računalniško mišljenje učence premakne na višji nivo. Namesto uporabnikov programske opreme, naučenih operativnih in tehničnih spretnosti, od njih zahteva sposobnost reševanja problemov in spodbuja njihovo ustvarjalnost. Tako postanejo aktivni udeleženci digitalne kulture, v kateri živimo. Če bi vsi ljudje v času izobrazbe pridobili osnove računalniškega mišljenja, bi laže razumeli tehnološki razvoj in ga obvladali, namesto da se ga bojijo (Bocconi idr., 2016).
Informacijska tehnologija je v 21. stoletju vseprisoten del življenja in glavno gonilo gospodarske rasti. Skladno s tem se spreminja način vzgoje in izobraževanja otrok. Cilj postaja učenčeva sposobnost uporabe računalnika na bolj sofisticirane načine, kot so to počeli njihovi starši. Računalniško programiranje se obravnava kot osrednja veščina, ki razlikuje tiste, ki izdelujejo programsko opremo, od tistih, ki programsko opremo zgolj uporabljajo. Posledično so ministrstva številnih držav začela spreminjati učne načrte tako, da so vanje integrirala vse več računalništva. Novi učni načrti zahtevajo učenje računalništva za vse učence že v zgodnjih letih šolanja (Lister, 2016). V nadaljevanju bomo predstavili učne načrte različnih držav in kdaj so se v posamezni državi začele spremembe na področju uvedbe računalništva v osnovnošolsko oz. srednješolsko izobraževanje.
Pri sestavljanju omenjenih učnih načrtov za računalništvo so se države oprle na akademike kot osrednje udeležence. Lister (2016) je v svojem članku zapisal, da je to v nasprotju z realnostjo računalništva na univerzah, saj akademiki niso bili uspešni pri poučevanju računalniškega programiranja lastnih dodiplomskih študentov. Predlaga, da se pri ustvarjanju učnih načrtov obrnemo na dve skupini, kjer vsaka skupina razume polovico problema. Akademike, ki razumejo računalništvo in računalniško programiranje, vendar ne razumejo učencev, načina poučevanja in učenja, ter učitelje, ki razumejo učence, načine poučevanja in učenja, vendar ne cenijo potenciala računalništva in računalniškega programiranja. Akademiki torej razumejo znanje in zmožnosti, ki naj bi jih študenti imeli na vrhuncu izobraževalnih izkušenj, ne pa tudi poti do tega cilja. Učitelji pa so boljši pri sestavljanju učne poti, računalništva kot cilja te poti pa ne razumejo.
2.2 Teorije učenja, na katerih slonijo sodobni učni pristopi pri uvodnem programiranju
Skupen element vsem učnim teorijam je pomembnost načina poučevanja. Sodobni pristopi učenja programiranja postavljajo učenca v center procesa učenja. Značilni karakteristiki učenja sta čustvena in vedenjska samoregulacija, ki pripomoreta k uspešnemu razvoju učnih spretnosti. Pomembno vlogo imajo tudi učiteljeva spodbuda ter učenčeva radovednost in ustvarjalnost. Podpiranje učenčevih veščin pripomore k njihovi nadgradnji in dosegi zastavljenega cilja.
Konstruktivizem
Ideja konstruktivizma temelji na interpretaciji vedenja posameznika oz. učenca, ki je skozi proces osebnih konstrukcij pojmov in razlag v interakciji z okoljem. Ljudje z izkušnjami predelujemo, prilagajamo, lahko tudi spreminjamo svoje ugotovitve oz. mentalne strukture.
Znanje torej ni zgolj zapomnitev, temveč interpretacija podatkov, pri kateri učenci oblikujejo novo znanje v skladu s svojim prejšnjim znanjem, izkušnjami, stališči, vrednotami, osebnostnimi lastnostmi in okoljem. Zaradi razlik v predznanju, osebnostnih itn. ter razlik v okolju pa prihaja tudi do razlik v razumevanju istih vsebin in posledično tudi do razlik v znanju.
Zgolj deklarativno znanje v današnjem času ne zadošča, učitelj mora spodbujati procesno, prenosljivo znanje. Posledično je pri učencih treba razvijati učinkovite strategije pridobivanja
znanja oz. razvijati t. i. metakognitivne strategije, s katerimi spodbujamo zmožnosti razmišljanja o svojem načinu spoznavanja in zavedanje o tem (Požarnik, 2003). V procesu posameznik oz. učenec spozna osnovne pojme in svoje znanje nadgradi vse do abstrakcije (Krnel, 1993, povz. po Zadnikar Rupnik, 2008). Torej gre za proces, pri katerem je učenec individualno in socialno aktiven ustvarjalec svojega razmišljanja (Woolfolk, 2002).
Prva predpostavka konstruktivizma trdi, da glede obstoja objektivnega, od posameznika neodvisnega znanja oz. vednosti ni mogoče ničesar trditi z gotovostjo. Druga, ki se prepleta s prvo, pa pravi, da vsak učenec svoje znanje gradi sam, tako da je pri učenju aktiven, drugi ga pri tem lahko zgolj usmerjajo in spodbujajo. Znanje je torej subjektiven konstrukt vsakega posameznika (Štefanc in Muršak, 2008).
V trenutku, ko posameznik začne opazovati pojav, ga začne spoznavati. Na to, kako si opazovalec pojav razlaga, vpliva njegova podzavest. Ta pa je sestavljena iz že obstoječih konstruktov. Opazovalec razlikuje nov pojem od že znanih in ga z njimi primerja. Je aktiven ustvarjalec svoje resničnosti, uči se skozi interakcijo s socialnim okoljem (Marn, 2005).
Na področje vzgoje in izobraževanja je konstruktivizem vpeljal Piaget s svojo teorijo zaznavnega razvoja in učenja. Razvoj spoznavnih procesov je po njegovem mnenju rezultat aktivne konstrukcije znanja (Kerndl, 2010). Piagetova teorija predstavlja okvir za razumevanje učenčevih načinov vedenja in razmišljanja na različnih ravneh njegovega razvoja. Daje nam vpogled v učenčeva zanimanja in sposobnosti v različnih starostnih obdobjih. Piaget razloži, da otrokovo razumevanje sveta sovpada z njegovimi zmožnostmi in je prilagojeno njegovim potrebam, posledično se zelo razlikuje od predstave odraslega človeka. Takšen pogled ustvarja posledice na področju izobraževanja:
- učenci se ne naučijo le tistega, kar slišijo pri pouku, temveč samostojno interpretirajo, kar slišijo, glede na svoje znanje in izkušnje;
- učencem znanje ni le posredovana informacija, ampak gre za izkušnjo, pridobljeno z interakcijo s svetom, ljudmi in stvarmi;
- za učenčevim razmišljanjem stoji logika, ki ustreza njegovim trenutnim potrebam in zmožnostim. Posledično svoje teorije o nečem ne zavrže zgolj zato, ker mu je bilo tako naročeno (Ackermann, 2001).
Otroci so aktivni graditelji svojega znanja, ne le pasivni prejemniki. Svoje ideje ustvarjajo sami (Resnick, 2017).
Lastnosti konstruktivizma v izobraževanju:
- učno okolje, ki učenca izzove in mu ponuja izvirne naloge, - poudarja pomembnost sodelovanja z drugimi,
- upošteva različne perspektive,
- snov predstavlja z uporabo različnih analogij, primer in metafor, - poudarja razumevanje procesa konstrukcije znanja,
- pouk je usmerjen na učenca (Woolfolk, 2002).
V prvi polovici 20. stoletja so potekale razprave o preureditvi šole. Reformska pedagogika je vseskozi izhajala iz predpostavke, da mora biti učenec za dosego cilja v učnem procesu aktiven (Štefanc in Muršak, 2008). V naravoslovju se je konstruktivizem, ki zagovarja, da znanje nastaja, ko otrok deluje na objekt, uveljavil kot vodilni pristop. Gre za miselno aktivnost, pri kateri mora učenec za rešitev problema najti svojo pot (Zadnikar Rupnik, 2008).
Leopoldina Plut Pregelj kot konstruktivistične principe poučevanja zagovarja načela, ki jih je mogoče najti v klasični didaktiki, npr. pri sv. Avguštinu, ki poudarja pomen pogovora pri učenju, in kasneje pri Komenskem, ki pravi, da je učenca in njegovo prejšnje znanje treba
upoštevati (Kroflič, 2013). Podobno razmišljanje zasledimo tudi pri drugih avtorjih herbartistične didaktične misli. Gre za miselni tok v didaktiki, ki ga najpogosteje povezujemo s t. i. »tradicionalno šolo« (Štefanc in Muršak, 2008). Slovenski zagovornik omenjene misli, Schreiner je v svojem delu zapisal, da je učenec med učenjem aktiven, torej znanje pridobiva z lastnim delom (Schreiner 1903). Učenec pa ni aktiven zgolj verbalno – z odgovori na učiteljeva vprašanja –, ampak tudi drugače. Učenec mora sam poskušati rešiti zadani problem po poti, ki si jo izbere sam. Schreiner je opozoril, da učenec ne bo vedno našel najhitrejše in neučinkovitejše poti, potrebno bo dopolnjevanje in popravljanje, bo pa ta pot gotovo njemu najbolj razumljiva. Posledično novo znanje učencu ne bo tuje (Štefanc in Muršak, 2008).
Učnih metod iz konstruktivizma ni mogoče neposredno izpeljati, pravi Barica Marentič Požarnik. Prednost imajo metode, pri katerih učenci izkusijo svet in s svojo dejavnostjo konstruirajo podobo resničnosti. Učiteljeva naloga je, da učencem pripravi vaje, podaja pobude, strukturirano gradivo ipd. Na tak način preusmerimo pozornost z učitelja na učence.
Vprašanje, kaj dela učitelj, ni več pomembno, osredotočimo se na delo učenca. Pri tem opazujemo, kako učenci razmišljajo, kako oblikujejo svoje ideje in kaj med sabo povezujejo.
Učitelj jih pri delu zgolj vodi (Štefanc in Muršak, 2008).
Jean Piaget, kot rečeno, velja za najpomembnejšega predstavnika konstruktivizma v 20.
stoletju (Papert in Harel, 1991). Njemu in drugim konstruktivistom je skupno mnenje, da je usvajanje znanja konstruiranje, izumljanje in samostojno razlaganje podatkov. Ne gre zgolj za transmisijo znanja in pomnjenje podatkov. Pridobivanje znanja na tak način je učencem bližje, saj je sestavljeno iz njim že znanih vrednosti, stališč in osebnostnih lastnosti ter je prepleteno z njihovimi izkušnjami (Marn, 2005).
Piagetova teorija otrokov kognitivni razvoj razdeli na štiri stopnje oz. faze razvoja. Pri vsakem sledijo v danem zaporedju, ne pa nujno v enakem časovnem okviru:
- senzomotorična faza (od rojstva do 18 mesecev), - predoperacionalna faza (od 18 mesecev do 7 let), - konkretno operacionalna faza (od 7 let do 11 let),
- formalno operacionala faza (od 11 leta dalje) (Krajnc idr., 2015).
2.2.1.1 Neopiagetova teorija
Različni raziskovalci, kot so Kurt Fischer, Bob Siegler in Pierre Mounoud, so svoje delo zasnovali na podlagi Piagetove razvojne teorije. Raziskave, ki so jih izvedli, so pokazale, da tako otroci kot odrasli pokažejo različne stopnje abstraktnega razmišljanja, glede na situacije, v katerih se znajdejo, kar pa je v nasprotju s Piagetovim prepričanjem. Teorijo, ki se je razvila na podlagi omenjenih raziskav, imenujemo neopiagetova teorija (Krajnc idr., 2015).
Z neopiagetovo teorijo si je mogoče pomagati pri opisovanju napredka kognitivnega razvoja učenca, ki spoznava računalništvo in računalniške koncepte. Kot Piagetova teorija tudi neopiagetova loči štiri razvojne stopnje, ki pa se med seboj razlikujejo po zmožnosti abstraktnega razmišljanja. Stopnje so pri obeh teorijah poimenovane enako (Krajnc idr., 2015).
Lister idr. (2011) so opisali naslednje stopnje razmišljanja pri uvodnem programiranju.
Učenec v senzomotorični fazi kodo razume največ s 50-odstotno točnostjo. Delovanje kode razume le s pomočjo učitelja, kodi zelo težko sledi, pri reševanju težav vstavlja naključne vrednosti, namesto mejnih, in ne razume smisla posameznih blokov. Do rešitve skuša priti z ugibanjem (Krajnc idr., 2015).
V predoperacionalni fazi učenec že brez težav sledi kodi, in glede na vhodni in izhodni podatek, sklepa na rezultat. Določene koncepte razume, težave se pojavijo pri njihovi uporabi.
Osredotoči se lahko le na eno abstraktno lastnost, ko prične razmišljati o večjih, njegove misli postanejo nekoordinirane. Po neopiagetovi teoriji gre za preobremenitev delovnega spomina učenca (Krajnc idr., 2015).
V konkretno operacionalni fazi se pri učencu pokaže sposobnost konkretnega sklepanja, ki je omejeno na znane in realne probleme. Učenec je v tej fazi po točno določenih navodilih sposoben napisati preprost program. Zmožen je razumeti izvajanje logičnih operacij (konzervacija, tranzitivnost, reverzibilnost) (Krajnc idr., 2015).
Učenec je v formalno operacionalni fazi že zmožen sistematičnega, doslednega in logičnega razmišljanja. Sposoben je razmišljati o lastnem razmišljanju, zaveda se svojega miselnega procesa. Konkretno sklepanje ni več omejeno na znane in realne probleme, ampak se razširi tudi na hipotetične. Učenčev način reševanja težav se razdeli na pet stopenj: abstrakcija problema, delitev problema na več manjših, iskanje rešitve za manjše probleme, sestavljanje kompleksnih rešitev iz manjših ter preizkušanje, dopolnjevanje in ponovno preizkušanje. Na tak način razmišljajo eksperti (Krajnc idr., 2015).
Konstrukcionizem
Konstrukcionizem je učna teorija, ki jo je Seymour Papert razvil na temeljih konstruktivizma (Ackerman, 2001). Seymour Papert je bil mož idej, v računalniško programiranje se je zaljubil zaradi njegovega potenciala za uresničevanje novih idej. Ideje so abstraktne, niso oprijemljive, težko jih je dojeti in odkriti, ampak Papert je bil prepričan, da lahko spremenijo svet. Menil je, da razumevanje idej olajšajo "predmeti, s katerimi je treba razmišljati". Ti predmeti nam lahko pomagajo narediti ideje konkretne, oprijemljive in deljive. Omogočajo nam tudi, da imamo nove ideje ali da stare ideje predstavimo na drugačen način (Umaschu Bers, 2017).
»Močne ideje« so ene najbolj zapletenih in so hkrati paradigme, ki imajo intelektualni potencial, ki ga je treba razumeti za globlje razumevanje Papertovega konstrukcionističnega pristopa k izobraževanju. Predstavljajo osrednji koncept in spretnost na področju, ki je hkrati osebno uporabno, epistemološko povezano z drugimi vedami in ima korenine v intuitivnem znanju, ki ga je otrok v času učenja ponotranjil. Po Papertovem mnenju so »dobre ideje« tiste, ki omogočajo nove načine razmišljanja, nove načine uporabe znanja in nove načine navezovanja osebnih in epistemoloških povezav z znanjem na drugih področjih (Bers, 2017).
Papert se je zelo zanimal za proces učenja, trudil se ga je razumeti, podpirati in izvajati. Ko je leta 1959 na Univerzi v Cambridgeu doktoriral iz matematike, se je preselil v Ženevo, da je sodeloval z velikim švicarskim psihologom Jeanom Piagetom. Z opazovanjem in intervjuvanjem učencev sta ugotovila, da otroci aktivno gradijo znanje skozi vsakodnevne interakcije z ljudmi in predmeti na svetu. Sledila sta načelu, da znanja ne vlivamo v otroke kot vodo v vazo, ampak jih moramo spodbujati pri nenehnem ustvarjanju in preizkušanju svojih teorij o svetu, ki se jim porajajo med igro s svojimi igračami in prijatelji (Resnick, 2017).
Papert je verjel, da je največja prednost programiranja, omogočanje otrokom ustvarjanje lastnih projektov. Tako se naučijo sistematičnega in zaporednega razmišljanja ter razvijejo znanje računalništva in na drugih področjih (Resnick, 2017).
Ko je Papert prispel na Massachusetts Institute of Technology (MIT), so računalnike uporabljali le v velikih podjetjih, vladnih agencijah in na univerzah. Predvideval je, da bodo računalniki sčasoma postali dostopni tudi drugim. Ustvaril je vizijo, kako bo računalništvo spremenilo način učenja in poučevanja (Resnik, 2017). Njegov pristop temelji na tem, kar se je naučil od Piageta. Trdil je, da otroci najučinkoviteje gradijo znanje, kadar so aktivni oz.
ustvarjalci. Svoj pristop je nadgradil in ga poimenoval konstrukcionizem, ker združuje dve vrsti konstrukcije, miselno in fizično. Med igro učenci konstruirajo stvari in si v glavah hkrati ustvarjajo nove ideje; to jih motivira pri ustvarjanju novih stvari, posledično spet razmišljajo o posodobitvi ustvarjenega. Tako poteka cikel konstrukcionističnega učenja (Resnick, 2017).
Konstrukcionizem poudarja umetnost učenja in pomembnost ustvarjanja predmeta pri učenju.
Proučuje odnos učenca do predmeta. Največ pozornosti posveča človeškim odnosom (družina, učitelji, učenci). Konstrukcionisti so mnenja, da je ključ do učenja postati eno s pojavom, ki ga raziskujemo. Pojava ne opazujemo iz razdalje, ampak v središče situacije postavimo sebe (Ackerman, 2001). Konstrukcionizem je učna teorija, pri kateri se učenci učijo skozi prakso (angl. learning by doing), kasneje izdelek delijo z drugimi in jim razložijo, kako deluje. Pri tem je pomembna tudi samorefleksija oz. sposobnost vrednotenja lastnega dela in izdelka (Ropret, 2018). Prav to pa so predpostavke ustvarjalnega računalništva.
2.2.2.1 Konstrukcionizem in kreativno učenje
V preteklih letih se je mnogo učiteljev in raziskovalcev zavzemalo za učenje skozi prakso (ang.
learning-by-doing). Trdili so, da se posameznik najlaže nekaj nauči, če je pri učenju aktiven in v interakciji z okolico. Najbolj dragocene učne izkušnje se ustvarjajo med učnim procesom, ki poteka aktivno. Učenec načrtuje, gradi in ustvarja – torej ko se posameznik uči skozi ustvarjanje (Resnick, 2017).
Med ljudmi prevladuje napačno prepričanje, da je najboljši način za spodbujanje ustvarjalnosti pri otroku, da se mu umaknemo in dovolimo raziskovati. Otroci kljub veliki meri radovednosti na svoji raziskovalni poti potrebujejo usmerjanje. Za doseganje svojega ustvarjalnega potenciala sta nujna podpora in vodenje (Resnick, 2019).
Mitch Resnick (2019) je podal nekaj enostavnih namigov za izobraževalce, kako pri otroku spodbujati ustvarjalnost.
- S primeri spodbudite ideje: prazen zaslon je lahko zelo zastrašujoč, zato s predstavitvijo zanimivih primerov pri učencu spodbudimo domišljijo. Pomembno je, da učencem pomagamo pri začetnih korakih in jim ponudimo različne možnosti.
Zavedati se moramo, da bodo nekateri učenci projekte »kopirali«, kar pri začetnikih ni hudo narobe, kasneje pa je treba učence spodbujati pri razvijanju lastnih idej.
- Spodbujajte igrivost: velja splošno prepričanje, da se domišljija odvija v glavi, a pri tem ne smemo pozabiti, da so roke prav tako pomembne. Če želimo, da učenci začnejo ustvarjati projekte, jih moramo spodbujati pri preizkušanju idej. Podobno je pri zlaganju legokock. Na začetku gre zgolj za preprosto sestavljanje kock, ki se s preizkušanjem možnosti razvije v projekt.
- Ponudite različne možnosti: otroci so pod močnim vplivom igrač, orodij in materialov v svetu okoli njih. Če želimo spodbuditi njihovo ustvarjalnost, morajo imeti dostop do čim več različnih materialov. V Scratchu so to liki, ki se premikajo in medsebojno vplivajo, ter ozadja. Tako like kot ozadja lahko učenci tudi sami narišejo.
- Spodbujajte različnost: vsak otrok živi v svojem domišljijskem svetu, ki je popolnoma drugačen od sveta kogar koli drugega. Nekateri učenci uživajo v izdelavi hiš in gradov iz legokock, drugi v ustvarjanju iger in animacij s programom Scratch, tretji v izdelavi dirkalnih avtomobilov. Učenci skozi omenjene dejavnosti vstopajo v proces kreativnega oblikovanja. Pomembno je, da učencu pomagamo najti tisto dejavnost, pri kateri se najbolje znajde.
- Poudarite postopek, ne le izdelek: večina najboljših učnih izkušenj se zgodi, ko učenci nekaj aktivno ustvarjajo. Ne gre le za končni izdelek, ampak tudi za postopek
izdelave. Učenčevo ustvarjalnost spodbujamo z vprašanji o strategijah, ki so jih uporabili pri izdelavi izdelkov.
- Ne postavljajte časovnih omejitev: učenci pri izdelavi projekta potrebujejo čas za razmislek, eksperimentiranje in raziskovanje novih idej. Če poskušamo projekte ustvariti v 45 minutah, kolikor traja ena šolska ura, s tem uničimo celoten pomen izdelave projekta. Posledica tega je želja po čim hitreje pridobljenem pravem odgovoru:
učenci se izogibajo eksperimentiranju in preizkušanju, rešitve iščejo pri učitelju in sošolcih.
- Pomagajte pri povezovanju: učenci si želijo svoje ideje deliti z drugimi in tako sodelovati pri ustvarjanju različnih projektov. Naloga učitelja je, da jim pri tem pomaga (npr. v razredu spodbuja sodelovanje). V spletni skupnosti Scratch so organizirani Collabkampi, kjer se scratcherji med seboj povežejo in sodelujejo. Naučijo se tudi strategije za učinkovito sodelovanje.
- Sodelovanje pri ustvarjanju: pri učiteljevem vključevanju v delo učenca je priporočljiva določena mera previdnosti. Tako pretirana kot premajhna vključenost ima lahko negativne posledice. Želimo, da učitelj z učencem sodeluje kot njemu enakopraven. Pravilnega odgovora mu ne poda, ampak ga z idejami in podvprašanji pripelje do prave rešitve.
- Postavljajte avtentična vprašanja: Pomembno je, da učence med delom spodbujamo k razmišljanju o dogajanju v programu. To počnemo s postavljanjem enostavnih vprašanj, kot so: kako si prišel do ideje za projekt, kaj te je pri delu najbolj presenetilo, kako želiš, da deluje tvoj glavni lik, ipd. S prvim vprašanjem spodbudimo učenca, da se spomni, kaj ga je za projekt navdihnilo. Z drugim vprašanjem preprečimo zgolj opisovanje projekta in spodbudimo premislek o izkušnjah. Z zadnjim vprašanjem dobimo vpogled v to, kaj so želeli pripraviti, učenci pa spoznajo, kje se jim je zalomilo.
- Delimo razmišljanje: proces razmišljanja je težek tako za odrasle kot za otroke. Učencem predstavimo svoje razmišljanje in jih spodbudimo k razmišljanju o njihovem razmišljanju.
Tako iz učencev ustvarjamo kreativne mislece, ki so sposobni demonstrirati svoje razmišljanje in o njem razpravljati.
Resnick v svojem članku Give P’s a chance: projects, peers, passion, play še dodatno pojasni pomembnost ustvarjalnega razmišljanja. Ker živimo v svetu, ki se spreminja hitreje kot kadar koli prej, se bodo današnji otroci v prihodnosti soočali s stalnim tokom novih vprašanj in nepričakovanih izzivov. Mnogo stvari, ki se jih naučijo danes, bo jutri že zastarelih. Za uspeh se morajo naučiti oblikovati inovativne rešitve za probleme, ki se bodo pojavljali v njihovem vsakdanjiku. Njihov uspeh in zadovoljstvo bosta temeljila na sposobnosti razmišljanja in ustvarjalnosti. Samo znanje ne bo dovolj; naučiti se bodo morali kreativno uporabljati svoje znanje (Resnick, 2014).
Raziskovalna skupina Lifelong Kindergarten se ukvarja s tem, kako lahko danes mladim pomagamo, da odrastejo kot kreativni misleci. V MIT Media Lab so nove tehnologije, dejavnosti in strategije za vključevanje mladih v ustvarjalne izkušnje učenja, da se lahko razvijajo kot kreativni misleci. Njihov pristop temelji na PPPP-modelu štirih elementov kreativnega učenja oz. štirih »p«, ki so začetnice angleških besed oz.: projektih (angl. Projects), vrstnikih (angl. Peers), strasti, (angl. Passion) in igri (angl. Play):
- projekti: ljudje se najbolje naučijo, ko aktivno sodelujejo pri projektih, kjer razvijajo nove ideje, oblikujejo prototipe in jih iterativno izpopolnjujejo;
- vrstniki: učenje kot druženje, kjer si ljudje izmenjujejo ideje, sodelujejo pri projektih in gradijo drug na drugem, je bolj učinkovito;
