Symposium computational thinking: leerlingen, leraren (in opleiding) en lerarenopleiders als probleemoplossers met behulp van de computer

Transcriptie

1 Symposium computational thinking: leerlingen, leraren (in opleiding) en lerarenopleiders als probleemoplossers met behulp van de computer SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling VELON Congres, Brussel, 5 februari 2016 Petra Fisser, Allard Strijker, Gerard Dummer, Nicole van Aar, Remco Pijpers, Joke Voogt & Monique van der Hoeven SLO, Hogeschool Utrecht, Hogeschool Windesheim, Kennisnet, Universiteit van Amsterdam

2 Symposium computational thinking Voorzitter: Monique van der Hoeven, nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling (SLO) Presentaties: Petra Fisser & Allard Strijker, nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling (SLO) Gerard Dummer, Hogeschool Utrecht Nicole van Aar-Heinsman, Hogeschool Windesheim Remco Pijpers, Stichting Kennisnet Discussiant: Joke Voogt, Universiteit van Amsterdam

3 Computational thinking in het kader van 21 e eeuwse vaardigheden SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling Petra Fisser, Allard Strijker VELON Congres Brussel, 5 februari 2016

4 Computational thinking Wing (2006): denken als een informaticus, nuttig voor iedereen denken in stappen, ordenen van informatie, besef van volgordelijkheden en het modelleren van gegevens Polya (1945): alledaagse problemen op een gedisciplineerde manier aanpakken door op te delen in kleinere problemen Papert (1980; 1991): bijdrage van LOGO als programmeertaal aan het ontwikkelen van probleemoplosvaardigheden niet alleen instrumentele (programmeer) vaardigheden te ontwikkelen, maar daardoor ook in staat om op een hoger conceptueel niveau te denken, in verschillende inhoudsdomeinen

5 Computational thinking Resultaten van studies naar LOGO en de transfer naar probleemoplosvaardigheden geven echter geen uitsluitsel of deze ideeën waargemaakt kunnen worden! Transfer van programmeren naar bredere probleemoplosvaardigheden gebeurt niet alleen door programmeren te oefenen Leerlingen kunnen deze transfer alleen maken als zij begeleid worden bij het reflecteren op de vaardigheden die zij leren tijdens het programmeren en de manier waarop zij deze vaardigheden in andere contexten kunnen toepassen (Salomon & Perkins, 1989).

6 Computational thinking Computational thinking: programmeren, coderen of in een breder kader? Programmeren / coderen: in NL nu alleen in havo/vwo keuzevak informatica Breder kader: 21e eeuwse vaardigheden

7 21e eeuwse vaardigheden Maar: 21e eeuwse vaardigheden komen nog weinig structureel en doelgericht aan de orde leraren hebben meer houvast nodig Inbedden in bestaande leergebieden meest kansrijke optie

8 Digitale geletterdheid Digitale geletterdheid is het geheel van ICT- (basis)vaardigheden, informatievaardigheden, mediawijsheid en computational thinking kunnen omgaan met ICT bewust, actief en kritisch omgaan met media zoeken, selecteren, verwerken en gebruiken van relevante informatie het (her)formuleren van problemen zodat ze op te lossen zijn met de computer

9

10

11 Computational thinking in het onderwijs Project 21 e eeuwse vaardigheden Concretisering van computational thinking als een van de vaardigheden definitie & beschrijving voorbeeldmatig leerplankader (inhouden en doelen) Voorbeeldmaterialen Evaluatie van concretisering met klankbordgroepen Scholen Lerarenopleidingen Uitgevers & onderwijsondersteuners Vakcollega's

12 Computational thinking in het onderwijs Het (her)formuleren van problemen zodat ze op te lossen zijn met de computer Gegevens logisch organiseren en analyseren Gegevens representeren door middel van abstracties zoals modellen en simulaties Het oplossen mogelijk te maken door algoritmisch te denken (denken in een reeks geordende stappen) Identificeren, analyseren en implementeren van mogelijke oplossingen met als doel het vinden van de meest efficiënte en effectieve combinatie van stappen en hulpmiddelen Generaliseren en overbrengen (transfer) van dit proces van probleem oplossen naar een breed scala van problemen in andere leerdomeinen

13 Computational thinking in het onderwijs En daarnaast Vertrouwen in omgaan met complexiteit Doorzettingsvermogen in het werken met moeilijke problemen Vermogen om om te gaan met ambiguïteit Vermogen om om te gaan met open problemen Vermogen om met anderen te communiceren en samenwerken om een gezamenlijke doel of oplossing te bereiken

14 Computational thinking in het onderwijs

15 Hoe verder? Implementatie van de uitwerkingen van computational thinking (en de andere vaardigheden) Gevoed door (internationale) literatuur en door ideeën en ervaringen van scholen In samenwerking met lerarenopleidingen? Zie ook: en

16 Computational Thinking op de Pabo Gerard Dummer Hogeschool Utrecht

17 Wat komt aan bod? Kader vanuit de Pabo Computational Thinking Ontwerpend Leren 2.0 Voorbeelden

18 Kader vanuit de Pabo Wetenschap en Technologie is een manier van kijken naar de wereld. Dit begint bij verwondering: waarom is de wereld zoals zij is? Vanuit die attitude komen vragen op of worden problemen gesignaleerd. De zoektocht naar antwoorden op die vragen en problemen leidt tot oplossingen in de vorm van kennis en/of producten. Deze oplossingen zijn tegelijk weer uitgangspunt voor nieuwe vragen. Adviesrapport van de verkenningscommissie Wetenschap & Technologie

19

20

21 Computational thinking Probleemoplossend vermogen/ Computational thinking Algorithmic thinking (algoritmisch denken) Evaluation (evalueren) Decomposition (ontleden van een probleem) Abstraction (abstractie) Generalisation (generaliseren) Zie meer informatie op weblog Phill Bagge

22 Computational thinking Algoritmisch denken: Precieze instructies of regels afspreken om een probleem op te lossen. Recept Muzieknotaties Instructieve tekst Programmeren is een algoritme omzetten in code die door een apparaat gelezen kan worden Bron weblog Phil Bagge

23 Computational thinking Evaluatie: Naar een algoritme kijken en vaststellen hoe: bruikbaar ze zijn, aanpasbaar, efficiënt, Kloppend Welk algoritme is het beste? Lost het het probleem op? Werkt het niet alleen op papier maar ook in de praktijk? Bron weblog Phil Bagge

24 Computational thinking Ontleden van een probleem Een complex probleem afbreken tot overzichtelijke stukken Overzichtelijke stukken apart oplossen Planner gebruiken waarin je probleem opdeelt in gedetailleerde beschrijvingen

25 Computational thinking Abstractie Vaardigheid om complexiteit te verminderen door irrelevante details te verbergen en te focussen op het belangrijkste element

26 Computational thinking Generaliseren: Een oplossing die werkt voor één probleem toepassen om ander probleem op te lossen

27 Ontwerpend Leren 2.0 Ontwerpend Leren Computational thinking Creativiteit Thematisch leren + Ontwerpend Leren 2.0

28

29 Ontwerpend leren 2.0 Thema Ontwerpprobleem Ideeën verzamelen Hoe werkt het eigenlijk? Onderdelen van het probleem Wat moet je precies doen? Bouwen Hoe werkt het? Het volgende probleem

30 Voorbeelden

31 Computational Thinking op de pabo Dr. Nicole van Aar-Heinsman W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

32 Systeemdoorbreken Het basisonderwijs kent de volgende moeilijkheden om goed W&T-onderwijs te geven: Affiniteit, didactiek Inhoudelijk vormgeven van W&T lesprogramma voor toekomstige arbeidsmarkt-participatie Geen ervaring hoe technologische infrastructuur te betrekken W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

33 Wetenschap & Technologie op de pabo 1. O&O-leren als doel om actuele relevante vragen /problemen op te lossen m.b.v. kennis en inzicht 2. O&O-leren als middel voor leeractiviteiten en het ontwikkelen van attitude en vaardigheden? W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

34 W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g W&T en computational thinking?

35 Computational thinking (onbewust bekwaam) Lesvoorbereidingsformulier invullen Werken volgens de cirkel van onderzoekend & ontwerpend leren Rekenactiviteiten, stapsgewijs naar een oplossing toe werken Ontwerpen en uitvoeren van webquest Taal (woordenschat) Literatuuronderzoek W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

36 Voorbeelden van huidige activiteiten Pabo Jaar CT, Betrokken partijen 1 Pilot O&O Klokhuisfilm, artikel assessment 2 Ontwerpen Webquest, betekenisvol onderwijs met ICTmiddelen Fenomeen (Reizen), O&O Kennismaken met ICT-middelen, mediawijsheid, mediatechniek, Klokhuisfilm, schrijven artikel Systematisch Raamwerk Inhoud volgens onderzoekscirkel/ontwerpcirkel Onderwerp natuur/techniek Vakoverstijgend, computervaardigheden, sociale vaardigheden, passend onderwijs 3 Profilering 3D-printen, ozobot, O&O Leerlijn ontwerpen Pabo, po-scholen, media, experts (bedrijf, instituut) Pabo, po-scholen Lab21, MBO, Pabo, techniek, UU, Wetsus, waterzuivering W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

37 Activiteiten systeemdoorbreken naast onderwijs Onderwerp 3D-challenge promoteam 3Dprintcongres 3D-print onderzoek Betrokken partijen Met basisscholen, contract 3D-printbedrijf, LAB21 3D printer in bruikleen van PABO Ontwerpen betekenisvol onderwijs Start 15 maart, challenge 15 juni Activiteiten gerelateerd aan W&T, ICT, samenwerking met techniekstudenten (careerdays, FLL, digivita code events) Bedrijven, school-ouder-student-leerkracht-wh (vanuit probleem ontwerpen, zoeken naar oplossing) Hanno van Keulen Lector WH, po-scholen, fablab Almere, gemeente Almere W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

38 W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

39 Ozobot Doel: kennis maken met ozobot, probleemoplossen, samenwerken W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

40 Webquests met groep 12 W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

41 3D-printen, ontwerpen in Tinkercad pabo W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

42 Kennismaken met. W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

43 3D-printen, ontwerpen in Tinkercad po W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

44 Reacties studenten Ik ben heel blij dat ik voor de vakprofilering Natuur en Techniek heb gekozen. We hebben zo veel zelf mogen onderzoeken en mee mogen denken Wat ik zeker even wil zeggen is dat ik natuur & techniek een geweldig vak vind. Hoe de leerlingen op onderzoek gaan en dan vragen stellen, maar vervolgens ook zelf weer antwoord krijgen op hun eigen vraag. Mijn visie met betrekking tot het onderwerp natuur en techniek is dat ik het steeds meer ben gaan waarderen. Ik vind het nu leuk en ben al veel meer te weten gekomen hoe iets nou eigenlijk in zijn werk gaat. Dit heb ik vooral geleerd in de lessen van de vakprofilering N&T. Het heeft mij verrast dat de leerlingen zo op kunnen gaan in een thema. Ze zijn super enthousiast en willen er het liefst de hele dag mee bezig zijn W i n d e s h e i m z e t k e n n i s i n w e r k i n g

45 Computational thinking in het basisonderwijs SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling Ω Remco Pijpers, Allard Strijker

46 Waarom is computational thinking belangrijk voor leerlingen? Hoe kun je simpel beginnen in het basisonderwijs?

47 Je leert creëren

48 Je leert begrijpen is dit wel waar?

49 Technologie is overal..

50 Grip

51 Het economisch perspectief

52 Het ideologisch perspectief

53 Het onderwijskundig perspectief Kinderen voorbereiden op een toekomst waarin men steeds meer gebruik zal maken van digitale middelen. Niet per definitie bedoeld om kinderen op te leiden tot programmeur, maar om ze vaardigheden te leren waarvan ze in elk beroep profijt hebben Wie leert te programmeren vergroot vaardigheden als: - ruimtelijk inzicht - structureren - probleemoplossend vermogen - logisch denken - creatief denken - technologie creëren in plaats van (alleen) consumeren

54 Cover UK-rapport

55 Sleutelfase 1 (5-7 jaar) begrijpen wat algoritmes zijn, en hoe die omgezet kunnen worden naar programma s; begrijpen dat programma s met precieze en eenduidige instructies werken; eenvoudige programma s schrijven (coderen) en fouten daaruit verwijderen (debuggen); logische redeneringen gebruiken om het gedrag van eenvoudige programma s te voorspellen; digitale content cree ren, organiseren, opslaan, manipuleren en weer binnenhalen; informatietechnologische toepassingen van buiten de school herkennen; de technologie veilig en respectvol gebruiken, en persoonlijke informatie beschermen; weten waar je naartoe moet als je hulp of ondersteuning nodig hebt, of wanneer je je zorgen maakt. Sleutelfase 2 (7 11 jaar), sleutelfase 3 (11-14 jaar), sleutelfase 4 (14-16 jr)

56 Les 1: de Britse didactische ervaringen 1. Begin bij de praktijk Doen en maken moeten voorop staan, toont het Britse computing- onderwijs aan. Kennis opdoen over informatica, computing en computationeel denken is vele malen effectiever als er aan concrete projecten wordt gewerkt. 2. Werk groepsgewijs Laat de leerlingen zoveel mogelijk in teams (subgroepjes) werken. 3. Stimuleer discussies Discussies tussen de leerlingen zijn essentieel, zo zeggen de Britse computing-docenten. 4. Maak de lessen flexibel Probeer bij elke les extra materiaal klaar te hebben liggen voor de snelle en de langzamere leerlingen. Deze methode wordt veel gebruikt om leerlingen meer vertrouwen te geven.

57 Les 2: goede (bij)scholing Het grootste probleem bij de Britse computing-docenten bleek hun gebrek aan zelfvertrouwen. De belangrijkste oorzaak: te weinig kennis en ervaring, vooral op het gebied van programmeren. De school moet dus zorgen voor: heldere leerdoelen, gedegen lesmateriaal, betrouwbare ondersteuning, en vooral: scholing. Bijscholing in het primair onderwijs hoeft niet veel tijd te kosten, zo bleek. Denk aan een paar dagen. Bijscholing voor docenten in het VO is tijdrovender. In Groot-Brittannie gaat het juist niet goed met de bijscholing. Dat wil zeggen: sommige scholen maken er echt werk van, maar andere niet of nauwelijks. Terwijl er wel voldoende geld beschikbaar is (net als In Nederland) en er ook voldoende (bij)scholingsmogelijkheden zijn.

58 De versnellers in Nederland

59 De versnellers ontwikkelen een leerlijn programmeren Een leerlijn van groep 1 t/m 8 op basis van de doelen van SLO Gratis beschikbaar voor het hele onderwijs Doelen: de meerwaarde van programmeren duidelijk maken voor kinderen Urgentiebesef duidelijk maken bij: Bestuurders Directeuren Leerkrachten onder-, midden- en bovenbouw Antwoord op de vraag: welke scholing is nodig zodat de leerkracht zelf les in programmeren kan geven?

60 Over de leerlijn Als voorbeeld-activiteiten veel unplugged opdrachten: 1. context: staat dichtbij leerlingen en leerkrachten 2. het (soms beperkt) aantal beschikbare devices (en de diversiteit aan beschikbare devices) 3. Als doel om voorbeeld te geven hoe deze doelen in praktijk kunnen worden gebracht Als de kinderen deze grammatica beheersen (unplugged of plugged) maakt het niet meer zoveel uit met welke tool of taal zij vervolgens aan de slag gaan. Daarom nemen we de doelen als leidraad.

61 Doelen en activiteiten per begrip Basisbegrippe n Algoritme Omschrijving Een reeks instructies, die wanneer deze stap voor stap in de juiste volgorde uitgevoerd worden, tot een vooraf vastgesteld doel leiden. Doelen en mogelijke actviteiten voor onderbouw Activiteit 1 - Leert het begrip algoritme kennen - Leert dat een algoritme een lijst van instructies is die leiden tot bepaald resultaat. - Leren een simpel algoritme te maken in een concrete situatie met een vaste, van te voren bepaalde set instructies. Doelen en mogelijke actviteiten voor middenbouw Activiteit 1 - Leert hoe complex het is om echte problemen om te zetten in programma's. - Leert dat ideëen helder kunnen lijken, maar wellicht nog steeds verkeerd "begrepen" kunnen worden door een computer. - Oefent hoe ideëen gecommuniceerd kunnen worden middels codes en symbolen. Doelen en mogelijke activiteiten voor bovenbouw Activiteit 3/10 en 4/1 - Leert een algoritme te maken dat hergebruikt kan worden. - Leert verschillende algoritmes te evalueren. - Leert een probleem op te lossen door een eigen set instructies te formuleren. Koppeling met doelen SLO CT02, CT11,CT12, CT13, CT16, CT19, CT21, CT22, CT25 Activiteit 2 - Leert dat je een algoritme om kunt zetten naar code zodat het een programma wordt dat een computer uit kan voeren. ulum/course1/1 ulum/course1/2 Activiteit 2 - Leert het begrip algoritme te verbinden met alledaagse situaties. - Leert grote activiteiten op te delen in deelopdrachten. - Leert hoe deelopdrachten in een logische volgorde geplaatst kunnen worden. ourse2/1 ourse2/2 um/course3/10https://co de.org/curriculum/cours e4/1

62 Codekinderen.nl

63 Tip!

64 Computational thinking en de TPACK van leraren? Joke Voogt Universiteit van Amsterdam/ Hogeschool Windesheim

65

66 Wat is het? Computational thinking involves solving problems, designing systems, and understanding human behavior, by drawing on the concepts fundamental to computer science It represents a universally applicable attitude and skill set everyone, not just computer scientists, would be eager to learn and use Wing, 2006

67 CK: Kennis over de kernconcepten en processen die onderwezen moeten worden (simuleren, algoritmes; abstraheren; automatiseren) TPACK en CT? PCK: Welke didactiek is geschikt om de kernconcepten en processen te leren (ontwerpend leren aan de hand van authentieke problemen)

68 TPACK en CT? TCK: ICT-middelen kunnen selecteren die effectief zijn om de kernconcepten/processen te onderwijzen TPCK: effectief gebleken ICT-middelen zo inzetten dat kernconcepten/processen passen bij de ontwikkeling van de leerlingen in de eigen groep

69 Waar in het curriculum? Apart vak of geïntegreerd? Computing curriculum in Engeland? Informatiekunde in Nederland Hoe gaan we om met de doorlopende leerlijn (richting informatica bovenbouw VO) Bij wie is CT belegd? (eigenaarschap) De computer science / informaticadocent? Of bij vakdocenten?

70 Symposium computational thinking: leerlingen, leraren (in opleiding) en lerarenopleiders als probleemoplossers m.b.v. de computer SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling VELON Congres, Brussel, 5 februari 2016 Petra Fisser, Allard Strijker, Gerard Dummer, Nicole van Aar, Remco Pijpers, Joke Voogt, Monique van der Hoeven SLO, Hogeschool Utrecht, Hogeschool Windesheim, Kennisnet, Universiteit van Amsterdam contact: p.fisser@slo.nl