Część I.: Jak uczyć myślenia algorytmicznego, rozwiązywania problemów
i programowania od najmłodszych lat?
"Everybody in this country should
learn how to program a computer-
because it teaches, how to think."
Steve Jobs
16 maja odbyła się w Warszawie konferencja "Informatyka dla Wszystkich - myślenie algorytmiczne, rozwiązywanie problemów, programowanie", informatykadlawszystkich.pl. Miała ona status imprezy stowarzyszonej z ŚDSI i była zorganizowana przez Oddział Kujawsko-Pomorski PTI, Radę ds. Informatyzacji Edukacji przy MEN oraz Wydział Matematyki i Informatyki UMK, a wzięło w niej udział ponad sto osób. Konferencję otworzyła z ramienia MEN wiceminister Joanna Berdzik oraz Przewodniczący Komitetu Honorowego Szerokiego Porozumienia na Rzecz Umiejętności Cyfrowych Michał Boni. Była mowa o tendencjach światowych, krajowych rozwiązaniach, propozycjach dalszych działań. W panelu dyskusyjnym wzięli udział znakomici Goście: W. Cellary (via wideokonferencja), K. Diks, W. Marciński, T. Napiórkowski, L. Tomczak, M.M. Sysło. W wyniku dyskusji nakreślono bardzo konkretnie plany dalszych działań.
Ponieważ temat jest szeroki i ważny dla edukacji, relację z konferencji przedstawię w trzech częściach w kolejnych numerach Biuletynu: Jak uczyć myślenia algorytmicznego, rozwiązywania problemów i programowania od najmłodszych lat? Jak przygotować nauczycieli do zrealizowania tego nauczania? Jakie działania i rozwiązania systemowe trzeba podjąć w kraju? Będzie też coś dla Sekcji Terminologicznej.
Powyższe pytania to konsekwencja ogólnoświatowego ruchu na rzecz kształcenia myślenia komputacyjnego (ang. computational thinking), które należy traktować jako myślenie algorytmiczne, rozwiązywanie problemów i umiejętność programowania rozszerzone na wszystkie obszary działalności ludzkiej. Podczas konferencji sytuację na świecie podsumował prof. Krzysztof Diks w pierwszym wykładzie pod tytułem "Jak robią to inni: tendencje światowe". W marcu tego roku OECD (The Organisation for Economic Cooperation and Development, http://www.oecd.org) ogłosiła wyniki badań PISA w dyscyplinie Creative Problem Solving obejmującej radzenie sobie z zadaniami problemowymi wymagającymikreatywności - czyli z sytuacjami z życia, jak kupno biletu w automacie, użycie odtwarzacza mp3, ustawienie klimatyzatora, wybór optymalnej drogi. Badanie przeprowadzono wśród młodzieży piętnastoletniej. Wyniki pokazują, że młodzi Polacy, plasują się poniżej średniej, za Rosjanami, Słowakami, Amerykanami, czyli nie radzą sobie z tymi problemami. Na świecie podejmuje się już działania na rzecz powrotu informatyki w kontekście computer science do szkół w miejsce ICT. Przykładem może być Wielka Brytania, gdzie od tego roku nauka programowania jest obowiązkowa w szkołach podstawowych i średnich, i na kolejnych etapach edukacyjnych uczniowie poznają podstawy informatyki. Oczywiście nie jest łatwe znalezienie argumentów na podjęcie w naszym kraju działań związanych z wprowadzeniem powszechnego nauczania trudnego dla większości uczniów przedmiotu. Towarzyszą obawy: czy przyda się to w przyszłości? Drogą do znalezienia argumentów za informatyką może być próba odpowiedzi na pytanie: dlaczego uczymy się w szkole trudnych przedmiotów np. chemii? - przecież wzory reakcji chemicznych często wcale nie przydają się w dorosłym życiu i wcale ich nie pamiętamy! Uczymy się chemii, bo opisuje zjawiska otaczającego nas świata i pozwala zrozumieć ten świat. Informatyka ma trudną sytuację - jest nauką, która we współczesnym świecie nabrała znaczenia od niedawna - a staje się powszechnym językiem niemal każdej dziedziny i wyposaża ją w nowe narzędzia i możliwości rozwoju. Bez znajomości informatyki świat przestanie być dla nas zrozumiały, dlatego powinna w rozumieniu computer science być nauczana powszechnie, jak inne dyscypliny.
Kolejny wykład pod tytułem Informatyka dla wszystkich - myślenie algorytmiczne, rozwiązywanie problemów i programowanie od najmłodszych lat rozpoczął się od przeglądu środowisk i narzędzi, które na różne sposoby ułatwiają uczenie dzieci programowania. Jest wiele propozycji, dość wspomnieć Godzinę Kodowania w tle z językiem Java Script (godzinakodowania.pl), język Scratch (www.scratch.mit.edu), robota Bee-bot (www.bee-bot.us), programowanie robotów Lego (www.robocamp.pl) docelowo z językiem C, język Logo (logo www.oeiizk.waw.pl), Baltie w tle z językiem C# (www.sgpsys.com/pl), język Phyton (pl.phyton.org), aż po C, C++ ze swoimi środowiskami. Niektóre rozwiązania są komercyjne, ale jest to szeroka gama narzędzi, które mogą wspomóc rozwój myślenia algorytmicznego. Nie można jednak zapominać, że język programowania należy traktować jedynie jako narzędzie do zapisu algorytmów, dzięki któremu można komunikować się z komputerem. Działaniem, na które trzeba zwrócić największą uwagę jest kształcenie myślenia algorytmicznego, jako najlepszej ze strategii myślenia (J. Kozielecki, 1992), a w konsekwencji
rozszerzenie go do myślenia komputacyjnego. Potrzebna jest głębsza analiza i nowe metody uczenia.
Od którego roku życia i w jaki sposób można kształcić rozważane umiejętności? - na to pytanie starano odpowiedzieć się w następnej części wykładu. Już Jean Piaget (1896-1980), szwajcarski psycholog, filozof, socjolog, pedagog, mistrz Seymoura Paperta, w swojej teorii rozwoju poznawczego umysłu dziecka opisuje, że w wieku 7-11 lat dziecko stosuje logikę, alternatywne działania i coraz lepiej radzi sobie z myśleniem abstrakcyjnym. Współcześnie wiek ten jeszcze obniżył się. Z psychologicznego punktu widzenia, można więc kształcić myślenie komputacyjne od najmłodszych lat.
Jednym ze sposobów radzenia sobie z rozwiązywaniem trudniejszych problemów przez dzieci jest zastosowanie wizualizacji w celu zbudowania prostszego modelu, który pozwoli łatwo zauważyć własności prowadzące do rozwiązania. Warto rozważyć wprowadzenie np. odpowiedniego modelu grafu dla przedstawienia relacji między danymi. W taki sposób już w 1736 roku Leonhard Euler, uważany za ojca teorii grafów, rozwiązał problem mostów na rzece Pregoła w Królewcu. Nam naprzeciw wychodzi współczesna technologia, która pozwala na obserwowanie obrazu satelitarnego mostów w Kaliningradzie, np. przez skorzystanie z atrakcyjnego dla uczniów programu Google Maps, i na jego bazie stworzenie odpowiedniego modelu grafu (patrz rysunek). Na podstawie otrzymanego grafu łatwo zauważyć, kiedy można przejść przez każdy z siedmiu mostów Królewca dokładnie raz i wrócić do punktu wyjścia. Wystarczy, by każdy wierzchołek miał parzystą liczbę połączonych z nim krawędzi.
Od grafów Eulera już niedaleko do figur jednobieżnych, czyli zabawy w rysowanie figur bez odrywania ołówka od kartki. Od grafów w ogólności, niedaleko do rozwożenia listów przez listonosza, kampanii wyborczej prezydenta USA, najtańszej sieci dróg, projektowania posadzek, działania systemu nawigacji samochodowej, najkrótszej drogi do domu, czyli niedaleko do zadań z badania PISA?
Pokaźna baza zadań tego typu zawarta jest w archiwum Konkursu Informatycznego Bóbr (www.bobr.edu.pl). Jest to konkurs międzynarodowy, który dotyczy myślenia algorytmicznego i rozwiązywania problemów, niezależny od języka programowania, obejmuje uczniów na wszystkich etapach edukacyjnych. Jak widać na przedstawionym przykładzie, w tle opisywanych zadań leży bardzo poważna wiedza informatyczna. Można więc domyślać się, jak trudnym zagadnieniem będzie odpowiednie przygotowanie nauczycieli, dlatego temat ten odkładam do następnego numeru Biuletynu.
Anna Beata Kwiatkowska
