stringtranslate.com

Компьютерное образование

Учащиеся начальной школы занимаются программированием в программе по робототехнике

Образование в области компьютерных наук или компьютерное образование — это область преподавания и изучения дисциплины компьютерных наук , [1] [2] [3] [4] [5] [6] и вычислительного мышления . [7] [8] [9] Область образования в области компьютерных наук охватывает широкий спектр тем: от базовых навыков программирования до разработки расширенных алгоритмов и анализа данных. Это быстрорастущая область, которая имеет важное значение для подготовки студентов к карьере в технологической отрасли и других областях, требующих вычислительных навыков. [10]

Образование в области компьютерных наук необходимо для подготовки студентов к рабочей силе 21-го века. Поскольку технологии все больше интегрируются во все аспекты общества, растет спрос на квалифицированных компьютерных специалистов. По данным Бюро статистики труда, занятость в компьютерных и информационных технологиях, по прогнозам, «вырастет на 21 процент с 2021 по 2031 год», что намного быстрее, чем в среднем по всем профессиям. [11]

Помимо подготовки студентов к карьере в технологической отрасли, образование в области компьютерных наук также способствует развитию навыков вычислительного мышления, которые ценны во многих областях, включая бизнес, здравоохранение и образование. Обучаясь алгоритмическому мышлению и систематическому решению проблем, студенты могут стать более эффективными решателями проблем и критически мыслящими людьми.

Фон

На заре компьютерного программирования не было особой необходимости в создании какой-либо системы образования, поскольку единственными людьми, работавшими с компьютерами в то время, были первые ученые и математики. Компьютерное программирование не было достаточно популярным, чтобы его преподавали, и не было такого, чтобы любой, кто не был экспертом, мог извлечь из него что-либо. Однако вскоре стало ясно, что математики не подходят для работы в области компьютерной науки и что будут нужны люди, полностью сосредоточенные на этом предмете. [12] Со временем возросла потребность в тех, кто был специально обучен компьютерному программированию, чтобы соответствовать требованиям мира, становящегося все более и более зависимым от использования компьютеров. Первоначально курсы компьютерного программирования предлагали только колледжи и университеты, но со временем программы по компьютерной науке стали внедряться в старших и даже средних школах. [12]

По сравнению с естественными науками и математическим образованием , образование в области компьютерных наук (КИ) является гораздо более молодой областью. [13] В истории вычислительной техники цифровые компьютеры были созданы только около 1940-х годов, хотя вычисления существуют уже много столетий с момента изобретения аналоговых компьютеров . [14]

Еще одной отличительной чертой образования в области компьютерных наук является то, что до недавнего времени оно преподавалось только на университетском уровне, за некоторыми заметными исключениями в Израиле, Польше и Великобритании, где в 1980-х годах BBC Micro стала частью образования в области компьютерных наук в Великобритании . [6] [15] В некоторых странах компьютерные науки уже несколько десятилетий входят в школьную программу с 14 или 16 лет, но обычно являются предметом по выбору.

Начальное и среднее образование в области компьютерных наук является относительно новым в Соединенных Штатах, и многие учителя компьютерных наук от K до 12 сталкиваются с препятствиями для интеграции обучения компьютерным наукам, такими как профессиональная изоляция, ограниченные ресурсы для профессионального развития компьютерных наук и низкий уровень самоэффективности преподавания компьютерных наук . [16] [17] [18] Согласно отчету за 2021 год, только 51% средних школ в США предлагают компьютерные науки. [19] В частности, учителя начальных компьютерных наук имеют более низкую эффективность преподавания компьютерных наук и имеют меньше возможностей внедрить компьютерные науки в свое обучение, чем их сверстники из средней и старшей школы. [16] Было показано, что подключение учителей компьютерных наук к ресурсам и коллегам с использованием таких методов, как виртуальные сообщества практики, помогает учителям компьютерных наук и STEM повышать свою самоэффективность преподавания и внедрять темы компьютерных наук в обучение учащихся. [16] [17]

Учебный план

Как и большинство дисциплин, компьютерные науки выигрывают от использования различных инструментов и стратегий на разных этапах развития ученика, чтобы гарантировать, что они получат максимальную пользу от обучения. Визуальные языки программирования, такие как Scratch и MIT App Inventor, эффективны в начальной и средней школе в качестве хорошего введения в то, как функционируют языки программирования с простой и понятной структурой блочного программирования. [20] Как только ученики освоят самые основы программирования с помощью этих языков, учителя обычно переходят к простому в использовании текстовому языку программирования, такому как Python , синтаксис которого намного проще по сравнению с более сложными языками. Как правило, учеников обучают на языках, которые популярны среди профессиональных предприятий и программистов, чтобы они могли познакомиться с языками, которые фактически используются в рабочей силе. Таким образом, в старшей школе и колледже занятия, как правило, сосредоточены на более сложных вариантах использования Python, а также других языков, таких как Java , C++ и HTML . [21] Несмотря на это, нет необходимости сосредотачиваться исключительно на самых популярных или используемых языках программирования, поскольку большая часть компьютерной науки строится на изучении хороших практик программирования, которые можно применить к любому языку в той или иной форме.

Методы обучения

Эффективные методы обучения информатике часто отличаются от методов обучения другим предметам, поскольку стандартный формат слайд-шоу и учебника, часто используемый в школах, оказался менее эффективным по сравнению со стандартными академическими предметами. [22] Из-за природы решения проблем в информатике, было обнаружено, что наиболее эффективной является своего рода проблемно-ориентированная учебная программа, предоставляющая учащимся головоломки, игры или небольшие программы для взаимодействия и создания. Вместо того, чтобы применять изученные методы или стратегии к тестам или викторинам, учащиеся должны использовать изученный в классе материал, чтобы завершить программы и показать, что они следуют курсу. [22] Вдобавок к этому было обнаружено, что разработка методов обучения, направленных на улучшение и руководство учащимися в решении проблем и творческих способностях, как правило, помогает им преуспеть в информатике и других классах. [20] Аспект решения проблем в образовании в области информатики часто является самой сложной частью, с которой приходится иметь дело, поскольку многие учащиеся могут испытывать трудности с этой концепцией, особенно если, вероятно, им не приходилось применять ее таким образом до этого момента.

Еще одним популярным направлением в последнее время стали онлайн-курсы кодирования и учебные лагеря по кодированию. Из-за природы компьютерной науки как дисциплины многие осознают свой интерес к ней только в более позднем возрасте, или, может быть, она не была широко доступна, когда они учились в старшей школе или колледже. Эти возможности часто включают в себя строгие курсы, которые больше ориентированы на подготовку людей к рабочей силе, а не на более академическую направленность. [23] Учебные лагеря по кодированию стали отличным способом для людей выйти на рынок компьютерных наук без необходимости снова посещать школу.

Исследования в области компьютерного образования

Исследования в области компьютерного образования (CER) или исследования в области компьютерного образования являются междисциплинарной областью, которая фокусируется на изучении преподавания и изучения компьютерных наук. [5] [24] Это подраздел как компьютерных наук, так и исследований в области образования, и занимается пониманием того, как компьютерные науки преподаются, изучаются и оцениваются в различных условиях, таких как школы K-12, колледжи и университеты, а также в средах онлайн-обучения. [ необходима ссылка ]

Фон

Исследования в области компьютерного образования появились как область изучения в 1970-х годах, когда исследователи начали изучать эффективность различных подходов к обучению компьютерному программированию. С тех пор эта область расширилась и охватывает широкий спектр тем, связанных с компьютерным образованием, включая разработку учебных программ, оценку, педагогику, а также разнообразие и инклюзивность. [ необходима цитата ]

Темы исследования

Одной из основных целей исследований в области образования в области компьютерных наук является улучшение преподавания и изучения компьютерных наук. С этой целью исследователи изучают различные темы, в том числе:

Разработка учебной программы

Исследователи в области компьютерного образования стремятся разрабатывать учебные программы, которые эффективны и интересны для студентов. Это может включать изучение эффективности различных языков программирования или разработку новых педагогических подходов, которые способствуют активному обучению. [ необходима цитата ]

Оценка

Исследователи в области компьютерного образования заинтересованы в разработке эффективных способов оценки результатов обучения студентов. Это может включать разработку новых мер оценки знаний или навыков студентов или оценку эффективности различных методов оценки. [ необходима цитата ]

Педагогика

Исследователи в области компьютерного образования заинтересованы в изучении различных методов обучения и стратегий обучения. Это может включать изучение эффективности лекций, онлайн-уроков или обучения по принципу «равный-равному». [ необходима цитата ]

Разнообразие и инклюзивность

Исследователи в области образования в области компьютерных наук заинтересованы в продвижении разнообразия и инклюзивности в образовании в области компьютерных наук. Это может включать изучение факторов, которые способствуют недопредставленности определенных групп в области компьютерных наук, и разработку мер по продвижению инклюзивности и равенства. [ необходима цитата ]

Исследовательские сообщества

50 лучших университетов компьютерных наук в Северной Америке [25]

Ассоциация вычислительной техники (ACM) руководит Специальной группой по интересам (SIG) в области образования в области компьютерных наук, известной как SIGCSE, которая в 2018 году отметила свое 50-летие, что делает ее одной из старейших и наиболее продолжительных Специальных групп по интересам ACM. [26] Результатом исследований в области компьютерного образования являются проблемы Парсонса . [ требуется ссылка ]

Гендерные перспективы в образовании в области компьютерных наук

Во многих странах существует значительный гендерный разрыв в образовании в области компьютерных наук. В 2015 году 15,3% студентов, изучающих компьютерные науки, окончивших недокторантурные учебные заведения в США, были женщинами, тогда как в докторантуре этот показатель составлял 16,6%. [27] Число женщин, получивших степень доктора философии в США, составило 19,3% в 2018 году. [28] Почти во всем мире менее 20% выпускников компьютерных наук — женщины. [29]

Эта проблема в основном возникает из-за отсутствия интереса у девочек к информатике, начиная с начального уровня. Несмотря на многочисленные усилия программ, специально разработанных для увеличения доли женщин в этой области, никаких существенных улучшений не наблюдается. Более того, в последние десятилетия была замечена тенденция к снижению вовлеченности женщин. [30]

Основная причина провала этих программ заключается в том, что почти все они были сосредоточены на девочках в старших классах школы или на более высоких уровнях образования. Исследователи утверждают, что к тому времени женщины уже приняли решение, и стереотипы о компьютерных специалистах начинают формироваться. Компьютерная наука воспринимается как область, в которой доминируют мужчины, которой занимаются люди, которые являются занудами и не имеют социальных навыков. [30] Все эти характеристики, по-видимому, более разрушительны для женщины, чем для мужчины. Поэтому, чтобы сломать эти стереотипы и привлечь больше женщин к компьютерной науке, крайне важно, чтобы были специальные программы по работе с общественностью, разработанные для развития интереса у девочек, начиная со средней школы, и подготовки их к академическому пути к точным наукам. [29]

Очевидно, есть несколько стран в Азии и Африке, где эти стереотипы не существуют, и женщин поощряют к карьере в науке, начиная с начального уровня, что приводит к гендерному разрыву, которого практически не существует. В 2011 году женщины получили половину дипломов по компьютерным наукам в Малайзии. [31] В 2001 году 55 процентов выпускников по компьютерным наукам в Гайане были женщинами. [32]

Последние тенденции и разработки

В последнее время в вычислительном образовании все больше внимания уделяется включению вычислительных знаний в образование на всех уровнях. Это связано с тем, что мир становится все более и более технологичным. Такие организации, как Code.org, и такие инициативы, как Hour of Code и Massive Open Online Courses (MOOCs), сыграли значительную роль в продвижении образования в области компьютерных наук и обеспечении доступности программирования для студентов по всему миру; особенно это касается женщин, непривилегированных и недостаточно представленных сообществ. Эти платформы онлайн-обучения также сделали вычислительное образование более доступным, позволяя людям изучать кодирование удаленно. Кроме того, мы видим, что технологии все чаще встречаются во многих областях, таких как здравоохранение, бизнес и технологии. [33] [34]

Вызовы

На протяжении многих лет компьютерное образование сталкивалось со множеством различных проблем, которые так или иначе способствовали его непопулярности. Одной из самых важных проблем является стоимость оборудования для эффективного преподавания дисциплины. [35] В прошлом не было многих доступных вариантов предоставления компьютеров каждому ученику, который хотел изучать дисциплину. Из-за этого компьютерное образование страдало во многих областях, так как оставалось мало или совсем не оставалось финансирования для адекватного преподавания предмета. [36] Это главная причина, по которой компьютерное образование либо крайне вяло, либо вообще отсутствует во многих школах по всей территории Соединенных Штатов и Великобритании. Непопулярность предмета на протяжении многих лет в основном проистекает из того, что он был зарезервирован для тех, кто мог позволить себе необходимое оборудование и программное обеспечение для эффективного его преподавания. [36]

Также были проблемы с поиском и подготовкой хороших учителей для этого предмета. Многие школы в прошлом не видели смысла в оплате обучения учителей, чтобы они могли преподавать информатику или получать необходимые лицензии. Это привело к тому, что многие школы в неблагополучных районах или просто в районах с небольшим количеством людей с трудом нанимали учителей, необходимых для предоставления хорошей программы обучения информатике. [35] Еще одна проблема с преподавательской стороной дисциплины заключается в природе самой информатики и в том, что стандартная структура обучения с использованием слайдов и учебников часто оказывалась неэффективной. Информатика — это предмет, ориентированный на решение проблем, и часто обнаруживалось, что преподавание может быть более эффективным, если подходить к нему с этой точки зрения, а не с точки зрения стандартного формата лекций. [22]

Информатика также печально известна тем, что является очень сложным предметом в школах, с высоким уровнем неудач и отсева за все годы ее преподавания. [22] Обычно это объясняется тем, что информатика как предмет очень тяжела в решении проблем, и многие ученики могут испытывать трудности с этим аспектом. Это особенно актуально для средней школы, где немногие другие предметы требуют такого высокого уровня способности решать проблемы, как информатика. Это усугубляется тем фактом, что информатика - это дисциплина, сильно отличающаяся от большинства других предметов, а это означает, что многие ученики, которые сталкиваются с ней впервые, могут испытывать большие трудности. [22]

Несмотря на трудности, с которыми сталкивается эта дисциплина, популярность информатики как предмета продолжает расти по мере развития технологий и повышения значимости компьютеров как в классе, так и в повседневной жизни.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Финчер, Салли ; Петре, Мариан (2004). Исследования в области компьютерного образования . Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 90-265-1969-9. OCLC  54455019.
  2. ^ Сентанс, Сью ; Барендсен, Эрик; Шульте, Карстен (2018). Образование в области компьютерных наук: перспективы преподавания и обучения в школе . Лондон: Bloomsbury. ISBN 978-1-350-05711-1. OCLC  999588195.
  3. ^ Брукман, Эми; Биггерс, Морин; Эриксон, Барбара; Макклин, Том; Даймонд, Джилл; ДиСальво, Бетси; Хьюнер, Майк; Ни, Лиджун; Ярди, Сарита (2009). «Джорджия вычисляет! Улучшение конвейера компьютерного образования». Бюллетень ACM SIGCSE . 41 (1): 86. doi :10.1145/1539024.1508899. ISSN  0097-8418.
  4. ^ Анон (2017). «Компьютерное образование». royalsociety.org .
  5. ^ ab Финчер, Салли А .; Робинс, Энтони В. (2019). Кембриджский справочник по исследованиям в области компьютерного образования (PDF) . Cambridge University Press . doi : 10.1017/9781108654555. ISBN 9781108654555. OCLC  1090781199. S2CID  243000064.
  6. ^ ab Furber, Steve (2017). После перезагрузки: компьютерное образование в школах Великобритании (PDF) . Лондон: Королевское общество . ISBN 9781782522973.
  7. ^ Гуздиал, Марк (2008). «Образование: прокладывая путь к вычислительному мышлению». Сообщения ACM . 51 (8): 25–27. doi :10.1145/1378704.1378713. ISSN  0001-0782. S2CID  35737830.
  8. ^ Wing, Jeanette M. (2006). «Вычислительное мышление» (PDF) . Сообщения ACM . 49 (3): 33–35. doi :10.1145/1118178.1118215. hdl : 10818/29866 . S2CID  1693513.
  9. ^ Wing, Jeanette M. (2008). «Вычислительное мышление и мышление о вычислениях». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 366 (1881): 3717–3725. Bibcode : 2008RSPTA.366.3717W. doi : 10.1098/rsta.2008.0118. PMC 2696102. PMID  18672462 . 
  10. ^ Финчер, Салли; Петре, Мариан, ред. (26 сентября 2005 г.). Исследования в области образования в области компьютерных наук. Тейлор и Фрэнсис. doi :10.1201/9781482287325. ISBN 978-1-4822-8732-5.
  11. ^ "Ученые, занимающиеся компьютерными и информационными исследованиями: Справочник по профессиональным перспективам: Бюро статистики труда США". www.bls.gov . Получено 13 апреля 2023 г.
  12. ^ ab Тедре, М., Саймон и Малми, Л. (2018). Изменение целей компьютерного образования: исторический обзор. Computer Science Education , 28 (2), 158–186.
  13. ^ Тедре, Матти; Саймон; Малми, Лаури (2018). «Изменение целей компьютерного образования: исторический обзор». Computer Science Education . 28 (2): 158–186. Bibcode : 2018CSEd...28..158T. doi : 10.1080/08993408.2018.1486624. S2CID  52884221.
  14. ^ Тедре, Матти (2015). Наука о вычислениях: формирование дисциплины . Бока-Ратон. ISBN 978-1-4822-1769-8. OCLC  870289913.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  15. ^ Роджерс, Ивонн; Шум, Венера; Марквардт, Ник; Лечелт, Сьюзан; Джонсон, Роуз; Бейкер, Ховард; Дэвис, Мэтт (2017). «От микро BBC к микро:бит и дальше». Взаимодействия . 24 (2): 74–77. doi :10.1145/3029601. ISSN  1072-5520. S2CID  24258819.
  16. ^ abc Шварцхаупт, Роберт; Лю, Фэн; Уилсон, Джозеф; Ли, Фанни; Расберри, Мелисса (8 октября 2021 г.). «Вовлеченность и самоэффективность учителей в виртуальном сообществе преподавателей компьютерных наук PK–12». Журнал интеграции компьютерных наук . 4 (1): 1. doi : 10.26716/jcsi.2021.10.8.34 . ISSN  2574-108X. S2CID  240864514.
  17. ^ ab Келли, Тодд Р.; Ноулз, Дж. Джеффри; Холланд, Джеффри Д.; Хан, Юнг (16 апреля 2020 г.). «Повышение самоэффективности учителей старших классов для интегрированного обучения STEM посредством совместного сообщества практиков». Международный журнал STEM-образования . 7 (1): 14. doi : 10.1186/s40594-020-00211-w . ISSN  2196-7822. S2CID  216034569.
  18. ^ Ядав, Аман; Греттер, Сара; Хамбруш, Сюзанна; Сэндс, Фил (8 декабря 2016 г.). «Расширение образования в области компьютерных наук в школах: понимание опыта и проблем учителей». Computer Science Education . 26 (4): 235–254. Bibcode : 2016CSEd...26..235Y. doi : 10.1080/08993408.2016.1257418. ISSN  0899-3408. S2CID  33792019.
  19. ^ «Состояние образования в области компьютерных наук в 2021 году: ускорение действий посредством пропаганды» (PDF) . Code.org, CSTA и ECEP Alliance. 2021.
  20. ^ ab Garneli, V., Giannakos, MN, & Chorianopoulos, K. (март 2015 г.). Компьютерное образование в школах K-12: обзор литературы. В 2015 г. IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) (стр. 543–551). IEEE.
  21. ^ [email protected] (28 сентября 2015 г.). «Языки компьютерных наук». Университет Флориды Онлайн . Получено 2024-08-04.
  22. ^ abcde Cheah, CS (2020). Факторы, способствующие трудностям в преподавании и изучении компьютерного программирования: обзор литературы. Contemporary Educational Technology , 12 (2), ep272.
  23. ^ Уилсон, Г. (2017). Создание новой мифологии: феномен лагеря для начинающих по кодированию. ACM Inroads , 8 (4), 66–71.
  24. ^ Купер, Стив; Гровер, Шучи ; Гуздиал, Марк; Саймон, Бет (2014). «Будущее исследований в области компьютерного образования». Сообщения ACM . 57 (11): 34–36. doi :10.1145/2668899. ISSN  0001-0782. S2CID  34034556.
  25. ^ «Лучшие университеты Северной Америки по компьютерным наукам [Рейтинги]». 11 августа 2021 г.
  26. ^ Моррисон, Бриана; Сеттл, Эмбер (2018). «Празднование 50-летия SIGCSE!». Бюллетень ACM SIGCSE . 50 (1): 2–3. doi :10.1145/3183559.3183560. ISSN  0097-8418. S2CID  19169248.
  27. ^ «Смешанные новости о разнообразии и всплеске набора». CRA . 10 февраля 2017 г. Получено 5 мая 2020 г.
  28. ^ Исследование Taulbee 2018 г., Ассоциация компьютерных исследований. https://cra.org/wp-content/uploads/2019/05/2018_Taulbee_Survey.pdf
  29. ^ ab Happe, Lucia; Buhnova, Barbora; Koziolek, Anne; Wagner, Ingo (1 мая 2021 г.). «Эффективные меры по повышению интереса девочек к среднему образованию в области компьютерных наук». Образование и информационные технологии . 26 (3): 2811–2829. doi : 10.1007/s10639-020-10379-x . ISSN  1573-7608. S2CID  228817008.
  30. ^ ab Виторес, Анна; Хиль-Хуарес, Адриана (1 ноября 2016 г.). «Проблема с „женщинами в вычислительной технике“: критический анализ развертывания исследований гендерного разрыва в компьютерной науке». Журнал гендерных исследований . 25 (6): 666–680. doi :10.1080/09589236.2015.1087309. ISSN  0958-9236. S2CID  146570525.
  31. ^ "what [sic!] gender is science" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г. . Получено 20 июля 2015 г. .
  32. ^ Джеймс, Джастин (19 сентября 2023 г.). «Гендерный разрыв в ИТ: где женщины-программисты?». TechRepublic .
  33. ^ Code Studio Activity (2012). "О нас". code.org .
  34. ^ Брахими, Т. и Сарирете (2015). «Обучение вне класса с помощью МООК». Компьютеры в поведении человека . Вычислительная техника для обучения, поведения и сотрудничества человека в эпоху социальных и мобильных сетей. 51 : 604–609. doi :10.1016/j.chb.2015.03.013.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  35. ^ ab Морреале, П. и Джойнер, Д. (2011). Изменение восприятия компьютерной науки и вычислительного мышления среди учителей старших классов. Журнал вычислительных наук в колледжах , 26 (6), 71–77.
  36. ^ ab Goode, J., & Margolis, J. (2011). Изучение компьютерных наук: пример школьной реформы. ACM Transactions on Computing Education (TOCE) , 11 (2), 1–16.