computationeel denken & stem
In het leven in de 21e eeuw komen
technologische veranderingen in een hoog tempo op ons af. De
laatste decennia is de wereld sneller en ingrijpender
gedigitaliseerd. We proberen onszelf meer en meer te voorzien
van handigere en toegankelijkere tools. Denk maar aan
vaatwassers, robotstofzuigers, tablets, het regelen van een
thermostaat, etc. Allemaal technologische ontwikkelingen die ons
meer comfort geven en die zo gevormd zijn zodat we deze zeer
intuïtief kunnen hanteren. Opvallend is echter wel dat hoe
toegankelijker het gebruik ervan wordt, hoe minder we inzicht
lijken te hebben in de achterliggende processen die deze tools
aansturen.
Voor het ontwikkelen van deze technologische
tools zijn computationele vaardigheden nodig. Aankvankelijk
werden deze vooral aangeleerd binnen de
informaticawetenschappen. Computationeel denken wordt beschreven
als het menselijke vermogen om complexe problemen op te lossen
en daarbij computers als hulpmiddel te zien. Volgens
verschillende bronnen wordt computationeel denken als een
noodzakelijke basisvaardigheid gezien naast bv. lezen, schrijven
en rekenen (Samaey & Van Remortel, 2014). Het aanleren van
computationeel denken dient bijgevolg dan al te starten bij
kinderen in het basisonderwijs met bv. bijzondere aandacht voor
logisch en algoritmisch denken.
Wanneer men echter naar het curriculum in
Vlaanderen kijkt valt te merken dat er nog zeer weinig
expliciete aandacht is voor ‘computationeel denken’ en er is nog
momenteel weinig affiniteit en expertise mbt deze materie bij
leerkrachten en lerarenopleiders. Er is bijgevolg nood aan een
didactisch kader die leerkrachten, lerarenopleiders en
begeleiders ondersteunt bij het implementeren van computationeel
denken. Hierbij is het meteen belangrijk om vooral te focussen
op het begrijpen van de principes van ‘computationeel denken’,
en dus niet zozeer het aanleren van het gebruik van deze tools
aangezien deze toch snel veranderen maar de principes van
‘computationeel denken’ wel dezelfde blijven.
Computationele vaardigheden op een rijtje
Binnen dit project willen we vooral focussen
op de computationele vaardigheden die we reeds kunnen stimuleren
vanin het basisonderwijs. Vanuit de literatuur zijn
verschillende beschrijvingen terug te vinden van wat we onder
computationele vaardigheden kunnen verstaan (Angevaare, 2017;
BBC, 2017; Computing at school, 2017; Kennisnet, 2017; Voogt,
Brand-Gruwel & Van Strien, 2017). Vanuit een grondige
literatuurstudie bakenen we binnen dit project 10 vaardigheden
af. Hieronder worden deze vaardigheden kort toegelicht. De
opsomming is niet volgens een welbepaalde hiërarchie opgebouwd.
Alle vaardigheden zijn dus even noodzakelijk binnenin
computationeel denken. Deze toelichting is altijd gericht op
leerlingen zodat deze steeds instrumenteel kunnen ingezet worden
binnen leeractiviteiten.
-
Abstraheren. Kinderen ontdekken
wat echt belangrijk is en focussen niet op details van een
probleem.
-
Algoritme en procedure. Kinderen zetten procedures efficiënt in om snel tot oplossingen te komen.
-
Automatisering. Kinderen passen standaardprocedures toe die rechtstreeks naar een oplossing leiden.
-
Debugging. Kinderen sporen fouten op in algoritmes en codes.
-
Decompositie van het probleem. Kinderen splitsen een probleem op in kleine deeltaken of combineren deeltaken tot één probleem.
-
Omgaan met gegevens. Kinderen analyseren, verzamelen en visualiseren gegevens.
-
Gegevens analyseren. Kinderen benoemen wat ze te weten komen uit de verzamelde gegevens.
-
Gegevens verzamelen. Kinderen verzamelen op een doordachte en systematische manier gegevens (via observatie, vragenlijst, enz.).
-
Gegevens visualiseren. Kinderen stellen de gegevens voor via tekeningen, modellen, schema's, grafieken, tabellen, ... en/of bespreken deze voorstellingen kritisch.
-
Parallellisme. Kinderen ontdekken dat een taak sneller klaar is wanneer ze handelingen gelijktijdig uitvoeren.
-
Problemen herformuleren. Kinderen drukken de probleemstelling uit in eigen woorden.
-
Simulatie en modelleren. Kinderen bootsen de werkelijkheid na.
-
Voorspellen (inschatten). Kinderen geven aan wat ze denken dat er zal gebeuren.
Een didactisch
kader bij de ontwikkeling van computationele vaardigheden
Binnen een STEM leerproces gaan leerlingen binnen een authentieke context problemen herkennen die hen ‘triggeren’ om op te lossen en dit door gebruik te maken van principes/concepten vanuit de 4 STEM-componenten. De focus binnen het leerproces ligt op vaardigheden zoals ‘onderzoeken’, ‘ontwerpen’ en ‘optimaliseren’ en op attitudes zoals ‘actief leren’, ‘zelfmanagement’, ‘interactie’ en ‘samenwerking’. STEM is dus een manier van ‘doen’ en ‘denken’.
Heel wat problemen binnen authentieke contexten worden opgelost via het toepassen van computationele vaardigheden. Vb. Een algoritme opstellen, toepassen en controleren ifv het programmeren van een robot die een welbepaalde taak moet uitvoeren of bij opstellen of ontwerpen van een bouwplan of technologische tool…
Het is dus logisch dat er een verband is tussen STEM en computationeel denken, en dat computationele vaardigheden ook een plaats moeten krijgen binnen een STEM leerproces. Dit kan door bijvoorbeeld het inbouwen van concrete probleemstellingen waarbij leerlingen door het toepassen van algoritmes en procedures tot de juiste oplossing kunnen komen. Dit kan zowel via ‘plugged’ als ‘unplugged’ activiteiten. Bij ‘plugged’ activiteiten worden computationele vaardigheden gebruikt in activiteiten met computer, en bij ‘unplugged’ actvititeiten gebeurt dat zonder computer.
Op die manier worden leerlingen gestimuleerd tot systematisch ‘onderzoeken’ en ‘ontwerpen’ waarbij logica, reflectie en interactie centraal staan. Door het toepassen van computationele vaardigheden binnen betekenisvolle STEM contexten worden dergelijke opdrachten minder abstract, wat ook een positievere attitude t.o.v deze materie bevordert (Dejonckheere, Vervaet, & Van de Keere, 2016). Een bijkomend doel dat hierbij nagestreefd kan worden is de transfer naar het dagelijkse leven van de leerlingen waarbij de computationele vaardigheden ook toegepast kunnen worden bij nieuwe uitdagingen en probleemstellingen in verschillende domeinen.
Referenties
Angevaare, J.
(2017). Computational thinking en programmeren voor kinderen.
Geraadpleegd op 17 september 2017 via http://ixperium.nl/computational-thinking-en-programmeren-voor-kinderen/
BBC (2017). Bitesize: Introduction to
computational thinking. Geraadpleegd op 16 september
2017 via http://www.bbc.co.uk/education/guides/zp92mp3/revision
Computing at school (2017). Computational
thinking. Geraadpleegd op 16 september 2017 via https://community.computingatschool.org.uk/files/8221/original.pdf
Dejonckheere, P.,
Vervaet, S., & Van de Keere, K. (2016). STEM-didactiek in het
kleuter- en het lager onderwijs: het PK-model. Geraadpleegd
op 16 september 2017 via www.onderzoeksreflector.be
Kennisnet
(2017). Computational thinking op een creatieve manier
problemen oplossen. Geraadpleegd op 29 augustus 2017 via
https://www.kennisnet.nl/artikel/computational-thinking-op-een-creatieve-manier-problemen-oplossen/
Samaey, G., &
Van Remortel, J. (2014). Informaticawetenschappen in het
leerplichtonderwijs. Geraadpleegd op 28 augustus 2017 via
http://www.kvab.be/sites/default/rest/blobs/81/tw-ja_informaticawetenschappen.pdf
Voogt, J.,
Brand-Gruwel, S. & van Strien, J. (2017). Effecten van
programmeeronderwijs op computational thinking. Geraadpleegd
op 5 september 2017 via https://www.nro.nl/wp-content/uploads/2017/05/003-Antwoord-Rapport-Programmeeronderwijs.pdf
|
