Компьютерное образование
Образовательные исследования |
---|
Дисциплины |
Учебные области |
Методы |
Образование в области информатики или компьютерное образование — это область преподавания и изучения дисциплины информатики , [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] и вычислительное мышление . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Область образования в области информатики охватывает широкий спектр тем: от базовых навыков программирования до разработки сложных алгоритмов и анализа данных. Это быстро развивающаяся область, которая необходима для подготовки студентов к карьере в технологической отрасли и других областях, требующих вычислительных навыков. [ 10 ]
Образование в области информатики имеет важное значение для подготовки студентов к работе в 21 веке. Поскольку технологии все больше интегрируются во все аспекты жизни общества, растет спрос на квалифицированных ученых-компьютерщиков. По данным Бюро статистики труда, занятость в сфере компьютерных и информационных технологий, 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 информатики также способствует развитию навыков вычислительного мышления, которые ценны во многих областях, включая бизнес, здравоохранение и образование. Научившись мыслить алгоритмически и систематически решать проблемы, учащиеся смогут более эффективно решать проблемы и мыслить критически.
Фон
[ редактировать ]На заре компьютерного программирования не было необходимости создавать какую-либо систему образования, поскольку единственными людьми, работавшими в то время с компьютерами, были первые учёные и математики. Компьютерное программирование не было настолько популярным, чтобы его можно было преподавать, и оно не было таким, чтобы любой, кто не был экспертом, мог получить от него что-нибудь. Однако вскоре стало понятно, что математики не подходят для работы в области информатики и что потребуются люди, полностью сосредоточенные на этом предмете. [ 12 ] Со временем возросла потребность в тех, кто был специально обучен компьютерному программированию, чтобы соответствовать требованиям мира, который становится все более и более зависимым от использования компьютеров. Первоначально курсы компьютерного программирования предлагали только колледжи и университеты, но со временем программы по информатике стали внедряться в средних и средних школах. [ 12 ]
По сравнению с естественным образованием и математическим образованием , образование в области информатики (CS) является гораздо более молодой областью. [ 13 ] В истории вычислений цифровые компьютеры были созданы только примерно в 1940-х годах , хотя вычисления существовали уже много столетий с момента изобретения аналоговых компьютеров . [ 14 ]
Еще одним отличием образования в области информатики является то, что до недавнего времени его в основном преподавали только на университетском уровне, за некоторыми заметными исключениями в Израиле , Польше и Соединенном Королевстве с BBC Micro в 1980-х годах как часть образования в области компьютерных наук в Соединенном Королевстве . [ 6 ] [ 15 ] Информатика была частью школьной программы с 14 или 16 лет в нескольких странах в течение нескольких десятилетий, но обычно она была факультативным предметом.
Начальное и среднее образование в области информатики является относительно новым явлением в Соединенных Штатах: многие преподаватели компьютерных наук K-12 сталкиваются с препятствиями на пути интеграции обучения компьютерным наукам, такими как профессиональная изоляция, ограниченные ресурсы для профессионального развития компьютерных программ и низкий уровень самоэффективности преподавания компьютерных наук . [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Согласно отчету за 2021 год, только 51% средних школ в США предлагают информатику. [ 19 ] Учителя начальной школы, в частности, имеют более низкую эффективность преподавания информатики и имеют меньше шансов внедрить информатику в свое обучение, чем их сверстники из средней и старшей школы. [ 16 ] Было показано, что подключение учителей CS к ресурсам и сверстникам с использованием таких методов, как виртуальные сообщества практиков, помогает учителям CS и STEM повысить свою эффективность преподавания и внедрить темы CS в обучение студентов. [ 16 ] [ 17 ]
Учебный план
[ редактировать ]Как и большинство дисциплин, информатика выигрывает от использования различных инструментов и стратегий на разных этапах развития учащихся, чтобы обеспечить им максимальную отдачу от обучения. Языки визуального программирования, такие как Scratch и MIT App Inventor, эффективны в начальных и средних школах как хорошее введение в работу языков программирования с простой и понятной блочной структурой программирования. [ 20 ] Как только учащиеся 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, студентов обучают языкам, популярным среди профессиональных бизнесменов и программистов, чтобы они могли ознакомиться с языками, которые фактически используются на работе. Таким образом, в старших классах школы и колледжа занятия, как правило, сосредоточены на более сложном использовании Python, а также других языков, таких как Java , C++ и HTML . [ 21 ] Несмотря на это, нет никакой необходимости сосредотачиваться на наиболее популярных или используемых языках программирования, поскольку большая часть информатики построена на изучении хороших практик программирования, которые можно применить к любому языку в той или иной форме.
Методы обучения
[ редактировать ]Эффективные методы преподавания информатики часто отличаются от методов преподавания других предметов, поскольку стандартное слайд-шоу и формат учебников, часто используемые в школах, оказались менее эффективными по сравнению со стандартными академическими предметами. [ 22 ] Из-за того, что информатика направлена на решение проблем, наиболее эффективной оказалась своего рода учебная программа, ориентированная на проблемы, которая дает учащимся головоломки, игры или небольшие программы для взаимодействия и творчества. Вместо того, чтобы применять методы или стратегии, изученные в тестах или викторинах, учащиеся должны использовать материал, изученный в классе, для выполнения программ и демонстрации того, что они следуют уроку. [ 22 ] Кроме того, было обнаружено, что разработка методов обучения, направленных на улучшение и управление творческими способностями учащихся по решению проблем, как правило, помогает им добиться успеха в информатике и других предметах. [ 20 ] Аспект решения проблем в обучении информатике зачастую является самой трудной частью, поскольку многие учащиеся могут испытывать трудности с этой концепцией, особенно если вполне вероятно, что до этого момента им не приходилось подавать такое заявление.
Еще одна вещь, ставшая популярной в последнее время, — это онлайн-курсы по программированию и учебные курсы по программированию. Из-за природы информатики как дисциплины многие осознают интерес к ней только позже в жизни, или, возможно, она не была широко доступна, когда они посещали среднюю школу или колледж. Эти возможности часто включают в себя строгие курсы, которые больше ориентированы на подготовку людей к работе, а не на более академическую направленность. [ 23 ] Учебные курсы по программированию стали для людей отличным способом выйти на рынок информатики без необходимости заново ходить в школу.
Исследования в области компьютерного образования
[ редактировать ]Исследования в области компьютерного образования (CER) или исследования в области компьютерных наук — это междисциплинарная область, которая фокусируется на изучении преподавания и изучения информатики. [ 5 ] [ 24 ] Это подобласть исследований в области информатики и образования, которая занимается пониманием того, как информатика преподается, изучается и оценивается в различных условиях, таких как школы K-12, колледжи и университеты, а также в средах онлайн-обучения. [ нужна ссылка ]
Фон
[ редактировать ]Исследования в области компьютерных наук возникли как область исследований в 1970-х годах, когда исследователи начали изучать эффективность различных подходов к обучению компьютерному программированию. С тех пор эта область расширилась и теперь охватывает широкий спектр тем, связанных с образованием в области информатики, включая разработку учебных программ, оценку, педагогику, а также разнообразие и инклюзивность. [ нужна ссылка ]
Темы обучения
[ редактировать ]Одной из основных целей исследований в области компьютерных наук является улучшение преподавания и изучения информатики. С этой целью исследователи изучают различные темы, в том числе:
Разработка учебной программы
[ редактировать ]Исследователи в области компьютерных наук стремятся разработать учебные программы, которые будут эффективными и интересными для учащихся. Это может включать изучение эффективности различных языков программирования или разработку новых педагогических подходов, способствующих активному обучению. [ нужна ссылка ]
Оценка
[ редактировать ]Исследователи компьютерного образования заинтересованы в разработке эффективных способов оценки результатов обучения учащихся. Это может включать разработку новых показателей знаний или навыков учащихся или оценку эффективности различных методов оценки. [ нужна ссылка ]
Педагогика
[ редактировать ]Исследователи в области компьютерных наук заинтересованы в изучении различных методов обучения и стратегий обучения. Это может включать изучение эффективности лекций, онлайн-уроков или взаимного обучения. [ нужна ссылка ]
Разнообразие и инклюзивность
[ редактировать ]Исследователи в области компьютерных наук заинтересованы в продвижении разнообразия и инклюзивности в образовании в области компьютерных наук. Это может включать в себя изучение факторов, которые способствуют недостаточной представленности определенных групп в компьютерных науках, а также разработку мер, способствующих инклюзивности и равенству. [ нужна ссылка ]
Исследовательские сообщества
[ редактировать ]Ассоциация вычислительной техники (ACM) управляет Группой специальных интересов (SIG) по образованию в области компьютерных наук, известной как SIGCSE , которая отметила свое 50-летие в 2018 году, что делает ее одной из старейших и старейших групп специальных интересов ACM. [ 26 ] Результатом исследований в области компьютерного образования являются задачи Парсонса . [ нужна ссылка ]
Гендерные перспективы в образовании в области информатики
[ редактировать ]Во многих странах существует значительный гендерный разрыв в образовании в области информатики. В 2015 году 15,3% студентов компьютерных наук, окончивших вузы без докторской степени в США, были женщинами, тогда как в вузах, выдающих докторскую степень, этот показатель составил 16,6%. [ 27 ] Число женщин-получателей докторской степени в США в 2018 году составило 19,3%. [ 28 ] Почти во всем мире женщины составляют менее 20% выпускников факультетов информатики. [ 29 ]
Данная проблема в основном возникает из-за отсутствия интереса девочек к информатике начиная с начального уровня. Несмотря на многочисленные усилия программ, специально разработанных для увеличения доли женщин в этой области, существенного улучшения не наблюдалось. Кроме того, в последние десятилетия наблюдается тенденция к снижению участия женщин. [ 30 ]
Основная причина провала этих программ заключается в том, что почти все они ориентированы на девочек, обучающихся в средней школе или на более высоких уровнях образования. Исследователи утверждают, что к тому времени женщины уже определились и в отношении ученых-компьютерщиков начинают формироваться стереотипы. Информатика воспринимается как сфера, в которой доминируют мужчины, которой занимаются люди, которые зануды и не имеют социальных навыков. [ 30 ] Все эти характеристики кажутся более разрушительными для женщины по сравнению с мужчиной. Поэтому, чтобы сломать эти стереотипы и вовлечь больше женщин в информатику, крайне важно, чтобы существовали специальные информационно-просветительские программы, предназначенные для развития интереса к девочкам, начиная с уровня средней школы, и подготовки их к академическому направлению к точным наукам. [ 29 ]
Очевидно, есть несколько стран в Азии и Африке, где эти стереотипы не существуют, и женщин поощряют к научной карьере, начиная с начального уровня, что приводит к практически полному устранению гендерного разрыва. В 2011 году женщины получили половину степеней в области компьютерных наук в Малайзии . [ 31 ] В 2001 году 55 процентов выпускников компьютерных наук в Гайане были женщинами. [ 32 ]
Последние тенденции и события
[ редактировать ]В последнее время в компьютерном образовании все больше внимания уделяется включению вычислительных знаний в образование на всех уровнях. Это связано с тем, что мир становится все более технологичным. Такие организации, как Code.org, и такие инициативы, как «Час кода» и «Массовые открытые онлайн-курсы» (МООК), сыграли значительную роль в продвижении образования в области компьютерных наук и обеспечении доступности программирования для студентов во всем мире; особенно принося пользу женщинам, обездоленным и недостаточно представленным сообществам. Эти платформы онлайн-обучения также сделали компьютерное образование более доступным, позволяя людям учиться программированию удаленно. Кроме того, мы видим, что технологии все чаще встречаются во многих областях, таких как здравоохранение, бизнес и технологии. [ 33 ] [ 34 ]
Проблемы
[ редактировать ]За прошедшие годы компьютерное образование столкнулось с множеством различных проблем, которые так или иначе способствовали его непопулярности. Одной из наиболее важных из этих проблем является стоимость оборудования для эффективного преподавания дисциплины. [ 35 ] В прошлом существовало не так много доступных вариантов предоставления компьютеров каждому студенту, желающему изучать эту дисциплину. Из-за этого компьютерное образование пострадало во многих областях, и средств для адекватного преподавания этого предмета практически не оставалось. [ 36 ] Это основная причина, почему компьютерное образование либо крайне слабое, либо вообще отсутствует во многих школах США и Великобритании. Непопулярность этого предмета на протяжении многих лет главным образом связана с тем, что он был предназначен только 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 по этому предмету. Многие школы в прошлом не видели смысла в оплате обучения учителей, которые могли бы преподавать информатику или получать необходимые лицензии. Это привело к тому, что многие школы в неблагополучных районах или просто в районах с небольшим количеством людей столкнулись с трудностями при найме учителей, необходимых для обеспечения хорошей учебной программы по информатике. [ 35 ] Еще одна проблема, связанная с преподавательской деятельностью по этой дисциплине, связана с природой самой информатики и тем, что стандартная структура преподавания с использованием слайдов и учебников часто оказывается неэффективной. Информатика — это предмет, ориентированный на решение проблем, и часто оказывается, что преподавание может быть более эффективным, если подходить к нему с этой точки зрения, а не со стандартного формата лекций. [ 22 ]
Информатика также известна тем, что является очень трудным предметом в школах, с высоким процентом неудач и отсева на протяжении многих лет, когда ее преподают. [ 22 ] Обычно это объясняется тем фактом, что информатика как предмет очень сложен в решении проблем, и многие студенты могут испытывать трудности с этим аспектом. Это особенно актуально для средней школы, где немногие другие предметы требуют такого высокого уровня навыков решения проблем, как информатика. Ситуация усугубляется тем фактом, что информатика сильно отличается от большинства других предметов, а это означает, что многие студенты, которые сталкиваются с ней впервые, могут столкнуться с большими трудностями. [ 22 ]
Несмотря на проблемы, с которыми сталкивается эта дисциплина, популярность информатики как предмета продолжает расти по мере развития технологий, а компьютеры становятся все более важными как в классе, так и в повседневной жизни.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Финчер, Салли ; Петре, Мариан (2004). Исследования в области компьютерных наук . Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 90-265-1969-9 . OCLC 54455019 .
- ^ Сентанс, Сью ; Барендсен, Эрик; Шульте, Карстен (2018). Образование в области информатики: перспективы преподавания и обучения в школе . Лондон: Блумсбери. ISBN 978-1-350-05711-1 . OCLC 999588195 .
- ^ Брукман, Эми; Биггерс, Морин; Эриксон, Барбара; МакКлин, Том; Даймонд, Джилл; ДиСальво, Бетси; Хьюнер, Майк; Ни, Лицзюнь; Ярди, Сарита (2009). «Грузия занимается вычислениями! Улучшение системы компьютерного образования». Бюллетень ACM SIGCSE . 41 (1): 86. дои : 10.1145/1539024.1508899 . ISSN 0097-8418 .
- ^ Анон (2017). «Компьютерное образование» . royalsociety.org .
- ^ Jump up to: а б Финчер, Салли А .; Робинс, Энтони В. (2019). Кембриджский справочник по исследованиям в области компьютерного образования (PDF) . Издательство Кембриджского университета . дои : 10.1017/9781108654555 . ISBN 9781108654555 . OCLC 1090781199 . S2CID 243000064 .
- ^ Jump up to: а б Фербер, Стив (2017). После перезагрузки: компьютерное образование в школах Великобритании (PDF) . Лондон: Королевское общество . ISBN 9781782522973 .
- ^ Гуздиал, Марк (2008). «Образование: прокладывая путь к вычислительному мышлению». Коммуникации АКМ . 51 (8): 25–27. дои : 10.1145/1378704.1378713 . ISSN 0001-0782 . S2CID 35737830 .
- ^ Винг, Жанетт М. (2006). «Вычислительное мышление» (PDF) . Коммуникации АКМ . 49 (3): 33–35. дои : 10.1145/1118178.1118215 . hdl : 10818/29866 . S2CID 1693513 .
- ^ Винг, Жанетт М. (2008). «Вычислительное мышление и мышление о вычислениях» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 366 (1881): 3717–3725. Бибкод : 2008RSPTA.366.3717W . дои : 10.1098/rsta.2008.0118 . ПМК 2696102 . ПМИД 18672462 .
- ^ Финчер, Салли; Петре, Мэриан, ред. (26 сентября 2005 г.). Исследования в области компьютерных наук . Тейлор и Фрэнсис. дои : 10.1201/9781482287325 . ISBN 978-1-4822-8732-5 .
- ^ «Ученые, занимающиеся компьютерными и информационными исследованиями: Справочник по профессиональным перспективам:: Бюро статистики труда США» . www.bls.gov . Проверено 13 апреля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Тедре М., Саймон и Мальми Л. (2018). Изменение целей компьютерного образования: исторический обзор. Информационное образование , 28 (2), 158–186.
- ^ Тедре, Матти; Саймон; Мальми, Лаури (2018). «Изменение целей компьютерного образования: исторический обзор» . Компьютерное образование . 28 (2): 158–186. Бибкод : 2018CSEd...28..158T . дои : 10.1080/08993408.2018.1486624 . S2CID 52884221 .
- ^ Тедре, Матти (2015). Наука о вычислительной технике: формирование дисциплины . Бока Ратон. ISBN 978-1-4822-1769-8 . OCLC 870289913 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Роджерс, Ивонн; Шум, Венера; Марквардт, Ник; Лечелт, Сьюзен; Джонсон, Роуз; Бейкер, Ховард; Дэвис, Мэтт (2017). «От микро BBC к микро:биту и дальше». Взаимодействия . 24 (2): 74–77. дои : 10.1145/3029601 . ISSN 1072-5520 . S2CID 24258819 .
- ^ Jump up to: а б с Шварцхаупт, Роберт; Лю, Фэн; Уилсон, Джозеф; Ли, Фанни; Расберри, Мелисса (08 октября 2021 г.). «Вовлеченность и самоэффективность учителей в виртуальном сообществе учителей информатики PK–12» . Журнал интеграции компьютерных наук . 4 (1): 1. doi : 10.26716/jcsi.2021.10.8.34 . ISSN 2574-108X . S2CID 240864514 .
- ^ Jump up to: а б 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. дои : 10.1186/s40594-020-00211-w . ISSN 2196-7822 . S2CID 216034569 .
- ^ Ядав, Аман; Греттер, Сара; Хамбруш, Сюзанна; Сэндс, Фил (08 декабря 2016 г.). «Расширение образования в области информатики в школах: понимание опыта и проблем учителей» . Компьютерное образование . 26 (4): 235–254. Бибкод : 2016CSEd...26..235Y . дои : 10.1080/08993408.2016.1257418 . ISSN 0899-3408 . S2CID 33792019 .
- ^ «Состояние компьютерного образования в 2021 году: ускорение действий посредством пропаганды» (PDF) . Code.org, CSTA и Альянс ECEP. 2021.
- ^ Jump up to: а б Гарнели В., Яннакос М.Н. и Хорианопулос К. (март 2015 г.). Компьютерное образование в школах K-12: обзор литературы. На Глобальной конференции инженерного образования IEEE 2015 г. (EDUCON) (стр. 543–551). IEEE.
- ^ [электронная почта защищена] (28 сентября 2015 г.). «Языки информатики». Университет Флориды онлайн . Проверено 4 августа 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Чеа, CS (2020). Факторы, способствующие трудностям в преподавании и изучении компьютерного программирования: обзор литературы. Современные образовательные технологии , 12 (2), эп.272.
- ^ Уилсон, Г. (2017). Создание новой мифологии: феномен учебных курсов по программированию. ACM Inroads , 8 (4), 66-71.
- ^ Купер, Стив; Гровер, Сучи ; Гуздиал, Марк; Саймон, Бет (2014). «Будущее исследований в области компьютерного образования». Коммуникации АКМ . 57 (11): 34–36. дои : 10.1145/2668899 . ISSN 0001-0782 . S2CID 34034556 .
- ^ «Лучшие университеты компьютерных наук Северной Америки [Рейтинг]» . 11 августа 2021 г.
- ^ Моррисон, Бриана; Сеттл, Эмбер (2018). «Празднуем 50-летие SIGCSE!». Бюллетень ACM SIGCSE . 50 (1): 2–3. дои : 10.1145/3183559.3183560 . ISSN 0097-8418 . S2CID 19169248 .
- ^ «Смешанные новости о разнообразии и росте набора учащихся» . КРА . 10 февраля 2017 г. Проверено 5 мая 2020 г.
- ^ Опрос Таулби 2018, Ассоциация компьютерных исследований. https://cra.org/wp-content/uploads/2019/05/2018_Taulbee_Survey.pdf
- ^ Jump up to: а б Хаппе, Люсия; Бухнова, Барбора; Козиолек, Энн; Вагнер, Инго (01 мая 2021 г.). «Эффективные меры по повышению интереса девочек к получению среднего компьютерного образования» . Образование и информационные технологии . 26 (3): 2811–2829. дои : 10.1007/s10639-020-10379-x . ISSN 1573-7608 . S2CID 228817008 .
- ^ Jump up to: а б Виторес, Анна; Хиль-Хуарес, Адриана (01 ноября 2016 г.). «Проблема с« женщинами в компьютерах »: критический анализ проведения исследований гендерного разрыва в информатике» . Журнал гендерных исследований . 25 (6): 666–680. дои : 10.1080/09589236.2015.1087309 . ISSN 0958-9236 . S2CID 146570525 .
- ^ «Что [sic!] Гендер - это наука» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 года . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ Джеймс, Джастин (19 сентября 2023 г.). «Гендерный разрыв в сфере ИТ: где женщины-программисты?» . Техреспублика .
- ^ Деятельность Code Studio (2012). "О нас" . код.орг .
- ^ Брахими Т. и Сарирете (2015). «Обучение вне аудитории посредством МООК» . www.sciencedirect.com .
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Морреале П. и Джойнер Д. (2011). Изменение представлений о информатике и вычислительном мышлении среди учителей старших классов. Журнал компьютерных наук в колледжах , 26 (6), 71–77.
- ^ Jump up to: а б Гуд Дж. и Марголис Дж. (2011). Изучение информатики: пример школьной реформы. Транзакции ACM по компьютерному образованию (TOCE) , 11 (2), 1-16.