5 τρόποι για να ενώσετε την υπολογιστική σκέψη και το STEM

5 τρόποι για να ενώσετε την υπολογιστική σκέψη και το STEM

25 November 2022 0 Von admin

Το STEM και η Υπολογιστική Σκέψη πάνε μαζί. Ο σημερινός καλεσμένος είναι PhD, Βιοϊατρικός μηχανικός και STEM Teacher. Η Stephanie Zeiger μας βοηθά να δούμε τις δυνατότητες του STEM και της υπολογιστικής σκέψης.

Το Legends of Learning διαθέτει καταπληκτικά δωρεάν επιστημονικά παιχνίδια και δραστηριότητες για τον εορτασμό της Ημέρας της Γης, στις 22 Απριλίου.

Ακου τώρα

***

Σύνδεσμος για εμφάνιση: https://www.coolcatteacher.com/e290
Ημερομηνία: 13 Απριλίου 2018

Βίκυ: Ας μιλήσουμε για τη σύνδεση της υπολογιστικής σκέψης και του STEM με τη Stephanie Zieger. Εργάζεται με την επιστήμη και την κωδικοποίηση σε ένα σχολείο στο Νάσβιλ του Τενεσί.

Λοιπόν, Στέφανι, ποιος είναι ο πρώτος μας τρόπος να συνδυάσουμε την υπολογιστική σκέψη και το STEM;

Στεφανία: Λοιπόν, πρώτα, ευχαριστώ που με έχετε στην εκπομπή σας. Ήμουν πολύ ενθουσιασμένος που επικοινώνησα μαζί σας για να μιλήσουμε για αυτό γιατί είμαι πολύ ενθουσιασμένος γι’ αυτό.

Το πρώτο πράγμα που θέλω να πω είναι ότι ως δάσκαλοι, πρέπει να ξέρετε ότι το STEM και η υπολογιστική σκέψη δεν είναι αποκλειστικές. Στην πραγματικότητα, ο τρόπος με τον οποίο οι επιστήμονες και οι μηχανικοί προσεγγίζουν τα προβλήματα μοιάζει πολύ με το πώς σκέφτεται ένας επιστήμονας υπολογιστών.

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί προσεγγίζουν τα προβλήματα όπως κάνουν οι προγραμματιστές

Έτσι, για παράδειγμα, όταν εξετάζουμε τη διαδικασία του μηχανικού σχεδιασμού… Πρώτα, θα εντοπίσετε προβλήματα, θα κάνετε την έρευνα και θα μάθετε ποιοι είναι οι περιορισμοί και τα κριτήριά σας, και αυτό θα είναι κάτι που θα κάνετε είτε σχεδιάζετε ένα αεροπλάνο ή μια εφαρμογή. Ίσως χρειαστεί να μάθετε κάποιες έννοιες για να κατανοήσετε καλύτερα το πρόβλημα, αλλά είναι πολύ παρόμοια.

Εντοπίστε προβλήματα και κάντε έρευνα

Όταν πηγαίνετε και φαντάζεστε και κάνετε καταιγισμό ιδεών για να σκεφτείτε αυτές τις λύσεις, ίσως χρειαστεί να αναλύσετε το πρόβλημα σε πιο διαχειρίσιμα μέρη προτού φανταστείτε πώς να το λύσετε. Αυτό στην πραγματικότητα ονομάζεται αποσύνθεση στην υπολογιστική σκέψη.

Αποσυνθέστε το πρόβλημα πριν κάνετε καταιγισμό ιδεών

Στη συνέχεια, μπορείτε να σχεδιάσετε. Ακριβώς όπως ένας μηχανικός ή ένας επιστήμονας, σχεδιάζετε τα πειράματα ή τα σχέδιά σας, θα σχεδιάζετε έναν αλγόριθμο όταν προγραμματίζετε. Αυτός είναι ένας βήμα προς βήμα τρόπος για να λυθεί το πρόβλημα.

Σχεδιάστε τον αλγόριθμο ή δημιουργήστε το σχέδιό σας

Στη συνέχεια, τέλος, όταν μπαίνουμε στη δημιουργία, τη δοκιμή και τον επανασχεδιασμό Μπορείτε να δοκιμάσετε το σχέδιό σας και να μάθετε τι λειτουργεί, ποια γενική ιδέα καταλάβατε και τι πρέπει να τροποποιηθεί. Για να επανασχεδιάσεις, πρέπει να αναζητήσεις αυτά τα μοτίβα, να αναλύσεις τα δεδομένα και να καταλάβεις τι είναι υπεύθυνο για το αποτέλεσμα. Αυτό είναι παρόμοια αναγνώριση προτύπων και αφηρημένη υπολογιστική σκέψη.

Δημιουργήστε και δοκιμάστε και αναλύστε τα αποτελέσματα

Τέλος, το αγαπημένο μου πράγμα είναι όταν κάνετε κωδικοποίηση, και τρέχετε αυτό το πρόγραμμα και δεν λειτουργεί, και πρέπει να κάνετε εντοπισμό σφαλμάτων, στην πραγματικότητα πρέπει να μαθαίνετε από την αποτυχία. Ξέρουμε ως καθηγητές επιστήμης, αυτό είναι σίγουρα κάτι που κάνετε στον τομέα της επιστήμης και της μηχανικής.

Εντοπισμός σφαλμάτων και τροποποίηση

Βίκυ: Ουάου. Άρα έχουμε ήδη περάσει και τα πέντε τώρα; (γέλια)

Στεφανία: (γέλια) Δεν έχουμε!

Βίκυ: (γέλια) Εντάξει, περάσαμε από τέσσερα. Ας κάνουμε πίσω λοιπόν ένα δευτερόλεπτο.

Πρώτα απ ‘όλα, είπατε, το STEM και η υπολογιστική σκέψη δεν είναι αποκλειστικές. Έτσι μερικοί άνθρωποι σκέφτονται, «Εντάξει, τώρα θα κάνουμε επιστήμη. Τώρα θα κάνουμε μηχανική, Τώρα θα κάνουμε μαθηματικά. Και μετά θα κάνουμε κωδικοποίηση.” Οπότε πιστεύεις ότι όλα αυτά μπορούν να ενωθούν, σωστά;

Στεφανία: Σωστά. Σίγουρα. Νομίζω ότι με τον σωστό σχεδιασμό του έργου, μπορείτε πραγματικά να τα ενσωματώσετε όλα αυτά μαζί.

Είχαμε κάποια εμπειρία με αυτό, και αυτό που βρήκαμε είναι ότι τείνει να ενθουσιάζει τους μαθητές με αυτό που κάνουν στο μάθημα των Φυσικών Επιστημών. Τους βοηθάει επίσης πραγματικά να νιώθουν ότι μπορούν να αλλάξουν τον κόσμο όσον αφορά τη χρήση του STEM και των υπολογιστών.

Βίκυ: Εντάξει, δώσε μου λοιπόν ένα παράδειγμα για να τα συνδυάσω, Στέφανι.

Ένα παράδειγμα υπολογιστικής σκέψης και STEM μαζί

Στεφανία: Έτσι, σε μια περίπτωση, ένα από τα αγαπημένα μου έργα που κάνουμε έχει να κάνει με μια μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας στην έβδομη τάξη μας. Ζητάμε από τους μαθητές να αναπτύξουν ένα διαδραστικό παιχνίδι. Τους «προσλαμβάνει» (γέλια) η Mattel — που είναι μόνο για να τους ενθουσιάσει — για να σχεδιάσουν ένα διαδραστικό παιχνίδι.

Έτσι οι μαθητές εργάζονται ως μηχανολόγοι και ηλεκτρολόγοι μηχανικοί για να μάθουν για κυκλώματα, όπως σειρές και παράλληλες, ρεύμα και τάση. Στη συνέχεια σχεδιάζουν ένα παιχνίδι που θα ενσωματώνει ένα κουμπί, ένα LED ή έναν κινητήρα.

Αυτό που διαπιστώσαμε ήταν ότι οι μαθητές μας ήταν σαν, «Ω ναι! Το κουμπί μου λειτουργεί! Και το LED λειτουργεί!» Αλλά θέλουν πραγματικά ένα πιο διαδραστικό παιχνίδι που κάνει κάτι περισσότερο από το να ανάβει ή να περιστρέφεται. Έτσι, πήγαμε το έργο στο επόμενο επίπεδο και προσθέσαμε αυτό που ονομάζεται φυσικός υπολογισμός.

Τώρα οι μαθητές μας χρησιμοποιούν το Arduinos για να ανάβουν πραγματικά λυχνίες LED σε μοτίβα, να περιστρέφουν έναν κινητήρα σε έναν ορισμένο βαθμό που θέλουν, ώστε να έχουν περισσότερο έλεγχο στο παιχνίδι τους ή απλώς να παίζουν ένα τραγούδι αλλάζοντας τη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων χρησιμοποιώντας ένα βομβητή.

Έτσι, ο ενθουσιασμός αυτού του έργου αυξήθηκε εκθετικά. Οι μαθητές μας είναι ακόμα πιο ενθουσιασμένοι όταν τελικά περνούν από τη δοκιμή και τελικά αποκτούν ένα παιχνίδι εργασίας που ενσωματώνει το Arduino.

Βίκυ: Αυτό είναι απίστευτο. Και τι ηλικία είναι τα παιδιά;

Στεφανία: Αυτό ήταν στην τάξη της έβδομης τάξης.

Βίκυ: Εξοχος. Εντάξει, λοιπόν, μας δώσατε ένα παράδειγμα για το πώς συνδυάζονται το STEM και η υπολογιστική σκέψη. Αυτό είναι ένα φανταστικό παράδειγμα. Είναι προφανές ότι τα παιδιά πρέπει να κάνουν το νούμερο δύο, που είναι να σχεδιάζουν τα πράγματα.

Στη συνέχεια, το νούμερο τρία, το οποίο είναι η δοκιμή και η εκμάθηση και η εξεύρεση του τρόπου τροποποίησης.

Ας παρκάρουμε για ένα δευτερόλεπτο στο νούμερο τέσσερα. Τώρα είναι μια απογοήτευση που βλέπω πολλούς δασκάλους – ή υποθέτω ένα λάθος – που πολλοί από εμάς κάνουμε. Το έκανα και εγώ στην αρχή. Νιώθουμε σαν να έχουμε αποτύχει ως δάσκαλος αν δεν λειτουργήσει την πρώτη φορά. Συμφωνείτε ή όχι;

Στεφανία: Δεν συμφωνώ. Μιλάτε για το αν το έργο του μαθητή δεν λειτουργεί την πρώτη φορά;

Βίκυ: Λέω ότι μερικές φορές οι δάσκαλοι τείνουν να αισθάνονται αποτυχημένοι εάν το έργο του μαθητή δεν λειτουργεί την πρώτη φορά, αλλά δεν είναι πραγματικά έτσι το πώς θα έπρεπε να νιώθουμε, σωστά;

Στεφανία: Όχι. Σίγουρα όχι. Έχοντας υπάρξει επιστήμονας και μηχανικός στην προηγούμενη ζωή μου πριν από τη διδασκαλία (γέλια) πρέπει να πω ότι υπάρχει μεγαλύτερη αποτυχία παρά επιτυχία σε αυτούς τους τομείς.

Αυτό που θέλετε είναι ο μαθητής να είναι σαν, «ΟΚ. Αυτό δεν λειτούργησε, οπότε ας δούμε τι πήγε στραβά. Ας κάνουμε ένα βήμα πίσω και ας το δουλέψουμε και ας δούμε πώς μπορώ να επανασχεδιάσω και να φτιάξω ένα επιτυχημένο πρωτότυπο».

Θέλουμε πραγματικά να προωθήσουμε τη διαδικασία, όχι το προϊόν. Θέλουμε —ακόμα και στο τέλος του έργου— οι μαθητές να αναλογιστούν πραγματικά πού ξεκίνησαν και πού κατέληξαν. Μπορούν να δουν πού έχουν μεγαλώσει στη μάθησή τους.

Ως δάσκαλος, δεν θέλουμε να λειτουργήσει τέλεια, γιατί αυτό δεν είναι διασκεδαστικό. Το διασκεδαστικό μέρος είναι όταν ουσιαστικά διδάσκουμε στους μαθητές μας πώς να επιμένουν και να λύνουν προβλήματα όταν τα πράγματα δεν λειτουργούν.

Δεν είναι διασκεδαστικό αν λειτουργεί τέλεια την πρώτη φορά

Εκεί έρχεται ο εντοπισμός σφαλμάτων με την υπολογιστική σκέψη και όπου στην επιστήμη και τη μηχανική είναι απλώς ένα φυσικό μέρος αυτών των τύπων εργασιών.

Βίκυ: Λοιπόν, και έχω δει δασκάλους που έχουν κάνει πράγματα όπως: «Εντάξει, σχεδιάστε ένα κτίριο και θα προκαλέσω έναν σεισμό. Δείτε αν μπορείτε να το εμποδίσετε να πέσει κάτω». Ή να του δώσουμε κάποιο άγχος, οπότε είναι ένας πραγματικός ανταγωνισμός για να αντέξει, υποθέτω, με κάποιο τρόπο.

Στεφανία: Σωστά. Κάνουμε ένα έργο γέφυρας με μερικούς από τους μαθητές μας στην τάξη μας. Σκόπιμα κάνουμε τη γέφυρα να χαλάσει. Βάζουμε όσο μπορούμε μέχρι να σπάσει. Ο λόγος που το κάνουμε αυτό είναι ότι θέλουμε να επιστρέψουν και να επανασχεδιάσουν και να καταλάβουν πώς μπορούν να το βελτιώσουν. Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό μέρος της διαδικασίας.

Θα παροτρύνω τους δασκάλους να βρουν τρόπους ώστε οι μαθητές να έχουν έργα που δεν θα αποδίδουν πάντα τέλεια και στη συνέχεια να τους βοηθήσω να μοντελοποιήσουν πώς λύνουν τα προβλήματα και το λύνουν αυτό. Οι μαθητές τείνουν να πιστεύουν ότι η αποτυχία είναι μια κακή λέξη. Στη δουλειά μου, πιστεύω ότι είναι μια εξαιρετική λέξη. (γέλια)

Βίκυ: Είναι λοιπόν το πέμπτο μας για να βοηθήσουμε να διαμορφώσουμε πώς να λύσουμε το πρόβλημα ή είναι κάτι άλλο;

Στεφανία: Λοιπόν, είχα κι άλλα, αλλά… (γέλια)

Βίκυ: ΕΝΤΑΞΕΙ! Δώσε μας κι άλλα!

Στεφανία: (γέλια) Εντάξει!

Ήθελα να επισημάνω αυτό το μέρος της μοντελοποίησης… οπότε ας μοντελοποιήσουμε… Πάντα δίνω ένα παράδειγμα για την υπολογιστική σκέψη. Όταν οι μαθητές μπορούν να συνειδητοποιήσουν πόσο το STEM πηγαίνει στη δημιουργία ηλεκτρονικών υπολογιστών ή κινούμενα σχέδια ή παιχνίδια, μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον προγραμματισμό για να σχεδιάσουν τη δική τους κινούμενη εικόνα μιας ιδέας STEM, όπως πώς να φτάσετε στην ταχύτητα ή τη γωνία προβολής ενός πυραύλου ακριβή, ώστε να μπορεί να το κάνει στο φεγγάρι.

Υπάρχουν πόροι όπως το code.org, το πρόγραμμα σπουδών του CS Discovery ή το πρόγραμμα Scratch του MIT που μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο για τους εκπαιδευτικούς να δημιουργήσουν ένα έργο που επιτρέπει στους μαθητές να εκφράσουν τη δημιουργικότητά τους ενώ χρησιμοποιούν προγραμματισμό και μοντελοποίηση για να εμβαθύνουν την κατανόησή τους για την επιστημονική έννοια.

Το έχουμε εφαρμόσει σε πολλά έργα, συμπεριλαμβανομένου ενός που έγινε στα μαθήματα ιστορίας μας, όπου οι μαθητές έγραψαν πραγματικά κώδικα για να μοντελοποιήσουν την ελληνική μυθολογία (γέλια) καθώς μάθαιναν για τους θεούς και τις θεές.

Βίκυ: Φοβερός. Έτσι, έχουμε μιλήσει για πολλούς τρόπους για να συνδυάσουμε την υπολογιστική σκέψη και το STEM.

Stephanie, ας ολοκληρώσουμε με ένα σύντομο βήμα 30 δευτερολέπτων για το γιατί αυτά τα δύο πράγματα ανήκουν μαζί. Γιατί η υπολογιστική σκέψη και το STEM ανήκουν μαζί;

Στεφανία: Έτσι, η υπολογιστική σκέψη και το STEM ανήκουν μεταξύ τους γιατί θα αλληλοσυμπληρώνονται πραγματικά βοηθώντας τους μαθητές σας να αποκτήσουν μεγαλύτερη γνώση του STEM. Θέλω να ενθαρρύνω τους δασκάλους ότι, ενώ μπορείτε να δείτε τα οφέλη της υπολογιστικής σκέψης, μπορεί να είστε συγκλονισμένοι να ξέρετε ακόμη και από πού να ξεκινήσετε.

Απευθυνθείτε λοιπόν στην Ένωση Καθηγητών Επιστήμης Υπολογιστών. Η συνδρομή είναι δωρεάν! Έχουν μεγάλους πόρους. Απλώς πηδήξτε μέσα. Βγείτε από τη ζώνη άνεσής σας. Γίνε ο μαθητής και απλώς προσπάθησε να προγραμματίσεις. Θα εκπλαγείτε με το πόσο μεγαλώνετε στη μάθησή σας και τη νέα προοπτική που θα έχετε για τους μαθητές σας καθώς μαθαίνουν τις έννοιες STEM.

Βγείτε από τη ζώνη άνεσής σας

Βίκυ: Συμφωνώ απόλυτα, γιατί ξέρω ότι όταν βοήθησα για πρώτη φορά παιδιά να κάνουν βιντεοπαιχνίδια στο Scratch, με τρόμαξε. Ξέρω ότι όταν βοήθησα για πρώτη φορά τα παιδιά να φτιάξουν εφαρμογές, με τρόμαξε. Όταν πήραμε για πρώτη φορά το Arduinos, με τρόμαξε.

Στεφανία: (γέλια)

Βίκυ: Είναι κάπως τρομακτικό και τρομακτικό, αλλά αυτά είναι πράγματα που μπορείτε να κάνετε. Βγείτε λοιπόν έξω και δοκιμάστε και πειραματιστείτε και γίνετε δημιουργοί μαζί με τους μαθητές σας.

Στεφανία: Ναί. Συμφωνώ απόλυτα με αυτό.

Επικοινωνήστε μαζί μας για την παράσταση: https://www.coolcatteacher.com/contact/

Μεταγραφή από Kymberli Mulford [email protected]

Βιογραφικό όπως υποβλήθηκε


Η Stephanie Zeiger είναι μια μηχανικός και επιστήμονας που έχει αγκαλιάσει να φέρει τον κόσμο του STEM σε μαθητές όλων των ηλικιών. Έχει προπτυχιακά πτυχία στην πυρηνική μηχανική και διδακτορικό στη βιοϊατρική μηχανική όπου έμαθε για πρώτη φορά να κωδικοποιεί. Ως επίκουρη καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt, συμμετείχε σε πολλά εκπαιδευτικά προγράμματα STEM και βρήκε πάθος για τη διδασκαλία της επιστήμης. Σήμερα, είναι εκπαιδεύτρια με τα Προγράμματα Vanderbilt για Ταλαντούχους Νέους και καθηγήτρια Φυσικών Επιστημών στο Σχολείο Harpeth Hall όπου διδάσκει και αναπτύσσει πρόγραμμα σπουδών STEM, συμπεριλαμβανομένων πολλαπλών τάξεων κωδικοποίησης που δίνουν έμφαση στην υπολογιστική σκέψη.

Αποκάλυψη σύνδεσης υλικού: Αυτό είναι ένα “επεισόδιο podcast με χορηγία”. Η εταιρεία που το υποστήριξε με αποζημίωσε μέσω πληρωμής σε μετρητά, δώρου ή κάτι άλλο αξιόλογο για να συμπεριλάβω μια αναφορά στο προϊόν της. Ανεξάρτητα, προτείνω μόνο προϊόντα ή υπηρεσίες που πιστεύω ότι θα είναι καλές για τους αναγνώστες μου και είναι από εταιρείες που μπορώ να προτείνω. Το αποκαλύπτω αυτό σύμφωνα με την Ομοσπονδιακή Επιτροπή Εμπορίου 16 CFR, Μέρος 255: “Οδηγοί σχετικά με τη χρήση εγκρίσεων και μαρτυριών στη διαφήμιση.” Αυτή η εταιρεία δεν έχει καμία επίδραση στο συντακτικό περιεχόμενο της εκπομπής.

Μην χάσετε ποτέ ένα επεισόδιο Podcast

Εγγραφείτε για να λαμβάνετε τα επεισόδια podcast μας μέσω email.

Μπορεί να σας ενδιαφέρει