mei 30, 2018

Computationeel denken

Er wordt momenteel een onderzoek naar computationeel uitgevoerd in onze lerarenopleiding.

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. Opvallend is echter wel dat hoe toegankelijker het gebruik van bepaalde tools (zoals een vaatwasser, thermostaat, …) 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. Aanvankelijk werden deze vooral aangeleerd binnen de informaticawetenschappen, maar het is belangrijk om dit breder te zien. 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 m.b.t. 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. Vanuit een grondige literatuurstudie bakenden we binnen dit project 10 vaardigheden af: abstraheren, algoritme en procedure, automatisering, debugging, decompositie van het probleem, omgaan met gegevens, parallellisme, problemen herformuleren, inschatten en simulatie en modelleren.

Een didactisch kader bij de ontwikkeling van computationele vaardigheden
Binnen een STEM-leerproces gaan leerlingen binnen een authentieke contextproblemen 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, bv. een algoritme opstellen, toepassen en controleren i.f.v. 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.

Leren uit praktijkonderzoek
Dit academiejaar worden de activiteiten voor de 2de graad en 3de graad van verschillende basisschool getest en geëvalueerd. Alsook wordt er via pre- en posttest nagegaan of er een verschil is in attitudes. Daarnaast wordt onderzocht of leerlingen vaardiger geworden zijn in het oplossen van problemen. Voorbeelden van de activiteiten zijn te vinden op www.stemcomputer.be.

Meer info: lisa.caenen@vives.be; shane.vermeersch@vives.be

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