في صباحٍ ما، ملأت موسيقى الساﻻ الشعبية الجو عندما دخل الطلاب إلى مادة الإسبانية الأولى في مدرسة نورث ستار أكاديمي واشنطن بارك الثانوية في نيوارك. واصطفوا واحداً تلو الآخر ليرددو “بوينوس دياس” على معلمتهم، ميا رودريغيز-ميندوزا، وفتحوا حواسيبهم اللوحية. لكن بدلاً من تناول درس تقليدي، انطلقوا في رحلة جديدة: إنشاء لعبة اختبار لغوي باللغة الإسبانية باستخدام الأدوات الأساسية في علوم الحاسوب.

كان الطلاب يتعلمون استخدام برنامج “سكريتش” (Scratch)، وهو لغة برمجة، لتزيين لوحاتهم الافتراضية الخاصة بهم بأصناف من التفاح والقطط وغيرها من الصور، تُسمى "البروتينات". ثم أضافوا أسئلة وأجوبة حول مشاهدهم الرقمية باللغة الإسبانية. 

“انظروا، لقد فعلتُ ذلك!” صرخ أحد الطلاب الذي كان يكافح لإزالة كرة السلة التي لم تعد ترغب في امتلاكها. “لقد اكتشفتُ كيف أُخفي السوبرستار!”

‘حظات ’أها" مثل هذه هي هدف مبادرة غير عادية تهدف إلى توسيع نطاق علوم الحاسوب بشكل كبير. افتراضنا هو أنه إذا ساعدنا الطلاب على بناء هويتهم في علوم الحاسوب، وأظهر لهم أن الترميز هو ل أولئك – من خلال جعله جذابًا وميسورًا للوصول إليه وذو صلة باهتماماتهم الشخصية – سيكونون أكثر عرضة لمتابعة دورة في علوم الحاسوب في المدرسة الثانوية التمسك إنه أحد التخصصات الرئيسية في الكلية.

يمكننا اختبار هذه الفرضية، بفضل خمس سنوات من البحث، و$4 ملايين دولار أمريكي. منحة الابتكار في التعليم والبحث العلمي من وزارة التعليم في الولايات المتحدة. ابتداءً من هذا العام، تُدمج جامعة أكونامون في خمسة مقررات دراسية للصفوف التاسعة والتاسعة عشرة، التفكير الحاسوبي – وهو مجموعة واسعة من المهارات التي تشمل الترميز وعلوم البيانات – بما في ذلك دراسات التاريخ العالمي القديم، والبيولوجيا، والكيمياء، والجغرافيا. والهدف هو ضمان أن كل شيء يتم تعريض الطلاب للبرمجة منذ البداية، لذا سيكون لديهم احتمال أكبر للانضمام إلى فصول علوم الحاسوب المتقدمة. نريد أن يكتسب جميع طلابنا في المدارس الثانوية الثقة في هذا المجال وأن يرفضوا المفاهيم الخاطئة الشائعة بأن فقط طلابًا ذوي مهارات تقنية معينة قادرون على التعامل مع صعوباته.

أظهرت الأبحاث أن العديد من الطلاب السود وأولئك المنحدرين من أصول لاتينية قد أدمجوا النماذج النمطية السلبية التي تفيد بأنهم لا ينتمون إلى مجال علوم الحاسوب. وعلى الصعيد الوطني، لم يكن هناك سوى 6% طلاب من أصل أسود في عام 2020 ممن تقدموا لامتحانات علوم الحاسوب المعتمدة من معهد شابلن، و16% من أصل أسود، و31 من أصل أسود، و31% من أصل أسود في عام 2019، وفقًا لبيانات تقرير في Code.org، وهي منظمة غير ربحية مكرسة لدراسة علوم الحاسوب. 

تهدف مبادرتنا إلى مكافحة هذه أوجه التفاوت وتعزيز عدد النساء والأشخاص المنحدرين من أصول عرقية مختلفة الذين يتقدمون للعمل في مجالات التكنولوجيا المربحة. ومن المتوقع أن ينمو عدد الوظائف في قطاع الحاسوب وتكنولوجيا المعلومات بنسبة 15% في العقد المقبل. تقديرات الاتحادية, ، مع أكثر من 418,000 فتحة سنوياً على الصعيد الوطني. متوسط الأجر السنوي لهذا القطاع بلغ عدد الوظائف في مجال التكنولوجيا أكثر من $97,000 وظيفة العام الماضي، أي أكثر من ضعف المتوسط العام لجميع المهن. وعلاوة على ذلك، تتطلب العديد من الوظائف خارج مجال التكنولوجيا الآن معرفة أساسية بالمهارات التقنية.

ستُدمج مشاريع البرمجة في دورات التعليم العام، بحيث لن يحتاج الطلاب إلى اختيارها بأنفسهم لتعلم علوم الحاسوب للاستمتاع بمزاياه الكبيرة. في هذه التجربة البحثية العشوائية، اختار شريك بحث مستقل هو شركة Mathematica خمسة من مدارسنا الثانوية بشكل عشوائي لإضافة وحدات التفكير الحاسوبي إلى المنهج الأساسي في الصفين التاسع والتاسع. وستقوم جميع مدارسنا الثانوية التسعة بذلك بدءًا من فصل الخريف عام 2024. 

“إنه يعيد تشكيل طريقة تفكيرهم” 

نُفّذت المرحلة الأولى من مبادرتنا هذا الخريف مع وحدات دراسية في ثلاث فئات أساسية. وقد صُممت الوحدات الدراسية لتتيح للطلاب العمل في مجموعات من ثلاثة إلى أربعة طلاب عبر الإنترنت. Nearpod, استخدام مقاطع فيديو تعليمية تفصيلية لمتابعة مهمة خلال أسبوع.

• استخدمها طلاب الرياضيات سكريت, لغة الترميز القائمة على الوحدات، لبناء تطبيق لرسم تحولات أشكال في الفضاء المكافئ (أي التمزق والتحريك والتوجيه).
• تعلم طلاب علم الأحياء أولاً مهارات تحليل البيانات الأساسية، مثل فرز البيانات وتصفيتها، باستخدام مجموعة بيانات من Spotify. ثم طبقوا هذه المهارات على تحمض المحيطات الكبير. مجموعة البيانات من إدارة الأرصاد الجوية والبحار الوطنية للإجابة على السؤال حول كيفية تأثير تحمض المحيطات على الحياة البحرية.
• تعلم طلاب اللغة الإسبانية الأساسيات في البرمجة، بما في ذلك المتغيرات والشروط والتقارير، أثناء إنشاء مشاريعهم الخاصة. لعبة اختبار المفردات.

قام المعلمون بإجراء يوم واحد من التطوير المهني، حيث جربوا نفس الأنشطة التي يمارسها طلابهم. وشددنا على أهمية البقاء إيجابيين، وتطوير مهارات التكيف، ومساعدة الطلاب على رؤية أنفسهم كحلول لمشاكل قادرين عليها، ويمكنهم استخدام التكنولوجيا لإنشاء أدواتهم الخاصة – حتى لو لم ينجزوا كل خطوة من الخطوات في الأسبوع المخصص.

كيمبرلي أرنولد، التي تدرس اللغة الإسبانية في الصف الأول في مدرسة لينكولن بارك الثانوية في نيوارك، كانت متحمسة لرؤية حماس الطلاب. قالت: ’لقد شاهدت العديد من الأمثلة على المشاركة القوية ورغبة الطلاب في استخدام هذه المهارة ليس لتحسين لغتهم الإسبانية فحسب، بل لإظهار إبداعهم أيضًا“. ”إنها نوعًا من إعادة تشكيل الطريقة التي يفكرون بها“ فكّر في التعلم.”

كشف 5 أساطير عن علوم الحاسوب للجميع

مع تقدمنا في التنفيذ من مرحلة التخطيط، أصبح الكثير واضحاً، وتم إبطال بعض الافتراضات الرئيسية بسرعة. 

الخرافة #1: سيشعر الطلاب بأن الترميز أكثر طبيعية في العلوم أو الرياضيات مقارنةً بمواد العلوم الإنسانية.

• الحقيقة: البرمجة هي مهارة خاصة بها، وتُعد جديدة تمامًا في مادة الجيومترية مثلها مثلها في اللغة الإسبانية. وفي الواقع، رأينا أن مشاركة الطلاب كانت أعلى في الفصول الدراسية التي أخذ المعلمون هذه التجربة الجديدة بعين الاعتبار، سواء في الطريقة التي عرضوا لها للطلاب أو في تحضيراتهم الخاصة – بغض النظر عن مجال الدراسة.

الخرافة رقم #2: ستعمل الوحدات غير المتزامنة بشكل أفضل.

• الحقيقة: كان الدافع وراء الوحدات غير المتزامنة (التي تعتمد بشكل كبير على مقاطع الفيديو التعليمية) هو جعل الدروس قابلة للتحكم بها قدر الإمكان بالنسبة للمعلمين. و إنشاء تجربة تعليمية سلسة للطلاب. في الواقع، كان من الصعب على المعلمين بشكل مفهوم دعم الطلاب الذين كانوا جميعًا في مراحل مختلفة قليلاً ويواجهون تحديات فريدة – فقد واجه بعض الطلاب صعوبة في تعلم مادة الترميز، بينما واجه آخرون صعوبة في التنقل عبر منصة Nearpod والتقنيات المرئية. وجدنا أن معظم المعلمين يرغبون في لعب دور أكثر نشاطًا في التعليم، مما يتيح لهم دعم الطلاب بشكل أفضل وتخصيص الدروس وفقًا لاحتياجاتهم.

الخرافة #3: إن إكمال أنشطة الطلاب سيكون إعداداً كافياً للمعلمين.

• الحقيقة: إذا أردنا حقًا أن يكتسب الطلاب ثقة في قدرتهم على تعلم علوم الحاسوب، فيجب علينا أولاً مساعدتهم في القيام بذلك، وهذا لا يمكن تحقيقه في ثلاث ساعات عبر زوم. تشير بيانات المسح الأولي إلى أن المعلمين كانوا يطالبون بمزيد من الوقت للتعرف على المحتوى بأنفسهم قبل التفكير في أفضل الطرق لدعم الطلاب. يجب علينا إيجاد طريقة تتيح لهم الوقت والمنطقة اللازمة للقيام بذلك ضمن حدود جدول زمني مفعّم بالدورات التدريبية والتطوير المهني.

الخرافة رقم #4: المواد التعليمية الفردية هي الطريقة الأكثر فعالية لتقديم محتوى التفكير الحاسوبي.

• الحقيقة: يبدو أن وحدة دراسية مدتها أسبوع واحد غير كافية لمساعدة الطلاب على اكتساب ثقة في استخدام تكنولوجيا جديدة. و إنشاء أعمال فنية ذات مغزى من تعلمهم. على الرغم من أننا لم نرى بعد بيانات استبيان الطلاب ومجموعات التركيز، فإن الملاحظات في الفصول الدراسية والمحادثات مع المعلمين تشير إلى أن النهج الأفضل قد يكون هو تقديم التكنولوجيا (مثل Scratch أو Google Sheets) خلال الشهر الأول من العام الدراسي، ثم تضمين أنشطة أقصر طوال العام تتيح للطلاب بناء عقلية التفكير الحاسوبي وممارسة المهارة المحددة (مثل الترميز أو علوم البيانات) حتى يكون احتمال بقائها أعلى.“

الخرافة #5: يعرف الجميع بالفعل ما هو الترميز ولماذا يجب على الطلاب تعلمه. 

• الحقيقة: على الرغم من أن فكرة تعلم البرمجة في المدارس باتت الآن منتشرة بشكل كبير، مع أنشطة مثل "ساعة البرمجة" التي باتت أمراً شائعاً، ونشاطات المدارس الخاصة ببرمجة الأطفال التي تظهر كل يوم، فإن الحقيقة هي أن العديد من الطلاب (والأهم من ذلك، العديد من المعلمين) لم يمروا قط بتجربة عملية في تعلم البرمجة. فما هو امتياز أن يتمكن المرء من خلق تجربة أولية يمكن أن تكون مؤثرة ومثمرة من الناحية الفكرية! ومع ذلك، يأتي هذا الامتياز بمسؤولية لتوليد الإثارة حول إمكانيات البرمجة – من خلال استخدام مقاطع فيديو مثل هذا واحد من code.org, ، و ملصقات CS Heroes والموارد الأخرى من جمعية معلمي علوم الحاسب.

المستجدات

أفادت ردود الفعل الأولية من المعلمين والطلاب بتعديلات في الجولة الثانية من الوحدات الدراسية، وتخصيب الكيمياء بالبرمجة باللغة "بيثون" وإجراء تعديلات أخرى.مشروع ch في تاريخ العالم القديم، والذي سيتم إطلاقه في ربيع هذا العام. 

• تغييرات تعليمية: إتاحة مزيد من التفاعل بين المعلم والطالب،, خاصةً عندما يشعر الطلاب بالراحة مع الأداة أو لغة البرمجة الجديدة.. تصميم أنشطة تضمن تحقيق نتائج سريعة أثناء تعلم الطلاب للتكنولوجيا. إدراج المزيد من فرص الإبداع بمجرد إتقانهم الأساسيات. استخدام مقاطع الفيديو التعليمية لأداء مهام برمجة أكثر تعقيدًا.
• التغييرات في تدريب المعلمين: سيتم تدريب المعلمين على محتوى التفكير الحاسوبي الأساسي بشكل غير متزامن قبل التدريب عبر زوم لمدة 3 ساعات. وفي الاجتماع المرئي، سيتمكنون من تعميق فهمهم للمحتوى وممارسة استراتيجيات التدريس التي سيستخدمونها.

احتفال بالانتصارات

بعض التعليقات الإيجابية من هذه الجولة الأولى تشير إلى أن هذا النموذج، مع بعض التعديلات الهامة، قد يكون المفتاح لتحقيق التفكير الحاسوبي. جزء مما نقوم به في Uncommon. رؤية الطلاب يقومون بإنشاء لعبة أو فهم سبب عدم عرض الرسوم البيانية الخاصة بهم كما هو متوقع في Google Sheets، يُظهر أن هذه الأنشطة تُعزز مهارات حل المشكلات لدى الطلاب، كما تمنحهم أيضًا طريقة مختلفة للتعامل مع محتوى الدورة التقليدية.

“أحب إنشاء عالم جديد بالكامل من مجرد كتل من التعليمات البرمجية”، قال نيّا، طالبًا في الصف التاسع في لينكولن بارك. “لقد كنت دائماً مبدعًا، ويسعدني أن أتمكن من تعليم الناس أشياء جديدة في عالمي الشخصي”.”

وعلى الرغم من بعض العقبات التنفيذية، كان العديد من المعلمين سعداء بالمنافع التي حققها المشروع. قالت ميغان نولان، معلمة الرياضيات في واشنطن بارك، إن الطلاب يتعاونون بحدة لم تشهدها منذ إغلاق كورونا. وقالت أنتيانيا إيمانويل، معلمة الفيزياء في كمدن بريب هوب سكلير، إن من المهم أن يتعلم الطلاب التكيف مع التغيير واستكشاف العالم.

“قالت السيدة أرنولد في لينكولن بارك: ”هذا أداة لا تقتصر فائدتها على تعليم الطلاب الترميز، بل أيضاً على تعلم شيء جديد والابتعاد عن بيئة الفصول الدراسية التقليدية.“ ”هذا نهج عملي يتيح للطلاب تطبيق ما يعرفونه من خلال تطبيق إبداعاتهم الخاصة.”