6 Didakta | december – januar 2012/13 Fokus: Računalništvo in računalnik Fokus V šole bi bilo potrebno uvesti pouk računalništva Dr. Janez Demšar Univerza v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in informatiko Slovenske šole ne poučujejo računalništva (čeprav se večini zdi, da ga), vendar bi ga bilo potrebno uvesti (čeprav se nekaterim zdi, da ga je potrebno ukiniti). Odlična opremljenost šol z računalniško opremo je povzročila, da slovenske šole ne nudijo ustreznega računal- niškega znanja. Kaj storiti? Uvod Pred stoletji je bilo znanje branja in pi- sanja potrebno duhovnikom, aritmetika pa trgovcem. Ostali s tem niso imeli kaj početi. Tehnološki napredek je pripeljal do tega, da pismenost in matematika ni- sta več specializirani disciplini, potrebni posameznikom: brez znanja branja in računanja v sodobni družbi ne moremo normalno živeti. Vendar se tehnološki napredek ni kon- čal z industrijsko revolucijo. Konec dvaj- setega stoletja je prišlo do novega funda- mentalnega premika. Konec osemdesetih so bili hišni računalniki redkost, danes pa se ne nahajajo le na delovnih mizah tem- več tudi v televizorjih, telefonih, tablicah. Računalniška revolucija je svet spremenila podobno kot industrijska pred njo. Je tudi ta premik prinesel s seboj kako novo osnovno znanje? Površinsko opazen primer je “domačnost” z uporabniškimi vmesniki. Mlajše generacije pomagajo starejšim (predšolski vnuki dedkom) pri uporabi telefonov ali televizorjev, tudi če jih imajo slednji že leta, prvi pa jih prvič vidijo. V resnici pa je prodor računalništva prinesel s seboj tudi povsem nov način razmišljanja, ki se ga je smiselno – in tudi vedno bolj potrebno – naučiti. Edsger W. Dijkstra, eden najpomemb- nejših računalnikarjev 20. stoletja, je rekel, da je računalništvo toliko veda o raču- nalnikih, kolikor je astronomija veda o teleskopih. Tako kot je matematika večna, nematerialna, bi tudi računalniški koncep- ti obstajali tudi, če računalnikov sploh ne bi bilo. Seveda se jih zavedamo in smo jih začeli raziskovati predvsem zaradi raču- nalnikov, vendar niso omejeni le nanje; računalniško znanost bi bilo mogoče raz- vijati tudi brez računalnikov. Jeannette Wing (2006), ki se je začela med prvimi ukvarjati s temi vprašanji, je novo spretnost poimenovala računalniško razmišljanje (computational thinking). Medtem ko sta osnova logičnega razmi- šljanja formalizacija in struktura, je ra- čunalniško razmišljanje bolj usmerjeno v sistematično reševanje problemov, v upo- rabo postopkov, v smiselno organiziranje aktivnosti, podatkov, reči... S tem presega rabo v računalništvu: principi, koncepti, način razmišljanja, ki jih uči računal- ništvo, so uporabni tudi pri vsakdanjih opravilih. Osebna izkušnja profesionalnih računalnikarjev (vključno z avtorjem bese- dila) je, da se tudi vsakdanjih problemov lotevajo na drugačen način ter bolj opti- malno, sistematično in organizirano, kot neračunalnikarji. Kaj učimo v šolah? Slovenci smo lahko na prvi pogled zado- voljni: slovenske šole so bogato opremlje- ne z računalniško opremo in elektron- skimi pripomočki, v znatni meri tudi po zaslugi ministrstev, ki so (so)financirala takšne nakupe. Predmet računalništvo je na voljo v mnogih, če ne kar večini šol. Slovenski šolarji bodo navidez dobro usposobljeni za življenje v 21. stoletju. V resnici pa je ravno obratno. Večja ko je dostopnost računalnikov in bolj ko le-ti postajajo pomembni, slabša je kvaliteta poučevanja. Največji svetovni združenji računal- nikarjev, Association for Computing Machinery, in učiteljev računalništva, Computer Science Teaching Association, ugotavljata (ACM, 2010), da ameriške šole pri pouku računalništva učijo računal- niške spretnosti (skills) in ne konceptov (concepts). Enako ugotavlja angleška The Royal Society (2012) za Veliko Britanijo: v šolah učimo uporabo programov, kot sta Word in Powerpoint, namesto da bi učili računalništvo. Ameriški in evropski šolski sistemi vzgajajo (kvečjemu) bodoče upo- rabnike računalniške tehnologije, ne pa njenih razvijalcev. Slovenija zaostaja celo za tem, slabim evropskim poprečjem. Po indikatorjih, kot je Eurostatova raziskava (2012), se v evropskem merilu uvrščamo odlično le, ko gre za osnovne računalniške veščine, kot je kopiranje datotek. V bolj poglobljenem razumevanju smo Slovenci boljši le od Bolgarije in Češke. Slovenska država namenja velika sred- stva za računalniško opismenjevanje. Za tem modnim terminom se skriva poučeva- nje uporabe osnovnih programov. Učenje tega, katero ikono je potrebno klikniti, da odebelimo del besedila v Wordu, pa je prav toliko pouk računalništva, kolikor bi bil pouk uporabe pralnih praškov pouk kemije. Opismenjevanje mladine je nesmisel- no tudi zato, ker je ta mladina že pisme- na, navadno bolj od svojih učiteljev. Po drugi strani pa ravno ta mladina jemlje računalnike kot samoumevne in zato ne razume konceptov za njimi. Računalnik preprosto “zna” narediti, kar dela. Avtor besedila je govoril s študentom prvega le- tnika računalništva, ki mu je med učenjem programiranja prvič v življenju prišlo na misel, da je moral program Word nekoč nekdo napisati. Računalniki (tudi) za veči- no otrok delujejo na nek skrivnosten ma- gičen način. Razumevanje računalnikov, ki ga dobijo šolarji, smrdi po srednjem veku in ne po 21. stoletju. Študija Royal Society našteva štiri ovire za drugačen pouk računalništva. Četrta se nanaša na opremljenost šol, kar v sloven- skem prostoru verjetno ni tak problem, prve tri pa na izobrazbo učiteljev. Problem ni omejen ne na Slovenijo ne na računalništvo. V Ameriki ugotavljajo, da učitelji matematike pravzaprav ne zna- jo matematike, zato učijo le duhamoren nekoristen “dril”, kot je poenostavljanje trigonometričnih izrazov (Lockhart, 2008). 7 Didakta | december – januar 2012/13 Fokus: Računalništvo in računalnik Rezultat je slabo znanje matematike in vseživljenjski (če uporabimo modno be- sedo) odpor do nje. Podobno se dogaja v fiziki (Carrol, 2010), kjer je bistveni del šolskega programa, recimo, računanje hitrosti, ki jih na klancih razvijejo klade brez trenja. Čeprav v tej vaji ni ne kon- ceptualne globine ne praktične uporab- nosti, je pogosta, ker poučevanje fizike na ta način ne zahteva, da učitelji de- jansko razumejo fiziko. Namesto lepote matematike in fizike tako učenci spoznajo njune duhamorne plati in ju zasovražijo za preostanek življenja. Enako se dogaja v računalništvu. Ra- zlog za popularnost poučevanja uporab- niških programov je predvsem v tem, da od učitelja ne zahteva nobenega poseb- nega znanja: vstavljanje slik v prosojnice zna poučevati vsak, ki si vzame pol ure za branje priročnika za telebane. Royal Society za to dolži tudi (namerno) ohla- pno napisane predmetne programe, ki se nato prevedejo samo na tisto, kar pač učitelji znajo. Enako se dogaja v Sloveniji. Posledica so, recimo, otroci, ki dosegajo izvrstne rezultate na tekmovanju Računal- niški bober (tekmovanje iz pravega raču- nalništva), vendar se nočejo udeleževati računalniških krožkov, ker računalništva ne povezujejo z Računalniškim bobrom, temveč z dolgočasnimi vsebinami, ki so jih poslušali pri pouku računalništva. Sloven- ski izobraževalni sistem se vede, kot da si lahko privošči odbijati najbolj nadarjene šolarje od računalništva. Slovenci smo k običajnemu naboru problemov dodali še izvirno noto, saj smo pomešali še didaktiko računalništva in uporabo računalnika v didaktiki. Če bi imeli v šolah več učiteljev, ki bi dejansko razumeli računalništvo – zado- ščalo bi jim že par osnovnih predmetov iz prvih dveh letnikov študija računalništva – bi ga lahko učili na način, ki bi bil hkrati uporaben in privlačen. Ob tem moramo seveda poudariti, da za stanje, v katerem smo, nikakor niso krivi učitelji. Trenutno je računalništvo kadrovsko pač na stranskem tiru: poučevati ga morajo učitelji, ki imajo premalo ur tedenske obremenitve in znajo uporabljati računalnik. Privoščimo pa si lahko celo nekoliko drznejšo tezo, da so tudi mnogi učitelji, ki naj bi bili strokovno usposobljeni za poučevanje računalništva, v resnici pogosto dokaj nepodkovani. V Sloveniji je, kljub protestom nepedagoških strok, pri izobraževanju učiteljev dolgo veljala nepisana – a pogosto javno izgo- vorjena – dogma, po kateri morajo biti učitelji najprej pedagogi in šele potem tudi nekoliko strokovnjaki (a za osnovno šolo tudi to ni tako nujno). V večini strok je bilo tako izobraževanje učiteljev v izključ- ni domeni pedagoških fakultet. Škodo, povzročeno s tem, bodo trpele še mnoge generacije. Šele v zadnjem času prihaja tudi tu do (pre)počasnih premikov. Kaj bi morali poučevati? S prostovoljcem Janom sva “prek interne- ta” (v resnici pa sva vsak na svojem koncu učilnice) metala kovanec za čokoladko: jaz sem metal in on ugibal. Vrgel sem kovanec, Jan je ugibal in zgrešil. Dal sem mu še eno priložnost, a je spet zgrešil. Ko je imel smolo tretjič, je postal sumničav in ko sem mu četrtič povedal, da je zgrešil – ne da bi vsaj pogledal kovanec! – me je obtožil, da goljufam. Gledalce sem izzval, da predlagajo rešitev: kako naj žrebamo po internetu, ne da bi mogel kdo goljufati. Predlagali so, naj mu pokažem kovanec, vendar to po internetu ni izvedljivo (ka- mero sem razglasil za pokvarjeno). Pre- dlagali so, naj Jan meče kovanec, jaz pa bom ugibal; v tem primeru bi očitno lahko goljufal Jan. Metanje bi lahko prepustila zaupanja vredni tretji osebi, vendar se morda ne moreva dogovoriti, kdo bi to bil. Na srečo sva imela pri sebi vsak svoj izvod telefonskega imenika. Janu sem naročil, naj si izbere poljubno osebo, katere ime (ne priimek!) se začne s črko J ali K. Pove naj mi samo telefonsko številko in jaz si jo zapišem. Nato sem ugibal, ali se ime začne z J ali K. Rekel sem “J” in zgrešil, vsaj Jan je trdil tako. Vendar sem to zdaj lahko preveril: Jan mi je povedal še prii- mek in ime osebe (slednje se je res začelo na K), tako da sem lahko ugotovil, ali se telefonska številka ujema. Številka se je ujemala, torej je čokolada Janova. Bi me Jan lahko ogoljufal? Se zlagal, da se ime ne začne z J, čeprav se? Ne, ker mi je povedal številko. Bi lahko goljufal jaz? Da, če bi v telefonskem imeniku po- iskal številko, ki mi jo je povedal. Vendar bi to trajalo predolgo in Jan bi vedel, da ga poskušam ogoljufati. Z igro sva spoznala enega od protokolov, kakršni se uporabljajo na internetu. Ti namesto imenikov uporabljajo primerne matema- tične funkcije, a tega otrokom ni potrebno vedeti. Opaziti morajo le, da sistem delu- je, ker je iz imena zelo preprosto dobiti telefonsko številko, obratno pa ne. Tako nevede spoznajo koncept in uporabo eno- smernih funkcij. Takšen način poučevanja računalni- štva je gotovo primeren za prvo ali drugo triado osnovne šole. S tem, ko prepovemo računalnik, se obvarujemo skušnjave, da bi namesto računalništva učili uporabo računalnika. V tretji triadi pa so učenci zmožni za pouk programiranja v primerno izbranem računalniškem jeziku. Pri tem cilj ne sme biti znanje programiranja kot takšno, temveč mora programiranje pred- stavljati zgolj pot k razumevanju delovanja računalnikov in, širše, k osvajanju raču- nalniškega načina razmišljanja. Bojni plan Številne države, od Velike Britanije in Nove Zelandije do Estonije in Slovaške, so v zadnjih letih analizirale in temeljito reformirale pouk računalništva. Da bi jim tudi Slovenija sledila v 21. stoletje, odpi- ramo tri fronte. Prva je priprava materiala za pouče- vanje računalništva. Upamo, da bomo s kvalitetnim, a brezplačno dostopnim materialom uspeli že prek neformalnih poti takoj vplivati na način poučevanja računalništva v šolah. Gornja igra z žreba- njem izvira iz projekta Computer Science Unplugged (csunplugged.org). Na stra- neh projekta je objavljenih slabih trideset aktivnosti, ki trajajo približno eno učno uro in pokrivajo praktično vsa področja računalništva. Pri tem ob, recimo, algorit- mih urejanja ni nobene formalne analize časovne zahtevnosti, vendar ob igri otroci jasno spoznajo, da je sicer nekoliko nena- vadni postopek po načelu deli in vladaj (tudi tega izraza ne slišijo) hitrejši od po- stopka, ki jim je prišel na misel sprva. Na Fakulteti za računalništvo in informatiko smo pripravili spletno stran s prevodom teh vsebin v slovenščino (vidra.fri.uni-lj. si). Poleg prevajanja smo ga tudi priredili za potrebe slovenskega šolskega sistema. Dodali smo kopico materiala za učitelje, kot so podrobne učne priprave, učne pole in podobno. Primeren material bomo pri- pravili tudi za višje razrede. Fakulteta že več let organizira raču- nalniške krožke po srednjih šolah in gi- mnazijah. Krožki so brezplačni, vodijo pa jih študenti ob mentorstvu pedagogov s fakultete. V letu 2011/12 se jih je udeležilo prek 300 dijakov. Poleg tega organiziramo brezplačne poletne šole za dijake, ki se jih udeleži slabih sto dijakov letno. Vsebine šol so raznolike, od računalniških vezij prek umetne inteligence in robotike do multimedije. V prihodnosti bi bilo mogoče zamenjati trenutni srednješolski in gimna- zijski pouk “računalništva” z vsebinami, kakršne poučujemo v teh krožkih in na poletnih šolah. Druga fronta je izobraževanje učite- ljev. Tudi če je material na primernem nivoju za osnovnošolce, morajo učitelji, po besedah prof. Vladislava Rajkoviča, “zajemati iz malo večje sklede”. Fakul- teta za računalništvo in informatiko bo pripravila seminarje, na katerih bomo usposabljali učitelje za takšno poučevanje računalništva. Dolgoročna rešitev pa je sprememba usposabljanja učiteljev ra- čunalništva, v katerem bodo sodelovale tudi računalniške fakultete in bo obsegalo tudi nekoliko naprednejša znanja kot tre- nutno. Oboje – doizobraževanje učiteljev in temeljit poseg v izobraževanje novih – sta tudi pomembna elementa reforme, ki jo je letos izvedla Velika Britanija, ko se je zavedla, kam jo vodi trenutni način poučevanja računalništva. Kljub ogromni količini prostovoljnega dela in kljub finančnim vložkom fakul- tet, pa je ključna tretja fronta, na kateri projekt stoji ali pade. Potrebno je doseči vključitev računalniške stroke v strateške odločitve in, predvsem, ozavestiti vse, ki so udeleženi v pedagoškem procesu – od učiteljev do države – o tem, kako pomemb- na sta globje razumevanje računalništva in algoritmičnega razmišljanja za konku- renčnost Slovenije v prihodnosti. Literatura ACM (2010). Running on Empty (http://www. acm.org/runningonempty). Carrol S. (2010). Sean Carroll Talks School Sci- ence and Time Travel (http://www.nytimes. com/2010/04/20/science/20conv.html). Eurostat (2012). Computer skills in the EU27 in figures (http://epp.eurostat.ec.europa. eu/cache/ity_public/4-26032012-ap/en/4- 26032012-ap-en.pdf). Lockhart P. (2008). A Mathematician’s Lament (http://www.maa.org/devlin/LockhartsLa- ment.pdf). The Royal Society (2012). Shut Down or Re- start? The Way Forward for Computing in UK Schools (http://royalsociety.org/uploa- dedFiles/Royal_Society_Content/education/ policy/computing-in-schools/2012-01-12- Computing-in-Schools.pdf). 8 Didakta | december – januar 2012/13 Fokus: Računalništvo in računalnik