استخدام الكتل لتعليم الترميز للمبتدئين من أي عمر
يعد استخدام بيئات الترميز القائمة على الكتلة، مثل VEXcode، طريقة فعالة لتعليم علوم الكمبيوتر للمبرمجين المبتدئين من أيعمر. على الرغم من أن العديد من الأشخاص ينظرون إلى البرمجة القائمة على الكتلة على أنها مناسبة فقط للطلاب الصغار أو بيئات التعلم غير الرسمية، إلا أن البرمجة القائمة على الكتلة تدعم الطلاب من جميع الأعمار في تعلم البرمجة.
في مؤتمر VEX للمعلمين لعام 2023، شارك الدكتور ديفيد وينتروب نظرة عامة على أبحاثه التي تدعم استخدام الترميز القائم على الكتلة لطلاب علوم الكمبيوتر المبتدئين في عرضه التقديمي "أبحاث علوم الكمبيوتر في الفصول الدراسية من رياض الأطفال إلى الصف الثاني عشر"2. يوضح عمل الدكتور وينتروب كيف أن الترميز القائم على الكتلة هو أداة قوية لتعليم علماء الكمبيوتر المبتدئين، لأنه يقلل من الأحمال المعرفية للطلاب، ويزيد من المشاركة والتحفيز، ويعزز فهم الطلاب المفاهيمي لمفاهيم علوم الكمبيوتر.
وصف الدكتور وينتروب في عرضه التقديمي دراسة عمل فيها مع طلاب يتلقون دورة تمهيدية في علوم الكمبيوتر في مدرسة ثانوية عامة حضرية كبيرة. جاء الطلاب، في ثلاثة أقسام مختلفة من نفس الفصل، بنفس الحد الأدنى من المعرفة السابقة، وتم تدريسهم بنفس المنهج، من قبل نفس المعلم، وباستخدام نفس بيئة الترميز. كان الاختلاف الوحيد هو أن كل مجموعة استخدمت طريقة ترميز مختلفة - تستند إلى النص أو تستند إلى الكتلة أو مزيج من الاثنين. بعد الانتهاء من المنهج الدراسي لمدة خمسة أسابيع، سجل الطلاب الذين تعلموا باستخدام الترميز القائم على الكتلة أعلى إحصائيًا من أولئك الموجودين في المجموعات الأخرى.
انخفاض الحمل المعرفي للمبتدئين
أحد الأسباب التي تجعل استخدام الترميز القائم على الكتلة مع المبرمجين المبتدئين فعالاً للغاية هو أنه يقلل من الحمل المعرفي، مما يسمح لهم بالتركيز على مفاهيم علوم الكمبيوتر التي يريد المعلمون منهم استيعابها. عند بدء الطلاب في تعلم البرمجة باستخدام النص، يجب عليهم التركيز على العديد من تفاصيل بناء الجملة فقط للحصول على أبسط الأوامر لتشغيلها بشكل صحيح. ويتضح ذلك من خلال الصورة أدناه لمشروع VEXcode VR Python البسيط للغاية للروبوت للقيادة للأمام لمسافة 200 ملليمتر ثم الانعطاف يمينًا. في هذا المشروع البسيط وحده، يجب أن يتأكد الطلاب من أن الأقواس والنقطتين والشرطات السفلية في المكان الصحيح، وأن المعلمات يتم إدخالها بالترتيب الصحيح، وأن جميع المسافات البادئة صحيحة وأنه لا توجد أخطاء إملائية! قد يؤدي الخطأ في أي من هذه التفاصيل إلى عدم تشغيل المشروع.
الترميز بالكتل، من ناحية أخرى، يلغي الحاجة إلى التركيز على هذه التفاصيل منذ البداية. باستخدام الكتل، يختار الطلاب من صندوق أدوات خيارات الأوامر، بدلاً من استدعاء الأوامر من الذاكرة وكتابتها بشكل مثالي. من السهل قراءة الكتل – فهي تشبه إلى حد كبير اللغة المنطوقة، ويمكن قراءتها من اليسار إلى اليمين، ومن الأعلى إلى الأسفل. تتكدس الكتل بحيث لا يحتاج الطلاب إلى القلق بشأن المسافة البادئة، ويعرفون أن المشروع سيتدفق على النحو المنشود.
الصورة أدناه هي لمشروع يتصرف فيه الروبوت تمامًا مثل مشروع بايثون أعلاه، ولكن يمكن للمبرمج المبتدئ بسهولة سحب الكتل، وتجميعها معًا، وتغيير المعلمات حسب الحاجة، والتركيز على فهم التسلسل المعني.
في عرضه التقديمي، وصف الدكتور وينتروب دراسة أخرى نظر فيها إلى الطلاب الذين يتلقون دورات مبادئ علوم الكمبيوتر المتقدمة، لمعرفة ما إذا كان استخدام التعليم والتقييم القائم على الكتلة قد أثر على أدائهم في اختبار المستوى المتقدم3. ووجد أن أداء جميع الطلاب كان أفضل في أسئلة الامتحانات القائمة على الكتلة، وأن الطلاب من السكان المستبعدين تاريخيًا من تدريس علوم الكمبيوتر، مثل طلاب الأقليات والإناث، وجدوا فائدة أكبر من التدريس والتقييمات القائمة على الكتلة.
زيادة التحفيز والمشاركة
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الترميز باستخدام الكتل إلى زيادة تحفيز الطلاب والمشاركة المستمرة في علوم الكمبيوتر4. مع الكتل، تسمح دورة التغذية الراجعة المرئية السريعة، مثل مشاهدة سلوك الروبوت الافتراضي في VEXcode VR، إلى جانب سهولة تعديل مشاريع الكتل، للطلاب بالحصول على تجارب ترميز ناجحة تثبت صحة تعلمهم.
عند الترميز باستخدام النص، غالبًا ما يواجه المبتدئون أخطاء مترجم غامضة بسبب بناء الجملة غير الصحيح أو الأخطاء الإملائية. يمكن أن يتسبب خطأ صغير واحد في عدم حدوث مشكلة، والتي يمكن أن تكون ساحقة ومحبطة. يمكن أن تتراكم هذه الإحباطات بسرعة، وقد يستوعب الطلاب أن علوم الكمبيوتر صعبة للغاية، وبالتالي ليست بالنسبة لهم.
تم تصميم الترميز القائم على الكتلة لتجنب ذلك. نظرًا لأن أشكال الكتل تتناسب معًا بطرق محددة فقط، فمن المستحيل ارتكاب خطأ في المحول البرمجي. على سبيل المثال، عند الترميز في كتل، من المستحيل وضع كتلة مراسل بيضاوية الشكل كشرط في الكتلة [انتظر حتى] السداسية. سيتم قبول كتلة سداسية فقط. (انظر الصورة أدناه)، لأنها لن تتناسب معًا. على الرغم من أن مشروع الترميز القائم على الكتلة قد لا يتصرف على النحو المنشود، إلا أن الطلاب قادرون على استكشاف الأخطاء وإصلاحها بسهولة في منطق مشروعهم بدلاً من القتال باستخدام بناء الجملة.
تعزيز الفهم المفاهيمي لـ CS
عندما يتعلم الطلاب البرمجة باستخدام الكتل، يسهل فهم مشاريع علوم الكمبيوتر المعقدة. يمكن تطوير فهم مفاهيمي للحلقات والشروط والخوارزميات والمتغيرات في بيئة قائمة على الكتلة، لأن الترميز باستخدام الكتل يقلل من الحاجز أمام تلك المفاهيم عندما يتم خفض الحمل المعرفي وزيادة تحفيز الطلاب ومثابرتهم. في العرض التقديمي، شارك الدكتور وينتروب كيف أن تصورات الطلاب للبرمجة القائمة على الكتلة تؤكد ذلك، كما هو موضح أدناه.
كما هو موضح في العرض التقديمي، يعد الترميز القائم على الكتلة أداة قوية تسمح للطلاب من جميع الأعمار بتعلم علوم الكمبيوتر التمهيدية. فكرة أن المدرسة الثانوية، أو الطلاب الأكبر سنا يجب أن يبدأوا الترميز في النص لا يخدم الطلاب. بعد كل شيء، إذا كان طالب في المدرسة الثانوية قد بدأ للتو في تعلم العزف على البيانو، فلن تبدأه بالإصرار على عزف سوناتات بيتهوفن لأنها قطع بيانو "حقيقية". سيتعلمون باستخدام أدوات الموازين والأربيجيو وكتب الأغاني التمهيدية – السقالات "الحقيقية" للغاية اللازمة لعزف البيانو الناجح - لماذا لا تمنح متعلمي علوم الكمبيوتر نفس الفرصة لاستخدام الأداة المناسبة للوظيفة!
لمشاهدة العرض التقديمي ومعرفة المزيد عن عمل الدكتور وينتروب، شاهد هذا الفيديو من مؤتمر VEX للمعلمين لعام 2023 في مكتبة الفيديو PD+. هل تريد معرفة المزيد عن التدريس باستخدام VEXcode VR ولماذا يعد بدء الطلاب بالترميز القائم على الكتلة قويًا جدًا ؟ اطلع على درس PD+ Masterclass الجديد لتحقيق أقصى استفادة من التدريس باستخدام VEXcode VR. وإذا كنت ترغب في التحدث مع خبير VIX حول أي شيء في هذه المقالة، فاشترك في جلسة فردية أو انشر سؤالك في مجتمع PD+.