Абстрактные науки и математика становятся коммутационными начинаниями. Этот факт отражен в недавно выпущенных научных стандартах следующего поколения, и решении включить вычислительное мышление в качестве основной научной сертификационной практики.
В связи с этим и возросшим присутствием вычислений в математическом и научном контекстах возникла новая настоятельная необходимость в определении коммутационного мышления и обеспечении теоретической основы для того, какую форму оно должно принимать в классах естественных наук и математики в школах. Многие дают ответ на этот вызов, предлагая определение компьютерного мышления для математики и естественных наук в форме таксономии, состоящей из четырех основных категорий: практика данных, моделирование и моделирование, практика решения вычислительных задач и практика системного мышления.
- Формулируя эту таксономию, почти все опираются на существующую литературу по компьютерному мышлению, интервью с математиками и учеными, а также на образцовые вычислительные материалы, размышляя об учебных материалах. Многие приводят аргументы в пользу внедрения компьютерного мышления в математику и естественные науки, представляют таксономию и обсуждают, как представляется таксономия, в общем, используя для приведения нынешних усилий в области образования в соответствие с возрастающей численностью современных естественных наук и математики.
Набор практических рекомендаций, который может быть использован для быстрого и эффективного внедрения вычислительного мышления в классы математики и естественных наук. При выборе широкого охвата математики и естественных наук эта таксономия определяет общий язык, который может использоваться в классах и на факультетах для того, чтобы помочь учащимся понять междисциплинарный характер и широкое применение компьютерного мышления.
Таким образом, таксономия, предназначена для широкого круга заинтересованных сторон в сфере образования, включая учителей, администраторов, разработчиков учебных программ, специалистов по оценке и исследователей в области образования.
Для учителей такая таксономия призвана обеспечить конкретный, четко очерченный набор практических методов, которыми можно руководствоваться при реализации учебных планов в классе и разработке учебных программ. Существует надежда помочь учителям понять, как они уже применяют компьютерное мышление в своих классах, и помочь им в более полном развитии этих аспектов урока. Цель всего этого заключается не в радикальном изменении существующей практики опытных учителей, а в том, чтобы эта классификация служила источником для дополнения существующей педагогики и учебных программ более сложными методами вычислительного мышления.
Для администраторов и лиц, ответственных за разработку политики, таксономия призвана содействовать формированию ожиданий и установлению приоритетов в области математики и естественнонаучного образования, особенно когда речь идет о подготовке учащихся к удовлетворению потребностей XXI века. Понимание все более сложных аспектов этих областей может также помочь администраторам распределять ресурсы для повышения квалификации в соответствии с потребностями учителей.
Методы
Для развития таксономии практики компьютерного мышления в математике и естественных науках были использованы многоцелевые ресурсы, чтобы определить характерные практики, которые наиболее важны как для удовлетворения потребностей студентов, так и для отражения работы специалистов в различных математических и естественнонаучных дисциплинах. На протяжении всего процесса все тесно сотрудничали с другими исследователями, преподавателями и разработчиками учебных программ в области НТИМ.
В первую очередь использовали три ресурса для создания и подтверждения таксономии:
- образцовые образовательные мероприятия, связанные с кумулятивным мышлением в математике и естественных науках;
- существующие перечни концепций и нормативных документов;
- интервью с математиками и учеными.
Сбор данных
Данные собираются путем наблюдений и измерений. Вычислительные инструменты играют ключевую роль в сборе и записи разнообразных данных в рамках многих различных научных и математических исследований. Вычислительные инструменты могут быть полезны на различных этапах сбора данных, включая разработку протокола сбора, запись и хранение. Студенты, освоившие эту практику, смогут предложить систематические протоколы сбора данных и сформулировать, как эти протоколы могут быть автоматизированы с помощью вычислительных инструментов, когда это необходимо.
В общем, доводы, которые приводятся в пользу включения компьютерного мышления в учебный процесс по математике и естественным наукам вполне имеют право на жизнь.
Можно видеть три основных преимущества в подходе, заключающихся во внедрении в этих контекстах коммутационного мышления:
- она основывается на взаимных связях между компьютерным мышлением и математикой и естественными науками,
- она решает практические задачи охвата всех учащихся и обеспечения наличия квалифицированных преподавателей
- она обеспечивает более полное соответствие естественнонаучного и математического образования нынешней профессорско-преподавательской практике в этих областях.
Представлена таксономия, в которой сформулировано определение термина вычислительное мышление в математике и естественных науках и содержится язык, на котором могут быть разработаны стандарты, учебные программы и методы оценки. При этом рассматривается проблема двусмысленности и недостаточной точности, которая мешала большей частью дискуссий вокруг вычислительного мышления.
Достижение этой цели требует наличия суппорта, объединяющего различные заинтересованные стороны, для достижения успеха. Это включает в себя: учителя, которые привыкли преподавать материал и получать профессиональное развитие в ходе уроков и технологий, основанных на культах; руководство школ, выделяющее ресурсы для поддержки инклюзивности; разработчики политики, отдающие приоритет вычислительному мышлению как части математики и естественно-научного образования; разработчики учебных программ и оценки, создающие материалы для компьютерного мышления, предназначенные для классов естественных наук и математики; и более широкое сообщество, поддерживающее усилия по внедрению компьютерного мышления в эти образовательные пространства.
Включение вычислительного мышления в качестве основной научной практики в научные стандарты следующего поколения и использование аналогичных языков в математических стандартах является важной вехой, однако предстоит еще многое сделать для решения проблемы образования технически и научно грамотного населения и подготовки следующего поколения ученых мирового класса.