Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Computational thinking

Computational thinking is een manier om problemen op te lossen en systemen te ontwerpen waarbij centrale concepten uit de informatica/informatiekunde een rol spelen.

In de lerarenopleiding en het onderwijs zien we – anno 2020 – een toenemende belangstelling ruimte te creëren, waarbij zowel gekozen wordt voor een geïsoleerde benadering (apart leerlijntje e.d.) als voor een meer geïntegreerde benadering (bijv. situeren in rekenen-wiskunde).

‘Bedenker’ van de term computational thinking lijkt te zijn: Jeanette Wing, Professor and Chair of Computer Science at Carnegie-Mellon University. Zie Publicatie (2006).

Een andere ‘vroege bron’ van vergelijkbare ideeën is ‘Mindstorms’ van Seymour Papert (1980).

Computational thinking is a way of solving problems, designing systems, and understanding human behavior that draws on concepts fundamental to computer science. Computational thinking is thinking in terms of abstractions, invariably multiple layers of abstraction at once. Computational thinking is about the automation of these abstractions. The automaton could be an algorithm, a Turing machine, a tangible device, a software system –or the human brain. Recursively, it could be a network of these. Computational thinking gives us the power to scale beyond our imagination.

Bron: Wing, 2006

Computational thinking and mathematical thinking: digital literacy in mathematics curricula

In technology-rich mathematics education, we wonder how mathematical thinking, central in the new Dutch mathematics curricula, can be integrated with computational thinking, stressed in the Dutch informatics curriculum and the curriculum.nu reform. The main research question of this practice-oriented study is: How can a teaching-learning strategy, focusing on digital tool use, support 16-17 years old pre-university students in developing computational thinking skills related to mathematical thinking?

project 2019-2022, Universiteit Utrecht

Zie ook
website nro

Op 15 mei 2020 gaf Rosanne Hebing (docent-onderzoeker Iselinge) tijdens de ELWIeR-Ecent conferentie een workshop over haar onderzoek ‘computational thinking op de pabo’.

In september 2019 zijn Iselinge Hogeschool en Hogeschool iPabo van start gegaan met een door Sia gefinancierd postdoconderzoek naar computational thinking op de pabo. Namens Iselinge Hogeschool voert postdoconderzoeker Rosanne Hebing het onder begeleiding van Anna Hotze – lector W&T aan Hogeschool iPabo – en Ronald Keijzer – lector rekenen-wiskunde aan Hogeschool iPabo uit. Hogeschool iPabo en Iselinge Hogeschool werken al enige tijd samen als het gaat om onderzoek naar toekomstgericht onderwijs. Computational thinking (CT) is één van de 21e-eeuwse vaardigheden. Vaak wordt het in één adem genoemd met programmeeronderwijs, maar het is meer dan dat: goed CT-onderwijs leert kinderen stapsgewijs denken en met behulp van technologie op creatieve wijze problemen oplossen. Het afgelopen decennium is groeiende aandacht ontstaan voor CT in het basis- en voortgezet onderwijs. Echter, in het pabocurriculum wint CT maar mondjesmaat terrein, waardoor aanstaande leerkrachten onvoldoende worden voorbereid op het toepassen van CT in hun onderwijspraktijk. Initiatieven tot curriculumontwikkeling vanuit SLO en Curriculum.nu benoemen CT als onderdeel van een toekomstbestendig curriculum. Het is daarom van belang dat onderzoek een brug slaat tussen de veranderende beroepspraktijk van basisschoolleerkrachten en het pabocurriculum.

Het postdoconderzoek heeft als doel inzicht te krijgen in de manier waarop CT in het pabocurriculum voorkomt en in de kennis, vaardigheden en houding van pabodocenten, pabostudenten en basisschoolleerkrachten op het gebied van CT. Deze inzichten leiden tot ontwerpcriteria voor onderwijsmaterialen en aanbevelingen voor het pabocurriculum die op hun beurt de basis zijn van ontwerponderzoek op twee lagen: er worden lessen ontworpen voor het pabocurriculum en voor de basisschool door middel van lesson study. Resultaat wordt een website waarop zowel pabodocenten als aanstaande en zittende basisschoolleerkrachten informatie, voorbeelden en best practices kunnen vinden op het gebied van het verweven van CT in hun onderwijs.

Het postdocproject loopt van september 2019 tot en met augustus 2021. rosanne [at] hebing@iselinge.nl. Zie ook de Powerpoint presentatie van 15-5-2020 (pptx).

Op 17 mei 2019 gaf Gerard Dummer (pabo-docent informatica, HU) tijdens de ELWIeR-Ecent conferentie een workshop over zijn onderzoek met de titel ‘Programmeren van apparaten’.

Abstract
Kinderen groeien op in een wereld die bol staat van technisch geprogrammeerde systemen. Hoe deze systemen werken is voor velen echter een raadsel. In het promotieonderzoek van Gerard Dummer wordt onderzocht hoe leerlingen op de basisschool inzicht in de werking van deze alledaagse systemen kunnen krijgen. Hierbij wordt vooral ingezoomd op het programmeren van deze systemen. Dit promotieonderzoek biedt verdieping op het vakgebied Natuur en Techniek en het verkent de mogelijkheden van physical computing in het basisonderwijs. Daarbij wordt ook gekeken in hoeverre de verschillende aspecten van computational thinking een rol kunnen spelen in het vergroten van de inzichten. In het eerste jaar van het onderzoek is gekekeken welke contexten aansprekend zijn en welke programmeerproblemen leerlingen ervaren.
In deze workshop gaan we op basis van een context (het programmeren van een parkeerplaats) aan de slag met verschillende opdrachten die het inzicht in de werking van dit systeem steeds meer verdiepen. Daarbij zullen deelnemers zelf deelnemen aan een unplugged activiteit waarmee we de werking van het systeem zullen simuleren, een computational thinking opdracht uitvoeren en zelf gaan

Verslag
De aanwezigen bij de workshop kwamen uit verschillend hoeken van het onderwijs. Docenten uit het VO en HBO, maar ook een toets deskundige van het CITO en een docentenopleider.
De workshop begint met een kennismaking van het onderzoek van Dummer. Hij doet onderzoek naar de didactiek van programmeren. Basisschoolleerlingen krijgen een programmeeropdracht met een micro:bit. Een micro:bit is een klein programmeerbaar computertje wat onder andere een aantal lampjes, twee knoppen en een sensor op zich heeft. Met de micro:bit gaan de kinderen een lift van lego, een robot en een parkeerplaats programmeren. Bij de parkeerplaats moet worden gedacht aan de samenwerking tussen de slagboom, de sensor en de (on)bezette parkeerplaatsen. De leerlingen vonden het leuk en wilden het graag oplossen. Door veel te testen kwamen de kinderen er zelf uit, maar een nieuw probleem oplossen en opstellen lukten hen niet. Dr leerlingen konden goed een lineair stappenplan volgen, maar vonden het lastig om for-loops en if-then constructies te gebruiken.
In de toekomst zal Dummer kijken welke leerstofopbouw en instructiebenaderingen geschikt zijn om niveauverhoging te bevorderen. In de literatuur gebruikt met daarvoor het stappenplan: Use, Modify, Create. Aan de hand van dit stappenplan heeft Dummer een werkboek gemaakt bij de micro:bit. In de workshop ging men hier nu mee aan de slag. De aanwezigen volgden het werkboek, ze lieten hartjes en hun naam verschijnen op de micro:bit. Er was ruimte om opmerkingen over het werkboek te maken. Er werd een vierde stap gemist in het stappenplan. Het zou misschien beter zijn als er nog een Analyze-stap zou zitten tussen Use, Modify, Create. Waarom werkt iets zoals het werkt? Een andere opmerking was dat er op veel schermen tegelijkertijd moest werken. Op een papieren stencil, een online stappenplan en in de porgrammeer omgeving van micro:bit.
Ten slotte werd er in de workshop nog ingegaan hoe leerlingen beter inzicht kunnen krijgen in de werking van een code. Dummer had hier een fysieke opdracht voor in de vorm van de geprogrammeerde parkpeerplaats na te spelen. Iedere leerling kreeg een taak: slagboom, auto, centrale. Doordat de leerlingen u alleen een stukje speelden uit de code, kregen de leerlingen ook meer inzicht in de werking van de code.

Vaak kruipt bij de term ‘computational thinking’ een misverstand in de discussie dat het gaat om een vaardigheden die niet kunnen bestaan zonder ‘hard- en software’.

Het lijkt goed om de zienswijze achter het materiaal CS Unplugged (Computer science unplugged) er bij te betrekken, en dan is er veel te ontdekken (overigens ook voor jonge kinderen, niet alleen kinderen vanaf 10 jaar), in spelvorm, in ontdekkingstochten.

Zie o.a. de Grote Rekendag van 2016 waarin enkele ideeën op dit vlak zijn verwerkt w.b. rekenen.

In 2020 ontstaat het idee om voor de pabo’s meer samen te gaan werken, wellicht in de vorm van een landelijke werkgroep ‘digitale geletterdheid’, op het thema: ‘wat zou je aan computational thinking kunnen doen in de bestaande vakken?’ (zoals taal en rekenen/wiskunde).

Dit initiatief kan/zal ook samenhangen met de netwerkvorming die plaatsvindt in het kader van het Sprong-STEM project.

ELWIeR en Ecent als één STEM