Що мені робити з групою 16-17 років, щоб зацікавити їх інформатикою?

Я буду залучатися до свого роду «відкритим днем» у своєму університеті через кілька тижнів. В рамках цього часу мені (разом із колегою) протягом двох годин дають цілу купу учнів середньої школи, а також комп'ютерну лабораторію, достатню для того, щоб їх утримувати всі, і я повинен робити якісь діяльність або комплекс заходів з ними, щоб заохотити їх займатися інформатикою (в моєму університеті в ідеалі, але в цілому також). Я абсолютно втрачений, що робити тут, і вітаю будь-які пропозиції.

• Ви можете змусити їх малювати картини, використовуючи без контексту граматику. контекстне вільне мистецтво Це також працює для людей, які ніколи раніше не програмувались, а для досвідчених програмістів. Основну мову досить легко пояснити, можливо, за півгодини.
• Навчитися чомусь геометрії за допомогою графіки Черепахи теж має бути приємно. Логотип був розроблений для дітей, тому у старшокласників проблеми не повинно бути. На YouTube є приємні відеоролики про дітей, які використовують Логотип
• Якщо ви можете отримати свої руки на деяких роботах MindStorms, програмування їх буде дуже весело.
• Існує безліч ігор програмування, в яких ви програмуєте роботи на боротьбу один з одним, або складаєте програми, які намагаються перезаписати один одного у віртуальній машині. Вікіпедія на тему , пов’язана із питанням stackoverflow
• Ви також можете подумати про якийсь апаратний проект. Зробити мікроконтролер блимає світлодіодом залежно, наприклад, від кількості непрочитаних електронних листів у вхідних.
• Дозвольте їм реалізувати різні алгоритми генерації лабіринтів , спробуйте придумати критерії, які роблять лабіринти «важкими для людини». Якщо дозволяє час, розширюйте алгоритми на не тільки коридори, але й кімнати.
• Купіть пару Arduinos та світлодіодів. Нехай вони запрограмують мигалки.

Перевірте комп’ютерну науку відключеною . З їх сайту:

CS Unplugged - це набір безкоштовних навчальних занять, які навчають інформатики за допомогою захоплюючих ігор та головоломок, у яких використовуються картки, струни, олівці та багато бігу.

Заняття знайомлять студентів з основними поняттями, такими як двійкові числа , алгоритми та стиснення даних , відокремлені від відволікань та технічних деталей, які ми зазвичай бачимо на комп’ютерах.

CS Unplugged підходить людям будь-якого віку , починаючи з початкової школи до літніх людей , а також з багатьох країн та походження. Відключена мережа використовується у всьому світі вже понад п’ятнадцять років, у класах, наукових центрах, будинках і навіть для святкових подій у парку!

Більшість магістрантів, які я знаю, вважають навчання програмою найбільш болючою і деморалізуючою частиною їхньої освіти. Тому я б тримався осторонь всього, що стосується самого програмування. Як уже зазначалося scphantm , ви, ймовірно, також не встигнете на це.

Те, що ви шукаєте, - це двогодинна вправа, яка задовольняє дві цілі:

• Це досить захоплююче, щоб випускників середніх шкіл зацікавити достатньо дві години,
• Це дасть їм уявити, що таке комп'ютерна наука, і сподіваємось зацікавити їх.

Перша мета досить незалежна від того, що ви насправді збираєтесь показати, і має набагато більше спільного з тим, щоб бути хорошим викладачем / ведучим. Хороша дидактична практика, тобто тримати вашу аудиторію на ногах, дозволяти їм спробувати невеликі речі в групах, даючи передишку кожні 15 хвилин тощо.

Друга мета - це трохи хитрий біт, і те, що, на мою думку, найкраще працює тут - це вирішити проблему, яку можна пояснити їхніми поточними знаннями, показати, як можна алгоритмічно описати рішення, а потім показати, як це рішення можна аналізувати і вдосконалено.

Хорошим прикладом є проблема найкоротшого шляху в графіках, інакше відома як система навігації GPS. Ніяких пояснень не потрібно. Ви можете дати їм невелику карту з накресленими вагами / довжиною і кулькою олівців, щоб реально виконати алгоритм так, як ви його описуєте.

Потім ви можете розпочати дискусію про те, як би ви знайшли найкоротший шлях і так далі, дозвольте їм спробувати сформулювати його як алгоритм тощо. Потім ви опишете алгоритм Дейкстри , дозволяючи їм розфарбувати вузли як відвідувані , орієнтовні та непроглянуті набори. Бам. У вас алгоритм!

Якщо у вас ще є час, ви можете продовжувати пояснювати деякі деталі, тобто речі, які ми сприймаємо як належне, як пошук мінімуму в наборі орієнтовних вузлів. Якщо ви досягнете цього далеко, ви можете показати різницю між лінійним пошуком і купою, і в якості бонусу ви отримаєте -нотацію.$\mathcal O$

Сказавши все це, це приблизно наскільки я б пішов. Тримайтеся подалі від усієї дискусії проти десятистопним полюсом. Хоча більшість вчених-комп’ютерів вважають це захоплюючим, більшість учнів середньої школи не захочуть. Я знаю це з досвіду. Ключове, на мою думку, полягає в тому, щоб почати з проблеми, яку вони можуть зрозуміти, або пов’язати з нею, і прийняти її звідти без необхідності багато вводити.Н $P$$NP$

Якщо у вас є лише дві години, ви не збираєтеся робити багато кодування. Просто навчитися синтаксису буде важко в цей час, але є багато речей, які можна зробити замість цього.

Як пропозиція, спробуйте навчити їх контролювати потік та важливість конкретності:

1. Розділіть клас на 2, "роботів" та інших "програмістів".
2. Придумайте відповідний виклик, який вимагає простої логіки, циклічного виконання тощо. - Нижче є приклад.
3. Попросіть "програмістів" виписати список інструкцій, які надаються "роботам"
4. Попросіть "роботів" виконати інструкції, але дайте "роботам" знати, що якщо інструкції є заплутаними, їм дозволяється зупинятися, помилятися чи іншим чином діяти до тих пір, поки "програміст" не зупиниться і не налагодить їх. Гарантований, якщо йому нададуть шанс розігруватись, то здобуде високий школяр.

Як приклад завдання, встановіть кілька діжок з різними кольоровими кулями, з відповідними кольоровими смужками паперу в іншому місці та достатньо маленьких відра для кожної пари робота / програміста. Завдання полягає в тому, щоб робот наповнив відро кулями, однак для цього вони можуть брати лише кульки, які відповідають певній смужці паперу. Якщо в діжці більше немає кульок такого кольору, робот повинен повернути свою смужку паперу і зібрати нову.

Це завдання вимагає умовного розгалуження, циклу, керування помилками та мислення поступово. Всі речі, в яких програміст повинен бути хорошим, незалежно від мови та діяльності.

Запустіть щось подібне двічі, щоб "роботи" та "програмісти" могли поміняти місцями. Між тим дайте невеличкий урок щодо вищезазначених моделей мислення, і вони виступлять набагато краще за друге, закривши невелику розмову про великі події в програмуванні - перемогу над нацистами, виїзд на Місяць, Інтернет та ін. у вас буде кімната потенційних і задіяних програмістів!

Я навчав багатьох програмістів. Якщо все, що у вас є, - це 2 години, не поспішайте навчати їх кодувати. Комп'ютерна лабораторія теж непотрібна. Щоб перейти від нуля до привітного світу, ви втратите половину класу і витратите 45 годин на 2 години, займаючись глюками, і нічого не зробите.

Можливо, вам пощастить показати їм, що таке думати, як програміст. Дайте кожному з них килимок паперу та ручку і скажіть їм написати програму своєю мовою про те, як забрати свій стільниковий телефон зі столу та здійснити телефонний дзвінок. Пройдіть їхні відповіді. Якщо ваш код веселий з будь-якої солі, ви можете перейти через їхні програми і сказати їм, як зробити їх краще і як вмістити деталі, які вам потрібно мати. Потім попросіть їх написати програму своїми словами, щоб зробити щось інше щоденне. надягай штани, чисти зуби, відкривай двері, що завгодно. Зробіть те саме з цією програмою.

Дайте їм смак того, що це думати, як програмісту. Вони, безумовно, отримають більше від цього, ніж ви намагаєтесь навчити їх Python за 2 години.

Ви можете спробувати Алісу . Це IDE та API для 3D-анімації. У ньому є всілякі вбудовані об'єкти (кролики, прибульці, дерева, будівлі, ...), які ви можете розмістити на початковій сцені, за допомогою методів дуже високого рівня: як walk(north)(які анімують руки та ноги, коли персонаж рухається) і say("my name is Winky")це може призвести до появи мультфільмів з міхура.

Це дозволяє підключити події клавіатури та миші, щоб ви могли робити інтерактивні речі.

Основною мовою програмування є Java, але IDE надає графічний варіант, коли ви перетягуєте частини виразів у вікно редактора. (Це не дозволить створити синтаксичну помилку.)

Я думаю, ви могли б все це налаштувати зі сценою, щоб хтось без досвіду програмування міг зробити щось цікаве всього за пару годин.

Кодування, навіть іграшкою або графічною мовою, здається надуманою протягом години. Чорт, я не впевнений, що я міг би знову забрати Алісу і зробити щось вартісне за 2 години. Може бути вихідний, але не 2 години.

Я б запропонував звести CS до найголовнішого: необхідне вирішення проблем та аналіз. Розбийте групу на команди. Виберіть 10 хвилин, щоб описати кілька обчислювальних завдань високого рівня. Це повинні бути легкі проблеми, які легко пояснити людям з мало математичним або CS-досвідом. Приклади включають:

1. Сортування списків
2. Знаходження мінімально простягаються дерев
3. Обчислювальні (приблизні) корені цілих чисел
4. тощо.

Виділіть ще 10 хвилин для подальшого обговорення та пояснення завдання. Кожній групі присвоєно одну проблему, для вирішення якої слід вирішити мозковий штурм. Команда матиме півгодини, щоб спільно розібратися у вирішенні рішення чи вирішення поставленої проблеми. Потім знайдіть годину, щоб розглянути рішення всієї групи, і дайте дітям зрозуміти, працюють вони чи ні, чи є швидший / кращий спосіб вирішити проблему тощо.

Якщо діти не сідають на правильне / оптимальне рішення, це нормально. Однак не просто дайте відповіді - це абсолютно критично. Причина, чому діти більше не роблять STEM, полягає в тому, що вихователі створюють малюкам враження, що все вже з'ясовано. Потрібні дуже зрілі консультанти, які дозволять дітям спробувати вирішити ці проблеми, а також досягти успіху чи невдачі самостійно. Правильна відповідь не в цьому суть. Справа в тому, щоб дати дітям цікаві проблеми та показати дітям, що стосується інформатики: вирішення проблем та оцінка рішень для правильності та ефективності. Якщо діти придумують власні відповіді, це дасть їм відчуття власності та допоможе їм відчути себе залученими.

Звичайно, якщо діти запитують, чи отримали вони правильну / хорошу / найвідомішу відповідь, скажіть їм правду. Але не давайте відповідей, якщо вони органічно не з’являються в результаті обговорення рішень студентів. Узагальнити:

1. Дайте дітям легко зрозуміти, але багаті проблеми вивчити.
2. Нехай діти придумують власні рішення, надаючи лише достатню допомогу, щоб діти зрозуміли проблему.
3. Обговоріть правильність / ефективність у групових умовах, даючи групам можливість пояснити свої рішення. Як консультанти, ви можете взяти дискусію про правильність / ефективність, наскільки ви думаєте, що це може вигідно піти.
4. Ні за яких обставин не слід представляти власні чи будь-які відомі рішення проблеми, якщо вони в основному не ідентичні тим, які надають студенти. Не варто здаватися, що CS - це поле, де люди вже зрозуміли всі відповіді.
5. По можливості залиште дітям відчуття, ніби вони чогось навчились, але так, щоб вони все ще мали запитання: чи знайшли вони найкращі відповіді? Чи інші їхні питання вони можуть вирішити аналогічно? Ви можете навіть надати їм якусь нерозв'язну проблему в простому для засвоєння форматі, щоб дати їм можливість працювати над цим згодом.

Зараз мені 17, і я почав програмувати приблизно в той час, коли мені виповнилося 16 років. Я збираюся розповісти свою історію, а потім висловлю кілька пропозицій: Мій інтерес до програмування почався, коли я спостерігав за хлопцем з комп’ютерних технологій, якого я зателефонував зі своїми регістрами та командним рядком ( незважаючи на те, що він хотів 500 доларів виправити свої BSOD, а я не заплатив, я виправив їх самостійно). Тому я гугл "мову командного рядка" і дізнався, що там щось називається "вихідний код", і це дозволило вам програмувати . У той час я не здогадувався, що таке c ++, я навіть не думаю, що коли-небудь чув про нього. Тому я пішов на cpp.com (дуже погані підручники, ви дізнаєтесь поганих і застарілих практик) і почав вивчати основи. Мій розум зійшов з розуму, і я насправді дізнався, що вірус, яким я заразився, викликав мої проблеми, був написаний на c ++, що ще більше мене зацікавило. Пізніше я почав читати, вивчати складання та інші мови високого рівня. Я спершу хотів дізнатися про зловмисне програмне забезпечення та графічне програмування.

1. Це може здатися поганим, але багато людей мого віку насправді цікавляться руйнівною стороною програмування. Перше питання, яке я отримую від своїх друзів, коли я кажу їм, що я їм дуже добре з C ++, це "Чи можете ви робити віруси, міняти оцінки або ламати ігри" Я не зовсім на цьому рівні ... Хоча я останнім часом вивчав ін'єкцію dll, тому я отримую там. Можливо, вам вдасться придумати щось зловмисне програмне забезпечення, яке не є небезпечним чи незаконним, але все ж цікавим. (Можливо, отримайте інформацію про вхід учня зі шкільного сервера) Ви можете поговорити з ними про те, як працюють також віруси та шкідливе програмне забезпечення.
2. Розробіть маленьку гру за покемоном та опишіть їм, як працюють ігри та ігрові двигуни. Багато людей, напевно, будуть здивовані, дізнавшись, що в багатьох подібних іграх 2d персонаж насправді не рухається, фон є, а персонаж просто використовує анімацію, говорять про випадкові числа тощо. Придумайте також кілька демонстрацій 3D.
3. Постарайтеся триматися подалі від пояснення того, що робить код , спробуйте сказати їм, що програмасамо собою, не надто розмовляючи про код. На мій досвід, це простий спосіб привернути увагу людей, особливо якщо вони не розуміють основ мови. Насправді я б спробував не по-справжньому ставити вихідний код все там, бо це могло б досить відштовхувати когось дивитись на 500 рядків коду і нічого не розуміти. Крім того, якщо у вас є хтось, кому ви демонструєте це, як я, вони, ймовірно, зададуть ланцюжок питань, оскільки вони мають цікавий розум. тобто: Ви говорите про випадкові числа, вони запитують, що таке випадкові числа і звідки вони беруться ... ніж ви повинні пояснювати їм про електронні шуми та про те, як його випадковість і все, ніж ви, мабуть, опинитесь у ситуації, коли ви так само, як "я не знаю".

4. Lego Mindstorms - чудова ідея. Якщо ви не хочете пройти довгий маршрут і використовувати основну мову, він поставляється з мовою програмування стилю блоків, яку ви можете використовувати. Я зрозумів мову приблизно за 30-40 хвилин, все вирівнюється, коли ви думаєте про це

5. Ви можете швидко розробити додаток і показати його, поговорити з ними про $$, який може вийти від розробки додатків.

деякі з моїх улюблених

• генеруючи фрактали . вони мають міцний зв’язок з глибокою математикою та комп'ютерною графікою, а також вони, природно, підходять для паралелізму. це ілюструє складність та виникаючу поведінку , особливо коли ви збільшуєте масштаб до довільних масштабів, і має міцні зв'язки з наукою та природними явищами. не важко написати паралельний фрактальний код, який працює на декількох машинах. один експеримент полягає у тому, щоб кожна машина відображала випадкові лінії, які вона обробляла (наприклад, "ведені" машини, які обробляють лінії з черги), а потім центральна машина відображає комбіновані результати.

• лего робототехніка (або інші набори з робототехніки, наприклад, штамп ). Штурмовики - це іграшка, але вона може бути дуже розвиненою, яка служить відчутною демонстрацією абстрактних понять. програмне забезпечення, яке може бути запущене на них, може бути дуже складним, і вони можуть мати складні петлі / алгоритми сенсорного мислення. є багато хороших книжок споруд. також вражають кубики Рубікса , які нещодавно побили світовий рекорд.

• малиновий пі - це нова недорога платформа, яка викликає великий інтерес та використання. він може бути використаний для демонстрації програмування Linux, робототехніки тощо, має вихід HD та ін. Див. напр., суперкомп'ютер Саутгемптона малинового пі зі стійкою Lego.

• Логотип, як згадується в іншій відповіді, - стара класика. Ще один новий кут - ігрове програмування, наприклад, з новою популярною мовою під назвою Scratch (винайдена в MIT ). він може викладати багато природних / сучасних тем CS.

ось інший кут. на кордонах наукового розуміння існує стільки цікавих відкритих проблем чи нових технологій інформатики, що можуть викликати цікавість / дивовижність, тобто дослідження довколишнього тера інкогніта . якщо ви поставите проблеми, а потім попросіть класу взяти участь у дискусії про наслідки рішення, це може викликати значний інтерес / натхнення. [оскільки ви згадуєте про наявність комп'ютерної лабораторії, можна було б також творчо придумати деякі практичні комп’ютерні вправи, пов'язані з цими напрямками.]

це може сприймати науково-фантастичне відчуття, але в CS, як ні в одній галузі, воно за короткий час перетворює те, що колись було наукою. вони також можуть бути суперечливими та своєчасними, з'єднуючись із сьогоднішніми заголовками, і студенти можуть почати розуміти, наскільки всюдисущий КС у нашому світі / суспільстві та наскільки він важливий при широкій інтерпретації. ось кілька великих:

• Проблема складання ДНК до білка . чи існує алгоритм, щоб його точно обчислити?

• штучний інтелект взагалі. Це можливо? чи стосується етики?

• робототехніка має різні ключові області. наприклад, автономні авто / водіння . його на найближчому горизонті. як це вплине на суспільство? відео конкурсу DARPA з не надто давнього часу вражає. У написанні Курцвейла є багато речей, які можна вникнути. безпілотники є складною темою, яку рідко відкрито обговорюють і все частіше застосовуватимуться на внутрішньому рівні. що марсоходи незвичайні технології і є дивовижні історії , які стоять за нею, наприклад, як системи повинні були бути налагоджені дистанційно interplanetarily , коли їм не вдалося.

• Системи спостереження на основі ІТ для виявлення злочинів / тероризму останнім часом широко висвітлюються в новинах.

• $\neq$

• бозон Хіггса неможливо було виявити, і суперколадер не може взагалі функціонувати без великих систем на основі CS для аналізу "великих даних".

• Закон Мура . як далеко це триватиме? наскільки це вже вплинуло на суспільство / людство?

• Квантові комп'ютери . чи можливі вони? чи будуть вони швидшими? вони будуть невисокими або завжди неприємними? Dwave - це колоритне тематичне дослідження, є чудова стаття SciAm від Ааронсона тощо

• Алгоритм Google pagerank - одне із багатомільйондолярних чудес сучасної інформатики. це буде продовжено? як працює фільтрація спаму? компанія, здається, рухається до аналізу зображень тощо.

• алгоритмічна / високочастотна торгівля тепер переміщує величезні обсяги / вартість торгів. це добре / погано? збільшується / зменшується? чи буде це врегульовано в майбутньому? про яку комп'ютерну гонку озброєнь бере участь?

• суперкомп'ютери є масовими, вирішують дивовижні проблеми і стають все більшими. чи є обмеження? що вони обчислюють і що вони будуть обчислювати в майбутньому? дещо пов'язані, Big Data та datamining .

• Сайти в соціальних мережах мали величезні наслідки для менш ніж десятирічного зростання. вони беруть участь у розпалюванні народних повстань, наприклад, арабська весна та стіна окупації . яке їх майбутнє?

Я маю твердження, що

• фокусується на інформатиці (не програмуванні чи допоміжній),
• починається з приміщення, яке знає більшість дітей
• насправді було випробувано і працює.

Ми проводили невеликі семінари зі старшокласниками про Міночистач . Майстерня буде приблизно так:

1. Давайте трохи пограємо в гру (більшість її знає).

2. Що ми щойно зробили? Яку проблему ми намагаємося вирішити? Чи можемо ми сформулювати загальні правила?

   Зазвичай це займе певний час. Діти не використовуються для формулювання задач з точки зору введення та виведення, щоб не було загальних правил їх вирішення. Ті, хто раніше програмував, оцінять зусилля; посилання на "код спагетті" може допомогти. Тим не менш, правила будуть простими більшість часу, враховуючи лише одну клітинку за один раз.

3. Виявіть проблеми з правилами.

   На цьому етапі ви хочете ввести тренажер тральщика . Той, який виконали Байєр, Снайдер та Куєрі, не є ідеальним, але дозволяє демонструвати ретельно розроблені сценарії.

4. Удосконалити набір правил, щоб охопити більше сценаріїв.

   Це, як правило, змушує учнів разом досліджувати все більше клітин. Ви також можете підштовхнути їх до «вирішити всі» підходи, як-от висловлення інформації, що знаходиться під рукою, як система лінійних рівнянь - це з’являється, якщо ви спробуєте висловити наявну інформацію математичними термінами. Студенти вже знають, як вирішувати такі системи!

5. Зверніть увагу на обмеження.

   По-перше, існують сценарії, які не мають (детермінованого) рішення. Крім того, ми можемо протиставити грубі сили з нашими розробленими стратегіями. Чи можемо ми розміщувати швидкість проти потужності? Якщо з'явиться системний підхід рівнянь, зауважте, що ми можемо це ефективно вирішити лише через реальні завдання, але нам потрібні бінарні відповіді. Створювати сценарії, які призводять до величезних умов виконання, не так вже й складно (для ілюстрації ми використовували комп’ютерну алгебру).

Залежно від групи, цей підхід дозволяє природним чином висвітлити декілька принципів інформатики: визначення проблем, опис загальних алгоритмів, ітераційне вирішення проблем, а також питання обчислюваності та складності можуть бути зачеплені.

Відгуки студентів загалом були позитивними; вони відчувають себе залученими і виявляють інтерес до понять. Важливо нехай вони виконують більшу частину роботи, лише обережно підсуваючи їх у потрібному напрямку, задаючи загострені запитання.

у вас є багато справ, щоб зробити ... але одне, що могло б виглядати таким чином "грошима", тому представляйте питання "P ≠ NP" та премію за сім тисячоліть, коли я був у середній школі, я читав про це, хоча не знав позначень єдине, що я розумію: є великий приз і питання! інші речі представляли б зв'язок математики та інформатики, наприклад: розв’язування рівнянь, перевірка рішень за допомогою комп'ютерів.

я б запропонував представити Алану Тьюрінгу "батька інформатики" та розповісти його історію. останнє, що я пропоную, - це нульові докази знань та гра "де waldo?" і грати без обману та криптографії та кібератак.

Робіть що-небудь з фейсбуком, їм це подобається. Можливо, для початківців це важко, але u clould нехай вони малюють графіки сполучень, які показують, як їх профілі пов'язані один з одним. Я б рекомендував Javascript як мову програмування.