Навчання середньої школи TCS - існуючі програми

Мені запропонували викладати нову програму середньої школи TCS, яка вимагає побудови навчальної програми. Я дуже хотів би почути думки та пропозиції щодо цього.

По-перше, хтось знає із середніх шкіл, де програму TCS викладали успішно (або безуспішно)?

Ідея передбачає трирічну програму (10–12 класи, вік 16–18 років), приблизно 8 годин на тиждень, для вибраних видатних учнів, що означає, що вона може бути і повинна бути вимогливою. На відміну від стандартної програми "комп'ютери", ця програма не повинна зосереджуватися на програмуванні, а на обраних темах у CS, здебільшого в TCS. Теми, які ми маємо на увазі поки що, це:

• Асимптотичний аналіз
• Основні структури даних та алгоритми (списки, масиви)
• Графічні алгоритми, також як демонстрація жадібних алгоритмів проти динамічного програмування.
• Інші алгоритми (наприклад, ймовірнісні)
• Обчислюваність - поняття ТМ, скорочення, рішучість.
• Складність - NP, P, можливо, PSPACE та NL. Повнота.
• Теорія автоматів

В основному, це охоплює частину TCS за перші два роки бакалавра в КС. Однак ми маємо пам’ятати, що цим студентам бракує математичної основи, необхідної для більшості цього матеріалу. Зокрема, такі речі, як теорія множин, комбінаторика, ймовірність та модульна артиметика, не викладаються у середній школі (на жаль).

Підвести підсумки та поставити точні запитання:

1. Хто-небудь знає про подібну програму де-небудь?
2. Чи є пропозиції щодо конкретних / загальних тем, які, на вашу думку, можна і слід викладати додатково / замість вищезазначених тем, зберігаючи програму цікавою, а також важливою та безпосередньо актуальною (наприклад, теорія групи важлива і цікава, але недостатньо актуальна виправдати час, який знадобиться)
3. Я був би радий запровадити машинне навчання в якійсь формі, оскільки це справді гостра тема. Вітаються будь-які ідеї щодо того, як машинне навчання можна подати без таких інструментів, як теореми про вимірювання концентрації.

Багато країн організовують літні школи для своїх команд з ІОІ (що складається з учнів старших класів віком приблизно 16 років ІІРК). У нас в Ірані були такі курси:

• програмування,
• структура даних та алгоритми,
• комбінаторика та
• теорія графів.

Я думаю, що Асоціація вчителів інформатики ACM має навчальну програму K12 щодо своїх навчальних програм сторінці « хоча це, мабуть, занадто легко для талановитих підлітків.

Я думаю, що програмування обов'язково має бути частиною навчальної програми. Python повинен бути гарною першою мовою для вивчення.

Ви також можете охопити деякі доступні теми додатками (радість створити щось круте може мати великий вплив на їхній інтерес). Я думаю , що курс МД Ендрю Нґ на курсі повинен бути доступним для талановитих студентів (особливо для тих країн, як ваша, де є більш серйозна навчальна програма з математики К12).

Нестандартна тема, яку ви, можливо, захочете розглянути, - це комбінаційна теорія ігор, вона може бути не дуже цікавою з 16 років (я не маю на це досвіду), але вона працює досить добре для трохи молодших студентів на мій досвід.

Я особисто вважаю , що центральна і приєднувальні тема повинна бути навколо алгоритмів, я думаю , що це буде працювати краще , ніж теорії автоматів в якості центральної теми і , можливо , алгоритмічної точки зору (Не Тьюринг машини, автомати і т.д.) є сутність інформатики.

Цікаво, що хтось стверджував, що машинне навчання однозначно підходитьсеред тем з інформатики, які викладають старшокласники, адже нібито це одне з небагатьох підполів, де основна математика може змусити вас зрозуміти достатньо, щоб оцінити важливі проблеми. Я не погоджуюся з цим твердженням - основні алгоритми (скажімо, для пошуку, сортування) можуть бути представлені як головоломки, і ви можете дуже швидко перейти до дуже простого констатації, але до фундаментальних відкритих проблем на кшталт "чи може множення виконуватися фактично однаковою кількістю операцій як додавання ", або сортування цілих чисел за лінійним часом, або факторинг (я припускаю, що поняття числа простих чисел не буде новим для вибраної групи старшокласників?"). З іншого боку, багато машинного навчання було б важко зрозуміти без гарного рівня досвіду статистики та теорії ймовірностей. Тим не менш,

З точки зору навчальної програми, Єссінгер та Розен в Drexel є більш детальною .

На додаток до них, я думаю, що можна спробувати замалювати деякі більш ідеї теорії навчання на високому рівні:

• яка основна проблема класифікації
• що таке поняття клас та що означає вивчити поняття
• чому ви не можете сподіватися вивчити поняття з необмеженого поняття класу з меншою експоненціальною складністю вибірки (як вступ до підрахунку аргументів)
• що таке VC-вимір

Ще одна пропозиція - запровадити схеми та спробувати зробити ескіз нижньої межі Шеннона. Залежить, наскільки комфортно студентам рахувати. Якщо це занадто важко, це може все-таки допомогти зробити аргументи, в той час як студенти самі вірять підрахунок схем. Думаю, ідея "більшості проблем потрібні великі схеми, тому що занадто багато проблем і занадто мало малих ланцюгів" буде вражаючою. Ця ідея є важливою і поширеною у своїй складності.

ось один багатообіцяючий напрямок, щоб продовжити це. Нещодавно AP / NSF оголосила про нову ініціативу програми з вищої школи з розширеного розміщення. буде багато переваг використання такої програми, як стандартизований план уроків, акредитація коледжу тощо.

вона наразі розробляється і готова до 2016 року. Орієнтовний навчальний план та матеріали доступні в Інтернеті. (для академічних експертів, можливо, навіть є певна можливість впливати на майбутній контент за допомогою "колективної розвідки".)

Програма розширеного працевлаштування колегії Колегії заявила в четвер, що планує додати в програму класів нову програму з інформатики, першу нову перевірку за сім років. Цей крок відображає зростаючий інтерес до підготовки студентів до кар’єрних наук на національному поштовху, щоб зробити економіку США більш конкурентоспроможною в усьому світі.

Нова програма, AP Принципи комп'ютерних наук, зосередиться на "творчих аспектах" обчислень і частково буде фінансуватися за рахунок гранту в розмірі 5,2 мільйона доларів від Національного наукового фонду. Федеральне агентство має на меті підготовку додаткових 10 000 викладачів інформатики у стільки ж середніх шкіл по всій країні до 2016 року, як частина зусиль для вдосконалення освіти в галузі науки, техніки, техніки та математики або STEM. Рада коледжу буде скинутися близько $ 3,5 мільйона для підтримки і обладнання вчителів.

існуюча програма називається AP Computer Science A, а нова програма називається AP Computer Science Principles. існуючий клас існує вже багато років і також є корисною моделлю для вчителів, які розробляють навчальні програми.

• Розширене розміщення додає новий тест з інформатики WSJ червень 2013 року
• Інформатика , вікіпедія
• Домашня сторінка з інформатики AP
• Студенти AP / Інформатика з колегії
• Принципи AP CS
• Принципи CS колегії ради

Ідея, яку я нещодавно блукала, - як навчити студентів ВНЗ поняття скорочення між проблемами. Я вважав, що це одна з найцікавіших, але найскладніших тем, коли я був знайомий зі складністю, оскільки досить важко (принаймні спочатку) обернути голову навколо того факту, що така проблема, як 3-SAT, є «настільки ж важкою» як Vertex-Cover.

Приклад, який я придумав, - це скорочення між Vertex Cover (VC) та Independent Set (IND-SET), викладене так:

"Ви директор музею і доручаєте йому найняти охорону, щоб охороняти передпокої. Якщо розміщуватись на перехресті передпокою, охоронець може стежити за ВСІМ прилеглими до нього коридорами. Яка мінімальна кількість охоронців потрібна патрулювати весь музей? "

"Трохи пізніше деякі діти вирішують пограти в ігри в хованки в музеї. Їх мета полягає в тому, щоб сховати таке, щоб їх не побачила жодна інша дитина. Однак охоронці не хочуть, щоб вони бігали в передпокої, тож їх відводять на «переховування» в перехрестях. Яка найбільша кількість дітей, які можуть сховатися в музеї, не бачачи один одного? ».

$\text{V}C \leq_{P} \text{IND-SET}$

$G=(V,E)$$S \subseteq V$$\iff$ $V \backslash S$$\backslash$ позначає різницю заданих).

$S$$V\backslash S$$G$