Come posso insegnare informatica senza usare i computer?

In alcuni luoghi del mondo, le persone di solito non hanno accesso (e quindi poca conoscenza dei) computer, e anche se lo hanno, l'hardware e il software sono obsoleti e l'utilizzo afflitto da interruzioni di corrente e simili. Anche l'accesso a (buoni) libri tende a mancare. Come posso insegnare informatica in tali circostanze?

Sono preoccupato che senza essere in grado di fare esperimenti e applicare ciò che imparano, non impareranno (bene) affatto anche se sono incredibilmente motivati ​​e dedicano la maggior parte del loro tempo a questo hobby. È possibile insegnare CS solo in teoria?

Chiedere come studiare informatica senza computer è un po 'come chiedere come studiare cosmologia senza telescopi. Certo, è bello poter guardare le cose che stai studiando ed è spesso molto utile essere in grado di giocare con le cose. Ma c'è molto che puoi fare senza l'accesso a un computer: in extremis , probabilmente potresti fare quasi tutto un corso di laurea senza computer.

In termini pratici, l'accesso ai computer aiuta a rafforzare molto di ciò che apprendi in un corso di informatica. I corsi di programmazione sono ovviamente molto più naturali con l'accesso a un computer. D'altra parte, essere costretti a scrivere codice su carta incoraggia le persone a pensare al proprio codice e assicurarsi che funzioni davvero, piuttosto che semplicemente eseguirlo ancora e ancora attraverso un compilatore fino a quando non si compila e quindi eseguire banali casi di test ancora e ancora fino a quando gli ovvi bug scompaiono.

Gli argomenti che sarebbero più naturali senza computer sarebbero i più matematici. Tutta la matematica di fondo, come la combinatoria e la probabilità. Computabilità, linguaggi formali, logica, teoria della complessità, progettazione e analisi di algoritmi, teoria dell'informazione e della codifica. Qualunque cosa abbia a che fare con il calcolo quantistico!

C'è l'ovvio uso di carta e matita. Quando mi è stato insegnato l'elaborazione del segnale, il processore di segnale speciale non era direttamente disponibile per noi e abbiamo appena consegnato rapporti cartacei.

Nota che il grande scienziato informatico Dijkstra apparentemente non usava molto i computer:

Quasi tutti gli articoli di questa serie che appaiono dopo il 1972 sono scritti a mano. Avendo inventato gran parte della tecnologia del software, Dijkstra ha evitato l'uso dei computer nel proprio lavoro per molti decenni. Anche dopo aver ceduto all'incoraggiamento dei suoi colleghi UT e aver acquisito un computer Macintosh, lo usò solo per la posta elettronica e per navigare nel World Wide Web.

^{Citato dal memoriale di Disjkstra}

Questo dimostra che puoi fare un'ottima informatica senza un computer!

Oltre alla carta e alla matita, i problemi informatici possono anche essere risolti "nel mondo reale", ad esempio dimostrazione di algoritmi di smistamento con le carte o - più insolito - con la danza come fatto dalla Sapientia University .

Molte teorie dell'informatica sono puramente teoriche e possono essere risolte usando la penna (cil) e la carta. Ottenere informazioni su di loro e comunicarle al mondo esterno richiede un computer.

Vedi http://csunplugged.org/ per alcune grandi idee. Google è uno degli sponsor.

Dal sito:

CS Unplugged è una raccolta di attività di apprendimento gratuite che insegnano l'informatica attraverso giochi e puzzle avvincenti che utilizzano carte, spaghi, pastelli e tanto divertimento.

Le attività introducono gli studenti a concetti sottostanti come numeri binari, algoritmi e compressione dei dati, separati dalle distrazioni e dai dettagli tecnici che di solito vediamo con i computer.

CS Unplugged è adatto a persone di tutte le età, dalla scuola elementare agli anziani, e da molti paesi e contesti. Unplugged è stato usato in tutto il mondo per oltre venti anni, in aule, centri scientifici, case e persino per eventi festivi in ​​un parco!

Puoi, è abbastanza ovvio come lo faresti. Non sono sicuro di quanto sarebbe utile per le persone, ma puoi farlo.

Ma non so nemmeno come sarebbe un insegnante di informatica, posso chiedere come puoi insegnare informatica senza un computer.

Perché se sai insegnare informatica, allora sapresti come fare.

Se lo sai che-

-Algorithms can be written on pen and paper, and traced on pen and paper.
-Flow charts are written on paper.

Lo studio della normalizzazione, la struttura delle tabelle di dati per i database, può essere fatta su carta e penna. (L'ho fatto solo su carta e penna quando ho studiato database relazionali)

I libri di testo di informatica non richiedono un computer.

Se avessi mai preso in mano un libro di testo di informatica e lo avessi studiato in una biblioteca, sapresti di non aver bisogno di un computer per capirlo.

Ma dovresti essere consapevole che chiunque abbia partecipato a una lezione di informatica può vedere che la maggior parte delle persone non è in grado di programmare, è appena al di là di loro. Troppo astratto per le persone. Questo è vero anche a livello universitario.

http://www.eis.mdx.ac.uk/research/PhDArea/saeed/paper1.pdf

Una sostanziale minoranza di studenti fallisce in ogni corso introduttivo di programmazione in ogni università del Regno Unito. Nonostante l'eroico sforzo accademico, la percentuale è aumentata anziché diminuita nel corso degli anni. Nonostante molta ricerca sui metodi di insegnamento e sulle risposte degli studenti, non abbiamo idea della causa.

Aggiungo che chiamarla una minoranza sostanziale, è un eufemismo. È una piccola minoranza che -può programmare.

Vorrei notare, tuttavia, la causa del declino a cui ha assistito. Dato che i computer sono diventati più popolari, ad esempio tra il 2000 e il 2010 (ha scritto che a metà di quel decennio), più wollies erano interessati a studiare "informatica". Prima di allora, erano interessate solo le persone più fanatiche. E prima, l'uso dei computer era più tecnico, ma poiché i computer diventavano più facili da usare per la persona media e più potenti nelle applicazioni che potevano eseguire, allora più wollies li usavano e più persone che erano interessate solo a ciò che potevano fare piuttosto che come lo fanno e come farlo.

Sarebbe possibile insegnare i concetti di Informatica senza un computer. Ovviamente senza accesso a un computer, a cosa serve davvero l'apprendimento di Informatica?

Quando stavo imparando l'informatica al liceo, le nostre prime diverse lezioni non riguardavano affatto i computer. Invece, abbiamo lavorato da un libro chiamato Karel ++ , che insegnava concetti orientati agli oggetti. Il linguaggio inventato può essere "eseguito" abbastanza facilmente su una lavagna o lavagna perché tutto il codice esegue azioni su un grafico. I nostri primi compiti erano tutti scritti a mano e il professore avrebbe dimostrato la soluzione corretta alla lavagna all'inizio della lezione successiva.

Quando abbiamo iniziato a discutere di algoritmi, il nostro professore ci ha chiamati tutti in cima alla stanza e ci ha detto di metterci in fila. Ha continuato a dimostrare alcuni algoritmi di ordinamento diversi - iniziando con qualcosa di stupido che ha chiamato "ordinamento scimmia" dove avrebbe scambiato casualmente due di noi e poi avrebbe verificato se fossimo ordinati ogni iterazione, ma poi eseguendo ordinamento a bolle e ordinamento di shell - da "eseguendoli" su di noi.

Tracciò diagrammi alla lavagna, spiegando le basi di come funzionano la memoria del computer e lo stack. Ha dimostrato variabili e puntatori (era una classe C ++) e da lì a liste e alberi collegati ...

Probabilmente potrei aggiungere a questo se ho esaminato le note che ho tenuto da quella classe, ma questo è tutto ciò che ricordo ora. Se questi suggerimenti sono interessanti, posso ampliare questa risposta.

Ho conseguito una laurea in informatica e ho pensato che ci fosse stata insegnata molta programmazione (in varie lingue) e che ci fossero stati insegnati anche molti aspetti matematici (e anche alcuni hardware).

Le parti matematiche erano più importanti per il primo anno: pensate alla matematica matriciale che è essenziale per la grafica 3D (come si fa a calcolare una superficie normale per illuminare un vertice? ). Abbiamo fatto molte statistiche: pensi all'analisi della produttività, quale tasso di lavori puoi trasferire in un sistema prima che si blocchi? Questo è abbastanza importante per molti sistemi centralizzati e reti.

Puoi insegnare molti algoritmi, un poster qui citato che dà agli studenti un numero ciascuno e poi li fa ordinare da soli usando vari algoritmi (che sono attivi e informativi). In effetti, qualsiasi algoritmo che può essere descritto in un'immagine animata su Internet può essere insegnato in questo modo. Allo stesso modo i fondamenti dell'informatica - contatore di programmi, accumulatore e registripuò essere insegnato allo stesso modo o sulla carta. Che ne dici del multithreading basato sugli studenti - imposta un gruppo di studenti un gioco di carte con una pila tra ciascuno di essi in un classico esercizio multi-thread (o il problema con 1 cucchiaio condiviso). O modelli di progettazione, posso pensare che l'architettura della lavagna sia perfetta per gli studenti per imparare come può essere implementata la comunicazione multi-processo, o un'architettura di livello n descritta come una sorta di gioco a sussurri cinesi o macchine a stati finiti si adatterebbe agli studenti che agiscono come moduli in un "computer vivente". Potresti insegnare matematica binaria o esecuzione basata su stack (ovvero inversione di lucidatura).

Naturalmente se si ha accesso all'elettronica è possibile costruire un computer analogico senza amplificatori operazionali. Sono fantastici.

Sfortunatamente tutto ciò sembrerà più come la matematica che l'informatica, ma gran parte di esso si attaccherà e un giorno capiranno perché gli è stato insegnato (supponendo che entrino nel settore informatico). Ricorda che qualsiasi cosa un computer può fare, una persona può fare - ci vorrà solo molto più tempo e noia per ottenere lo stesso risultato. Devi solo fare dei semplici esempi per dimostrare cosa farebbe il computer, e l'immaginazione per descrivere i fondamenti dell'informatica in un modo meno secco che mi è stato insegnato, molto tempo fa :)

Chiedere come studiare informatica senza computer è un po 'come chiedere come studiare cosmologia senza telescopi.

In gran parte rispondo solo per reagire a questa affermazione e perché non sono assolutamente d'accordo con altre risposte. A mio avviso, il confronto corretto sarebbe

Chiedere come studiare informatica senza computer è un po 'come chiedere come studiare cosmologia senza un cosmo .

L'informatica riguarda i computer, non solo il loro utilizzo. È vero, molta Informatica si basa sulla matematica, quindi le parti matematiche possono essere studiate senza computer (quindi stai insegnando matematica allora) proprio come al posto della cosmologia puoi studiare fisica che sarà utile una volta che c'è un cosmo (o avere accesso ai telescopi), ma alla fine quello che stai studiando è ancora fisica.

Ora, quello che tutti stanno facendo nelle risposte qui è notare come l'informatica a livello di laurea sia principalmente teorica e non richieda computer, la cosa che quelle persone stanno dimenticando l'IMHO è che le stesse persone hanno usato ampiamente i computer fino a quel punto. Senza una comprensione naturale approfondire direttamente le cose teoriche farà sì che molti studenti si arrendano o abbiano una visione terribilmente non corrispondente dell'informatica. Quindi insegnare un po 'di programmazione, capire quali sono i computer per primi e solo dopo entrare nelle cose teoriche.

Come se insegnassi a studenti in Africa che non hanno una conoscenza di un computer oltre al know-how di livello generale ma che aspirano a imparare l'informatica avanzata e dedicare la maggior parte del loro tempo a questo hobby?

Dipende dal budget:

• Quasi nessun budget Se hai i soldi per viaggiare in Africa, prendi un mucchio di cloni di Arduino (ci sono cloni di Arduino funzionali per $ 13, controlla questo elenco per esempio ), alcuni componenti di output (come i LED) e un laptop. Inizia con una programmazione di base, insegnagli su carta e immettilo sul laptop. Non è il modo più efficiente, ma insegnerà loro almeno una comprensione di base di base di ciò che i computer sono praticamente.
• Basso budget Acquista $ 750 dollari di smartphone e tastiere Android da $ 50 (tastiere microusb o tastiere bluetooth, controlla ebay.com o aliexpress.com sia per gli smartphone che per le tastiere). Sì, sono pessimi in milioni di modi, non parlarmene nemmeno. Tuttavia, puoi inserire dati su di essi (anche se non prendere in considerazione l'utilizzo delle tastiere su schermo) e ci sono semplici app di codifica per Android. Avere più studenti per smartphone e questo può funzionare abbastanza bene.

Quindi, vorrei essere chiaro, non sto dicendo che l'Informatica non può essere insegnata senza computer, solo che devi essere abituato ai computer e conoscerli abbastanza bene prima di iniziare a considerare una cosa del genere.

L'informatica riguarda gli algoritmi e non (rigorosamente) i computer (e l'elettronica).

Pertanto, lo studio degli algoritmi (anche dell'aritmetica elementare) può portare alla comprensione dell'informatica e della programmazione. Ricorda che anche il termine "algoritmo" è una parafrasi dell'autore di un libro aritmetico ( al-Khwārizmī , circa IX sec. CE).

Lo studio degli algoritmi può essere fatto usando mezzi elementari, ma dovrebbe fornire una spiegazione del perché l'algoritmo funziona, come è nato e come si può effettivamente dimostrare che funziona correttamente.

La storia alla base dell'evoluzione dell'informatica e degli algoritmi e della programmazione non è da sottovalutare. Ad esempio, calcolatrice di Babbage / Ada, macchina Enigma, plankalkul di Konrad Zuse , ENIAC ecc.

Quindi si può introdurre la programmazione (e i linguaggi di programmazione) come un modo per formalizzare gli algoritmi. Questo può anche essere fatto (in larga misura) usando mezzi elementari.

Si noti che alcuni studi hanno dimostrato che la programmazione di apprendimento peole presenta due principali difficoltà di comprensione (legate al sovraccarico di simboli, ad esempio il test di assegnazione vs uguaglianza e il funzionamento di una macchina RAM).

1. I costrutti di loop (ad esempio per, mentre ecc.) Sembrano difficili
2. Anche i test di assegnazione vs uguaglianza sembrano difficili.

Quindi uno può assicurarsi che questi siano chiaramente afferrati e compresi dalle persone.

Inoltre, se è possibile accedere a qualsiasi computer (anche una calcolatrice che può essere programmata), questo può essere utilizzato per fornire esempi applicativi ed esperienza pratica. Altrimenti si può usare un computer simulato. Questo può essere fatto in vari modi, ad esempio un gruppo di persone può simulare parti di un computer e la classe può progettare algoritmi per risolvere vari problemi per questo computer simulato e vedere come va. Questo può essere visto anche come un gioco, essere creativi e truccati.

Quindi alcuni modelli di calcolo (astratti) (ad esempio le macchine di Turing ) possono essere introdotti e correlati al materiale precedente sugli algoritmi e la formalizzazione in un linguaggio (di programmazione).

Se si desidera introdurre l'elettronica di un computer reale, ciò può essere fatto anche in due parti.

Ricorda che anche nelle università alcuni corsi di elettronica e architettura del computer sono teorici (non si entra effettivamente in contatto con una CPU o ne progetta uno).

Quindi alcuni principi di funzionamento dell'elettronica (e della fisica sottostante) relativi all'architettura del computer possono essere introdotti ( semiconduttori , zone energetiche a stato solido, porte p-np, ecc.).

Quindi si può sfruttare il materiale precedente sulla programmazione e sugli algoritmi e introdurre (moderne) tecniche di progettazione (e descrizione) della CPU che vengono utilizzate nel settore ( porte logiche , flip-flop , FPGA , VHDL , circuiti CMOS ecc.).

Ciò può essere ulteriormente approfondito, problemi relativi all'architettura di progettazione della CPU come parallelismo, pipeline, memoria cache, indirizzamento vettoriale, micro-programmazione, DMA, ecc.

Bene, ok forse questo può essere troppo, ma aggiunto per rendere la risposta autonoma.

Stai cercando di insegnare la programmazione?

Quando ero piccola, andavamo in vacanza in campeggio e portavo con me il manuale del computer. Sono stato in grado di scrivere un semplice gioco usando carta e penna.

Questo è stato il mio primo vero programma, immagino, quindi è stato coinvolto molto apprendimento. Sapevo cosa volevo fare, ma ci sono state molte false partenze mentre l'ho capito. Ma alla fine sono stato in grado di scrivere l'intero codice.

Immagino che ciò che sto dicendo sia iniziare con pseudo codice e \ o diagrammi di flusso per pianificare il progetto e poi tradurre in codice. Sono stato in grado di eseguire il debug di molto del mio codice semplicemente leggendolo. Puoi anche utilizzare le revisioni tra pari qui.

Per fare eco alle risposte precedenti: c'è molto da imparare solo leggendo e facendo esercizi con carta e penna. Se riesci a risolvere il problema su carta, hai la pat più dura. Tuttavia, vorrei anche menzionare l'esistenza di modi abbastanza economici per esporre gli studenti a CS. Sei familiarità con il progetto Raspberry Pi ? Anche se più persone devono condividere o puoi permetterti solo di ottenere 1 o 2 unità, potrebbe valere la pena considerare come un modo per esporre i tuoi studenti alla tecnologia.

proverò a destreggiarmi un po 'e "pensare fuori dagli schemi". i computer in piena regola sono davvero costosi, a volte richiedono risorse e sono difficili da mantenere. ma ci sono molti sistemi elettronici economici che imitano computer completi, ad esempio con schermi LCD, ecc. e che possono essere applicati molti principi di programmazione di base, molti alimentati a batteria. esiste anche una stretta connessione dei principi EE con l'elaborazione come la costruzione di circuiti logici binari ecc .; anche oggi alcuni giocattoli hanno capacità di programmabilità.

• calcolatrici programmabili . alcuni hanno interi linguaggi di programmazione (non così di alto livello ma più simili ai linguaggi di assemblaggio) incorporati in essi. alcuni sosterrebbero programmi avanzati.

• Raspberry pi minicomputer / microcontroller è stato sviluppato per questo scopo e funziona su Linux. meno di $ 40 in molti casi.

• Il microcontrollore kit STAMP parallax richiede una connessione USB ma forse un Raspberry pi sarebbe sufficiente. vedi anche microcontrollore PIC

• sistemi di robotica. ce ne sono molti economici che hanno una logica programmabile. Lego robotics mindstorms / nxt è uno dei migliori e ci sono modelli meno costosi.

• alcuni giochi per console hanno principi di programmazione integrati. per esempio Little Big Planet ha incredibili funzionalità di programmazione integrate. ci sono alcune versioni portatili di giochi programmabili. ci sono molti video di YouTube di costruzioni complesse per l'ispirazione.

• smartphone sono il nuovo mondo di programmazione. hanno browser che eseguono javascript e ci sono molte app relative alla programmazione, e si potrebbe persino navigare in siti di programmazione con una connessione a Internet (wifi incluso).

suggerisce anche come nei commenti la creazione di programmi TM, ad esempio per l'aggiunta, ecc. e il tentativo di seguirli manualmente.