Begynnerundervisning i informatikk hva, hvordan og for hvem? Arne Maus, OMS

Transkript

1 Begynnerundervisning i informatikk hva, hvordan og for hvem? Arne Maus, OMS

2 Informatikk-begynnerundervisning Generelt: Faget definisjon, kjerneinformatikk og bruk Ulike gruppers behov for informatikkutdanning Hvorfor programmeringsundervisning? To ulike angrepvinkler for undervisningen Har vi forskning som understøtter hva som er best? Spesielt: INF1000/1010-kursene Problem: 50 % stryk - for vanskelig? one size fits all eller flere kurs pga. vanskelighet eller ønske om differensiering (matematikk vil se matematiske anvendelser, osv) Hva gjør andre som NTNU? For eller mot Objects-first En lærebok for undervisningen

3 Informatikk - hvilket fag har vi? Informatikk er læren om utvikling og bruk av datasystemer (M.Dæhlen, strategisk plan) UiO og Simula er enige om at Informatikk er et redskapsfag til bruk i anvendelser (utkast 13 avtale mellom UiO og Simula) Hvilke definisjon trenger vi (Ifi) - jfr. biler: 1. Konstruere en ny bil (hw & sw) bilingeniør / comp. science & mikroelektronikk 2. Endre & reparere en bil - bilmekanikker / bruke it og programmere for og i andre fag 3. Kjøre en bil sjåfør / kvalifisert bruker av ferdige systemer 4. Sitte på i en bil passasjer / bli databehandlet, andre betjener systemet Rollefordeling: skolen dekker bruk-aspektene (3 og 4), Ifi dekker både bruk av eksisterende teknologi (2), men også konstruksjon av ny teknologi (1) Konklusjon: Informatikk er er et fag (som matematikk) som skal undervises på Ifi både for de som skal bli flinke til å bruke eksisterende teknologi, og for de som skal videreutvikle selve faget og it-teknologien.

4 Hva er grunnleggende i informatikk? Programmering Digital representasjon Systemering Databaser Web, distribuerte systemer Elektronikk Konklusjon: (elektronikk og) programmering av en datamaskin er fellesnevner for nesten all informatikk.

5 Informatikkstudier - for hvem? Alle på MatNat og på Ifi som skal kunne bruke og programmere i sitt fag. De på Ifi som skal videreutvikle informatikk. Konklusjon: Begge grupper trenger å lære grunnleggende informatikk som helt opplagt inkluderer grunnleggende programmering.

6 Hvordan undervise grunnleggende programmering? To angrepsvinkler: Bottom-up, innenfra-og-ut Konstruktiv, vestlig-vitenskaplig atomært syn (helheten er summen av mange små, basale deler), Vi forstår helheten ved å studere delenes interaksjon Mange trær utgjør en skog Comp. science, bygge programvare-biblioteker Top down utenfra-og-inn Holistisk, østlig vitenskaplig syn. Fra det helhetlige, generelle til dets enkeltdeler Helheten er mer enn summen av hver lille del Skogen består av trær System-perspektivet / modell-perspektivet (MDA) (Selvsagt mulig med mellom-perspektiver - interface)

7 Angrep på Objects-first Objekter både i problem-domenet og i programmet Studentene har ingen anelse hva program-objektene er er de det samme som domeneobjektene? Hvordan dele opp noe, når man ikke vet hva delene er/består av Vanskelig å programmere bare objekter uten (med uforklart) innmat hva gjør da objektene, hva er de? BlueJ har dårlig/lite begreper om et fullstendig program ( vi hadde ikke laget et fullstendig program før Humit1700-student) BlueJ-metoden skalerer ikke til selv mediumstørrelse programmer. Hele BlueJ-programmeringen må avlæres.

8 COOL COOL will produce an introductory course, supported by a textbook and DVD records containing integrated multimedia material. The COOL Learning Landscape shall allow for alternative courses, adapted to local cultures and conditions. COOL will contribute to a unifying process- and object-oriented platform for informatics, and produce a "Learning Landscape" of pedagogical and organisational components to be used in a modern and system-oriented education in informatics and related fields. It will provide an alternative to the current pedagogical approach used, commonly regarded as unsuccessful.

9 COOL II Analysis Video recordings and logs of the learner s and teacher s actions constitutes the primary basis for the analysis. Early activities include the development of courses that introduces learners and practitioners to fundamental object-oriented concepts through approaches such as models first and objects first. The courses will be developed evolutionary, where experience from the first courses, planned to be held in Oslo in the summer of 2003, will provide insights for further improvement of the subsequent activities.

10 Angrep på Objects-last Studentene fester seg lett med hva de lærer først De må avlære en top-down, handlingsmodellert løsning (fokuserer på hva som gjøres) De fleste opplever overgangen fra prosedyreorientert programmering til objekter som vanskelig Strukturen i programmet er viktigere enn prosessen (selv om Kristen sa det motsatte de siste årene) Moderne systemutvikling (RUP oa.) begynner med use-case og klasse-diagram (obj.-first)

11 Konklusjon Objects-later Finnes ikke en riktig måte å undervise på med bare fordeler Ser flest fordeler med Objects-last/later: Studentene kan fra starten av lage stadig større programmer som virker og som er forstått. (selv de som bare skal lage enkle script, Excel og lignende lærer raskt noe de kan nytte) Selve undervisningen følger utviklingen historisk av programmeringsspråk logisk. De aller fleste andre kurs/bøker nytter denne tilnærmingen (tvilsomt argument)

12 Ett felles kurs, enklere start? Soft intro som NTNU dig-rep + databaser enkelt prog-kurs 1 semester OO-prog i 2-semester

13 NTNU Bachelorstudiet i informatikk År Sem. Emne 1 Emne 2 Emne 3 Emne 4 3 Vår IT2901 Informatikk prosjektarbeid 2 Valgbart emne Valgbart emne Høst Valgbart IT- emne a Valgbart IT- emne a Valgbart emne Valgbart emne 2 Vår Innføringsemne 2 Høst IT1901 Informatikk prosjektarbeid 1 IT2202 Operativsysteme r IT1105 Algoritmer og datastrukturer Valgbart emne IT1607 Databaseteknikk Valgbart emne Valgbart emne Vår IT1602 Systemering 1 IT1104 Programmering VK MA0301 Elementær Diskret matematikk Valgbart emne b 1 Høst IT1101 Informatikk basisfag (Innf.emne 3: Ex.fac.) IT1103 Programmering GK MA0003 Brukerkurs i mat. for informatikere Innføringsemne 1 (Ex.phil.)

14 NTNU: deres versjon av Digital representasjon IT1101 Informatikk basisfag, 7.50 stp. Bygger på: Varighet: 1 semester (Høst) Forelesninger: 3 timer pr. ukeøvinger: 2 timer pr. ukeeksamen: Midterm (40) og avslemnet gir en innføring i informatikk. I tillegg til å ta for seg representasjon og behandling av informasjon legges det stor vekt på det datatekniske grunnlaget for informatikken. Viktige tema er det binære tallsystem, logiske kretser, representasjon av tall, tekst, lyd og bilde i datamaskinen, teknikker for å komprimere data og maskinarkitektur generelt med hovedvekt på prosessor og hovedminne. Emnet tar for seg grunnleggende tema som operativsystemer, nettverk, søkealgoritmer, datastrukturer, systemutvikling og datahistorikk. Emnet gir også en innføring i HTML og og programmering av dynamiske websider vha Java Server Pages (JSP). Grunnleggende innføring i databaser med vekt på Structured Query Language (SQL) for å legge inn og hente ut data fra en relasjonsdatabase inngår også som en sentral del av emnet. Database som benyttes i øvingene er mysql.

15 NTNU: Programmering light i første semester IT1103 Programmering, grunnkurs, 7.50 stp. Bygger på: Varighet: 1 semester (Høst) Forelesninger: 2 timer pr. ukeøvinger: 0 timer pr. ukeeksamen: Fundamentale begreper og teknikker for programmering gjennomgås, med utgangspunkt i programmeringsspråket Java. Ved konstruksjon av programmer legges det vekt på strukturering og modularisering. Objektoreienterte teknikker gjernnomgås bare i den grad det er nødvendig for å gjennomføre øvingsdelen av emnet. Emnet overlapper 2,5 vekttall med MNFIT111. Konklusjon: NTNUs begynnerkurs er enklere enn INF1000

16 Skreddersydde kurs eller one size fits all For: Mer motiverte med eksempler i sine fag Mot: De delene av Java de skal lære er felles. Det er OO-programmering de skal lære ikke matte, fysikk eller bio. Utrolig ressurskrevende med 12 dels ulike kurs Konklusjon: Ett, felles kurs, men muligens ulike øvelsesoppgaver og obliger.

17 Lett eller vanskelig begynnerkurs For lett kurs først: Myk intro skremmer nesten ingen Flere står i kurset NTNU (og ganske mange andre) gjør det For INF1000 først: Ikke alle egner seg for programmering greit at de får vite det raskt Nesten alle Ifis kurs forutsetter grundig OOprogrammering

18 Lærebok: Prinsipper for Rett på Java OO-snart, men basale ferdigheter (variabler, i=i+1;if, løkker, metoder) først. Kort bok forklaring + to eksempler på hver mekanisme/prinsipp (vanskelig å generalisere fra bare ett eksempel) 350 sider = pensum for to kurs INF INF1010

19 INF1000 og Rett på Java 1 Det første programmet.. (23 aug = ca. 3,3 mnd før eksamen) 2 Variabler, tilordninger og uttrykk 3 Innlesing og utskrift. 4 Forgreninger og løkker. 5 Arrayer 6 Tekster 7 Metoder 8 Klasser og objekter - (4.okt = ca. 2 mnd. før eksamen) 9 Mengder av objekter 10 Mer om metoder 11 Subklasser og arv. 12 UML-diagrammer 13 Abstrakte klasser og interface. 14 Grafisk brukergrensesnitt med Swing 15 Fra problem til program 16 Lister 17 Tråder 18 Unntak Vedl. easyio. INF1000 INF1010

20 Konklusjoner Ingen lineær måte å undervise begynner-informatikk I vår objekter-senere tilnærming, må vi stadig forklare litt mer om objekter og pekere før vi kommer til kapitellet for objekter og klasser. Java lar seg ikke lineærisere (det er ingen klart definert start eller slutt, jfr. grammatikken) Akkurat som virkelig systemutvikling, så gjør vi litt her og litt der. Vannfallmetoden for undervisning bør også være død. Det viktige er at studentene lærer å løse skikkelige problemer på et ½-år. INF1000 er er bra begynnerkurs. Det er minst nær et lokalt maksimum. Mange endringer kan være til det verre. Muligens lage et nytt kurs INF0010 Med f.eks php-programmering, MySQL/SQL og enkle distribuerte systemer for de som bare skal ha en breddeinnføring i informatikk (tas gjerne sammen med INF1040 digital representasjon). INF0010 kjøres istedenfor INF1000 om våren Giir ikke grunnlag for videre informatikkstudier