היבטים פדגוגיים של הוראת פיתוח תוכנה בתיכון

היבטים פדגוגיים של הוראת

פיתוח תוכנה בתיכון

אורני מרבאום סלנט בהנחיית פרופ/ח אורית חזן

המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעיםהטכניון

הרקע הרקע קשיים בתעשייהלמחקרלמחקר

פרויקטי תוכנה רבים אינם מגיעים לסיום או שהם נכתבים

מחדש לאחר מסירתם.

75% :ממוצרי התוכנה הגדולים נחשבים לכישלון .אינם בשימוש או כלל בדרישות הלקוח לא עומדים

:מורכבותם של פרויקטי פיתוח תוכנה מתבטאת ב צורכי הלקוחותכשלים בתוכנה (bugs)ניהול צוותי פיתוח

( Brooks, 1987; Hamlet and Maybee, 2001; Tomayko and Hazzan, 2004 )

ייחודיותם של פרויקטי תוכנה

Brooks )1975,1986( - אינם מוחשייםתוצרי תוכנה , אחידות וגמישות בהשגת קושי תוצרי התוכנה, מורכבותהתוכנה.

Fincher and Petre )1991( - פיתוח פרויקטים במדעי

עיסוק עם המחשב הוא תהליך פתרון בעיות מסובך הדורש בעיות רבות בו זמנית יחד עם יכולות הנחיה וניהול.

Blumenfeld et al. )1991( - מורים המנחים פיתוח פרויקטיאווירת הוראה של חקירה ולקיחת תוכנה נדרשים ליצור

וכן לעזור לתלמידים להתמודד עם בעיות שונות. אחריותכמו-כן הם נדרשים להנחות את התלמידים בלומדם את

מרכיבי הפרויקט השונים.

מטרת המחקרמטרת המחקר

פיתוח הוראת תפיסות והיבטים פדגוגים של לאפיין

ועל סמך אפיון בתיכון המחשב במדעי תוכנה פרויקטי

להוראת פיתוחמתודולוגית/מסגרת הנחיה זה, לגבשבמדעי המחשב בתיכון. פרויקטי תוכנה

שאלות המחקרשאלות המחקר

כיצד תופסים פרחי הוראה למדעי המחשב, מוריםומעריכים את ההיבטים הבאים של פיתוח פרויקט תוכנה בתיכון: מטרה, קשיים, שיטות הוראה, אמצעים לשיפור,

התפתחות מקצועית והערכה?

אלו תהליכים פדגוגיים מתרחשים בכיתות בתהליך פיתוחפרויקטי תוכנה במדעי המחשב בתיכון?

על אילו היבטים פדגוגיים לבוא לידי ביטוי בתהליך בנייתהשל מתודולוגיה/מסגרת הוראה להנחיית פיתוח פרויקטי

תוכנה בתיכון, שאינה תלוית נושא, פרדיגמה תכנותית או סוג מערכת, והכוללת את כל שלבי הפיתוח?

שלבי המחקרשלבי המחקר

שלושה שלבים

אפיון תפיסות המורים ביחס להנחייתפרויקטי תוכנה בתיכון

בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

שדה המחקר

2 כיתות המפתחות פרויקטי תוכנה בתיכון במהלך שנת לימודים

6השתלמויות מורים להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

"הקורס "דרכי הוראת מדעי המחשב


משתתפי המחקר

90מורים למדעי המחשב המנחים פרויקטי תוכנה

7בוחני פרויקטי תוכנה בתיכון מטעם משרד החינוך

20 פרחי הוראה מהקורס "דרכי הוראת מדעי המחשב"

תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכוןכלי המחקר

:פרחי 20 מורים למדעי המחשב ו-90 שאלונים הוראה למדעי המחשב.

:מורים המנחים פיתוח 12 ראיונות חצי מובנים מעריכי פרויקטי תוכנה 7פרויקטי תוכנה בתיכון ו-

מטעם משרד החינוך.תצפיות ריאיון מאזכר רפלקטיבי עבודות של פרחי הוראה ומורים מהשתלמויות יומן חוקרת

תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה ממצאיםבתיכון

תהליך מורכב שבאים בהם פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון הוא, (Meerbaum-Salant and Hazzan, in press) לידי ביטוי קשיי מורים

למשל: כמו זמנים בלוחותאי עמידה המפותחים בו זמנית ע"י תלמידים פרויקטים רבים ניהול

בנושאים שונים )שליטה(רבים במדעי המחשב תוכני חוסר בידעהפרויקטים קושי בהערכת

:קשיים אלו חולקו לארבעה קטגוריות שצמחו מהשדה

ניהול זמן ידע תוכני במדעי המחשב

עבודה עצמית של התלמידים הערכת הפרויקט

מודל בסיס הידע של שולמן )1987( שבע קטגוריות המקשרות בין הבנת תוכני המקצוע לדרכי

הוראתו.ידע תוכני (content knowledge )

( ידע של עקרונות פדגוגיים כללייםgeneral pedagogical knowledge)

( ידע קוריקולריcurriculum knowledge)

( ידע פדגוגי תוכניpedagogical content knowledge)

( ידע על לומדים ומאפייניהםknowledge of learners and their characteristics)

( ידע של הקשרים חינוכייםknowledge of educational context)

( ידע של מטרות החינוךends knowledge of educational)

ניתחנו את קשיי המורים באמצעות שבע הקטגוריות


Teachers' perception ofSchedule Required

CS knowledge

Students' individual

work

Project evaluation

Components of the Teacher Knowledge Base Model

Content knowledge + + + +General pedagogical knowledge

+

Curriculum knowledge

+ +

Pedagogical content knowledge

+ + + +

Knowledge of learners and their characteristics

+ + + +

Knowledge of educational contexts

+

Knowledge of educational ends

+ +



CS knowledge


work

Project evaluation



+


+ +


+ + + +


+ + + +


+


+ +


ידע פדגוגי תוכני מבחינת לוח הזמנים : 1דוגמא המורים התייחסו לחשיבות הבנת הסיבות ידע פדגוגי תוכני :

ולשימוש באסטרטגיות לארגון החומר לקשיי התלמידים מבחינת הזמן. במטרה לייעל את תהליך הפיתוח וההנחיה

עונה לתלמידים על בהתחלת עבודתי בהנחיית פרויקטים הייתי שהתעורר, שאלותיהם באופן ממוקד וטכני שייתן מענה לקושי

מבזבזת זמן רב ויקר על שאלות שחוזרות ואז שמתי לב שאני התחלתי יותר לחשוב על הסיבה של הקושי ואז ... על עצמן

במקום לפתור את הבעיה- לפתור את הבעיה באופן טכני ספציפי הסברתי לכל הכיתה את הגורם או את האי הבנה

שהסברתי וכך חסכתי בזמן בשני אופנים: הראשון שגרמה לקושי. והשני, וחסכתי אפשרות לטעויות דומות שוב לכל התלמידים

. לפעמים אפילו לא חסכתי קשיים דומים שנבעו מאותו גורםעניתי ולא פתרתי באופן ישיר את השאלה.


: ידע פדגוגי תוכני מבחינת לוח הזמנים1דוגמא זה חסרת ניסיון בהוראה מסוגהמורה/מנחה הייתה : אמירת מעריך

על כל חלק לא מבוטל מהתלמידים לא סיימו את הפרויקטועל כן שלביו ולא יכלו להיבחן על כל החומר.

של קושי גדול בהערכת זמניםלדעתי יש :אמירת פרח הוראה ... על כל הפרויקטים שווה להשפיע באופןהפרויקט...כיצד ניתן

, עניני התקשורת המתאים למתכנת ולמנחה קושי בתכנון זמןישנו מטרות מדויקות והנחיות מדויקותבין המתכנת למנחה... להגדיר

שצריכות להיות מובנות כמו שצריך.



CS knowledge


work

Project evaluation



+


+ +


+ + + +


+ + + +


+


+ +

תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי ידע פדגוגי תוכני מבחינת הידע התוכני הנדרש:2דוגמא תוכנה בתיכון

: הבנת הסיבות והקשיים בנושאים תוכניים ולקשר ידע פדגוגי תוכנישלהם לתהליך ההוראה/הנחייה.

לפתח ולשפר של היחידה התחלתי צברתי ניסיון והבנהברגע שאני שלי והפרויקטים שהתקבלו היו טובים את שיטות ההוראה וההנחיה

יותר.

ללמד ולא להנחותאנחנו המורים רגילים.

המתעוררות ויכולת תמרון בין בעיותלפי ניסיוני, עם תכנון ראוי יכולת הרחבת אופקים ורצון ללמוד ולהתפתח במהלך השנה ועם

לכל קושי יש מענה מיידי.מצד המורה-


ידע פדגוגי תוכני מבחינת הידע התוכני הנדרש : 2דוגמא

אמירות פרחי הוראה:

של התלמידים )תוך כדי עבודה משנים את התבדרותישנה הדרישות, מרחיבים דרישות, חיכוכים בין אישיים בין התלמיד

הפרויקט?דרישות את להגדיר היטבלמורה/מנחה(. איך עליי

התלמידים מבלי לבצע להם את לענות על שאלותאיך עליי הפרויקט?

בקידום הידעבאלו כלים עליי להשתמש על מנת לסייע הפרויקט?ובפיתוח


מסקנה

מקור אפשרי לקשיי המורים שנמצאו הוא העובדה

שתהליך ההנחיה של פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון

יחד עם פעילויות ניהול סוגי ידע רביםמערב

Meerbaum-Salant and Hazzan, in)והיבטים פדגוגיים

press).


המחקר בוצע בשלושה שלבים

אפיון תפיסות המורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנהבתיכון

בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטיתוכנה בתיכון


Agile Software Development

יעילות, זריזות ואיכותגישה לפיתוח תוכנה המדגישה .

עקרונותיה מפורסמים במנשר לפיתוח תוכנה זריזAgile Manifesto )2001(:

על פני תהליכים וכלים; אנשים ויחסי גומלין על פני תיעוד נרחב; תוכנה עובדת על פני משא ומתן חוזי; שיתוף הלקוח על פני הצמדות לתוכנית. תגובה לשינוי

אחת מהמתודולוגיות האג'יליות היאXP )Extreme Programming (שפותחה בעשור האחרון

מתודולוגיה זו מוגדרת ע"י( פעילויותpractices) וחמישה ערכים (values) .תקשורת, הערכים: אשר באים לידי ביטוי בפעילויות

.משוב, פשטות, אומץ וכבוד

כיצד נבצע את ההתאמה לתיכון ?

:במיומנויות שימוש מחשבה XP?להנחיית פרויקטים

:מיומנויות בעיה XP תוכנה ולא ממוקדות פיתוח

תוכנה. הנחיית פיתוח

:ערכי ביסוס מתודולוגיה/מסגרת ההנחיה על רעיון XP.

:ביסוס מתודולוגית/מסגרת ההנחיה על ערכי יישוםXP + תיאוריות למידה והוראה תוך גזירת מיומנויות ההנחיה

מערכים אלה.

קונסטרקשיוניזם

Papert )1993( - הרחיב את התיאוריה

הקונסטרוקטיביסטית והוסיף לבנייה המנטאלית בראש

.בנייה מוחשית, חיצוניתהלומדים

בניה בגישה זו הבניית הידע מתרחשת תוך כדי פעילות

רלוונטית ובעלת עניין מוחשי, אישי ומשמעותי, למידה תוך

התוספת של פפרט מדגישה את חשיבותו של עשייה.

בתהליך הבנייה המנטלי כתומךתהליך הבנייה המוחשי

,Papert, 1993; Harel & Papert)בראש הלומדים

1991.)


Agile in theHigh

School

Agile in the

Industry

Pedagogical framework:

Shulman’s Teacher Knowledge Base

Model

Learning theory:

Constructionism


שילוב מקורות הידע במסגרת/במתודולוגית ההנחיהשילוב מקורות הידע במסגרת/במתודולוגית ההנחיה

Constructionism

Agile Software

Development

ACMM Agile

Constructionist

Mentoring Methodolog

y

Shulman's Teacher

Knowledge Base Model

Project Management Aspect

Social Aspect

Pedagogical Class

Management Aspect

לפרויקטי תוכנה ACMM תהליך בנייתבתיכון

Research on teachers' perceptions of mentoring

processes

)Meerbaum-Salant and Hazzan, in press(.

Formulation of the first version of the ACMM

Refinement of the next research stage

Data collection

Data analysis

ACMM version I, 1<I<=5

Design and carrying out the first research stage

בניית מתודולוגיה להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

יישום שנתי של מתודולוגית/מסגרת הנחיה הנותנת יישום שנתי של מתודולוגית/מסגרת הנחיה הנותנת מענה:מענה:

מה עליי לעשות?מה עליי לעשות?

כיצד עליי לבצע זאת?כיצד עליי לבצע זאת?

מתי עליי לעשות כל דבר?מתי עליי לעשות כל דבר?


המחקר בוצע בשלושה שלבים

אפיון תפיסות המורים ביחס להנחיית פרויקטיתוכנה בתיכון




משתתפי המחקר

8 :מורים למדעי המחשב המנחים פרויקטי תוכנה

7 מורים השתתפו באחת מההשתלמויות של הנחית

שהוצגה בעת הוראתם ACMMפרויקטי תוכנה והשתמשו ב-

בכיתה;

5 -בהיקף של חמש 5 הנחו פרויקטים בהיקף של יחידה ו

יחידות.

תלמידי מדעי המחשב בתיכון שפיתחו פרויקטי תוכנה באמצעות המתודולוגיה, בהיקף של יחידה או חמש

יחידות, במהלך שנת לימודים אחת.


כלי המחקר:במסגרת הראיונות העריכו המורים את ראיונות חצי מובנים

המתודולוגיה/המסגרת שפותחה.

:תלמידים שפיתחו פרויקט באמצעות 70 רפלקציות המתודולוגיה.

תצפיות

ראיונות מאזכרים

קבוצת מיקוד

יומן חוקרת

AspectSchedule

Required CS knowledge

students' individual work

Projects evaluation

pedagogical class management

Infrastructure establishing

Project demonstrationTeaching the content knowledgeSubject group mentoring

Individual mentoring

Formative assessmentSummative assessment

social Mutual assistance and information sharing

Peer assessment

project management

Project storyAnalysisDesignProgrammingTestingDocumentationRefactoring

Individual feedback


AspectSchedule



Projects evaluation







Peer assessment

project management


Individual feedback


הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה : עמידה בלוח זמנים / מיומנויות ניהול כיתתיות:1דוגמא

בניית תשתיות .והיתרון בתכנון השנתי שלי של השנה השתמשתי במתודולוגיה

יש לנו , המבניות שבה. זה טוב לנו כמורים, שבמתודולוגיה הוא המבניותמסגרת שאנחנו יכולים לעבוד איתה, אנחנו יכולים לבדוק את עצמנו כל

לראות שאנחנו עומדים בעיקר בלוח זמנים, וגם בעיקר בתפיסה הזמן, מסוימת שהיא... אני חושב שהיא נכונה. גם היא יכולה מחשבתית

זה להתפתח, גם היא יכולה להשתנות, לא חייבים להיצמד לזה, אבל . נותן קווי מתאר ברורים

בי"ב לוח הזמנים שלי, כאשר נתתי משימות או הגדרתי זמנים לקבלכל לוח הזמנים הזה היה מאוד, מאוד, מוגדר. וכמעט בחזרה חומרים,

ונזפתי כשהייתי צריך לנזוף וטיפלתי בלוחות לא הרשיתי שם חריגות,ולכן סיימתי עם הפרויקטים בשלב מאוד, מאוד, הזמנים כמו שצריך.

צריכים להיות מאוד, מאוד, שהנחתי. מוקדם יחסית לפעמים הקודמותברורים לדרך שאנחנו צריכים ללמד את ביצוע שלבי הפרויקט לאורך כל

השנה וזה מאוד עוזר.

AspectSchedule



Projects evaluation







Peer assessment

project management


Individual feedback


הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה : ידע תוכני נדרש/מיומנויות ניהול כיתתיות:2דוגמא

הנחיה נושאית קבוצתית כשראיתי שתלמיד אחד נוטה לכוון מסוים ואולי פתאום זיהיתי

כינסתי אותםשעוד שלושה תלמידים נוטים לאותו כוון, אז . לימדתי אותם את הנושא הספציפי הזהובאמת

,אני לא מלמד את הכול. אני מלמד רק את החלק העיקריולכל קבוצה סימנתי פרקים מספרים גם המרכזי הדרוש לכולם

בערבית וגם בעברית וגם באינטרנט נתתי להם מקומות, ואני הם היו מחויבים ללמוד אמרתי להם כל אחד צריך להתמקד...

את הפרק ולכתוב דוגמאות למה שהם למדו כך שתלמידים .אחרים יוכלו להיעזר בזה גם

מצד התלמידים ,כשידעתי שיש עוד כמה תלמידים שהפרויקט שלהם דומה לשלי

יכולתי להתייעץ איתם ולהיעזר בהם. היה חומר שלמדנו ביחד .וזה מאוד עזר לנו להתמודד עם הדברים

AspectSchedule



Projects evaluation







Peer assessment

project management


Individual feedback


הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה : הערכת פרויקטים/מיומנויות חברתיות:3דוגמא

הערכת עמיתים

וקבלת התלמידים שאר מול בכיתה שלהם ההצגה לאחר הערות החברים הם חשבו על זה שוב ואולי תקנו ושיפרו. אחד עם אחד ידברו שהם חשוב מאוד לי היה השני... את הפרה

השני, יתנו הערות, יבינו, יסבירו וינמקו ...

מצד התלמידים ההתייעצויות והדעות השונות של חבריי לכיתה חשפו אותי

לצורות חשיבה שונות ולדעת לקבל ביקורת מאחר ולהשתמש בה כדי לשפר את הפרויקט שלי שיהיה טוב יותר.

תרומת המחקרתרומת המחקר

תרומה תיאורטית

לגוף הידע העוסק בהוראה מונחית פרויקטים בכלל

לגוף הידע של הנחיית פיתוח פרויקטי תוכנה בפרט

תרומה יישומית

בבניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פיתוח פרויקטי תוכנה

בתיכון

יישום מערך הנחיה שנתי

תודה על ההקשבה

Documents

היבטים פדגוגיים של הוראת פיתוח תוכנה בתיכון