編集者メモ：科学、テクノロジー、ロボット工学、エンジニアリング、アート、数学：学校やコミュニティでは、ストリームに対する需要がこれまで以上に需要があります。しかし、数学と科学で8年生の約3分の1しか得点していません。この進行中のシリーズでは、今月から後援されました子供とのコーディング、学校や組織がどのようにゲームを変える新しい方法でストリームに近づいているかを探ります。
私たちは、エコノミストがデジタル情報技術を私たちの生活のあらゆる親密な側面に統合し、あらゆる業界に影響を与えたグローバルな潮の波である第4産業革命と呼んでいます。しかし、今日のK-12学校では、コンピューターに精通した生徒ではありませんが、ハイテクに精通した生徒は見つかります。学生は、デバイスの使用方法やコーディングの方法を知っているかもしれませんが、彼らは必ずしも自分が何をし、その理由を理解しているわけではありません。
そして、STEMに焦点を当てた親は、子供がほとんどおむつからかろうじてコンピューターゲームをプログラミングしていることに興奮するかもしれませんが、それだけでは十分ではありません。 STEM（科学、技術、工学、数学）の専門家は、未来の経済を促進するために、アルゴリズムの背後で何が起こっているのかを把握できる学生が必要だと言います。
そこに着くには、長い道のりがあります。多くの学生がこれまで以上にコンピューターサイエンスにアクセスしていますが、多くの子供、特に女の子や色の学生は、まだコーディングやプログラミングを超えている詳細なコンピューターサイエンス教育にさらされていません。親の93％は、子供たちにコンピューターサイエンスを学習してほしいと言っていますが、K -12の学校システムの40％だけがプログラミングを教えています。米国の学校の半分未満がコンピューターサイエンスコースを提供しています。そして、STEM卒業生の8％だけがコンピューターサイエンスを勉強していますcode.org。現在、ワシントンの学校のわずか11％がコンピューターサイエンスを提供しています。
「今日の学生は、テクノロジーの消費者だけでなく、新しいテクノロジーのイノベーターであり作成者でもあることが重要です」と、ノースウェスト地域マネージャーのニミシャゴッシュロイは言います。code.org。 「これを行うには、テクノロジーの開発に至ったものを理解することが不可欠です。」
コンピューターサイエンスは、イノベーション、問題解決、創造性に関するものです。これは、多くの多くの仕事の分野で重要で譲渡可能なスキルです。
未来の仕事の準備
テクノロジーはもはや単なるコンピューターではありません。これは、アルゴリズム、センサー、プログラム、神経伝達物質です。コンピューターはこれまで以上に複雑であるため、これらのデバイスの進化する機能と潜在能力を理解する人が必要です。情報技術のポジションは過去10年間で36％増加しているため、テクノロジーは最も急速に成長しているSTEM分野です。 code.orgによると、2020年までに、経済は140万の情報技術雇用を追加すると予測されています。しかし、米国の学校は、それまでに400,000人のコンピューター科学者を教育するためだけに順調に進んでいます。2016年の調査によって情報技術とイノベーション財団。
新世代のコンピューター科学者を教え、今後のコンピューターの仕事を埋めるために、学校には基準とカリキュラム、教師がコンピューターサイエンスを教えること、高等教育への実行可能な道を教える必要があります。
一部の州では、カリキュラムでコンピューターサイエンスを要求しています。 「これは、最近コンピューターを使用できるという意味での良いイニシアチブです[ただし]ソフトウェアを作成することは、人々が読むことができたが、書くことができなかった200年前に相当するものです」とAndrew Davidsonは言います。ワシントン大学の人間の中心的なデザインとエンジニアリング元高校のコンピューターサイエンス教師。将来的には、雇用市場で生き残りたい場合は、人々がソフトウェアを作成する必要があるとDavidson氏は言います。
そこにたどり着くには、教育管理者は次のような質問に答える必要があります。コンピューターサイエンスは選択的または要件ですか？すべての学生は、コンピューターサイエンスを卒業するために服用する必要がありますか？どのタイプのカリキュラムを使用する必要があり、どのようなタイプの教師を雇う必要がありますか？これらの質問は、今日の多くの学区で未回答のままです。
現在、他の多くの州がそれに取り組んでいるものの、コンピューターサイエンスの指導のためにK -12基準を採用している州のみが7州のみです。 33の学校が全国的にコンピューターサイエンスを中核卒業要件としてカウントしています。しかし、ほとんどの学校では、コンピューティングの概念や計算思考を学ぶのではなく、スキルに焦点を当てています。多くの専門家によると、コンピューターサイエンス教育は本当に進化する必要があります。
コンピューターサイエンスは私たちの将来の基本的な部分です、とロイは言います。 「コンピューターサイエンスとは、イノベーション、問題解決、創造性に関するものです。多くの多くの仕事の分野で重要で譲渡可能なスキルです。」
コンピューターサイエンスの修正
code.orgなどの組織国立科学財団、コンピューターサイエンスティーチャーズ協会（CSTA）およびMicrosoft、Facebook、Googleなどの民間企業パートナーは、より多くのコンピューターサイエンスを教室に持ち込むために取り組んできました。会話を推進することにより、これらの組織は学校での基準とカリキュラムの作成を積極的に促進しています。
全国的には、K – 122のコンピューターサイエンスフレームワーク、によって作成されましたコンピューティング機械の関連、code.org、CSTAなどは、コンピューターサイエンス教育のための幅広い概念的なフレームワークを提供することにより、高度な標準です。
このフレームワークはランドマークです、とワシントン大学を開催するエド・ラゾウスカは言いますビルとメリンダゲイツコンピューターサイエンスとエンジニアリングの議長、カリキュラムを提供していないが、各学年レベルで学生が習得すべき一連の概念と実践を明確に定義するからです。
このフレームワークに加えて、CSTAが作成しました暫定K -12コンピューターサイエンスの基準、州の教育部門や学区向けのより具体的なグレードレベルのガイドをレイアウトして、コンピューターサイエンスカリキュラムを修正したり、構築したりします。
他のいくつかの州とともに、ワシントンは国家の枠組みとこれらの暫定基準を使用して、2016年に採用された学生向けの独自のコンピューターサイエンス基準を作成しました。
この州が採用したためコンピューターサイエンスK -12学習基準、ワシントンSTEM（すべての学生のSTEMへの関心とアクセスの増加に焦点を当てた州全体の非営利団体）および州立指導長（OSPI）州立局は、標準のコンテンツをレビューするコンピューターサイエンス標準委員会を招集しました。ワシントンステム。 4年から5年の期間にわたって展開されているこれらのイニシアチブは資金提供されています、とShouse氏によると、官民パートナーシップ、財団と企業パートナーからの州と民間の資金の混合が混在しています。
ワシントンの基準はまた、コンピューターサイエンスを「本質的な学業主題」として確立しました。つまり、学生は卒業要件に向けて数学/科学のクレジットとしてコンピューターサイエンスを数えることができます。
標準は、テクノロジーを理解するための重要な実践である計算思考にも焦点を当てています、とRoは言います。 「これは、フィールドや業界に関係なく、重要なスキルセットです。」
計算思考のもう1つの価値は、学生の関与を増加させ、科学的内容をより深く理解することです。
計算思考の魔法
計算思考はコンピューターサイエンスの知的心です、とラゾフスカは言います。抽象化、モジュール性、段階的な問題分解、モデリング、アルゴリズム思考、デバッグ、その他のスキルセットが必要なため、21世紀の市民ごとに学習する必要があると彼は言います。「それは数学、生物学、化学、物理学と同じくらい基本的なものです」ラゾウスカは言う。
今日のK -12コンピューターサイエンスの教室では計算思考が教えられていないため、教室に適応することが重要です。最近の論文では、ノースウェスタン大学のウリウィレンスキー博士は、学習のための4つのコンピュータープラクティスに計算の思考を壊しました。
- データプラクティス：データの分析、収集、操作、視覚化に関連する実践
- モデリングとシミュレーションの実践：フローチャート、図、方程式、式、コンピューターシミュレーション、物理モデルなどのモデルを作成、改良、使用する機能現象の特定の機能を簡素化する
- 計算上の問題解決プラクティス：デバッグやトラブルシューティングなどの問題を解決するために必要な計算ツールと方法を特定する
- システム思考の実践：システムの観点から考える必要がある複数の変数で複雑な慣行を分解する
「最近の人々は研究室のコートを着用していませんが、実際には一生懸命働いており、モデルを見つけようとする計算を行って、データのパターンを探しています。それは人々がほとんど理解していることです」とウィレンスキーは言います。
計算思考のもう1つの価値は、学生の関与を増加させ、科学的内容をより深く理解することです。たとえば、計算モデリングおよびシミュレーションツールを使用すると、学生はゲノムの3Dモデルとコンピューター画面での動作方法を作成できます。これは、学生が見てから複製できるという具体的な証拠です。
カリキュラムの開発
コンピューターサイエンスの改善K -12教育の改善における大きな課題の1つはカリキュラムです。 code.orgなどの組織にはオンラインリソースがありますが、標準に対応する幅広いカリキュラムは開発されていません。現在、コンピューターサイエンスに存在する唯一の公式カリキュラムは、高度な配置（AP）コンピューターサイエンスAクラスとAPコンピューターサイエンスの原則であり、2016年にリリースされた新しいコースで、プログラミングの知識に焦点を当て、コンピューターサイエンスの原則と学際的性質に焦点を当てています。
このカリキュラムを設置することは価値がありますが、実際には、APクラスと同様に、すべての学生、特に色と女の子の学生に届くわけではないということです。それでも、これは過去数年間で最も急成長しているAP試験の1つでした、とLazowskaは言います。 an教育週報告2014年に、APコンピューターサイエンスを服用した学生の数は、その数が以前に30年以上静的だった前年の26％上昇しました。しかし、テストテイカーの20％だけが女性でした。テクターの4％のみがアフリカ系アメリカ人で、9％はヒスパニックでした。 （2014年には、黒人とヒスパニック系の学生がそれぞれ14％と19％を占めました。）
ユーザー中心のデザインでゼロ化：ケーススタディ
私たちはテクノロジーにとても魅了されているため、長年にわたって、あらゆる新しいデバイスを食いしばってきました。今日、クエストは、ユーザー中心のインターフェイスまたはデザインと呼ばれるテクノロジーに適応するユーザーとは対照的に、ユーザーのニーズに合わせてテクノロジーを設計することです。これは、学生にコンピューターサイエンスを教えるための1つのアプローチです。
Davidsonは、キング郡/ピュージェットサウンドエリアの高校生に、ユーザー中心のデザインCharrettesを通じてユーザー中心のデザインについて教えています。 Charretteでは、学生はWebサイト、モバイルアプリ、または物理デバイスのユーザーインターフェイスの作成など、ユーザー設計アクティビティに参加します。彼らは、ユーザーが必要とする可能性のあるものをブレインストーミングし、特定のテクノロジーアプリケーションのための独自のユースケースシナリオとインタラクションデザインをブレインストーミングして、小グループで作業します。
「全体のアイデアは、テクノロジーやアルゴリズムまたはシステムを発明するのではなく、それを見つけることです」とDavidson氏は言います。「ユーザーの観点から始めます。」彼が見つけたのは、学生が実際に彼らに仕事を得ることができると感じた何かを学ぶのが本当に好きだったということでした。
もう1つのプラスは、このタイプのユーザー中心のデザインが人々に焦点を当てているため、子供、特に人々と協力し、テクノロジーを使用しながら学習の社会的側面に関与したい女の子にアピールすることです、とDavidson氏は言います。彼は現在、ワシントンでより多くの学生にリーチするためにプログラムを拡大しようとしています。
他のハードル
おそらく、存在する最大の課題は、コンピューターサイエンスを教えるのに十分な資格のある教師を見つけることです。 Davidsonのような教師は、コンピューティングのより深い概念を教える必要性を理解していますが、多くの教師はそうではありません。
コンピューターサイエンスは多くの場合、選択的コースであり、標準化されたテストに含まれていないため、コンピューターサイエンスの教師の配置を保証することはできません。管理者がコンピューターサイエンスの教師を雇う必要性を感じたり、義務を負わない場合、教師教育プログラムはこのタイプのトレーニングを提供する可能性が低くなります。実際、「システムのバグ：米国のコンピューターサイエンス教師認定」というタイトルのCSTAが実施した最近の調査では、そのような教師の認証/免許プロセスが「深く欠陥がある」ことがわかりました。
報告書によると、認証/免許の要件は「州ごとに大きく」異なり、「コンピューターサイエンスに特有ののは、州の要件の明確性がないことです。」州は、カリキュラムの要件を変更し、教師を雇うためにお金を割り当てる必要があると、彼らが以前にそのパイプラインを埋めたい場合、Davidsonは言います。
投資された人々は、努力が報われる。ほんの数年前、Lazowska氏によると、専門的な発展はまったくありませんでした。現在、code.orgなどの組織マイクロソフトのティール地域および全国のパートナーと協力して、コンピューターサイエンスを教えることに関心のある教師に専門的な学習の機会とサポートを提供しています。まだ少なすぎますが、専門能力開発を改善するためのリソースは急速に改善されています。
ワシントンでは、州の高等教育システムもK -12コンピューターサイエンス教育をサポートするために一生懸命働いています、とShouseは言います。 「私はその両方を知っています西部[ワシントン大学]（WWU）そしてセントラル[ワシントン大学]コンピューターサイエンスの教師を準備する能力を拡大しています。」 a最近のシアトルタイムズ記事WWUでのコンピューターサイエンス教育の需要は非常に高いと報告しており、学校は生徒を転送することでWWUの学生に優先的なステータスを与えています。セントラルでは、情報技術専攻が114％増加しています。
全体的に、ラゾフカは彼が見ているものが好きで、ワシントン州が正しい方向に動いていると考えています。 「必要なのは、標準、カリキュラム、専門能力開発リソースです。はい、私たちは教師には足りませんが、ほんの数年前よりもはるかに良いです。」
