Bilgisayar kullanmadan bilgisayar bilimini nasıl öğretebilirim?

Dünyanın bazı yerlerinde, insanlar genellikle bilgisayarlara erişemezler (ve dolayısıyla çok az bilgi sahibi olurlar) ve sahip olsalar bile, donanım ve yazılımlar modası geçmiş ve elektrik kesintileri ve bu gibi kullanımlara zarar vermiştir. (İyi) kitaplara erişim de eksiktir. Bu koşullar altında bilgisayar bilimini nasıl öğretebilirim?

Deneyler yapmadan ve öğrendiklerini uygulayamadan, inanılmaz derecede motive olmuş ve zamanlarının çoğunu bu hobiye adamış olsalar bile hiç (iyi) öğrenmeyeceklerinden endişeliyim. CS'yi sadece teorik olarak öğretmek mümkün mü?

Bilgisayar bilimini bilgisayarsız nasıl çalışabileceğinizi sormak, teleskop olmadan kozmolojiyi nasıl çalışabileceğinizi sormak gibidir. Elbette, çalıştığın şeylere bakabilmek güzel ve şeylerle oynamak için genellikle çok yararlı. Ancak bir bilgisayara erişmeden yapabileceğiniz çok şey var: aşırı uçlarda , muhtemelen neredeyse hiç bilgisayar olmadan bir lisans dersi yapabilirsiniz.

Pratik olarak, bilgisayarlara erişim, bir bilgisayar bilimi dersinde öğrendiklerinizi pekiştirmeye yardımcı olur. Programlama kursları, bir bilgisayara erişim ile çok daha doğaldır. Öte yandan, kağıda kod yazmaya zorlanmak, insanları derleyene kadar tekrar tekrar bir derleyiciden çalıştırmak ve daha sonra önemsiz test vakalarını tekrar tekrar çalıştırmak yerine kodları hakkında düşünmeye ve gerçekten çalıştığından emin olmaya teşvik eder. belli hatalar gidene kadar.

Bilgisayarsız en doğal konular daha matematiksel olacaktır. Kombinatorik ve olasılık gibi tüm arka plan matematiği. Hesaplanabilirlik, biçimsel diller, mantık, karmaşıklık teorisi, algoritma tasarımı ve analizi, bilgi ve kodlama teorisi. Kuantum hesaplama ile ilgili her şey!

Kağıt ve kalem kullanımı açıktır. Sinyal işleme öğretildiğinde, özel sinyal işlemcisi bizim için doğrudan mevcut değildi ve sadece kağıt raporlar verdik.

Büyük bilgisayar bilimcisi Dijkstra'nın görünüşe göre bilgisayarları çok fazla kullanmadığını unutmayın:

Bu dizideki 1972'den sonra çıkan makalelerin neredeyse tamamı el yazısıyla yazılmıştır. Yazılım teknolojisinin çoğunu icat eden Dijkstra, yıllarca kendi çalışmalarında bilgisayar kullanımını önledi. UT meslektaşlarının cesaretini kaybettikten ve bir Macintosh bilgisayar edindikten sonra bile, sadece e-posta ve World Wide Web'de gezinmek için kullandı.

^{Alıntı: Disjkstra's Memorial}

Bu, bilgisayar olmadan harika bir bilgisayar bilimi yapabileceğinizi gösteriyor!

Kağıt ve kalem bilgisayar bilimi problemlerinin yanı sıra, “gerçek dünyada” da çözülebilir, örneğin, Sapientia Üniversitesi tarafından yapılan kartlarla veya daha sıra dışı bir şekilde dans algoritmalarının gösterilmesi .

Birçok bilgisayar bilimi teorisi tamamen teoriktir ve kalem (cil) ve kağıt kullanılarak çözülebilir. Onlar hakkında bilgi edinmek ve onları dış dünyaya iletmek için bir bilgisayar gerekir.

Bazı harika fikirler için http://csunplugged.org/ adresine bakın . Google sponsorlardan biridir.

Siteden:

CS Unplugged, bilgisayar bilimlerini kartlar, ip, boya kalemi ve etrafta dolaşan çok sayıda oyun ve bulmaca kullanarak öğreten ücretsiz öğrenme etkinliklerinin bir koleksiyonudur.

Etkinlikler öğrencileri ikili sayılar, algoritmalar ve veri sıkıştırma gibi temel kavramlarla tanıştırır ve dikkat dağıtıcılardan ve genellikle bilgisayarlarda gördüğümüz teknik detaylardan ayrılır.

CS Unplugged, ilkokuldan yaşlılara, birçok ülke ve geçmişten gelen her yaştan insan için uygundur. Unplugged, yirmi yılı aşkın bir süredir, sınıflarda, bilim merkezlerinde, evlerde ve hatta bir parkta tatil etkinlikleri için kullanılmaktadır!

Bunu nasıl yapabileceğiniz çok açık. İnsanlara ne kadar yararlı olacağından emin değilim, ama yapabilirsiniz.

Ama bilgisayar bilimi öğretmeninin nasıl olacağını bile bilmiyorum, bilgisayar bilimini bilgisayar olmadan nasıl öğretebileceğinizi sorabilirim.

Çünkü bilgisayar bilimini öğretebilirseniz, nasıl yapılacağını bilirsiniz.

Eğer biliyorsan-

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

Normalizasyonun incelenmesi, veritabanları için veri tablolarının yapısı, kalem ve kağıt üzerinde yapılabilir. (Bunu sadece ilişkisel veritabanları üzerinde çalışırken kalem ve kağıt üzerinde yaptım)

Bilgisayar bilimi ders kitapları bilgisayar gerektirmez.

Eğer bir bilgisayar bilimi ders kitabı seçtiyseniz ve bir kütüphanede okuduysanız, anlamak için bir bilgisayara ihtiyacınız olmadığını bilirsiniz.

Ancak, bir bilgisayar bilimi dersinde oturan herkesin çoğu insanın programlayamayacağını görebileceğinin farkında olmalısınız, bu sadece onların ötesindedir. İnsanlar için çok soyut. Bu Üniversite düzeyinde bile doğrudur.

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

Öğrencilerin önemli bir azınlığı her Birleşik Krallık üniversitesindeki her giriş programlama dersinde başarısız olmaktadır. Kahramanca akademik çabaya rağmen, oran yıllar içinde azalmak yerine arttı. Öğretim yöntemleri ve öğrenci yanıtları üzerine yapılan çok sayıda araştırmaya rağmen, neden hakkında hiçbir fikrimiz yok.

Bunu önemli bir azınlık olarak nitelendirmek için bir eksiklik olduğunu ekleyebilirim. Bu - programlayabilen küçük bir azınlık.

Yine de, tanık olduğu düşüşün sebebini not ediyorum. Bilgisayarlar örneğin 2000-2010 yılları arasında daha popüler hale geldikçe (o on yılın ortasında yazdı), daha fazla kurt 'bilgisayar bilimi' okumakla ilgileniyordu. O zamandan önce sadece daha fanatik insanlar ilgileniyordu. Ve daha önce, bilgisayar kullanmak daha teknikti, ancak bilgisayarlar ortalama bir insanın kullanımı daha kolay ve çalışabilecekleri uygulamalarda daha güçlü hale geldikçe, daha fazla kurt onları ve yalnızca yapabilecekleriyle ilgilenen daha fazla insanı kullanıyordu. nasıl yaptıklarından ve nasıl yaptıklarından ziyade.

Bilgisayar Bilimleri kavramlarını bilgisayar olmadan öğretmek mümkün olabilir. Elbette bir bilgisayara erişim olmadan, Bilgisayar Bilimi öğrenmek gerçekten ne işe yarar?

Lisede Bilgisayar Bilimi öğrenirken, ilk birkaç dersimizde bilgisayar hiç yoktu. Bunun yerine, nesne yönelimli kavramları öğreten Karel ++ adlı bir kitaptan çalıştık . Oluşturulan dil bir beyaz tahta veya tahtada kolayca çalıştırılabilir, çünkü kodun tamamı bir grafik üzerinde işlem yapar. İlk birkaç ödevimiz el yazısıyla yazıldı ve profesör bir sonraki dersin başında tahtada doğru çözümü gösterecekti.

Algoritmaları tartışmaya başladığımızda, profesör bizi odanın önüne çağırdı ve bir sırada durmamızı söyledi. Birkaç farklı sıralama algoritması göstermeye devam etti - aptalca bir şeyden başlayarak "maymun sıralama" olarak adlandırdığı ve ikimizi rastgele değiştirip sonra her yinelemenin sıralanıp sıralanmadığını kontrol edip kabarcık sıralaması ve kabuk sıralaması yapıp yapmadığını kontrol etti . onları "bizden çalıştırıyoruz".

Tahtaya diyagramlar çizerek bilgisayar belleği ve yığının nasıl çalıştığının temellerini açıkladı. Değişkenleri ve işaretçileri (bir C ++ sınıfıydı) ve oradan bağlantılı listelere ve ağaçlara gösterdi ...

O sınıftan tuttuğum notların üzerinden geçersem muhtemelen buna ekleyebilirdim, ama şimdi hatırladığım tek şey bu. Bu öneriler ilginçse, bu cevabı genişletebilirim.

Bir bilgisayar bilimi derecesi yaptım ve çok sayıda programlama öğretildiğimizi düşündüm (çeşitli dillerde), ayrıca birçok matematik yönü (ve bazı donanımlar da) öğretildi.

Matematik bölümleri ilk yıl için daha önemliydi - 3d grafikler için gerekli olan matris matematiğini düşünün ( bir tepe noktasını aydınlatmak için normal bir yüzeyi nasıl hesaplarsınız? ). Çok fazla istatistik yaptık - iş verim analizini düşünün, bir sisteme tıkanmadan önce ne kadar iş verebilirsiniz? Bu, birçok merkezi sistem ve ağ için oldukça önemlidir.

Birçok algoritmayı öğretebilirsiniz, burada bahsedilen bir poster, öğrencilere her biri bir numara vererek ve daha sonra çeşitli algoritmalar (kendilerini aktif ve bilgilendirici) kullanarak kendilerini sıralamalarını sağlamaktır. Aslında, internetteki animasyonlu bir görüntüde tanımlanabilecek herhangi bir algoritma bu şekilde öğretilebilir. Benzer şekilde hesaplamanın temelleri - program sayacı, akümülatör ve kayıtlaraynı şekilde veya kağıt üzerinde öğretilebilir. Öğrenci tabanlı çoklu iş parçacığına ne dersiniz - bir grup öğrenciye klasik bir çoklu iş parçacığı alıştırmasında (veya 1 paylaşılan kaşık probleminde) her biri arasında bir deste olan bir kart oyunu ayarlayın. Ya da tasarım kalıpları, karatahta mimarisinin öğrencilerin çok işlemli iletişimin nasıl uygulanabileceğini öğrenmeleri için mükemmel olduğunu veya bir tür çince fısıltı oyunu veya sonlu durum makineleri olarak tanımlanan n-katmanlı bir mimarinin, 'yaşayan bilgisayarda' modüller. İkili matematik veya yığın tabanlı (yani ters cila) yürütmeyi öğretebilirsiniz.

Elbette elektroniğe erişiminiz varsa, op-amperlerden analog bir bilgisayar oluşturabilirsiniz. Onlar havalılar.

Ne yazık ki tüm bunlar matematikten çok matematik gibi görünecek, ama çoğu yapışacak ve bir gün neden öğretildiklerini anlayacaklar (bilgisayar endüstrisine girdiklerini varsayarak). Bir bilgisayarın yapabileceği her şeyin, bir kişinin yapabileceğini unutmayın - aynı sonucu elde etmek için çok daha fazla zaman ve can sıkıntısı alacaktır . Bilgisayarın ne yapacağını göstermek için basit örnekler almanız ve bilgisayarla ilgili temel bilgileri öğretildiğim gibi daha az kuru bir şekilde tanımlamak için hayal gücünüz var :)

Bilgisayar bilimini bilgisayarsız nasıl çalışabileceğinizi sormak, teleskop olmadan kozmolojiyi nasıl çalışabileceğinizi sormak gibidir.

Çoğunlukla sadece bu ifadeye tepki vermek için yanıt veriyorum ve diğer cevaplara kesinlikle katılmıyorum. Bence doğru karşılaştırma

Bilgisayar bilimini bilgisayarsız nasıl çalışabileceğinizi sormak, kozmolojiyi bir kozmos olmadan nasıl çalışabileceğinizi sormak gibidir .

Bilgisayar Bilimi olduğu hakkında sadece onları kullanmıyor, bilgisayarların. Doğru, bir çok Bilgisayar Bilimi matematiğe dayanmaktadır, bu nedenle matematiksel bölümler bilgisayar olmadan incelenebilir (böylece matematik öğretirsiniz) tıpkı kozmoloji yerine bir kozmos (veya teleskoplara erişebilir), ancak sonunda çalıştığınız şey hala fiziktir.

Şimdi, buradaki cevaplarda herkesin yaptığı şey, lisans düzeyindeki bilgisayar biliminin nasıl teorik olduğunu ve bilgisayar gerektirmediğini, insanların IMHO'nun unutduğu şey, aynı insanların o noktaya kadar bilgisayarları yaygın olarak kullandıklarıdır. Doğal bir anlayış olmadan, doğrudan teorik konulara girmek, birçok öğrencinin bilgisayar biliminden vazgeçmesine ya da çok uyuşmayan bir görüşe sahip olmasına neden olacaktır. Bu yüzden, bilgisayarların ilk olarak ne olduğunu ve daha sonra teorik şeylere girmesini anlamak için bazı programlama, öğretme öğretin.

Afrika'da genel düzey know-how dışında bir bilgisayar bilgisi olmayan öğrencilere ders veriyorum ama ileri düzey bilgisayar bilimlerini öğrenmeye ve zamanlarının çoğunu bu hobiye adamaya kim hevesli?

Bütçeye bağlıdır:

• Neredeyse bütçe yok Afrika'ya seyahat etmek için paranız varsa bir grup arduino klonu (13 $ için fonksiyonel arduino klonları var, örneğin bu listeyi kontrol edin ), bazı çıkış bileşenleri (LED'ler gibi) ve bir dizüstü bilgisayar. Bazı temel programlama ile başlayın, kağıt üzerinde onlara öğretin ve dizüstü bilgisayara girmek zorunda. Bu en etkili yol değildir, ancak onlara en azından bilgisayarların pratikte ne olduğuna dair temel bir temel anlayışı öğretecektir.
• Düşük bütçeli Satın $ 750 dolar değerinde $ 50 android akıllı telefonlar ve klavyeler (microUSB klavyeler veya bluetooth klavyeler, kontrol ebay.com veya aliexpress.com akıllı telefonlar ve klavyeler her ikisi için). Evet milyonlarca boktan, bana bundan bahsetme bile. Yine de, bunlara veri girebilirsiniz (ancak ekran klavyelerini kullanmayı düşünmeyin) ve android için basit kodlama uygulamaları vardır. Her akıllı telefon için birden fazla öğrenciniz olsun ve bu oldukça iyi sonuç verebilir.

Öyleyse açık konuşalım, Bilgisayar Bilimi'nin bilgisayar olmadan öğretilemeyeceğini söylemiyorum, sadece böyle bir şeyi düşünmeye başlamadan önce bilgisayarlara alışmanız ve onları oldukça iyi tanımanız gerekir.

Bilgisayar Bilimi algoritmalar ile ilgilidir ve (kesinlikle) bilgisayarlar (ve elektronik) ile ilgili değildir.

Bu nedenle, algoritmaların (ilkel aritmetik bile) incelenmesi, bilgisayar bilimi ve programlamanın anlaşılmasını sağlayabilir. "Algoritma" teriminin bile aritmetik bir kitabın ( 9. Harezmi , 9. yüzyıl civarında CE) yazarının bir ifadesi olduğunu unutmayın .

Algoritmaların çalışması temel araçlar kullanılarak yapılabilir, ancak algoritmanın neden çalıştığını, nasıl ortaya çıktığını ve gerçekten doğru çalıştığını nasıl gösterebileceğini kapsamalıdır.

Bilgisayar bilimi ve algoritmalarının ve programlamanın evriminin arkasındaki tarih göz ardı edilmemelidir. Örneğin, Babbage / Ada'nın hesap makinesi, Enigma makinesi, Konrad Zuse'un plankalkul , ENIAC vb.

Sonra algoritmaları resmileştirmenin bir yolu olarak programlama (ve programlama dilleri) tanıtılabilir. Bu aynı zamanda (büyük ölçüde) temel araçlar kullanılarak da yapılabilir.

Not bazı çalışmalarda programlama öğrenme Peole (örneğin eşitlik testi vs asignment ve bir RAM makinesinin çalışması için sembollerin aşırı yüklenme ile ilgili) anlamakta iki ana zorluklar olduğunu göstermiştir.

1. Döngü yapıları (örneğin, vs. için) zor görünüyor
2. Eşitlik testine karşı görevlendirme de zor görünüyor.

Böylece insanlar açıkça anlaşılır ve insanlar tarafından anlaşılır.

Ayrıca, herhangi bir bilgisayara erişilebiliyorsa (programlanabilen bir hesap makinesi bile), bu uygulama örnekleri ve uygulamalı deneyim sağlamak için kullanılabilir. Başka biri benzetilmiş bir bilgisayar kullanabilir. Bu çeşitli şekillerde yapılabilir, örneğin bir grup insan bir bilgisayarın parçalarını simüle edebilir ve sınıf bu simüle edilmiş bilgisayar için çeşitli sorunları çözmek ve nasıl gittiğini görmek için algoritmalar tasarlayabilir. Bu bir oyun olarak da görülebilir, yaratıcı olun ve yapın.

Daha sonra bazı (soyut) hesaplama modelleri (örneğin Turing Makineleri ) tanıtılabilir ve algoritmalar ve formalisatinn ile ilgili önceki materyalle (programlama) bir dil olarak ilişkilendirilebilir.

Eğer bir kişi gerçek bir bilgisayarın elektroniğini tanıtmak istiyorsa, bu iki kısımda da yapılabilir.

Üniversitelerde bile bazı elektronik ve bilgisayar mimarisi derslerinin teorik olduğunu unutmayın (aslında bir CPU veya tasarım dersi ile temasa geçmez).

Böylece, bilgisayar mimarisiyle ilgili elektroniklerin (ve altta yatan fiziğin) bazı çalışma prensipleri ortaya konabilir ( yarı iletkenler , katı hal enerji bölgeleri, p-np kapıları, vb.).

Daha sonra programlama ve algoritmalar hakkında önceki materyalden yararlanılabilir ve endüstride kullanılan CPU tasarımının (ve tanımının) (modern) tekniklerini ( Mantık kapıları , Parmak arası Terlik , FPGA , VHDL , CMOS devreleri vb.) Tanıtabilir .

Bu, paralellik, ardışık düzen, önbellek, vektör adresleme, mikro programlama, DMA, vb.

Tamam, belki bu çok fazla olabilir, ancak cevabı kendi kendine yettirmek için eklendi.

Programlamayı öğretmek mi istiyorsunuz?

Çocukken kamp tatiline çıktık ve bilgisayar kılavuzunu yanımda götürdüm. Kalem ve kağıt kullanarak basit bir oyun yazabildim.

Bu benim ilk gerçek programımdı, bu yüzden çok fazla öğrenme içeriyordu. Ne yapmak istediğimi biliyordum, ama çözerken çok fazla yanlış başlangıç ​​vardı. Ama sonunda tüm kodu yazmayı başardım.

Söylediklerimi projeyi planlamak ve sonra koda çevirmek için sahte kod ve \ veya akış şemaları ile başlamak olduğunu tahmin ediyorum. Kodumun çoğunu sadece okuyarak hata ayıklamayı başardım. Burada akran değerlendirmelerini de kullanabilirsiniz.

Önceki cevaplara yankı vermek için: Sadece kalem ve kağıt alıştırmaları okumak ve yapmaktan öğrenilecek çok şey var. Sorunu kağıt üzerinde çalıştırabiliyorsanız, sert kısmı aşağıya patlarsınız. Bununla birlikte, öğrencileri CS'ye maruz bırakmanın oldukça ucuz yollarının varlığından da bahsetmek istiyorum. Eğer aşina mısınız Ahududu Pi Projesi ? Birkaç kişi paylaşmak zorunda olsa bile veya sadece 1 veya 2 birim alabiliyor olsanız bile, öğrencilerinizi teknolojiye maruz bırakmanın bir yolu olarak düşünmeye değer olabilir.

Bu biraz kıpırdatmak deneyiyorum & "kutunun dışında düşünmek". tam gelişmiş bilgisayarlar gerçekten pahalıdır, bazen kaynak gerektirir ve bakımı zordur. ancak LCD ekranlı vb. tam gelişmiş bilgisayarları taklit eden ve birçok temel programlama ilkesinin uygulanabildiği birçok pille çalışan birçok ucuz elektronik sistem vardır. Enerji Verimliliği ilkelerinin ikili mantık devreleri inşa etmek gibi hesaplama ile de yakın bir bağlantısı vardır .; ayrıca günümüzde bazı oyuncaklar programlanabilirlik özelliklerine sahiptir.

• programlanabilir hesap makineleri . bazıları tüm programlama dillerine (çok yüksek seviyede değil, daha çok montaj dilleri gibi) sahiptir. bazıları gelişmiş programları destekleyebilir.

• Raspberry pi minibilgisayar / mikrodenetleyici bu amaçla geliştirilmiştir ve linux çalışır. çoğu durumda 40 dolardan az.

• paralaks STAMP kiti mikrodenetleyici bir USB bağlantısı gerektirir, ancak bir Raspberry pi yeterli olabilir. ayrıca bkz. PIC mikrodenetleyici

• robot sistemleri. programlanabilir mantığı olan birçok ucuz olanlar var. Lego robotics mindstorms / nxt en iyilerinden biridir ve daha az pahalı modeller vardır.

• bazı konsol oyunlarında yerleşik programlama ilkeleri vardır. Örneğin, Little Big Planet'ın içinde inanılmaz programlama özellikleri vardır. programlanabilir oyunların bazı taşınabilir versiyonları vardır. ilham için karmaşık yapıların birçok youtube video var.

• akıllı telefonlar yeni programlama dünyasıdır. javascript çalıştıran tarayıcıları var ve birçok programlama ile ilgili uygulama var ve hatta bir internet bağlantısı (wifi dahil) ile programlama sitelerinde sörf yapabilir.

yorumlarda olduğu gibi TM programları oluşturmak, örn. toplama vb. için ve bunları elle takip etmeye çalışmak gibi.