Междисциплинарное кодирование: интеграция программирования с математикой и наукой

На сегодняшнем рынке труда выпускникам необходимо владеть технологиями, чтобы иметь возможность конкурировать за рабочие места в области STEM. Таким образом, текущая образовательные тенденции указывают на то, что интеграция обучения кодированию в учебную программу набирает обороты. Во многих школьных условиях кодирование стало важной частью обучения студентов математике и естественным наукам как средство подготовки их к будущему. Поэтому мы более подробно рассмотрим кодирование и математику, а также обучение естественным наукам.

Почему важны интеграция STEM и кодирование?

Студенты получают преимущество, изучая и практикуя кодирование в контексте математики и науки. Когда учителя объединяют эти предметы, они дают своим студентам дополнительное преимущество в развитии навыков критического мышления, способностей решения проблем и более глубокого понимания того, как концепции STEM могут применяться в реальных ситуациях.

Более того, искусство написания кода перешло в другие профессии от изящных искусств до цифрового маркетинга. Таким образом, передача этого навыка следующему поколению оказывает огромное положительное влияние на рынок труда.

Как учителя интегрируют программирование и математику

Для начала, студенты получают прекрасную возможность научиться программировать, имея дело с математические концепцииСочетание практического подхода к программированию с абстрактными идеями может помочь учащимся увидеть, как математика применяется в повседневной жизни.

Использование языков и инструментов программирования в геометрии

В контексте геометрии студенты могут узнать, как работают алгоритмы при получении измерений. Таким образом, с помощью кодирования они могут вычислить площадь многоугольника, окружность или расстояние между двумя точками с большей точностью и в более быстром темпе.

Students can also use coding languages and platforms for drawing the shapes and lines needed for practicing geometrical concepts and applications. To further support learning, math worksheets provide targeted exercises that reinforce these geometric principles, helping students practice calculations and problem-solving as a complement to coding activities.  Ultimately, coding in the setting of the geometry classroom can prepare students for careers in graphic design and architectural, and mechanical design.

Как кодирование укрепляет навыки измерения

Наряду с пространственными измерениями в геометрии, студенты могут применять кодирование и математику для измерения вероятности, времени и других показателей. Например, студенты могут узнать, как использовать Python для обнаруживать и измерять объекты в режиме реального времени и с высокой точностью.

Студенты также могут применять навыки кодирования для изучения климата, измеряя погодные условия, такие как температура, скорость ветра и влажность. Более того, такие языки, как C++, могут использоваться для создания симуляций явлений природы, что позволяет студентам получать данные из этих моделей, а затем создавать программу, которая строит графики и диаграммы результатов.

Обучение факторам и множителям посредством кодирования

Кодирование также оказывается ценным навыком, который укрепляет знания студентов о факторизации, делении и умножении. Фактически, интерактивный компонент кодирования позволяет студентам получить четкие визуализации, которые воплощают эти концепции в жизнь. Используя языки кодирования, студенты могут писать программы, которые создают деревья факторов и диаграммы Венна, которые помогают им видеть связи между числовыми группами. Более того, студенты могут создавать коды, которые помогают им находить наибольший общий множитель.

Решение алгебраических уравнений с помощью кодирования

Еще один аспект интеграции STEM — это задание переменных и написание уравнений, которые завершаются созданием кодов, имеющих определенные функции. Эта практика может быть очень полезна в применении алгебраических принципов для получения более наглядного и практического подхода. В свою очередь, студенты лучше усваивают то, чему научились.

Например, студенты могут писать программы для построения графиков своих решений алгебраических уравнений. Кроме того, они могут научиться кодировать с целью создания интерактивной игры. В свою очередь, они проверяют свои «ответы», запуская программу, чтобы увидеть, правильно ли она функционирует, тем самым давая им визуальное и практическое представление о том, как работает алгебра.

Как преподавать науку с помощью программирования

Как вы видите, кодирование и математика идут рука об руку. Однако многие педагоги также обнаруживают, что можно преподавать науку посредством кодирования — и наоборот.

Создание симуляций с помощью кодирования

Кодирование предоставляет средство для создания симуляций, которые позволяют студентам исследовать и представлять сложные научные концепции с помощью анимации. В одном сценарии студенты будут использовать язык кодирования для создания анимированных изображений объектов, движущихся с разными скоростями, для занятий по физике.

Кроме того, если вам интересно программирование в контексте астрономии, учащиеся могут создать анимированное изображение, показывающее жизненный цикл звезды.

Мы можем рассмотреть еще одно применение кодирования на уроках биологии. В этом случае студенты могут использовать похожую технологию для представления своего анализа микробов в образце воды. Еще одним преимуществом кодирования этого типа моделирования является возможность студента получать данные в реальном времени.

Применение робототехники и кодирования

Конечно, мы можем быть знакомы с ролью кодирования в физической и инженерной лаборатории. В этой ситуации студенты проектируют роботов или другие механизмы и программируют их конкретные функции.

Как мы видели в последние годы, робототехника стала более популярной практически на всех уровнях от начальной до средней школы. Чтобы дать вам четкое представление, дошкольники или детсадовцы могут изучать блочное кодирование, которое включает функции перетаскивания. Старшие ученики, с другой стороны, могут работать с более сложными языками кодирования, такими как Python, Java и C/C++.

Практика анализа данных

Если задуматься, то все отрасли науки связаны с сбор данных. Поэтому изучение того, как кодировать, имеет смысл. Написав свои собственные программы, студенты могут быстрее генерировать данные и, в свою очередь, создавать график или диаграмму, которая отображает их результаты.

Выходя за рамки простого рассматривания цифр, студенты также получают возможность отточить свои математические навыки и навыки критического мышления. В конце концов, им все равно придется делать выводы на основе своих расчетов.

Преимущества включения программирования в уроки математики и естественных наук

Математика и наука включают процессы и принятие решений на основе расчетов. Поэтому неудивительно, что кодирование вписывается в учебные программы по математике и науке. Ниже мы перечислили преимущества обучения кодированию как части интеграции STEM.

Предоставление еще одного средства оценки навыков

Кодирование в математике или науке имеет одно преимущество, когда дело доходит до оценки приобретения навыков и знаний студентами. И это связано с тем фактом, что студенты должны протестировать свою программу, чтобы увидеть, достигает ли она своей намеченной цели или задачи. Работает программа или нет, студент прошел через процесс изучения языка кодирования и применения его для написания программы.

На самом деле, ошибки, которые делают ученики в процессе кодирования, служат возможностью для обучения и совершенствования. Другими словами, ученики могут вернуться и еще раз взглянуть на свое кодирование и переменные, чтобы увидеть, что пошло не так. Этот тип практики дает учителю возможность увидеть, как ученики продвигаются в своих навыках кодирования (т. е. оценивание). И ученики проходят процесс обучения, который гораздо более значим, чем повторяющиеся действия и заучивание.

Поощрение решения проблем и критического мышления

А поскольку учащимся приходится повторять свои шаги, чтобы понять, как отладить свой код, если программа работает некорректно, у них появляется больше возможностей для комплексное решение проблем и критическое мышление. Например, студенты все дальше отходят от привычки вставлять случайные числа. Вместо этого они начинают формировать привычки, связанные с уделением пристального внимания деталям при устранении неполадок.

Продвижение совместного обучения

Еще одним преимуществом кодирования в классе естественных наук и математики является сотрудничество студентов. Однако вы увидите некоторые огромные различия между этой формой сотрудничества по сравнению с другими типами групповых проектов. Одно из них — строгость, а другое — подотчетность. Для начала, как было отмечено выше, студенты берутся за более сложные задачи, которые требуют более критического мышления, особенно когда дело касается аспекта отладки кодирования.

В результате повышенной строгости каждый студент должен выполнить свою часть работы над проектом кодирования. Например, некоторые студенты будут тестировать программу группы, в то время как другие будут анализировать полученные данные и предлагать необходимые изменения.

А в случае сомнений учителя могут также проверить динамику группы с помощью такого программного обеспечения, как Git, которое отслеживает прогресс группы.

Повышение интереса к карьере в области STEM

И естественно, интеграция STEM часто приводит к формированию интереса со стороны студентов. Практикуют ли они кодирование и математику или кодирование на своих занятиях по естественным наукам, они могут увидеть своими глазами, как эти академические предметы связаны с повседневной жизнью. В связи с этим они могут решить продолжить карьеру в области STEM.

Проблемы, возникающие при интеграции STEM

С другой стороны, можно ожидать, что некоторые из следующих препятствий встанут на пути, когда школьный персонал решит преподавать программирование через науку или включить его изучение в свою программу по математике.

Нехватка ресурсов

Одна из распространенных проблем, которую мы видим в школьных округах, — это ограниченные ресурсы и финансирование. Сколько классов сталкиваются с проблемой нехватки устройств для всех учеников, чтобы участвовать в любых технологических упражнениях? К сожалению, такой сценарий встречается довольно часто.

Другая проблема связана с невозможностью позволить себе подписку на платформу или приложение для кодирования. Когда у школы (или всего округа) недостаточно денег для этого начинания, они могут выбрать бесплатные платформы, которые являются жизнеспособными вариантами. Однако некоторые преподаватели могут захотеть получить дополнительные функции (например, инструменты оценки и доступ учеников из дома), которые идут с платными подписками.

Тем не менее, должностные лица округа могут назначить авторов заявок на гранты для работы с главами отделов науки и математики, чтобы искать финансирование, необходимое для большего количества возможностей, связанных с STEM. Аналогичным образом, должностные лица сообщества и владельцы бизнеса могут активизироваться и помочь с финансированием, необходимым для интеграции STEM.

Необходимость подготовки учителей

Еще одна проблема связана с нехваткой персонала, обладающего опытом преподавания кодирования через науку и математику. Однако эта проблема представляет возможность для командного обучения или совместного планирования уроков. В качестве иллюстрации, если на кафедрах математики и естественных наук в школе есть один или несколько учителей, которые знают, как использовать и преподавать языки кодирования, то они могут организовать семинар для учителей или сотрудничать со своими коллегами для междисциплинарного проекта для студентов.

Также вы можете рассчитывать на то, что учителя найдут необходимые возможности для профессионального развития. Если они найдут семинар или постоянное обучение, они могут представить эту идею директору, который затем может попытаться получить необходимое финансирование от округа.

Способность удовлетворять разнообразные потребности в обучении

С необходимостью более профессионального развития связана также проблема удовлетворения потребностей студентов с различными стилями обучения и/или особенностями.

В то же время преподаватели и помощники преподавателей, обладающие ценным опытом и знаниями, полученными в ходе работы с разнообразными учащимися, могут использовать свои знания для проведения необходимой подготовки преподавателей математики и естественных наук.

Эта ситуация также предлагает возможность совместного обучения, когда инструкторы поддерживают друг друга, а также студентов, когда они вместе работают над проектом по кодированию. Плюс, у вас более высокое соотношение преподавателей и студентов, что идеально для всех участников.

Советы по внедрению межпредметного кодирования в преподавание математики и естественных наук

После того как окружной или домашний кооператив преодолеет препятствия, они смогут рассмотреть некоторые из лучших практик внедрения межпредметного кодирования.

Класс государственной и частной школы

Во-первых, эффективная интеграция STEM зависит от поиска правильной программы кодирования, которая удерживает интерес учащихся, одновременно развивая их навыки критического мышления. Как вы могли догадаться, учителя, работающие с этими учениками, будут лучшими судьями.

Еще один совет касается логистики. Например, учителя могут заменить парты на столы и добавить компьютер или планшет. И не забудем таблицу, содержащую важную информацию о языке кодирования, который будут использовать ученики.

Внедрение кодирования во время домашнего обучения

В отличие от государственных школ, родители, обучающие на дому иметь больше гибкости в выборе правильной программы или приложения для кодирования для своих детей. Однако следующие советы все еще могут оказаться полезными:

· Изучение различных онлайн-опций (например: Code Monkey)

· Запишите своих детей в STEM-лагеря и клубы

· Присоединяйтесь или создайте кооператив STEM.

Кроме того, вы и ваши дети можете участвовать в кодировании вместе, где вы оба изучаете процесс. Это позволит вам оказывать больше учебной поддержки по мере того, как ваши дети продвигаются в учебе.

Последние мысли

Рассматривая интеграцию обучения STEM, мы можем иметь в виду растущее число цифровых платформ, которые объединяют кодирование и математику, а также науки. В идеале они станут широко используемыми инструментами в классе в качестве учебников. В конце концов, мы увидели рост карьер, связанных со STEM, и многих других, которые полагаются на технологии.