Важные принципы компьютерной науки, которым стоит научить ваших детей

Основные принципы информатики для детей

В 2016 году Барак Обама заявил: «В новой экономике компьютерные науки — это не факультативный навык. Это базовый навык». Понимание бывшим президентом США важности компьютерных наук было верным тогда и продолжает доказывать свою истинность в сегодняшней цифровой экономике. Компьютерные науки, проще говоря, — это изучение того, как собираются физические компьютеры и как впоследствии программируется программное обеспечение. Это обширная область со множеством подразделов, в основе каждого из которых лежат различные принципы. Не существует общепризнанного набора принципов компьютерных наук — быстрый поиск в Интернете по запросу «принципы компьютерных наук» подтвердит это — поэтому мы выбрали шесть лучших технический принципы, которые мы считаем важными для детей. Поскольку каждый принцип важен и работает в сочетании с другими, мы перечислили их в алфавитном порядке. Все Информатика Детей можно легко научить принципам, а некоторые принципы можно закрепить даже без компьютера!

Алгоритмы

Алгоритмы – довольно сложное слово для произношения, написания и понимания, особенно для детей! Однако то, что оно сложное, не означает, что ваш ребенок не поймет эту концепцию. На самом деле, мы выполняем множество задач ежедневно, которые по сути выполняются с помощью алгоритмического мышления и принятия решений. Алгоритм, вкратце, относится к пошаговому процессу, необходимому для выполнения определенной задачи. Что касается компьютерной науки, алгоритмы описывают, что компьютер должен делать и как он должен это делать. Алгоритмы являются основой программирования; они позволяют нашим устройствам (от компьютеров до смартфонов), приложениям и веб-сайтам принимать решения. Аналогично, алгоритмическое мышление требует не только решения проблемы, но и шагов, которые можно воспроизвести, чтобы найти указанное решение (представьте себе рецепт). Алгоритмы должен соответствовать четырем критериям: быть простым; понятным; приводить к решению с фиксированным числом последовательных шагов; и иметь возможность справляться с некоторыми непредвиденными обстоятельствами. 

Есть три основные конструкции в алгоритме: линейная последовательность, условная и циклическая.

Алгоритмы линейной последовательности: Эти алгоритмы следуют определенному набору инструкций, которые производят определенный результат. Например, процесс оформления заказа при совершении покупок в Интернете является примером алгоритма линейной последовательности. Реальным примером может быть, когда пользователь следует рецепту кекса, выполняя подробные шаги для создания предполагаемого продукта: кексов. Научить детей понимать простые линейные алгоритмы может быть так же легко, как следовать рецепту, следовать ритуалу отхода ко сну или научиться завязывать шнурки. 

Условные алгоритмы: Они также следуют набору инструкций, но также выбирают между двумя действиями; рассмотрите утверждения «если» и «тогда». Простым примером на компьютере будет, когда пользователь нажимает кнопку, произойдет предполагаемый результат; если кто-то ввел правильное имя пользователя и пароль и нажал «Войти», затем они попадут на свой счет. Возвращаясь к нашему сценарию рецепта кексов, если кексы перепекаются, затем пользователю нужно будет настроить температуру или время выпечки. Думая об условных алгоритмах таким образом, мы можем увидеть, как часто мы используем их в течение дня!

Алгоритмы циклов: Как следует из названия, циклические алгоритмы повторяются и делают это постоянно, пока им не скажут (запрограммируют) остановиться, не придут к определенному выводу или не будут повторяться только заранее определенное количество раз. Базовым примером циклического алгоритма в отношении компьютерной науки будет заранее определенное количество раз, когда кто-то может неправильно попытаться разблокировать мобильный телефон, прежде чем он будет заблокирован на более длительный период времени. Другой пример из реального мира, ссылающийся на нашу аналогию с рецептом кексов, будет эквивалентен приготовлению нескольких кексов из одной и той же партии, пока не закончится тесто или пока пользователь не сделает заданное количество партий рецепта.

Для закрепления принципов алгоритмов с точки зрения компьютерной науки существует множество алгоритм действий доступно онлайн. Чтобы исследовать алгоритмическое мышление без использования компьютера, попробуйте, чтобы ваш ребенок построил лабиринт из Lego (или любых других доступных игрушек) и сделал карточки со стрелками, чтобы создать последовательность инструкций. Эти карточки затем можно использовать для того, чтобы направлять мини-фигурку через лабиринт. Это отличное вводное занятие, которое можно попробовать перед программированием чего-то вроде Bee-Bots. Для более сложного алгоритмического мышления попробуйте эти виды деятельности которые используют карточки для объяснения различных типов алгоритмов. Для родителей, которые хотят лучше понять, как работают алгоритмы, Йоркский университет предлагает краткая статья который исследует дополнительные типы алгоритмов.

Искусственный интеллект

Искусственный интеллект (ИИ) — это создание алгоритмов и методов, которые дают компьютеру возможность выполнять задачи, которые обычно связаны с человеком, такие как решение проблем и обучение. ИИ находится в разработке с 1956 года — с «Имитационный тест» Алана Тьюринга – и является одним из наиболее быстрорастущих секторов компьютерной науки. С появлением виртуальных помощников, таких как Alexa и Siri, ИИ уже нашел свой путь в наши дома и стал неотъемлемой частью жизни наших детей. ИИ все больше становится основой видеоигр (включая FIFA, Minecraft и Grand Theft Auto V), а также многих роботизированных игрушек и приложений для детей (включая Gizmo, ChatGPT и SmartDreams Bedtime Stories). Влияние ИИ на детей даже стало предметом изучения ЮНИСЕФ, с акцентом на том, как ИИ может быть использован для «защиты, обеспечения и расширения прав и возможностей детей».

Поскольку ИИ уже является устоявшейся частью большинства наших жизней, крайне важно, чтобы дети хорошо понимали его, а также его связь с компьютерной наукой. Фактически, обучение кодированию является важным навыком для развития ИИ, поскольку широко признано, что кодирование важно для первоначального внедрения ИИ. Кодирование для детей — отличный способ познакомить детей с кодированием в увлекательной и увлекательной форме, и это настроит их на более четкое понимание того, как работает ИИ. Также следует подчеркнуть, что ИИ — это инструмент, который поддерживает нас, а не заменяет наше собственное творчество и способы мышления. 

Компьютерные сети

Компьютерные сети относятся к тому, как два или более компьютеров взаимодействуют друг с другом, в частности, посредством обмена информацией и совместного использования ресурсов. Простым примером компьютерной сети является способность принтера получать документ с компьютера и распечатывать его. Существует два основных типа компьютерных сетей: LAN и WAN. 

Локальная сеть: Локальные сети соединяют компьютеры, которые физически находятся близко друг к другу. Например, компьютеры школы или офиса будут частью локальной сети. Они могут быть соединены физическими проводами или через Wi-Fi.

WAN-сеть: Сети WAN соединяют компьютеры и меньшие сети с более крупными сетями, особенно на обширных географических территориях. Самым большим примером WAN является Интернет.

Понимание компьютерных сетей жизненно важно для работы инженеров-программистов, карьеры с большим потенциалом на будущее. Это понимание также даст детям возможность оценить компьютеры и устройства и их влияние на нашу жизнь и на окружающий мир.

Двоичные числа

Двоичные числа, тип кода, являются фундаментальной концепцией компьютерной науки. Изобретены в 17^ЫЙ В XX веке немецким математиком Готфридом Вильгельмом Лейбницем каждая двоичная цифра (или «бит» для краткости) имеет только два возможных значения: 0 или 1. Положение бит определяет значение двоичного числа. Двоичные числа составляют основу всех компьютерных систем и операций, позволяя этим системам выполнять сложные задачи и хранить большие объемы данных с высокой скоростью и точностью. 

Если ваш ребенок интересуется компьютерными науками и стремится построить карьеру в этой области, необходимо, чтобы он понимал двоичные числа. Хотя двоичные числа могут показаться совершенно другим языком — которым они, по сути, и являются — их также может быть очень весело изучать! Дети могут даже изучать двоичное кодирование без компьютера; простой поиск в Интернете предоставит многочисленные ресурсы для обучения детей двоичным числам. Многим понравится качество «головоломки» при расшифровке этого типа кода. Дети могут даже начать писать закодированные сообщения на бумаге, используя 1 и 0, и только те, кто сможет «взломать код», смогут прочитать их сообщение! Наличие этого фундаментального понимания даст вашему ребенку преимущество, если он решит продолжить образование в области компьютерных наук.

Структуры данных

Структуры данных, которые тесно взаимодействуют с алгоритмами, используются для организации, обработки, извлечения и хранения информации. Другими словами, структуры данных позволяют эффективно организовывать информацию. Затем эти структуры данных позволяют алгоритмам обрабатывать эту информацию. Изучение структур данных и алгоритмов позволит вашему ребенку стать в целом лучшим программистом, поскольку они используются почти в каждой созданной программе или программной системе. Существует множество используемых структур данных, но есть семь структур, которые больше всего подойдут детям из-за их связи с кодированием: массив, связанный список, стек, очередь, граф, дерево и хэш-таблица.

Поскольку структуры данных и алгоритмы неразрывно связаны, изучение структур данных через кодирование — отличный способ внедрить этот навык, получая при этом удовольствие! Сосредоточьтесь на языках кодирования, которые будут связаны с различными структурами данных. Например, Python а также Яваскрипт представлены все семь структур, упомянутых выше.

Если вы ищете способ закрепить знания о структурах данных без использования компьютера, попробуйте выполнить следующее упражнение с массивами: 

1. Соберите группу игрушек, чтобы продемонстрировать идею формирования массива, выстроив их в прямую линию. 

2. Обозначьте каждую деталь с помощью стикера и запишите ее положение в ряду в виде номера (1, 2, 3 и т. д.).

3. Любой может получить доступ к «массиву» для хранения информации, выбрав любую из частей, чтобы «запомнить» слово/значение (записав его на стикере и поместив его под игрушку). Затем они могут получить доступ к слову/значению, только ссылаясь на положение части в строке.

4. Во всех случаях игрушки в «массиве» можно идентифицировать только по их положению в ряду. 

Языки программирования

Как упоминалось в этом посте, изучение языка кодирования (подмножество программирования) является одним из лучших способов внедрения многих принципов компьютерной науки. Кодирование поможет вашему ребенку развить понимание большинства принципов, изложенных здесь, а также улучшить его навыки решения проблем, повысить креативность, повысить уверенность и развивать сотрудничество, одновременно развивая настойчивость и устойчивость. Есть много варианты выбора языка, который должен изучать ваш ребенок (HTML, CSS, Scratch, JavaScript, Python, Ruby, PHP, Visual Basic, Java и т. д.); мы обобщили наши лучшие предложения по выбору лучших языков программирования в нашей записи в блоге 'Какой язык программирования следует изучить вашему ребенку?'.

Зачем детям изучать информатику?

На это есть много веских причин. Вот несколько из них:

• · Информатика помогает детям развивать навыки решения проблем
• · Знания, которые дает компьютерная наука, очень важны для нашей жизни, поскольку технологии повсюду.
• · Информатика способствует развитию других важных навыков, таких как концентрация внимания, логика, творческое мышление, аналитические способности и настойчивость.
• · КС помогает детям лучше понимать, взаимодействовать и общаться в окружающем мире
• · CS ценен во многих других областях и отраслях
• · CS дает значительное карьерное преимущество. Давайте рассмотрим последний пункт более подробно.

Изучение компьютерных наук даст вашему ребенку навыки, необходимые для получения высокооплачиваемой работы в будущем. Например, в 2025 году IT-менеджеры и разработчики программного обеспечения считаются лучшими профессиями в области STEM со средней зарплатой более $130,000 в год. Кроме того, компьютерные науки стали неотъемлемой частью других областей, таких как биология, химия и медицина. Независимо от того, какую область вы выберете, наличие знаний в области компьютерных наук станет существенным преимуществом.

Реальные приложения компьютерной науки

Хотя компьютерные науки будут частью большинства учебных программ детей по всему миру, часто начиная с 5 лет, это также ценный навык с широкими карьерными возможностями. Фактически, по данным Бюро статистики США, ожидается, что роли разработчиков программного обеспечения вырастут на 26% в течение следующих десяти лет, а к 2031 году роли в области компьютерных и информационных технологий, как ожидается, вырастут на 15% — оба показателя намного превышают средний показатель для других профессий (5%). Аналогичным образом, правительство Великобритании активно стремится обеспечить «высококвалифицированную рабочую силу STEM» для реализации своих «амбиций научной сверхдержавы». 

Только некоторый из профессий (с очень востребованной зарплатой), которые может выбрать ребенок, в которых есть информатика, следующие: 

• · Разработчик видеоигр
• · Инженер по компьютерному оборудованию
• · Аналитик компьютерных систем
• · Веб-разработчик
• · ИТ-консультант/аналитик
• · Инженер-программист
• · Специалист по ИТ-безопасности

Более того, существует множество профессий, в которых знание компьютерных наук, в частности программирования, признается чрезвычайно ценным, хотя официально оно и не является частью должности.

Охватывая столь обширную область изучения, принципы компьютерной науки многочисленны. Перечисленные выше принципы являются прекрасной основой для обучения вашего ребенка, чтобы поддержать его знания и понимание компьютерной науки. Если вы хотите и дальше поощрять и развивать осведомленность и интерес вашего ребенка к компьютерной науке, ознакомьтесь с Курсы программирования CodeMonkey для дальнейших идей и действий.