منهج الحوسبة
من ويكي أضِف
الإطار العام و المحدّدات المعرفبة و القيمية لمنهج الحوسبة في مشروع تمكين الشباب رقميا.
هذا الإطار من مخرجات عمل خبير التدريب على الحوسبة
افتراضات منهج الحوسبة
- عدد الجلسات التعليمية في الأسبوع: 3 جلسات
- طول الجلسة: 3 ساعات
- عدد الأسابيع في الدورة: 12 أسبوعا
- عدد الجلسات في الدورة: 36 جلسة
- إجمالي عدد ساعات التعلّم: 108 ساعات
- الفئة العمرية للمتعلمين: بين 12 إلى 15 سنة
أهداف تعليمية
يهدف منهج الحوسبة إلى تحقيق أهداف تندرج تحت الخمسة الأهداف التالية:
- غرس و تأصيل التفكير الحوسبي في المتدربين
- تمكين المتدربين من ممارسة الحوسبة و البرمجة
- تأصيل ثقافة التعاون بين المتدربين و تمكينهم من استخدامهم أدوات و آليات التعاون و التشارك
- تمكين المتدربين من فهم و التعامل مع نبائط الحوسبة و نبائط و شبكات الاتصالات
- الوعي بدور و أثر تقنية المعلوماتية في العالم و ما يرتبط بهذه التقنية من قضايا
الأقسام التالية تُفصِّل كل من هذه الأهداف.
التفكير الحوسبي
- فهم كيفية تمثيل البيانات في الحاسوب بما في ذلك:
- تمثيل الأرقام باستخدام النظام الثنائي
- ترميز المحارف
- تمثيل النصوص
- تمثيل الأصوات
- تمثيل الصور
- تمثيل الفيديو
- فهم ماهية ترتيب البيانات
- فهم نموذج عمل الحاسوب
- فهم أساسيات الخوارزميات
- التعرف على تطبيقات حياتية (غير حاسوبية) للخوارزميات في الحياة اليومية
- معرفة و فهم بعض الخوارزميات الأساسية، مثل:
- خوارزميات الترتيب
- خوارزميات البحث
- إدراك [فهم] وجود خوارزميات متعددة لتحقيق نفس الهدف في معظم الحالات
- القدرة على تقييم الخوارزميات المختلفة لتحقيق هدف ما من حيث مناسبتها لظروف محددة بناء على معايير للمقارنة.
- فهم التجريد و إدراك وجوده في مفاهيم الحوسبة المختلفة
- فهم النمذجة الحاسوبية (بما في ذلك تصميم هياكل البيانات اللازمة لحفظ بيانات النموذج و حالته)
- فهم المحاكاة الحاسوبية (مثلا مكان عربة على مسار متعرج إذا احتوى النموذج على سرعة العربة)
- التعرف على التطبيقات المختلفة للنمذجة و المحاكاة في الحياة اليومية (إدارة شبكات المواصلات، التنبؤ بالمناخ، النمذجة العلمية في مجالات الفيزياء و الأحياء و غيرها، الألعاب الحاسوبية)
- تطبيق المحاكاة (باستخدام بعض البرمجيات المتوفرة بشكل حر أو كخدمات حرة على الإنترنت).
- التمكن من تصميم نموذج رقمي بسيط ثم تصميم و كتابة برنامج محاكاة يستخدم هذا النموذج
- التعرف على الخطوات الأساسية لحل المشكلات (Problem Solving Techniques):
- تحديد و تحليل المشكلة
- تطوير بدائل للحلّ
- اختيار أفضل البدائل
- تطبيق البديل المختار
- قياس فاعلية الحلّ المختار
- القدرة على تطبيق خطوات حل المشكلات على مشاكلات عملية بسيطة
(مع مراعاة تناول القدرة على تقسيم حل المشكلة إلى أجزاء)
التعاون
- إدراك أهمية التعاون و التشارك و ضرورتيهما في كثير من الأحيان للوصول إلى النتائج المرجوة
- القدرة على استخدام أدوات التشارك و العمل الجماعي
- القدرة على العمل تشاركيا لتأليف برمجية أو محتوى و نشره في مستودع حرّ (كود أو نص)
- القدرة على العمل في ثنائيات كوسيلة للتعلم التشاركي و نقد العمل و اكتساب مهارات العمل مع زملاء و التواصل معهم
- التعرّف على مستودعات محتوى حرّ (كود؛ صور؛ صوت؛ فيديو) و استخدام بعض محتواها في توليد عمل جديد
- التعرف على مشروعات برمجية حرّة قائمة و إمكانية المساهمة في تطويرها
- التعرّف على حركة البرمجيات الحرّة و المحتوى الحرّ، بالتعرض إلى مفهوم "الثقافة الحرّة"
- التعرف على أدوات مساعدة على تصميم و توثيق و إدارة المشروعات المعلوماتية و إدراك أهميتها
ممارسة الحوسبة و البرمجة
استخدام موارد تقنية المعلوماتية
- التعرّف على استخدام أدوات الإنتاجية العمومية في التعلّم (محرِّرات النصوص و المتصفحات و مُنظِّمات المعرفة و الملاحظات، مثل Zotero و BasKet و Diigo و Zim و أشباهها.
- القدرة على على استخدام بعض الأدوات المعلوماتية في الكتابة الفردية و التشاركية، و في التواصل و النشر (الويكيات و أشباهها)
- التعرّف على أساليب استخدام الشبكة بأمان و التواصل بخصوصية
البرمجة
- فهم ماهية البرمجة و لغات البرمجة و علاقة البرنامج بالخوارزمية
- فهم العناصر العامة للغات البرمجة و صفاتها
- القدرة على تطبيق خوارزمية باستخدام لغة البرمجة المختارة للتمكن من استخدام الحلقات و العبارات الشرطية و المنطق و العبارات و المتغيّرات و الدّوال
- القدرة على تأليف برمجية لحلّ مشكلة
- القدرة على اتّباع أساليب اختبار البرنامج و اكتشاف البقّات
- التعرّف على أنماط البرمجة: الأمرية imperative (و تحتها: الإجرائية procedural)، مُهيكلة structured، و الإنشائية declarative (تحتها: الكائنية OOP و الداليّة functional)
أساليب:
- تطبيق حل لمشكلة باستخدام أداة برمجية بصرية معتمدة على الصناديق
وظائف المعلوماتية
- إدراك دور تقنية المعلوماتية في التجارة و في التعليم و في الحوكمة
- إدراك دور تقنية المعلوماتية في البحث العلمي و الطبّ و الهندسة
- إدراك التداخل بين تقنية المعلوماتية و الفنون (الفنّ التوليدي؛ و في السينما و التصوير و الموسيقا)
- القدرة على تصور تطبيقات جديدة لتقنية المعلوماتية
- القدرة على استشراف مستقبل وظائف تقنية المعلوماتية
جمع و تحليل البيانات
- القدرة على جمع و تحليل البيانات و استخلاص نتائج منها (على سبيل المثال، جمع بيانات من الطبيعة باستخدام مستشعرات أو جمع بيانات عن المجتمع بشكل تعاوني بالربط بما يقدّم في قسم التعاون أو جمع مخرجات البرمجيات و النّظم الحاسوبية و إنتاج معرفة و تطبيقات جديدة باستخدام ما يتم جمعه من بيانات)
- التعرف على حركة البيانات المفتوحة (Open Data) و التقنيات و الممارسات المتعارف عليها لهذه الحركة و أهمية هذه الحركة
- التعرف على بعض المستودعات العمومية للبيانات التي نتجت عن هذه الحركة
- القدرة على استخراج البيانات من المستودعات العمومية و تحليلها و استخدامها في تطبيقات مفيدة
- القدرة على نشر ما تم جمعه من بيانات و نتائج على مستودعات حرة
(ملاحظات للمحتوى: الإشارة إلى منحة School of Data في المصادر الإضافية)
(الوِب الدلالية، حركة البيانات المفتوحة، إلخ)
أدوات و نبائط الحوسبة و الاتصالات
الحواسيب بأشكالها المختلفة
- معرفة انواع الحواسيب و مكوناتها و هيكليتها و فهم كيفية عملها
- القدرة على تطبيق المعارف و المفاهيم المكتسبة في تحديد ادوار المكونات المختلفة للمكونات في حواسيب متنوعة و توصيف دور و كيفية عمل كل مكون و كيفية عملها معا
- القدرة على تحليل المشاكل و اكتشاف اسبابها بالاعتماد على فهم هيكلية الحاسوب
- القدرة على تحليل هيكلية حاسوب و تحديد اثر مكوناته على قدراته
- القدرة على تصور هيكليات مختلفة لحاسوب لأداء مهمة محددة و المقارنة بين التصميمات المختلفة
(طالع: مشروع منهج حر للحاسوب/أساسيات الحوسبة)
الشبكات
(طالع: مشروع منهج حر للحاسوب/أساسيات الشبكات)
- معرفة انواع الشبكات و مكوناتها و هيكليتها و فهم كيفية عملها
- القدرة على تطبيق المعارف و المفاهيم المكتسبة في تحديد ادوار المكونات المختلفة للمكونات في حواسيب متنوعة و توصيف دور و كيفية عمل كل مكون و كيفية عملها معا
- القدرة على تحليل المشاكل و اكتشاف اسبابها بالاعتماد على فهم هيكلية الحاسوب
- القدرة على تحليل هيكلية حاسوب و تحديد اثر مكوناته على قدراته
- القدرة على تصور هيكليات مختلفة لحاسوب لأداء مهمة محددة و المقارنة بين التصميمات المختلفة
واجهة المستخدم
(طالع: مشروع_منهج_حر_للحاسوب/أساسيات_الحوسبة#واجهة المستخدم)
أثر تقنية المعلوماتية على المجتمع و العالم
الاستخدام المسؤول لأدوات الاتصال و تقنيات المعلوماتية
- الخصوصية الشخصية و خصوصية الآخرين
- البلطجة السبرانية و التحرّش و الابتزاز و الجريمة الإلكترونية
- آداب المعاملات في العالم الرقمي و عند استخدام وسائل الاتّصال المعاصرة
- قياس الضّرر بين الفضاءات الافتراضية و العالم الواقعي: التناظر فيما بين الافتراضي و الواقعي فيما يتعلّق بالأخلاق و المعاملات
أثر تقنية المعلوماتية على العالم
- التعرّف على و النّقاش في أثر تقنية المعلوماتية على الحياة الشخصية للإنسان
- التعرّف على و النّقاش في أثر تقنية المعلوماتية على المجتمعات (بالتركيز على المجتمعات النامية)
- التعرّف على و النّقاش في أثر تقنية المعلوماتية على الحضارة الإنسانية
- التعرّف على و النّقاش في أثر تقنية المعلوماتية على البيئة (الآثار السلبية: إفراط في استهلاك الموارد، و النفايات الإلكترونية؛ الآثار الإيجابية: التنقل و الاتصال و إنتاج الطاقة النظيفة، و معالجة الآثار السلبية على البيئة من مراحل سابقة؛ فهم أفضل لعالمنا و تحسين استغلال موارده باستدامة؛ الموازنة و التكامل ما بين التقدّم التقني و البيئة الطبيعية)
دقّة المعلومات
- تبيان أهمية التحقق من المعلومات من مصادر مختلفة و القدرة على الحكم على جودة المصادر بناء على:
- الدقة
- الشمول (عرض كل جوانب الموضوع بما فيها المتعارضة في الرأي)
- شفافية واضعها في الإفصاح عن انحيازه
- القدرة على التحليل وصولا إلى قبول جزئيات من الرؤية المطروحة و نبذ جزئيات أخرى
- القدرة على توليد رأي و استنباط معرفة جديدة مما يوجد في مصادر متنوعة ليست بالضرورة متفقة
- إدراك أن مصادر المعرفة منحازة بالضرورة وفق أفكار و توجهات و ميول و مصالح واضعيها
- القدرة على عرض موضوع من مختلف جوانبه بما في ذلك وجهات النظر التي لا يعتقد العارض بصحّتها
الأخلاقيات و القانون و الأمان
- المساواة في الوصول إلى مصادر التقنية و المعرفة و بالتالي القوة و الثروة و القدرة على النمو
- الملكية الفكرية
- الخصوصية و المجهولية؛ الرقابة الشمولية و الحجب
- الإنترنت المفتوحة المحايدة
- مسؤولية الشركات و الحكومات
- التشارك في المعلومات؛ النشر
أهداف قيمية
الأهداف القيمية لهذا المنهج مستقاة من القيم الكلية للمشروع و لمؤسسة التعبير الرقمي العربي
سياسات
إرشادات للمدربين ينبغي تضمينها
- توجيه المدربين إلى عدم اعتبار هذه الموضوعات من نوافل القول أو مقدّمات غير مهمّة لهام يأتي بعدها
- توجيه المدربين إلى ضرورة الالتزام بالألفاظ الدالة على المفاهيم و عدم استسهال استبدالها بمقابلات دارجة أو مبسّطة، لتعويد الدارسين على أهمية اكتساب اللغة الاصطلاحية العلمية الدقيقة المنضبطة
أدوات تعليمية
- جلسة عملية
- محاضرة
- نقاش
- بحث
- مناظرة
- تمارين (غير حاسوبية)
مقابلة الموضوعات بالأساليب بالمحتوى لإيصال الأهداف التعليمية
تمثيل البيانات
تمثيل الأرقام و نظم الأعداد
- نصّ و رسم توضيحي يشرح نظام المنازل و الأسس و القوى (نظام الأرقام العربية) بالتطبيق على النظام العشري
- تقديم نظام تخيلي يعتمد رموزا غير الأرقام و لعب على نظام المنازل. (يتطلب تصميم لعبة بالورق)
- تقديم النظام الثنائي (بلعبة بطاقات)
- نقاش سريع عن إمكانية تصميم نظام ثلاثي و سؤال المشاركين عمّن يحب شرحه و تطبيقه بنفس الأسلوب السابق بيانه
- تقديم تطبيقات مختلفة للترميز الثنائي: التسجيل المغناطيسي؛ التسجيل البصري في الأقراص المدمجة
- التعريف بوجود نظم مستعملة عمليا مثل الثماني و الستعشري
ترميز المحارف
تقديم جداول ترميز المحارف في شكل لعبة تبادل رسائل أحرفها مرمّزة استنادا إلى جدول قياسي مثل أسكي أو أسمو، ثم إحداث تنويعات مثل تكرار رمز، أو استخدام جداول غير متّفق عليها، أو توزيع جداول مختلفة على الأفراد لتبادل رسائل معمّاة.
ترميز الصور
- الصور النقطية
- لعبة لتكوين صورة بطريق وضع قصاصات ورقية ملونة تمثّل العنصورات فوق مصفوفة مرقّمة بالقيم الرمزية للألوان بالاستعانة بجدول يوضح القيمة العددية لكل لون. ثم استعراض صور في محرر صور بتكبير و ملاحظة العنصورات و قيمها اللونية
- نظم الألوان
- تقديم نظام أحمر-أخضر-أزرق ثم طرح تمرين بحثي لاستكشاف نظم لونية أخرى
- الرسوم المتّجهية
- تمثيل الأشكال الهندسية بالمعادلات التي تصفها (الدائرة: بنقطة المركز و القطر؛ المثلث: بنقط الرؤوس؛ المربع: بنقط رؤوس متقابلة)
ترميز الصوت
- تقديم نموذج الموجات الصوتية و تمثيلها بيانيا، مع شرح علاقة الترددات بالزمن، بالعرض في برمجية تحرير صوتي مثل أوداستي
- تقديم فكرة المعاينة sampling و التكميم بالتطبيق على ترميز PCM
الفيديو
توضيح أن الفيديو هو تعاقب من الصور المرمزة كما سبق قد يكون مصحوبا بترميز صوتي.
تحسّس تلف البيانات
تقديم فكرة بتة التوازن لتحسس وجود أخطاء حادثة في سلسلة بتّات، ثم تقديم فكرة استعمال بتتي توازن لتحديد موضع الخطأ.
الخوارزميات
- تقديم مفهوم الخوارزمية
- بوصفها تتابعا من الخطوات المطلوب تأديتها للوصول إلى حالة معينة، بالتطبيق على أمثلة من أفعال يومية، مثل صبّ كوب من اللبن، أو طلب رقم في التلفون، إلخ. كما يمكن تطوير الألعاب لتضمّن الحلقات و الشروط و التفرع.
- الربط بين عمل الحاسوب و وصف موجز لآلة تورِنگ (بغير تسميتها) باعتبارها نمط الحواسيب المطبق حاليا.
- شرح بعض امثلة لخوارزميات الترتيب (Bubble sort, etc...)
- شرح بعض امثلة لخوارزميات البحث
- (مطلوب تصوّر لتمرين عملي يبّين أفضلية خوارزمية على أخرى لأداء نفس الوظيفة، من حيث الكفاءة مُقاسة بعدد الخطوات أو بالوقت أو بأي من موارد الحوسبة الأخرى. و يفضّل تمرين تختلف كفائته المقاسة باختلاف المعيار المستخدم و المورد المطلوب أمثلة استغلاله)
النّمذجة و المحاكاة
- مفهوم المحاكاة و النمذجة
- استخدامات النمذجة و المحاكاة (في مختلف المجالات)
- كيفية بناء نموذج و محاكاة
التجريد
التجريد أحد الأركان و المهارات الرئيسية في المجال، و هو في الوقت ذاته يصعب شرحه على نحو مستقل و منفرد بغير الدخول في تعقيدات نظرية و فلسفية، لذا ففيما يتعلّق بهذا المنهج يجري التعرف على أمثلة التجريد أثناء التعرض للموضوعات المختلفة و الإشارة إليها في حينها كأمثلة على التجريد بالاسم كعنوان للمفهوم المشار إليه.
حلّ مشكلات حياتية خوارزميا
أمثلة حياتية على أساليب التفكير الخوارزمي و المبادئ الحاسوبية لحل مشكلات يومية بغير استخدام الحواسيب. مثل:
- البحث في المعجم بالشجرة الثنائية.
- اتّباع قاعدة اليد اليمنى في الخروج من بعض أشكال المتاهات، و تقييم الخوارزمية المتّبعة
- ترتيب الأدوية في الصيدلية بالأحرف في الأدراج
- تحسين أداء عمل المصعد (سرعة الاستجابة، توزيع الحمل، أخرى؟)
- فزورة نقل الذئب و النعجة و التبن في قارب
- لعبة أبراج هانوي
- مشكلة البائع المتجوّل (و تنويعاتها الزبّال، البوسطجي، إلخ)
- غيرها
خطة العمل
/خطة العمل في صفحة فرعية
قيم منهج الحوسبة
قيم عامة
- الحرية
- العدل
- تحرير المعرفة من كل القيود
- منالية المعرفة
- الفضول العلمي
- السعي إلى المعرفة
- التعلم الذاتي
- التعلم من خبرات و تجارب الأخرين
- المهارة
- الإتقان
- الدقة
- الكقاءة
- الإبتكار
- التشارك
- الإشادة بفضل الأخرين
- المسؤلية عن الأفعال
- المرونة
- تقبل النقد
- التعاون
- الإيمان بقدرة الفرد
- المثابرة
- المبادرة
- العمل الجماعي
- الحلم بالأفضل
- التنظيم
ملاحظات على المحتوى
- في كلّ وحدة تعليمية توجد أسئلة تقنية تقيس استيعاب الدارس، كما توجد أسئلة فلسفية للنقاش مع الدارسين الآخرين و الميسّر تمسّ الموضوعات الأخلاقية و الاستشرافية للتقنية و القانونية
