منهج الحوسبة/تقسيم الموضوعات على جلسات
من ويكي أضِف
(مراجعة من عماد 18-05-2015) فيما يلي تقسيم موضوعات الأهداف التعليمية المستهدفة بمنهج الحوسبة لمشروع تمكين الشباب رقميا، جزءا من إطار منهج الحوسبة لمشروع تمكين الشباب رقميا.
جلسة 01
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
- القدرة على استخدام الحواسيب الشخصية من خلال لوحات المفاتيح و الشاشات و الفأرات
تتابع الجلسة
- تشغيل الحواسيب و التعرف على توزيعة نظام التشغيل گنو\لينكس المنصّبة عليها من خلال الواجهة الرسومية
جلسة 02
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
- العدّ
- مقارنة الأعداد
- ضرب الأعداد
- القراءة و الكتابة
تتابع الجلسة
نظم العدّ: الأساسات و الأسس
- لعب لعبة عدّ النقاط[1] (لتقديم نظام العدّ الثنائي)
- تقديم النظام العشري للأعداد باستخدام لعبة مبنية على السابقة، لتوضيح فكرة نظام الأعداد المبني على المنازل (نظام الأرقام العربية)
- و يمكن اختياريا تقديم نظام الأعداد الستعشري بلعبة مشابهة
ترميز المحارف
- لعب لعبة تبادل رسائل بجدول المحارف لتبيان تمثيل المحارف و السلاسل (strings)
ترميز الصوت
- شرح مفهوم الموجات الصوتية بطريق استخدام برمجية أوسكيلوسكوب (مثل xoscope) لملاحظة شكل الموجات في مرقاب
- فتح ملف تسجيل موسيقي في برمجية تحرير الصوت Audacity و الاستماع إليها، ثم تخفيض معدّل المعاينة (sampling) و الاستماع إليها مجددا لملاحظة الفرق في نوعية الصوت
- شرح مفهوم المعاينة
- تغيير حجم العيّنة (عدد البتات المسجَّلة للعينة) ثم الاستماع للتسجيل لملاحظة الفرق في نوعية الصوت
- شرح مفهوم التكميم (quantization)
عينة أصغر
عينة أكبر
جلسة 03
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
- العدّ
- مقارنة الأعداد
- ضرب الأعداد
- القراءة و الكتابة
ترميز الصور
- لعبة الرسم بالموزايكو لإيصال مفهوم الصورة النقطية المؤلفة من عنصورات
- فتح ملف صورة نقطية في محرر رسوميات (GIMP أو Krita) و تكبير المنظور وصولا إلى ظهور العنصورات المفردة و ملاحظة علاقتها بالصورة الكلية
ترميز الألوان
- توضيح ترميز العيّنة اللونية، أي ترميز ألوان العنصورة بالمكونات اللونية الثلاثة RGB (رجب)، باستعراض ذلك في معاين ألوان مثل GPick
- الإشارة إلى وجود نماذج\نظم لونية حاسوبية و طباعية مختلفة، و تسمية بعضها مثل CMYK و HSL و ملاحظة العلاقة بينها بتغيير معاملات أحدها و ملاحظة التغيرات في الأخريات
ترميز الفيديو
- توضيح أن الفيديو هو تتابع الصور عبر الزمن
- استخدام أداة Stopmotion لعمل فلم تحريك قصير من سلسلة من الصور الفوتوغرافية الملتقطة للمتدربين في أوضاع مختلفة
جلسة 04
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
- القراءة و الكتابة
- اتباع التعليمات
- الحساب (العد و الجمع و الطرح)
- النظام الثنائي
تتابع الجلسة
- يوضح الميسر أن الهدف من الجلسة هو التعرف على ما هو حاسوب و ما ليس بحاسوب
- يوزع الميسر على المتدربين أوراق عمل مقسمة إلى قسمين رأسيين، أيمن و أيسر.
- يعرض الميسر على المتدربين صورة مُجَمّعة تحتوي على صور مرقمة لأشياء متعددة (حاسوب محمول، حاسوب شخصي منزلي، خادم، حاسوب فائق، حاسوب لوحي، ماكينة تسجيل المدفوعات النقدية، سيارة حديثة، غسالة ملابس حديثة، خلاط، جهاز تحكم عن بعد، تلفاز حديث، تلفاز قديم، دراجة هوائية، حذاء، آلة حاسبة، ساعة رقمية، ثلاجة حديثة، إلخ...)
- يطلب الميسر من كل متدرب استخدام القسم الأيمن من الورقة التي وزعت عليهم في كتابة قائمة يسجل فيها أرقام و أسماء الأشياء المعروضة في الصور و التي يرى أنها حواسيب و استخدام القسم الأيسر من الورقة في كتابة قائمة أُخرى بأرقام و أسماء الأشياء الأخرى التي تحتوي (أو قد تحتوي) على حواسيب.
- يطلب الميسر من كل متدرب مقارنة ما كتبه في قائمته بما كتبه زميله الذي يجاوره (أو زميلاه، إذا ما تبقى متدربا وحيدا بسبب وجود عدد فردي من المتدربين) و مناقشة الاختلافات و الاتفاق على قائمة موحدة.
- يطلب الميسر من عدد من المجموعات عرض القائمة التي تمثل تصورها.
- يطلب الميسر من كل مجموعة تعليق الورقة الخاصة بها على لوحة خاصة أو على الحائط.
- يوضح الميسر أننا لكي نستطيع أن نحكم على مدى صحة الإجابات و دقتها، نحتاج للتعرف على ما هو الحاسوب و ما هي خواصه و مكوناته.
- يعرض الميسر التعريف التالي للحاسوب "هو جهاز يستطيع تخزين البيانات و معالجتها للوصول إلى نتائج محددة، و ذلك عن طريق القيام بعمليات حسابية و منطقية علي هذه البيانات بناء على سلسلة من التعليمات التي يختزنها و ينفذها بترتيب معين، و التي تسمى البرنامج الحاسوبي"
- يوضح الميسر اننا سنستكشف تفاصيل التعريف السابق، و بناء عليه نعود لإجاباتنا المعلقة على الحائط لنحكم على مدى صحتها و دقتها،
- يسأل الميسر المجموعة عن المكونات التي يجب أن يشتمل عليها الحاسوب حتى يتفق مع التعريف السابق، و يدون مقترحات المتدربين على لوحة أمام المجموعة.
- يعرض الميسر لوحة عليها نموذج فًن نويمان لمعمارية الحواسيب و يوضح للمتدربين أن هذه هي أحد المعماريات الأكثر شيوعا للحواسيب (مع شرح و تفصيل معنى لفظة "معمارية").
- يشرح الميسر دور كل من النظم الفرعية للحاسوب: وحدة المعالجة المركزية و الذاكرة و نظام الإدخال و الإخراج، مع إعطاء أمثلة لكل من هذه النظم.
- يسأل الميسر المتدربين عن آراءهم في انتماء كل مكون من المكونات التي اقترحوها سلفا للأنظمة الفرعية في معمارية فًن نويمان، و يضيف أراءهم بجوار كل مكون من هذه المكونات.
- يوضح الميسر ان النظم الفرعية للحاسوب (وحدة المعالجة المركزية و الذاكرة و نظام الإدخال و الإخراج) تتألف من ملايين الوحدات الصغيرة المسماة الدوائر المنطقية و أن هذه الدوائر المنطقية ما هي إلا دوائر الإلكترونية تقوم بوظائف محددة.
- يشير الميسر إلى أن الدوائر المنطقية لا تتعامل إلى مع حالتين هما وجود إشارة كهربية أو عدم وجودها، يوضح أننا نستخدم الرمز "1" للدلالة على و جود إشارة كهربية و نستخدم الرمز "0" للدلالة على عدم و جود إشارة كهربية.
- يقوم الميسر بتقديم الأنواع الرئيسية للدوائر المنطقية (AND, OR NOT) و شرح وظيفة كل منها
- يقوم الميسر باستعراض عمل الدوائر المنطقية باستخدام احد برامج المحاكاة، على سبيل المثال:
و هذان الأخيران قد يكونا أكثر ملاءمة لمن يرغب في التجربة و الاستكشاف بشكل أعمق في مجال الدوائر المنطقية و الإلكترونية
- يتيح الميسر وقتا للمتدربين لتجربة الدوائر المنطقية بأنفسهم على البرنامج الذي استعرضه أمامهم
- يشير الميسر أن هذا البرنامج هو برنامج محاكاة و يوضح أن برامج المحاكاة هي برامج تتيح لنا إجراء اختبارات و تجارب بحيث يقوم الحاسوب بحساب نتائج التجارب بدون الحاجة إلى تنفيذ هذه التجارب بشكل عملي، و ينوه إلى أننا سنتعرض لمفهوم المحاكة و برامج المحاكاة في مواضع مختلفة أثناء المدرسة.
- يقوم الميسر بالإشارة إلى أن بما أن ذاكرة الحاسوب تتكون من دوائر منطقية، فإنها لا تتعرف إلا على الحالتين "0" و "1" و بالتالي لا تستطيع تخزين أي بيانات إلا على هيئة هاتين الحالتين.
- يقوم الميسر بتقديم الوحدة الأولية لتخزين البيانات و هي البت و التأكيد على أنها لا تستطيع الاحتفاظ إلا بحالة من اثنتين، إما وجود إشارة كهربية، أو عدم وجود إشارة، و أننا نعبر عن الرقم "1" بوجود إشارة كهربية و عن الرقم "0" بعدم وجود إشارة.
- يقدم الميسر الوحدة الأكبر للذاكرة و هي البايت و يشرح أنها تتكون من ثمانية بتات.
- يشرح الميسر أن ذاكرة الحاسوب تتكون من مصفوفة ذات بعد واحد من البايتات و أننا نستطيع أن نشير إلى أي بايت في ذاكرة الحاسوب عن طريق رقم يمثل ترتيبها في المصفوفة، و يوضح أن في عالم الحواسيب، يطلق لقب "عنوان" على هذا الرقم.
- [ملف:Memory organization.svg]
#يقدم الميسر مفهوم البرنامج الحاسوبي للمتدربين على انه مجموعة من الخطوات التي تتم بترتيب محدد لتحديد هدف ما، مع توضيح شيوع هذا المفهوم في حياتنا العملية عن طريق أمثلة مثل إعداد وجبة طعام أو بناء مكتبة من الخشب.
- يوجه الميسر المتدربين لتجربة مفهوم البرنامج و كيف يتم تنفيذه عن طريق ممارسة لعبة الآلة ذات الحالات المنتهية
- مناقشة التناظر بين مكونات لعبة الآلة ذات الحالات المنتهية (الإرشادات المكتوبة و اللاعب و أدوات الرسم) و مكونات الحاسوب طبقا للمعمارية المقدمة سلفا
- بناء على ما سبق، يطلب الميسر من كل متدرب كتابة ما يراه من خصائص للحاسوب تميزه عن غيره من الأجهزة ألإلكترونية و بالذات تلك التي تقوم بعمليات حسابية، على سبيل المثال بالمقارنة بالآلة الحاسبة، ثم يطلب من كل متدرب مناقشة رأيه مع زميله (أو زميلاه) في المجموعة و الاتفاق على مجموعة موحدة من الخصائص.
- يطلب الميسر من عدد من المجموعات عرض وجهة نظرها لباقي المتدربين.
- يطلب من باقي المتدربين إبداء رأيهم بالقبول أو الرفض لوجهة نظر زملاءهم مع إبداء الأسباب و يدير هذا النقاش.
- إذا لم يتطرق المتدربين لبعض الخصائص المميزة للحاسوب و التي تشكل فروقا جوهرية بين الحاسوب و الآلة الحاسبة، يستخدم الميسر أسئلة للفت نظر المتدربين إليها و من أهم هذه الفروق:
- القدرة على تخزين و تنفيذ سلاسل من التعليمات (البرامج الحاسوبية)
- القدرة على تغيير ما يقوم به الحاسوب من معالجة للبيانات عن طريق تعديل البرنامج
- القدرة على تخزين البيانات و التعامل مع كميات كبيرة منها
- السرعة
- يسجل الميسر على لوحة أمام المتدربين ما يتفقوا عليه من خصائص مميزة للحاسوب.
- بعد مناقشة كل مقترحات المتدربين و الوصول إلى كتابة كل خصائص الحاسوب الرئيسية المذكورة سلفا على اللوحة، يعلن الاكتفاء بما اتفقت عليه المجموعة ثم يراجع الخصائص المكتوبة على اللوحة معهم.
- نقاش: الفرق بين الإرشادات في اللعبة و لغة الآلة
- نقاش: التجريد و دوره - معمارية فًن نويمان هي نوع من انواع التجريد
- نقاش: أنواع الحواسب المختلفة طبقا لتطبيقاتها بما فيها:
- الحواسيب أحادية الغرض
- الحواسيب المحمولة
- الحواسيب الشخصية
- الحواسيب التي تخدم العديد من المستخدمين
- الحواسيب الفائقة
- نقاش: هل كُلُّ الحواسيب رقمية؟ هل كُلُّ الحواسيب إلكترونية\كهربية؟ استعراض لمفهوم الحواسيب الميكانيكية و الحواسيب التناظرية و الكمومية و البصرية
- بحث: عن تاريخ الحوسبة و أوائل الحواسيب و الأبحاث الجارية في الحوسبة و مستقبل الحواسيب
جلسة 05
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 06
الأهداف المشمولة
- مقوّمات البرمجة: البرنامج الحاسوبي و علاقته بالخوارزمية.
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 07
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 08
الأهداف المشمولة
- مواصلة تأليف برنامج حاسوبي
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 09
الأهداف المشمولة
- مواصلة تأليف برنامج حاسوبي
- التبقيق (اكتشاف العلّات البرمجية)
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 10
الأهداف المشمولة
- التجريد في البرمجة
- التعرّف على أنماط البرمجة و علاقات لغات البرمجة ببعضها و تطوّر البَرَدَيمات البرمجية
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 11
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 12
الأهداف المشمولة
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 13
الأهداف المشمولة
- مقدّمة إلى شبكات الحواسيب و مكوناتها و تقنياتها و أنواعها المختلفة.
- معرفة ماهية الإنترنت و كيف تعمل و نماذج من تطبيقاتها
مهارات و معارف مطلوبة
جلسة 14
بداية العمل على مشروع برمجي يضم جمع بيانات من مصادر مفتوحة على الإنترنت و معالجتها.
الأهداف المشمولة
- تأليف برنامج حاسوبي
- حلّ المشكلات و تقسيم المشكلة إلى مشكلات جزئية
- التعاون
- تنظيم العمل باستخدام مستودعات الكود
مهارات و معارف مطلوبة
- التعامل مع ملفات الكود المصدري، و استخدام مفسّر من سطر الأوامر، أو بيئة تطوير متكاملة (IDE) (في #جلسة 06)
- استخدام لغة البرمجة لتأليف برمجية عاملة و اكتشاف عيوبها و إصلاحها (في #جلسة 07-09)
تتابع الجلسة
- عرض مقدمة شارحة للمشروع
- تعريف المتطلبات الوظيفية للبرمجية المستهدف كتابتها (من #جلسة 07)
- التخطيط لأجل حل المشكلة الموصوف حاسوبيا في الخطوة السابقة
- تعريف المتطلبات المهارية للفريق العامل على حلّ المشكلة
- التعرّف عمليا على أدوات توثيق و تصميم النظم المعلوماتية
جلسة 15
الأهداف المشمولة
- تطبيق مهارات التعامل مع الإنترنت و الشبكات برمجيا
- القدرة على استخراج البيانات من المستودعات العمومية
- مدخل عملي إلى مفاهيم إتاحة المعرفة و حركة البيانات الحرة و المعرفة الحرّة يوضّح الفوائد الممكنة مجتمعيا و اقتصاديا من فتح البيانات
مهارات و معارف مطلوبة
- أساسيات الإنترنت
- القدرة على تأليف برنامج حاسوبي (من #جلسة 07-09)
تتابع الجلسة
- التعرف على المستودعات المفتوحة المتاحة عليها نوعية البيانات المطلوبة
- فهم آلية جلب البيانات من المستودعات المحدّدة
- جلب البيانات المطلوبة من مستودع بيانات و استعراضها (بالاستعلام و التنزيل يدويا، أو بكتابة برمجية بسيطة للتعامل مع API المستودع، إلخ)
- فحص هيكل البيانات المجلوبة و تقييم خيارات التعامل معه برمجيا (قد تتضمن تحويله، أو استخدام آليات في اللغة لاستيراده إلى هياكل منطقية تمكن معالجتها، إلخ)
جلسة 16
الأهداف المشمولة
- تحليل البيانات
- مهارات العمل تعاونيا على مشروع و استخدام أدوات إدارة المشروعات البرمجية، و نماذج تنظيم العمل
- التعاون
مهارات و معارف مطلوبة
- حلّ المشكلات و تقسيم المشكلة إلى مشكلات جزئية
- القدرة على وصف حلّ المشكلة بخوارزمية
- القدرة على تأليف برنامج حاسوبي (من #جلسة 07-09)
- القدرة على استخدام مستودع كود لحفظ العمل الناتج (من #جلسة 14)
تتابع الجلسة
- تصميم معمارية البرمجية و التعرّف على المكونات و الوظائف الأساسية: إدخال، معالجة، إخراج
- تصميم منطق البرمجية لكل وظيفة أساسية بكتابة خوارزمية تعالج مشكلة فرعية الجوانب الأساسية للمشكلة
- تقسيم العمل على الفريق و توزيع مسؤوليات كتابة وحدات برمجية مكتفية ذاتيا يحقق كلّ منها هدفا فرعيا بمعالجة مشكلة جزئية مما سبق التعرّف عليه
- استخدام مستودع كود لحفظ العمل الناتج من كل من المشاركين في المجموعة
طالع كذلك
مصادر
- ↑ بناء على وصف تمرين عدّ النقاط من http://csunplugged.org/binary-numbers/#Count_the_Dots برخصة CC:By-NC-SA
