היבטים פדגוגיים של הוראת פיתוח תוכנה בתיכון

1. היבטים פדגוגיים של הוראת פיתוח תוכנה בתיכון אורני מרבאום סלנט בהנחיית פרופ/ח אורית חזן המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים הטכניון

2. הרקע למחקר קשיים בתעשייה פרויקטי תוכנה רבים אינם מגיעים לסיום או שהם נכתבים מחדש לאחר מסירתם. • 75% ממוצרי התוכנה הגדולים נחשבים לכישלון: לא עומדים בדרישות הלקוח או כלל אינם בשימוש. • מורכבותם של פרויקטי פיתוח תוכנה מתבטאת ב: • צורכי הלקוחות • כשלים בתוכנה(bugs) • ניהול צוותי פיתוח ) Brooks, 1987; Hamlet and Maybee, 2001; Tomayko and Hazzan, 2004(

3. ייחודיותם של פרויקטי תוכנה • Brooks(1975,1986) - תוצרי תוכנה אינם מוחשיים, מורכבות תוצרי התוכנה, קושי בהשגת אחידות וגמישות התוכנה. • Fincher and Petre(1991) - פיתוח פרויקטים במדעי המחשב הוא תהליך פתרון בעיות מסובך הדורש עיסוק עם בעיות רבות בו זמנית יחד עם יכולות הנחיה וניהול. • Blumenfeld et al. (1991) - מורים המנחים פיתוח פרויקטי תוכנה נדרשים ליצור אווירת הוראה של חקירה ולקיחת אחריות וכן לעזור לתלמידים להתמודד עם בעיות שונות. כמו-כן הם נדרשים להנחות את התלמידים בלומדם את מרכיבי הפרויקט השונים.

4. מטרת המחקר לאפיין תפיסות והיבטים פדגוגים של הוראתפיתוח פרויקטיתוכנהבמדעיהמחשבבתיכון ועל סמך אפיון זה, לגבשמתודולוגית/מסגרת הנחיה להוראת פיתוחפרויקטי תוכנהבמדעי המחשב בתיכון.

5. שאלות המחקר • כיצד תופסים פרחי הוראה למדעי המחשב, מורים ומעריכים את ההיבטים הבאים של פיתוח פרויקט תוכנה בתיכון: מטרה, קשיים, שיטות הוראה, אמצעים לשיפור, התפתחות מקצועית והערכה? • אלו תהליכים פדגוגיים מתרחשים בכיתות בתהליך פיתוח פרויקטי תוכנה במדעי המחשב בתיכון? • על אילו היבטים פדגוגיים לבוא לידי ביטוי בתהליך בנייתה של מתודולוגיה/מסגרת הוראה להנחיית פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון, שאינה תלוית נושא, פרדיגמה תכנותית או סוג מערכת, והכוללת את כל שלבי הפיתוח?

6. שלבי המחקר שלושה שלבים • אפיון תפיסות המורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

7. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון שדה המחקר • 2 כיתות המפתחות פרויקטי תוכנה בתיכון במהלך שנת לימודים • 6 השתלמויות מורים להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • הקורס "דרכי הוראת מדעי המחשב"

8. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון משתתפי המחקר • 90 מורים למדעי המחשב המנחים פרויקטי תוכנה • 7 בוחני פרויקטי תוכנה בתיכון מטעם משרד החינוך • 20 פרחי הוראה מהקורס "דרכי הוראת מדעי המחשב"

9. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון כלי המחקר • שאלונים: 90 מורים למדעי המחשב ו-20 פרחי הוראה למדעי המחשב. • ראיונות חצי מובנים: 12 מורים המנחים פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון ו-7 מעריכי פרויקטי תוכנה מטעם משרד החינוך. • תצפיות • ריאיון מאזכר רפלקטיבי • עבודות של פרחי הוראה ומורים מהשתלמויות • יומן חוקרת

10. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון ממצאים • פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון הוא תהליך מורכב שבאים בהם לידי ביטוי קשיי מורים(Meerbaum-Salant and Hazzan, in press), כמולמשל: • אי עמידה בלוחותזמנים • ניהול פרויקטים רבים המפותחים בו זמנית ע"י תלמידים רבים בנושאים שונים (שליטה) • חוסר בידעתוכני במדעי המחשב • קושי בהערכת הפרויקטים • קשיים אלו חולקו לארבעה קטגוריות שצמחו מהשדה: ניהול זמן ידע תוכני במדעי המחשב עבודה עצמית של התלמידים הערכת הפרויקט

11. (1987)מודל בסיס הידע של שולמן • שבע קטגוריות המקשרות בין הבנת תוכני המקצוע לדרכי הוראתו. • ידע תוכני(content knowledge) • ידע של עקרונות פדגוגיים כלליים (general pedagogical knowledge) • ידע קוריקולרי (curriculum knowledge) • ידע פדגוגי תוכני (pedagogical content knowledge) • ידע על לומדים ומאפייניהם (knowledge of learners and their characteristics) • ידע של הקשרים חינוכיים (knowledge of educational context) • ידע של מטרות החינוך (endsknowledge of educational) • ניתחנו את קשיי המורים באמצעות שבע הקטגוריות

12. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

13. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

14. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון דוגמא 1 : ידע פדגוגי תוכני מבחינת לוח הזמנים • ידע פדגוגי תוכני: המורים התייחסו לחשיבות הבנת הסיבות לקשיי התלמידיםולשימוש באסטרטגיות לארגון החומר במטרה לייעל את תהליך הפיתוח וההנחיהמבחינת הזמן. • בהתחלת עבודתי בהנחיית פרויקטים הייתי עונה לתלמידים על שאלותיהם באופן ממוקד וטכני שייתן מענה לקושי שהתעורר, ואז שמתי לב שאני מבזבזת זמן רב ויקר על שאלות שחוזרות על עצמן ... התחלתי יותר לחשוב על הסיבה של הקושי ואז במקום לפתור את הבעיה- לפתור את הבעיה באופן טכני ספציפי הסברתי לכל הכיתה את הגורם או את האי הבנה שגרמה לקושי וכך חסכתי בזמן בשני אופנים: הראשון שהסברתי שוב לכל התלמידיםוחסכתי אפשרות לטעויות דומות. והשני, חסכתי קשיים דומים שנבעו מאותו גורם. לפעמים אפילו לא עניתי ולא פתרתי באופן ישיר את השאלה.

15. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון דוגמא 1 : ידע פדגוגי תוכני מבחינת לוח הזמנים • אמירת מעריך:המורה/מנחה הייתה חסרת ניסיון בהוראה מסוגזה ועל כן חלק לא מבוטל מהתלמידים לא סיימו את הפרויקט על כל שלביו ולא יכלו להיבחן על כל החומר. • אמירת פרח הוראה:לדעתי יש קושי גדול בהערכת זמנים של הפרויקט...כיצד ניתן להשפיע באופןשווהעל כל הפרויקטים... ישנו קושי בתכנון זמןהמתאים למתכנת ולמנחה, עניני התקשורת בין המתכנת למנחה... להגדיר מטרות מדויקות והנחיות מדויקות שצריכות להיות מובנות כמו שצריך.

16. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון

17. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון דוגמא 2: ידע פדגוגי תוכני מבחינת הידע התוכני הנדרש ידע פדגוגי תוכני: הבנת הסיבות והקשיים בנושאים תוכניים ולקשר שלהם לתהליך ההוראה/הנחייה. • ברגע שאני צברתי ניסיון והבנהשל היחידה התחלתילפתח ולשפר את שיטות ההוראה וההנחיה שלי והפרויקטים שהתקבלו היו טובים יותר. • אנחנו המורים רגילים ללמד ולא להנחות. • לפי ניסיוני, עם תכנון ראוי ויכולת תמרון בין בעיות המתעוררות במהלך השנה ועם יכולת הרחבת אופקים ורצון ללמוד ולהתפתח מצד המורה-לכל קושי יש מענה מיידי.

18. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון דוגמא 2 : ידע פדגוגי תוכני מבחינת הידע התוכני הנדרש • אמירות פרחי הוראה: • ישנה התבדרות של התלמידים (תוך כדי עבודה משנים את הדרישות, מרחיבים דרישות, חיכוכים בין אישיים בין התלמיד למורה/מנחה). איך עליי להגדיר היטבאתדרישות הפרויקט? • איך עליי לענות על שאלות התלמידים מבלי לבצע להם את הפרויקט? • באלו כלים עליי להשתמש על מנת לסייע בקידום הידעובפיתוח הפרויקט?

19. תפיסות מורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון מסקנה • מקור אפשרי לקשיי המורים שנמצאו הוא העובדה שתהליך ההנחיה של פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון מערב סוגי ידע רביםיחד עם פעילויות ניהול והיבטים פדגוגיים (Meerbaum-Salant and Hazzan, in press).

20. שלבי המחקר המחקר בוצע בשלושה שלבים • אפיון תפיסות המורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

21. Agile Software Development • גישה לפיתוח תוכנה המדגישה יעילות, זריזות ואיכות. • עקרונותיה מפורסמים במנשר לפיתוח תוכנה זריזAgile Manifesto (2001): • אנשים ויחסי גומלין על פני תהליכים וכלים; • תוכנה עובדת על פני תיעוד נרחב; • שיתוף הלקוח על פני משא ומתן חוזי; • תגובה לשינוי על פני הצמדות לתוכנית. • אחת מהמתודולוגיות האג'יליות היא XP(Extreme Programming) שפותחה בעשור האחרון • מתודולוגיה זו מוגדרת ע"י פעילויות (practices)וחמישה ערכים(values)אשר באים לידי ביטוי בפעילויות.הערכים: תקשורת, משוב, פשטות, אומץ וכבוד.

22. כיצד נבצע את ההתאמה לתיכון ? • מחשבה: שימוש במיומנויותXP להנחיית פרויקטים? • בעיה: מיומנויות XPממוקדות פיתוח תוכנה ולא הנחיית פיתוחתוכנה. • רעיון: ביסוס מתודולוגיה/מסגרת ההנחיה על ערכיXP. • יישום:ביסוס מתודולוגית/מסגרת ההנחיה על ערכי XP + תיאוריות למידה והוראה תוך גזירת מיומנויות ההנחיה מערכים אלה.

23. קונסטרקשיוניזם • Papert(1993) - הרחיב את התיאוריה הקונסטרוקטיביסטית והוסיף לבנייה המנטאלית בראש הלומדים בנייה מוחשית, חיצונית. בגישה זו הבניית הידע מתרחשת תוך כדי פעילות בניה רלוונטית ובעלת עניין מוחשי, אישי ומשמעותי, למידה תוך עשייה. התוספת של פפרט מדגישה את חשיבותו של תהליך הבנייה המוחשי כתומך בתהליך הבנייה המנטלי בראש הלומדים (Papert, 1993; Harel & Papert, 1991).

24. בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון Learning theory: Constructionism Agile in the High School Agile in the Industry Pedagogical framework: Shulman’s Teacher Knowledge Base Model

25. בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון שילוב מקורות הידע במסגרת/במתודולוגית ההנחיה Shulman's Teacher Knowledge Base Model Pedagogical Class Management Aspect ACMM Agile Constructionist Mentoring Methodology Social Aspect Agile Software Development Constructionism Project Management Aspect

26. תהליך בנייתACMMלפרויקטי תוכנה בתיכון Research on teachers' perceptions of mentoring processes (Meerbaum-Salant and Hazzan, in press). Design and carrying out the first research stage Formulation of the first version of the ACMM Refinement of the next research stage Data collection Data analysis ACMM version I, 1<I<=5

27. בניית מתודולוגיה להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון יישום שנתי של מתודולוגית/מסגרת הנחיה הנותנת מענה: מה עליי לעשות? כיצד עליי לבצע זאת? מתי עליי לעשות כל דבר?

29. שלבי המחקר המחקר בוצע בשלושה שלבים • אפיון תפיסות המורים ביחס להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • בניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פרויקטי תוכנה בתיכון • הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

30. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה משתתפי המחקר • 8מורים למדעי המחשב המנחים פרויקטי תוכנה: • 7 מורים השתתפו באחת מההשתלמויות של הנחית פרויקטי תוכנה והשתמשו ב-ACMM שהוצגה בעת הוראתם בכיתה; • 5 הנחו פרויקטים בהיקף של יחידה ו- 5 בהיקף של חמש יחידות. • תלמידי מדעי המחשב בתיכון שפיתחו פרויקטי תוכנה באמצעות המתודולוגיה, בהיקף של יחידה או חמש יחידות, במהלך שנת לימודים אחת.

31. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה כלי המחקר • ראיונות חצי מובנים: במסגרת הראיונות העריכו המורים את המתודולוגיה/המסגרת שפותחה. • רפלקציות:70 תלמידים שפיתחו פרויקט באמצעות המתודולוגיה. • תצפיות • ראיונות מאזכרים • קבוצת מיקוד • יומן חוקרת

32. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

33. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

34. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה דוגמא 1: עמידה בלוח זמנים / מיומנויות ניהול כיתתיות:בניית תשתיות • בתכנון השנתי שלי של השנה השתמשתי במתודולוגיה. והיתרון שבמתודולוגיה הוא המבניות, המבניות שבה. זה טוב לנו כמורים, יש לנו מסגרת שאנחנו יכולים לעבוד איתה, אנחנו יכולים לבדוק את עצמנו כל הזמן,לראות שאנחנו עומדים בעיקר בלוח זמנים, וגם בעיקר בתפיסה מחשבתית מסוימת שהיא... אני חושב שהיא נכונה. גם היא יכולה להתפתח, גם היא יכולה להשתנות, לא חייבים להיצמד לזה, אבל זה נותן קווי מתאר ברורים. • בי"ב לוח הזמנים שלי, כאשר נתתי משימות או הגדרתי זמנים לקבל בחזרה חומרים, כל לוח הזמנים הזה היה מאוד, מאוד, מוגדר. וכמעט לא הרשיתי שם חריגות, ונזפתי כשהייתי צריך לנזוף וטיפלתי בלוחות הזמנים כמו שצריך. ולכן סיימתי עם הפרויקטים בשלב מאוד, מאוד, מוקדם יחסית לפעמים הקודמותשהנחתי. צריכים להיות מאוד, מאוד, ברורים לדרך שאנחנו צריכים ללמד את ביצוע שלבי הפרויקט לאורך כל השנה וזה מאוד עוזר.

35. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

36. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה דוגמא 2: ידע תוכני נדרש/מיומנויות ניהול כיתתיות:הנחיה נושאית קבוצתית • כשראיתי שתלמיד אחד נוטה לכוון מסוים ואולי פתאום זיהיתי שעוד שלושה תלמידים נוטים לאותו כוון, אז כינסתי אותם ובאמת לימדתי אותם את הנושא הספציפי הזה. • אני לא מלמד את הכול. אני מלמד רק את החלק העיקרי, המרכזי הדרוש לכולם ולכל קבוצה סימנתי פרקים מספרים גם בערבית וגם בעברית וגם באינטרנט נתתי להם מקומות, ואני אמרתי להם כל אחד צריך להתמקד...הם היו מחויבים ללמוד את הפרק ולכתוב דוגמאות למה שהם למדו כך שתלמידים אחרים יוכלו להיעזר בזה גם. מצד התלמידים • כשידעתי שיש עוד כמה תלמידים שהפרויקט שלהם דומה לשלי, יכולתי להתייעץ איתם ולהיעזר בהם. היה חומר שלמדנו ביחד וזה מאוד עזר לנו להתמודד עם הדברים.

37. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה

38. הערכת המתודולוגיה/המסגרת שפותחה דוגמא 3: הערכת פרויקטים/מיומנויות חברתיות:הערכת עמיתים • לאחר ההצגה שלהם בכיתה מול שאר התלמידים וקבלת הערות החברים הם חשבו על זה שוב ואולי תקנו ושיפרו. אחד הפרה את השני... היה לי מאוד חשוב שהם ידברו אחד עם השני, יתנו הערות, יבינו, יסבירו וינמקו ... מצד התלמידים • ההתייעצויות והדעות השונות של חבריי לכיתה חשפו אותי לצורות חשיבה שונות ולדעת לקבל ביקורת מאחר ולהשתמש בה כדי לשפר את הפרויקט שלי שיהיה טוב יותר.

39. תרומת המחקר • תרומה תיאורטית • לגוף הידע העוסק בהוראה מונחית פרויקטים בכלל • לגוף הידע של הנחיית פיתוח פרויקטי תוכנה בפרט • תרומה יישומית • בבניית מתודולוגיה/מסגרת להנחיית פיתוח פרויקטי תוכנה בתיכון • יישום מערך הנחיה שנתי

40. תודה על ההקשבה