---

x

פורום מורי מדעי המחשב בחט"ע

מרכז המורים הארצי

פורום מורי מדעי המחשב בחט"ב

 עקרונות תוכנית לימודים הניסויית בחטיבת הביניים

חלק א

מטרות התוכנית ועקרונותיה

 

מטרות להכרת תחום הדעת והבנתו

 

מטרות תכנית הלימודים במדעי המחשב לתלמידי חטיבות הביניים הינן:

 

• להקנות ללומדים תת-קבוצה של מושגי יסוד של מדעי המחשב;
• להקנות מושגים בסיסיים בחשיבה לוגית בצורה חוויתית בשילוב פעילויות לא ממוחשבת יחד עם פעילויות תכנותיות במחשב.
• להקנות הרגלי עיצוב ותכנון, משמעת עצמית, בדיקה עצמית, עבודה כיחיד ובקבוצה, כישורי הפשטה, התמודדות עם סיבוכיות וחשיבה מודולרית.
• להצביע על קשרי הגומלין בין התחום לתחומי ידע נוספים

אין מטרתה של התכנית להכשיר תכניתנים או מדעני מחשב ולאו דווקא להכין את התלמידים ללימודים בתיכון, בדיוק כשם שמתחילים ללמוד מדעי הטבע ביסודי ובחטיבת הביניים , לא כדי להפוך את כל התלמידים למדענים עם סיום לימודיהם, אלא כדי להקנות ידע ומיומנויות הנדרשים לאדם במאה העשרים ואחת.

 

הגדרה כללית של מיומנויות ייחודיות ורלבנטיות לתחום הדעת

 

פתרון בעיות והיכולת לממשן באמצעות שפת מחשב תוך תכנון, בניית ובדיקת אלגוריתם הן מהמיומנויות הייחודיות לתחום מדעי המחשב.

מידול והפשטה הן מיומנויות נדרשות ונרכשות בתחום מדעי המחשב והתלמידים יוכלו ליישמם גם בתחומי ידע רבים מחוץ למדעי המחשב.

 

הגדרת מטרות התכנית בתחום אסטרטגיות החשיבה

 

אחת ממטרות הלימוד במדעי המחשב בחטיבות הביניים הינה חשיפת התלמידים לתהליכי פתרון בעיות החל מניתוחן ועד למימושן באמצעות תכנית מחשב. לשם כך על התלמידים ליישם תהליכי חשיבה הן ברמת הפשטה גבוהה, המתייחסים להבנת הבעיה, והן ברמות הפשטה נמוכות יותר בדרך לפתרונה של הבעיה. בכך, מאפשרת תוכנית הלימודים פיתוח כישורי חשיבה מסדר גבוה, מודעות לרמות הפשטה וכן כישורי רפלקציה להבנת תהליך הפתרון. 

 

מטרות חינוך כלליות

 

כפי שנאמר בתחילת המבוא, מדעי המחשב נתפס היום כתחום מרכזי שיש לו השלכות רבות על תחומים אחרים ושעקרונותיו משמשים עבודה מדעית והנדסית בתחומים רבים. לכן, בנוסף לאתגר המחשבתי שמציב לימודי מדעי המחשב והפוטנציאל שלו לקידום כישורי חשיבה מסדר גבוה, למידת מדעי המחשב בחטיבת הביניים עשויה להעמיק את הבנתם של התלמידים תופעות שונות להם הם עדים בחייהם, ולתרום ללימודיהם בתחומים אחרים. בנוסף, היות ומדעי המחשב ניצב בבסיסן של רבות מההתפתחויות הטכנולוגיות להן אנו עדים בעשורים האחרונים, הבנת התחום והשלכותיו עשויה להעלות גם את מודעותם החברתית, האתית והתרבותיות של תלמידים הלומדים אותו.

 

 

עקרונות פדגוגיים-דידקטיים להפעלת התוכנית

 

·         מדעי המחשב הינו מקצוע מדעי לכל דבר;

·         התכנית מתמקדת במושגי מפתח וביסודות התחום;

·         התכנית תתרום לצמצום הפער הדיגיטאלי

·         שילוב בין התאורטי-מושגי לבין המעשי-התנסותי באמצעות שילוב מודולים שונים בתוכנית;

·         מודולריות המאפשרת גמישות מקסימאלית למורה ובית הספר בהתאמת התוכנית לכיתות שונות. ניתן לדלג על כל שלב בתוכנית כתלות ברמה של הילדים או בחירת המורה.

 

מודולריות/בחירה

 

מודולי ליבה:	·         עקרונות התכנות תוך שימוש בסביבת סקרץ` ·         גיליון אלקטרוני בדגש על שימוש למחקר מדעי
מודול אחד מבין:	·         מבנה המחשב (אפשרות למימוש בסימולטור) ·         מושגי יסוד במדעי המחשב
מודול נוסף מבין:	·         עקרונות החשיבה האלגוריתמית( מבוסס על Computer Science Unplugged ) ·         מבוא לרובוטיקה

 

דרכי הוראה-למידה-הערכה מומלצות

 

• התוכנית מייצרת הבנה של התלמידים שמחשבים אינם רק משחק על מחשב ותכנות – יש הפרדה בתוכנית בין העבודה המעשית על המחשב ללימוד התיאורטי של עקרונות החשיבה הלוגית . מטרתה של הפרדה זו היא יצירת ההבנה אצל התלמידים שתחום המחשבים מבוסס על עקרונות תיאורטיים-מדעיים הממומשים מעשית בתכנות תוך שימוש ביכולות המחשב ויחד עם זה לא יעשה אצלם חיבור אוטומטי בין מחשבים לתכנות.
• התכנית מודולרית והמודולים אינם תלויים זה בזה, כך שמורה יכול לבחור את המודולים להוראה בהתאם לרמת הכיתה או העדפותיו האישיות.
• התוכנית מייצרת יכולת ללמד את חלקה ללא מחשב ואת חלקה עם מחשב
• התכנית משקפת את הקשרים בין תחום מדעי המחשב לתחומים אחרים (מתמטיקה, פיסיקה, כימיה, ביולוגיה, כלכלה, אמנות ועוד).

אוכלוסיית היעד של התוכנית ודרכי התאמתה ללומדים השונים.

 

התכנית מיועדת לתלמידי חטיבת הביניים בכיתות ז`, ח`, ט`. ללא הבדלי רקע ורמת לימוד קודמים.

חומרי הלימוד של התוכנית הם בעברית ובמידה ויהיה רצון להתאימה לתלמידים שאינם דוברי עברית יש לבצע תרגום של חומרי הלימוד.

בתכנית לימוד מדעי המחשב לתיכון יש הנחת יסוד שבוגר חטיבת הביניים מכיר מושגי יסוד באוריינות התקשוב (בעיקר הכרת המחשב והשירותים הבסיסיים של מערכת ההפעלה) ואכן התוכנית הזו נותנת כלים אלה אבל גם רבים נוספים לתלמידים אשר ילמדו אותה ובכך מהווה הכנה מצויינת של התלמידים אשר ירצו ללמוד מדעי המחשב בתיכון.

התכנית אינה מחייבת שיהיה לתלמיד מחשב בבית אבל רצוי שיהיה כזה לטובת תרגול אישי. מכיוון שאין דרישה מלווה של התוכנית לרכישת מחשב אישי אזי רצוי לשלב בתוכנית זמן לימוד חופשי, לתלמידים הלומדים את התוכנית, במעבדת המחשבים של בית הספר.

חלק ב

ארגון התכנים והנושאים ופירוטם

היסודות המארגנים שבבסיס התוכנית

תחום המחשבים מבוסס על קשר הדוק בין תיאוריה למעשה. לפיכך, מוצעים מודולים שונים הן בתיאוריה והן בעבודה מעשית. כל המודולים המוצעים מתבססים על הצגה חוויתית של חומר הלימוד.

ארגון ופרוט התכנים והנושאים בהתאמה לתפיסה הרעיונית של התוכנית

 

 

עקרונות התכנות – מודול ליבה

 

מתחילים

 

הנושא	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
הכרת סביבת העבודה (סקרצ`): דמויות, קורדינטות, לבנים, קבץ, פתיחת פרויקט ושמירתו	4		4
ביצוע סדרתי של הוראות בתסריטים מקביליות בסיסית: ריבוי דמויות בפרויקט אחד. ריבוי תסריטים עבור דמות אחת	4		4
טיפול באירועים:    לחיצה על מקש ,    לחיצה על דמות ,    מגע בין דמויות במסגרת הבמה או בצבע	4		4
תקשורת בין דמויות על ידי שידור מסרים וקבלתם	2		2
ביצוע חוזר: ביצוע חוזר אינסופי, ביצוע חוזר מוגבל מראש, ביצוע חוזר מותנה	4	2	6
משתנים וחישובים:  מונים, צוברים  משתנים מקומיים	4		4
פרויקט סיכום אישי	6		6
סה"כ	28	2	30

 

מתקדמים

הנושא	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
ביצוע מותנה תנאים מורכבים עם "לא", "וגם" ו-"או"	4		4
משתנים וחישובים:  מספרים אקראיים, חלוקה, שארית  משתנים גלובליים	2	2	4
טיפול במחרוזות    קלט-פלט על ידי תצוגת אמירות ושאלות    וקליטת תשובות	2	2	4
רשימות הכנסת פריט לרשימה והוצאתו ממנה. קריאת ערך פריט באמצעות מציין. בדיקת שייכות לרשימה. חיפוש מיקומו של פריט הנמצא ברשימה	4	2	6
מקביליות מתקדמת הפרעה של תסריט אחד לתסריט אחר המתבצע במקביל. תיאום בין דמויות באמצעות מסרים ומשתנים גלובליים	6		6
פרויקט סיכום אישי	6		6
סה"כ	24	6	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

גליון אלקטרוני בדגש על שימוש במחקר מדעי – מודול הליבה

פרק מס`	שם הפרק	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
1	ייצוג פונקציות באמצעות גרפים	2		2
2	פונקציות מתמטיות:  אחוזים,   שברים	2		2
3	פונקציות בסיסיות בסטטיסטיקה:    גדול ביותר, סיכום, ממוצע, כמה מתוך הכלל	5	1	6
4	פעולות על תחומי מספרים:    סיכום, ממוצע, סיכום על פי תנאי	5	1	6
5	פעולות על מאגר מידע:  חיפוש, מיון, סינון, נרמול טבלה, הטל, בחירה	6	2	8
6	עבודת חקר    איסוף נתונים, ייצוגם בטבלה ובגרפים, הסקת מסקנות	6		6
	סה"כ	26	4	30

 

מושגי יסוד במדעי המחשב

 

אחת ממטרות התכנית הינה להקנות ללומדים תת-קבוצה של מושגי יסוד של מדעי המחשב. המושגים משולבים במודולים השונים ואינם נלמדים יחדיו כמודול. אם זאת, כיוון שהמושגים נפרשים על פני המודולים כולם, אך קיימים מודולי בחירה, הרי שיש להקדיש למודול זה 10 שעות עיוניות עבור אותם מושגים המשולבים במודולים שאינם נלמדים.

אנו מציעים להציג מושגים אלו, בתוספת מילות מפתח בעבור כל מושג, באתר אינטרנט של התוכנית ו/או לשלב הוראת המושגים בתוכנית הלימודים כעבודות בית, כך שכל תלמיד יכין סיכום קצר על אחד המושגים ויציג אותו בפני הכיתה. בדרך זו תלמידים ילמדו חיפוש באינטרנט, כתיבת סיכום והצגת נושא בפני חבריהם לכיתה. תלמידים אשר תחום התכנות אינו מושך אותם, יוכלו לבצע פרויקט תכנותי קטן ולבחור במושג נרחב, ולהפך. במסגרת שעות ההוראה של מודול זה ניתן לבקש מן התלמידים להציג בפני הכיתה אחד או כמה מושגים קשורים, במשך כ- 10 דקות.

להלן רשימת המושגים על פי הקטגוריות השונות אשר לא שולבו בפירוט המודולים:

 

יישומי מחשב:

 

מושגי יסוד: מערכת ההפעלה, ביט, בית, שיטות קידוד (ASCI, BASE64, UNICODE)

 

טכנולוגיות: asp, מולטימדיה, MP3/MP4, בלוטוס,

 

תוכנות יישומיות: מעבד תמלילים, גליון אלקטרוני, יישומים לעומת פיתוח תוכנה (מהו יישום מהי תוכנית)

 

אינטרנט: www, URL, DNS, אינטרנט, אינראנט, דפדפן (browser), שרת-לקוח, html, Wifi , Cookies, רישום (login) , התחברות (register), מקוון (online), פרוטוקולים נפוצים (http, telnet, ftp), דוא"ל, קבוצות דיון/ פורומים, הודעות מידיות, MIME - Multipurpose Internet Mail Extensions,

 

אישים ופועלם:

 

אל-ח`ואריזמי, אנגלברט, גֵדֵל, צ`רלס בֵּבֵּג`, עדה ביירון, גרייס הופר, סר ברנרס-לי, מיכאל רבין, עדי שמיר, אמיר פנואלי

 

חומרה:

 

זכרון, מעבד, לוח אם, כונן קשיח, CD, DVD צורב, צג / צג מגע, עכבר / מקלדת / ג`וי סטיק, מודם, ראוטר, מדפסת לייזר / הזרקת דיו, Disk On Key , DDA PALM, GPS, סורק

תאוריה:

מכונת טיורינג, מבחן טיורינג, אלייזה, הצפנה, קידוד, שפת תכנות, שפה טבעית לעומת שפה פורמלית, חישוביות, בינה מלאכותית , למידה, רובוטיקה, לוגיקה, אלגברה בוליאנית (שערי AND , OR, NOT גרירה ודוגמאות בסיסיות)

 

פרק מס`	שם הפרק	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
	סה"כ		10	10

 

מבנה המחשב

פרק מס`	שם הפרק	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
1	יסודות החומרה  מבנה בסיסי של המחשב, חומרה, פעולות בסיסיות,  ג`ורג` בול, ג`ון פון נוימן, קלוד שאנון	5	10	15
2	יסודות התוכנה  תוכנה, אלגוריתם, תכנון וביצוע משימות פשוטות, איתור שגיאות, פיתוח ובדיקת תוכנה, אדה לאולייס, שפות סף / עיליות	5	10	15
	סה"כ	10	20	30

 

עקרונות החשיבה האלגוריתמית

על המורה לבחור חלק מתוך הפעילויות המוצעות כך שסך השעות שיוקדש למודול זה יהיה 30 ש"ש.

פרק מס`	שם הפרק	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
1	מספרים בינאריים  מוטיבציה, הכרת שיטת הספירה הבינארית, ברקוד		10	10
2	עיבוד תמונה  ייצוג אותיות, ייצוג עצמים גראפיים, עיבוד תמונה, שיטות אכסון של מולטימדיה ותמונות (תמונת ביטים ותמונה ווקטורית)		8	8
3	שיטות חיפוש  חיפוש אקראי, חיפוש במידע ממויין		8	8
4	שיתוף והסתרת סודות  אלן טיורינג, האניגמה, הכרת מושג ההצפנה, מפתח סודי משותף		8	8
5	איתור ותיקון שגיאות  המינג, איתור ותיקון שגיאות		6	6
6	צביעת מפות  צביעת מפות, הקצאת משאבים, חלוקת תדרים		6	6
	סה"כ		46 מתוכן יש לבחור 30	46 מתוכן יש לבחור 30

 

מבוא לרובוטיקה – קארל הרובוט

פרק מס`	שם הפרק	שעות התנסות	שעות עיוניות	סה"כ שעות
1	הגדרת עולם הרובוט	4	2	6
2	תזוזה	4	4	8
3	חושים	4	2	6
4	לימוד מילים חדשות	6	4	10
	סה"כ	18	12	30

 

משאבים הנדרשים להפעלת התוכנית כולל דרכים לשילוב עבודה בסביבה ממוחשבת ומתוקשבת 

 

כפי שנאמר לעיל, התכנית משלבת בין התאורטי-מושגי לבין המעשי-התנסותי. הלימודים מתקיימים חלקם בכיתת לימוד רגילה וחלקם במעבדת מחשב. המעבדה משמשת להתנסות מעשית, ועליה להיות מצוידת ומאובזרת היטב מבחינת חמרה ותכנה ורצוי שתעמוד לרשות התלמידים גם מחוץ לשעות הלימוד הרגילות. נוסף על המורה, נחוץ כוח אדם טכני לתמיכה, להתקנה ולהתגברות על תקלות.

תכנית הלימודים מציגה את עקרונות מדעי המחשב שכמעט ואינם תלויים בסביבה הטכנולוגית המשתנה מעת לעת, לכן חומרי הלימוד אינם מחייבים סביבות עבודה ייחודיות. יחד עם זה, יש לבצע התקנה סדורה של סביבת העבודה של סקרץ` על כל תחנות העבודה במעבדה ורצוי מאוד חיבור לאינטרנט לכל תחנה לטובת שימוש באתר סקרץ` בעברית, חיפוש מקורות מידע ועוד.

היעדר הצורך בסביבת עבודה מיחשובית ייעודית מוזיל מאוד את עלויות התוכנית, יחד עם זה שימוש במעבדת מחשבים מחייב כוח אדם טכני לתמיכה, להתקנה ולהתגברות על תקלות.

 

הסביבה הלימודית ועיצובה

 

סביבת פיתוח (IDE – Integrated Development Environment):תוכנית הלימודים כוללת הוראת סביבת הפיתוח סקרצ` אותה יש להתקין בכל המחשבים במעבדה.