Programmering i STEM-fag: Anvendelse av programmering i naturfag og fysikk.

Abstract

Med de endrede kravene etter fornyelse av læreplaner for grunnskole og videregående skole i 2020, er uttrykk som pseudo-kode, metoder, algoritmisk tenkning og programmering blitt høyaktuelle begrep. Dette er nok nye begreper for de fleste av elevene som skal få gleden av å delta i undervisning hvor dette skal inkorporeres i allerede eksisterende emner, men også for lærerne, der nok en stor andel kanskje møter disse nye kravene med en noe ambivalent holdning.

I Norge har en valgt en stegvis tilnærming til det å introdusere programmering og algoritmisk tenkning, som allerede starter på barneskolen gjennom å snakke om modeller og det å følge konkrete oppskrifter, til at en allerede i 5-klasse på barnetrinnet snakker om programmering som et problemløsings-begrep i matematikkfaget. I stedet for å legge det en i rammeplanen kaller “digitale ferdigheter” for seg selv i et eget fag i skolen, har en i Norge valgt å inkorporere programmering og algoritmisk tankegang, i flere ulike fag. Således dukker programmering og algoritmisk tenkning også opp i tradisjonelle fag som matematikk og fysikk, men også som deler av Naturfag på ungdomstrinnet.

Målet med denne oppgaven er å levere et godt hjelpemiddel for lærere i ungdomsskole-trinnet og i videregående skoler. Sluttproduktet tilbyr innføringshefter hvor lærerne kan sette seg inn i både de mest elementære konseptene, og en rekke videregående konsepter innen programmering i Scratch, og i Python. I tillegg tilbyr sluttproduktet ulike oppgavehefter rettet mot hvert enkelt av de ulike års-trinnene på ungdomsskolen, og videregående skole. De enkelte oppgavene starter med en tankeprosess fra å definere en problemløsnings-strategi, via algoritmisk tenking og steg-for-steg beskrivelse av fremgangsmåte for å omforme et praktisk problem i form av en oppgave-tekst, til kode, til siste steg i prosessen som er skriving av fungerende programkode som svarer på de definerte spørsmålene som skal løses. Vi har utformet følgende hefter:

For 8. til 10. klasse: "Innføringshefte i Scratch og Python for ungdomsskolen", inkludert utfyllende eksempler. For 8. til 10. klasse, naturfag: "Oppgavehefte i Scratch og Python for ungdomsskolen" med åtte oppgaver. For 1. til 3. klasse VGS: "Innføringshefte i Python for videregående skole", inkludert utfyllende eksempler. Temaene i heftet for ungdomsskolen forutsettes kjent. For 1. klasse VGS, naturfag: "Oppgavehefte i Python for VG1" med seks oppgaver. For 2. klasse VGS, fysikk: "Oppgavehefte i Python for VG2" med ni oppgaver. For 3. klasse VGS, fysikk: "Oppgavehefte i Python for VG3" med seks oppgaver.

Oppgavene er av ulik størrelse, vanskelighetsgrad, og kompleksitet. De er også utformet på en slik måte at de er selvstendige oppgaver, og lærerne kan selv bedømme hvilke oppgaver som er aktuelle å bruke i sin undervisning.

With the changed requirements after the renewal of curricula for primary and secondary school in 2020, expressions such as pseudo-code, methods, computational thinking, and programming have become highly relevant concepts. These are most likely new concepts for most of the students who will have the pleasure of participating in teaching where this will be incorporated into already existing subjects, but also for the teachers, where another large share of the teachers may meet these new requirements with a somewhat ambivalent attitude.

In Norway, a step-by-step approach has been chosen to introducing programming and computational thinking, which already starts in primary school by talking about models and following specific recipes, to already in 5th grade in primary school talking about programming as a problem-solving concept in mathematics. Instead of putting what one in the curricula plan calls "digital skills" for itself in a separate subject in school, Norway has chosen to incorporate programming and computational thinking in several different subjects. Thus, programming, and algorithmic thinking also appear in traditional subjects such as mathematics and physics, but also as parts of science at the lower secondary level.

The aim of this thesis is to provide a good aid for teachers in the upper primary school level and in secondary schools. The end product offers introductory booklets where teachers can familiarize themselves with both the most elementary concepts, and a number of advanced concepts in programming in Scratch, and in Python. In addition, the end product offers various exercise booklets aimed at each of the different year-stages in upper primary school and secondary school. The individual tasks start with a thought process from defining a problem-solving strategy, via computational thinking and step-by-step description of procedures for transforming a practical problem in the form of a task text, into code, to the last step in the process which is writing working program code that answers the defined questions to be solved. We have designed the following booklets:

For 8th to 10th grade: An introduction booklet in Scratch and Python for upper primary school, including supplementary examples. For 8th to 10th grade, science: An exercise booklet in Scratch and Python for upper primary school, with eight assignments. For 1st to 3rd grade secondary school: An introduction booklet in Python for secondary school, including supplementary examples. The topics in the booklet for upper primary school are assumed to be familiar. For 1st grade secondary school, science: An exercise booklet in Python for 1st grade secondary school, with six assignments. For 2nd grade secondary school, physics: An exercise booklet in Python for 2nd grade secondary school, with nine assignments. For 3rd grade secondary school, physics: An exercise booklet in Python for 3rd grade secondary school, with six assignments.

The tasks are of different sizes, degree of difficulty, and complexity. They are also designed in such a way that they are independent tasks, and the teachers can judge for themselves which tasks are relevant to use in their teaching.