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美国计算机科学学生队列的规模


马克Guzdial

http://bit.ly/2sxWlBq2019年11月3日

艾伦·凯、凯西·诺里斯、埃利奥特·索洛韦和我在2019年9月的《通信叫做“计算思维应该是好的思维”http://bit.ly/2P7RYEV).我们的论点是,“计算思维”已经存在,学生们每天都在使用计算,而且计算无疑正在影响他们的思维。我们真正关心的是有效的、批判性的、“扩展的”思维,计算可以帮助我们思考。要做到这一点,我们需要更好的计算。

Ken Kahn在评论区参与了我们的文章(谢谢你,Ken!),他发表了一个挑衅的评论:

在游戏中添加编程的成功尝试有很多:《Rocky’s Boots》(1982年)、《Robot Odyssey》(1984年)、《RoboSport》(1991年)、《Minecraft》(多个扩展)等等。但与那些热衷于使用通用编程系统(如Logo、Scratch、Squeak、ToonTalk或Snap!)的人相比,这些努力只激起了一小部分人的兴趣。为了他们自己的项目。

这让我想知道:通用编程比专门编程更受欢迎吗?这是一个很难回答的问题,但还有其他相关的问题是可以回答的。有多少人使用Scratch和其他通用编程系统,而不是像Minecraft这样的东西?有多少学生学过编程?与使用其他计算环境或学习其他科学、技术、工程和数学(STEM)科目相比,今天有多少学生学习通用编程?

以下是我的发现。我决定以美国为中心,这样我就可以与已知的总体人口进行比较。

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总体数量

美国人口数量(世界人口评论,http://bit.ly/2Pg79Mu): 3.29亿。

美国在校儿童人数(国家教育统计中心,http://bit.ly/2OKFhAK): 5660万

  • 公立学校约5080万人,私立学校约580万人。只有大约150万儿童在家接受教育。
  • 3550万人上的是学前班到8年级,1530万人上的是高中。

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计算学习者vs.计算工具用户

美国Scratch用户数量(粗略看一下Scratch社区统计数据,http://bit.ly/37YWrCl): 1920万。

我们不知道年龄(我们知道我们不能相信Scratch中的年龄数据;参见“野外青年计算参与:在线Scratch社区参与和编程的理解经验和公平性”http://bit.ly/2ONsq0E).大约三分之一的美国学龄儿童尝试过Scratch。While Logo, Snap!、Squeak和其他工具都很流行,但它们远没有Scratch流行。Scratch可能是我们最好的方案。

Code.org在美国的学生人数(2018,计算教育研究博客,http://bit.ly/2DJiz5W): 120万。

《我的世界》的用户数量(从“《我的世界》已经安静地统治了10多年,现在每个月有1.12亿玩家。”商业内幕2019年9月14日,http://bit.ly/2OISLNv): 1.12亿。

很明显,这个数字超过了美国,而且不仅仅是学龄儿童,因为这甚至包括了美国的学龄儿童或三分之一的美国人。我无法找到一个仅在美国的数字

我发现玩《我的世界》的儿童数量的估计值(在《我的世界教会孩子科技,但在游戏中存在性别失衡》中)。谈话2018年1月16日,http://bit.ly/2OISLNv):

结果显示,53%的6 - 8岁儿童和68%的9 - 12岁儿童积极玩《我的世界》。超过一半的玩家每周玩游戏超过一次。

《堡垒之夜》用户数量(来自《Fall Skirmish Fortnite Series》,《Fall Skirmish Details》,2018年9月20日):7830万。

同样,比美国多,而且不限于在校儿童。

据我所知,61%的美国青少年都在玩《堡垒之夜》(游戏邦注:《堡垒之夜》调查显示,孩子们都在课堂上玩游戏)。那么父母们能做些什么呢?”《今日美国》2018年12月6日,http://bit.ly/363N02V),所以可能是930万。

底线:没有一种计算机教育工具能与玩《我的世界》或《堡垒之夜》的孩子的数量相媲美。

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计算机学习者和其他STEM学习者

要了解美国计算机与其他学科的区别,有一种方法是看看大学预修课程(Advanced Placement),这是一个在高中学习高级课程(为了获得大学学分或实习)的项目。它通常被认为是精英式的:不是每个学生都能接触到它(尽管有人认为它不再是精英式的)。但如果我们要在学科之间进行比较,精英主义对所有学科都是平等的。

参加AP微积分AB的学生人数(2018,http://bit.ly/2sHB1cU): 308537

参加AP微积分BC (2018,http://bit.ly/2sHB1cU): 139,376总共:347,913

与美国1530万高中生相比,这一比例约为2%。这是AP STEM课程中学生人数的上限。

选修AP物理1 (2018,http://bit.ly/2LhaXMg): 170653

选修AP物理2 (2018,http://bit.ly/2LgcvpC): 24985

总:195638

参加AP计算机科学A (2018,http://bit.ly/360EMbS): 65133

选修AP计算机科学原理(2018,http://bit.ly/2ONsq0E): 72187

所以,加起来,计算机科学的AP考试有大约137,320名考生,这是AP物理的70%。占AP微积分课程的40%,占2%的美国高中生的40%。

底线:计算机教育甚至不接近STEM的主流。

结论:我们应该试试一切总的来说,我们还没有创建流行的计算机教育。我们接触到的学生很少。

回答Ken的问题,我们只接触到一小部分学生所有我们的工具结合在一起。我们应该为游戏编程扩展而且通用编程语言而且我们能想到的任何其他东西都可能帮助孩子们获得计算机教育的机会。

现在接触到的学生太少了,所以只依靠过去最成功的模式是没有意义的。过去所有的成功可能都是局部的最大值。我们可能不得不尝试一些完全不同的东西来接触到更多的学生。

*评论

有趣的数字。如果能进行一次全球人口普查就太好了。我认为在英国,5到16岁的孩子的数据更好,而16到18岁的孩子的数据就不那么好了。我听说过一些国家的数据更好(哥斯达黎加,立陶宛,??)

12年前,我写了一篇名为“Logo应该继续前进吗?”(http://bit.ly/2Lz2gx1)。我试图反驳渐进式进步;相反,我们应该像你建议的那样转向“完全不同的东西”。我列出了12个想法,现在看来应该是一个更长的清单。我今天要补充的一件事是,人工智能扮演着多种角色,包括作为向导/教练,为学生在他们的项目中使用提供新的计算构建模块。

就在西摩·珀特出事之前,我和他谈过这个问题,他提出的一个话题是,谁的美学应该算数:数学家还是工程师?一个数学美学设计将基于一个非常小的极具表现力的构建模块集。我们为孩子们构建的几乎所有东西都被设计成具有大量漂亮的特性,而不是一个漂亮的内核。

肯·卡恩
2019年11月4日

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作者

马克Guzdial是美国密歇根大学计算机科学与工程系的教授。


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评论


曼扎诺Morgado

我觉得这很挑衅,并同意我们应该尝试所有这些途径。然而,我们应该考虑如何使它们有效。在所有这些《我的世界》和《堡垒之夜》的用户中,绝大多数人根本不会编程。我所见过的大多数minecraft玩家甚至从未使用过红石,这可以被视为明确的计算思维。在《堡垒之夜》中,可能有大量的计算思维和批判性思维场景等着我们去挖掘,比如预测对手对线索的反应行为(并设置这些线索),设计和使用建造策略(而不仅仅是“建造得更快更高”)等等。高级玩家会这么做,但他们会在多大程度上反思这一点,而非高级玩家会在多大程度上反思这一点是未知的。
我们知道,任何游戏中的高级玩家都是少数人,我想知道Ken最初的“让一小部分人兴奋”的言论是否考虑到了更多的社会背景:什么能让关心计算思维和批判性思维的教育者、社区组织者、布道者等感到兴奋。当然,所有这些平台,但我们需要考虑上下文支持(例如,示例、计划、功能、方法、使用和重新定位的自由)。这是导致这些狂热者和连接者选择这些平台并利用它们接触更广泛受众的环境。


亚历山大Repenning

当然,接触更多的学生是一个伟大的目标。但流行游戏似乎并没有朝着使未来的游戏与计算机教育更加相关的方向发展。例如,微软的《我的世界》续作《我的世界:地下城》(Minecraft: Dungeons)较少涉及建筑,较少涉及编程(Redstone),最终也较少涉及创造性。Seymour Papert用“艰难的乐趣”这个术语来描述创造性活动,比如建筑、编程和写作,这些活动之所以吸引人正是因为它们的难度。与此同时,包括《我的世界》在内的主流游戏,无论是否有编程,都在走向另一个方向。

25年前,我用AgentSheets为孩子们创建了第一种基于块的现代编程语言,当时我也很困惑。我认为可访问性是使更多观众参与编程的唯一关键。这种以工具为中心的视图并没有完全实现。一方面,我们让世界各地的许多孩子制作自己的游戏,并将其发布到网页上。另一方面,这些数字与玩《我的世界》的孩子数量相比微不足道。因为基于块的编程而让更多的人进入编程的想法,例如,消除编程的语法挑战,大致相当于认为用Word进行拼写检查将极大地增加写书的人数。事实并非如此。编程语言的挑战类似于自然语言的挑战。要有效地帮助完整的计算思维过程,需要的不仅仅是彩色拼图。我开始使用术语计算思维工具,作为如何支持编程的语法,以及语义和语用的想法。 AgentCubes does this and does reach millions of users. However, while appropriate tools can provide affordances to further increase accessibility to Computational Thinking (CT), the tool centric view alone will not help the computer science education community to cross the chasm to reach a technology apathetic group of people including students, teachers and parents.

将CT普及到普通人群不是技术问题,也就是正确的工具,而是教育政策的问题。CT教育必须像数学教育一样成为必修课。但我们必须非常小心,不要在强制性CT教育中犯类似的错误,就像我们很久以前在强制性数学教育中犯的错误一样。数学焦虑有一个永恒的循环,很容易爆发成数学和计算焦虑的永恒循环。有充分的证据表明,不喜欢数学的老师能很有效地将他们的态度传递给学生。这些学生又会成为下一代的教师。这样的循环还在继续。这里有一些来自PH FHNW教师职前教育的数据。这些职前教师中只有不到0.2%以前参加过培训。这比瑞士劳动力平均水平低10倍以上。 In fact, 2.7% of the workforce have not just written a casual hello world -like program but are professional software developers. This just goes to show that people are not planning to become teachers because of programming but in spite of it. In less than 3 years we have already trained over 1200 teachers. They have to take two courses: Learn CT, and Teach CT. This is our chance to persuade them that CT is not hard and boring. Most pre-service teachers would not have signed up to an elective CT course. However, using Scalable Game Design as strategy and AgentCubes online as Computational Thinking Tool we can teach them how to program simple 2D/3D games and how to teach CT. Of course, not everybody buys into the idea of hard fun but practically all of them do learn CT andjust by looking at their gamesseem to be having quite a bit of fun. Excited teachers enabled to teach CT are the key to reach students.

老师制作的AgentCubes在线游戏示例:https://bit.ly/2Ow86k1
关于为什么基于块的编程是不够的论文:https://bit.ly/37WmVUG

亚历山大Repenning
教育学院,PH FHNW瑞士,科罗拉多大学博尔德分校


肯·卡恩

也许Leonel关于社会背景的讨论是至关重要的。Alex在教师培训方面的努力是改变社会环境的一部分,让人们对计算机更加友好和兴奋。

这让我想起了保加利亚的数学社会环境是多么的不同(至少15年前我了解到这一点的时候是这样)。孩子们对数学很感兴趣——他们崇拜著名的数学家,就像全世界的孩子崇拜体育明星一样。

我经常在想,孩子们越早接触到“计算机的美丽和乐趣”(bjc.berkeley.edu),我们就越有可能获得一个所有人都可以使用计算机的社会。莱奈尔对学龄前儿童的论文工作很好地证明了什么是可能的。想象一下,如果大规模这样做会有什么后果。


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