הקדמה

בתקופתנו הולכת וגדלה החשיבות של הוראת יסודות התכנות לתלמידים בכל שכבות הגיל במערכת החינוך. תכנות מונחה עצמים היא הגישה המקובלת והפופולרית כיום בעולם התוכנה כיוון שגישה זאת היא למעשה חיקוי לדרך החשיבה של האדם. לדוגמה, כאשר אנו מסתכלים על העולם אנו מסווגים באופן טבעי את כל העצמים והמושגים לפי קטגוריות, כגון חי, צומח ודומם. את החי אנו מסווגים ל-יונקים, עופות ודגים וכך הלאה. יחד עם זאת, לימוד תכנות מונחה עצמים נחשב משימה קשה למדי לתלמידים ויש מעט תכניות המנסות לענות על אתגר זה. להלן דוגמאות של קשיי התלמידים בלימוד תכנות מונחה עצמים:

•קושי בהבחנה בין המחלקה לבין העצמים.

•קושי בהבנת הרעיון שכל משתני המופע הם מאותו טיפוס של מחלקה.

•בלבול בין העצם לבין המשתנה המתייחס לעצם.

•שני משתנים שונים חייבים להתייחס לעצמים שונים

•ניתן לשאול עצם: אלו משתנים מתייחסים אליו.

•שני עצמים עם אותו ערך בתכונה כלשהי הם אותו עצם.

•ערך של תכונה כלשהי יכול לשמש כמזהה עצם.

•השיטות נועדו לביצוע חישובים בלבד ולא למשל העברת מסרים.

•השימוש באופרטור נקודה מיודע לשימוש, אך ורק, עם מתודות ולא לשימוש עם תכונות.

המחקר הנוכחי, שנועד להתגבר על הקשיים הנ"ל, בוצע במסגרת עבודת הדוקטורט של אסמעיל סלמאן, בהנחיית פרופ' משה ברק מהמחלקה להוראת המדעים והטכנולוגיה ופרופ' ג'יהאד אלסאנע מהמחלקה למדעי המחשב באוניברסיטת בן-גוריון בנגב.

המחקר כלל את השלבים הבאים:

1. פיתוח הקורס "תכנות מונחה מטלות בסביבה ויזואלית תלת ממדית" לתלמידי חטיבת ביניים.

2. יישום הקורס באמצעות סביבת התכנות Alice, שהנה סביבת פיתוח תלת-ממדית חינמית, שנועדה לקדם את הוראת מדעי המחשב, בדגש על תכנות מונחה עצמים (Object-Oriented) לתלמידי חטיבת ביניים ותיכון. סביבת Alice מאפשרת יצירת אנימציות גרפיות תלת-ממדיות, כגון סרטונים ומשחקים אינטראקטיביים, בקלות ובמהירות, תוך שימוש בספרייה עשירה של מודלים תלת-ממדיים קיימים במגוון נושאים.

3. הערכת חומרי הלימוד והתכנים של הקורס, המטלות הסגורות והפתוחות, שיטת הלימוד, המוטיבציה של התלמידים והישגיהם בהבנת תכני הקורס השונים ובפיתוח פרויקט תכנותי מסכם.

דוגמאות מתכני הקורס

המחקר להערכת הקורס

מסגרת הלימוד

הקורס תכנות מונחה עצמים ארך 15 מפגשים של שעתיים, סה"כ 30 שעות לימוד. מתוכם, 10 מפגשים הוקדשו ללמידה ותרגול, מפגש אחד להערכה וסיכום ביניים, שלושה מפגשים לביצוע פרויקט גמר ומפגש אחד להצגת פרויקטים ומשוב מסכם.

אוכלוסייה

במחקר החלוץ השתתפו שתי קבוצות של 15 תלמידי כתות ז', סה"כ 30 תלמידים; במחקר המקיף השתתפו 6 קבוצות לימוד של 14-16 תלמידים, סה"כ 95 תלמידים. מספר הבנות היה כחצי ממספר המשתתפים בכל הקבוצות. שלושה מורים למדעי המחשב לימדו את התלמידים בכל הקבוצות.

שיטת איסוף הנתונים

בוצעו ארבע תצפיות בכל קבוצה (סה"כ 32 תצפיות), ראיונות עם 12 תלמידים בכל קבוצה (סה"כ 96 ראיונות), מבחן מסכם והערכה של פרויקט הגמר.

ממצאים עיקריים

התלמידים גילו מוטיבציה גדולה ללמוד את הקורס, לבצע את התרגילים, להתמודד עם שאלות האתגר ולבצע את ופרויקט הגמר. התלמידים עזרו זה לזה ועבדו במעבדה בהפסקות לפני תחילת השיעור ולאחריו. מצד שני, התלמידים התלוננו על היקף המטלות, הקשיים בהבנת הנושאים המתקדמים וקוצר הזמן לביצוע המשימות לאורך הקורס ובמיוחד פרויקט הגמר.

מסקנות

המחקר הנוכחי מהווה דוגמה ייחודית לפיתוח תכנית להוראת נושאים חדשניים במדעי המחשב ויישומה בשדה בשיתוף המורים בבית הספר. המחקר מהווה גם דוגמה לביצוע הערכה תוך שילוב גישה כמותית ואיכותנית למעקב אחרי הלמידה של התלמידים, הישגיהם, הקשיים בהם נתקלו והמוטיבציה שלהם.