עקרונות תכנית הלימודים הניסויית במדעי המחשב בחטיבת הביניים התכנית בק

‫עקרונות תכנית הלימודים הניסויית במדעי המחשב בחטיבת הביניים‬
‫התכנית בקובץ בפורמט ‪PDF‬‬
‫חלק א‬
‫מטרות התוכנית ועקרונותיה‬
‫מטרות חינוך כלליות‬
‫מקצוע מדעי המחשב הינו תחום מרכזי בעל השלכות רבות על תחומים אחרים‪ .‬מדעי המחשב‬
‫נתפס כשפת הטכנולוגיה המשמשת לתיאור והבנת מבני מידע וידע‪ ,‬קשרים ותהליכים‪ .‬כשפה‪,‬‬
‫מדעי המחשב מאפשר פתרון בעיות‪ ,‬ייצוג ידע ופורמליזציה של תהליכים ולכן תומך בהבנת‬
‫טכנולוגיה ובפיתוח מדעי‪-‬טכנולוגי ועקרונותיו משמשים כיום לעבודה מדעית והנדסית בתחומים‬
‫רבים‪.‬‬
‫בנוסף לאתגר המחשבתי שמציבים לימודי מדעי המחשב והפוטנציאל שלהם 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
‫והתרבותית של תלמידים הלומדים אותו‪.‬‬
‫מטרות להכרת תחום הדעת והבנתו‬
‫מטרות תכנית הלימודים במדעי המחשב לתלמידי חטיבות הביניים הינן‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫להקנות ללומדים מושגי יסוד של מדעי המחשב;‬
‫להקנות מושגים בסיסיים בחשיבה לוגית בצורה חווייתית בשילוב פעילויות לא‬
‫ממוחשבת יחד עם פעילויות תכנותיות במחשב‪.‬‬
‫להקנות הרגלי עיצוב ותכנון‪ ,‬משמעת עצמית‪ ,‬ביקורת 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 בכדי‬
‫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 ,‬בנייה ובדיקת אלגוריתם הן‬
‫מהמיומנויות הייחודיות לתחום מדעי המחשב‪.‬‬
‫מידול והפשטה הן מיומנויות נדרשות ונרכשות בתחום מדעי המחשב אותם יוכלו התלמידים‬
‫ליישם 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 מניתוח בעיות ועד למימוש פיתרונן 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 תכנית הלימודים פיתוח‬
‫כישורי חשיבה מסדר גבוה‪ ,‬מודעות לרמות הפשטה וכן כישורי רפלקציה להבנת תהליך הפתרון‬
‫וחשיבה ביקורתית לצורך הערכת הפתרון‪.‬‬
‫מודולריות‪/‬בחירה‬
‫להלן מופיעים הפרקים ‪ :‬פרקי ליבה ופרק בחירה ‪.‬‬
‫· מבוא למדעי המחשב‬
‫פרקי חובה‪:‬‬
‫· גיליון אלקטרוני בדגש על שימוש למחקר מדעי‬
‫· סייבר ואינטרנט‬
‫פרק בחירה‪ -‬אחד מבין · מבוא לרובוטיקה‬
‫· תכנות משחקי צד לקוח‬
‫שני הפרקים האלו‪:‬‬
‫מאפייני התכנית ודגשים‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫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 פרקים שונים‬
‫בתוכנית;‬
‫התכנית מודולרית והפרקים אינם תלויים זה בזה‪ ,‬כך שמורה יכול לבחור את הפרקים‬
‫להוראה בהתאם לרמת הכיתה או העדפותיו האישיות; מודולריות המאפשרת גמישות‬
‫מקסימאלית למורה ובית הספר בהתאמת התוכנית לכיתות שונות‪ .‬ניתן לדלג על כל‬
‫שלב בתוכנית כתלות ברמה של הילדים או בחירת המורה;‬
‫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;‬
‫התוכנית מאפשרת 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 הלימודים של 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 מקנה כלים אלה אבל ואף רבים נוספים לתלמידים אשר ילמדו אותה ומהווה‬
‫הכנה מצוינת 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 מדעי המחשב מבוסס על קשר הדוק בין תיאוריה למעשה‪ .‬לפיכך‪ ,‬מוצעים פרקים שונים‬
‫המשלבים תיאוריה עם עבודה מעשית (כאשר כל פרק מתאפיין בחלוקה מותאמת לו בין תיאוריה‬
‫לעבודה מעשית)‪ .‬כל הפרקים המוצעים מתבססים על הצגה חווייתית של חומר הלימוד‪.‬‬
‫ארגון ופרוט התכנים והנושאים בהתאמה לתפיסה הרעיונית של התוכנית‪.‬‬
‫מבנה התוכנית‪ ,‬פרקי‪/‬נושאי הבחירה ועקרונות הבחירה‬
‫התוכנית מורכבת מפרקים העומדים בפני עצמם‬
‫פרקי חובה‬
‫‪ o‬מבוא למדעי המחשב‬
‫‪ o‬גיליון אלקטרוני בדגש על שימוש למחקר מדעי‬
‫‪ o‬סייבר ואינטרנט‬
‫פרקי בחירה (יש לבחור אחד מבין שני הפרקים הבאים)‬
‫‪ o‬מבוא לרובוטיקה‬
‫‪ o‬תכנות משחקי צד לקוח‬
‫ארגון ופרוט התכנים והנושאים בהתאמה לתפיסה הרעיונית של התוכנית‬
‫מבוא למדעי המחשב – פרק חובה (הקלק למעבר לפירוט התכנית)‬
‫ילמד בכיתה ז`‬
‫שעות סה"כ‬
‫שעות‬
‫שם הפרק‬
‫פרק‬
‫התנסות עיוניות שעות‬
‫מס`‬
‫מבוא לאלגוריתמיקה‬
‫‪1‬‬
‫ סביבת העבודה‪ :‬קבץ‪ ,‬פתיחת פרויקט‪ ,‬שמירה‪,‬‬‫‪6‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫תיעוד‪ ,‬שינוי רקע‪ ,‬תלבושת (אנימציה הליכה)‬
‫ הוראות סדרתיות – תנועה‪ ,‬פלטים‬‫ביצוע חוזר‬
‫‪2‬‬
‫ ביצוע חוזר מוגבל מראש‬‫‪8‬‬
‫‪1‬‬
‫‪7‬‬
‫ ביצוע חוזר אינסופי‬‫ ביצוע חוזר מותנה‬‫ריבוי דמויות ומסרים ‪Messaging‬‬
‫‪3‬‬
‫ ריבוי דמויות – מגע בין דמויות‬‫‪8‬‬
‫‪1‬‬
‫‪7‬‬
‫ מסרים‬‫ ריבוי תסריטים לדמות‬‫משתנים‪ ,‬קלט‪/‬פלט וחישובים‪:‬‬
‫‪4‬‬
‫‪7‬‬
‫‪2‬‬
‫‪5‬‬
‫ הגדרת משתנה‪ ,‬קליטה והדפסה‬‫ אופרטורים מתמטיים‬‫ביצוע מותנה‬
‫‪5‬‬
‫ תנאים לוגיים‬‫‪7‬‬
‫‪1‬‬
‫‪6‬‬
‫ הוראת תנאי‬‫ תנאים מורכבים‬‫אלגוריתמים מורכבים‬
‫‪6‬‬
‫ מונים‪ ,‬צוברים‬‫‪14‬‬
‫‪4‬‬
‫‪10‬‬
‫ מספרים אקראיים‬‫ לולאות מקוננות‬‫‪10‬‬
‫‪10‬‬
‫פרויקט סיכום אישי (פיתוח משחק)‬
‫‪7‬‬
‫‪60‬‬
‫‪10‬‬
‫‪50‬‬
‫סה"כ‪:‬‬
‫גיליון אלקטרוני בדגש על שימוש במחקר מדעי – פרק חובה‬
‫ילמד בכיתה ט`‬
‫שעות‬
‫שם הפרק‬
‫פרק‬
‫התנסות‬
‫מס`‬
‫‪2‬‬
‫הכרת הגיליון‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫חישובים‪ ,‬העתקה יחסית והעתקה מוחלטת‬
‫‪2‬‬
‫פונקציות ‪SUM, COUNT, COUNTA,‬‬
‫‪3‬‬
‫‪5‬‬
‫‪AVAREAGE, MIN, MAX, SMALL, LARGE‬‬
‫‪COUNTIF, SUMIF, INT, MOD‬‬
‫‪3‬‬
‫פונקציות לוגיות‪IF, AND, OR :‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫ייצוג נתונים באמצעות גרפים‬
‫‪5‬‬
‫‪17‬‬
‫סה"כ‪:‬‬
‫סייבר ואינטרנט – פרק חובה‬
‫ילמד בכיתה ט`‬
‫שעות‬
‫פרק מס` שם הפרק‬
‫התנסות‬
‫‪2‬‬
‫מבוא למערכות ספרתיות (דיגיטליות) – מושגי יסוד‬
‫‪1‬‬
‫‪6‬‬
‫תקשורת נתונים‬
‫‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫העברת מידע מוצפן ברשת‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫הגנת סייבר‬
‫‪4‬‬
‫‪14‬‬
‫סה"כ‪:‬‬
‫שעות סה"כ‬
‫עיוניות שעות‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪6‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪20‬‬
‫‪3‬‬
‫שעות סה"כ‬
‫עיוניות שעות‬
‫‪12‬‬
‫‪10‬‬
‫‪12‬‬
‫‪6‬‬
‫‪10‬‬
‫‪6‬‬
‫‪6‬‬
‫‪4‬‬
‫‪40‬‬
‫‪26‬‬
‫פרקים לבחירה (אחד מתוך שנים)‬
‫ילמד בכיתה ח`‬
‫מבוא לרובוטיקה – פרק בחירה (הקלק למעבר לפירוט התכנית)‬
‫שעות‬
‫שעות‬
‫פרק מס` הנושא‬
‫התנסות עיוניות‬
‫‪2‬‬
‫מבוא‪ :‬רובוטיקה‬
‫‪1‬‬
‫מושגים‪ ,‬קלט‪-‬פלט‪ ,‬סקירת התפתחות היסטורית‪,‬‬
‫סוגי רובוטים‪ ,‬מודלים של רובוטים‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫מרכיבים מבניים מכניים ואלקטרוניים‬
‫‪2‬‬
‫בקר (‪ , )Controller‬מפעילים (‪, )Actuators‬‬
‫חיישנים (‪)Sensors‬‬
‫‪2‬‬
‫‪12‬‬
‫תנועה ‪ -‬אנרגיה חשמלית‪ ,‬אנרגיה מכנית ותמסורת‬
‫‪3‬‬
‫בסיסית‬
‫מנועים חשמליים והתמרת אנרגיה‬
‫סיבוב בקשת‪ ,‬סיבוב במקום‪ ,‬סיבוב רגל ציר‬
‫‪2‬‬
‫חישה ‪ -‬זיהוי עצמים ומדידת גדלים פיזיקליים על ידי ‪12‬‬
‫‪4‬‬
‫הרובוט באמצעות חיישנים‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫בקרה בחוג פתוח‬
‫‪5‬‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫בקרה בחוג סגור‬
‫‪6‬‬
‫‪2‬‬
‫‪8‬‬
‫ניתוח ותיכון מערכת‬
‫‪7‬‬
‫הגדרת דרישות‪ ,‬תכנון מכני‪ ,‬תכנון אלקטרוני‬
‫‪14‬‬
‫סה"כ‪46 :‬‬
‫סה"כ‬
‫שעות‬
‫‪2‬‬
‫‪4‬‬
‫‪14‬‬
‫‪14‬‬
‫‪8‬‬
‫‪8‬‬
‫‪10‬‬
‫‪60‬‬
‫תכנות משחקי צד לקוח – פרק בחירה (הקלק למעבר לפירוט התכנית)‬
‫שעות סה"כ‬
‫שעות‬
‫פרק מס` שם הפרק‬
‫התנסות עיוניות שעות‬
‫‪8‬‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫מבוא לרשת האינטרנט ול‪HTML5-‬‬
‫‪1‬‬
‫‪22‬‬
‫‪10‬‬
‫‪12‬‬
‫שפת ‪ JavaScript‬ואירוע לחיצה על כפתור‬
‫‪2‬‬
‫‪onClick‬‬
‫‪12‬‬
‫‪2‬‬
‫‪10‬‬
‫תגית ‪ CANVAS‬ועקרונות הציור עליו‪ .‬אירועי‬
‫‪3‬‬
‫טיימר‬
‫‪8‬‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫אירועי עכבר ומקלדת‬
‫‪4‬‬
‫‪4‬‬
‫‪4‬‬
‫אירועי מסכי מגע‪ ,‬והעלאת המשחקים להפעלה‬
‫‪5‬‬
‫מטלפונים חכמים‬
‫‪6‬‬
‫‪6‬‬
‫פרויקט מסכם ‪ -‬בניית משחק‬
‫‪6‬‬
‫‪7‬‬
‫‪60‬‬
‫‪16‬‬
‫‪44‬‬
‫סה"כ‪:‬‬
‫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 סקראצ` על כל תחנות העבודה במעבדה ורצוי‬
‫מאוד חיבור לאינטרנט לכל תחנה לטובת שימוש באתר סקראצ'‪ ,‬בעברית‪ ,‬חיפוש מקורות מידע‬
‫ועוד‪.‬‬
‫היעדר הצורך בסביבת עבודה מחשובית 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 Environment‬תכנית הלימודים כוללת‬
‫הוראת מספר סביבות פיתוח אותן יש להתקין בכל המחשבים במעבדה‪ :‬סביבת פיתוח מותאמת‬
‫לרובוטים ודפדפן תומך ‪.html5‬‬
‫מפרט המעבדה‬