Computational Thinking

Computational Thinking
HylkeH.Faber,RichardP.DoornbosenMennoD.M.Wierdsma
Binnenhetonderwijswillenweleerlingenvoorbereidenopdeelnameaaneensnelveranderende
samenleving.Daaromishetnoodzakelijkdathetonderwijsmeeverandertenzichaanpastaande
eisenvaneennieuwetijd.Computersendeinformatie-encommunicatietechnologiezijnnietmeer
wegtedenkenuitonzehuidigesamenleving.Daaromwordtookdeaandachtvoorhetontwikkelen
vanICTvaardighedeninhetonderwijssteedsgroter(PlatformOnderwijs2032,2016;SLO,2014).
Verschillendeinstantiesdringenaanophetonderwijzenvancomputationalthinking(CT)inhet
primaironderwijs,zoalshetSLO,KennisnetenPlatformOnderwijs2032.ErwordtgeschrevenoverCT
ineenpublicatievanhetSLO(2014):naaraanleidingvanhetrapportDigitalegeletterdheidinhet
voortgezetonderwijsvandeKNAW(2012)noemtSLOdenoodzaakvooraandachtvoordigitale
vaardigheden.CTvormteenonderdeelvandezedigitalevaardigheden.
CTwordttevensgenoemddoorhetPlatformOnderwijs2032.Dezeorganisatieleverteenadvies
aanhetministerievanOnderwijs,CultuurenWetenschapoverdeinhoudvanhet
onderwijscurriculumvandetoekomst(PlatformOnderwijs2032,2016).Omdittebereikenzijner
verschillendemaatschappelijkedialogenmetonderandereleerkrachten,leerlingen,ouders,
schoolleidersenbetrokkenorganisatiesgeweest.Ditheeftgeleidtothetinbegin2016uitgebrachte
eindadvies.Inditeindadviesstaathetvolgendeovercomputationalthinkinggeschreven:
Computationalthinkingrichtzichopdevaardighedenomproblemenoptelossenwaarveel
informatie,variabelenenrekenkrachtvoornodigzijn.Hetgaatomeenverzameling
denkprocessen,zoalslogischredeneren,patroonherkenningensystematischdenken(Onderwijs
Platform2032,2016,p.34).
NaastdezeaandachtvoorCTvanuithetPlatformOnderwijs2032zijnookverscheideneacademici
heterovereensdatCTeenbelangrijkevaardigheidiswaarkinderenindetoekomstgebruikvan
zullenmaken(Barr&Stephenson,2011;Grover&Pea,2013;Kafai&Burke,2013;Voogt,Fisser,
Good,Mishra,&Yadav,2015;Wing,2008).DemeesteonderzoekersomschrijvenCTalseenmanier
vandenkenwaarmeedecomputeringezetkanwordenbijhetoplossenvanproblemen.Zodoende
dientCTalseenvergrotingvanhetprobleemoplossendvermogenvankinderen.
OndanksaldezeaandachtvoorCTvanuithetonderwijsendewetenschapblijfthetnog
onduidelijkwaterpreciesverstaanwordtonderCT.Erisovereenstemmingoverdenoodzaakvan
onderwijzenvanCT,maarwelkeaspectenpreciesdeeluitmakenvanCTisonduidelijk.Verschillende
instantiesenonderzoekersgevenelkeeneigendefinitievandeterm.Inditartikelzalgezocht
wordennaareenbruikbareengoedomschrevendefinitievanCT.
Wat is Computational Thinking?
HoeweldetermComputationalThinkingpassinds2006(Wing,2006)gebruiktwordt,isereerder
alonderzoekgedaannaarhoedecomputeropeeneducatieveendidactischverantwoordemanier
gebruiktkanwordeninhetbasisonderwijs.
1
Programmeren in 1980
In1980schreefSeymourPapertoverhetonderwijzenvanprogrammerenaankinderenopde
basisschool(Papert,1980).Hierbijnoemdehijdemeerwaardevanhetkunnenprogrammerenvande
computer.ProgrammerendoetvolgensPaperteenberoepopdemetacognitievevaardighedenvan
kinderen.Omdatkinderenrekeningmoethoudenmetdemanierwaaropeencomputer‘denkt’,
lerenzeookoverdemanierwaaropzijzelfdenken:
Ibegantoseehowchildrenwhohadlearnedtoprogramcomputerscoulduseveryconcrete
computermodelstothinkaboutthinkingandtolearnaboutlearning…(Papert,1980,p.23)
Eenconcreetvoorbeeldhiervanisdatkinderenlerendathetmakenvanfouteneenstapisinhet
procesvanhetkomentoteenjuisteoplossing.Papertlegtdelinkmethetverhelpenvan
programmeerfoutenineenprogramma.Hetverbeterenvandezefouteniseenbelangrijkonderdeel
vanhetprocesvanprogrammeren.Dooropdezemaniernaarfoutentekijkenkunnendeze
geïnterpreteerdwordenalswaardevolleleermomenteninplaatsvansituatiesdievermedenmoeten
worden.Ditkanwaardevolzijnvoorkinderendiebangzijnvoorhetmakenvanfouten.
InzijnboekschrijftPapertover‘mechanicalthinking’,demanierwaaropmachinesstapsgewijs
instructiesopvolgen.Dezemaniervandenkenzouvoormensenookwaardevolzijn.Insommige
situatieskanhetvanpaskomenomstapsgewijstekunnendenken.Hoeweldetermcomputational
thinkingtentijdevanhetboekvanPapertnognietbestond,zijnerdelenvanwatwenuverstaan
onderCTdieaansluitenbijwatPapert‘mechanicalthinking’noemt.
Op zoek naar een definitie van Computational Thinking
Tegenwoordigspreektmenvancomputationalthinking,eentermdiedoorJeannetteM.Wing
geïntroduceerdis(Wing,2006).ZeomschrijftCTalseenmanieromproblemenoptelossenwaarbij
gebruikgemaaktwordtvandenk-enwerkwijzenuitdeinformatica.Zoalsgenoemdindeinleidingis
ertotophedengeeneenduidigedefinitievanCT.
ComputingAtSchool(CAS)iseenverenigingdiezichbezighoudtmethetontwikkelenvan
lesmateriaalvoorhetvakinformaticainEngeland,waarprogrammerensinds2014deeluitmaaktvan
hetnationaalcurriculum(Csizmadiaetal.,2015).Naasthetontwikkelenvanconcreetlesmateriaal
heeftdezeorganisatieeenbijdragegeleverdaanhetomschrijvenvanCT.CASbeschrijftCTalshet
denkenoverproblemenopeenmanierwaarbijdecomputereenbijdragekanleverenaande
oplossing.Dezevaardigheidkangezienwordenalseenverzamelingvandevolgendezes
denkprocessen:
1. Logischredeneren,hetvoorspellenenanalyserenvansituaties.
2. Algoritmes,eenreekskorteenstriktomschreveninstructiesdiesteedstothetzelfde
resultaatleiden.
3. Decompositie,hetopbrekenvaneengrootprobleeminkleinedelen.
4. Abstractie,hetverminderenvandecomplexiteitvaneenprobleemdoorbepaaldedetails
achterwegetelatenentefocussenopdebelangrijksteelementen.
2
5. Patronenengeneralisatie,hetherkennenvanpatronenenhetaanpassenvan
oplossingenaananderesituaties.
6. Evaluatie,hetnemenvanbeslissingenopbasisvanhetgevondenresultaat.
In2012schrevenKarenBrennanenMitchelResnickovereenopzetvoorhetbestuderenen
beoordelenvandeontwikkelingvanCT.InditartikelomschrijvendeauteursCTaandehandvandrie
dimensies:‘computationalconcepts’,‘computationalpractices’en‘computationalperspectives’
(Brennan&Resnick,2012).DezebeschrijvingvanCTstaatdirectinverbandmetScratch,eenonline
programmeeromgevingvoorkinderendiewillenlerenprogrammeren.CTkanvolgensdeauteurs
gebruiktwordenomdeontwikkelingeninhetlerenmetbehulpvanScratchteanalyseren.Onder
‘computationalconcepts’verstaanBrennanenResnickdeconceptendiegebruiktwordentijdenshet
programmeren,waarondersequenties,herhalingen,parallellisme,gebeurtenissen,voorwaarden,
bewerkingenendata.‘Computationalpractices’omvattendemanierwaaropkinderenleren
programmerenmetScratch,zoalsdemanierwaaropkindereneenprogrammaontwerpen.Dit
gebeurtdoorsteedskleineelemententoetevoegenaanhetprogrammaofdoorhetgebruikvan
bestaandeopdrachtregelsinprogrammeertaaldiedekinderenophetinternetgevondenhebben.De
‘computationalperspectives’wordenbeschrevenalsdemanierwaarophetprogrammerenmet
Scratchinvloedheeftophetlevenvandekinderen.Scratchkanbijvoorbeeldgebruiktwordendoor
kinderenalseennieuwemanieromzichteuitenofommetelkaartecommuniceren.
In2014verscheeneeninteressantartikeloverdekwestieronddedefinitievanCT.Selbyen
Woollard(2014)hebbeneengehoorgegevenaandeoproepnaareenhelderomschrevendefinitie
vandeterm.Zevergeleken39artikelenmeteenverschillendeinterpretatievanCT.Deauteurs
hebbengekekennaarwelketermenveelvuldiguitdeartikelennaarvorenkwamenenhebbeneen
afweginggemaaktoverwelketermenvolgenshenwelofnietthuishorenineenalgemeengeldende
definitievanCT.Uitdezeanalysezijn7termennaarvorengekomen,diehierondergenoemden
uitgelegdzullenworden:
1. Eendenkproces
DetermCTbeschrijfteendenkproces.CTkangezienwordenalseensetdenkvaardigheden.
Dezementalevaardigheden,diehieronderverderuitgelegdworden,stellendeindividuin
staatomcomplexeproblemenoptelossen.
2. Abstractie
Abstractiebehelstdevaardigheidvanhetweglatenvandetailsentefocussenopdekernvan
hetprobleem.Eensituatiekanvaakbeschrevenwordeninmeerdereniveausvanabstractie.
Doorslechtsopéénabstractieniveautefocussenwordthetprobleemoverzichtelijkeren
mindercomplex,omdatdedetailsvandeonderliggendeniveausweggelatenworden.
Eenvoorbeeldhiervanishettekenenvaneenbloemfiguurdatbestaatuiteencombinatie
vaneenaantalvierkanten.Erwordtaangenomendathettekenenvaneenvierkantbekend
is,endaaromwordtdeaandachtgerichtophoedecomplexefiguurgemaaktkanworden
metbehulpvandevierkanten.Laterinhetoplosproceskomthetprobleemvanhetmaken
vaneenvierkantnaarvoren,wanneeralduidelijkishoedevierkantensamendecomplexe
figuurkunnenvormen.
3. Decompositie
3
4.
5.
6.
7.
Metdezetermwordtdevaardigheidvanhetopdelenvaneengrootcomplexprobleemin
kleineredeelproblemenbedoeld.Hierdoorwordthetoorspronkelijkeprobleemeenstuk
overzichtelijker.Dooreerstoplossingentevindenvoordeafzonderlijkedeelproblemen,kan
hetgrote,complexeprobleemgemakkelijkeropgelostworden.
Algoritmischdenken
Ditbeschrijfthetprocesvanstapsgewijswerken,hetnoterenvannauwkeurigenhelder
beschrevenstappen.Eenvoorbeeldhiervaniseenrecept.Hetprobleem“hoebakikeen
appeltaart?”kanopgelostwordendooreenrecepttezoekenenditnauwkeurigtevolgen.
Evaluatie
Determevaluatieomvathetanalyserenvaneengevondenoplossing.Deuitkomstwordt
vergelekenmetdebeginsituatieenbeoordeeldopdeeffectiviteit.Hierbijwordtgekeken
naarwelkebenodigdhedendeoplossingvereistenhoepraktischdeoplossingis.
Generalisatie
Ditwordtomschrevenalsdevaardigheidvanhetherkennenhoedelenvandeoplossingvoor
andere,soortgelijkeproblementoegepastkunnenworden.Oplossingvoorspecifieke
problemenkunnenzobredertoegepastworden.
Automatiseren
Dezetermbeschrijftdemanierwaaropdeoplossingtotuitinggebrachtkanworden.Hoewel
sommigeonderzoekerssprekenvaneen‘computingdevice’,dievereistisvoorhetuitvoeren
vandeoplossing,sprekenanderenvaneensetalgoritmesalsvormvanoplossing.Deze
deelvaardigheidvanCTbeschrijftdatdevormvandeoplossingmogelijkgeautomatiseerd
kanworden.
CT in Nederland
LangetijdiserinNederlandweiniginformatiebeschikbaargeweestoverCT.In2014verscheen
eenpublicatievanhetSLOwaarindetermgenoemdwerd.InditstukwerdCTomschrevenalseen
begripdatverwantisaandedigitalegeletterdheid.
Eind2015heefthetSLOeenwebsitegepubliceerdoverhetcurriculumvandetoekomst,
gebaseerdopdebevindingenvanhetPlatformOnderwijs2032(SLO,2015).Eenvande8onderdelen
vanditcurriculumisdedigitalegeletterdheid.Hierondervallen11deelvaardigheden,diesamende
“21-eeuwsevaardigheden”genoemdworden.Eénvandeze11deelvaardighedeniscomputational
thinking.HierbijwordtCTomschrevenals:“…hetprocesmatig(her)formulerenvanproblemenop
eenzodanigemanierdathetmogelijkwordtommetcomputertechnologiehetprobleemopte
lossen.”(SLO,2015).Hoeweleenuitgebreideuitlegvandeterm,evenalseenleerlijn,totopheden
nogontbreekt,wordterweleenvoorbeeldmatigleerplankaderaangeboden.Ditleerplankaderisin
feiteeenvertaaldeopsommingvandedefinitievanCTvolgenshetISTEenCSTA,zoalsin2011
gepubliceerddoorBarrenStephenson.Dezedefinitieisgebaseerdophetresultaatvan
samenwerkingtussentweeAmerikaanseorganisatiesophetgebiedvaninformaticainhetonderwijs
(ISTEenCSTA).
4
Conclusie
GezienhetkaraktervanhetartikelvanSelbyenWoollardsluitenwijonsgraagaanbijdedefinitie
diezijvoorCThebbenneergezet.Dezedefinitieendedaarbijhorendeomschrijvingvandementale
deelvaardighedenvanCTisgebaseerdopeenmeta-analysevandebestaandeliteratuuromtrentCT.
DitstaatincontrastmetdedefinitievanBarrenStephenson(2011)diehetSLOhanteert.Hoeweldit
samenwerkingsverbandeengoedonderbouwdeomschrijvingvanCTheeftopgeleverd,heefthet
onderzoekvanSelbyenWoollardookgekekennaarwatandereonderzoekersoverditonderwerp
geschrevenhebben.BovendiennoemenBarrenStephenson5vaardighedendiedeeluitmakenvan
CT:simulatie,parallelleverwerkingenhetverzamelen,analyserenenrepresenterenvangegevens.
Ditzijnvoorbeeldenvanpraktischevaardigheden,dieincontraststaanmetdementale
vaardighedenalsabstractieendecompositie,dieookdeeluitmakenvanCT.HetgeheelvanCTis,
volgensdedefinitievanBarrenStephenson,eencombinatievanzowelmentalealspraktische
vaardigheden.DaarnaastishetonderzoekvanBarrenStephensonmeegenomenindeanalysevan
SelbyenWoollard.VoordepraktischevaardighedendieBarrenStephensonnoemeninhundefinitie
hebbenSelbyenWoollardgeenovereenstemminggevondenbijdedefinitiesvanandere
onderzoekersenorganisaties.TotslotisdedefinitievanSelbyenWoollardnietgekoppeldaaneen
programmeeromgevingalsScratch,zoalsdebeschrijvingvanCTvanBrennanenResnickwelis.
OnzevoorkeurgaatdaaromuitnaardedefinitiezoalsdezedoorSelbyenWoollardopgesteldis,
waarbijCTalseenverzamelingvanuitsluitendmentalevaardighedengedefinieerdwordt.Zowelde
definitievanBrennanenResnickendievanhetSLOzienCTalseencombinatievanpraktischeen
mentalevaardigheden.Wijvindendatdezepraktischevaardighedenopindirectemanierhorenbij
CT,zekunnenvolgensonshetbestegezienwordenalseenuitingvandementalevaardighedenvan
CT.DitwordtookgenoemddoorSelbyenWoollard:“…developadefinitionofcomputational
thinkingwiththeobjectivesincluding…toseparateadefinitionfromthoseartefactsandactivities
thatevidencetheuseofthoseskills.”(Selby&Woollard,2014,p.2)
SamenvattendkanCTvolgensonshetbestomschrevenwordenvolgensdedefinitiedieSelbyen
Woollardgesteldhebben:eensetdenkvaardighedendiehetprobleemoplossendvermogen
versterken.HettoepassenvanCTomvatdathetprobleemopéénofmeerdereniveausvan
complexiteitwordtbeschrevenenaangepakt(abstractie).CThoudttevensindathetprobleemin
kleinedeelproblemenopgedeeldwordt(decompositie).Eenmogelijkeoplossingwordtvervolgensop
eenstapsgewijzemanierbeschreven(algoritmischdenken)engetoetstophaalbaarheid,effectiviteit
enefficiëntie(evaluatie).Daarbijwordtookgekekennaarhoedeoplossinginanderesituaties
toegepastkanworden(generalisatie)eninhoeverredezedooreencomputeruitgevoerdkan
worden(automatiseren).
Waarom Computational Thinking?
Geziendeaandachtopzowelnationaalalsinternationaalniveauvanonderzoekers,hetSLO,de
KNAWenPlatform2032ishetduidelijkdatditindetoekomsteenbelangrijkevaardigheidzalworden
waarkindereninonderwezendienenteworden.Wijzijnvanmeningdatdementalevaardigheden,
zoalsomschrevendoorSelbyenWoollard(2014)indetoekomsteensteedsgrotererolzullenspelen
bijhetoplossenvanproblemen.
ZoalsuitdedefinitieblijktvormtCTeenbijdrageaanhetprobleemoplossendvermogen.Inhet
onderwijszalhetaccentverschuivenvanoverdachtvankennisvanleerkrachtopleerlingnaarde
meeractievekennisconstructie(Oetelaar,2012).Hierbijspelende21stcenturyskillseengroterol.
Hoewelronddezeterm,netalsbijCT,ookdenodigediscussieronddeexacteinhoudbestaat,blijkt
5
uitdemeestemodellendathetonderwijssteedsmeernadruklegtoponderanderehetvermogen
vanleerlingenomproblemenoptelossen.OokhetPlatformOnderwijs2032noemthet
probleemoplossendvermogenalséénvandevakoverstijgendevaardighedendie“…totdevaste
basisvanalleleerlingen[behoren]”(PlatformOnderwijs2032,2016,p.42).Totslotisdevaardigheid
‘probleemoplossen’éénvande11vaardighedendiedekinderenvolgensSLO(2015)nodighebben
omdeeluittemakenvandesamenlevingvandetoekomst.
NudatdenoodzaakvoorhetonderwijzenvanCTendedefinitievandetermhelderis,ishet
vervolgensdevraaghoedezementalevaardighedenonderwezenkunnenworden.Aandeenekantis
hetmisschienmogelijkombestaandeschoolsevakkenzodanigaantepassendatereengroter
beroepwordtgedaanopdeCTvaardigheden.Anderzijdsishetmogelijkomeennieuwvakals
programmerenteintroducerenwaarmeeiniedergevaleenbelangrijkdeelvandeCTvaardigheden
ontwikkeldkunnenworden,zoalsinhetonderwijssysteemvanEngelandhetgevalis.Erisechter
meerkennisnodigoverhoeCThetbesteonderwezenkanwordenenwelkerolprogrammeren
hierbijkanspelen.
6
Barr,V.,&Stephenson,C.(2011).BringingComputationalThinkingtoK-12:WhatisInvolvedand
WhatistheRoleoftheComputerScienceEducationCommunity ?ACMInroads,2(1),48–54.
doi:10.1145/1929887.1929905
Brennan,K.,&Resnick,M.(2012).Newframeworksforstudyingandassessingthedevelopmentof
computationalthinking.AnnualAmericanEducationalResearchAssociationMeeting,
Vancouver,BC,Canada,1–25.Retrievedfrom
http://web.media.mit.edu/~kbrennan/files/Brennan_Resnick_AERA2012_CT.pdf
Csizmadia,A.,Curzon,P.,Dorling,M.,Humphreys,S.,Ng,T.,Selby,C.C.,&Woollard,J.(2015).
ComputationalthinkingAguideforteachers.
Grover,S.,&Pea,R.(2013).ComputationalThinkinginK-12:AReviewoftheStateoftheField.
EducationalResearcher,42(1),38–43.doi:10.3102/0013189X12463051
Kafai,Y.B.,&Burke,Q.(2013).ComputerProgrammingGoesBackToSchool.PhiDeltaKappan,
95(1),61–65.
KNAW.(2012).Digitalegeletterdheidinhetvoortgezetonderwijs.Retrievedfrom
http://www.knaw.nl/Content/Internet_KNAW/publicaties/pdf/20121027.pdf
Oetelaar,F.Vanden.(2012).21stCenturySkillsinhetOnderwijs.21Stcenturyskills,1–10.Retrieved
fromhttp://www.21stcenturyskills.nl/whitepaper
Papert,S.A.(1980).Mindstorms:Children,Computers,andPowerfulIdeas.BasicBooks.
doi:10.1007/s007690000247
PlatformOnderwijs2032.(2016).Eindadvies.Retrievedfromhttp://onsonderwijs2032.nl/wpcontent/uploads/2016/01/Ons-Onderwijs2032-Eindadvies-januari-2016.pdf
Selby,C.C.,&Woollard,J.(2014).RefininganUnderstandingofComputationalThinking.
SLO.(2014).Digitalegeletterdheiden21eeeuwsevaardighedeninhetfunderendonderwijs.
SLO.(2015).21eeeuwsevaardigheden.Retrievedfromhttp://curriculumvandetoekomst.slo.nl/21eeeuwse-vaardigheden/
Voogt,J.,Fisser,P.,Good,J.,Mishra,P.,&Yadav,A.(2015).Computationalthinkingincompulsory
education:Towardsanagendaforresearchandpractice.EducationandInformation
Technologies,715–728.doi:10.1007/s10639-015-9412-6
Wing,J.M.(2006).ComputationalThinking.CommunicationsoftheACM,49(3),33–35.
doi:10.1145/1118178.1118215
Wing,J.M.(2008).Computationalthinkingandthinkingaboutcomputing.Philosophical
Transactions.SeriesA,Mathematical,Physical,andEngineeringSciences,366(1881),3717–
3725.doi:10.1098/rsta.2008.0118
7