Předmluva pro učitele

Vítejte!

Pustit se do výuky informatiky je skvělé rozhodnutí. Cílem této učebnice je to co nejvíc usnadnit — jak studentům, tak učitelům. Na následujících řádcích shrneme, co je dobré vědět předem.

Proč učit informatiku jako vědu?

Další informace a náměty

Učitelé informatiky a další zájemci o toto téma se schází ve facebookové skupině Učíme informatiku.

Ve stručnosti uvedeme jen několik bodů.

• Význam informatiky ve světě:
  • všudypřítomnost na informatice založených technologií
  • transformativní vliv na jiné obory lidské činnosti (vč. jiných školních předmětů)
  • společenské změny způsobené informatikou
  • využitelnost v každodenním životě
• Informatika může výrazně pomoci dosahovat různé obecné vzdělávací cíle (kromě všemi oblíbených klíčových kompetencí také např. informatické myšlení).
• Informatika je věda dostatečně ukotvená, má své základní pojmy, problémy, postupy, výsledky a aplikace. Je zcela srovnatelná s tradičně vyučovanými přírodními vědami a není důvod pro její vyčlenění.
• Přínosy informatiky lze jen těžko nahrazovat v jiných předmětech. Jednodušší je prostě učit informatiku.
• Na druhé straně může informatika prostřednictvím vzájemných vazeb výuku v ostatních předmětech podpořit.
• Potřebujeme kvalifikované informatiky. Typický maturant ovšem netuší, co vůbec informatika je (leckdy ani, že existuje). Často ani nedostane šanci to během školní docházky zjistit. Dost dobře to netuší ani mnoho z těch, co se rozhodnou informatiku studovat na vysoké škole. Druhá strana téže mince jsou pak lidé, kteří netuší, co informatici dělají, kdy a jak je užitečné využít jejich služeb a jak jim rozumět.
• Informatika je sama o sobě esteticky a intelektuálně hodnotná.

Tak jako má maturant vědět, co bylo v Dachau, co je evoluce nebo že energie je jasně definovaný fyzikální pojem, má rozumět tomu, co je informace, algoritmus, nebo třeba i rekurze. A pokud možno trochu víc.

Z výše uvedeného je snad zřejmé, že cílem není výcvik armády programátorů, studentů Matfyzu ani nic podobného. Zjednodušeně lze říct, že je cílem naučit informatiku tak, jak na střední škole naučíme fyziku, matematiku a ostatní vědy.

Cíle výuky podle učebnice

Cíle výuky informatiky

Studenti se mají seznámit se základními pojmy, problémy, postupy, výsledky a aplikacemi informatiky tak, aby je dokázali prakticky využít k naplňování svých potřeb.
Přitom studenti rozvíjí související klíčové kompetence (především řešení problémů a komunikace) a informatické myšlení.

Podrobnější cíle rozepíšeme u jednotlivých témat. Je nutno si uvědomit, že střední škola není není vysoká, tradiční informatická témata mohou být pojatá poněkud jinak. Sledujeme zde jiné cíle, takže vyučujeme jiný obsah a používáme jiné metody, než jaké možná znáte ze studia informatiky na vysoké škole.

Vztah informatiky a RVP

Je asi zřejmé, že kdo chce na střední škole učit informatiku, která dává smysl, musí současné ne zcela optimální vymezení v RVP číst poněkud kreativně. Již jsme ale zmínili vznikající nové vymezení. Vzdělávací cíle, stanovené pro tuto učebnici, vycházejí z revidované tabulky očekávaných výstupů. Pokud žák zvládne základní učivo, získá níže vyjmenované kompetence z revidovaného RVP pro informatiku na střední škole s maturitou. V následující tabulce uvádíme, nakolik učebnice které výstupy naplňuje a ke kterým přispívá.

Okruh	Očekávané výstupy	Jak učebnice přispívá dosažení výstupu
Data, informace a modelování	posuzuje množství informace podle úbytku možností; interpretuje získané výsledky a závěry, vyslovuje předpovědi na základě dat, uvažuje při tom omezení použitých modelů; odhaluje chyby a manipulace v cizích interpretacích a závěrech; odhalí a sám se vyvaruje kognitivních zkreslení	Výrazně přispívá (pečlivou interpretaci a citlivost na kognitivní zkreslení je nutno dlouhodobě rozvíjet i v dalších kontextech).
	rozlišuje a používá různé datové typy; porovná různé způsoby kódování z různých hledisek a vysvětlí proces a úskalí digitalizace, včetně principů fungování bezeztrátové a ztrátové komprese dat	Naplňuje (datové typy řeší také učebnice programování).
	formuluje problém a požadavky na jeho řešení; získává potřebné informace, posuzuje jejich využitelnost a dostatek (úplnost) vzhledem k řešenému problému; používá systémový přístup k řešení problémů; pro řešení problému sestaví model	Výrazně přispívá (pro úplně osvojení musí žáci dané dovednosti rozvíjet i v dalších kontextech).
	převede data z jednoho modelu do jiného; najde chyby daného modelu a odstraní je; porovná různé modely s ohledem na užitečnost pro řešení daného problému	Naplňuje.
Algoritmizace a programování	vysvětlí daný algoritmus, program; určí, zda je daný postup algoritmem	Částečně přispívá (žáci cvičí potřebné činnosti, cíleně se jim ale věnují v učebnici programování).
	rozdělí problém na menší části, rozhodne, které je vhodné řešit algoritmicky, své rozhodnutí zdůvodní; sestaví a zapíše algoritmy pro řešení problému
	zobecní řešení pro širší třídu problémů; ověří správnost, najde a opraví případnou chybu v algoritmu
	ve vztahu k charakteru a velikosti vstupu hodnotí nároky algoritmů; algoritmy podle různých hledisek porovná a vybere pro řešený problém ten nejvhodnější; vylepší algoritmus podle zvoleného hlediska
Informační systémy	vysvětlí, co je informační systém a k čemu slouží; analyzuje a hodnotí veřejné informační systémy z hlediska struktury, vzájemné provázanosti a zabezpečení; rozpozná informační toky v přirozených systémech	Částečně přispívá (učebnice neřeší přirozené informační systémy).
	formuluje problém a požadavky na jeho řešení, specifikuje a stanoví požadavky na IS	Naplňuje.
	navrhne procesy zpracování dat a role jednotlivých uživatelů
	otestuje svoje řešení IS se skupinou vybraných uživatelů (spolužáků), vyhodnotí výsledek testování, případně navrhne vylepšení, naplánuje kroky k jeho plnému nasazení do provozu, rozpozná chybový stav, zjistí jeho příčinu a navrhne způsob jeho odstranění	Částečně přispívá (žáci nenasazují IS do provozu).
Počítač a jeho ovládání	rozumí fungování softwaru natolik, aby jej mohl efektivně a bezpečně používat a snadno se naučil používat novou verzi i nové aplikace	Částečně přispívá. Tam, kde je to účelné, žáci pracují s různými aplikacemi, a učí se přitom, jak se v nich rychle zorientovat.

Jak s učebnicí pracovat

Cílem těchto materiálů je podpořit učitele a jejich žáky při výuce informatiky. To vyžaduje na jedné straně stručné programy pro konkrétní hodiny, podle kterých mohou učitelé vyučovat. Na straně druhé ale také dostatečně podrobné příklady, úlohy (vč. řešení těch složitějších) a vysvětlení, informatika je totiž nové téma nejen pro žáky, ale i pro mnohé učitele. Materiály jsme se tedy snažili rozdělit a zorganizovat tak, aby se s nimi dobře pracovalo různě zkušeným učitelům.

Učebnice

je poměrně klasický učební text, z něhož mohou čerpat jak studenti, tak i učitelé, pro které je problematika zatím nová. Zkušení učitelé si vystačí s učebnicí a výuku si připraví sami. Vzhledem k tomu, že je informatika v českých školách poměrně nová, snažili jsme se učebnici zpracovat tradičním způsobem: s výukovými aktivitami, výkladem, příklady, úlohami, shrnutími, rozšiřujícími materiály atd.

Metodické poznámky

v modrém bloku na začátku každé kapitoly osvětlují širší kontext, stručně popisují možné pojetí vyučovací hodiny a případné další užitečné souvislosti.

Plány hodin

jsou samostatné textové dokumenty (abyste si je mohli podle potřeby dále upravit a vzít s sebou přímo do hodiny) k jednotlivým kapitolám - hodinám. Stručně popisují posloupnost konkrétních aktivit. Poslouží nejvíc začínajícím učitelům. Uvádí orientační časy aktivit. Někdy se mohou plány od textu učebnice mírně odchylovat.

Čtěte to, co vám pomáhá. Cokoliv si přizpůsobte tak, aby to vyhovovalo vám a vašim žákům.

Komentáře pro učitele

Webová podoba nám umožnila včlenit komentáře pro učitele přímo do textu učebnice. Aktivujete je tlačítkem v panelu nalevo (nebo už je máte zapnuté, protože jste přišli přes odkaz s příslušným parametrem). Podobně si studenti zapínají zobrazení rozšiřujících materiálů, nápověd a řešení k úlohám.

Hurá!

Povedlo se vám zobrazit komentáře pro učitele.

Obsah učebnice uvádí hlavní témata, jednotlivé kapitoly pak obvykle odpovídají přibližně jedné (90minutové) lekci. Časy jsou ale velmi orientační, mezi studenty jsou obrovské rozdíly. Záleží tedy na vaší situaci, jak podrobně se budete chtít čemu věnovat.

Materiálu je lehký nadbytek, protože různí studenti chápou různá témata různě snadno a jsou různě rychle hotovi s různými úlohami a aktivitami. Přebytek materiálu také umožňuje zadání práce těm, kdo jsou předčasně hotovi, zadání domácích úkolů či prověrek.

Organizační otázky

Věk studentů 

Učebnice je psaná tak, aby ji na základní úrovni zvládli i studenti prvních ročníků. Některá témata by koneckonců obstála i na základní škole a zařazena jsou proto, že se tam s nimi studenti nejspíš nesetkali. Starší studenti naopak díky znalostem z jiných předmětů snáze pochopí některé hlubší souvislosti. To by ale neměl být důvod k odkládání výuky informatiky, k těm souvislostem se lze vrátit. Studentům naopak znalost informatiky usnadní práci v ostatních oblastech.

Učebna a pomůcky 

Výuka bude nejspíš probíhat v počítačové učebně a učebnice s tím počítá. Studenti se musí naučit odhadnout, kdy je efektivnější pracovat s papírem a tužkou a kdy s počítačovou aplikací (a kterou). Technika je při výuce informatiky prostředkem a jen málokdy cílem. Někdy tak učebna není třeba, a někdy bude spíš ke škodě (např. kvůli rozložení stolů). Nikde nespoléháme na žádné speciální či placené programy či služby ani jiné pomůcky. Máte-li třeba interaktivní tabule, hlasovátka, tablety atd., tak jistě víte, co s nimi, a podle situace je vhodně využijete. Výuka podle učebnice také není překážkou pro studenty pracující na vlastním vybavení, pokud jsou ochotni si doinstalovat potřebný (bezplatný) software a mají přístup na internet.

Velikost třídy 

Typicky je informatika vyučovaná po polovinách a předpokládáme to, ale není to podmínkou.

Jak učit informatiku

Související informace naleznete také v článku Jak učit informatiku.

K výuce informatiky existují různé přístupy. My jsme se s ohledem na cílovou skupinu (studenti středních škol) a výše uvedené cíle rozhodli pro výuku založenou na aktivní práci studentů, kteří při řešení rozličných problémů postupně odhalují tajemství informatiky a rozvíjí související dovednosti. Důraz tedy klademe na pochopení základních principů a schopnost je v různých situacích využít. Faktů k zapamatování v učebnici najdeme méně, než je asi obvyklé. Ta fakta, která si studenti zapamatují, si zapamatují právě jejich opakovaným používáním v různých souvislostech. Učitel studenty při práci různě podporuje, málokdy se ale uchýlí k tomu, že by jim sdělovat nějaké odpovědi. Většinu interakcí moderuje a přesměrovává tak, aby probíhala mezi studenty, a ti si tedy pomáhali (nebo se třeba dohadovali) vzájemně mezi sebou.

Popsaný přístup učebnice předpokládá, samozřejmě ji ale můžete využít i pro jiný styl výuky.

Další zdroje

Tyto materiály poskytují nezbytný základ. Ke stejnému cíli lze dojít jinými cestami, lze také zvolit cíle náročnější. Většina dostupných vzdělávacích zdrojů je poměrně roztříštěná, mezi zdařilé výjimky řadíme:

• Computer Science Unplugged, neboli informatika bez počítače, je soubor aktivit pro mladší děti, které ale dobře poslouží jako úvodní motivace i na škole střední. Část materiálů je přeložená do češtiny.
• Velmi povedený materiál pro středoškolskou úroveň od stejných autorů je Polní příručka informatiky, zejména její interaktivní prvky doporučujeme využívat i v konkrétních kapitolách této učebnice.
• Přehledová videa Crash Course Computer Science, nebo naopak úzce zaměřená a pokročilejší z kanálu Computerphile.
• Ostatní učebnice z projektu iMyšlení, pro střední školy zejména programování v Pythonu a poté programování Micro:bitu, případně Arduina.
• Řada kvalitních materiálů je placených, např.: Brilliant.

Komunity informatikářů

Profesní růst učitelů usnadňuje zapojení do komunit. Příklady pro učitele informatiky:

• Facebooková skupina Učíme informatiku sdružuje učitele z různých stupňů škol, lektory kroužků a další zájemce o tuto problematiku. Členové sdílí zkušenosti, společně řeší různé potíže, hledají odpovědi na nejrůznější otázky začátečníků i zkušených učitelů.
• Formálnějším spolkem podobného zaměření je Jednota školských informatiků.
• Rozumíte-li jazykům, vyplatí se hledat komunity zahraniční (anglické, americké, německé, nebo třeba slovenské). Některé se zaměřují na přípravu studentů na konkrétní certifikované zkoušky, mnohé se mohou obsahem překrývat s novým RVP v Česku (například AP Computer Science Principles).
• Pokroky ve výzkumu didaktiky lze sledovat na konferencích, tradiční československá je Didinfo.
• Vyplatí se také najít regionální komunitu pro osobní setkávání po vzoru buněk informatikářů, popř. digicenter.

A teď už zbývá jen popřát hodně zdaru a samé příjemné zážitky a pustit se do práce. V případě jakýchkoliv potíží či nejasností se neváhejte obrátit na autora učebnice (lessner@ksvi.mff.cuni.cz).