UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOSKA FAKULTETA

GREGOR SPACAL

SPOZNAVANJE DELOVANJA RACUNALNIKA S

POMOCJO RASPBERRY PI

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOSKA FAKULTETA

UNIVERZITETNI STUDIJSKI PROGRAM PRVE STOPNJEDVOPREDMETNI UCITELJ

SMER: MATEMATIKA - RACUNALNISTVO

GREGOR SPACAL

Mentorica: doc. dr. IRENA NANCOVSKA SERBECSomentor: asist. MATEJ ZAPUSEK

SPOZNAVANJE DELOVANJA RACUNALNIKA S POMOCJORASPBERRY PI

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2015

i

Zahvala

Zahvaljujem se mentorici dr. Ireni Nancovski Serbec in somentorju Mateju Zapusku za stro-

kovno vodenje in pomoc pri nastajanju diplomskega dela.

Zahvala gre tudi starsem, ki so mi omogocili studij in me pri tem vseskozi podpirali.

Za potrpezljivost, pomoc pri oblikovanju diplomskega dela in popravljanje slovnicnih napak se

zahvaljujem Nikiti Kucer.

ii

Povzetek

V diplomskem delu predstavljamo aktivnosti, pripravljene za osnovno solo, na temo spoznavanja

delovanja racunalnika s pomocjo racunalnika Raspberry Pi.

V teoreticnem delu diplome predstavljamo von Neumannov model racunalnika in njegovo de-

lovanje, Raspberry Pi in komplet Kano. Pri predstavitvi Raspberry Pija in kompleta Kano smo

poskusili tudi utemeljiti, zakaj je uporaba takih pripomockov pri pouku smiselna.

V drugem delu smo naredili kurikularno analizo ucnih nacrtov Slovenije, Estonije, Zdruzenih

drzav Amerike in Zdruzenega kraljestva z namenom, da dobimo vpogled v obravnavo izbrane

teme v teh drzavah in jo primerjamo s Slovenijo. Hkrati je bila to osnova za oblikovanje ucnih

ciljev in aktivnosti.

V empiricnem delu smo izvedli raziskavo, v kateri smo osnovnosolske ucitelje racunalnistva pov-

prasali o njihovem mnenju o izbranih ucnih pripomockih, ucnih ciljih in smiselnosti vkljucitve

teme delovanja racunalnika v osnovnosolski kurikulum.

Kljucne besede: von Neumannov model racunalnika, Raspberry Pi, komplet Kano, poucevanje

delovanja racunalnika.

iii

Abstract

The main goal of this thesis is to prepare and present the activities for primary school children on

introduction to computer architecture with Raspberry Pi.

Theoretical part of the work presents von Neumann architecture, Raspberry Pi and Kano compu-

ter kit. While presenting Raspberry Pi and Kano, we also tried to justify the use of such devices

in classrooms.

In second chapter, we analyzed curricula of Slovenia, Estonia, United states of America and

United kingdom in order to give insight into teaching the selected topic in these countries compa-

red to Slovenia. At the same time, this was the basis for designing learning goals and activities.

In empirical part of the work we conducted a research in which we asked primary school compu-

ter science teachers about their opinion on selected teaching accessories, learning goals and the

advisability of including topics about computer architecture in the primary school curriculum.

Keywords: von Neumann architecture, Raspberry Pi, Kano computer kit, teaching computer

architecture.

iv

Kazalo

1 Uvod 1

2 Teoreticni del 3

2.1 Von Neumannova arhitektura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

John von Neumann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Von Neumannov model racunalnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Splosno o racunalniku Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Zgodovina razvoja Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Specifikacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Komplet Kano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Splosno o kompletu Kano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Razvoj kompleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Komponente kompleta in specifikacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Kurikularna analiza 15

3.1 Slovenija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Estonija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Zdruzene drzave Amerike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Zdruzeno kraljestvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.5 Primerjava ucnih nacrtov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4 Empiricni del 21

4.1 Cilj raziskovalnega dela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2 Namen raziskave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.3 Raziskovalna metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.4 Vzorec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.5 Postopek zbiranja podatkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.6 Postopek obdelave podatkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.7 Rezultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.8 Sklepi in nadaljnje delo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

v

vi KAZALO

5 Zakljucek 29

Literatura 31

Priloge 35

Ucna priprava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Osnovni podatki o ucni uri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Pregledna zgradba ucne ure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Potek ucne ure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Priloge k ucni uri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Vprasalnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Slike

2.1 John von Neumann (levo) in ENIAC (desno). Vira slik: [12][13] . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Shema von Neumannovega modela racunalnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Racunalnik Raspberry Pi. Vir slike: [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.4 Osnovna arhitektura racunalnika Raspberry Pi. Vir slike: [6] . . . . . . . . . . . . . 8

2.5 Primer slik iz prve knjizice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5.1 Shema racunalnika Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.2 Primer navodil iz knjizice za sestavljanje kompleta Kano . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.3 Primer navodil iz knjizice za sestavljanje kompleta Kano . . . . . . . . . . . . . . . . 43

vii

Poglavje 1

Uvod

Racunalnistvo igra kljucno vlogo v danasnjem gospodarstvu, znanosti in vsakdanjem zivljenju.

Medtem ko je razvoj tehnologije spremenil svet, mu izobrazevanje v tem ni sledilo. Posledica tega

je, da mladi ostajajo brez temeljnega racunalniskega znanja in vescin, potrebnih za uspeh. V

svetu, ki postaja vse bolj tehnolosko usmerjen, mora vsak clovek, med izobrazevanjem pridobiti

globlje racunalnisko znanje, kot ga trenutno ponuja izobrazevalni sistem [27].

V tem opisu se na zalost, po raziskavah sodec, znajde tudi Slovenija [10], zato smo se odlocili, da

v sklopu diplomskega dela predstavimo en racunalniski koncept, ki bi lahko bil del ucnega nacrta

neobveznega izbirnega predmeta racunalnistvo, oblikujemo ucne cilje in aktivnosti, s katerimi bi

te cilje tudi dosegli. Izbrali smo si von Neumannovo arhitekturo in njeno delovanje, za poucevanje

katere se nam je zdel zelo primeren pripomocek racunalnik Raspberry Pi oziroma komplet Kano,

katerega del je tudi Raspberry Pi.

Glavni cilj diplomskega dela je najprej predstaviti teoreticne osnove, ki vkljucujejo von Neu-

mannov model racunalnika, Raspberry Pi in komplet Kano, potem oblikovati ustrezne ucne cilje

za poucevanje te teme s pomocjo izbranih pripomockov ter aktivnosti, s katerimi bi te cilje dosegli.

Ucne cilje smo zeleli oblikovati cimbolj smiselno, zato smo analizirali osnovnosolske ucne nacrte

Slovenije, Estonije, Zdruzenih drzav Amerike in Zdruzenega kraljestva. Da bi preverili ustreznost

teme, ucnih ciljev in aktivnosti, smo izvedli tudi raziskavo. Rezultati raziskave so pokazali, kaksno

je mnenje uciteljev racunalnistva o ciljih in aktivnostih ter smiselnosti vkljucitve teme v ucni nacrt,

kar bi koristilo pri morebitni prestrukturaciji predmeta.

1

2 POGLAVJE 1. UVOD

Poglavje 2

Teoreticni del

V tem poglavju podajamo teoreticne osnove potrebne za razumevanje obravnavane problematike.

Poglavje obsega opise von Neumannovega modela racunalnika in njegovega delovanja, racunalnika

Raspberry Pi in kompleta Kano.

2.1 Von Neumannova arhitektura

John von Neumann

John von Neumann (1903-1957) je bil ameriski matematik madzarskega rodu. Ze v otrostvu je

kazal svoje genialne sposobnosti (pri sestih letih se je z ocetom pogovarjal v starogrscini). Solal

se je na gimnaziji in na univerzi v Budimpesti, kjer je pri 22. letih doktoriral iz matematike.

Ob tem je studiral tudi eksperimentalno fiziko, kemijo in kemijsko inzenirstvo. S svojim delom

je pustil mocan pecat na vec razlicnih podrocjih: matematiki, fiziki, ekonomiji, racunalnistvu,

statistiki in ekonomiji. Za nas je pomemben zaradi svojega prispevka na podrocju racunalnistva.

John von Neumann je namrec sodeloval pri razvoju ENIAC-a. Med razvojem tega racunalnika so

zasnovali idejo o shranjenem programu, in junija 1945 je von Neumann objavil to idejo v predlogu

za nov racunalnik EDVAC, kjer je tudi prvic uporabil pojma centralno procesna enota in glavni

pomnilnik. Od takrat naprej vse stroje te vrste imenujemo von Neumannovi racunalniki in izkaze

se, kot bomo kasneje ugotovili, da so danes prakticno vsi racunalniki von Neumannovi. John von

Neumann je umrl leta 1957 v Washingtonu za posledicami raka [14][15].

3

4 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

Slika 2.1: John von Neumann (levo) in ENIAC (desno). Vira slik: [12][13]

Von Neumannov model racunalnika in operacijski sistem

Pojem von Neumannov racunalnik smo opisali v prejsnjem razdelku. Poleg pojma von Neumannov

racunalnik pogosto srecamo tudi dva druga pojma, in sicer von Neumannov racunalniski model

in von Neumannov model racunanja. Recemo tudi, da je racunalnik narejen skladno s von Ne-

umannovo arhitekturo. Da lahko stroju recemo von Neumannov, mora izpolnjevati naslednje tri

pogoje [15]:

1. Sestavljen je iz treh osnovnih delov: centralno procesna enota, glavni pomnilnik in vhodno-

izhodni sistem.

2. Je stroj z moznostjo shranjevanja programov v glavnem pomnilniku, ki med izvajanjem

vodijo delovanje stroja.

3. Centralno procesna enota zaporedno enega za drugim izvaja ukaze programa, ki jih jemlje

iz glavnega pomnilnika.

Osnovno shemo von Neumannovega modela racunalnika vidimo na sliki 2.2.

Centralno procesna enota

Centralno procesno enoto (CPE) ponavadi imenujemo na kratko kar procesor. Je komponenta

von Neumannovega racunalnika, ki opravlja bolj ali manj vse naloge ali pa jih nadzira. Najbolj

osnovna naloga, ki jo opravlja procesor je, da jemlje ukaze iz glavnega pomnilnika in jih zaporedno

izvrsuje. Kot je razvidno na sliki 2, procesor obicajno delimo na tri dele: kontrolno enoto, arit-

meticno-logicno enoto in registre. Naloga kontrolne enote je, da prevzema ukaze in operande ter

aktivira ustrezne operacije, ki se nato izvajajo vecinoma v aritmeticno-logicni enoti. Registri so

pomnilniske celice, kamor se shranjujejo dolocene vmesne vrednosti. Na tej tocki lahko omenimo

2.1. VON NEUMANNOVA ARHITEKTURA 5

Slika 2.2: Shema von Neumannovega modela racunalnika

tudi von Neumannov ”bottleneck”(ozko grlo). Izraz oznacuje dolocen del sistema, zaradi katerega

celoten sistem deluje pocasneje. V von Neumannovem modelu je ozko grlo med procesorjem in

glavnim pomnilnikom. Problem je, da je CPE sposobna veliko hitrejsega procesiranja podatkov,

kot je zmogljivost vodila med CPE in pomnilnikom. Hitrost procesorja merimo v hertzih (Hz).

Hertz je enota za merjenje frekvence in ustreza ”enemu dogodku na sekundo”, v osnovnih enotah

je to s−1. Hitrosti procesorjev se danes gibljejo okoli nekaj gigahertzev (GHz), kar je 109 Hz. V

tem kontekstu to pomeni, da je procesor sposoben opraviti nekaj gigahertzev opravil na sekundo.

Ce se torej dogodek zgodi enkrat na sekundo, je njegova frekvenca 1 Hz. Po domace, glavni po-

mnilnik, oziroma vodilo, ne zmore dovolj hitro dostavljati podatkov procesorju [15].

Glavni pomnilnik

Naloga glavnega pomnilnika je, da shranjuje ukaze in operande s katerimi operira CPE. Glavni

pomnilnik je sestavljen iz pomnilniskih besed, ki imajo vsaka svoj enolicen naslov. Pomembna

lastnost pomnilnika je njegova velikost, ki jo merimo v bajtih (B). En bajt je 8 bitov (osnovna

enota za informacijo). Danes se velikosti pomnilnikov gibljejo od priblizno 4 gigabajte do nekaj

deset gigabajtov (GB). V tem kontekstu moramo biti pazljivi, saj predpona ”giga” ne pomeni 109,

ampak 230. Glavnemu pomnilniku recemo tudi RAM (angl. random-access memory) ali bralno-

pisalni pomnilnik, tudi delovni pomnilnik [15].

6 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

Vhodno-izhodni sistem

Vhodno-izhodni sistem skrbi za to, da prenasa informacije iz ”notranjosti” racunalnika v zunanji

svet. Glavni pomnilnik in CPE namrec shranjujeta informacije v formatu, ki nam ni dostopen.

Vhodno-izhodni sistem sestavljajo vhodno-izhodne naprave kot so tipkovnica, monitor, zvocniki,

miska, . . . [15].

Operacijski sistem

Operacijski sistem je sistemska programska oprema in je nujen del programske opreme v racunalniskem

sistemu. Njegova kljucna naloga je, da deluje kot vmesnik med uporabnikom in strojno opremo

racunalnika. Poznamo veliko razlicnih operacijskih sistemov, na primer Windows, Mac OS, Linux,

Android, . . . [15].

Ce s tem znanjem pogledamo v katerikoli danasnji racunalnik, ni tezko opaziti, da so prakticno

vsi von Neumannovi (oziroma so vsi zgrajeni na von Neumannovi arhitekturi).

2.2. RASPBERRY PI 7

2.2 Raspberry Pi

Splosno o racunalniku Raspberry Pi

Raspberry Pi (slika 2.3) je enoploscni racunalnik, ki je bil razvit v Veliki Britaniji. Razvila ga

je fundacija Raspberry Pi z namenom poucevanja osnov racunalnistva v soli. Raspberry Pi je

racunalnik v velikosti kreditne kartice, s katerim se povezemo na racunalniski monitor ali televi-

zijo, in uporablja standardno misko in tipkovnico. Naprava je dovolj zmogljiva, da lahko z njo

poucujemo in se ucimo racunalnistva in osnov programiranja v programskih jezikih kot so Scratch

ali Python. Opravlja lahko vse naloge, ki jih pricakujemo od racunalnika, to je brskanje po spletu,

predvajanje video posnetkov, igranje racunalniskih iger, . . .

Slika 2.3: Racunalnik Raspberry Pi. Vir slike: [5]

Zgodovina razvoja Raspberry Pi

Idejo o razvoju majhnega in cenovno dostopnega racunalnika so dobili Eben Upton, Rob Mulllins,

Jack Lang in Alan Mycroft na Cambridgeski univerzi. Opazili so namrec problem, da se je stopnja

znanja novih studentov od leta 1990 zelo znizala (od tega, da so se vcasih vpisovali studentje, ki so v

prostem casu programirali, do tega, da se sedaj vpisujejo studentje brez vsakrsnega racunalniskega

znanja). Cilj je bil torej ustvariti racunalnik, s katerim bi pritegnili pozornost potencialnih mladih

racunalnikarjev [4].

Leta 2011 so uspeli ustvariti prve racunalnike Raspberry Pi. Racunalnik je bil baziran na mi-

krokrmilniku Atmel ATmega644. Javna predstavitev se je izkazala za uspesno, saj je racunalnik

8 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

poganjal namizje LXDE (angl. Lightweight X11 Desktop Environment) na operacijskem sistemu

Debian, ki je inacica operacijskega sistema Linux. Uspelo jim je celo pognati igro Quake 3 v HD

(angl. High Definition) locljivosti 1080p in HD video preko vmesnika HDMI (angl. High-Definition

Multimedia Interface).

V prvem tednu so na spletni strani eBay prodali prvih 10 racunalnikov. Vecino teh so kupila vecja

podjetja in tako financno podprla projekt [2][4].

Specifikacije

Do tega trenutka je fundacija Raspberry Pi ponudila vec razlicic racunalnika Raspberry Pi. Model

A, A+, RPi 1 Model B, B+ in RPi 2 Model B. Zadnjo verzijo so izdali februarja 2015. Od

prvotnega modela do zadnjega se je najbolj spremenila kapaciteta delovnega spomina, ki so ga

povecali iz zacetnih 256 MB na 512 MB, do 1 GB na zadnjem modelu. Tudi moc procesorja so

povecali od zacetnih 700 MHz (Model A, A+, RPi Model 1 B, B+) na 900 MHz (RPi 2 Model

B). Drugih vecjih sprememb ni bilo. Prav tako se skozi leta ni spreminjala osnovna arhitektura

racunalnika (slika 2) [7].

Slika 2.4: Osnovna arhitektura racunalnika Raspberry Pi. Vir slike: [6]

Sami smo pri diplomskem delu uporabljali model B, zato se bomo tudi pri opisu strojne opreme

omejili zgolj na ta model.

Model B, katerega cena se giblje okoli 35 e, ima Broadcom BCM2835 procesor, ki deluje s hitrostjo

700 MHz. Velikost delovnega pomnilnika je 512 MB, ima 2 USB konektorja (angl. Universal

Serial Bus), HDMI (angl. High-Definition Multimedia Interface) in RCA video konektor (angl.

Radio Corporation of America), 3,5 mm jack in HDMI avdio konektor, GPIO konektor (angl.

General-purpose input/output) in Ethernet RJ45 konektor za priklop na omrezje. Ne smemo

seveda pozabiti na rezo za spominsko kartico SD (angl. Secure Digital), preko katere namestimo

operacijski sistem, saj Raspberry Pi nima trdega diska. Namestitev operacijskega sistema je

preprosta, saj najdemo na spletni strani Raspberry Pi slike, ki jih nalozimo na SD kartico, ki jo

2.2. RASPBERRY PI 9

potem vstavimo v rezo na racunalniku. Bolj natancni podatki o strojni opremi in operacijskih

sistemih racunalnika Raspberry Pi so zbrani v spodnji tabeli [2][7][8].

Sistem na cipu Broadcom BCM2835

Centralno procesna enota 700 MHz ARM1176JZF-S core

Delovni pomnilnik (SDRAM) 512 MB

Video vhod CSI prikljucek za priklop kamere

Video izhodi

Kompozitni RCA (PAL in NTSC)

HDMI (1.3 in 1.4) (14 resolucij: od 640 × 350

do 1920 × 1200)

DSI vodilo za LCD

Avdio izhodi

3,5 mm avdio jack

HDMI

I2S (lahko tudi kot avdio vhod)

Spomin na osnovni plosci SDIO (angl. Secure Digital Input Output)

Omrezje

10/100 Mbit/s Ethernet (8P8C)

USB adapter na tretjem prikljucku USB hub-

a

Nizkonivojska periferija

8 × GPIO (angl. General-Purpose In-

put/Output) - splosno namenski prikljucki

UART

I2C

SPI z dvema CS prikljuckoma

I2S

Nazivna moc 700 mA (3,5 W)

Vir napajanja5 V preko microUSB konektorja

5 V preko GPIO

Dimenzije 85 mm × 56 mm × 17 mm

Masa 40 g

Operacijski sistemi

Linux (Raspbian)

Pidora

Openelec

Raspbmc

Risc OS

. . .

Tabela 2.1: Specifikacije RPi Model B. Vir: [2][8]

10 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

Zakaj Raspberry Pi

Preden zacnemo govoriti o uporabnosti Raspberry Pija v soli, oziroma med otroki na splosno, mo-

ramo najprej najti pomanjkljivost trenutnega sistema, oziroma nacina poucevanja. Sama ideja za

razvoj Raspberry Pija se je pojavila zaradi zmanjsevanja stopnje znanja racunalnistva na zacetku

studija na univerzah, kar navajajo tudi britanski viri [9], enake rezultate so pokazale tudi raziskave

v Sloveniji [10]. Giles Hill v clanku Do UK schools really need the Raspberry Pi (2012) navaja, da so

opazili, da je bil tisti cas nacin poucevanja racunalnistva dolgocasen, nezanimiv in celo demotivacij-

ski. Ugotovili so, da je bilo potrebno sistem spremeniti in, poleg ucenja uporabe aplikacij, razsiriti

spekter tudi na programiranje, razumevanje delovanja in arhitekture racunalniskih sistemov, . . .

Clanek sicer natancno opisuje problematiko v Veliki Britaniji in kako so pristopili k resevanju kar

za nas ni tako pomembno kot dejstvo, da so rezultati dela z racunalnikom Raspberry Pi dobri.

Ravno posledica dobrih rezultatov pa je razvoj raznih kompletov in pripomockov za poucevanje, ki

vsebujejo Raspberry Pi. En tak pripomocek je tudi komplet Kano, opisan v naslednjem razdelku,

v katerem smo videli moznost poucevanja se enega fundamentalnega racunalniskega koncepta, von

Neumannove arhitekture in njenega delovanja.

2.3. KOMPLET KANO 11

2.3 Komplet Kano

Splosno o kompletu Kano

Komplet Kano je tako imenovani ”naredi sam” (angl. do it yourself - DIY) racunalniski komplet,

zasnovan z namenom, da lahko vsak, ne glede na starost, sestavi racunalnik in zacne spoznavati

svet racunalnistva. Z njim se lahko naucimo sestavljanja racunalnika, spoznamo njegove kompo-

nente, delovanje, naucimo se programiranja, . . .

Ustanovitelji podjetja Kano so Alex Klein, Saul Klein in Yonatan Raz-Fridman. Idejo za razvoj

kompleta so dobili leta 2012. Sprasevali so se, ali je mozno ustvariti komplet, ki bi bil dovolj

zabaven, da bi bili otroci zainteresirani in osredotoceni na delo z njim, hkrati pa bi se ob tem tudi

nekaj naucili. Podjetje je poimenovano po Kanu Dzigoroju, zacetniku japonske borilne vescine

judo [28].

Razvoj kompleta

Razvoj prvih prototipov kompleta Kano se je zacel v zacetku leta 2013. Pri razvoju kompleta

so ustanovitelji sodelovali s fundacijo Raspberry Pi in spletno stranjo Codeacademy. Izdelek so

prvic predstavili v Angliji, v revnejsih predelih Londona, kjer imajo otroci slabse pogoje za ucenje

racunalnistva, kot v razvitejsih delih mesta. Odziv otrok je bil odlicen, kar je dalo razvijalcem

dodatno motivacijo za nadaljnje delo [28].

Tekom razvoja je podjetje Kano naredilo 200 kompletov in jih prodalo zgolj na podlagi govoric, ki

so se sirile o kompletu, torej brez kakrsnega koli promocijskega materiala. Sredstva, ki so jih pri

tem pridobili, so porabili za razvoj dizajna, lastnega operacijskega sistema in hardverskih dodat-

kov. Istega leta je Kano zacel dobivati tudi mednarodno prepoznavnost, saj so konec leta potovali

v Afriko, natancneje v Sierro Leone, kjer so predstavili svoj izdelek. Naleteli so na odlicen odziv

tako otrok, kot tudi vzgojno izobrazevalnih delavcev [11].

Novembra 2013 je podjetje zacelo s kampanjo na spletni strani kickstarter.com. Kampanja je

trajala en mesec in ze po 18 urah dosegla cilj 100000 $. Do konca kampanje so zbrali priblizno 1,5

milijona dolarjev in preko 13 tisoc podpornikov. Med njimi so tudi nekatera velika imena sodob-

nega racunalnistva, kot je soustanovitelj Appla, Steve Wozniak, in soustanovitelj Kickstarterja,

Yancey Strickler [28].

Komponente kompleta in specifikacije1

Komplet Kano je zelo dobro oblikovan, saj je privlacen ze na prvi pogled. V skatli najdemo

10 osnovnih komponent: Raspberry Pi, plasticno ohisje, tipkovnico, SD kartico z operacijskim

sistemom, WiFi USB, zvocnik, HDMI kabel, napajalnik in napajalni kabel, knjizice za delo s kom-

pletom in dodatke. Celoten komplet je zelo barvit in privlacen za otroke, kar jih zagotovo dodatno

1Komplet, ki smo ga uporabljali pri diplomskem delu, je bil kupljen januarja 2015.

12 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

motivira za delo.

Raspberry Pi

Komplet vsebuje racunalnik Raspberry Pi model B. Specifikacije racunalnika so opisane v po-

glavju 2.2, v podpoglavju specifikacije.

Plasticno ohisje

V kompletu najdemo plasticno ohisje, sestavljeno iz treh delov: dveh stranic in pokrova. Plastika

je prozorna, kar se mi zdi dobro, saj tako vidimo njeno notranjost. Stranici lepo zdrsneta skupaj

in tako stojita zelo stabilno. Prav tako stabilen je tudi pokrov ohisja. Racunalnik ne stoji povsem

fiksno v ohisju, se pa ne premika toliko, da bi se poskodoval. Ostali modeli (npr. model B+) niso

kompatibilni s tem ohisjem.

Tipkovnica

Tipkovnica je na videz zelo privlacne oranzne barve. Tipke so za odraslega cloveka sicer majhne,

ampak za otroka zelo primerne. Znaki na tipkah so dobro vidni. Zal je tipkovnica angleska, kar

pomeni, da nima sumnikov, prav tako sta zamenjani crki y in z. Tipkovnica ima tudi sledilno

ploscico in tipki za levi in desni miskin klik. Tipki sta za razliko od ostalih crni, kar zelo olajsa

uporabo. Ce zelimo sledilno ploscico uporabljati tudi za klikanje, lahko to nastavimo. Tipkovnica

deluje brezzicno, preko Bluetooth tehnologije, polni se preko USB kabla in ima zelo lepo vidne in

pregledne opozorilne lucke za obvescanje uporabnika o stanju baterije, povezanosti, delovanju, ipd.

SD kartica z operacijskim sistemom

Komplet vsebuje micro SD kartico velikosti 8 GB in SD adapter, da jo lahko vstavimo v Ra-

spberry Pi. Kartica pride z ze vnaprej nalozenim Kano operacijskim sistemom. V kolikor se

pojavijo tezave pri zagonu, si lahko pomagamo z nasveti na uradni spletni strani podjetja, kjer

najdemo tudi novejse razlicice operacijskega sistema, skupaj s programom za zapis operacijskega

sistema na pomnilnisko kartico. Operacijski sistem je brezplacen.

WiFi USB

Zelen WiFi USB omogoca uporabniku brezzicno povezavo v lokalno omrezje, ki je v osnovi Ra-

spberry Pi ne omogoca. Na internet se lahko povezemo s pomocjo kabla, vendar je bolj enostavno

za otroke, da preprosto vtaknejo USB, kot da se zapletajo s kabli, zato menimo, da je ta moznost

zelo dobrodosla.

Zvocnik

Po zelji lahko pokrov ohisja zamenjamo z zvocnikom. Zvocnik dobi napajanje direktno iz Ra-

spberry Pija, tako da priklopimo ze pripravljen konektor, kar otrokom olajsa delo. Zvocnik ima

3,5 mm jack konektor, ki ga prav tako priklopimo v Raspberry Pi, in sicer v avdio jack izhod.

2.3. KOMPLET KANO 13

HDMI kabel in napajalnik

HDMI kabel sluzi priklopu racunalnika na zaslon oziroma televizor. Kabel je privlacne rumene

barve in je dovolj dolg, da lahko z njim brez tezav povezemo zaslon. Del kompleta sta tudi adapter

in kabel, ki ju potrebujemo za napajanje racunalnika.

Knjizice z navodili za delo

Komplet vsebuje tri knjizice. Besedilo je v anglescini in je primerno za osnovnosolske otroke. Prva

v priblizno 40 korakih opisuje navodila za sestavljanje in pripravo racunalnika za delo. Na koncu

ima se nekaj dodatkov in nasvetov za lazje delo s kompletom (kako lahko po zelji Kano vizualno

preuredimo z dodatki, kako spremenimo nastavitve tipkovnice, . . . ).

Druga knjizica je namenjena ucenju programiranja. Na nekaj vec kot 50 straneh so naloge z na-

vodili kako sprogramirati igre (Pong, Snake, Minecraft) in programe (Music, Video). Prvi dve

knjizici sta zelo dobro graficno opremljeni. Slike so jasne, nazorne, velike, besedilo ob slikah pa

kratko in jedrnato.

Tretja knjizica vsebuje tehnicne specifikacije posameznih komponent kompleta. Vsebina ni name-

njena otrokom, zato jezik temu ni prilagojen, prav tako knjizica ne vsebuje slik.

Slika 2.5: Primer slik iz prve knjizice

Dodatki

V kompletu najdemo kar nekaj dodatkov, s katerimi lahko personaliziramo komplet Kano in ga na-

redimo takega, kot si zelimo. Vsebuje barvne pokrove, ki zamenjajo standarden plasticen pokrov

in razlicne nalepke, s katerimi lahko okrasimo racunalnik.

14 POGLAVJE 2. TEORETICNI DEL

Poglavje 3

Kurikularna analiza

Tekoce poglavje podaja pregled ucnih nacrtov Slovenije, Zdruzenega kraljestva ter Zdruzenih

drzav Amerike in njihovo primerjavo. Pri analizi ucnih nacrtov smo posebno pozornost namenili

analizi poucevanja strojne opreme, von Neumannove arhitekture oziroma zgradbe racunalnika in

njegovega delovanja.

3.1 Slovenija

V Sloveniji traja osnovna sola od 6. do 15. leta starosti, torej devet let. Razdeljena je na tri triletja,

vsaka obsega 3 leta; od 1. do 3., od 4. do 6. in od 7. do 9. razreda. Za ucenje racunalnistva

je trenutno ucencem na voljo neobvezni izbirni predmet racunalnistvo, ki se izvaja v drugi triadi

in obvezni izbirni predmet racunalnistvo (urejanje besedil, multimedija, racunalniska omrezja),

ki sodi v tretje triletje in posveca vec pozornosti uporabi programske opreme, kar je tudi razlog,

da je trenutno v fazi prenove. Zaradi tega, smo se odlocili, da tu analiziramo neobvezni izbirni

predmet racunalnistvo. Za poucevanje predmeta sta predvideni dve oziroma ena ura tedensko,

ceprav se po nasih izkusnjah predmetu namenja prej eno, kot pa dve uri na teden [22]. Splosni

cilji predmeta so [1]:

1. Spoznavanje temeljnih konceptov racunalnistva.

2. Razvijanje algoritmicnega nacina razmisljanja in spoznavanje strategij za resevanje proble-

mov.

3. Krepitev pozitivne samopodobe ter razvijanje sposobnosti sodelovanja in dela v skupini.

4. Pridobitev sposobnosti izbire najustreznejse poti do resitve problema.

5. Spoznavanje umetne inteligence in mej cloveskih sposobnosti.

6. Zavedanje omejitev racunalniskih tehnologij.

7. Pridobivanje zmoznosti razbijanja problema na manjse enote.

15

16 POGLAVJE 3. KURIKULARNA ANALIZA

8. Seznanitev s poenostavljanjem oziroma abstrakcijo.

9. Spoznavanje in razvoj sposobnosti modeliranja.

10. Razvoj logicnega razmisljanja, ustvarjalnosti in natancnosti.

11. Razvoj jezikovnega zaklada in skrb za ustrezno slovensko terminologijo.

Predmet se deli na vec vsebin oziroma sklopov, ob vsakem pa so zapisani obvezni in izbirni ucni

cilji. Vsebine so [1]:

Algoritmi. Ucenci spoznajo pojem algoritem. Vsakdanji problem ali preprosto opravilo opisejo

z algoritmom, kar zapisejo tako besedno kot znakovno. Algoritmu znajo slediti, tudi ce ga je

napisal nekdo drug. V algoritem znajo vkljuciti tudi vejitve in zanke ter med seboj povezati vec

algoritmov za resevanje istega problema. Znajo primerjati in izbrati najustreznejsi algoritem za

nek problem.

Programi. Ucenci znajo slediti izvajanju tujega programa. Algoritem znajo zapisati kot pro-

gram in vanj vkljuciti konstante in spremenljivke ter jim spreminjati vrednost. Razumejo razlicne

podatkovne tipe in v program vkljucijo ustreznega. Znajo prebrati vhodne podatke in izpisati

izhodne podatke oziroma rezultate programa. V programu uporabljajo logicne operatorje, zanke

in pogojne stavke. V svojih programih odkrivajo napake in jih odpravljajo ter se seznanijo z

dogodkovnim programiranjem. Zmozni so graficne predstavitve scene, sinhronizacije zvokov, rea-

lizacije interakcije med objekti in ustvarjanja animacij.

Podatki. Ucenci razlikujejo med podatkom in informacijo ter znajo razlicne podatke zapisati

v dvojiskem stevilskem sistemu. Razumejo, da se podatki pojavljajo v razlicnih oblikah (bese-

dilo, zvok, . . . ). Razumejo kodiranje podatkov. Strukturirane podatke znajo zapisati v tabeli z

vrsticami in stolpci. Opisejo potrebo po urejanju podatkov. Zavedajo se pomembnosti varovanja

osebnih podatkov.

Resevanje problemov. Ucenci znajo nasteti faze procesa resevanja problemov in najti ustrezno

orodje, s katerim ga resijo. Problem znajo razdeliti na manjse enote ter nacrtovati in realizirati

njegovo resitev. Znajo ucinkovito sodelovati v skupini in resiti problem s pomocjo uporabe in-

formacijsko komunikacijskih tehnologij. Cenijo neuspesne poskuse kot del poti do uspesne resitve

problema.

Komunikacija in storitve. Ucenci poznajo temeljne koncepte delovanja racunalniskih omrezij

in njihove glavne storitve. Uporabiti znajo ustrezne metode iskanja po spletu in razlicne iskalne

strategije v iskalnikih. Zavedajo se pojma intelektualna lastnina. Pridobljene podatke znajo pri-

kazati na ustrezen nacin. Poznajo omrezni bonton in glavna varnostna priporocila v omrezjih.

3.2. ESTONIJA 17

V sklopu predmeta racunalnistvo zal se nimamo predvidenega poucevanja strojne opreme ozi-

roma delovanja racunalnika. Deloma sicer to vsebino pokriva predmet tehnika in tehnologija, saj

v 8. razredu ucenci spoznajo vhodno izhodni sistem [23], sicer pa se s to tematiko v osnovni soli

ne seznanijo.

3.2 Estonija

V Estoniji traja osvnovna sola (basic school) 9 let; od 7. do 16. leta starosti. Zadnji ucni nacrt, ki

je na spletu na voljo, je iz leta 2011. V takratnem predmetniku imajo na voljo en izbirni predmet

povezan z racunalnistvom, to je informatika (angl. informatics).

Splosni ucni cilji predmeta informatika stremijo k temu, da ucenec [16]:

1. Razvije osnovna znanja za ucenje in delo z racunalnikom, primarno za iskanje, analizo in

uporabo informacij, ustvarja dokumente z besedilom in predstavitve.

2. Se zaveda, prepozna in se zna izogniti potencialnim zdravstvenim in varnostnim groznjam

in zlorabam osebnih podatkov, ki se pojavijo pri uporabi informacijsko komunikacijskih

tehnologij.

3. S pomocjo informacijsko komunikacijskih tehnologij ustvari funkcionalno in ucinkovito ucno

okolje.

4. Sodeluje v virtualnih skupnostih in uporablja splet za objavo digitalnih gradiv v skladu z

dobro prakso varovanja intelektualne lastnine.

Predmet obsega naslednja poglavja [16]:

Uvod v procesiranje besedil. Vnos besedila, oblikovanje in kopiranje ter oblikovanje posterja

oziroma reklamnega oglasa.

Upravljanje datotek. Shranjevanje, kopiranje, brisanje in stiskanje datotek. Spoznavanje

graficnega uporabniskega vmesnika operacijskega sistema in delo z vec okni.

Iskanje informacij na spletu in delo z vecpredstavnimi gradivi. Varnost na spletu, var-

stvo osebnih podatkov in pravice intelektualne lastnine. Posiljanje elektronske poste s priponkami,

prenos fotografij, video posnetkov in avdio posnetkov iz naprave na racunalnik.

Obdelava podatkov. Delo s podatkovnimi listi in frekvencnimi tabelami (angl. Compilation of

data sheets and frequency tables). Ustvarjanje grafikonov iz frekvencnih tabel.

Oblikovanje predstavitev. Struktura in oblikovanje diapozitivov. Dodajanje besedila, slik,

tabel in grafikonov.

Abstraktno oblikovanje. Glava in noga, slogi v naslovih. Avtomatsko generiranje kazala vse-

bine. Stevilcenje strani.

18 POGLAVJE 3. KURIKULARNA ANALIZA

Ce povzamemo, je torej splosni cilj tega kurikuluma ucence nauciti, da s pomocjo informacijsko ko-

munikacijskih tehnologij oblikujejo trenutno delovno in ucno okolje, ne predvideva pa poucevanja

delovanja racunalnika.

Od leta 2011 naprej, pa je Estonija naredila velik korak naprej pri poucevanju racunalnistva

in se od poucevanja pretezno informacijsko komunikacijskih tehnologij usmerila v poucevanje pro-

gramiranja. Nekateri podatki kazejo na to, da se otroci prvic spoznajo s programiranjem ze pri 6

letih in z ucenjem nadaljujejo skozi celotno osnovno solo [25][26].

3.3 Zdruzene drzave Amerike

V ZDA so leta 2003 sestavili ucni nacrt ACM K-12 Model Curriculum za poucevanje racunalnistva

od vrtca (od 4. do 6. leta starosti) do 12. razreda (19. leta starosti). Kurikulum je razdeljen na

stiri stopnje in je glede na temeljne koncepte racunalnistva razdeljen na naslednje splosne ucne

cilje [17][18]:

1. Ucenci naj razumejo bistvo racunalnistva in njegovo mesto v modernem svetu.

2. Ucenci naj razumejo, da se v racunalnistvu prepletajo nacela in spretnosti.

3. Ucenci naj bodo sposobni uporabiti znanje racunalnistva (posebno algoritmicno razmisljanje)

pri resevanju problemov pri drugih predmetih.

4. Kurikulum racunalnistva naj dopolnjuje IT1 in AP2 kurikuluma povsod, kjer se izvajata.

Stopnja I - Temeljni racunalniski koncepti. V prvo stopnjo spadajo ucenci od 5. do 14.

leta starosti (od 1. do 8. razreda). Ucenci se seznanijo s temeljnimi racunalniskimi koncepti, pri

tem pa se naucijo ucinkovite rabe racunalnika in algoritmicnega razmisljanja pri vsakodnevnem

resevanju problemov [17][18].

Stopnja II - Racunalnistvo v modernem svetu. Druga stopnja traja eno leto, vanjo pa

spadajo ucenci stari 15 let (9. razred). Kljucno, kar morajo ucenci usvojiti, je splosno znanje o

strojni opremi, programski opremi, programskih jezikih, omrezjih in vlogi vsega tega v modernem

svetu [17][18].

Med temami, ki se obravnavajo, najdemo tudi temo, kjer ucenci spoznajo osnove racunalniskega

delovanja in njegove glavne komponente (vhod, izhod, pomnilnik, procesor, programsko opremo,

operacijski sistem, itd.) [18].

1Information technology2Advanced Placement Computer Science

3.4. ZDRUZENO KRALJESTVO 19

Stopnja III - Analiza in nacrtovanje. V tretjo stopnjo spadajo ucenci stari 16 let (10.

razred). Cilj je nadaljnja poglobitev znanja racunalnistva s poudarkom na njegovi uporabi v zna-

nosti [17][18].

Stopnja IV - Poglavja iz racunalnistva. Ucenci na tej stopnji imajo na izbiro vec podrocij

racunalnistva, kjer lahko pridobijo poglobljeno znanje o izbranem podrocju [18].

Ce povzamemo, kurikulum K-12 celostno obravnava poucevanje racunalnistva na vseh podrocjih.

Kar je za nas pomembno, je to, da ucni nacrt predvideva tudi ucni cilj, ki se nanasa na poucevanje

arhitekture racunalnika, in sicer v 9. razredu.

3.4 Zdruzeno kraljestvo

V Zdruzenem kraljestvu se predmet racunalnistvo izvaja od 5. do 16. leta starosti. Ucni nacrt,

ki je bil sestavljen leta 2013, je razdeljen v dva dela, vsak od obeh pa se v dva. V prvem delu sta

stopnja I (od 5 do 7 let) in stopnja II (od 7 do 11 let), v drugem delu pa stopnja III (od 11 do 14

let) in stopnja IV (od 14 do 16 let). Splosni cilji celotnega predmeta so [19][20][21]:

1. Ucenec razume in uporabi temeljna nacela in koncepte racunalnistva (abstrakcijo, logiko,

algoritme in predstavitev informacij).

2. Ucenec analizira problem v racunalniskem jeziku in pridobi prakticne izkusnje pisanja pro-

gramov za resevanje takih problemov.

3. Ucenec vrednoti, uporablja in odkriva nove informacijske tehnologije za resevanje problemov.

4. Ucenci so odgovorni, kompetentni, samozavestni in ustvarjalni uporabniki informacijsko ko-

munikacijskih tehnologij.

Stopnja I. Ucenci spoznajo pojem algoritem, implementacijo algoritmov in njihovo delovanje.

Ustvarijo prve preproste programe in s pomocjo logicnega sklepanja napovejo njihov rezultat.

Uporabljajo tehnologijo za ustvarjanje, organizacijo, shranjevanje, obdelavo in pridobivanje gra-

div. Spoznajo uporabo informacijskih tehnologij v vsakdanjem zivljenju. Naucijo se odgovorne

uporabe tehnologije, kako prepoznati nevarnosti na spletu in na koga se obrniti, ce dvomijo v

pristnost spletne vsebine [20][21].

Stopnja II. Ucenci pisejo programe za resevanje obseznejsih problemov, tako da jih razbijejo na

manjse dele. Spoznajo osnovne logicne strukture pri programiranju, spremenljivke in nacine vnosa

in izpisa podatkov. Opisejo delovanje algoritmov in popravljajo napake. Spoznajo racunalniska

omrezja, kot je splet, in njihovo vlogo in moznosti, ki jih nudijo za komunikacijo in sodelovanje.

20 POGLAVJE 3. KURIKULARNA ANALIZA

Ucinkovito uporabljajo spletne tehnologije in programsko opremo za iskanje, pridobivanje, ana-

lizo, vrednotenje in predstavitev informacij, pri tem pa tehnologijo uporabljajo varno in odgovorno

[20][21].

Stopnja III. Ucenec snuje in vrednoti racunalniske modele resnicnih problemov. Spozna ne-

katere osnovne algoritme (na primer za razvrscanje in iskanje) in jih primerja po uporabnosti

glede na konkreten problem. Pri programiranju uporablja ustrezne podatkovne strukture (na

primer tabele, sezname) in procedure ter funkcije. Spozna Booleovo algebro in njeno uporabo v

elektronskih vezjih ter binarni stevilski sestav. Razume vlogo komponent strojne in programske

opreme in njihovo delovanje ter nacin, na katerega racunalnik shranjuje podatke. Sodeluje pri

projektu, pri katerem uporablja razlicne naprave in aplikacije za doseganje zahtevnejsih ciljev. Se

vedno se poudarja odgovornost in varnost na spletu, varovanje osebnih podatkov, prepoznavanje

neprimernih vsebin in njihova prijava [20][21].

Stopnja IV. Cilji na cetrti stopnji ostajajo bolj ali manj enaki tistim na tretji, le da so bolj

poglobljeni [20][21].

Kurikulum za predmet racunalnistvo zelo mocno poudarja algoritmicno razmisljanje in razvijanje

programerskih spretnosti ter rabo informacijsko komunikacijskih tehnologij. Tisto, kar je za nas

pomembno, najdemo na tretji stopnji, to je razumevanje delovanja komponent strojne opreme.

Ucenci se s to temo srecajo v obdobju od 11. do 14. leta starosti.

3.5 Primerjava ucnih nacrtov

Po podrobni analizi ucnih nacrtov Slovenije, Estonije, Zdruzenih drzav Amerike in Zdruzenega

kraljestva lahko zakljucimo, da je delovanju racunalnika in njegovi zgradbi namenjene bolj malo

pozornosti. Dva od stirih analiziranih ucnih nacrtov predvidevata obravnavo tega koncepta, to

sta ucna nacrta Zdruzenega kraljestva in ZDA. V ZDA se obravnava predvideva pri 15 letih, v

Zdruzenem kraljestvu pa v obdobju med 11. in 14. letom. Poleg analize teh stirih kurikulu-

mov smo nasli tudi podatke o ucnih nacrtih nekaterih drugih drzav. Poleg ze navedenih drzav

poucujejo te koncepte se v Grciji (med 12. in 14. letom) in Nemciji (med 10. in 12. letom) [24].

Slovenije zal ni med drzavami, kjer bi se ta koncept poucevalo. Menimo, da je to pomanjkljivost

v sedanjem ucnem nacrtu in upamo, da bo prestrukturacija predmeta, ko do nje pride, popra-

vila to napako. Menimo, da je delovanje racunalnika in njegova zgradba tema, ki nujno sodi v

osnovnosolsko poucevanje racunalnistva. Nekatere drzave so to ze vkljucile v svoje ucne nacrte,

vendar se obravnava predvideva v visjih razredih, kar se nam zdi prepozno. Menimo, da je koncept

dovolj osnoven in preprost, da ga lahko razume ucenec pri 10. letih. Da bi preverili primernost

teme o delovanju racunalnika s pomocjo racunalnika Raspberry Pi za poucevanje osnovnosolskih

otrok, smo izvedli raziskavo, predstavljeno v naslednjem poglavju.

Poglavje 4

Empiricni del

V sklopu diplomskega dela smo izvedli tudi raziskavo, s pomocjo katere smo skusali pridobiti

podatke o poznavanju Raspberry Pija in kompleta Kano med slovenskimi ucitelji racunalnistva.

Zanimalo nas je mnenje o tematiki, ki bi jo zeleli obravnavati v soli, izbiri ucnih ciljev, mnenje

o smiselnosti vkljucitve v ucni nacrt, . . . Ob tem smo jim predstavili tudi primer obravnave

tematike pri pouku z uporabo omenjenih pripomockov in jih prosili za strokovno mnenje o ucni

uri in aktivnostih, oblikovanih za dosego ucnih ciljev.

4.1 Cilj raziskovalnega dela

Z raziskavo smo zeleli odgovoriti na naslednja vprasanja oziroma cilje, ki smo si jih zastavili na

podlagi analize literature:

1. Katere racunalniske koncepte lahko poucujemo preko kompleta Kano.

2. Spoznavanje komponent kompleta Kano in njihova vloga v racunalniskem sistemu.

3. Kako pripraviti ucno uro za vpeljavo von Neumannovega modela racunalnika z Raspberry

Pijem oziroma kompletom Kano, z namenom spoznavanja osnovnih racunalniskih kompo-

nent.

4.2 Namen raziskave

S pomocjo analize literature s podrocja strojne opreme, arhitekture racunalniskih sistemov in

poucevanja teh konceptov smo sestavili intervju, s katerim smo zeleli pridobiti odgovore na za-

stavljena raziskovalna vprasanja. Zanimalo nas je pripravljenost in mnenje uciteljev o ustreznosti

poucevanja teh konceptov v osnovni soli, opredelitev glede smiselnosti vkljucitve teh ciljev v tre-

nutni ucni nacrt, mnenje o smiselnosti uporabe Raspberry Pija in kompleta Kano za doseganje

ucnih ciljev in strokovno oceno pripravljene ucne ure oziroma aktivnosti za ucence.

21

22 POGLAVJE 4. EMPIRICNI DEL

4.3 Raziskovalna metoda

V raziskavi smo uporabili deskriptivno in kavzalno metodo raziskovanja. S prvo smo poskusili ugo-

toviti, kaksno je trenutno stanje na podrocju poucevanja delovanja racunalnika v nasem solskem

prostoru in mnenje uciteljev o nacinu poucevanja, ki smo ga zasnovali, z drugo pa mozne vzroke

in posledice trenutnih razmer v solstvu.

4.4 Vzorec

Vzorec pri raziskavi je iz konkretne populacije, in sicer neslucajnostni in namenski (ucitelji in

uciteljice racunalnistva v osnovni soli).

Raziskava zajema mnenja uciteljev racunalnistva v osnovnih solah po Sloveniji.

V vzorcu so zajeti 3 ucitelji racunalnistva (oznaceni z A, B, C) in dve uciteljici racunalnistva

(oznaceni z D in F). Intervjuvanci so zaposleni v razlicnih regijah (Gorenjska, Primorska, Stajerska).

4.5 Postopek zbiranja podatkov

Podatke smo pridobivali s pomocjo intervjuja, ki je bil sestavljen iz vprasanj odprtega tipa.

Za intervju smo se odlocil zato, ker smo zeleli pridobiti mnenja posameznih uciteljev in njihove

izkusnje in jih nato primerjati med seboj. Za odprta vprasanja smo se odlocili zato, ker smo zeleli,

da ucitelji odgovarjajo prosto, brez vnaprej pripravljenih odgovorov. Vsi intervjuvanci so prejeli

enak intervju in priloge. Intervju je bil razdeljen na dva dela. Prvi se je nanasal na Raspberry

Pi in komplet Kano, sestavljalo ga je 8 vprasanj, drugi pa na ucno pripravo in aktivnosti, imel je

12 vprasanj, skupaj torej 20. Poleg intervjuja so kot prilogo intervjuvanci prejeli tudi ucno pri-

pravo, s pomocjo katere so odgovarjali na intervju. V povprecju so intervjuji trajali okoli 30 minut.

Intervjuji so potekali v juliju in avgustu 2015. Intervjuvancem smo zagotovili anonimnost, iz-

vedeni pa so bili osebno in preko elektronske poste.

4.6 Postopek obdelave podatkov

Odgovore intervjuvancev, ki so bili osebno pridobljeni, smo zapisali, tisti, ki so odgovarjali preko

elektronske poste, pa so svoje odgovore zapisali v dokument in nam ga poslali po elektronski posti.

Vprasanja v intervjuju so bila dobro strukturirana, zato je bilo oblikovanje kategorij enostavno.

Oblikovali smo naslednje kategorije:

� Poznavanje in mnenje o Raspberry Piju

� Poznavanje in mnenje o kompletu Kano

4.7. REZULTATI 23

� Ocena pripravljene ucne ure in aktivnosti

� Mnenje o izbranih ucnih ciljih in smiselnosti umestitve teh ciljev v ucni nacrt

Glede na oblikovane kategorije smo nato obravnavali odgovore intervjuvancev in jih interpretirali

z vidika obravnavanih teoreticnih izhodisc.

4.7 Rezultati

Poznavanje in mnenje o Raspberry Piju

Vprasanja:

1. Ali poznate racunalnik Raspberry Pi? 1

2. Se vam zdi uporaba Raspberry Pija pri pouku smiselna in zakaj?

3. Ste ga morda ze kdaj sami uporabljali pri pouku?

4. Kaksen je bil odziv ucencev?

V tej kategoriji so predstavljena mnenja in poznavanje racunalnika Raspberry Pi med ucitelji slo-

venskih osnovnih sol.

Od petih intervjuvancev sta dva predhodno poznala Raspberry Pi, ostali so ga spoznali tekom in-

tervjuja, vendar so vsi videli veliko moznosti uporabe pri pouku. Kot razloge za moznost uporabe

so navedli majhnost, preprostost, razsirljivost, dostopnost, cenovno ugodnost, moznost poucevanja

racunalnistva in moznost samostojnega dela z vidnimi rezultati. Ne gre seveda mimo polemik, ki

se ticejo denarja, saj je en od uciteljev izpostavil, da je to lahko velik financni zalogaj za solo in

bi bil zato sam primoran uporabljati ”navadne” racunalnike, saj do drugih ne bi imel dostopa.

Odgovor na tretje vprasanje je bil pri vseh enak, in sicer, da ga pri pouku se niso uporabljali, kar

pomeni, da tudi odziva ucencev niso mogli opisati.

Poznavanje in mnenje o kompletu Kano

Vprasanja:

1. Ali poznate komplet Kano? 2

2. Se vam zdi uporaba kompleta Kano pri pouku smiselna in zakaj?

3. Ste ga morda ze kdaj sami uporabljali pri pouku?

1Ob tem vprasanju smo dodali tudi povezavo do predstavitve racunalnika.2Ob tem vprasanju smo dodali tudi povezavo do predstavitve kompleta.

24 POGLAVJE 4. EMPIRICNI DEL

4. Kaksen je bil odziv ucencev?

5. Menite, da pripomocki, kot je komplet Kano, vplivajo na motivacijo? Kako?

V kategoriji ”poznavanje in mnenje o kompletu Kano” predstavljamo mnenja in poznavanje kom-

pleta Kano ter kako uporaba takih pripomockov vpliva na motivacijo.

Kompleta Kano ni predhodno poznal nihce od intervjuvancev. Po predstavitvi pa so se vsi stri-

njali, da je komplet zelo primeren za uporabo v razredu, saj je narejen za doloceno ciljno publiko

in omogoca prakticno delo, ki se jim zdi najboljsa oblika dela v razredu. En intervjuvanec je bil

mnenja, da bi bil komplet najbolj primeren za uporabo na razredni stopnji. Pri pouku ga ni se

nihce uporabljal, zato odziva ucencev niso mogli opisati.

Vsi intervjuvanci so bili mnenja, da komplet Kano pozitivno vpliva na motivacijo. Razlogi, ki

so jih navedli intervjuvanci so: kar ucenec naredi sam nikoli ne pozabi (oseba A), preprostost in

barve pritegnejo pozornost, saj je komplet podoben igracam in skrije kompleksnost (oseba C),

sama uporaba kompleta poveca motivacijo, saj predstavlja novost v ucnem procesu, komplet spo-

minja na Lego kocke, ki odlicno motivirajo otroke za igro, ki vkljucuje razmisljanje in ustvarjanje

(oseba D).

Ocena pripravljene ucne ure in aktivnosti

Vprasanja:

1. Pri ucni uri je predvidena starost ucencev 10 let (4. razred). Se vam zdi starost ustrezna in

zakaj?

2. Se vam zdi ucna ura ustrezno razdeljena na didakticne etape? So casovni okviri za posamezno

etapo ustrezno postavljeni? Predlagate spremembo in zakaj?

3. Menite, da so nacini doseganja ciljev ustrezno zasnovani? Predlagate spremembo in zakaj?

4. Ste mnenja, da take aktivnosti povecajo zanimanje za tematiko? Kako?

5. Se vam zdijo oblike dela, metode in pripomocki ustrezni?

V tej kategoriji bomo predstavili mnenje uciteljev o predlaganem nacinu poucevanja tematike in

vkljucitvi Raspberry Pija in kompleta Kano pri pouku.

Stirje od petih uciteljev so bili enotnega mnenja, da je starost ustrezna. Intervjuvanci so na-

vedli, da so pojmi dovolj enostavni, da jih otrok lahko razume (oseba B), da so dovolj dobro

predstavljeni v ucni uri, da jih ucenci zlahka usvojijo (oseba C) in da je to osnova, ki jo ucenci

morajo usvojiti in jo lahko kasneje nadgrajujejo (oseba D). Oseba A je bila mnenja, da bi bilo treba

4.7. REZULTATI 25

s poucevanjem tega nekoliko pocakati (leto ali dve), vendar je ob tem pohvalila, da pojmov ne

obravnavamo v pretirano strokovnem jeziku, ampak v jeziku, ki je otrokom pri tej starosti naraven.

Vsi intervjuvanci so mnenja, da je ucna ura ustrezno razdeljena na didakticne etape. So pa

trije predlagali, da se casovni okviri za nekatere dele ure malo podaljsajo. Dva sta predlagala, da

bi se namesto v dveh, snov obravnavalo v treh ali celo stirih ucnih urah. Kot razlog so navedli

predvsem starost otrok, menili so, da bi bilo bolje, da se komponente veckrat pokaze in razlozi,

tudi delo s kompletom Kano lahko traja precej dlje od predvidenega, odvisno od posameznika.

Vseh pet intervjuvancev je mnenja, da so nacini doseganja ucnih ciljev ustrezni in ne predla-

gajo sprememb.

Intervjuvanci so na vprasanje ”ali take aktivnosti povecajo zanimanje” odgovorili enako, to je, da

take aktivnosti zagotovo povecajo zanimanje ucencev. Kot razlog zakaj so navedli, da razjasnijo

delovanje racunalnika (oseba A), spoznavanje in zmoznost razumevanja gradnikov racunalnika

(oseba B), moznost, da ucenci sami nekaj naredijo (oseba C) in to, da ucencem priblizamo osnovne

racunalniske koncepte, kar je bolj zanimivo od ucenja uporabe programov (oseba D).

Na zadnje vprasanje so vsi intervjuvanci odgovorili enako, in sicer, da so oblike dela, metode

in pripomocki ustrezni.

Mnenje o izbranih ucnih ciljih in smiselnosti umestitve teh ciljev v ucni

nacrt

Vprasanja:

1. Se vam tema zdi smiselna za obravnavo v osnovni soli?

2. Se vam zdijo ucni cilji smiselno izbrani?

3. Bi dodali/izpustili katerega od ucnih ciljev?

4. Se strinjate, da ucna ura pokriva naslednje ucne cilje:

● Ucenec pozna pojme procesor, pomnilnik, vhodno-izhodni sistem.

● Ucenec razume nalogo posameznih komponent v racunalniku.

● Ucenec pozna von Neumannov model delovanja racunalnika.

● Ucenec s svojimi besedami opise model in nalogo posameznih komponent.

● Ucenec po navodilih sestavi komplet Kano in ga pripravi za uporabo.

26 POGLAVJE 4. EMPIRICNI DEL

5. Kaj menite o tem, da v ucnem nacrtu za neobvezni izbirni predmet racunalnistvo ni pred-

videna obravnava te teme, je pa deloma predvidena pri predmetu tehnika in tehnologija v

8. razredu?

V zadnji kategoriji smo intervjuvance sprasevali po mnenju o izbranih ucnih ciljih in smiselnosti

vkljucitve teh ucnih ciljev v neobvezni izbirni predmet racunalnistvo.

Na prvo vprasanje so vsi ucitelji odgovorili z da; tema se jim torej zdi smiselna za obravnavo

v osnovni soli. Dva ucitelja (C in D) sta mnenja, da bi bila obravnava te teme celo nujna v

osnovni soli.

Da so cilji smiselno izbrani so mnenja vse intervjuvane osebe. Oseba D je dodala se komentar,

da cilji povzemajo nekaksno zakljuceno celoto, ko gre za poznavanje von Neumannovega modela

racunalnika in njegovega delovanja v povezavi s kompletom Kano in Raspberry Pijem.

V skladu z odgovorom na prejsnje vprasanje ucitelji ne bi izpustili nobenega od ciljev. Oseba

C je dodala komentar k zadnjemu cilju (ucenec po navodilih sestavi komplet Kano in ga pripravi

za uporabo), in sicer, da ga je morda nesmiselno preverjati, ces da je to, da sestavijo racunalnik,

pogoj za doseganje ostalih ciljev. Oseba A pa je mnenja, da je potrebno dobro premisliti o ustre-

znosti prvega ucnega cilja (ucenec pozna pojme procesor, pomnilnik in vhodno-izhodni sistem),

ker bi se lahko to, kar zajema ta ucni cilj smatralo za arhaicno in danes nepomembno.

Vsi ucitelji so mnenja, da ura pokriva predvidene cilje. Nekateri so k posameznim ucnim ci-

ljem dodali tudi komentarje, ki sem jih opisal pri prejsnjem vprasanju.

Na zadnje vprasanje so stirje ucitelji (B, C, D in E) odgovorili, da ta tema absolutno sodi v

ucni nacrt. Ob tem so podali tudi svoje komentarje: problem je v tem, da se ucni nacrt pise po

idejah posameznikov, ne pa v dogovoru z racunalnikarji na solah (oseba B), tukaj se vidi nestro-

kovnost in neustreznost ucnega nacrta, zaradi cesar izpade celoten predmet neresen (oseba C),

tema nujno sodi k racunalnistvu, vendar je bolje, da se jo vsaj nekje obravnava, kot pa nikjer

(oseba D). Oseba A je edina, ki se ji ni zdelo nujno, da se temo vkljuci v ucni nacrt. Utemeljitev:

to so osnove, ki danes niso vec tako pomembne, danes so potrebna druga znanja.

Na koncu intervjuja smo intervjuvance vprasali se po kaksnem komentarju, nasvetu, kritiki, . . . ,

kar bi zeleli izraziti in tega niso mogli napisati kot odgovor na vprasanje. Osebi A in E nista

dodali nicesar. Ostali so posebej poudarili navdusenje nad Raspberry Pijem in kompletom Kano

in ucno uro, ki smo jo pripravili. Oseba B je dodala, da bi uro vkljucila v svoje delo, v kolikor

uspe nabaviti potrebne pripomocke.

4.8. SKLEPI IN NADALJNJE DELO 27

4.8 Sklepi in nadaljnje delo

Po izvedenih in analiziranih intervjujih lahko opazimo kar nekaj stvari, ki bi jih radi izpostavili.

Prva je ta, da je poznavanje pripomockov za poucevanje racunalnistva med ucitelji slabo. Kaj je

razlog za to na tej tocki ne moremo reci, bi bilo pa vsekakor zanimivo ugotoviti. Pripomockov

pri pouku ne uporabljajo niti tisti, ki jih poznajo, kar bi lahko kazalo na togost poucevanja

racunalnistva pri nas, a z gotovostjo tega ne moremo trditi. V povezavi s pripomocki ne moremo

mimo tega, da je za vecino sol, kot kaze, nakup pripomockov prevelik financni zalogaj. Mi z

opisanim stanjem nismo zadovoljni, saj je racunalnistvo danes vedno bolj pomembno in bi si tudi

na seznamu prioritet za nakup pripomockov zasluzilo visje mesto.

Seveda pa je nakup pripomockov nesmiseln, ce z njimi nimamo cesa poucevati. Iz odgovorov

intervjuvancev je jasno vidno, da je prestrukturacija trenutnega ucnega nacrta nujna, prav tako

tudi vkljucitev osnov arhitekture racunalniskih sistemov. Po analizirani literaturi in ucnih nacrtih

lahko vidimo, da se tega ze zavedajo nekatere drzave, ki so to vkljucile v svoje ucne nacrte. To sta

dva tehtna razloga zakaj bi morali avtorji trenutnega ucnega nacrta za neobvezni izbirni predmet

racunalnistvo pripraviti prestrukturacijo predmeta.

V sklopu magistrskega dela bomo poskusili odkriti se vec uporabnosti Raspberry Pija in kom-

pleta Kano v osnovni soli, poiskati cilje, ki bi jih lahko s pomocjo teh pripomockov dosegali in

sestaviti aktivnosti za doseganje teh ciljev.

28 POGLAVJE 4. EMPIRICNI DEL

Poglavje 5

Zakljucek

V diplomskem delu smo predstavili von Neumannov model racunalnika in njegovo delovanje,

racunalnik Raspberry Pi in komplet Kano. Zaradi preprostosti in pomembnosti teme, kot je de-

lovanje racunalnika, se nam zdi, da bi tema sodila v ucni nacrt za osnovno solo. Prav zato smo se

odlocili za Raspberry Pi in komplet Kano, ki sta bila posebej razvita za poucevanje racunalnistva

na osnovnih solah. S pomocjo kurikularne analize smo oblikovali ucne cilje na to temo in zasnovali

aktivnosti, s pomocjo katerih bi ucenci te cilje dosegli. Izvedli smo raziskavo med osnovnosolskimi

ucitelji racunalnistva, sprasevali pa smo jih po tem, kaksna se jim zdita Raspberry Pi in komplet

Kano kot ucna pripomocka ter o smotrnosti obdelave teme o delovanju racunalnika v osnovni soli.

Na podlagi pregledane literature smo povzeli kljucne lastnosti, ki so pomembne za razumeva-

nje problematike. Po pregledu ucnih nacrtov smo nato naredili primerjavo, da bi videli kje se

na tem podrocju nahaja Slovenija v primerjavi z nekaterimi drugimi drzavami. Izkazalo se je,

da Slovenija ne predvideva obdelave te teme v osnovni soli. Bili smo mnenja, da je to velika

pomanjkljivost trenutnega ucnega nacrta in to zeleli preveriti s pomocjo mnenja uciteljev.

Na podlagi empiricne raziskave smo ugotovili, da vecina uciteljev sploh ne pozna pripomockov

za poucevanje kot sta Raspberry Pi ali komplet Kano. Kljub temu so v njih vsi videli velik po-

tencial v teh pripomockih in bi jih z veseljem uporabljali v soli, v kolikor bi jim bil omogocen

nakup tovrstnih naprav oziroma kompletov. Vecina uciteljev se je strinjala z nami, da je tema

ne le primerna, ampak celo nujna za obdelavo v osnovni soli. Ucni cilji so se jim zdeli ustrezno

oblikovani. Menili so, da so aktivnosti dobro zasnovane in pripomocki primerni, da bi z njihovo

uporabo ucenci usvojili zadane ucne cilje.

29

30 POGLAVJE 5. ZAKLJUCEK

Literatura

[1] Krajnc, R., Drinovec, A., Brodnik, A., Pesek, I., Nancovksa Serbec, I., Demsar, J., Zerovnik,

A., Lokar, M. (2013). Ucni nacrt za neobvezni izbirni predmet racunalnistvo. Prvi natis.

Ljubljana: Ministrstvo za izobrazevanje, znanost in sport, Zavod RS za solstvo. Dosto-

pno na: http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/os/

devetletka/program_razsirjeni/Racunalnistvo_izbirni_neobvezni.pdf (30. 3. 2015).

[2] Dolgan, M. (2013). Vremenska postaja na platformi Raspberry Pi. Diplomsko delo, Ljubljana:

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za racunalnistvo in informatiko.

[3] Fabcic, S. (2014). Priklop perifernih naprav na Raspberry Pi. Diplomsko delo, Ljubljana: Uni-

verza v Ljubljani, Fakulteta za racunalnistvo in informatiko.

[4] Raspberry Pi Foundation - About Us. (b.d.). Dostopno na: https://www.raspberrypi.org/

about/ (13. 7. 2015)

[5] File:Raspberry Pi Photo.jpg - Wikimedia Commons. Dostopno na: https://commons.

wikimedia.org/wiki/File:Raspberry_Pi_Photo.jpg (13. 7. 2015).

[6] File:Raspberrypi block function v01.svg. Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/

File:Raspberrypi_block_function_v01.svg (13. 7. 2015).

[7] Raspberry Pi. (b.d.). Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi#

Hardware (13. 7. 2015).

[8] RPi Hardware. (b.d.). Dostopno na: http://elinux.org/RPi_Hardware (13. 7. 2015).

[9] Hill, G. (27. 11. 2012). Bash Street bytes: Do UK schools really need the Raspberry Pi?

Dostopno na: http://www.theregister.co.uk/2012/11/27/feature_raspberry_pi_in_

schools/ (15. 7. 2015).

[10] Humar, K. (2014). Odkrivanje tezavnih konceptov pri uvodnem programiranju. Diplomsko

delo, Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Pedagoska fakulteta.

[11] Kano. (18. 12. 2013). We have the talent. We need the equipment [Video]. Dostopno na:

https://www.youtube.com/watch?v=Y1VIlHp211A#t=103 (21. 7. 2015).

31

32 LITERATURA

[12] John von Neumann. Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann#

/media/File:JohnvonNeumann-LosAlamos.gif (22. 7. 2015).

[13] Eniac. Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC#/media/File:Eniac.jpg

(22. 7. 2015).

[14] O’Connor, J. J., Robertson, E. F. (2003) John von Neumann. Dostopno na: http://

www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Von_Neumann.html (22. 7. 2015).

[15] Kodek, D. (2000) Arhitektura racunalniskih sistemov. 2. izdaja. Ljubljana: BI-TIM

[16] National curricula 2011. (b.d.). Dostopno na: https://www.hm.ee/en/national-curricula

(23. 7. 2015).

[17] Zavirsek, M. (2013). Analiza aktivnosti za ucenje racunalnistva brez racunalnika. Diplomko

delo, Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Pedagoska fakulteta.

[18] Tucker, A., Deek, F., Jones, J., McCowan, D., Stephenson, C., Verno, A. (2003.) A model cur-

riculum for K-12 computer science: Final report of the ACM K-12 task force curriculum com-

mittee. Dostopno na: http://www.acm.org/education/curric_vols/k12final1022.pdf

(23. 7. 2015).

[19] Zavirsek , M. (2015). Preverjanje znanja racunalnistva, pridobljenega z aktivnostmi za ucenje

racunalnistva brez racunalnika. Magistrsko delo, Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Pedagoska

fakulteta.

[20] Computing programmes of study: key stages 1 and 2. (b.d.). Dostopno na:

https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/

239033/PRIMARY_national_curriculum_-_Computing.pdf (24. 7. 2015).

[21] Computing programmes of study: key stages 3 and 4. (b.d.). Dostopno na:

https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/

239067/SECONDARY_national_curriculum_-_Computing.pdf (24. 7. 2015).

[22] Predmetnik osnovne sole. (b.d.). Dostopno na: http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.

gov.si/pageuploads/podrocje/os/devetletka/predmetniki/Pred_14_OS_4_12.pdf (27.

7. 2015).

[23] Fakin, M., Kocijancic, S., Hostnik, I., Florjancic, F. (2011). Ucni nacrt za predmet teh-

nika in tehnologija. Ljubljana: Ministrstvo za soltvo in sport, Zavod RS za solstvo. Do-

stopno na: http://www.mss.gov.si/fileadmin/mss.gov.si/pageuploads/podrocje/os/

devetletka/predmeti_obvezni/Tehnika_in_tehnologija_obvezni.pdf (27. 7. 2015).

LITERATURA 33

[24] Peyton Jones, S. (2011). Computing at School: International comparisons. Dostopno na:

http://www.computingatschool.org.uk/data/uploads/internationalcomparisons-v5.

pdf (27. 7. 2015).

[25] Balanskat, A., Engelhardt, K. (2014). Computing our future. Computer programming and

coding - Priorities, school curricula and initiatives across Europe. http://www.eun.org/c/

document_library/get_file?uuid=521cb928-6ec4-4a86-b522-9d8fd5cf60ce&groupId=

43887

[26] Jacobsen, H. (14. 10. 2014). Five-years-olds learn coding in schools to prepare

for future labour market http://www.euractiv.com/sections/eu-code-week-2014/

five-years-olds-learn-coding-schools-prepare-future-labour-market-309126

[27] Wilson, C., Sudol, L. A., Stephenson, C. (2010). Running on Empty: The Failure to Teach

K-12 Computer Science in the Digital Age. Dostopno na: http://runningonempty.acm.org/

fullreport2.pdf (25. 8. 2015).

[28] Kano (computer). (b.d.). Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Kano_

(computer) (21. 7. 2015).

34 LITERATURA

Priloge

Ucna priprava

Osnovni podatki o ucni uri

Razred: 4.Predmet: Neobvezni izbirni predmet racunalnistvo (NIR)Ucna tema: Osnove arhitekture racunalnikaUcna enota: Von Neumannov model delovanja racunalnikaUcne oblike: Frontalna, individualna, delo v dvojicah*.Ucne metode: Metoda razlage, metoda projekcije, metoda razgovora, metoda razprave, metodaopazovanja.Operativni ucni cilji:

● Ucenec pozna pojme procesor, pomnilnik, vhodno-izhodni sistem.● Ucenec razume nalogo posameznih komponent v racunalniku.● Ucenec pozna von Neumannov model racunalnika.● Ucenec s svojimi besedami opise model in nalogo posameznih komponent.● Ucenec po navodilih sestavi Kano komplet in ga pripravi za uporabo.

Ucna sredstva in pripomocki:● Tabla.● Kreda oziroma flomaster.● Racunalnik za ucitelja, projektor in platno.● Racunalnik z osnovnimi komponentami.● Raspberry Pi in komplet Kano.● Knjizica z navodili za delo s kompletom Kano.

Didakticne etape ucnega procesa:● UVAJANJE● OBRAVNAVA● SAMOSTOJNO DELO● PONOVITEV

Novi pojmi: Strojna oprema, centralno procesna enota (CPU) oziroma procesor, (glavni) pomnil-nik, vhodno-izhodni sistem, von Neumannov model racunalnika, Raspberry Pi.

Opomba: Ura je zasnovana tako, da se izvaja kot blok ura. Ce to ni izvedljivo, se lahko urorazbije v dve posamezni uri.

*Ce ima sola dovolj kompletov, naj delo poteka individualno, v nasprotnem primeru pa v dvojicahali skupinah.

35

36 LITERATURA

Pregledna zgradba ucne ure

Namen/ciljStrategija do-seganja

Nacin prever-janja

Metode/oblike Cas Pripomocki

Pozdrav, umi-ritev, preverja-nje prisotnosti,uvodna motiva-cija.

Ucitelj poz-dravi in umiriucence, vpisemanjkajoce.Ucitelj napovetemo danasnjeure in ucencempokaze vnaprejpripravljenracunalnik, kiga bo skupajz ucenci meduro razsta-vil. Pokazetudi sestavljenKano komplet,ki ga bodoucenci samisestavljali.

/ Frontalno.10min

/

Ucenec poznapojme proce-sor, pomnilnik,vhodno-izhodnisistem.

Ucenec ra-zume nalogoposameznihkomponent vracunalniku.

Ucitelj povabiucence okolimize, na ka-teri dela ingre skupaj znjimi skozinekaj vhodno-izhodnih na-prav (monitor,miska, tip-kovnica, . . . ).Potem od-pre ohisjeracunalnikain se z ucencipogovori seo procesorjuin pomnil-niku. Potemvse zapisejo vzvezek.

Ucenci od-govarjajo navprasanjaucitelja, so-delujejo pridiskusiji,postavljajovprasanja,zapisujejo vzvezek.

Frontalno.Metoda razlage,razprave, razgo-vora, opazova-nja.

35min

Tabla,kreda/flomaster,ohisjeracunalnika,procesor,pomnilnik,maticna plosca,vhodno-izhodne na-prave.

LITERATURA 37

Ucenec po na-vodilih sestaviKano kompletin ga pripraviza uporabo.

Ucenec s svo-jimi besedamiopise modelin nalogoposameznihkomponent.

Ucitelj razdeliKano kom-plete. Najprejsi pogledajovon Neuman-nov modelna RaspberryPi-ju, potemnaroci ucencemnaj sestavijovsak svojracunalnik ponavodilih, kiso prilozenav kompletu.Vmes nudimorebitnopomoc.

Ucenci od-govarjajo nauciteljevavprasanja.Ucenci se-stavljajoracunalnikpo navodilih.Ce se jim zata-kne, vprasajoucitelja zapomoc.

Individualnodelo.Metoda projek-cije, razgovora.

35min

Tabla, projek-tor, kompletKano, knjizicaz navodili,Raspberry Pi.

Zakljucnoponavljanje.

Ucitelj ponovikljucne pojme:imena kompo-nent in naloge.Pogovori sez ucenci osestavljanjuracunalnika.Pozdrav.

Ucenci od-govarjajo nauciteljevavprasanja.

Frontalno.10min

/

Tabela 5.1: Pregledna zgradba ucne ure

38 LITERATURA

Potek ucne ure

Uvodni del: uvajanje

Cas trajanja: 10 minut.

Vsebinski poudarki:Pozdrav, umiritev, preverjanje prisotnosti, uvodna motivacija.

Dejavnosti ucitelja:Ucitelj na zacetku ure pozdravi ucence in jih po potrebi umiri, preveri prisotnost in vpise mo-rebitne manjkajoce. Ucitelj potem pokaze ucencem racunalnik (stacionarni osebni racunalnik,ne prenosni ali tablicni racunalnik). Na tej tocki je kljucno, da ima ucitelj vnaprej pripravljenracunalnik posebej za namen prikaza posameznih komponent (zazeleno je, da racunalnik vsebujele osnovne komponente, potrebne za razlago von Neumannovega modela; to so centralno procesnaenota, pomnilnik in vhodno-izhodni sistem). Ucitelj potem pove ucencem, da bodo na danasnjiuri najprej razstavili racunalnik, da bodo ugotovili kaj je v njegovi notranjosti, potem pa bodosami sestavili cisto pravi racunalnik. V tem trenutku lahko ucitelj pokaze racunalnik, ki ga bodoucenci v drugem delu ure sestavljali, kar sluzi kot uvodna motivacija za ucno uro.

Dejavnosti ucenca:Ucenci se usedejo vsak v svojo klop, pozdravijo ucitelja in se umirijo. Dezurni ucenec pove more-bitne manjkajoce ucence.

Ucne oblike, metode, tehnike, ucni pripomocki:Frontalna ucna oblika.Metoda razlage.Stacionarni osebni racunalnik v ohisju in Raspberry Pi v Kano ohisju.

Glavni del: obravnavanje ucne snovi in sprotno ponavljanje

Cas trajanja: 35 minut.

Vsebinski poudarki:Ucenec pozna pojme procesor, pomnilnik, vhodno-izhodni sistem.Ucenec razume nalogo posameznih komponent v racunalniku.

Dejavnosti ucitelja:Ucitelj napove temo ucne ure in naroci ucencem, da si napisejo naslov v zvezek, medtem ko samnapise naslov na tablo: Zgradba in delovanje racunalnika. Sledi razstavljanje racunalnika, za karje zazeleno, da poteka tako, da vsi ucenci vidijo notranjost racunalnika. Najbolje je, da uciteljrazporedi ucence okoli mize na kateri dela.Ucitelj najprej vprasa ucence katere sestavne dele racunalnika vidijo pred seboj. Pokaze na mo-nitor, misko, tipkovnico, tiskalnik, zvocnike, ohisje, . . . Pozornost preusmeri na vhodno-izhodnenaprave in sprozi pogovor o namenu oziroma nalogi le-teh. Na kratko se ustavi ob vsakem po-sebej (monitor: prikaz informacij, tipkovnica: vnos podatkov, . . . ), na koncu pa poskusi skupajz ucenci poiskati skupno lastnost teh naprav. To je komunikacija racunalnik-uporabnik oziromauporabnik-racunalnik. Ucitelj da sedaj tem napravam tudi formalno ime vhodno-izhodne naprave

LITERATURA 39

oziroma vhodno-izhodni sistem in razlozi, da so vhodne naprave tiste, preko katerih uporabnikpodaja podatke racunalniku, izhodne pa obratno. Ucitelj tudi vsako od naprav razvrsti glede nanjeno delovanje.

Od tu naprej se ucitelj usmeri v notranjost ohisja racunalnika. Ucitelj najprej odstrani stra-nici ohisja, da dobijo ucenci vpogled v notranjost. V notranjosti racunalnika imamo procesor(zazeleno je, da ucitelj predhodno odstrani hladilnik), bralno-pisalni pomnilnik (RAM), trdi diskin maticno plosco. Ucitelj vsako komponento posebej odstrani z maticne plosce in povprasaucence ali sploh poznajo komponento. Ucitelj naj poskusi ohraniti nizek nivo kompleksnosti poj-mov, saj gre za ucence stare 10 let. Centralno procesno enoto naj imenuje preprosto procesor(verjetno bodo nekateri ucenci ze poznali izraz). Ucitelj razlozi, da je procesor za racunalnik,kar so mozgani za cloveka. Kot zanimivost lahko pove hitrost delovanja procesorja, to je nekajgigaherzov na sekundo, kar pomeni, da lahko procesor na primer opravi nekaj milijard opravil nasekundo. Naslednji komponenti sta RAM in disk, ki sodita skupaj, saj oba spadata pod pomnil-nik. Ucitelj naj izpusti podrobnosti o tem ali je disk HDD ali SSD, saj to ni cilj te ure, pravtako naj se izogne angleskim izrazom, na primer random-access memory. Poudari naj razliko medobema pomnilnikoma. Naloga bralno-pisalnega pomnilnika ali tudi delovnega pomnilnika je, dasi zapomni programe, ki se trenutno izvajajo ter delovne podatke in rezultate. Na drugi stranije naloga trdega diska zgolj shranjevanje oziroma arhiviranje podatkov. Ucitelj naj omeni tudimaticno plosco, katere naloga je, da med seboj povezuje vse nanjo priklopljene komponente inskrbi za napajanje (v von Neumannovem modelu nima posebnega mesta).Ucitelj naj skozi celotno razlago cim vec vkljucuje ucence. Velika verjetnost je, da so za te pojmeze slisali, nekatere pa znajo morda celo s svojimi besedami opisati, zato naj ucitelj postavlja cimvec vprasanj in ucence spodbuja k diskusiji.Potem za vsako komponento ucitelj na tablo zapise njeno ime in nalogo, kar ucenci zapisejo vzvezek.

Opomba: V tem delu so izpostavljeni zgolj kljucni pojmi in vsebinski poudarki, ki jih mora uciteljpredstaviti in jih mora ucenec tekom ure usvojiti ter predlog nacina obravnave. Ucitelj si lahkovrstni red, nacin predstavitve, kompleksnost pojmov, itd. prilagodi glede na konkretno situacijo vrazredu.

Dejavnosti ucenca:Ucenci si najprej zapisejo naslov v zvezek. Potem se po navodilih ucitelja razporedijo okoli mize,pri kateri ucitelj razlaga snov. Ucenci odgovarjajo na vprasanja ucitelja, poimenujejo napravein razmisljajo o njihovi namembnosti. Preko diskusije oblikujejo ime in nalogo vhodno-izhodnihnaprav in naprave razvrstijo v ustrezno skupino.

Ucenci se vkljucujejo v diskusijo, odgovarjajo na uciteljeva vprasanja, poskusijo poimenovati po-samezne komponente in opisati njihovo delovanje s svojimi besedami. Na koncu se zapisejo snovv zvezek.

Ucne oblike, metode, tehnike, ucni pripomocki:Frontalna ucna oblika.Metode razlage, razprave, razgovora in opazovanja.Tabla, kreda/flomaster, ohisje racunalnika, procesor, pomnilnik, maticna plosca in vhodno-izhodnenaprave.

40 LITERATURA

Glavni del: samostojno delo

Cas trajanja: 35 minut.

Vsebinski poudarki:Ucenec po navodilih sestavi Kano komplet in ga pripravi za uporabo.Ucenec s svojimi besedami opise model in nalogo posameznih komponent.

Dejavnosti ucitelja:Ucitelj preusmeri pozornost na Raspberry Pi oziroma na Kano. Ucencem naroci, naj si pridejoiskat vsak svoj komplet (oziroma po dva en komplet, ce jih ni dovolj). Ucence vprasa kaj jepotrebno za delovanje racunalnika, ucenci nastejejo komponente potrebne za delovanje po vonNeumannovem modelu. Ucitelj sedaj na shemi Raspberry Pi-ja projecirani na platno (glej prilogek ucni uri) pokaze te sestavne dele. Ucencem naroci naj vzamejo Raspberry Pi-je iz kompletov insi ogledajo posamezne komponente. Ucitelj utemelji zakaj so nekatere komponente ze vgrajene vRPi (centralno procesna enota in del pomnilnika), saj so preobcutljive, da bi ucenci prosto rokovaliz njimi. Edino kar ucitelju se preostane je, da ucencem naroci naj odprejo komplete in zacnejo zdelom. Medtem hodi po razredu in nudi morebitno pomoc.

Dejavnosti ucenca:Ucenci odgovarjajo na uciteljeva vprasanja in nastejejo posamezne komponente racunalnika inopisejo njihovo delovanje. Pri tem od ucenca ne pricakujemo natancnega opisa delovanja. Dovoljje, da zna s svojimi besedami opisati kljucno nalogo posamezne komponente. Na primer za pro-cesor je dovolj, ce ga opise kot mozgane racunalnika ali kaj podobnega.Pri sestavljanju racunalnika se od ucenca pricakuje, da sledi navodilom, ki jih najde v kompletuKano (glej priloge k ucni uri). Kljucni koraki, ki jih mora narediti ucenec so:● sestaviti ohisje,● vstaviti spominsko kartico z operacijskim sistemom,● sestavi in prikljuciti zvocnik,● prikljuci zaslon, WiFi sprejemnik, tipkovnico in napajanje.Vsaka od teh tock je v knjizici podrobno opisana in graficno opremljena v vec korakih, da lahkoucenci delajo samostojno.

Ce kateri od ucencev predhodno zakljuci, lahko zazene racunalnik in se zacne spoznavati z njim.V naslednjih urah je namrec predvideno nadaljnje delo z Raspberry Pi-jem.

Ucne oblike, metode, tehnike, ucni pripomocki:Individualno delo.Metoda projekcije, metoda razgovora.Tabla, projektor, komplet Kano, knjizica z navodili za delo, Raspberry Pi.

Zakljucni del: zakljucno ponavljanje

Cas trajanja: 10 minut.

Vsebinski poudarki:Ucenec s svojimi besedami opise model in nalogo posameznih komponent.

LITERATURA 41

Dejavnosti ucitelja:Ucitelj ustno ponovi kljucne pojme, ki so jih ucenci spoznali tekom ucne ure. To so procesor,pomnilnik, maticna plosca, vhodno-izhodne naprave. Prav tako za vsako od komponent postavikaksno podvprasanje glede njenega namena oziroma naloge, ki jo opravlja v racunalniku. Nakoncu jih ucitelj povprasa o kljucnih korakih, ki so jih morali narediti pri sestavljanju racunalnika:sestavljanje ohisja, vstavljanje spominske kartice, prikljucitev zvocnika, zaslona in ostalih vhodno-izhodnih naprav.Za konec naroci naj pospravijo komplete Kano in mize, na katerih so delali.Pozdrav.

Dejavnosti ucenca:Ucenec odgovarja na vprasanja, ki jih postavlja ucitelj. Podobno kot skozi celo uro, se od ucencazahteva osnovno znanje o nalogah komponent in njihovo poimenovanje. Na koncu pozdravijo inzapustijo ucilnico.

Ucne oblike, metode, tehnike, ucni pripomocki:Frontalna oblika dela.Metoda razgovora, metoda razprave.

42 LITERATURA

Priloge k ucni uri

Slika 5.1: Shema racunalnika Raspberry Pi

Slika 5.2: Primer navodil iz knjizice za sestavljanje kompleta Kano

LITERATURA 43

Slika 5.3: Primer navodil iz knjizice za sestavljanje kompleta Kano

44 LITERATURA

Vprasalnik

Navodila: Intervju je anonimen. Preden zacnete odgovarjati na intervju vas prosim, da prebereteucno pripravo, ki jo posiljam v prilogi. Za vase sodelovanje se vam iskreno zahvaljujem.

Raspberry Pi in komplet Kano

1. Ali poznate racunalnik Raspberry Pi?

2. Se vam zdi uporaba Raspberry Pi-ja smiselna pri pouku in zakaj?

3. Ste ga morda sami ze kdaj uporabljali pri pouku?

4. Kaksen je bil odziv ucencev?

5. Ali poznate komplet Kano?

6. Se vam zdi uporaba kompleta Kano smiselna pri pouku in zakaj?

7. Ste ga morda sami ze kdaj uporabljali pri pouku?

8. Kaksen je bil odziv ucencev?

Ucna priprava in aktivnosti

1. Se vam tema zdi smiselna za obdelavo v osnovni soli?

2. Pri ucni uri je predvidena starost ucencev 10 let (4. razred). Se vam zdi starost ustrezna inzakaj?

3. Se vam zdijo ucni cilji smiselno izbrani?

4. Bi dodali/izpustili katerega od ucnih ciljev?

5. Se strinjate, da ucna ura pokriva naslednje ucne cilje:

● Ucenec pozna pojme procesor, pomnilnik, vhodno-izhodni sistem.

● Ucenec razume nalogo posameznih komponent v racunalniku.

● Ucenec pozna von Neumannov model delovanja racunalnika.

● Ucenec s svojimi besedami opise model in nalogo posameznih komponent.

● Ucenec po navodilih sestavi Kano komplet in ga pripravi za uporabo.

6. Kaj menite o tem, da v ucnem nacrtu za neobvezni izbirni predmet racunalnistvo ni pred-videna obravnava te teme, je pa deloma predvidena pri predmetu tehnika in tehnologija v8. razredu?

7. Se vam zdi ucna ura ustrezno razdeljena na didakticne etape? So casovni okviri za posameznoetapo ustrezno postavljeni? Predlagate spremembo in zakaj?

8. Menite, da so nacini doseganja ucnih ciljev ustrezno zasnovani? Predlagate spremembo inzakaj?

9. Ste mnenja, da take aktivnosti povecajo zanimanje za tematiko? Kako?

LITERATURA 45

10. Menite, da pripomocki kot je komplet Kano vplivajo na motivacijo? Kako?

11. Se vam zdijo oblike dela, metode in pripomocki ustrezni?

● Oblike

● Metode

● Pripomocki

12. Ce imate kakrsenkoli komentar, nasvet, kritiko, ali kaj podobnega, kar niste mogli napisatikot odgovor na vprasanje, lahko zapisete tu spodaj, za kar se vam se posebej zahvaljujem.