Onderzoeksverslag Programmeren - Rudolf Bekendam - Pabo ITT HU 2015

Onderzoeksverslag

Onderzoek naar de beginsituatie van bovenbouwleerlingen op het

gebied van programmeren

Opdrachtgever: Daltonschool Rijnsweerd

Opdracht: Onderzoeksverslag afstudeeronderzoek

Cursuscode: OTR4-AFS02-14

Examinatoren: Ineke Zuidema en Frits Zengerink

Student: Rudolf Bekendam 1568120

Klas: DAG 4V

Datum: 27.08.2015

Onderzoeksverslag afstudeeronderzoek Rudolf Bekendam 1568120 Pabo ITT HU 27/08/2015 2

Inhoudsopgave

SAMENVATTING 3

INLEIDING 4

DE CONTEXT 4

DE AANLEIDING EN VERLEGENHEIDSSITUATIE 4

DOEL VAN HET ONDERZOEK EN DOEL IN HET ONDERZOEK 4

VOORLOPIGE ONDERZOEKSVRAAG 4

THEORETISCH KADER & ONDERZOEKSVRAAGSTELLING 5

WAT IS PROGRAMMEREN? 5

WAAROM PROGRAMMEREN? 5

HOE PROGRAMMEREN IN HET BASISONDERWIJS? 6

HOE MEET JE PROGRAMMEREN? 8

DEFINITIEVE ONDERZOEKSVRAAG 8

ONDERZOEKSOPZET 9

DESIGN 9

DEELNEMERS 9

INSTRUMENTEN 9

PROCEDURE 11

RESULTATEN 12

VRIJE OBSERVATIES 12

PROGRAMMEERCONCEPTEN 14

CONCLUSIE EN DISCUSSIE 17

LITERATUUR 20

BIJLAGE A MATRIX PROGRAMMEERCONCEPTEN IN SCRATCH 22

BIJLAGE B IMPLICATIES VRIJE OBSERVATIES SCRATCH EN LEGO MINDSTORMS 23


Samenvatting

Aantal woorden: 204

Totaal aantal woorden in verslag: 7225

Dit onderzoek is uitgevoerd in opdracht van Daltonschool Rijnsweerd. De school wil over de

komende jaren een leerlijn programmeren opzetten. Er was onvoldoende kennis aanwezig over het

startniveau van de kinderen op het gebied van programmeervaardigheden en over de werkwijze

van kinderen tijdens het programmeren. Het doel in het onderzoek was dan ook het verkrijgen van

inzicht in de beginsituatie van de leerlingen uit de bovenbouw. De onderzoeksvraag was daarbij:

Hoe kan Daltonschool Rijnsweerd voor het vak programmeren aansluiten op de beginsituatie van

de leerlingen uit groep 5 tot en met 7 op het gebied van werkwijze en programmeerconcepten?

Om deze vraag te beantwoorden zijn vrije video-observaties gedaan van kinderen die met Scratch

en met LEGO Mindstorms werkten en zijn de programmas die de kinderen schreven beoordeeld

aan de hand van de matrix van programmeerconcepten van (Wilson, Hainey, & Connolly, 2012).

Het bleek dat alle kinderen zonder instructie ontvangen te hebben na drie programmeersessies in

staat waren simpele, maar functionele programmas te schrijven. Verder was samenwerken als

werkwijze erg populair onder de kinderen. De belangrijkste valkuil bij het werken met Scratch en

LEGO Mindstorms was dat veel van de werktijd op ging aan andere activiteiten dan

programmeren, zoals bouwen of het spelen van spelletjes.


Inleiding

De context

Op Openbare Daltonschool Rijnsweerd, Utrecht, wordt dit onderzoek naar het aanbieden van

programmeren uitgevoerd. Rijnsweerd is een basisschool waar rond de 450 leerlingen onderwijs

genieten, verdeeld over zes kleutergroepen (groep 1/2) en twee klassen voor elk vervolgjaar (Verberg,

2014). De school werkt vanuit de visie van Helen Parkhurst, wat inhoudt dat sterk uitgegaan wordt van

de zelfstandigheid en verantwoordelijkheid van leerlingen (Berends & Wolthuis, 2014).

De aanleiding en verlegenheidssituatie

Programmeren als schoolvak is anno 2014-2015 een hot topic binnen het (basis)onderwijs (NOS,

2014; NOS, 2015). Nu bekend is dat Wetenschap & Technologie in 2020 op elke basisschool terug

moet komen (NOG, 2015), heeft Rijnsweerd ervoor gekozen het vak programmeren op te willen

pakken als invulling daarvan. De school wil gebruik gaan maken van onder andere Scratch en LEGO

Mindstorms als instructie-/ oefenmateriaal. Op school is alleen onvoldoende kennis aanwezig om het

vak schoolbreed aan te kunnen bieden. Er moet duidelijkheid komen over hoe het aanbod vanuit

school vormgegeven moet gaan worden. Ter orintatie is de school al gestart met het geven van

workshops programmeren op enkele woensdagmiddagen.

Doel van het onderzoek en doel in het onderzoek

Het doel van dit onderzoek is het leggen van een basis aan kennis over het aanbieden van

programmeren en van de beginsituatie van de bovenbouwkinderen op Daltonschool Rijnsweerd.

Aansluitend op deze basis kan de school zelf beginnen met het bouwen aan een leerlijn. Het doel in

het onderzoek is het verkrijgen van inzicht in de beginsituatie van de leerlingen uit de bovenbouw van

Rijnsweerd. Uit dit onderzoek moet duidelijk worden wat programmeren precies inhoudt en waar de

aandachtspunten liggen voor het geven van instructie erin aan de leerlingen uit de groepen 5 t/m 7.

Voorlopige onderzoeksvraag

Op basis van de bovenstaande informatie is de volgende voorlopige onderzoeksvraag opgesteld:

Hoe kan Daltonschool Rijnsweerd voor het vak programmeren aansluiten op de beginsituatie van de

leerlingen uit groep 5 tot en met 7?

Uit deze vraag zijn de volgende deelvragen voortgekomen:

Wat is programmeren?

Wat is de meerwaarde van programmeren als vak in het basisonderwijs?

Hoe kan programmeren worden aangeboden in het basisonderwijs?

Hoe meet je programmeer-vaardigheden?

Wat is de beginsituatie van de leerlingen van groep 5 t/m 7?

Op deze vragen zal eerst een antwoord gezocht worden in het theoretisch kader. Uit het theoretisch

kader zal de definitieve onderzoeksvraag voortvloeien. In de methode zal beschreven worden hoe de

definitieve onderzoeksvraag en (overgebleven) deelvragen beantwoord gaan worden en hoe

resultaten verwerkt zullen worden.

Aantal woorden: 434


Theoretisch kader & onderzoeksvraagstelling

De laatste tijd is het relatief veel in het nieuws geweest: programmeren voor kinderen (NOS, 2014;

NOS, 2015). Onder andere Neelie Kroes en De Stichting CodeUur zijn druk bezig het vak

programmeren op alle basisscholen te krijgen. Maar wat is programmeren precies? Waarom moeten

basisscholen in Nederland ermee aan de slag? Hoe kunnen basisscholen ermee aan de slag? En hoe

kun je programmeer-vaardigheden meten? Dit zijn vragen waar in dit stuk antwoorden op zullen

worden geformuleerd aan de hand van actuele (wetenschappelijke) literatuur. Uit deze antwoorden zal

uiteindelijk de definitieve onderzoeksvraag voortkomen.


In Van Dale (2005) wordt programmeren gedefinieerd als: Het schrijven van een

computerprogramma, in Prisma (2009) als: Een programma schrijven voor de computer, dat bestaat

uit een aantal opdrachten die de computer na elkaar uitvoert. In de meest simpele vorm komt dit neer

op het vertellen aan een computer wanneer deze het n moet doen en wanneer het ander. In de

praktijk kan programmeren complexer zijn en ook de definitie van programmeren als vaardigheid moet

daarom uitgebreider beschreven worden dan alleen als het geven van een volgorde aan opdrachten

voor een computer.

Blackwell (2002) stelde zichzelf de vraag vanaf welk punt iemand oprecht een programmeur te

noemen is. Hierop formuleerde hij drie verschillende antwoorden. Het eerste hield in dat elke

computergebruiker zich een programmeur mag noemen. Volgens het tweede antwoord is

programmeren het gebruik maken van programmeertaal en abstracte notatie om een taak uitgevoerd

te krijgen.

Het derde antwoord gaat ervan uit dat we programmeervaardigheid niet kunnen beoordelen op de

complexiteit van de taak, maar op de complexiteit van de cognitieve tools die de persoon kan

gebruiken om het probleem op te lossen. Bij dit antwoord wordt programmeren als meer gezien dan

alleen het gebruiken van computers of programmeertaal, maar dat het gaat om de mindset en de

manier van denken die bij programmeren hoort.

Voor dit onderzoek zal de derde definitie van Blackwell (2002) aangehouden worden. Dit omdat

programmeren op de basisschool voornamelijk bestaat uit het aanleren van de manier van denken die

erbij komt kijken, waarbij ook unplugged leeractiviteiten ofwel zonder elektronica onder

programmeren worden gerekend. Programmeren gaat om meer dan alleen het aanleren van

programmeertaal. Met de term programmeren zal vanaf nu in dit onderzoeksverslag dus geduid

worden op de bredere definitie van het woord.

Waarom programmeren?

De kinderen van nu kennen haast geen ander leven dan een leven waarin schermen televisie,

computers, tablets en smartphones een centrale rol spelen. Ze groeien ermee op en zullen er later

ook veel mee moeten werken (Kohnstamm, 2009). Omdat computers zon grote rol spelen in het

dagelijks leven is het belangrijk dat kinderen leren denken in computertaal. Ook uit het visiestuk

mediawijsheid van het kabinet van 2008 blijkt dat vanuit Den Haag langzaam de druk op basisscholen

opgevoerd gaat worden om kinderen op te leiden tot mediawijze individuen (Plasterk & Rouvoet,

2008).

Uit de praktijk blijkt dat kinderen een natuurlijke aanleg hebben voor programmeren. In het onderzoek

van Wilson, Hainey & Connolly (2012) kregen kinderen tussen de acht en elf jaar ongeveer vier weken

les in programmeren, waarna ze vrije ruimte kregen om te programmeren wat ze wilden. Aan het eind

van het project bleken de kinderen voor 60% functionele spellen te hebben gebouwd, waarbij minder

functionele spellen vaak slechts kleine fouten in de scripts bevatten. Daarnaast blijkt dat bij het

programmeren vele verschillende (cognitieve) vaardigheden worden geoefend (Calder, 2010). Bij het

programmeren (aan de hand van Scratch) wordt een beroep gedaan op het conceptueel denken,


algemene rekenkundige vaardigheden zoals omgaan met cijfers, verhoudingen, hoeken, kansen et

cetera en verrassend genoeg sociale vaardigheden (Scaffidi & Chambers, 2012). Door

samenwerking, uitwisseling en het bekijken van elkaars werk bleken de meeste basisschool kinderen

in programmeren een goede ingang te vinden voor sociale interactie met elkaar.

Een van de meest aan programmeren gelinkte vaardigheden blijft toch probleemoplossend vermogen

(Kynogis, 1992; Kalelioglu & Glbahar, 2014). Hoewel kinderen zelf hun probleemoplossende

vaardigheden onderschatten (Kalelioglu & Glbahar, 2014), blijkt uit het onderzoek van Dekhane, Xu

en Tsoi (2014) dat het programmeren van games en apps significant bijdraagt aan

probleemoplossende vaardigheden en het logisch denken.

In alle bovengenoemde onderzoeken werkten kinderen met simpelere vormen van programmeren,

zoals te vinden in Scratch en LEGO Mindstorms, waar later in dit theoretisch kader verder op in zal

worden gegaan. Een vraag die gesteld kan worden over het werken met dit soort programmas is of

kinderen dan wel daadwerkelijk leren programmeren met deze programmas. Het antwoord daarop is:

ja (Xinogalos, 2012). Het blijkt dat het werken met platforms als Scratch en LEGO Mindstorms

significant bijdraagt aan de programmeervaardigheden. Zo leerde Nagyov (2014) haar studenten

JAVA-scripts schrijven aan de hand van LEGO Mindstorms. Het bleek dat de principes van LEGO

Mindstorms de studenten hielpen met het sneller oplossen van problemen waar ze tegenaan liepen bij

het programmeren met JAVA.

Logisch denken en probleemoplossend vermogen blijken belangrijke eigenschappen te gaan worden

in deze tijd (Voogt & Roblin, 2012). De belangrijkste 21st Century skills blijken samenwerken,

communiceren, ICT geletterdheid, sociale vaardigheden, creativiteit, kritisch denken, productiviteit en

probleemoplossend vermogen te zijn, zo beargumenteren Voogt en Roblin (2012) in hun

literatuurstudie naar verschillende internationale 21st Century Skills-modellen. Wanneer deze

vaardigheden naast programmeervaardigheden worden gehouden, is te zien dat deze veel

gelijkenissen vertonen. Mede daarom pleiten Lamb en Johnson (2011) ervoor programmeren te

gebruiken als ingang naar begrip van computers en ICT, wat kinderen helpt bij het klaarstomen voor

de maatschappij anno de 21ste

eeuw.

De visie van Helen Parkhurst de grondlegger van het daltononderwijs was het opleiden van

kinderen in de manier van samenleven zoals dat in de maatschappij gebeurt (Berends & Wolthuis,

2014). Dit uit zich in de daltonkernwaarden samenwerken, vrijheid, zelfstandigheid, doelmatigheid,

reflectie en borging en in het, als daltonschool, regelmatig nagaan van maatschappelijke

ontwikkelingen en bedenken hoe het onderwijs zich daarop aan moet passen. Samenvattend lijkt het

voor Daltonschool Rijnsweerd een uitermate verstandige keuze om met programmeren aan de slag te

gaan.

Hoe programmeren in het basisonderwijs?

Zoals eerder is besproken is programmeren niet alleen het leren en gebruiken van programmeertaal

zoals Javascript. Programmeren is het begrijpen en kunnen toepassen van concepten die terug

komen in het professionele programmeren aan de hand van programmeertaal (Blackwell, 2002). Het

gebruiken van programmeertaal vereist een goede Engelse taalkennis en is door kans op typfouten

complexer dan het gebruik van voorgeprogrammeerde opdrachten, zoals die terug te vinden zijn in

programming microworlds (Xinogalos, 2012). Een microworld is in dit geval een afgebakende digitale

leeromgeving, waarbinnen met programmeerconcepten kan worden geoefend. De twee op Rijnsweerd

gebruikte microworlds Scratch en LEGO Mindstorms zullen hieronder verder uitgewerkt worden.

De afgelopen paar jaar is veel onderzoek gedaan naar Scratch in de context van leren

programmeren (Kalelioglu & Glbahar, 2014). Er zou gesteld kunnen worden dat Scratch op dit

moment een hot item is. Maar wat is Scratch precies?

Scratch is een gratis online platform, ontworpen door MIT Media Lab voor kinderen tussen de acht en

zestien jaar om creatief te leren denken, systematisch te leren redeneren en samen te werken

(Lifelong Kindergarten Group, 2015). In Scratch kunnen spellen, simulaties, animaties en dergelijke


gemaakt worden door te programmeren aan de hand van opdrachtblokjes die aan elkaar gelinkt

worden om samen een programmeerscript te vormen. Kinderen kunnen hierdoor programmeren

zonder daarvoor programmeertaal te hoeven gebruiken, maar moeten nog steeds logisch denken om

de opdrachten op zon manier te linken dat het programma doet wat zij willen dat het doet. Doordat

Scratch veel verschillende soorten opdrachtblokjes kent kunnen complexe spellen erin gebouwd

worden, terwijl het nog steeds een laag instapniveau heeft (Lamb & Johnson, 2011). Een ander

voordeel van Scratch is dat alle projecten, die erop worden gemaakt, deelbaar zijn met de hele wereld

en dat de scripts van alle openbare projecten in te zien zijn door andere gebruikers, waardoor van

elkaar geleerd kan worden. Een nadeel van Scratch is dat alles zich op het scherm van de computer

afspeelt en geen vertaling plaatsvindt naar tastbare taken die uitgevoerd worden in het hier en nu,

zoals bij LEGO Mindstorms wel gebeurt (Romero, 2010).

Kordaki (2012) beschrijft in haar onderzoek elf verschillende manieren van werken die binnen Scratch

mogelijk zijn, namelijk: (1) vrije creatieve activiteiten, (2) oplossen van specifieke problemen, (3) taken

met meerdere oplossingen, (4) experimenteren met bestaande Scratch-projecten, (5) bestaande

Scratch-projecten aanpassen, (6) werken aan een complete Scratch-output en een correcte maar

incompleet stuk code daaruit, (7) werken aan een complete Scratch-output en een gemixt stuk code

daaruit, (8) werken met een complete Scratch-output en een incorrect stuk code daaruit, (9) het

voorspellen van de output van een correct stuk code, (10) Black box-activiteiten en (11) coperatieve

leeractiviteiten.

Wellicht n van de oudste en langstlopende programmeerplatforms voor kinderen is LEGO

Mindstorms (Romero, 2010). Er is veel leesmateriaal beschikbaar voor gebruikers om ideen uit te

halen en uitleg te krijgen over functies binnen het platform.

LEGO Mindstorms bestaat uit een klein computertje wat in te bouwen is in LEGO Technic (Bishop,

2008). Op dit computertje zijn sensoren, motortjes, robotarmen enzovoorts aan te sluiten, waarna

programmas geschreven kunnen worden, in het computertje, om de gebouwde LEGO-robot

opdrachten uit te laten voeren. Het programmeren zelf bestaat, net als bij Scratch, uit het koppelen

van opdrachtblokjes in een logische volgorde en kunnen zo complex gemaakt worden als de gebruiker

wil en aankan. LEGO Mindstorms heeft een iets hoger instapniveau vergeleken met Scratch, maar

kan ook vrij snel opgepikt worden door een beginnend programmeur (Kim, Suwon, & Jeon, 2007).

Wat LEGO Mindstorms voor kinderen leuk maakt is het tastbare (en duurzame) LEGO-materiaal

(Romero, 2010). De robot voert concrete opdrachten uit die in eerste instantie abstract in een

programma stonden. Omdat LEGO Mindstorms tastbaar is, zijn weer hele andere functies beschikbaar

die Scratch niet kan uitvoeren, alhoewel dit andersom uiteraard ook geldt. De tastbaarheid van LEGO

Mindstorms is een voordeel, maar is tegelijk een zwakte. Het materiaal is niet goedkoop, onderdelen

kunnen kwijt raken en programmas kunnen minder gemakkelijk met anderen gedeeld worden dan bij

Scratch. Voor het leren programmeren kunnen bij LEGO Mindstorms dezelfde elf werkvormen gebruikt

worden van Kordaki (2012), zoals hierboven beschreven.

Wanneer een school eenmaal met Scratch en of LEGO Mindstorms aan de slag is, hoe leer je

kinderen dan programmeren? Guzdial et al. (2015) suggereren dat beginnende programmeurs vooral

veel instructie moeten hebben. Constructivisme bij probleemoplossingstaken werkt niet, omdat eerst

de principes duidelijk moeten zijn voor leerlingen, voordat deze zelf kunnen uitproberen. Dit idee wordt

kracht bijgezet door het onderzoek van Kirschner, Sweller en Clark (2006) die stellen dat ontdekkend

leren pas kan wanneer een sterke basis is gelegd. Het blijkt dat beginnende leerlingen significant

sneller leren en op een hoger niveau begrip komen wanneer eerst uitgebreide instructie wordt

gegeven, dan wanneer deze zelf oefenen met de te leren stof. Voor programmeren zou dus ook eerst

instructie moeten worden gegeven, voordat kinderen wat meer op de vrije loop gelaten kunnen

worden.

Verder blijkt samenwerkend programmeren pair programming de kwaliteit van programmas en het

individuele begrip van leerlingen sterk te bevorderen (McDowell, Werner, Bullock, & Fernald, 2006). Al

lijken tweetallen wat langzamer te werken (Lewis, 2011), het samenwerken bij het programmeren blijkt

een positief effect te hebben op de complexiteit van de programmas. Verder helpt pair programming


bij het vergroten van het begrip van zwakkere programmeurs en van het zelfvertrouwen van meisjes

(Maguire, Maguire , Hyland, & Marshall, 2014).

Hoe meet je programmeren?

In hun onderzoek naar effectiviteit van lessen programmeren hebben Wilson, Hainey en Connolly

(2012) een model/ matrix opgesteld om de complexiteit en kwaliteit van programmas in Scratch te

beoordelen. Hiervoor hebben ze modellen en programmeerconcepten van Rusk (2009) en Denner,

Werner en Ortiz (2011) samengevoegd. De uiteindelijke matrix werkt als een checklist, waarbij voor

elk programmeerconcept een score wordt gegeven om de complexiteit te kunnen waarderen. In deze

matrix (Wilson, Hainey, & Connolly, 2012) zijn de volgende schalen/ concepten opgenomen: volgorde,

herhalingen, variabelen, conditionele opgaves, lijsten, threads (parallel geschakelde onafhankelijke

scripts), cordinatie en synchronisatie, toetsenbord input, willekeurige getallen, Booleaanse logica

(een serie bewerkingen waarbij een uitspraak alleen juist (1) of onjuist (0) kan zijn (Fairhead, 2015)),

dynamische interactie, gebruikers interface ontwerp, geen overbodige blokken, sprite-namen, namen

variabelen, functionaliteit, doelmatigheid, aangepaste sprites, aangepaste etappe, duidelijke

instructies en originaliteit. Aan de hand van deze variabelen zou gekeken kunnen worden hoe

complex een spel in Scratch is en dus hoe ver een leerling is in het proces van programmeren. De

volledige matrix van Wilson, Hainey en Connoly (2012) - met uitleg van alle concepten - is terug te

vinden in bijlage A.

Definitieve onderzoeksvraag

In dit stuk is een antwoord geformuleerd op de deelvragen:


Wat is de meerwaarde van programmeren als vak in het basisonderwijs?

Hoe kan programmeren worden aangeboden in het basisonderwijs?

Hoe meet je programmeer-vaardigheden?

Verder is duidelijk geworden dat programmeerconcepten een manier vormen voor het meten van

programmeervaardigheid en dat de manier van werken een belangrijke rol speelt bij het aanleren van

programmeren. Om deze redenen is de definitieve onderzoeksvraag geworden: Hoe kan

Daltonschool Rijnsweerd voor het vak programmeren aansluiten op de beginsituatie van de leerlingen

uit groep 5 tot en met 7 op het gebied van werkwijze en programmeerconcepten?

De overgebleven, onbeantwoorde deelvraag: Wat is de beginsituatie van de leerlingen van groep 5

t/m 7? is voor de verdere verloop van dit onderzoek opgesplitst in de deelvragen:

Tegen welke obstakels lopen de kinderen van groep 5 t/m 7 aan bij het zelfstandig programmeren?

Welke programmeerconcepten beheersen de kinderen van groep 5 t/m 7 het best en welke het minst?

Aantal woorden: 2241


Onderzoeksopzet

In het volgende stuk zal beschreven worden hoe een antwoord gevonden gaat worden op de twee

deelvragen die zijn voortgekomen uit het theoretisch kader:

Tegen welke obstakels lopen de kinderen van groep 5 t/m 7 aan bij het zelfstandig programmeren?

Welke programmeerconcepten beheersen de kinderen van groep 5 t/m 7 het best en welke het minst?

Eerst zal uitgelegd worden welke vorm het onderzoek zal krijgen, welke doelgroep onderzocht zal

worden en hoe te werk zal worden gegaan tijdens het onderzoek. Hierbij zal uitgelegd worden welke

instrumenten gebruikt worden in het onderzoek, daarna hoe het onderzoek aan de hand van die

instrumenten precies uitgevoerd zal worden.

Design

Voor het onderzoeken van de vraag: Hoe gaan de kinderen uit groep 5 tot en met 7 van Daltonschool

Rijnsweerd te werk bij het leren van de basis van het programmeren met Scratch en LEGO

Mindstorms? is gekozen voor een interpretatief onderzoek (Harinck, 2010). Hierbij gaat geprobeerd

worden een beeld te krijgen/ nulmeting te doen van de manier van werken en het niveau van

leerlingen uit de bovenbouw van Rijnsweerd. Hiervoor gaat gebruik gemaakt worden van vrije

observatie van het samenwerkend programmeren van de leerlingen uit groep 5, 6 en 7 en gaat werk

van de leerlingen geanalyseerd worden op gebruikte programmeerconcepten. De resultaten die hieruit

komen moeten de kennisbasis gaan vormen voor Rijnsweerd om zelf een leerlijn uit op te bouwen.

Deelnemers

De school is zelf al bezig met het aanbieden van programmeren aan genteresseerde kinderen van

groep 5 t/m 7. Een groep van (N=)21 kinderen krijgt op enkele woensdagmiddagen workshops

programmeren. Hiervan zitten negen kinderen in groep 5, zes kinderen in groep 6 en zes in groep 7.

Door de school is gekozen voor het niet mee laten doen van groep 8, omdat deze kinderen binnen

enkele maanden van school zouden gaan en dus maar weinig kennis uit de workshops mee zouden

kunnen geven aan jongere leerlingen.

De leeftijden van de leerlingen liggen tussen de acht en elf jaar. Vrijwel geen van alle kinderen heeft

ervaring met programmeren van tevoren. Al hebben enkele kinderen zelf LEGO Mindstorms thuis en

zijn sommige kinderen bekend met het bestaan van Scratch, maar is hier nog weinig mee gedaan. De

kinderen die meedoen aan de workshops hebben zich hiervoor aangemeld en er kan vanuit gegaan

worden dat deze kinderen dus een interesse hebben naar programmeren.

Instrumenten

Daltonschool Rijnsweerd wil graag een algemeen beeld van de programmeervaardigheden van de

kinderen op school. Om het onderzoek breed te houden is gekozen voor een vrije observatie. Het

voordeel hiervan is dat naar vele aspecten gekeken kan worden, maar een nadeel is dat de observant

hierdoor wellicht te weinig houvast heeft (Harinck, 2010). Omdat een breed beeld verkregen moet

worden zal voor het beantwoorden van de deelvraag: Tegen welke obstakels lopen de kinderen van

groep 5 t/m 7 aan bij het zelfstandig programmeren? gebruik gemaakt worden van het vrije

observatieformulier (tabel 1) en wordt dit gezien als een valide onderzoeksinstrument. Deze tabel is

afkomstig uit Harinck (2010) en is bedoeld om meer structuur te geven aan een vrije observatie. Het

idee is het doen van periodieke meting, waarbij opvallendheden eerst objectief worden genoteerd en

daarna de vernomen implicaties wat het gedrag of de situatie betekent. Op deze manier is de

observatie breed, maar is er houvast voor het verwerken van de resultaten.


Tabel 1

Formulier Vrije Observatie

Periode Wie? Setting Wat gebeurt er? Implicaties

In het formulier zullen de tijden genoteerd worden waarbinnen gekeken is. Kinderen zullen

geanonimiseerd worden aan de hand van een code, bestaande uit een cijfer voor het schooljaar en

een letter voor de aanduiding van het specifieke kind bijvoorbeeld Kind 6A of Kind 5C. Onder de

setting wordt besproken, waar de kinderen mee bezig zijn en of er begeleiding plaats vindt. Bij het

kopje Wat gebeurt er? wordt de situatie zo objectief mogelijk beschreven. Ten slotte zal onder het

kopje Implicaties aangegeven worden wat volgens de observant de betekenis is van de beschreven

situatie.

Tabel 2

Formulier Programmeerconcepten

Programmeerconcepten Aanwezig

in project?

Volgorde De blokken zijn in een logische volgorde neergezet om het

programma correct te laten werken.

Herhalingen Het gebruik van herhaal-blokken

Variabelen Het gebruik van variabelen

Conditionele

opgaves

Het gebruik van als-dan-blokken en als-dan-anders-blokken

Lijsten Het gebruik van lijsten

Threads Het gebruik van meerdere parallelle scripts

Cordinatie en

synchronisatie

Gebruik van blokken als wacht-, zend-, raak ik-blokken

Toetsenbord input Toetsen op het toetsenbord hebben een effect in het project

Willekeurige

getallen

Het gebruik van de functie willekeurig getal

Booleaanse logica Het gebruik van en- en of-poorten

Dynamische

interactie

Het gebruik van de x- en y-cordinaten en volume als

interactiemiddel

Gebruikers

interface ontwerp

In het project kan interactie plaats vinden door met de muis te

klikken op knoppen of specifieke plekken

Geen overbodige

blokken

Er staan geen overbodige blokken in de scripts

Sprite-namen De sprites hebben handige namen gekregen

Namen variabelen De variabelen hebben handige namen gekregen

Functionaliteit Het project start wanneer op de startknop wordt gedrukt

Doelmatigheid In het spel is een duidelijk doel aanwezig

Aangepaste sprites Een of meerdere sprites zijn aangepast in voorkomen

Aangepaste etappe Het project bevat etappes en wisselt op het juiste moment tussen

deze etappes

Duidelijke

instructies

Er zijn instructies toegevoegd over het gebruik van het project

Originaliteit Het project is geheel of gedeeltelijk zelf bedacht


Voor het beantwoorden van de deelvraag: Welke programmeerconcepten beheersen de kinderen van

groep 5 t/m 7 het best en welke het minst? zal gebruik gemaakt worden van een vertaalde versie van

de matrix van (Wilson, Hainey, & Connolly, 2012) (bijlage A). Het observatieformulier wat is gemaakt

aan de hand van deze matrix is te zien in tabel 2.

In het formulier kan per project aangegeven worden hoe complex dit project is en welke

programmeerconcepten door de leerlingen gebruikt zijn. In het onderzoek van Wilson, Hainey en

Connolly (2012) bleek de matrix een goede, volledige en betrouwbare checklist voor het beoordelen

van projecten. Om deze reden wordt de vertaalde versie uit tabel 2 gezien als betrouwbaar en valide.

Procedure

Op Daltonschool Rijnsweerd worden over de periode van april tot en met juni programmeerlessen

aangeboden op de woensdagmiddag. Voor dit onderzoek zullen bij de volgende vier bijeenkomsten

kinderen gefilmd worden bij het werken met LEGO Mindstorms en Scratch. Hierbij werken de

leerlingen in tweetallen, zodat overleg plaatsvindt en ideen uitgesproken worden. De leerlingen

mogen bij andere groepjes kijken en met andere groepen ideen uitwisselen. Verder zullen

begeleiders rondlopen en af en toe kinderen helpen. Deze begeleiding mag ook plaats vinden tijdens

het filmen van een tweetal.

Steeds zal een tweetal rond de tien minuten gefilmd worden voordat een ander groepje gevolgd zal

worden. Hierbij zal de observant tijdens het filmen niet communiceren met de kinderen (die gefilmd

worden).

Nadat de vier workshops zijn geweest zullen de video-opnames teruggekeken worden. Bij het

terugkijken zal het vrije observatieformulier (tabel 1) gebruikt worden. Hierbij zal minimaal elke twee

minuten een situatiebeschrijving worden genoteerd in het formulier. Nadat alle videofragmenten

teruggekeken zijn zal gekeken worden wat de algemene strekking is van de implicaties. Deze

implicaties zullen samengevat worden in de conclusie van dit onderzoeksverslag. Hiermee wordt

gedoeld op het duidelijk krijgen van de werkwijze en obstakels bij het programmeren van de leerlingen

op Rijnsweerd en daarmee het beantwoorden van de deelvraag: Tegen welke obstakels lopen de

kinderen van groep 5 t/m 7 aan bij het zelfstandig programmeren?

Naast de werkwijze van de kinderen zal ook gekeken worden naar de complexiteit van

programmeerprojecten. Hiervoor zal na elke bijeenkomst naar het gemaakte werk van de leerlingen

gekeken worden, zowel de projecten van Scratch als van LEGO Mindstorms. Aan de hand van het

formulier programmeerconcepten (tabel 2) zal elk project beoordeeld worden.

Na de vier workshops zullen alle formulieren naast elkaar gehouden worden en zal gekeken worden

naar de frequentie van alle programmeerconcepten. In de conclusie zal een samenvatting worden

gegeven van de meest voorkomende concepten en van de minst voorkomende. Hiermee wordt

gedoeld op het duidelijk krijgen van het instapniveau van de kinderen en dus het beantwoorden van

de deelvraag: Welke programmeerconcepten beheersen de kinderen van groep 5 t/m 7 het best en

welke het minst?



Resultaten

In de periode van een paar weken zijn de observaties uitgevoerd en is het programmeerwerk van

leerlingen bekeken en beoordeeld. Van de vier geplande workshop-bijeenkomsten op Rijnsweerd is

n komen te vervallen, waardoor drie in plaats van vier keer is geobserveerd. Daarnaast is in een

van die drie bijeenkomsten niet met LEGO Mindstorms gewerkt, waardoor van Mindstorms minder

data is verzameld dan van Scratch.

In het volgende stuk zullen per deelvraag de resultaten van Scratch en LEGO Mindstorms besproken

worden, waarna in het hoofdstuk Conclusie en discussie implicaties van deze resultaten en een

advies aan school zullen worden opgesteld.

Vrije observaties

Voor het beantwoorden van de deelvraag: Tegen welke obstakels lopen de kinderen van groep 5 t/m

7 aan bij het zelfstandig programmeren?, is gebruik gemaakt van vrije video-observatie. Tijdens het

filmen is besloten iets af te wijken van de eerder bedachte procedure (zie Onderzoeksopzet) door de

groepjes korter te filmen, waardoor meer verschillende groepen geobserveerd konden worden per

bijeenkomst. Na het filmen zijn alle fragmenten geanalyseerd aan de hand van het Formulier vrije

observatie (zie Onderzoeksopzet). In dit formulier werd elke actie in de videobeelden objectief in

woorden beschreven (getranscribeerd), met daarbij aangegeven wat de beginsituatie was, wie

betrokken waren en wat de tijdsduur van elke gebeurtenis was. Naar aanleiding van alle

gebeurtenissen werd per videofragment een implicatie geformuleerd. Dit was een meer subjectieve

interpretatie van de objectieve beschrijvingen.

Nadat al het materiaal was getranscribeerd/ verwerkt, zijn alle implicaties in n document gezet. Uit

de implicaties zijn themas naar voren gekomen die vervolgens met kleuren zijn gelabeld. In totaal zijn

uiteindelijk dertien labels opgesteld naar aanleiding van de implicaties. Vier hiervan waren gericht op

de manier van hulp zoeken die kinderen gebruikten: elkaar (samenwerking), andere spellen of

programmas (voorbeelden zoeken), de leerkrachten (begeleider zoeken) of een handleiding

raadplegen (handleiding). Daarnaast zijn twee labels ontstaan over het doorzettingsvermogen van

leerlingen: het kind zoekt actief naar oplossingen en blijft langere tijd zoeken (doorzetten) en het kind

geeft na korte tijd het zoeken naar een oplossing op en richt zijn/ haar aandacht op iets anders

(opgeven). Ook zijn drie labels opgesteld over andere opvallendheden tijdens het werken van de

kinderen: het project waar het kind mee bezig was is te complex voor hem of haar (te complex), het

kind is niet aan het programmeren maar met een andere activiteit bezig (niet programmeren) en

begeleiders die kinderen vrijwel uitsluitend hielpen door te vertellen wat ze moesten doen om hun

probleem op te lossen of zelfs de computer overnamen en zelf een gedeelte programmeerden

(begeleider doet al het werk). Tot slot zijn vier labels ontstaan over de onderwerpen die voor kinderen

interessant zijn: het kind is geluiden aan het bewerken (geluidsbewerking), het kind is met de opmaak

van sprites of achtergrond bezig (lay-out), het kind is een verhaal of dialoog aan het programmeren

(verhaal) en het kind is een spel aan het programmeren (spel). In bijlage B zijn alle implicaties van

Scratch en LEGO Mindstorms met kleurenlabels terug te vinden.

In het volgende stuk zal voor Scratch en LEGO Mindstorms per meetmoment kort worden toegelicht

welke themas terug gezien werden in de observatievideos.

Scratch

Voor Scratch zijn uiteindelijk 28 observatievideos verwerkt van twee tot zes minuten. In figuur 1 is de

frequentie van de labels te vinden, zoals die gekoppeld zijn aan de implicaties van de observaties van

Scratch. Vervolgens zal een beschrijving worden gegeven bij de labels met een frequentie gelijk aan

of hoger dan 4


Figuur 1. Frequentie van de labels in de implicaties van Scratch.

De themas die bij de observaties van Scratch met enige regelmaat terug kwamen waren

samenwerking, doorzetten, te complex, niet programmeren, begeleider doet al het werk en lay-

out.

Hoewel samenwerking slechts vier keer is gelabeld, in de vorm van hulp zoeken bij medeleerlingen, is

het veel vaker gezien. In vrijwel elk fragment was er een vorm van samenwerking tussen leerlingen te

zien - varirend van alleen elkaars projecten bekijken tot hulp vragen/ geven aan elkaar of volledig

samen projecten in elkaar zetten.

Wat vaak voorkwam tijdens de observaties, was dat kinderen Scratch voor iets anders gebruikten dan

voor programmeren. Wanneer dit het geval was waren kinderen het vaakst andere spelletjes op

Scratch aan het spelen, zonder daarbij te kijken naar de binnenkant van het spel. Ook gebruikten

kinderen Scratch soms minuten lang uitsluitend als sociaal medium door bezig te zijn met likes en

reacties plaatsen en terug lezen. Opvallend hieraan was dat wanneer ook de kinderen die regelmatig

niet aan het programmeren waren op Scratch wel gingen programmeren, dat ze dan vaak niet stopten

wanneer ze problemen tegenkwamen, maar meerdere verschillende oplossingen zochten en

uitprobeerden. Voor alle kinderen gelde dat ze doorzetten wanneer ze aan het programmeren waren.

De meeste kinderen bleken volledig eigen spellen te maken, maar sommigen maakten gebruik van de

remix-functie van Scratch. Dit resulteerde er, voor de geobserveerde situaties, elke keer in dat

kinderen een te complex spel wilden remixen. Ze kregen dan te maken met erg uitgebreide scripts en

functies, waar ze zich moeilijk een weg in konden vinden. De kinderen die op deze manier te werk

gingen liepen uiteindelijk allemaal vast en het lukte ze niet het spel te laten doen wat ze wilden dat het

spel zou doen.

Wat verder opviel buiten het gedrag van de kinderen was de manier van begeleiden van veel van de

leerkrachten. Veel begeleiding gebeurde uitsluitend door direct te vertellen wat kinderen moesten

doen of door (tijdelijk) de computer over te nemen en zelf het werk te doen.

Vrijwel alle kinderen bleken in de observaties veel bezig te zijn met de lay-out van hun project. In iets

minder dan de helft van de videofragmenten zijn kinderen bezig met de opmaak van sprites of de

achtergrond in ruim 60%, wanneer het bewerken van geluidsfragmenten onder lay-out wordt

gerekend.

012345678

Frequentie labels Scratch


LEGO Mindstorms

In de eerste en derde bijeenkomst waarin geobserveerd werd, is veel met LEGO Mindstorms gewerkt

- in de tweede bijeenkomst helemaal niet. Toch is voldoende materiaal verzameld om iets te kunnen

zeggen over de manier van werken van kinderen bij LEGO Mindstorms. De frequentie van de labels is

terug te vinden in figuur 2.

Figuur 2. Frequentie van de labels in de implicaties van LEGO Mindstorms.

De themas die bij de observaties van Mindstorms voornamelijk naar voren kwamen waren

samenwerking en andere activiteiten dan programmeren. Tijdens vrijwel geen van alle observaties van

Mindstoms waren kinderen zelf aan het programmeren. In ruim 85% van de observaties waren

kinderen aan het bouwen aan een robot aan de hand van een handleiding, in de rest van de

observaties waren kinderen aan het spelen met reeds geprogrammeerde robots, maar zelf geen

nieuwe programmas aan het schrijven. Wat opvallend was aan de kinderen die aan het bouwen

waren met Mindstorms, was dat deze kinderen weinig werden afgeleid door andere prikkels tijdens de

observaties. Tijdens het bouwen waren de kinderen vaak hoofdzakelijk bezig met het bouwen en

hadden geen tot weinig aandacht voor andere zaken.

Tot slot kwam samenwerking veel voor bij LEGO Mindstorms. Dit viel te verklaren doordat kinderen

ook samen wilden werken, maar voornamelijk door het beperkt aantal beschikbare materialen. Niet

iedereen kon zomaar aan de slag omdat er een beperkt aantal sets met materiaal was.

Programmeerconcepten

Voor het beantwoorden van de deelvraag: Welke programmeerconcepten beheersen de kinderen van

groep 5 t/m 7 het best en welke het minst?, zijn in totaal 25 Scratch-projecten bekeken van de

leerlingen uit alle klassen. Uiteindelijk konden geen projecten in LEGO Mindstorms geanalyseerd

worden, omdat tijdens de onderzoeksperiode niet daadwerkelijk met LEGO Mindstorms is

geprogrammeerd door de kinderen.

Voor het verkrijgen van de resultaten op dit onderdeel zijn alle Scratch-projecten van de leerlingen

beoordeeld aan de hand van tabel 2 uit de onderzoeksopzet. Het overzicht van deze resultaten is

weergeven in figuur 3. Hieronder zullen alle onderdelen kort toegelicht worden in drie categorien:

meest beheerste concepten, gemengd beheerste concepten en minst beheerste concepten.

0

2

4

6

8

10

12

14

Frequentie labels LEGO Mindstorms


Figuur 3. Frequentie van programmeerconcepten gevonden in de Scratch-projecten per jaargroep.

Meest beheerste concepten

Onder de meest beheerste concepten (alle groepen halen een frequentie hoger dan vier) vallen:

threads, toetsenbord input, functionaliteit en originaliteit.

De concepten threads (meerdere scripts in n project) en toetsenbord input gingen redelijk hand in

hand in voorkomen, aangezien veel projecten toetsenbord-toetsen gebruikten, waarbij voor elke toets

een nieuw script werd gemaakt. Verder waren vrijwel alle projecten goed functioneel en origineel,

werkte wat er moest werken en waren weinig projecten direct nagemaakt van andere.

Gemengd beheerste concepten

Onder de gemengd beheerste concepten (een aantal groepen halen een frequentie hoger dan vier,

andere vier of lager) vallen: volgorde, herhalingen, conditionele opgaves, cordinatie en

synchronisatie, geen overbodige blokken, sprite-namen en doelmatigheid.

Wat allereerst opvallend is aan deze categorien is dat over het algemeen beter wordt gescoord door

lagere klassen dan hogere klassen. Zo haalden groep 5 en 6 respectievelijk gemiddeld 7,75 en 8

punten voor hun projecten op een schaal van 21 als maximum per project en haalde groep zeven

gemiddeld een 6,75. Dit is grotendeels te verklaren door de manier van werken van de verschillende

groepen. In de projecten van groep 7 is veelal gewerkt met vele verschillende scripts, waardoor een

hoge score op threads is gehaald, maar niet op concepten als volgorde, herhalingen, conditionele

opgaves (gebruik van als-danblokken) en cordinatie en synchronisatie (gebruik van wachtblokken).

Bij de verhaal-projecten werd door de kinderen van groep 7 bijvoorbeeld vaak een programma

geschreven, waarbij steeds een andere toets moest worden ingedrukt om het verhaal verder te laten

gaan. Elke toets kreeg dan een los script, in plaats van dat een paar langere scripts werden

geschreven, waarbij gebruik werd gemaakt van herhaal- en wachtblokken, zoals veel kinderen van

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Frequentie programmeerconcepten per jaargroep

Groep 5 Groep 6 Groep 7


groep 5 en 6 wel deden. Een andere bijwerking was dat de programmas van de kinderen van groep 7

vaak minder overzichtelijk waren door de vele losse scripts, waardoor ook vaker overbodige blokken

bleven staan in het programma dan bij de projecten van groep 5 en 6.

Twee concepten die erg fluctueerden in alle jaargroepen waren doelmatigheid (in het project is een

duidelijk doel terug te vinden) en duidelijke instructies (aan het spel zijn instructies toegevoegd).

Sommige projecten waren meer experimenteel, waardoor minder duidelijk was wat je moest doen en

waardoor vaak ook geen beschrijving/ instructie was geschreven bij het project.

Minst beheerste concepten

Onder de minst beheerste concepten (alle groepen halen een frequentie van vier of lager) vallen:

variabelen, lijsten, willekeurige getallen, booleaanse logica, dynamische interactie, gebruikers

interface ontwerp, namen variabelen, aangepaste sprites, aangepaste etappe en duidelijke

instructies.

Een opvallende categorie was aangepaste sprites (sprites zijn in uiterlijk veranderd t.o.v. hun

sjabloon), omdat uit de vrije observaties naar voren is gekomen dat veel kinderen juist bezig waren

met de lay-out van hun projecten. Opvallend hierin was dat voornamelijk achtergronden werden

bewerkt, maar de sprites vaak niet. De categorie aangepaste achtergrond ontbrak eigenlijk in het

beoordelingsformulier, zo werd ontdekt tijdens de beoordelingen.

Ook opvallend, maar verwacht, was dat meer complexe functies zoals het gebruik van variabelen,

lijsten, willekeurige getallen, en- en of-poorten (booleaanse logica) of etappes (vrijwel) niet terug

werden gezien in de projecten van de kinderen. Deze functies werden niet door de kinderen zelf

opgepakt, mogelijk omdat ze niet zijn behandeld in een instructie. Daarnaast vertoonden (vrijwel) geen

projecten een dynamische interactie (gebruik van volume/ geluid of de positie van de muis op het

canvas als input voor een programma) of een gebruikers interface ontwerp (knoppen in het project

die een programma in gang zetten wanneer ze aangeklikt worden). Ook van deze concepten wordt

verwacht dat instructie tot een hogere frequentie in de projecten van de kinderen kan leiden.



Conclusie en discussie

Samengevat is in het theoretisch kader naar voren gekomen dat programmeren als meer gezien kan

worden dan alleen het gebruiken van computers of programmeertaal. Het is een manier van

probleemoplossend denken, waarbij voor problemen oplossingen worden uitgedacht, uitgevoerd en

uitgeprobeerd (Blackwell, 2002). Omdat computers in deze tijd een steeds grotere rol gaan spelen in

het onderwijs en de samenleving is het van belang dat kinderen kennis maken met programming skills

en bekend raken met de binnenkant van de computer (Kohnstamm, 2009). Hoewel kinderen een

natuurlijke aanleg hebben voor programmeren (Wilson, Hainey, & Connolly, 2012) is het van belang

dat ze bij het aanleren van de eerste programmeervaardigheden voldoende instructie krijgen om zo

een basis te leggen waar vanuit gexperimenteerd kan worden met complexere problemen en

programmeeropdrachten (Kirschner, Sweller, & Clark, 2006; Guzdial, et al., 2015). Voor de controle

van programmeervaardigheden en de inhoud van programmeerlessen kan gebruik gemaakt worden

van de matrix van Wilson, Hainey en Connolly (2012) (bijlage A).

In dit onderzoek werd een antwoord gezocht op de vraag:

Hoe kan Daltonschool Rijnsweerd voor het vak programmeren aansluiten op de beginsituatie van de

leerlingen uit groep 5 tot en met 7 op het gebied van werkwijze en programmeerconcepten?

Uit vrije observaties is gebleken dat het voornaamste obstakel bij het werken met zowel Scratch als

LEGO Mindstorms is dat gemakkelijk de aandacht verschuift naar andere taken dan programmeren.

De reden daarachter is echter verschillend per microworld. Bij Scratch is een belangrijke

informatiebron het bekijken van andere projecten. Dit wordt ook regelmatig door kinderen gebruikt om

problemen op te lossen, maar hierdoor kan de verleiding ontstaan om teveel tijd te besteden aan het

spelen van andere spelletjes binnen de Scratch-community. Wat hier wel tegenover staat is dat uit

observatie is gebleken dat wanneer kinderen daadwerkelijk aan het programmeren zijn, dat ze dan

vaak langere tijd doorzetten en bezig blijven met programmeren.

Bij LEGO Mindstorms zijn de kinderen nauwelijks aan programmeren toegekomen tijdens de

workshops, omdat ze hoofdzakelijk nog bezig waren met het bouwen van grote robots. Dit is een

tijdrovende bezigheid, waardoor snel minder tijd vrij komt voor daadwerkelijk programmeren. Op zich

hoeft dat niet fout te zijn, maar de school wordt wel geadviseerd na te denken over waar de balans

ongeveer moet liggen. Wanneer Rijnsweerd de nadruk meer op programmeren wil leggen bij LEGO

Mindstorms wordt aangeraden de kinderen kleinere en simpelere robots te laten bouwen, met

bijvoorbeeld n sensor en n motor of andere output, zodat de kinderen stapsgewijs naar

complexere robots en programmas toe kunnen werken.

Verder bleken kinderen graag samen te werken bij zowel Scratch als LEGO Mindstorms. Naar

aanleiding van de literatuur lijkt het wijsheid dit alleen maar aan te moedigen en te gebruiken bij

programmeerlessen of -activiteiten (McDowell, Werner, Bullock, & Fernald, 2006; Lewis, 2011;

Maguire, Maguire , Hyland, & Marshall, 2014).

Tot slot bleek het werken aan de lay-out in Scratch erg populair. Veel kinderen waren bezig met het

bewerken en maken van achtergronden en sprites in hun project. Dit leek een interessant thema voor

kinderen en zou een mooi onderwerp vormen voor wat eerste programmeeractiviteiten of lessen.

Helaas is uit dit onderzoek geen resultaat naar voren gekomen over de manier van programmeren bij

LEGO Mindstorms en is door het vervallen van n van de workshops minder materiaal verzameld

dan aanvankelijk gepland. In een vervolgonderzoek zou de inhoud van de programmeersessies meer

aan de onderzoeker(s) over gelaten moeten worden, zodat kinderen gerichter aan het werk gezet

kunnen worden met materialen en de observaties minder afhankelijk worden van de invloed van

andere begeleiders. Verder bleek het in de praktijk ook lastig volledig objectief de observaties te

verwerken, omdat het verwerken van het filmmateriaal door dezelfde persoon gebeurde die het


materiaal had gefilmd. Daardoor was er af en toe verleiding tot het meenemen van gebeurtenissen

buiten de filmpjes in de verwerking van de observaties. Wat echter erg meehielp was het gebruik van

het observatieschema, waardoor meer zorgvuldig en uitgebreid gevolgd en beschreven moest worden

wat gebeurde tijdens de observatiemomenten.

Bij de projectanalyses viel voornamelijk de functionaliteit van alle projecten het meest op. Gezien de

zeer beperkte instructie die de kinderen hebben genoten tijdens de workshops zijn erg originele en

werkende projecten gemaakt door de kinderen. Na drie sessies vrij experimenteren met Scratch

konden uiteindelijk alle kinderen simpele scripts schrijven, waarbij input mogelijk was van

verschillende toetsen en muisklikken. Een paar kinderen van groep 5 waren zelfs al in staat

eenvoudige doolhofspellen te bouwen met meerdere levels. Naar verwachting werden complexere

functies, als variabelen en willekeurige getallen, nog niet gebruikt, omdat de kinderen niet of weinig in

aanraking zijn gekomen met dergelijke concepten. Naar aanleiding van de theorie zou verwacht

worden dat kinderen snel kunnen leren omgaan met dergelijke functies zolang gericht instructie/

aandacht komt voor de betreffende blokken in Scratch (Guzdial, et al., 2015).

Wat bij het beoordelen van de projecten opviel was dat de matrix van Wilson, Hainey en Connolly

(2012) niet volledig was. Zo leek het dat het aanpassen van de lay-out niet beheerst werd door de

kinderen, omdat de matrix alleen de focus legde op het aanpassen van sprites en niet op bijvoorbeeld

achtergronden. Daarnaast zijn meerdere opties niet meegenomen zoals: het gebruik van effecten,

geluiden en geluidsbewerking, het gebruik maken van clones en het laten verschijnen of verdwijnen

van sprites waardoor een minder volledig beeld gegeven wordt door de resultaten op de

projectanalyses. In een vervolgonderzoek zouden de bovengenoemde factoren toegevoegd moeten

worden aan de matrix.

Het advies voor de school qua inhoud van de leerlijn programmeren is het gebruiken van de

concepten uit de matrix en de alinea hierboven als onderwerpen voor de lessen. Op deze manier

zouden de kinderen een stapsgewijze manier van kennismaken krijgen, waarbij ze uiteindelijk een

volledig pakket aan vaardigheden opdoen.

Dit onderzoek is slechts beperkt generaliseerbaar naar andere scholen, omdat een specifieke

doelgroepanalyse is gedaan van de kinderen uit de bovenbouw van Rijnsweerd. Al zal hetzelfde

advies over de aan te bieden inhoud gegeven worden naar andere scholen. Uiteraard kunnen andere

scholen dit onderzoek wel gebruiken om inspiratie uit te putten voor een eigen onderzoek.

Kort samengevat kan Daltonschool Rijnsweerd handelen naar de beginsituatie van de kinderen van

groep 5 t/m 7 door:

Kinderen samen te laten werken bij het programmeren;

Gericht concepten en functies uit de programmeertaal van Scratch en LEGO Mindstorms aan

te bieden in kleine stappen;

Te waken voor de valkuilen van Scratch en LEGO Mindstorms bouwen of spelen versus

programmeren en het willen programmeren/ bouwen van te complexe projecten.



Op woensdag 24 juni heeft de student de resultaten van het onderzoek gepresenteerd op

Daltonschool Rijnsweerd voor de directie en betrokken leerkrachten en begeleiders van de

programmeerworkshops. In deze presentatie werd verteld wat de aanleiding was van het onderzoek,

is een korte samenvatting geven van het theoretisch kader en zijn manier van onderzoeken en de

onderzoeksresultaten gepresenteerd.


Literatuur

Berends, R., & Wolthuis, H. (2014). Focus op Dalton. Deventer: Saxion Dalton.

Bishop, O. (2008). Programming LEGO Mindstorms NXT. Burlington: Syngress.

Blackwell, A. F. (2002). What is Programming? 14th Workshop of the Psychology of Programming

Interest Group (pp. 204-218). London: Brunel University.

Calder, N. (2010). Using Scratch: An Integrated Problem-Solving Appoach to Mathematical Thinking.

Australian Primary Mathematics Classroom, 15(4), 9-14.

Cegielski, C. G., & Hall, D. J. (2006). What makes a good programmer? Communications of the ACM,

49(10), 73-75.

Dekhane, S., Xu, X., & Tsoi, M. Y. (2014). Mobile App Development to Increase Student Engagement

and Problem Solving Skills. Journal of Information Systems Education, 24(4), 299-308.

Denner, J., Werner, L., & Ortiz, E. (2011). Computer games created by middle school girls: Can they

be used to measure understanding of computer science concepts? Computers, 58(1), 240-

249.

Fairhead, H. (2015). Introduction to Boolean Logic. Opgeroepen op april 1, 2015, van i-

programmer.info: http://www.i-programmer.info/babbages-bag/235-logic-logic-everything-is-

logic.html

Guzdial, M., Johnson, R., Wampler, K., Kussmaul, C., Swanson, J., Humenn, P., et al. (2015). What's

the Best Way to Teach Computer Science to Beginners? Communications of the ACM, 58(2),

12-13.

Harinck, F. (2010). Basisboek praktijkonderzoek. Antwerpen: Garant.

Kalelioglu, F., & Glbahar, Y. (2014). The Effects of Teaching Programming via Scratch on Problem

Solving Skills: A Discussion from Learners' Perspective. Informatics in Education, 13(1), 33-

50.

Kim, S. H., Suwon, S. U., & Jeon, J. W. (2007). Programming LEGO Mindstorms NXT with visual

programming. Control, Automation and Systems (pp. 2468-2472). Seoul: IEEE.

Kirschner, P. A., Sweller, J., & Clark, R. E. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does No

Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experimental,

and Inquiry-Based Teaching. Educational Psychologist, 41(2), 75-86.

Kohnstamm, R. (2009). Computerkinderen. In R. Kohnstamm, Kleine ontwikkelingspsychologie II: de

schoolleeftijd (pp. 223-251). Houten: Bohn Stafleu van Loghum.

Kordaki, M. (2012). Diverse Categories of Programming Learning Activities could be Performed within

Scratch. 4th world conference on educational sciences (pp. 1162-1166). Barcelona: Elsevier.

Kynogis, C. (1992). Insights into Pupils' and Teachers' Activities in Pupil-Controlled Problem-Solving

Situations: A Longitudinally Developing Use for Programming by All in a Primary School. In J.

Ponte, J. Matos, J. Matos, & D. Fernandes, Mathematical Problem Solving and New

Information Technologies: Research in Contexts of Practice (pp. 219-238). Berlin: Springer

Berlin Heidelberg.

Lamb, A., & Johnson, L. (2011). Scratch: Computer Programming for 21st Century Learners. Teacher

Librarian, 38(4), 64-68.

Lewis, C. M. (2011). Is Pair Programming More Effective than Other forms of Collaboration for Young

Students? Computer Science Education, 21(2), 105-134.

Lifelong Kindergarten Group. (2015). Over Scratch. Opgeroepen op maart 31, 2015, van

scratch.mit.edu: https://scratch.mit.edu/about/

Maguire, P., Maguire , R., Hyland, P., & Marshall, P. (2014). Enhancing Collaborative Learning Using

Pair Programming: Who Benefits? The All Ireland Journal of Teaching & Learning in Higher

Education, 6(2), 1411-1425.


McDowell, C., Werner, L., Bullock, H. E., & Fernald, J. (2006). Pair programming improves student

retention, confidence, and program quality. Communication of the ACM, 49(8), 90-95.

Nagyov, I. (2014). LEGO Mindstorms in the teaching of JAVA programming. Journal of Technology &

Information Education, 6(2), 17-24.

NOG. (2015, maart 27). Aftrap KWTO actieplan: Op alle basisscholen wetenschap & technologie.

Opgeroepen op maart 29, 2015, van nationaleonderwijsgids.nl:

http://www.nationaleonderwijsgids.nl/basisonderwijs/nieuws/27036-aftrap-kwto-actieplan-op-

alle-basisscholen-wetenschap-technologie.html

NOS. (2014, oktober 17). Kroes: Programmeren als schoolvak. Opgeroepen op maart 27, 2015, van

nos.nl: http://nos.nl/artikel/711096-kroes-programmeren-als-schoolvak.html

NOS. (2015, maart 6). Basisscholieren krijgen les in programmeren. Opgeroepen op maart 27, 2015,

van nos.nl: http://nos.nl/artikel/2023008-basisscholieren-krijgen-les-in-programmeren.html

Plasterk, R. H., & Rouvoet, A. (2008, juni 5). Kabinetsvisie mediawijsheid (april 2008). Opgeroepen op

maart 27, 2015, van Rijksoverheid.nl: http://www.rijksoverheid.nl/documenten-en-

publicaties/rapporten/2008/06/05/kabinetsvisie-mediawijsheid-april-2008.html

Prisma. (2009). Prisma expresswoordenboek Nederlands. Houten: Het Spectrum.

Romero, S. J. (2010). Library programming with LEGO Mindstorms, Scratch, and PicoCricket: analysis

of best practices for public libraries. Computers in Libraries, 30(1), 16-19, 44-45.

Rusk, N. (2009, augustus 8). Programming concepts and skills supported in Scratch. Opgeroepen op

april 1, 2015, van scratched.gse.harvard.edu:

http://scratched.gse.harvard.edu/sites/default/files/scratchprogrammingconcepts-v14.pdf

Scaffidi, C., & Chambers, C. (2012). Skill Progression Demonstrated by Users in the Scratch

Animation Environment. Intternational Journal of Human-Computer Interaction, 28(6), 383-

398.

Van Dale. (2005). Groot woordenboek van de Nederlandse taal. Utrecht: Van Dale Lexiografie.

Verberg, P. (2014). Schoolgids 2014-2015 Daltonschool Rijnsweerd. Opgeroepen op maart 16, 2015,

van daltonschoolrijnsweerd.nl:

http://www.daltonschoolrijnsweerd.nl/index.php/school/algemeen

Voogt, J., & Roblin, N. P. (2012). A comparative analysis of international frameworks for 21st century

competences: Implacations for national curriculum policies. Journal of Curriculum Studies,

44(3), 299-321.

Wilson, A., Hainey, T., & Connolly, T. (2012). Evaluation of Computer Games Development by Primary

School Children to Gauge Understanding of Programming Concepts. Proceedings of the

European Conference on Games Based Learning (pp. 549-558). Sonning Common: University

of the West of Scotland.

Xinogalos, S. (2012). An Evaluation of Knowledge Transfer from Microworld Programming to

Conventional Programming. Journal of Educational Computing Research, 47(3), 251-277.


Bijlage A Matrix Programmeerconcepten in Scratch

Figuur 1. Programmeerconcepten voorkomend in Scratch (Wilson, Hainey, & Connolly, 2012)


Bijlage B Implicaties vrije observaties Scratch en LEGO Mindstorms

In tabel 2 en 3 zijn alle implicaties terug te vinden van de observaties van Scratch en LEGO

Mindstorms. In tabel 1 is een overzicht te vinden van de betekenis van de kleurenlabels.

Tabel 1

Legenda Kleurenlabels

Kleur Label Betekenis

Heldergroen Samenwerking De kinderen zoeken elkaar op om van elkaar te leren en te helpen met het oplossen van problemen

Rood Voorbeelden zoeken De kinderen gebruiken andere spellen/ programma's om van te leren of een probleem op te lossen

Donkerblauw Begeleider zoeken De kinderen zoeken hulp van een begeleider om een probleem op te lossen

Grijs Handleiding De kinderen gebruiken een handleiding bij het bouwen of programmeren

Lila Doorzetten De kinderen zoeken actief naar oplossingen voor problemen en geven niet gelijk op

Groenblauw Opgeven De kinderen slagen niet in het oplossen van een probleem en gaan iets anders doen

Donkergeel Te complex De kinderen gaan met een te complex project aan de slag voor hun huidige niveau

Lichtgrijs Niet programmeren De kinderen zijn binnen Scratch of LEGO Mindstorms andere dingen aan het doen dan programmeren, bijvoorbeeld spelletjes spelen of met LEGO bouwen.

Turkoois Begeleider doet al het werk

Bij het helpen van een leerling is het de begeleider die voornamelijk het werk doet in de vorm van directe opdrachten of het (tijdelijk) overnemen van de computer

Geel Lay-out Opmaak en positie van sprites en achtergronden

Donkerrood Geluidsbewerking De kinderen zijn bezig met het bewerken van geluiden binnen Scratch

Blauw Verhaal De kinderen programmeren een verhaal en/ of dialoog

Groen Spel De kinderen programmeren een spelletje

Tabel 2

Implicaties uit Vrije Observaties Scratch met Kleurenlabels

Observatie 1 - 15.4.2015

7E kan sprites invoeren en ze bewerken in grootte en positie op het canvas. De kinderen helpen elkaar naar een hoger begrip van het programma.

BM doet feitelijk al het denkwerk in het hele proces en kind 5A voert opdrachten van BM uit of kijkt toe hoe BM ze uitvoert.

5G probeerde een spelletje te bouwen. De achtergrond stond nog ingesteld op 'achtergrond 2'. Ze raakte met beide sprites (banaan en tweede bal) het doel, maar de achtergrond bleef hetzelfde omdat de opdracht was de achtergrond te veranderen naar de achtergrond die al ingesteld was. 5G bleef actief zoeken naar een oplossing en gebruikte hiervoor BM. BM bedacht vervolgens hoofdzakelijk de oplossingen.


Waarschijnlijk is het randje van de basketbal een net andere kleur zwart dan de zwarte vlakken in het doolhof. Bij sommige scripts (bijvoorbeeld die van pijltoets omhoog) zal 5G wel het zwart van de vlakken geselecteerd hebben, bij de andere waarschijnlijk het zwart van iets anders (bijvoorbeeld de lijnen van de basketbal). 5G bouwt al vrij uitgebreide programma's, zoekt naar oplossingen voor haar problemen en wordt nu door een klein detail in de weg gezeten.

7B is aan het experimenteren met de opmaakopties binnen Scratch.

7B is in staat zeer simpele programma's te schrijven. 7B maakt en interactief verhaaltje, waarbij verschillende toetsen ingedrukt moeten worden om personages iets te laten zeggen. 7B liet bij deze observatie niet zijn dat hij in staat is een sequentie te maken van de verschillende teksten die moeten verschijnen.

7E heeft het programmeren van verschillende toetsen al onder de knie, maar werkt alleen nog maar met losse scripts in plaats van n langer script. BC helpt in het begin door zelf te zoeken naar een manier om de sprite om te draaien, maar laat het niet door 7E doen.

6E maakt gebruik van andere scratch-spellen en begeleiding om daarvan te leren en zijn eigen spel beter te maken. Hij loopt tegen wat problemen op, maar blijft actief zoeken naar oplossingen.

5D kan sprites en achtergronden plaatsen, maar is nog niet in staat (werkende) programma's te schrijven voor de scripts. Alles wat geprogrammeerd was, is op aanwijzing van BC in het script gezet.

7E kent een paar trucjes in het programmeren en kan daar een simpel script mee bouwen in zijn spel. 7E liep tegen het probleem aan dat de raket draaide en heeft dit niet op kunnen lossen. Hij is een ander spel gaan bouwen met de blokken die hij wel snapte.


7E & 7F experimenteren met de mogelijkheden van het opmaakprogramma van Scratch en slagen erin de achtergrond groter te maken dan het canvas.

6E en 6F zijn in staat besturingsscripts te programmeren in n lange sequentie in plaats van losse scripts. Er worden alleen veel blokken aan toegevoegd die niet bijdragen aan de bestuurbaarheid (alle stappen blokken). Verder raken 6E en 6F bij hun zoektocht naar voorbeelden afgeleid door andere spellen.

5B en 5D zijn al best behendig met alle bewerkingen voor het aanpassen en kiezen van uiterlijken van sprites en achtergronden. In deze observatie hebben ze niet laten zien dat ze de sprites echt kunnen programmeren. Er stonden veel blokken los in het werkveld en gaven commando's door nieuwe blokken te maken met als naam de opdracht die ze wilden geven. Deze blokken werkten uiteraard niet.

6D kan plaatjes importeren om te gebruiken als sprite. Het witte kader blijkt nog een probleem, daarvoor zou 6D eerst de gum-tool moeten vinden. 6D blijft actief zoeken naar oplossingen en vraagt BM om hem daarbij te helpen.

7B & 7C hebben niet geprogrammeerd, maar Scratch gebruikt om te spelen.


7C heeft de sociale-mediawaarde van Scratch ontdekt en benut deze. Tijdens de observatie was hij niet met programmeren bezig.

Uit de observatie is niet duidelijk te halen wat 7D wilde doen, maar het lukte hem tijdens de observatie niet. BM duidelijk ook niet.

7F is veel aan het spelen, in plaats van programmeren. Als hij met programmeerscripts bezig gaat is dat van complexe spellen die moeilijk te begrijpen zijn.

7E kiest een erg moeilijk spel om van te leren. De scripts zijn erg complex en moeilijk te doorgronden.

7C kan al een beetje programmeren maar kijkt soms net niet ver genoeg om zijn probleem op te lossen. Met het script waarbij 7C de draaistijl van Tera aanpaste was alleen het daadwerkelijk draaien van de sprite nog nodig geweest, maar 7C gooide het script al vrij snel weg.

7D heeft al aardig wat geprogrammeerd in korte tijd voor zijn dialoog en is aan het experimenteren met de verschijn en verdwijn optie.


7F is aan het experimenteren met een moeilijk spel. Dit lijkt hij leuk te vinden en uitdagend.

Het spel is erg complex. Uiteindelijk is begrijpen van het script lastig voor 7E, dus gaat hij het gewoon spelen.

Gebruikt tijdens de observatie Scratch niet om te programmeren, maar om te spelen.

7C laat zien in staat te zijn een dialoog te programmeren tussen verschillende sprites. 7C experimenteert met de timing van alle teksten tijdens deze observatie.

7E laat zien al aardig het geluidsbewerkingsprogramma te snappen en de gemaakte geluiden te kunnen verwerken in een programma.

7F oefent met het plaatsten en verkleinen van sprites.

Is niet aan het programmeren, maar gebruikt Scratch om te spelen.

Tabel 3

Implicaties uit Vrije Observaties LEGO Mindstorms met Kleurenlabels


5E en 5F zetten door en proberen fysieke oplossingen uit, maar slaan niet aan het programmeren op de intelligente steen. Er zat blijkbaar een fout in het voorgeschreven programma en 5E en 5F kwamen niet op het idee om 'in' het programma te kijken en de fout eruit te halen.

Weinig moeite gedaan om het probleem zlf op te lossen. Kinderen hebben plezier, maar zijn niet aan het programmeren.

BA weet de relevantie van leren programmeren naar de kinderen over te brengen. De kinderen zijn nog niet aan het programmeren geweest en het bouwen van de robot gebeurt via een handleiding.

5B en 5D hebben een poging gewaagd te programmeren via de intelligente steen. Dit is niet de meest overzichtelijke manier van programmeren in Mindstorms. Het is niet heel vreemd dat ze er niet uit kwamen.


Alledrie zijn erg betrokken bij het bouwen. Er is nog geen sprake van programmeren.

5I is net aan het opstarten met Mindstorms. Er wordt nog niet geprogrammeerd.

6D, 6E & 6F zijn druk aan het bouwen. Er wordt nog niet geprogrammeerd, maar ze zijn erg betrokken.

Er wordt druk gesorteerd, maar er wordt nog niet gebouwd en nog niet geprogrammeerd.

Het drietal is erg betrokken. Er wordt nog niet geprogrammeerd.

5I zoekt hulp als hij dat nodig heeft en bouwt pas door als hij zeker weet wat er moet gebeuren. Er is nog niet aan programmeren toegekomen

6D, 6E & 6F zijn druk aan het bouwen. Er wordt nog niet geprogrammeerd, maar ze zijn erg betrokken.

Erg begrokken, maar er wordt nog niet geprogrammeerd.

Betrokken, geen programmeren.

Het programma is niet te vinden op internet, waardoor het groepje nu niet verder kan. Een compleet programma downloaden is niet programmeren.

Er wordt druk gebouwd, niet geprogrammeerd.

Onderzoeksverslag Programmeren - Rudolf Bekendam - Pabo ITT HU 2015

Documents

Transcript of Onderzoeksverslag Programmeren - Rudolf Bekendam - Pabo ITT HU 2015