Programmering blir allemannseie i skolen

Nå skal alle elever, både i ungdomsskolen og på videregående skole lære seg programmering for å løse oppgaver i så forskjellige fag som matematikk, fysikk og biologi. Dette er et politisk vedtak. Skolene startet med den nye undervisningen allerede høsten 2020.

Arkitekten bak fagfornyelsen er tidligere dekan Sten Ludvigsen på Det utdanningsvitenskapelige fakultet ved Universitetet i Oslo. Ludvigsen har vært med på å utrede «Fremtidens skole – fornyelse av fag og kompetanse» på vegne av Kunnskapsdepartementet. Et av de viktige begrepene i den nye fagfornyelsen er dybdelæring.

– Programmering gjør det mulig å undervise på nye måter. Elevene kan da få en bedre forståelse av disse fagene, forklarer Sten Ludvigsen.

Elevene skal ikke lære seg programmering for programmeringens skyld. De skal bruke programmering for å øke forståelsen i de ulike fagene.

– Norge er langt fra det første landet i verden som bruker programmering i skolen, men vi er blant de første til å bruke programmering i de tradisjonelle fagene, på fagenes egne premisser, poengterer Knut Mørken, visedekan for utdanning på Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved UiO. Spesialet hans er numerisk analyse, et fagområde som brukes til å løse matematiske problemer på datamaskinen.

Startet på Blindern

I dag er beregninger blitt en grunnleggende del av undervisningen i mange fagområder på UiO. Allerede i det første semesteret på universitetet lærer studentene i så forskjellige fag som astrofysikk, kjemi og geologi å programmere datamaskinen til å løse problemer som det ikke er mulig å løse med penn og papir.

Poenget er at avanserte beregninger på datamaskinen har endret mye av vitenskapen de siste femti årene. Beregningene har supplert og til dels erstattet eksperimenter som har vært for farlige, for dyre eller komplett umulige å gjennomføre i virkeligheten. Dette har gjort det mulig å få svar på hva som skjer om en meteoritt skulle treffe Jorda, hvordan det er mulig å lage sikre atomkraftverk og hvordan slektskapet er mellom alle artene i verden, for å nevne noe.

Avanserte beregninger var lenge forbeholdt spesialister som hadde tilbrakt mange år i akademia. For tjue år siden tok Universitetet i Oslo et grep som endret undervisningen i realfagene for alltid.

 – Som et av de første, ja, kanskje det aller første universitetet i verden, endret UiO innholdet i de naturvitenskapelige fagene slik at nybegynnestudentene, allerede fra dag én, lærer å bruke program mering og avanserte beregninger, sammen med tradisjonelle teknikker, for å eksperimentere med virkeligheten, poengterer Knut Mørken.

Som et eksempel kan nevnes at begynnerstudentene i fysikk har beregnet banen til kometen 67B/Churyumov-Gerasimenko og når den var nærmest Jorda i 2014. Studentene måtte selv snekre sammen programmene med de nødvendige beregningene.

– Da lærer studentene å løse realistiske oppgaver og eksperimentere med virkeligheten: De får også muligheten til å se hva som skjer i forskningsfronten, forteller Knut Mørken.

Ut i skolen

Nå er denne undervisningsmetoden blitt tatt i bruk i grunnskolen og på videregående skole. 

Da trenger lærerne å bli lært opp i programmering. Det skjer via undervisningsmodulen Realfaglig programmering for lærere (Profag), som er en del av Center for Computing in Science Education (CCSE) ved UiO.

– Programmering kan endre både undervisningen og pedagogikken i skolen, forteller førstelektor og lederen av Profag, Cathrine Wahlstrøm Tellefsen på Fysisk institutt. Hun har tidligere vært fysikklærer på Valler videregående skole i Bærum.

Lærer opp lærere

Gjennom Profag får lærere både i ungdomsskolen og på videregående skole grunnleggende opplæring i programmering for at de skal kunne bli trygge i å undervise programmering innenfor sitt eget fag.

– Her skal lærerne lære de grunnleggende prinsippene i programmering og få en forståelse både av hva som kan, og ikke kan, løses på en datamaskin.

Jobben deres er formidabel. Det er snakk om 33 000 lærere. Mange av dem kan ingenting om programmering. Frem til i dag har noen hundre av dem gjennomført kurset.

– Lærerne er på forskjellige nivå, alt fra dem som har angst for tastaturet til dem som har programmert mye. Vi hjelper lærerne med teknikker og metoder, slik at de kan møte mangfoldet av elever og lære hvordan de kan bryte ned oppgavene til mindre problemer.

Programmeringsspråket som stort sett brukes i ungdomsskolen og på videregående, er Python, mens barneskolen bruker Scratch. Men programmeringsspråkene er i seg selv ikke viktige.

– Poenget er å lære tankegangen bak programmering.

Enkel programmering

Cathrine Tellefsen på peker at elevene ikke skal bli mestere i programmering. De skal ikke gjøre så avanserte ting som å programmere en robot til å gå fra A til B.

– Hele poenget er å få elevene til å forstå faget bedre. Med programmering kan de utforske matematiske ligninger på nye måter.

I den gamle, klassiske fysikkundervisningen har mange tenkt at det bare fins én vei til målet. Slik er det ikke lenger.

– Programmering gjør det mulig å eksperimentere mer. Da er prøving og feiling en naturlig del av fremgangsmåten. I de klassiske fagene som astrofysikk og fysikk, må man vanligvis løse problemene på en bestemt måte, men i programmering er det flere veier til målet. Elevene skal selv finne veien. Da får de et mer avslappet forhold til feil. Det senker skuldrene deres, sier Cathrine Tellefsen.

Programmering gjør det dessuten mulig for elevene å løse oppgaver som de ikke ville klart med papir og blyant.

Matematikkens verden

Programmeringen er også blitt en viktig del av matematikken. Tenk deg at du skal løse en ligning. Visse ligninger, slik som andregradsligninger, kan løses med en bestemt formel.

– Når elevene kan løse ligningene med begge metodene, kan de få et dypere forhold til matematikken, mener Mørken.

Et annet eksempel er sparing og lån. Det er lett å beregne hvor mye du kan spare i banken med en viss rente hvis du sparer et fast beløp hvert år. Uheldigvis er ikke virkeligheten så enkel. Hvis du også skal ta hensyn til bursdagspenger og at du tar ut penger underveis, blir det hele mer komplisert.

– Da er det lettere å løse slike oppgaver på datamaskinen.

Mørken mener også at mange elever vil bli hektet på programmeringen.

– Ikke alle får den samme gløden av å løse problemene med penn og papir.

Tellefsen håper dessuten at programmeringen kan dempe sperren mot matematikk.

– Når elevene får flere muligheter å tilnærme seg matematiske problemer på, kan det åpne nye veier inn i matematikkens verden.

Matematikk i praksis

En av grunnleggerne av den store undervisningsreformen ved UiO var professor Hans Petter Langtangen (1962–2016).

Sønnen hans, lektor Mikkel Langtangen Furuberg (28), underviser matematikk med programmering ved Fyrstikkalleen videregående skole på Helsfyr i Oslo.

– Programmering er et nytt hjelpemiddel som gjør det mulig å løse matematiske oppgaver numerisk. Det kan øke forståelsen for og av matematikk.

Furuberg mener likevel det er for tidlig å konkludere om elevene blir bedre.

– Dagens elever har ikke hatt programmering før. Om fem år, når elevene har lært programmering både i barneskolen og på ungdomstrinnet, vil vi kunne bruke mer programmering i matematikkundervisningen.

Eksempel på en oppgave som elevene hans allerede i dag kan løse med programmering, er hvordan du perfekt kan fylle et rektangulært gulv med størst mulig kvadratiske fliser uten å skjære dem opp.

Løsningen er å starte med å prøve seg frem med så store fliser som mulig, og deretter redusere størrelsen på flisene helt til man har funnet svaret.

– Dette er en kul oppgave. Først må elevene finne en taktikk. Så må de programmere taktikken.

Et annet eksempel er å bruke programmering til å finne nullpunktene i andre- og tredjegradsligninger.

Furuberg mener den nye kunnskapen kan være nyttig for fremtiden.

– Elevene som kan programmering, vil være mer forberedt på det moderne arbeidslivet.

– Ingen ulemper?

Ulempen er at det tar så mye tid å lære seg å programmere, at det har gått på bekostning av andre deler av matematikken; sannsynlighetsregningen er nå skjøvet ut i kulden.

Helt til slutt:

– Er lærerne godt nok skodd til den nye oppgaven deres?

Her er Furuberg klinkende klar.

– På ingen måte. Mange lærere kan ikke programmering. Fagfornyelsen krever ganske mye ekstra av alle lærerne, men det har gått greit på skolen vår.