8 minute branja

Računalništvo v šole!

Piše se leto 1971. Fiziko v šole!

Marsikdo se ne zaveda pomena računalništva in informatike za današnjo družbo. Marsikdo ima o računalništvu in informatiki tudi nepopolne ali napačne predstave. V nadaljevanju bomo s pomočjo analogije poskušali osvetliti določene nejasnosti in ovreči nekatere mite.

Fiziko v šole!

Piše se leto 1971. V eni od evropskih držav je vlada po desetletjih pregovarjanj in izgovarjanj naposled imenovala skupino Fizos, da bi izdelala načrt uvedbe pouka fizike v osnovne in srednje šole. Nekateri vladni akterji temu načrtu goreče nasprotujejo. Kam pa naj jo vtaknemo, to vašo fiziko? Komu naj vzamemo? Matematikom, kemikom? Fizkulturnikom? Kaj pa sploh hočete? Saj se lahko vsi učenci udeležijo izbirnega predmeta Fizikalne veščine in se tam naučijo, kako se uporablja vodna tehtnica in tisto presneto kljunasto merilo. Menda po novem opletajo še z voltmetrom. Že to je preveč. Kdo pa sploh potrebuje vso to navlako?

Fizosovci staknejo glave, da bi ugotovili, kako prepričati vladne trdovratneže. Saj ni težko, si rečejo. Sovjeti v vesolje pošiljajo satelite. Amerikanci so stopili na Luno. Atomsko bombo sestavi že skoraj vsak, ki ima dobre vohune in pet minut časa. Jedrske elektrarne gradijo celo v državah tretjega sveta. Ali mislite, da bi bili vsi ti čudeži mogoči brez fizike?

Skeptiki nekoliko popustijo, a še vedno trdijo, da bi lahko učence o jedrskih elektrarnah in satelitih učili v okviru krožkov ali kvečjemu izbirnega predmeta. Fizosovci pa dobro vedo, da raket in atomov ni mogoče razumeti brez poznavanja kinematike, statike, termodinamike in drugih vej klasične fizike. Dobro vedo, da bodo učni načrt pripravili tako, da se bo začel s staro dobro formulo v = s / t, ne s slovito Einsteinovo enačbo E = m c^2. Vedo tudi to, da je fizika mnogo več kot samo vesoljska in jedrska tehnologija. Da ne bo pomote, te reči so ekonomsko in družbenopolitično sila pomembne, a bistvo (in lepota) fizike je drugje: v spoznavanju naravnih zakonitosti. Da, fiziki se sprašujejo, zakaj kamen pade na tla, če ga vržemo z nebotičnika, zakaj je na Triglavu ponavadi hladneje kot v Ljubljani, zakaj se Luna vrti okrog Zemlje, ta pa okrog Sonca itd. Vse to znanje namreč potrebujemo, če želimo dejavno sooblikovati današnji svet. Marsikdo pa bo v konceptih, s katerimi se ukvarja fizika, odkril tudi lepoto, ki presega njeno golo aplikativno vrednost.

Računalništvo in informatiko v šole!

Prevrtimo časovni stroj za pol stoletja naprej. Danes potekajo podobne razprave o uvedbi računalništva in informatike v šole. Svet se je zelo spremenil. Jedrske elektrarne in sateliti sicer še vedno obstajajo in še vedno igrajo pomembno vlogo v življenjih ljudi. Vendar pa je svet zajela tudi digitalna mrzlica, ki prav nič ne popušča. Nasprotno: digitalna tehnologija prodira v vse pore družbe in skoraj nihče se ji ne more izogniti. Razlogi za to so znani: digitalna tehnologija nam omogoča, da počnemo stvari, ki jih včasih nismo mogli, marsikaj od tistega, kar smo včasih že počeli, pa lahko počnemo natančneje in učinkoviteje. Primerov ni težko poiskati. Pomislimo le na svetovni splet (se še spominjamo, kako smo včasih iskali podatke?), “pametne” telefone, robotske sesalnike, avtonomna vozila itd. Digitalna tehnologija nas spremlja na vsakem koraku.

Podobno kot bi brez fizike težko gradili rakete in jedrske elektrarne, bi bile dobrote digitalne tehnologije brez računalništva in informatike kvečjemu znanstvena fantastika. Da bi lahko bodoče generacije razumele in sooblikovale digitalni svet, je nujno, da jih na to pripravimo že v okviru obveznega izobraževanja.

Danes smo na področju izobraževanja računalništva in informatike približno tam, kjer so bili pred pol stoletja v omenjeni (seveda izmišljeni) državi na področju izobraževanja fizike. Pri pouku računalništva in informatike se povečini ukvarjamo z digitalnimi veščinami. Učence učimo, kako v Wordu napisati spodoben dokument, kako narisati diagram v Excelu, kako se znajti na spletu in morda tudi to, kako oblikovati spletno stran. Te veščine so danes gotovo pomembne, o tem ni nikakršnega dvoma. Žal pa samo z obvladanjem digitalnih veščin sodobnega digitalnega sveta ne bomo mogli razumeti, kaj šele sooblikovati.

Skeptiki bodo predlagali uvedbo izbirnega predmeta, kjer bi učencem povedali vse o pametnih telefonih, robotih, avtonomnih vozilih itd. Žal pa teh reči – podobno kot jedrskih elekrarn in vesoljskih raket – ni mogoče razumeti brez poznavanja temeljnih vsebin računalništva in informatike. Ne moremo razumeti, kako nas navigacijska naprava pripelje do izbranega cilja, če ne vemo ničesar o iskanju najkrajših poti v grafih. Da se lahko pogovarjamo o tem problemu, pa moramo najprej sploh vedeti, kaj je graf in kaj pot v njem. Da lahko ta problem učinkovito rešimo, moramo vedeti, kako lahko graf predstavimo v računalniku in na kakšne načine (s kakšnimi algoritmi) lahko poiščemo najkrajšo pot med izbranima točkama. Vse to je del znanj, ki jih ponuja računalništvo in informatika.

S čim se računalništvo in informatika sploh ukvarja?

Fizika preučuje naravne pojave. Kaj pa preučuje računalništvo in informatika? Odgovor lahko podamo v eni besedi: računanje! Da, računalnikarja zanimajo zakonitosti, ki veljajo pri računanju. Ali računalniki res računajo? Seveda, to je edino, kar sploh znajo! Neumni so kot noč, računajo pa preklemano dobro. Neverjetno hitro (govorimo o milijardah izračunov na sekundo!) in neverjetno natančno! Če torej želimo problem rešiti s pomočjo računalnika, ga moramo prevesti na računanje, saj je to je edini jezik, ki ga ti stroji obvladajo.

Danes z računalnikom počnemo vse mogoče, le računamo ne, boste rekli. A v resnici je računanje v ozadju čisto vsega, kar počnejo računalniki (in pametni telefoni in roboti in še marsikatera druga digitalna naprava). Ko odpremo Word, se začne prava parada računanja. Kako veliki naj bodo presledki med besedami, da bo odstavek lepo poravnan? Kako optimalno zapolniti stran? Kako velika naj bo pisava na tiskalniku, če je uporabnik izbral, denimo, velikost 12? Računalnik računa, ko poslušamo glasbo (Fourierova transformacija!) ali ko kramljamo po Facebooku. O računalniških igrah sploh ne bomo izgubljali besed, saj že pregovorni ptički čivkajo, da bi težko prejeli še večji odmerek računanja na časovno enoto.

Eno od ključnih vprašanj računalništva in informatike je “Kaj lahko izračunamo?”. Teorija, ki čepi v ozadju tega vprašanja, je čudovita, in kdor jo je imel priložnost pobliže spoznati, se bo strinjal, da je računalništvo precej bolj sorodno matematiki in v kakšnem oziru morda celo filozofiji kot pa goli tehnologiji. Ta je, da smo si na jasnem, podobno kot rakete in jedrska energija ekonomsko in družbenopolitično sila pomembna, a še vedno je vsa ta sodobna šara le posledica računalništva (rezultat poznavanja zakonitosti, povezanih z računanjem), ne pa njegovo bistvo.

Kakšna pa je potem razlika med matematiko in računalništvom? Računalništvo in informatika se ukvarja z avtomatizacijo računanja. Če se hočemo o tem pogovarjati, moramo najprej vedeti, kaj vse lahko izračunamo s pomočjo stroja. Eden od prvih, ki si je zastavil to vprašanje, je bil znameniti Alan Turing. Turingov stroj je miselni model računalnika. Zelo preprost, a obenem dovolj močan, da lahko z njegovo pomočno izračunamo čisto vse, kar lahko izračunamo z najzmogljivejšimi sodobnimi računalniki, le nekoliko več časa si moramo vzeti.

Drugo področje računalništva in informatike je prevajanje problemov na računanje. Če se želimo problema lotiti s pomočjo računalnika, ga moramo znati predstaviti v obliki, nad katero je mogoče izvajati računske operacije, rešitev problema pa moramo zapisati v obliki računskega postopka – algoritma. Algoritem je treba tudi realizirati oziroma sprogramirati – zapisati v obliki, ki jo bo lahko računalnik izvršil. Algoritmi so eden od najbolj temeljnih konceptov računalništva in informatike, programiranje pa je ključna veščina, ki nam omogoča izvedbo algoritmov na dejanskem stroju, torej računalniku (ali telefonu, robotu ipd.).

Tretje področje se ukvarja z vprašanjem, kako zasnovati računalnik, da bo karseda hitro in učinkovito računal. Teoretično potrebujemo zelo malo: omenjeni Turingov stroj je zgolj neskončni trak z bralno-pisalno glavo in preprostimi ukazi za branje in spreminjanje vsebine traku. Žal pa je tak hipotetični stroj precej okoren za uporabo. Današnji računalniki so sestavljeni iz hitrih in energetsko učinkovitih digitalnih vezij; procesorje – ploščice v velikosti nohta, ki izvršujejo programe, torej računajo – tvori na milijarde (!) preklopnih elementov, imenovanih tranzistorji. Vsa ta nepregledna množica sestavnih delov, ki jih niti pod običajnim mikroskopom ne moremo videti, služi zgolj enemu cilju: čim hitrejšemu in učinkovitejšemu računanju.

Računalništvo in informatika je še mnogo več kot to. V nobenem primeru pa ga ne moremo omejiti na poznavanje pisarniškega paketa in svetovnega spleta, tako kot tudi fizike ne moremo omejiti na zmnožnost rokovanja s kljunastim merilom in voltmetrom. Digitalne veščine niso dovolj. Da bodo lahko prihodnje (in tudi že sedanje) generacije uspešno krmarile v sodobnem svetu, potrebujejo več. Računalništvo in informatiko.