ブートストラップカリキュラム

Bootstrap はブラウン大学(米国)を拠点とし、そこで行われた研究開発を基に構築されています。Bootstrapのカリキュラムは、 6 年生から 12 年生を対象とした 4 つの研究ベースのコンピュータ サイエンス カリキュラム モジュールで構成されています。4 つのモジュールは、Bootstrap:Algebra、Bootstrap:Reactive、Bootstrap:Data Science、および Bootstrap:Physics です。Bootstrap の教材は、数学、物理学などの主流科目の中核概念を強化し、CS を専門としない教師が入門教材を採用しながら、ブラウン、WPI、ノースイースタンなどの大学のコンピュータ サイエンスの授業から得た厳密で魅力的なコンピューティング コンテンツを提供できるようにします。

Bootstrap:Algebra は、コーディングを通じて代数の概念を教える、12～16 歳の生徒向けの主力カリキュラムです。カリキュラムの終了までに、各生徒は概念 (演算順序、線形関数、関数合成、ピタゴラスの定理、平面上の不等式、区分関数など) を使用して独自のビデオ ゲームを設計します。

彼らの使命は、ゲームに対する学生の興味を数学やコンピュータプログラミングへと導くことです。Bootstrap:Algebra は、単に数学への学生の興味を広げるだけでなく、学生の代数成績が実際に向上したことを実証した最初のカリキュラムの 1 つです。^{[1] [2]}

Bootstrap:Algebra は、独立した CS または主流の数学クラスに統合でき、国および州の数学基準に準拠しています。また、性別や背景に関係なく、すべての子供が代数学を学習するため、Bootstrap は、全国の女子および過小評価されている学生に正式な CS 教育を提供する最大規模のプロバイダーの 1 つです。

その他のモジュールは、物理学、データ サイエンス、高度なインタラクティブ プログラムをモデル化しており、社会科、理科、数学、入門、さらには AP CS 原則のコースに統合できます。教師は、さまざまなモジュールのコンテンツを組み合わせて、ニーズに合わせることができます。

ブートストラップは、2006年の設立以来、米国全土の学校、学区、組織と連携し、何百人もの教師と何万人もの生徒に教育を提供してきました^{[3] [4]。}また、全国各地でワークショップも開催されており、教師は授業を行うための専門的なトレーニングを受けています。

Bootstrap カリキュラムは、Bootstrap:Algebra、Bootstrap:Reactive、Bootstrap:Data Science、および Bootstrap:Physics の 4 つのモジュールで構成されています。

Bootstrap:Algebra は、数学の概念と厳密なプログラミング原理をシンプルなビデオゲームの作成に適用する 25 時間以上のカリキュラム モジュールで、数学の全国および州の標準、CSTA 標準、K12CS フレームワークに準拠しています。生徒は、プレイヤー、ターゲット、危険を伴うシンプルな 3 キャラクター ゲームを作成します。各キャラクターの外観を設計し、代数の概念を使用して衝突を検出し、キーストロークを処理し、キャラクターの動き方や相互作用を決定します。

取り上げる主な概念は次のとおりです。

数学

• 言葉の問題
• 座標平面
• 演算の順序
• 変数
• 機能
• 入力/出力テーブル
• ドメインと範囲
• 関数合成
• 平面上の不等式
• 区分関数
• ピタゴラスの定理
• 数直線

プログラミング

• 数字、文字列、画像
• 関数の定義
• ユニットテスト
• ブール論理
• 複数入力関数
• 混合型関数

Bootstrap:Reactive では、学生は Bootstrap:Algebra で設計したゲームがどのように機能するかについてさらに詳しく学びます。データ構造を使用して、学生はゲームをアニメーション化し、より洗練されたゲームを作成するための世界構造を考案します。

取り上げる主な概念は次のとおりです。

数学

• 複雑な機能関係
• ランダム性の探究
• 三角法との関連

プログラミング

• イベント駆動プログラミング
• データ構造
• プログラム全体の設計
• データモデリング
• カプセル化
• 再帰、リスト、アルゴリズムとの関連

Bootstrap:Data Science では、生徒は周囲の世界について独自の疑問を持ち、複数の方法を使用してデータを分析し、発見したことについての研究論文を書きます。このモジュールでは、関数、ループと反復、データの視覚化、線形回帰などについて取り上げます。社会科、理科、ビジネスの教師は、このモジュールを利用して、生徒がデータから推論できるように支援できます。数学の教師は、このモジュールを使用して統計学の基礎概念を紹介できます。このモジュールは、CS Principles のデータ標準に準拠しています。

取り上げる主な概念は次のとおりです。

数学

• 機能
• 棒グラフと円グラフ
• 中心傾向
• 平均値、中央値、最頻値
• 四分位数
• 頻度表
• 散布図
• 最もよく合う線
• 線形回帰
• 相関

プログラミング

• 基本的なデータ型 (数値、文字列、ブール値など) と表形式のデータ。
• 関数とメソッドの適用
• 基本データ型とテーブル全体に対する関数の定義
• 事例主導型設計
• ループと反復
• ブール論理
• データ分析と視覚化

Bootstrap:Physics モジュールは、アメリカ物理教師協会、アメリカモデリング教師協会、および STEM Teachers NYC と提携して開発されました。このモジュールは、物理世界のモデルを構築するための主要なツールの 1 つとしてコンピュータ プログラミングを取り入れることで、学生が基本的な物理学の概念を理解するのに役立ちます。このモジュールは、すべての学生が科学を履修することが期待される 9 年生を対象としています。このモジュールは Physics First コースに合わせて調整されており、教師は計算モデリングを物理の授業に簡単に組み込むことができます。

Bootstrap:Algebra はRacket プログラミング言語の教育サブセットで教えられており、Bootstrap:Reactive、Bootstrap:Data Science、および Bootstrap:Physics は学生を Pyret に移行させます。どちらも関数型言語であり、代数的に動作するため、数学の授業に適しています。Bootstrap の学生は主にクラウドベースのプログラミング環境を使用します。Bootstrap:Algebra の場合は WeScheme、Bootstrap:Reactive、Bootstraps:Data Science、および Bootstrap:Physics の場合は code.pyret.org です。教師はどちらの言語でもオフラインで使用するために DrRacket をダウンロードできます。^[5]

2005年、エマニュエル・シャンツァーはブートストラップカリキュラムの最初のバージョンを書き、有名なプログラム・バイ・デザインカリキュラムのアイデアの多くを8年生の数学の授業で使用できるように適応させ、いくつかの教授法（最も有名なのは「評価の輪」）を考案しました。2006年、ブートストラップには、コンピュータサイエンスの教授であるキャシー・フィスラーとシュリラム・クリシュナムルティが加わりました。10週間の放課後プログラムで試験的に導入されましたが、最初の成功の後、ブートストラップは全国の標準的な数学の授業に取り入れられました。^[6]

過去10年間、Bootstrapは他のアドボカシー重視の取り組みとは対照的に、学習成果の研究に重点を置いてきました。2015年4月、BootstrapはCSNYCと共同でGoogleから資金提供を受けました。^[7] 2015年9月、BootstrapはNYCのCS4Allイニシアチブの数学コンポーネントに選ばれました。^[8] 2015年10月、Bootstrapは国立科学財団から150万ドルの助成金を獲得しました。これは、プログラムを微調整し、全国の学校でさらに普及させるのに役立ちます。^[9] Code.orgは独自のカリキュラムにBootstrapの要素の一部を使用しており、Google、Apple、Facebook、TripAdvisor、Ciscoのエンジニアはすべて、コミュニティの学生を指導するためにBootstrapを使用しています。

• ブートストラップ
• 関数型プログラミングによる代数の指導:ブートストラップカリキュラムの分析、BYU ブートストラップカリキュラムに関する修士論文