Zkoumání stavu vzdělávání v informatice uprostřed rychlého rozšiřování politiky Zkoumání stavu vzdělávání v informatice uprostřed rychlého rozšiřování politiky

Úloha počítačů v každodenním životě a ekonomice rok od roku roste a očekává se, že tento trend bude pokračovat pouze v dohledné budoucnosti. Očekává se, že ti, kteří se učí a ovládají dovednosti v oblasti počítačových věd (CS), budou mít větší pracovní příležitosti a větší flexibilitu ve své budoucnosti, ačkoli USA v současné době produkují příliš málo specialistů, aby uspokojili budoucí požadavky na zaměstnání. Předpokládá se tedy, že vystavení CS během let povinné školní docházky je klíčem k udržení ekonomického růstu, zvýšení výsledků zaměstnanosti jednotlivců a snížení historických rozdílů v účasti v technologických oborech podle pohlaví a rasy. V důsledku toho je poskytování přístupu ke kvalitnímu CS vzdělávání mladým lidem stále více vnímáno jako naléhavá priorita systémů veřejných škol v USA a na celém světě.

Primární cíle vzdělávání CS, jak je popsáno v „K-12 Computer Science Framework“ – hlavní dokument sestavený několika vzdělávacími skupinami CS a STEM ve spolupráci s vedením škol po celé zemi – má pomoci studentům „vyvíjet se jako studenti, uživatelé a tvůrci znalostí a artefaktů z informatiky“ ( s. 10) a pochopit obecnou roli výpočetní techniky ve společnosti. Dovednosti CS umožňují jednotlivcům pochopit, jak technologie fungují a jak nejlépe využít jejich potenciál ve svém osobním a profesním životě. Vzdělávání CS se liší od digitální gramotnosti, protože se primárně zabývá návrhem a provozem počítače, spíše než jednoduchým používáním počítačového softwaru. Mezi běžné profese, které silně využívají dovednosti CS, patří softwaroví inženýři, datoví vědci a manažeři počítačových sítí; nicméně, jak je popsáno níže, dovednosti CS se stávají nedílnou součástí mnoha povolání v ekonomice mimo oblasti technologií.

Poslední desetiletí bylo aktivním obdobím rozšiřování politiky ve vzdělávání CS napříč státy a rostoucího zapojení studentů do kurzů CS. Přesto je málo známo o tom, jak mohly politiky ovlivnit výsledky studentů. Tato zpráva nabízí první pohled na vztah mezi nedávnými změnami zásad a účastí a také na úspěšnost zkoušek Advanced Placement Computer Science (AP CS).

Na základě naší analýzy za poslední desetiletí uvádíme pět klíčových zjištění:

Poskytování univerzálního přístupu ke vzdělávání CS

Vzdělávání CS prochází důležitou transformací ve školách. Třídy výpočetní techniky a CS již dlouho byly nabízeny ve veřejných školách K-12, i když nebyly jednotně vyžadovány ani univerzálně dostupné. Přístup k CS byl tedy mezi studenty nerovnoměrný. Rostoucí význam technologických a počítačových dovedností v moderní společnosti však přiměl mnoho školských systémů, aby přijaly politiku poskytující univerzální přístup ke vzdělávání CS. Tento rozšířený přístup často motivuje několik důvodů.

Zaprvé se očekává, že rozšíření vzdělávání CS bude přímo přínosné pro studenty. Jednotlivci, kteří rozvíjejí odborné znalosti v oblasti počítačů a technologií, mají vyšší mzdy a zaměstnání. Dokonce i ti, kteří nevykonávají technická povolání, stále sklízejí tyto výhody, protože dovednosti v oblasti výpočetní techniky a analýzy dat byly široce integrovány do mnoha průmyslových odvětví a povolání. A konečně, CS vzdělávání přináší výhody i studentům, kteří ve své budoucí kariéře nepoužívají počítače. Předchozí studie zdokumentovaly kognitivní a interpersonální dovednosti, které vzdělávání CS jednoznačně poskytuje studentům a které se přenášejí mimo oblasti výpočetní techniky. Pochopení základů CS navíc přispívá k cenným životním dovednostem, které připravují a chrání studenty na budoucnost, ve které se mnoho aspektů každodenního života odehrává v digitálních kontextech.

„Rostoucí význam technologických a počítačových dovedností v moderní společnosti přiměl mnoho školských systémů k přijetí politik, které zajistí univerzální přístup ke vzdělání v oblasti informatiky.“

Dále se ekonomikám celkově daří lépe, když jsou jednotlivci technologicky kompetentnější. Studie ukazují pozitivní vztah mezi ekonomickým růstem, technologiemi a investicemi lidského kapitálu do souvisejících dovedností. Mnoho států a zemí považuje práci v oblasti výpočetní techniky a technologií za motory hospodářského růstu; poskytování kvalitního CS vzdělání studentům veřejných škol tedy umožňuje udržitelný růst. Federální a místní politici často apelují na toto ekonomické zdůvodnění, aby ospravedlňovali investice do vzdělávání CS pro veřejné zúčastněné strany – nejlepším příkladem je Arkansas, který brzy přijal politiku CS.

A za třetí, univerzální přístup k vysoce kvalitnímu vzdělání CS je nezbytný k odstranění historických mezer v technologických oblastech. Černošské, latinskoamerické a domorodé obyvatelstvo a ženy byly dlouho nedostatečně zastoupeny v povoláních STEM, která silně závisí na CS a počítačových dovednostech. Vzhledem k vyšším mzdám a pracovním vyhlídkám spojeným s těmito obory toto nedostatečné zastoupení různých populací ve STEM implicitně přispívá k rozdílům na základě rasy a pohlaví podél ekonomické linie. Rozvoj technických dovedností poskytuje cestu k vzestupné sociální mobilitě, jak ukázaly zkušenosti některých skupin přistěhovalců s asimilací: Ti, kteří mají počítačové a jiné dovednosti v oblasti STEM, dosahují mzdové parity s domácími pracovníky mnohem rychleji než ti, kteří tyto dovednosti nemají.

Předchozí výzkumy ukazují, že nízký přístup ke vzdělávacím příležitostem a zdrojům CS je kritickým hnacím motorem mezer v účasti na STEM, které mají tendenci odrážet větší socioekonomické nerovnosti založené na rase, příjmu nebo lokalitě. Pokud je například jedinou nabídkou CS ve škole mimoškolní kroužek robotiky, přístup k této příležitosti k učení získají pouze ti, kteří mají vnitřní motivaci a zdroje k účasti. Nižší přístup k CS by se mohl projevovat různými způsoby, od nepříliš častého vystavení výukovým aplikacím založeným na počítači ve třídě až po méně kurzů nabízených na středních školách. Nerovný přístup nevysvětluje rozdíly v participaci na základě pohlaví, ačkoli ty jsou pravděpodobně způsobeny jinými socializovanými genderovými normami, které dívky odrazují od práce na počítači a dalších oborech STEM. Očekává se však, že univerzální přístup poskytne jak dovednosti CS všem studentům, tak stimuluje větší zapojení mezi nedostatečně zastoupenými skupinami, čímž se zvýší rozmanitost v povoláních STEM.

„Přístup studentů ke vzdělání v oblasti informatiky se v USA velmi liší.“

Přístup studentů ke vzdělávání CS je v USA velmi proměnlivý. Ačkoli mnoho škol poskytuje počítačové laboratoře a kurzy počítačové gramotnosti (např. psaní na stroji, používání internetu, zpracování textu), kurzy CS jdou nad rámec základů a poskytují výuku počítačového myšlení a jiné digitální operace a vyžadují učitele s těmito dovednostmi. Na mnoha místech v USA je CS nabízen studentům pouze jako volitelné předměty nebo mimoškolní aktivity, pokud vůbec. Ponechání poskytování vzdělávání CS na těchto dobrovolných kontextech ponechává kvalitu zkušeností s CS velmi proměnlivou a závislou na dostupnosti místních zdrojů. Očekává se však, že univerzální přístup ke vzdělávání CS bude standardizovat vzdělávací standardy, rozšíří omezení místních zdrojů a zajistí rovný přístup ke kvalitní výuce.

Přijímání zákonů o politice vzdělávání CS

Výzvy po univerzálním vzdělávání CS existují již léta – od firemních snah a prosazování neziskových organizací až po federální akce na zvyšování povědomí – ačkoli pokrok byl až donedávna pomalý. Teprve od roku 2015 tyto snahy přinesly kritické množství, které přimělo mnoho států k přijetí zásadních změn na podporu vzdělávání CS.

Pro ilustraci této transformace zvažte změny zásad zdokumentované ve výročních zprávách „State of Computer Science Education“ (State of CS), jejichž spoluautory jsou Code.org Advocacy Coalition, Asociace učitelů počítačových věd a Expanding Computing Education Pathways . Od roku 2017 zprávy o stavu CS propagovaly a sledovaly devět různých politik zaměřených na podporu vzdělávání CS ve školách.¹ Těchto devět zásad je:

Během pouhých pěti let prokázaly státy pozoruhodnou politickou transformaci; Obrázek 1 kombinuje a animuje tento vývoj.² Ve zprávě z roku 2017 byl Arkansas jediným státem, který přijal alespoň sedm z devíti sledovaných politik. Mezitím 36 států přijalo tři nebo méně politik, včetně devíti států, které nepřijaly vůbec žádnou politiku CS na státní úrovni. Ale ve zprávě z roku 2021 mělo 24 států v knihách nejméně sedm politik – pozoruhodný posun pozorovaný ve všech geografických regionech. Pouze 10 států zůstává v nejnižší kategorii přijetí a všechny státy přijaly alespoň jednu politiku.

Obrázek 1 také ukazuje, které zásady jsou přijaty. Nejčastěji přijímanou politikou je, že kurz CS splňuje základní požadavek na absolvování střední školy, přičemž všech 50 států plus Washington, D.C. jej přijme do roku 2021. Mezi další populární zásady patří mít státní plán CS, financování iniciativ CS, vytvoření státního úroveň CS důstojník, přijetí K-12 CS standardů a uznání CS certifikace pro učitele; každá z těchto kategorií politik zahrnuje více než 30 států, které v této oblasti podniknou opatření do roku 2021.

Poskytování univerzálního přístupu ke vzdělávání CS v mnoha zemích obvykle následovalo po poskytování (téměř) univerzálního přístupu k osobním počítačovým zařízením a širokopásmovému připojení. Ačkoli některé prvky základů CS lze vyučovat bez pomoci počítačů a připojení k internetu, jsou to nezbytné vstupy pro úplné kurikulum CS. Historicky měly školy a domácnosti umístěné v nízkopříjmových nebo venkovských komunitách nižší přístup k digitální infrastruktuře – což je fenomén široce známý jako digitální propast. Kromě řady dalších negativních důsledků je důsledkem tohoto rozdělení na výuku KS to, že studenti v těchto kontextech mají méně příležitostí k pravidelné interakci s počítačovými zařízeními v kontextu výuky a budou mít horší přístup k vysoce kvalitní výuce KS.

V poslední době však pandemie COVID-19 působila jako katalyzátor při dosahování skutečného pokroku při překonávání digitální propasti. Poskytování širokého přístupu k potřebným počítačovým zdrojům bylo naléhavou prioritou mnoha školských systémů, protože se snažily zůstat v kontaktu se studenty, zatímco školy byly po delší dobu zavřené. S novými zařízeními a rychlým přístupem k internetu začínají dříve odpojení studenti pravidelně komunikovat s počítači, aby si usnadnili učení. Takže tam, kde některé komunity mohly být z těchto důvodů v minulosti méně schopné nabízet CS, předpokládáme, že hardwarové a infrastrukturní bariéry by měly být v budoucnu méně impozantní.

Více studentů absolvuje zkoušky AP CS

V této aktivní éře přijímání zásad CS zkoumáme, zda tyto akce odpovídají změnám ve výsledcích studentů v CS. Mají studenti větší šanci, že se zapojí do výuky CS a uspějí? Snižují se rozdíly na základě rasy a pohlaví s univerzálnějším přístupem?

K prozkoumání těchto otázek používáme výsledky na státní úrovni u zkoušek AP College Board v CS. Zkoušky AP jsou užitečnými výstupními měřítky pro toto vyšetřování, protože jsou standardizované, spravované na národní úrovni a představují smysluplné kompetence v oboru, které jsou široce uznávány. Tato část poskytuje podrobné informace o zkouškách AP CS.

V přechodném bodě mezi střední a vysokou školou jsou kurzy AP v různých předmětech nabízeny na většině středních škol pokročilým studentům, obvykle v posledním ročníku (ročnících) střední školy. Studenti se mohou rozhodnout absolvovat zkoušku AP na konci školního roku, aby prokázali své zvládnutí učebního materiálu. Když studenti imatrikulují na vysokou školu, mnoho institucí udělí těm, kteří prošli AP testem, vysokoškolské kredity odpovídající úvodnímu kurzu v oboru. Účast na zkoušce AP CS a její složení by tedy pravděpodobně mělo být považováno za vrcholný výsledek studenta; tedy takový, který je realizován po několika letech příležitostí ke studiu CS.

Účast studentů v kurzech a zkouškách AP je široce vnímána jako důležité signály připravenosti na vysokou školu a mnoho středních škol rozšířilo nabídku kurzů AP, aby rodičům signalizovalo přísnost a motivovalo studenty. Někteří vědci zpochybňují, do jaké míry účast na AP třídách skutečně zvyšuje pravděpodobnost úspěchu studentů na vysoké škole (protože se do těchto kurzů zapisují především pokročilí studenti), a kontrola mnoha charakteristik studentského pozadí prudce snižuje zjevnou výhodu účasti na AP. Další důkazy z pobídkového rozšiřování kurzů AP ve znevýhodněných prostředích poukazují na to, že účast na AP má kauzální, pozitivní dopad na skóre SAT/ACT a zápis na vysokou školu. I když se podíváme na mnoho studií programu AP, akademické výhody připadají téměř výhradně těm, kteří složí zkoušku AP (účast v kurzu bez složení zkoušky poskytuje jen malý, pokud vůbec nějaký), akademický přínos.

"Socioekonomicky znevýhodněné skupiny nemají na svých školách rovný přístup k programování AP."

I když mají prospěch pouze ti, kteří úspěšně složí zkoušku AP, socioekonomicky znevýhodněné skupiny nemají na svých školách rovný přístup k programování AP. V roce 2014 provedl Úřad pro občanská práva ministerstva školství speciální sběr dat o přístupu studentů k pokročilé práci v kurzu. Zprávy ukazují, že černí a latinskoameričtí studenti tvoří 27 % z těch, kteří se zapsali do alespoň jednoho AP kurzu a 18 % z těch, kteří složili alespoň jednu AP zkoušku, přestože tyto skupiny tvoří 37 % všech studentů. Dále, tyto mezery nejsou omezeny na AP kurzy, ale jsou také zřejmé v pokročilých STEM kurzech (jako je algebra II a fyzika).

Během let našeho vyšetřování uspořádala College Board dvě zkoušky AP pokrývající obsah CS: Počítačová věda A (AP CS A) a Principy výpočetní techniky (AP CS P). AP CS A je určen k pokrytí materiálu očekávaného od prvního ročníku kurzu CS na vysoké škole (s velkým důrazem na kódování), zatímco AP CS P má pokrýt kurz prvního ročníku výpočetní techniky (včetně základnějšího obsahu, jako jsou dopady technologií o společnosti a pochopení toho, jak fungují algoritmy a sítě). Studenti obou kurzů se naučí navrhovat počítačový program, ale pouze studenti absolvující AP CS A vyvinou algoritmy a kód potřebné pro implementaci. To nutně neznamená, že AP CS A je efektivnější – i když je přísnější a bude následovat po AP CS P v pořadí kurzu. Nedávná zpráva College Board dochází k závěru, že studenti, kteří absolvují AP CS P (ve srovnání s těmi, kteří nedostali příležitost), s větší pravděpodobností absolvují AP CS A v pozdějších středoškolských letech nebo prohlásí, že mají CS vysokou školu. Přestože tato zjištění nejsou kauzální, podtrhují význam AP CS P při rozvoji zájmu studentů o obor, zejména mezi nedostatečně zastoupenými skupinami studentů.

Z těchto dvou zkoušek má AP CS A delší historii, jejíž počátky sahají až do roku 1984. Po většinu své historie by zkoušku ročně složilo skromných 20 000 nebo méně studentů, i když se tato čísla začala v poslední dekáda. Zkouška AP CS P však byla zavedena ve školním roce 2016-17 a rychle si získala na popularitě. Do jara 2018, druhého roku administrace, již poptávka studentů po zkoušce AP CS P (62 868 studentů veřejných škol) překonala poptávku po AP CS A (51 645 studentů).

Obrázek 2 ukazuje počet zkoušek složených v letech 2012–2020 (poslední rok s dostupnými údaji). V první polovině série byla AP CS A jedinou nabízenou zkouškou AP CS a poptávka studentů rok od roku mírně rostla. Zkouška AP CS P po zavedení rychle dominovala. V roce 2020 složilo jednu z těchto zkoušek AP CS více než 150 000 studentů, přičemž téměř dvě třetiny této poptávky pocházely z AP CS P. Pro informaci, účast na zkouškách AP celkově vzrostla z více než 950 000 studentů v roce 2012 na 1,21 milionu v roce 2020 ( 27% růst). Rostoucí zájem o zkoušky AP CS výrazně předčil obecný nárůst u ostatních předmětů AP.

Nedávná srovnávací studie dvou zkoušek AP CS zjistila důležité rozdíly mezi studenty, zvládnutím dovedností a zamýšlenými obory povolání. Studenti, kteří skládají zkoušku AP CS A, často skládají několik dalších zkoušek AP a hodlají se jednou na vysoké škole věnovat studiu buď CS nebo jiných oborů STEM. Naopak studenti skládající zkoušku AP CS P pouze hlásili menší zájem o studium oborů a kariéry CS nebo STEM a vyjadřovali nižší počítačovou důvěru (jak se očekávalo, vzhledem k základnímu materiálu).

Studenti, kteří absolvovali pouze AP CS P, byli rozmanitější než studenti, kteří absolvovali AP CS A, ačkoliv u obou zkoušek je stále patrné nedostatečné zastoupení černošských, latinskoamerických a ženských studentek.³ Obrázek 3 ilustruje rozdíly v rozmanitosti mezi dvěma zkouškami AP CS. Stejně jako předchozí obrázek ukazuje nedávnou časovou řadu účastníků testu AP, i když namísto číselných počtů se díváme na podíl černých a latinskoamerických (světle modré čáry) nebo žen (tmavě modré čáry) testujících na y -osa. Černošští a latinskoameričtí studenti tvoří mezi 13–18 % účastníků testu AP CS A pro celou sérii, ale představují 28–30 % účastníků testu AP CS P. Podobně vzrostl počet studentek z 18 % účastníků testu AP CS A v roce 2012 na 25 % v roce 2020; tvořili ještě větší podíl účastníků testu AP CS P během let, kdy byl podáván (růst z 30 % v roce 2017 na 34 % v roce 2020).

Ve zbytku zprávy kombinujeme výsledky studentů na zkouškách AP CS a souhrnné statistiky. Děláme to především pro jednoduchost při vykazování, protože většina výsledků vykazuje při samostatné analýze vyšetřením zhruba nadbytečné vzorce; výjimky z tohoto budou uvedeny v textu.

Zkoumání výsledků AP CS podle studentské rasy a pohlaví

Výsledky zkoušky AP CS poskytují dva samostatné výsledky, které používáme ve zbývající analýze: absolvování testu a úspěšné složení. College Board uvádí statistiky na státní úrovni podle roku a studentské rasy a pohlaví pro oba výsledky, a ty budou spojeny se změnami státní politiky, které jsme popsali dříve. Tato část nejprve zkoumá, jak se rozšiřování testování v AP CS vyvíjelo z pohledu rasy a pohlaví.

Než budeme pokračovat, měli bychom si povšimnout důležitého omezení týkajícího se údajů o absolvování zkoušky AP CS: Když je v nahlášené buňce přítomen malý počet studentů, College Board buňku cenzuruje, aby chránila soukromí studentů. Cenzura buněk je běžná ve státech s malou populací, když je hlášení rozděleno podle států, roku, zkoušky a kombinací rasy nebo pohlaví. V důsledku toho jsme omezeni v naší schopnosti zkoumat státní politiku a její souvislost s pomíjivými výsledky podle rasy a pohlaví. Níže uvedeme některé míry úspěšnosti jako relevantní, ačkoli velká část analýzy, která následuje, používá jako primární výsledek AP CS provedení testu.

Jak bylo diskutováno dříve, zvyšující se rasová a genderová diverzita v CS a souvisejících oborech STEM je důležitým motivačním faktorem při přijímání univerzálních politik vzdělávání CS. Souviselo zmenšování mezer v absolvování testů AP CS a jejich úspěšném složení s expanzí státních politik vzdělávání CS?

Související obsah

Obrázek 4 ilustruje, jak se v posledních letech vyvíjely rozdíly v zastoupení v AP testech. Obrázek se skládá ze dvou animovaných bodových grafů, které znázorňují rozdíly v zastoupení mezi nadměrně zastoupenými skupinami na ose x (muži vlevo, běloši a asijští studenti vpravo) a nedostatečně zastoupenými skupinami na ose y (ženy vlevo, Černí a latino studenti vpravo). Na obou osách je podíl státu na každé studentské skupině zastoupené mezi účastníky testu (vztaženo na státní populaci 12^. studentů třídy).⁴ Oba panely mají 45 -stupňová referenční čára, označující paritu při provádění testu AP CS mezi nadměrně zastoupenými a nedostatečně zastoupenými skupinami. Body spadající pod tuto referenční linii představují mezery v testech, kde jsou běloši, Asiaté a muži i nadále nadměrně zastoupeni. Přes stavová pozorování je také proložena čára – body ležící na této čáře sdílejí stejné relativní poměry v populaci provádějící test mezi nedostatečně a nadměrně zastoupenými skupinami.

V roce 2012, prvním roce animace, jsou všechny stavy seskupeny do levého dolního rohu bodových grafů. Pozice těchto bodů ukazuje celkově nízkou účast a účast je obzvláště nízká mezi černošskými, latinskoamerickými a ženskými studenty. Když stisknete tlačítko Play na animaci, body se posunou směrem od počátku, i když téměř výhradně ve stejných polovinách dějových oblastí jihovýchodně od referenčních čar. Proložená čára mezi pozorováními stavu ukazuje, že mezery v reprezentaci při provádění testu se s časem mírně zmenšily (jak proložená čára nabývá strmějšího sklonu a přibližuje ji k paritě), ačkoli velké mezery ve většině stavů přetrvávají.

Tabulka 1 níže uvádí dvě klíčové metriky, které pomáhají popsat, jak se tyto vzorce absolvování testů podskupinami studentů v průběhu času vyvíjely. První metrikou je poměr mezer v účasti (nedostatečně zastoupené skupiny/nadměrně zastoupené skupiny), což je v podstatě to, co ilustrují proložené čáry na obrázku 4. Hodnota 1 představuje paritu mezi skupinami (stejně jako výše uvedená 45stupňová čára má sklon 1). Míra účasti byla v roce 2012 více než čtyřikrát vyšší mezi muži 12^{srovnávače ve srovnání s ženami, což vedlo k podílu účasti 0,24. Rostoucí účast žen v posledních letech je přiblížila paritě s hodnotou pro rok 2020 0,46. Tabulka 1 také uvádí rozdíl v podílu účastníků testu z nadměrně zastoupených skupin a méně zastoupených skupin, kde hodnota 0 představuje rozdělení 50–50 v demografických údajích účastníků testu. V roce 2012 bylo mezi účastníky testu AP CS necelých 20 % žen a něco málo přes 80 % mužů, což vedlo k rozdílu v podílu v testech přesahujícím 62 procentních bodů. Tato mezera se od roku 2020 zmenšila na méně než 40 procentních bodů. Podobné vzorce pokroku se ukazují na metrikách založených na rasách.}

Tabulka 1 ukazuje jak poměry účasti, tak mezery v podílu v testech vypočítané podle pohlaví a rasy za tři vybrané roky: první rok dat (2012), rok zavedení AP CS P (2017) a poslední rok (2020). Zkoumání toho, jak se tyto metriky v průběhu série změnily, je poučné: Velká část celkových vylepšení metrik byla realizována v roce 2017 zavedením zkoušky AP CS P. Pokrok dosažený v uplynulých letech byl ve srovnání s ním skromnější a zisky byly větší u rozdílů mezi pohlavími, spíše než u rozdílů mezi rasami.

Při zaměření na rychlost průchodu AP CS nacházíme další povzbudivé vzorce zužování mezer. Při rychlém rozšiřování skupiny pro přijímání testů by se člověk mohl obávat, že studenti, kteří jsou vyzváni ke zkouškám AP CS, nebudou na zkoušky tak připraveni jako studenti, kteří se na AP CS připravovali již před rozšířením. Tato obava rezonuje zejména u zkoušky AP CS P, která se během několika let dramaticky rozšířila na více než 100 000 zkoušek ročně. Naopak, naše analýza dat naznačuje, že míra úspěšnosti mezi nedostatečně zastoupenými skupinami se během tohoto období expanze AP CS zvýšila a rostla rychleji než u nadměrně zastoupených skupin.

Obrázek 5 ukazuje míru úspěšného složení zkoušek AP CS podle pohlaví (vlevo) a rasy (vpravo) v posledních letech. Osy x představují roky a osy y představují míru úspěšnosti pro každou skupinu studentů; míra absolvování je sloučena u obou zkoušek AP CS. V obou panelech nadměrně zastoupené skupiny skládají zkoušky s vyšší mírou a zvláště velký rozdíl je patrný mezi rasovými skupinami. Přesto během těchto let růstu participace současně vzrostla míra úspěšnosti mezi nedostatečně zastoupenými skupinami. Mezitím míra procházení nadměrně zastoupených skupin (muži nalevo, běloši a Asiaté napravo) během tohoto období expanze vzrostla. Na internetu se rozdíly mezi těmito skupinami zmenšily a v roce 2020 počet úspěšných žen překonal rychlost mužů.

Abychom potvrdili, že zužující se mezery zobrazené na obrázku 5 nejsou způsobeny pouze rostoucí popularitou zkoušky AP CS P, zkoumali jsme samostatně míru úspěšnosti u každé zkoušky AP CS. Zužující se mezery pozorované na obrázku 5 jsou také pozorovány v každém testu. Například úspěšnost žen u zkoušky AP CS A se zvýšila z 56 % (2012) na 68 % (2020) a u zkoušky AP CS P se zvýšila ze 70 % (2017) na 75 % (2020). Nárůst o 5 nebo více procentních bodů byl obdobně pozorován u černošských a latinskoamerických testujících v obou testech během tohoto období. Mezitím se míra úspěšnosti mezi nadměrně zastoupenými skupinami během období mírně zvýšila u zkoušky AP CS A, zatímco u zkoušky AP CS P mírně klesla. Čisté výsledky opět ukázaly zmenšující se rozdíly u nedostatečně zastoupených skupin jak podle rasy, tak podle pohlaví v obou zkouškách.

Spojení změn politiky vzdělávání CS s absolvováním testu AP

Nakonec zkoumáme, zda státy, které dosahují většího pokroku ve svých zásadách vzdělávání CS, vykazují příznivější výsledky u zkoušek AP CS. Je například možné, že tyto státy, které přijímají více politických opatření ke zlepšení všeobecného přístupu ke vzdělávání CS, zaznamenaly větší nárůst účasti v AP CS nebo výraznější snížení nedostatečně zastoupených mezer ve srovnání se státy, které dělají málo.

Než budeme diskutovat o našich výsledcích, musíme uznat, že metriky přijímání zásad jsou pro praxi nedokonalými zástupci. Zprávy o stavu CS pozorně zaznamenávají, že státní politiky se značně liší, a to i v rámci stejných kategorií politik. Dále se stát může rozhodnout přijmout danou vzdělávací politiku CS, ale její implementace může být zmařena bariérami, které omezují její praktický dopad. Jiné státy mohou zavést praktiky zlepšující CS, i když neexistuje formalizovaná státní politika. Tento problém je vidět na obrázku 6, který znázorňuje rozdíly ve sledovaných postupech ve třech různých kategoriích politického statusu. Obrázek 6 se zaměřuje na procento středních škol ve státě nabízejících základní kurzy CS (osa y), což je praxe, která poskytuje univerzálnější přístup k CS pro všechny studenty. Stav politiky CS odpovídající této akci je, zda státy mají politiku vyžadující, aby všechny střední školy nabízely CS (Vyžadovat HS). Osa x odděluje státy, které nemají žádnou politiku, státy, které přijaly politiku s cílovým implementačním cílem v budoucnosti (probíhá) a státy, jejichž politika již platí (ano).

Kvádrové grafy představují průměry a rozložení stavů pozorovaných v každé ze tří kategorií stavu politiky. Státy s platnou státní politikou mají nejvyšší průměrné procento středních škol nabízejících CS a státy s probíhající politikou mají vyšší procento než státy bez politiky. Pozorované rozdíly v praxi mezi státy jsou však mnohem menší, než by naznačovaly samotné proměnné stavu politiky. Klíčovým bodem je, že jsme nuceni se dívat na údaje, které máme k dispozici o stavu politiky, nikoli na skutečné postupy; v důsledku toho se nám v našich analýzách možná nedaří zachytit důležité rozdíly v praxi.

Abychom provedli analýzu, sloučili jsme údaje o přijetí zásad o stavu CS s údaji o zkoušce AP CS podle státu a roku.⁵ Spustili jsme řadu dvoucestných modelů s pevnými efekty, které jsou určeny k vyrovnání dalších korelovaných změn v chování při provádění testů pozorovaných v daném státě v průběhu času a současně napříč jinými státy. Spustili jsme samostatný model pro každou z devíti sledovaných zásad CS a zacyklili jsme tuto operaci napříč různými metrikami testování jako závislé proměnné. Výsledky tohoto cvičení jsou uvedeny v tabulce 2 níže.

Sloupce v tabulce 2 odpovídají různým analytickým modelům, ve kterých jsou výsledky zájmu celková míra absolvování testu (sloupec 1) a také procento testujících žen (sloupec 2) a černochů nebo latinoameričanů (sloupec 3). Devět zásad CS je uvedeno v záhlaví řádků. Buňka odpovídající kombinaci řádků a sloupců představuje bodový odhad a standardní chybu obousměrného modelu s pevnými efekty, přičemž politika v záhlaví řádku se používá jako vysvětlující proměnná a skupina studentů v záhlaví sloupce jako výstup zájem. Buňky jsou barevně kódovány pro snadnou interpretaci, aby bylo možné zvýraznit, kde jsou odhady největší.

Shrnutí výsledků v tabulce 2 na vysoké úrovni je, že několik z těchto vzdělávacích politik CS je celkově pozitivně spojeno s chováním studentů při absolvování testu AP CS. První sloupec ukazuje největší a statisticky nejvýznamnější odhady odpovídající politikám, které 1) přidělují státní finance na vzdělávací iniciativy CS, 2) vyžadují, aby státní vysoké školy uznávaly kurzy CS jako kurzy STEM při rozhodování o přijetí, a 3) vyžadují všechny střední školy v stát nabízet kurzy CS. Tento výsledek nás obecně nepřekvapuje, protože všechny tři tyto zásady mají reálně přímý dopad na studenty středních škol, kteří jsou cílovou populací pro zkoušky AP CS. Jiné zásady, jako je nabízení programu certifikace učitelů ve vzdělávání CS nebo mít státního úředníka odpovědného za vzdělávání CS, by pravděpodobně ovlivnily tyto výsledky na střední škole nepřímějšími prostředky.

Dalším zjištěním z tabulky 2 je, že žádná z politik se nezdá být spojena s relativním zvýšením podílu účastníků testu z nedostatečně zastoupených skupin. Pouze jeden bodový odhad je významný ve sloupci 2 (zda se kurz CS započítává do požadavku na absolvování STEM) a je ve směru prohlubování rozdílu na základě pohlaví. Tento výsledek je třeba brát s rezervou, protože tato politika (Count) byla primárně přijata v dřívějších letech minulého desetiletí, kdy byly mezery největší. Zásadním faktorem, který řídí tyto odhady, je (téměř) konstantní podíl nedostatečně zastoupených účastníků testů mezi lety 2018 a 2020, tedy roky, pro které máme překrývající se údaje o implementaci politik a AP testech.

Měli bychom také poznamenat, že s vysokou úrovní aktivity státní politiky, která se shoduje s rychlým rozšířením provádění testů AP CS, nemůžeme tvrdit, že některý z bodových odhadů uvedených v tabulce 2 představuje kauzální vztah. Spíše je to náš nejlepší pokus izolovat asociace, které jsou jedinečné pro určité kombinace politiky a výsledku, abychom prozkoumali vztah; výsledky nejsou zamýšleny jako definitivní hodnocení jakékoli dané politiky.

I když rozšíření těchto zásad CS mělo celkově jen malý zjevný vztah k mezerám v absolvování testů, neznamená to, že to byla zkušenost studentů ve všech státech. Chceme prozkoumat, zda nárůst výkonu nedostatečně zastoupených skupin doprovázel rozšíření politiky CS v jakémkoli státě, a děláme to na mapě uvedené na obrázku 7.

Obrázek 7 představuje dvourozměrnou mapu USA, kde jsou státy barevně kódovány na základě pozorovaných změn ve dvou směrech: nárůst v přijímání vzdělávací politiky CS na státní úrovni a růst počtu absolvování testů AP CS černochů a Latinoameričanů. Stavy nad mediánem v obou dimenzích jsou stínovány tmavě modře a stavy pod mediánem v obou jsou stínovány světle šedou. Světle modré a tmavě šedé odstíny představují stavy vysoko v jedné nebo druhé dimenzi, ale ne v obou.

Tato analýza odhaluje některé překvapivé geografické rozdíly. S použitím řeky Mississippi jako dělicí čáry jsou téměř všechny státy s nejvyšším nárůstem počtu testů mezi skupinami černošských a latinskoamerických studentů východně od řeky (Nevada a Montana jsou jediné výjimky na západ od Mississippi). A mezi státy s nejvyšším nárůstem počtu testů na východě jsou státy rozděleny přibližně rovnoměrně mezi kategorie s vysokou a nízkou úrovní přijímání politik. Porovnejte tento vzor se státy na západ od Mississippi, kde téměř všechny státy spadají do kategorie s nízkým růstem pro černošské a latinskoamerické AP CS, přičemž více než dvě třetiny z nich jsou v kategorii politiky s nízkým růstem.

Reflexe na mapě nám dává dvě důležité lekce. Za prvé, mapa názorně ilustruje, že samotné přijetí politiky není přesným prediktorem silnějších výsledků u nedostatečně zastoupených skupin. Pozorujeme mnoho států s vysokým politickým růstem, které vidí srovnatelně malé zlepšení ve výsledcích testů pro černošské a latinskoamerické studenty; mezitím také vidíme mnoho příkladů s vysokým růstem mezi černošskými a latinskoamerickými studenty, kteří nevykazovali stejně agresivní úroveň přijetí zásad.

„Samotné přijetí zásad není přesným předpokladem lepších výsledků u nedostatečně zastoupených skupin.“

A za druhé, mapa naznačuje, že geografické společné rysy mohou být důležitou pákou podporující výsledky studentů CS. Z této analýzy není jasné, jak budou tyto geografické vztahy záležet, ale nabízí to určitý užitečný směr pro budoucí práci. Sugestivní vodítko pochází ze zprávy o stavu CS z roku 2021 (str. 14), která ukazuje politickou mapu procenta škol nabízejících základní CS, s podobným zřejmým rozdílem mezi východem a západem. Potvrzujeme, že procento středních škol nabízejících CS na státní úrovni také pozitivně koreluje jak s naším měřítkem růstu politiky, tak s rostoucí účastí černochů a latinoameričanů. Ačkoli jsou pouze sugestivní, univerzálnější nabídky CS pro střední školy představují jasný mechanismus, jehož prostřednictvím bude větší podíl nedostatečně zastoupených skupin vystaven výuce CS, a proto se bude účastnit smysluplných kurzů vedoucích ke zkouškám AP CS.

Závěrečná diskuse a doporučení

Zkoumali jsme přijetí zásad vzdělávání CS a výsledky zkoušek AP CS v posledních letech – oba tyto postupy zaznamenaly během této doby rychlý rozmach. Zjistili jsme, že mezery se mírně zužují u historicky nedostatečně zastoupených skupin studentů v oborech CS a STEM, ačkoli velká část zúžení byla spojena se zavedením zkoušky AP CS P. Naše další šetření jasně ukázala, že celková míra účasti na zkouškách AP CS se zdá být spojena s přijetím zásad CS, i když žádná z těchto zásad nevykazuje žádný jasný vztah se zvyšujícím se podílem historicky nedostatečně zastoupených skupin mezi uživateli testů.

Uvědomujeme si, že některá z těchto zjištění jsou v rozporu s převládajícím příběhem v kruzích vzdělávání CS, který uvádí, že lepší přístup ke vzdělávání CS povede ke zmenšení rozdílů v účasti. I když v posledních letech nacházíme zmenšující se mezery, nezdá se, že by souvisely s přijetím politiky. Objasňujeme však, že tyto výsledky jsou založeny na úzkém souboru dat bezprostředně po změnách zásad. Tato zjištění nejsou pozorována po dlouhá období implementace ani na širokém souboru výsledků, které by mohly těmto raným vzorcům čelit. Například si z naší dřívější diskuse vzpomeňte, že bílí a asijští studenti se obecně častěji zapisují do bohatší sady kurzů na úrovni STEM a AP a je pravděpodobnější, že se konkrétně zapojí do kurzů CS. Zdá se pravděpodobné, že jak státy nastartují vzdělávací iniciativy CS, nadměrně zastoupené studentské skupiny, které mají preferovaný přístup, mohou mít lepší pozici, aby využily nově dostupných příležitostí. Podobně zásadnější výsledky, jako je vystavení studentů kódování nebo diskuse o nových technologiích ve třídě (které jsou v kontrastu s výsledky AP CS v našich datech), mohou mít s větší pravděpodobností nepřiměřený dopad na nedostatečně zastoupené skupiny, čímž se zužují mezery ve formativní expozici. V obou případech se zdá být pravděpodobné, že zmenšování mezer v účasti CS a STEM během období několika let implementace politiky může stále vést, i když se mezery v AP CS zdají být nekorelované s krátkodobými změnami politiky.

„I když se počet testů z počítačových věd AP zvýšil mezi nedostatečně zastoupenými skupinami, zvýšila se také míra úspěšnosti, což má za následek užší mezery s nadměrně zastoupenými studenty.“

Naše výsledky také poskytují některé jednoznačně povzbudivé zprávy. Za prvé, i když se absolvování testu AP CS zvýšilo mezi nedostatečně zastoupenými skupinami, zvýšila se také míra úspěšnosti, což má za následek užší mezery u nadměrně zastoupených studentů. Také státy, které nebyly tak aktivní v prosazování vzdělávacích politik CS, stále vykazují velký nárůst účasti v AP CS; proto i při absenci politických opatření vidíme důvod být optimističtí, pokud jde o celkovou trajektorii vzdělávání CS.

Doufáme, že tato zjištění vybízejí k zamyšlení a přehodnocení toho, jak státy přistupují k rozšíření vzdělávání CS. Na závěr nabízíme následující doporučení státním vzdělávacím agenturám a politikům, kteří pracují na rozšíření vzdělávání CS:

Výpočetní technika a technologie budou nedílnou součástí ekonomické a sociální budoucnosti, která čeká na dnešní děti. Poskytování přístupu k vysoce kvalitnímu CS vzdělávání bude klíčové pro zajištění toho, aby se všichni studenti mohli s touto budoucností setkat přímo.

Autoři děkují Loganu Bookerovi a Marguerite Franco za vynikající pomoc při výzkumu a Nicol Turner Lee, Pat Yongpradit a Jon Valant za užitečnou zpětnou vazbu.

The Brookings Institution je nezisková organizace věnující se nezávislému výzkumu a řešením politik. Jejím posláním je provádět vysoce kvalitní, nezávislý výzkum a na základě tohoto výzkumu poskytovat inovativní, praktická doporučení pro tvůrce politik a veřejnost. Závěry a doporučení jakékoli publikace Brookings jsou výhradně závěry a doporučeními jejího autora (autorů) a neodrážejí názory instituce, jejího vedení ani jejích dalších odborníků.

Podporu pro tuto publikaci velkoryse poskytla Howmet Aerospace Foundation. Zjištění, interpretace a závěry v této zprávě nejsou ovlivněny žádným darem. Brookings si uvědomuje, že hodnota, kterou poskytuje, je v jejím absolutním závazku ke kvalitě, nezávislosti a dopadu. Aktivity podporované jeho dárci tento závazek odrážejí.