高校TCSの指導-既存のプログラム

私はカリキュラムの構築を必要とする新しいTCS高校プログラムを教えるように申し出られました。これに関する意見や提案を聞きたいです。

まず、TCSプログラムが成功した（または失敗した）高校を知っている人はいますか？

このアイデアは、厳選された優秀な学生を対象とした3年間のプログラム（10〜12学年、16〜18歳）、週8時間程度であり、要求される可能性があります。標準の「コンピューター」プログラムとは異なり、このプログラムはプログラミングではなく、CS、主にTCSの選択されたトピックに焦点を当てる必要があります。これまでに考えているトピックは、広くは次のとおりです。

• 漸近解析
• 基本的なデータ構造とアルゴリズム（リスト、配列）
• 貪欲なアルゴリズムと動的プログラミングのデモとしてのグラフアルゴリズム。
• その他のアルゴリズム（確率的など）
• 計算可能性-TM、削減、決定可能性の概念。
• 複雑さ-NP、P、おそらくPSPACEおよびNL。完全。
• オートマトン理論

基本的に、これはCSのB.Scの最初の2年間のTCS部分をカバーしています。ただし、これらの学生には、この資料のほとんどに必要な数学的基盤がないことに留意する必要があります。特に、集合理論、組み合わせ論、確率、モジュラーアーティメティックのようなものは、高校では教えられません（残念ながら）。

まとめると、正確な質問をするために：

1. 誰でも似たようなプログラムをどこでも知っていますか？
2. 上記のトピックに加えて/代わりに、教えることができると思われる具体的/一般的なトピックについての提案がありますが、プログラムを面白く、重要で直接的に関連させたままにしますそれにかかる時間を正当化するため）
3. 最近では非常にホットなトピックであるため、何らかの形で機械学習を紹介したいと思います。濃度測定定理のようなツールなしで機械学習をどのように提示できるかについてのアイデアは大歓迎です。

多くの国では、IOIチームのサマースクールを開催しています（およそ16歳の高校生で構成されています）。私たちがイランに持っているものは、以前は次のコースを持っていました。

• プログラミング、
• データ構造とアルゴリズム、
• 組み合わせ論、および
• グラフ理論。

ACMのコンピューターサイエンスティーチャーズアソシエーションには、K12カリキュラムがあります。 Curriculum Resourcesページ才能のある10代の若者にとってはあまりにも軽いでしょう。

プログラミングだと思う は間違いなくカリキュラムの一部でなければならない。Pythonは学習するのに適した第一言語でなければなりません。

また、アクセス可能なトピックをアプリケーションでカバーすることもできます（クールなものを作成する喜びは、興味に大きな影響を与える可能性があります）。おもうCourseraのAndrew NgのMLコースは 、才能のある学生（特に、より深刻なK12数学カリキュラムがあるあなたの国などの学生）にアクセスできるはず。

あなたが検討したいと思うかもしれない非標準のトピックは組み合わせゲーム理論です。16歳ではあまり面白くないかもしれません（私は経験がありません）が、私の経験では少し若い学生にはかなりうまくいきます。

私は個人的に、中央との接続テーマは周りのアルゴリズムであるべきだと思う、私はそれが中心テーマとして、より良いオートマトン理論よりもうまくいくと間違いなくアルゴリズムの視点は（マシン、オートマトンなどチューリングない）だと思うコンピュータ科学の本質。

奇妙なことに、誰かがいます機械学習は独自に適合すると主張するいますなぜなら、基本的な数学が重要な課題を理解するのに十分に理解できる数少ないサブフィールドの1つだからです。私はこの主張に同意しません-基本的なアルゴリズム（検索、並べ替えなど）をパズルとして提示することができます。加算」、または線形時間での整数の並べ替え、または因数分解（素数の概念は、高校生の選択グループにとって新しいものではないと思いますか？）一方、多くの機械学習は、統計学と確率理論の十分な経験がなければ理解するのが難しいでしょう。それにもかかわらず、

教育プログラムに関しては、ドレクセルのエッシンガーとローゼンによるより詳細なプログラムがあります。

これらに加えて、学習理論のより高度なアイデアのいくつかをスケッチしようと試みることができると思います。

• 基本的な分類問題は何ですか
• 概念クラスとは何ですか？概念を学ぶとはどういう意味ですか
• 指数関数的なサンプリングの複雑さを持たない無制限の概念クラスから概念を学ぶことを望んでいない理由（引数のカウントの概要として）
• VC次元とは

別の提案は、回路を導入し、シャノンの下限のスケッチを試みることです。生徒がどれだけ快適にカウントできるかによります。これが重すぎる場合は、学生に信仰に基づいてサーキット自体のカウントをしてもらう一方で、議論をするのに役立つかもしれません。「問題が多すぎて小さな回路が少なすぎるため、ほとんどの問題は大規模な回路を必要とする」という考え方が印象的だと思います。この考えは重要であり、複雑さにおいて広まっています。

これを行うための1つの有望な方向性を示します。AP / NSFは最近、新しい高校の上級配置CSプログラムイニシアチブを発表しました。標準化された授業計画、大学の認定など、このようなプログラムを使用することには多くの利点があります。

現在開発中であり、2016年に向けて準備中です。暫定コースのシラバスと資料はオンラインで入手できます。（アカデミックエキスパートの場合、この時点で「集合知」型のコラボレーションを通じて将来のコンテンツに影響を与える可能性さえあります。）

カレッジボードの上級配置プログラムは木曜日、クラスの提供物に新しいコンピューターサイエンスプログラムを追加する計画だと言いました。これは7年ぶりの新しいテストです。この動きは、米国経済をグローバルに競争力のあるものにするための国家的推進力の中で、科学分野でのキャリアのために学生を訓練することに関心が高まっていることを反映しています。

新しいプログラム、APコンピュータサイエンスの原則は、コンピューティングの「創造的な側面」に集中しますとによって、部分的に資金を供給されます$国立科学財団からの助成金520万。連邦政府機関は、科学、技術、工学、数学、またはSTEM分野の教育を改善する取り組みの一環として、2016年までに全国の同数の高校でさらに10,000人のコンピューターサイエンス教師を訓練することを目指しています。大学の理事会は、教師のサポートと機器のために約350万ドルでチップします。

既存のプログラムはAP Computer Science Aと呼ばれ、新しいプログラムはAP Computer Science Principlesと呼ばれます。既存のクラスは長年使用されており、カリキュラムを開発する教師のモデルとしても役立ちます。

• 高度な配置により、新しいコンピューターサイエンステスト WSJが2013年6月に追加されます
• APコンピューターサイエンス、ウィキペディア
• APコンピュータサイエンスホームページ
• AP学生/カレッジボードコンピューターサイエンス
• AP CSの原則
• カレッジボードCSの原則

私が最近始めたアイデアは、HS学生に問題間の削減の概念を教える方法です。3-SATのような問題が「同じくらい難しい」という事実に頭を包むのは（少なくとも最初は）非常に難しいので、複雑さを紹介されたとき、これは最も興味深いが最も挑戦的なトピックの1つであることがわかりました。頂点カバーとして。

私が思いついた例は、Vertex Cover（VC）とIndependent Set（IND-SET）の間の縮小で、次のように表現されていました。

「あなたは博物館の館長であり、廊下を守るために警備員を雇わなければなりません。廊下の交差点に配置されると、警備員は彼に隣接するすべての廊下を監視できます。博物館全体を巡回しますか？」

「少し後に、一部の子供たちは、博物館でかくれんぼのゲームをすることにしました。彼らの目標は、他の子供が見ることができないように隠すことです。しかし、警備員は、廊下のため、交差点で「隠れ」に追いやられています。博物館でお互いに会うことなく隠れることができる子供の最大数は？

$\text{V}C \leq_{P} \text{IND-SET}$

$G=(V,E)$$S \subseteq V$独立したセットであります$\iff$ $V \backslash S$$\backslash$セット差を示します）。

$S$$V\backslash S$$G$