Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Психолого-педагогические особенности формирования алгоритмического мышления студентов вузов 14
1.1. Современная дидактико-психологическая характеристика алгоритмического мышления студентов 14
1.2. Особенности обучения программированию и его взаимосвязь с формированием и развитием алгоритмического мышления студентов в педагогических исследованиях 23
1.3 Практика обучения объектно-ориентированному программированию в вузах Республики Таджикистан 39
Выводы по1 главе 51
Глава 2. Содержательно-технологические особенности эффективного развития алгоритмического мышления студентов 54
2.1. Принципы и критерии отбора содержания курса языка объектно-ориентированного программирования (язык программирования С++), нацеленного на развитие алгоритмического мышления 54
2.2 Модель развития алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования 67
2.3 Оптимальное технологическое оснащение обучения объектно-ориентированным языкам программирования, основанное на алгоритмизации 79
2.4. Эффективность содержания и технологии развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному языку программирования 99
Выводы по 2 главе 118
Заключение 121
Список литературы 128
- Современная дидактико-психологическая характеристика алгоритмического мышления студентов
- Практика обучения объектно-ориентированному программированию в вузах Республики Таджикистан
- Модель развития алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования
- Эффективность содержания и технологии развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному языку программирования
Введение к работе
Актуальность исследования напрямую связана с информатизацией и компьютеризацией общества и предопределена следующими факторами:
- не разработанностью избранной темы;
отсутствием научно-обоснованных содержания и технологии развития алгоритмического мышления студентов при обучении объектно-ориентированному программированию;
методологическим и научно-практическим значением разрабатываемой темы в условиях компьютеризации и информатизации общества.
Цель исследования состоит в разработке содержания и технологии обучения объектно-ориентированному программированию на основе развития алгоритмического мышления с использованием консольных и визуальных систем программирования.
Объектом исследования является процесс обучения языкам объектно-ориентированного программирования в вузах.
Предметом исследования является развитие алгоритмического мышления
студентов в процессе обучения объектно-ориентированному
программированию.
Гипотеза исследования. Обучение объектно-ориентированному программированию, основанное на развитии алгоритмического мышления студентов вузов позволит повысить:
уровень усвоения основ языков объектно-ориентированного программирования (в нашем случае, язык программирования - С++);
эффективность и качество овладения языками программирования.
Для достижения поставленной цели и проверки гипотезы исследования решались следующие задачи:
-
Проведение анализа теории и практики обучения объектно-ориентированному программированию в вузах.
-
Определение основных принципов и критериев отбора содержания курса языка объектно-ориентированного программирования (язык программирования С++), нацеленного на развитие алгоритмического мышления.
-
Изучение преимуществ применения новейших технических и программных средств при изучении основ объектно-ориентированного программирования на основе принципов алгоритмизации.
-
Проектирование теоретической модели развития алгоритмического мышления студентов при обучении объектно-ориентированному языку программирования.
-
Определение оптимального содержательно-технологического оснащения обучения объектно-ориентированным языкам программирования, основанное на алгоритмизации.
Методологическую основу исследования составляют:
теория познания, теоретические положения психологической науки о единстве познания и деятельности (А.Н. Леонтьев, Л.С. Выготский, С.Л.Рубинштейн и др.);
деятельностный подход в обучении (Б.Г. Ананьев, Ю.К. Бабанский, В.Я.Буторин, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Ж.Пиаже, Е.А. Ракитина, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.);
системный подход и общая теория систем (Ю.К. Бабанский, В.П.Беспалько, Н.В. Кузьмина, А.И. Уемов, Э.Г. Юдин, В.А. Якунин и др.);
теория личностно-ориентированного профессионального образования (Б.С. Гершунский, Э.Ф. Зеер, А.К. Маркова, А.М. Новиков, В.В. Сериков и др.);
теория, методология и практика информатизации образования (И.Н. Антипов, А. Борк, Я.А. Ваграменко, А.П. Ершов, В.А. Извозчиков, А.А. Кузнецов, Т.А. Лавина, М.П. Лапчик, Н.И. Пак, И.В. Роберт, И.А. Румянцев, Е.К.Хеннер, М.В. Швецкий и др.):
теория и методика обучения информатике (С.А. Бешенков, Ю.С. Брановский, И.Б. Готская, О.А. Козлов, Т.Ю. Китаевская, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, В.С. Леднев, А.В. Могилев, Е.А. Ракитина, Н.И. Рыжова, Н.В. Софронова, А.Г. Степанов, В.И. Фомин и др.);
теория и методология информатизации педагогических систем (Н.И. Пак, И.В. Роберт, Е.К. Хеннер, М.С. Чванова и др.);
исследования в области использования ИКТ в учебном процессе (Г.А. Кручинина, Т.А. Лавина, Е.И. Машбиц, Е.С. Полат и др.);
- исследования в области разработки и использования
автоматизированных систем обучения (А.А. Павлова, Ю.А. Романенко, В.И.
Сердюкова и др.).
Информационную базу исследования составили официальные материалы и документы (законы, концепции и государственные программы Республики Таджикистан в области образования, информатизации образования и др.), государственные стандарты, учебные планы, программы, учебники и учебные пособия.
Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы использованы следующие методы исследования:
-
Теоретические методы: анализ философской, методологической, психолого-педагогической, научно-технической литературы по проблеме исследования; анализ образовательных стандартов, программ подготовки в вузах; анализ целей, содержания и технологий обучения программированию в вузе.
-
Методы эмпирического исследования: наблюдение, анкетирование, собеседование, тестирование, метод экспертных оценок, педагогический эксперимент (констатирующий и формирующий).
-
Методы математической статистики при обработке экспериментальных данных исследования и графическое представление результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
разработана теоретическая модель развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному языку программирования;
выявлены принципы и критерии отбора содержания обучения языку объектно-ориентированного программирования, нацеленного на развитие алгоритмического мышления;
определено оптимальное содержательно-технологическое оснащение обучения объектно-ориентированному программированию, нацеленное на развитие алгоритмического мышления студентов.
Теоретическая значимость исследования:
-
На основе специально проведенного исследования углублены и конкретизированы понятия «алгоритм», «алгоритмическое мышление», «программирование».
-
Расширены научно-методические представления о развитии алгоритмического мышления студентов в вузе посредством разработки теоретической модели программирования учебно-исследовательской деятельности студентов и технология ее реализации.
-
Определена научно-педагогическая основа развития алгоритмического мышления в процессе обучения программированию.
-
Установлено, что развитие алгоритмического мышления студентов вуза обеспечивает эффективное обучение объектно-ориентированному программированию и как следствие обеспечит повышение качества образования.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в следующем:
проектирование структуры и содержания вузовского курса «Объектно-ориентированное программирование на языке С++»;
разработка технологического оснащения обучения объектно-ориентированному программированию, нацеленного на усиление визуализации и актуализации экспериментально-исследовательской деятельности студентов;
разработка учебно-методического пособия по обучению объектно-ориентированному программированию, основанного на развитии алгоритмического мышления студентов.
Обоснованность и достоверность проведенного исследования, его результатов и выводов обусловлены всесторонним анализом проблемы в ходе разработки ее теоретических положений и методических подходов; опорой на теоретические и практические разработки в области преподавания математики и информатики, использования информационных и коммуникационных технологий в обучении; согласованностью полученных выводов с основными
положениями современной концепции информатизации образования, а также результатами педагогического эксперимента.
Апробация результатов исследования. Ход и результаты диссертационного исследования обсуждались и получили одобрение на заседаниях общеуниверситетской кафедры педагогики и кафедры вычислительных машин, систем и сетей физического факультета Таджикского национального университета. Основное содержание диссертации отражено в 12-ти научных статьях, 6 из которых опубликованы в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также в трудах научных конференций. По результатам исследования опубликовано одно учебное пособие (объем более 10 п.л.), разработаны учебные и учебно-методические планы, тесты по курсам технологии объектно-ориентированного языка программирования С++ и программирования на языке высокого уровня, а также по курсу основ алгоритмизации и языков программирования. Кроме того, результаты исследования представлялись на различных международных и республиканских научно-практических конференциях.
Этапы исследования. Исследование проходило в три этапа:
Первый этап (2011- 2012 гг.). На первом этапе исследования проведен теоретический анализ состояния проблемы исследования, определены цель, основные задачи и сформулирована гипотеза исследования.
Второй этап (2013-2015 гг.). На втором этапе исследования разработана учебная программа по обучению объектно-ориентированному языку программирования, подготовлено методическое пособие в соответствие с ранее разработанной учебной программой и проведено экспериментальное обучение по курсу «Технология объектно-ориентированного языка программирования С++» с учетом разработанных содержания и технологии обучения объектно-ориентированному программированию, нацеленных на развитие алгоритмического мышления студентов.
Третий этап (2016-2017 гг.). На третьем этапе исследования был произведен всесторонний анализ и обработка экспериментальных данных,
обобщение теоретических и практических материалов исследования, разработка рекомендаций и оформление диссертационной работы.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Научное обоснование возможности развития алгоритмического мышления студентов на основе усовершенствования содержания и технологии обучения объектно-ориентированному программированию в вузах на основе реализации личностно-ориентированного подхода.
-
Модель развития алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования, представляющая собой определенную целостность и объединяющая в себе цель и содержание обучения, методы повышения учебной мотивации студентов, технологию и результаты обучения, включая характеристики личности, которые формируются у студентов в ходе педагогического процесса.
-
Содержательно-технологическое оснащение процесса обучения объектно-ориентированному программированию и проектированию новых программных продуктов и компьютерных систем на основе научно обоснованного сочетания содержания обучения, организационных форм, методов и средств обучения, нацеленного на развитие алгоритмического мышления студентов вузов и их творческих способностей.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 142 страницах. В тексте имеется 14 таблиц и 9 рисунков. Список литературы насчитывает 205 наименований.
Современная дидактико-психологическая характеристика алгоритмического мышления студентов
Одной из задач в области преподавания курсов по информатике, в частности обучения языкам программирования, является развитие алгоритмического и логического мышления обучающихся, как в школах, так и в вузах.
Развитие алгоритмического мышления учащихся – одна из важных и актуальных проблем педагогической науки и практики образования. В информационном обществе, наполненном фундаментальными открытиями и новейшими технологиями, важнейшей социальной задачей стало формирование нового стиля мышления. Хотя в младшем школьном возрасте наиболее интенсивно происходит развитие интеллекта, и, тем не менее, как показывает практика, значительный рост интеллекта и развития мыслительной деятельности имеет место при обучении в вузах.
Понятие «алгоритмическое мышление» в научной и методической литературе, посвященной проблемам обучения информатике и программированию, используется достаточно широко. Алгоритмическое мышление – это специфический тип мышления, предполагающий умение создать алгоритм решения различных задач. Алгоритмическое мышление является важной составляющей интеллектуального развития человека.
«Мышление это высшая ступень человеческого познания, процесс отражения в мозге окружающего реального мира, основанная на двух принципиально различных психофизиологических механизмах: образования и непрерывного пополнения запаса понятий, представлений и вывода новых суждений и умозаключений. Мышление позволяет получить знание о таких объектах, свойствах и отношениях окружающего мира, которые не могут быть непосредственно восприняты при помощи первой сигнальной системы. Формы и законы мышления составляют предмет рассмотрения логики, а психофизиологические механизмы, соответственно - психологии и физиологии» [181, с. 239].
Как отмечает А.Н. Леонтьев, «мышление есть функция человеческого мозга и в этом смысле представляет собой естественный процесс; однако мышление человека не существует вне общества, вне языка, вне накопленных человечеством знаний и выработанных им способов мыслительной деятельности: логических, математических и других действий и операций. Каждый отдельный человек становится субъектом мышления, лишь овладевая языком, понятиями, логикой, представляющими собой продукт развития общественно-исторической практики. Даже задачи, которые человек ставит перед своим мышлением порождаются общественными условиями, в которых он живет. Таким образом, мышление человека имеет общественную природу» [80, с. 94].
Отметим, что мышление значительно расширяет возможности человека в стремлениях к познанию окружающего мира. Человек не только воспринимает окружающий его мир, но и стремится его понять как можно лучше.
Изучением развития мышления занимались такие ученые как Л.М. Веккер, Л.С. Выготский, С.Л. Рубинштейн, Д.Б. Эльконин, Р.С. Немов, П.П. Блонский, П.Я. Гальперин, Б.С. Волков и многие другие. Анализируя различные источники и научные работы, можно выделить следующие виды мышления:
- наглядно-действенное мышление - вид мышления, основанный на непосредственном восприятии объектов, реальном преобразовании в процессе действий с предметами;
- наглядно-образное мышление - этот вид мышления характеризуется зависимостью от представлений и образов, является функцией творческого мышления, связанного с представлением ситуаций и изменений в них, что человек хочет получить в результате своей деятельности, изменяя ситуацию. Очень важной особенностью творческого мышления является формирование необычных, невероятных сочетаний предметов и их свойств. В отличие от наглядно-действенного мышления, при данном виде мышления ситуация трансформируется только с точки зрения образа;
- словесно-логическое мышление - вид мышления, осуществляемый при помощи логических операций с понятиями.
Следует отметить, что также различают теоретическое и практическое, интуитивное и аналитическое, реалистическое и аутистическое, продуктивное и репродуктивное мышление.
Изучение вопросов развития мышления в процессе проблемного обучения информатике, в частности обучения различным языкам программирования, позволило сделать вывод о том, методика проведения занятий, применяемые средства, специфика решаемых проблемных задач, цели и качество получаемого результата, главным образом должны быть нацелены на развитие логического и алгоритмического стили мышления.
А.И. Газейкина считает, что «обучение программированию в вузе должно включать в себя не только изучение одного или нескольких языков программирования, но и быть направлено на формирование у студентов перечисленных выше стилей мышления, без чего это обучение не будет являться эффективным. Это требует пересмотра и поиска новых методов, форм, средств и приемов обучения программированию» [35, с. 102].
Следует отметить, что развитие информационных и коммуникационных технологий, в частности создание многочисленных программных обеспечений для различных областей науки и техники, с помощью языков программирования и подходов к ним, стало толчком для появления нового стиля мышления - алгоритмического.
Алгоритмическое мышление позволяет решать задачи, возникающие не только в программировании, но и в любой сфере человеческой деятельности.
Оно не связано лишь с информационно-коммуникационной технологией, «так как самое понятие алгоритма, хотя и интуитивное, возникло задолго до появления первого компьютера. Решая большинство задач, человек, в той или иной мере, применяет алгоритмический подход, хотя отдельные этапы этого процесса могут носить ассоциативный характер» [68, с. 45].
Отличительной чертой алгоритмического мышления считается возможность определить последовательность действий, необходимых для решения подставленной задачи. Очевидно, что потребность в исследовании такой способности как алгоритмическое мышление в качестве отдельного типа мышления до недавнего времени не возникала. Алгоритмическое мышление выделяют как отдельный тип мышления сравнительно недавно, и толчком к этому, безусловно, стало развитие информационно-коммуникационных и компьютерных технологий. Отметим, что дисциплины информационного цикла в вузе имеют наибольший потенциал среди учебных дисциплин для формирования и развития алгоритмического мышления студентов. Несомненно, алгоритмическое мышление является важной частью интеллектуальной деятельности человека с использованием современных информационно-коммуникационных и компьютерных технологий.
«Алгоритмический стиль мышления - это система мыслительных способов, действий, приёмов, которые направлены на решение как теоретических, так и практических задач, и результатом которых являются алгоритмы, как специфические продукты человеческой деятельности» [37, с. 61].
Алгоритмическое мышление, наряду с образным и логическим мышлением, рассматривается нами как последовательность действий. Оно определяет интеллектуальную силу человека и его творческие возможности. Навыки планирования, привычка к точному и полному описанию своих действий помогают студентам разрабатывать алгоритмы решения задач разных уровней сложности.
Алгоритмическое мышление включает в себя ряд особенностей, свойственных логическому мышлению, и требует некоторых дополнительных качеств. Основным из них считается умение находить последовательность действий, необходимых для решения поставленной задачи и выделение в общей задаче ряда более простых подзадач, решение которых приведет к решению исходной задачи. Как раз, такой стиль решения задачи соответствует объектно-ориентированному подходу к программированию.
Практика обучения объектно-ориентированному программированию в вузах Республики Таджикистан
На современном этапе особое влияние на развитие общества оказывают информационно-коммуникационные и компьютерные технологии, без которых уже нельзя представить любую отрасль человеческой деятельности и которые распространяют информационные потоки, образуя глобальное информационное пространство. Неотъемлемой и важной частью этих процессов является компьютеризация образования. Время от времени этот процесс приведет к повышению эффективного обучения и качеству образования по различным дисциплинам.
Конечно же, качество образования зависит от различных факторов, но в первую очередь, несомненно, оно «зависит от качества педагогической деятельности того образовательного учреждения, где человек получает образование, от учебно-материальной базы, от научно-методического, организационно-управленческого, финансово-экономического, технического и кадрового обеспечения. Кроме того, качество высшего образования определяется немаловажным фактором - научной школой, через которую прошел студент в годы обучения в вузе» [147, с. 106].
При изучении языков программирования используют разные методы и подходы к обучению программирования, принятые в прикладной математике и информатике. «Методы обучения - это совокупность приемов и подходов, отражающих форму взаимодействия учащихся и преподавателя в процессе обучения. Методы обучения в программе курса «Программирование», как части цикла общематематических дисциплин, основаны на активном вовлечении студентов в учебный процесс с использованием качественных методических материалов, которые публикуются или создаются» [89, с. 21].
Существуют разные методы обучения языкам программирования, одним из которых является метод проектов, который ведет к соответствующим положительным результатам. Однако, при обучении программированию в современных вузах часто приходится сталкиваться с проблемой низкого стартового уровня знаний студентов по информатике. «Несмотря на то, что изучение основ структурного программирования входит в государственный образовательный стандарт общего и среднего образования по информатике как общематематическая дисциплина, большая часть студентов-первокурсников имеют весьма слабые, а порой даже и не имеют никакого представления о программировании» [89, с. 22]. К сожалению, данная ситуация остается неизменной уже на протяжении нескольких лет. Поэтому студенты, которые ранее изучали азы программирования в школе, часто испытывают трудности на занятиях по информатике при изучении языков программирования в вузе. Успехом пользуется лишь малая часть студентов, примерно 5-10% от их общего количества.
«Во время обучения студенты считают программирование одной из наиболее сложных дисциплин и испытывают трудности при ее освоении. Большинство студентов, даже завершив свое обучение, остается на начальном уровне усвоения учебного материала, и могут решить только стандартные элементарные задачи» [89, с. 22].
По мнению Кривеля И.А. и Моргуна А.Н., «единственным разумным путём разрешения сложившейся ситуации является создание комплекта учебных пособий, специально ориентированных на самообразование. Такие учебные пособия должны обладать особыми качествами с точки зрения подбора и доступности материала, а также последовательности его изложения, поскольку вряд ли во всех без исключения случаях учащийся сможет рассчитывать на помощь специалиста соответствующей квалификации. В них следует избегать как поверхностности, так и «наукообразия» излагаемого материала, а также тонко учитывать интеллектуальные возможности и запросы заинтересованных учащихся» [59, с. 174].
Нами изучен ряд педагогических исследований, посвященных методике обучения объектно-ориентированным языкам программирования высокого уровня в цикле естественно-математических дисциплин общего среднего образования [74; 75; 106; 151]. После тщательного анализа данных исследований, в вопросах методики обучения объектно-ориентированным языкам программирования в вузах нами выявлен значительный пробел в виде недостатка методической поддержки учебных курсов [89, с. 23].
Из существующих подходов к обучению языкам программирования как естественно-математической дисциплине «в числе основных можно выделить следующие этапы и уровни изучения языка: структурный, модульный, функциональный, логический, объектно-ориентированный, смешанный (комбинированный, интегрированный), компонентно-ориентированный (.NET) и чисто объектный» [89, с. 23].
При этом, особо отметим, что «на современном этапе развития прикладного математического обеспечения, ориентированного на вычисления, изучение и применение для этой цели языков программирования Паскаль, Си, Бейсик и других, более старых языков программирования выглядит весьма устаревшим подходом» [89, с. 23].
«Объектно-ориентированный подход к программированию как формально-математическая концепция в настоящее время занимает ведущее место в разработке профессиональных программных продуктов. Анализ классификации языков программирования показывает, что не все языки программирования обладают объектно-ориентированными методами программирования. Языки, которые имеют объектно-ориентированный подход для разработки программ, называются «объектно-ориентированными языками программирования». В число объектно-ориентированных языков входят: С++, C#, Visual Basic, Delphi и некоторые другие» [89, с. 20].
Такие специалисты, как Е.Г. Андросова, Е.В. Жужжалов, Д.С. Иванова, М.А. Зайцева, Ю.В. Калмыков, Е.В. Келлер, Н.В. Коробков, Т.Б. Корнеева, Л.В. Краева, Г.А. Купша, А.П. Пермякова, О.В. Смирнова, В.А. Сидоров и другие, в своих исследованиях особое внимание уделяли обучению объектно-ориентированному программированию, но только после обучения базовым знаниям структурного программирования. Однако, в педагогических исследованиях Ю.А. Нефедовой существует мнение, что «такой подход к изучению объектно-ориентированных языков требует больше времени, поскольку значительное время уделяется структурному программированию, и только затем полученные знания применяются в рамках объектно-ориентированного программирования» [117, с. 45]. Ю.А. Нефедова отмечает, что в связи с этим у студентов снижается мотивация к изучению и «возникает барьер на этапе перехода от сравнительно простого интерфейса оболочки языка структурного программирования к сложному виду среды объектно-ориентированного языка» [117, с. 63]. Как мы отмечали ранее, полученные результаты многих исследований показывают, что изучение объектно-ориентированным языкам неосуществимо «без предварительной подготовки студентов на основе базовых курсов структурного программирования» [89, с. 23].
В работе Ю.А. Нефедовой рассмотрению подвергнуты только методические подходы к обучению объектно-ориентированному программированию школьников 8-10 классов в системе дополнительного образования. Но отметим, что в высших учебных заведениях необходима разработка и применение других подходов, которые отличаются от методических подходов в средних общеобразовательных учебных заведениях [117, c. 143].
Обучение студентов информатике и языкам программирования в вузе включает изучение современных информационных технологий, систем программирования, пользовательской среды и пакетов программ. При отборе содержания обучения и разработке методики обучения в той или иной среде целесообразно иметь в виду именно те подходы, которые применялись разработчиками при ее создании [89, с. 19].
В.Е. Жужжалов в своей работе предлагает ввести в вузовский курс информатики основы объектно-ориентированного подхода к программированию. По его мнению, это решит вопрос исследования различных подходов к программированию, появившихся в связи с возникновением разных типов задач. Он считает, что это «позволит повысить уровень подготовки студентов в области программирования и информационных технологий, а так же сблизить содержание и методологию науки информатики с содержанием и приемами обучения вузовских образовательных дисциплин, связанных с информатикой» [47, с. 31].
Сегодня методология объектно-ориентированного программирования становится одной из центральных в подготовке будущих специалистов в области информационно-коммуникационных технологий, не только в вузах Республики Таджикистан, но и в вузах других стран.
Сегодня в вузах республики Таджикистан, согласно учебным программам, в цикл обязательных и специальных курсов по 55 направлениям подготовки (специальностям) входит изучение объектно-ориентированных языков программирования С++, С#, Visual Basic, Delphi и т.д.
Модель развития алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования
Следует отметить, что построение теоретической модели обучения любому учебному предмету, в частности обучения объектно-ориентированному языку программирования, означает системный подход к обучению данной дисциплины и облегчает проблемы обучения. Поэтому использование теоретической модели является одним из научных и практических аспектов в решении проблемы подготовки высококвалифицированных специалистов и развития их алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования.
Содержание предлагаемой модели представляет собой определенную целостность, которая включает учебный материал и способы его усвоения, а также те характеристики личности, которые формируются у студентов в ходе педагогического процесса. Модель объединяет цель обучения, задачи, содержание, технологии, пути повышения учебной мотивации студентов, эффективность обучения данной дисциплине, а также показывает взаимосвязь между компонентами данной модели.
Можно согласиться с мнением В.А. Романова о том, что «создание теоретической модели и ее использование в познании или преобразовании познаваемого объекта являются основными аспектами содержания дидактического процесса моделирования. Проектирование теоретической модели подготовки связано с осознанием педагогом содержания этих исходных факторов, с соотнесением их роли и содержания между собой, с опорой на современные образовательные технологии, ориентированные на активизацию познавательной деятельности студентов, со структурированием компетенций, знаний, умений и навыков по уровням: от общих до отдельных специальных гуманитарных дисциплин» [150].
Предполагаемая теоретическая модель представляет необходимое и достаточное описание процесса обучения языку объектно-ориентированному программированию, направленного на развитие алгоритмического мышления студентов вуза, исходя из современных условий и конкретных задач, решаемых на занятиях по данной учебной дисциплине. На основе этой модели можно провести анализ всех компонентов системы подготовки специалистов, ее цели и задачи, условия, характеризующие данный процесс, а также содержание и структуру общенаучных и профессионально-педагогических дисциплин. Предлагаемая нами модель развития алгоритмического мышления при обучении объектно-ориентированному языку программирования состоит из пяти частей:
1) цель;
2) содержание;
3) мотивация;
4) технология;
5) результат.
Первая часть - цель обучения данной дисциплине, которая определена государственной образовательной программой специальности и находит отражение в рабочей программе курса и в силлабусе.
Вторая часть модели отражает содержание учебного предмета, методику обучения общим теоретическим основам и вопросы изучения отдельных разделов, темы курса и количество часов в неделю в течение одного или двух семестров.
Третья часть модели представляет собой совокупность методов повышения учебной мотивации студентов при обучении объектно-ориентированному программированию, так как, мотивация стимулирует студентов к изучению дисциплины.
Четвертая часть модели означает использование современных технологий образования при обучении языкам программирования.
В пятой части данной модели находят отражение результаты обучения, которые показывают эффективность обучения объектно-ориентированному программированию и развитие алгоритмического мышления студентов вузов в процессе обучения программированию.
Основные цели изучения каждого учебного предмета (в нашем случае, курс «Технология программирования на языке С++») в высших учебных заведениях, прежде всего, указываются и определяются в рабочих программах по конкретному учебному предмету (курсу). Основными целями освоения учебной дисциплины являются те, которые характеризуют ведущие компоненты содержания обучения: знания, способы деятельности, опыт ценностных отношений и творческий опыт. При постановке целей учебного предмета должны быть учтены требования государственных образовательных стандартов.
Цель исследуемого нами курса заключается в повышении уровня знаний студентов по основным теоретическим и практическим аспектам технологии программирования (языка С++), умении решать задачи различных категорий сложности в системах консольного и визуального программирования, на уровне разработки программ, на основе развития алгоритмического мышления студентов посредством программирования на объектно-ориентированном языке программирования С++, что соответствует требованиям государственного стандарта высшего образования по специальности «1-40020100 – вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и других специальностей направления информационно-коммуникационных технологий.
Изучение курса по программированию в вузах должно помогать студентам в их дальнейшей деятельности по разработке программного обеспечения, проектированию информационных систем и решению отраслевых задач, чтобы они могли быстро и по соответствующей схеме решать задачи разного уровня сложности.
Содержание обучения относится к совокупности знаний, которыми овладевают студенты на занятиях по конкретному предмету. Содержание обучения, в целом, относится к фактам, концепциям, теориям и принципам, которые преподаются и изучаются в конкретных академических курсах.
Как показано в работе Ж.К. Нурбековой, «содержание обучения программированию в вузах определяется методическими принципами отбора содержания обучения: принцип соответствия целям обучения, принцип учета предмета и содержания информатики как научной дисциплины, принцип единства содержания обучения, принцип перспективности, принцип минимизации, принцип учета отечественного и международного опыта формирования содержания обучения и принципами профессионально-педагогической направленности обучения информатике» [119, с. 71].
Основной проблемой формирования содержания обучения является выбор необходимых и достаточных знаний, умений и навыков для реализации их в профессиональной деятельности и соответствующего этому выбору содержания учебной информации и системы задач и заданий.
Отбор содержания курса по программированию и общая логика и последовательность его изучения может помочь студентам поэтапно решать различные задачи на компьютере, ставить задачу и самостоятельно разрабатывать алгоритм ее решения, использовать прикладные системы программирования, разрабатывать основные программные документы, работать с современными системами программирования, особенно объектно-ориентированными. Эти умения требуют получения знаний по теоретическим и практическим аспектам технологии программирования, современным технологиям разработки алгоритмов и программ, основным методам отладки программ в современных средах разработки программ, объектно-ориентированного программирования и проектирования.
Мотивация студентов является ключевым вопросом при обучении различным дисциплинам, особенно на практических дисциплинах, таких как программирование и алгоритмизация. Чтобы добиться успеха в любой учебной задаче, студент должен быть мотивирован. Студенты должны быть мотивированы, чтобы тратить значительное время на создание программы для решения задач различного уровня сложности и разработку программного обеспечения.
«Мотивация – это общее название для процессов, методов, средств побуждения учащихся к познавательной деятельности, активному освоению содержания образования. Мотивация основывается на мотивах, под которыми имеются ввиду конкретные побуждения, стимулы, заставляющие личность действовать и совершать поступки. В качестве мотивов могут выступать в связке эмоции и стремления, интересы и потребности, идеалы и установки. Поэтому мотивы – это сложные динамические системы, в которых осуществляются выбор и принятие решений, анализ и оценка выбора. Мотивация для студентов является наиболее эффективным способом улучшить процесс обучения. Мотивы являются движущими силами процесса обучения и усвоения материала» [112, с. 160].
Эффективность содержания и технологии развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному языку программирования
Эффективность содержания и технологии развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному языку программирования можно оценить по результатам опытно-экспериментальной работы, проведенной автором c 2011 по 2016 в трёх вузах республики: Таджикский национальный университет (ТНУ), Таджикский технический университет имени М. Осими (ТТУ им. М. Осими) и Финансово-экономический институт Таджикистана (ФЭИТ).
Для проверки эффективности предлагаемой модели развития алгоритмического мышления студентов в процессе обучения объектно-ориентированному программированию в вузах была проведена опытно-экспериментальная работ в условиях перехода от традиционной системы образования к кредитной системы.
Как известно, кредитная система обучения несколько отличается от традиционной системы обучения, которая до сих пор действует в некоторых вузах республики (в основном, в заочной форме обучения).
«Кредитная система обучения - образовательная система, направленная на повышение уровня самообразования и творческого усвоения знаний на основе индивидуализации, выборности образовательной траектории в рамках регламентации учебного процесса и учета объема знаний в виде кредитов» [1, с. 7].
Следует отметить, что кредитная система обучения для нашей республики является новой и не все преподаватели и работники вузов достаточно глубоко понимают все особенности и преимущества этой системы. Надо подчеркнуть, что новая система в большей степени подходит для обучения языкам программирования, поскольку, в этой системе количество часов для изучения конкретного предмета разделено до конца семестра в виде кредитов, и один кредит равен одному академическому часу в неделю на протяжении всего семестра. Один семестр длится шестнадцать недель.
Процесс обучения технологии программирования на языке С++ в каждом из выбранном вузе можно разделить на три этапа, поскольку, данное экспериментальное обучение проводился в течение трех учебных годов в указанных вузах. Следует отметить, что в ТНУ обучение проводился на год раньше, чем в двух остальных вузах.
На первом этапе обучения определены исходные уровни сформированности алгоритмического мышления студентов, выбрана технология обучения программированию с целью повышения эффективности обучения объектно-ориентированному программированию.
В начальной стадии опытно-экспериментальной работы в вузах было выяснено исходный уровень успеваемости студентов к обучаемому курсу, основные мотивы обучения, активности в учебной деятельности, профессиональный и личностный потенциал, а также способность к саморазвитию и самосовершенствованию.
Опытно-экспериментальная работа в Таджикском национальном университете проводился с 2011-го по 2014-х годах в течение трех учебных годов.
Первый год был проведен в условиях традиционной системы обучения. Для обучения курса технологии программирования на языке С++ по учебному плану в первом семестре выделено 26 часов для проведения лекционных занятий и 42 часа для практических занятий в компьютерных классах и столько же во втором семестре.
Результат зачёта и итогового экзамена по данному предмету указал на низкий уровень усвоения учебного материала. Во-первых, почти 30% студентов выбранной группы получили неудовлетворительные оценки и сдали экзамен только со второй попытки. Во-вторых, эффективность обучения была не столь высокой, из 25 студентов, которые сдавали экзамен, только один сдал на отличную оценку.
Результаты первого и повторного экзаменов, а также итоговый результат по обоим экзамена приведен в таблице 6, с учетом процентной составляющей оценки студентов от общего числа успеваемости и качества знаний.
В таблице 6 показано соотношение оценок студентов в процентах от общего числа студентов в группе. Например, один студент сдал экзамен на отлично, соответственно этот процент составляет 4% студентов и т.п.
Результаты проведенного анализа усвоения учебного материала и низкая качества знаний и успеваемости студентов послужил поводом для поиска путей совершенствования технологии обучения данному предмету на следующих этапах опытно-экспериментальной работы по развитию алгоритмического мышления.
На втором этапе была разработана учебная программа по обучению объектно-ориентированному языку программирования, нацеленная на развитие алгоритмического мышления студентов с подбором соответствующих задач нарастающей сложности, а также подготовлено методическое пособие в соответствии с ранее разработанной учебной программой.
Второй этап обучения совпал с введением кредитного обучения на Таджикском национальном университете, и отобранная нами группа студентов была одной из первых групп, обучающейся по новой технологии обучения и проходил строго с соблюдением всех правил новой системы обучения. Все кредиты и пункты данной системы, касающиеся предмета технологии программирования на языке С++, были выполнены. Для данного предмета на 3-ем курсе было выделено 4 кредита (64 часа) в 1-ом семестре и столько же во 2-ом семестре. Кредиты были разделены следующим образом:
- лекционные занятия - 2 кредита (32 часа в течение одного семестра);
- практические -1 кредит (16 часов в течение одного семестра);
- лабораторные - 1 кредит (16 часов в течение одного семестра).
Как известно, при кредитной системе обучения студенты сдают два промежуточных теста-рейтинга в течение одного семестра. Как указано выше, рейтинг выступает как обобщенный показатель качества обучения, который определяется суммой баллов студента за участие в различных видах деятельности за учебный период. Первый рейтинг длится 8 недель, то есть на восьмой неделе после проведения промежуточного теста определяется первый рейтинг. Второй промежуточный тест для определения второго рейтинга (с 9-ой по 16-ю недели) проводится на 16-й неделе. Результат рейтинговых баллов, которые студент получает в течение семестра суммируется с 50% от балла экзамена, что и преставляет собой итоговую оценку студента по конкретному предмету.
Итоговая оценка студента состоит из следующих компонентов:
1) первый промежуточный рейтинг – 25%;
2) второй промежуточный рейтинг – 25%;
3) итоговый экзамен – 50%.