Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы обучения объектно-ориентированному программированию при дифференцированном подходе 11
1.1 Информатика, как учебный предмет в старшей школе: содержание, проблемы, перспективы 11
1.2 Дифференцированное обучение как фактор развития личности 30
1.3 Зарубежный опыт индивидуализации и дифференциации обучения 52
1.4 Дифференцированный подход при обучении программированию 60
Глава 2. Методика обучения объектно-ориентированному программированию при дифференцированном подходе 69
2.1 Объектно-ориентированное программирование: сущность, области использования, тенденции развития 69
2.2 Методическая система обучения объектно-ориентированному программированию 85
2.3 Система лабораторных работ как средство обучения объектно-
ориентированному программированию ПО
Глава 3. Педагогический эксперимент 119
3.1 Подготовка и планирование эксперимента 119
3.2 Описание и результаты эксперимента, проведенного со школьниками старших классов 122
Заключение 132
Библиография 135
Приложения 144
- Информатика, как учебный предмет в старшей школе: содержание, проблемы, перспективы
- Объектно-ориентированное программирование: сущность, области использования, тенденции развития
- Подготовка и планирование эксперимента
Введение к работе
Сегодня уже не вызывает сомнения, что компьютеры будут играть важную роль в будущем всего человечества. Уже сейчас их внедрение приводит к коренному изменению технологии во многих отраслях современного производства. И от того, в какой степени и как будут решены проблемы компьютеризации обучения детей и молодежи теперь, существенно зависит подготовленность подрастающего поколения к жизни в будущем обществе. Проблемы, с которыми завтра столкнутся дети, учителя, воспитатели в связи с компьютеризацией всех сторон жизни общества и всех сфер производственной деятельности, уже сегодня волнуют ученых, педагогов, социологов.
В Национальном докладе Российской Федерации «Политика в об- ласти образования и новые информационные технологии» [71] отражены основные тенденции развития структуры и содержания обучения информатике в школе: переход от курса информатики, изучаемого в старших классах, к непрерывному обучению информатике в школе, усиление фундаментального, общеобразовательного потенциала информатики как учебного предмета общеобразовательной школы.
Информатика в настоящее время становится одной из фундаментальных областей научного знания, изучающей информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Кроме этого, она является быстро развивающейся наукой, с постоянно расширяющейся областью применения в жизни человека, связанной с использованием информационных технологий.
В современных условиях, когда компьютер стал непременным атрибутом многих профессий, обучение информатике приобретает очень большое значение [67]. Выпускники школ должны обладать достаточными знаниями и навыками для использования современных информационных технологий в своей дальнейшей деятельности. Формирование у всех учащихся навыков использования компьютерной техники является одной из первостепенных задач компьютеризации образования.
Вопросам отбора содержания и разработке общей концепции преподавания информатики посвящены работы Барановой Е. В. [7, 8, 9, 10, 11, 12], Бордовского Г.А. [14, 15, 16], Бороненко Т.А. [17, 18], Власовой Е.З. [23], Готской И.Б. [30], Ершова А.П. [36, 37], Извозчикова В.А. [41, 42, 43], Кузнецова А.А. [52, 53], Кузнецова Э.И. [54], Лаптева В.В. [55], Лапчика М.П. [56, 57, 58], Макаровой Н.В. [59, 60], Монахова В.М. [65, 66, 67], Петрова А.В. [77], Симоновой ИВ. [88], Фокина P.P. [95], Швецкого М.В. [55, 98] и др. Следует отметить, что на начальном этапе преподавания курса информатики содержание в основном ориентировалось на преподавание только языков программирования. Такой подход не учитывал интересы учащихся, которым в дальнейшей профессиональной деятельности необходимы были только пользовательские навыки.
В настоящее время ситуация резко изменилась. В связи с быстрыми темпами развития предметной области: стремительным развитием иформационных технологий, парадигм программирования, усовершенствованием компьютерной техники, ростом потока поступающей информации и усовершенствованием возможностей ее переработки первоначальный подход в области преподавания информатики перестал себя оправдывать и появилась тенденция к преподаванию только пользовательских сред. Такой подход также не учитывает интересов всех учащихся. Ориентация в процессе обучения в школе только на один из этих подходов не обеспечивает успешность освоения новых информационных технологий всеми учащимися.
В связи с этим возникает необходимость изучать как средства информационных технологий, имеющие пользовательскую направленность (текстовые редакторы, электронные таблицы, базы данных и т.д.), так и программные средства, но и обучение программированию должно проводиться на качественно новом уровне и быть связано с новыми информационными технологиями (НИТ).
В процессе становления новых экономических и общественных отношений в нашей стране наблюдается изменение отношения к общечеловеческим ценностям, в том, числе и к знаниям. Если взрослые люди осознают важность получения образования и видят в нем залог будущей экономической самостоятельности, то среди молодежи имеется тенденция к снижению интереса к учению. При этом у школьников наблюдается выборочный интерес к предметам. Перед школой стоит сложная задача повышения интереса к учению.
Для успешного выполнения поставленных задач, необходим качественно иной подход к обучению школьников, а также изменение традиционных представлений и способов деятельности учителей. Как показывает анализ литературы [2, 29, 48, 49, 77], возможным выходом из сложившейся ситуации может быть реорганизация работы школы, в основе которой лежит требование учета индивидуальных особенностей учащихся,
Проблема индивидуальных различий детей и их дифференцированного обучения давно волнует учителей и учёных и является не только социально-психологической и философской, но и собственно педагогической проблемой.
За последние годы проблеме индивидуализации и дифференциации процесса обучения посвящен ряд педагогических работ И.Э.Унт [93], А,А, Кирсанова [48], Г.Ф, Суворовой [90, 91], С,Д. Шевченко[99], а также работы [1, 15, 21, 32, 63, 64, 80, 81, 87, 97, 102] и др, В трудах педагогов определены содержание и структура данной проблемы, предложены пути и средства её решения.
Вместе с тем, анализ имеющейся литературы [39, 52, 89, 92], показывает, что, если проблема дифференциации обучения достаточно изучена, то дифференциация обучения информатике, в общем, и программированию, в частности, требует всестороннего рассмотрения. При этом необходимость применения дифференцированного подхода при обучении информатике в старших классах определяется следующими факторами: различиями в начальном уровне знаний учащихся, способностях к программированию, востребованностью этих знаний в будущей профессиональной деятельности. .,„ л, Значимость программирования, как ередстеа- формашонтпях-тех-нологий, и щирокомасштабность его использования с одной стороны и недостаточная теоретическая и практическая проработанность вопросов, связанных с дифференцированным подходом при обучении объектно-ориентированному программированию в старших классах общеобразовательной школы, отсутствие необходимых теоретически обоснованных учебно-методических материалов по этому вопросу определяет актуальность темы исследования.
Цель исследования: разработка методики обучения объектно-ориентированному программированию на основе принципов дифференцированного обучения.
Объект исследования: процесс обучения объектно-ориентированному программированию в старшей школе.
Предмет исследования: теоретические основы и практика обучения учащихся старших классов объектно-ориентированному программированию при дифференцированном подходе.
Исходя из поставленной цели, была сформулирована гипотеза исследования.
Успешность обучения учащихся старших классов общеобразовательной школы объектно-ориентированному программированию можно повысить если:
- описать принципы дифференцированного обучения применительно к предметной области (объектно-ориентированное программирование);
- на сформулированных принципах разработать методическую систему обучения объектно-ориентированному программированию;
- разработать систему лабораторных работ, состоящих из заданий разного уровня сложности, обеспечивающих учащимся возможность реализации индивидуальных маршрутов обучения.
При этом успешность обучения рассматривается с позиций лично-стно -ориентированного подхода как повьшіение уровня знаний, умений и навыков в области современного программирования и сферах его использования с учетом личности учащегося (уровня начальных знаний, способностей к программированию, будущей профессии и т.д.).
Для реализации поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы необходимо было решить следующие задачи исследования:
1. проанализировать психолого-педагогическую, методическую и научно-техническую литературу, связанную с программированием, как с предметной областью и обучением программированию;
2. проанализировать психолого-педагогическую и методическую литературу, посвященную применению дифференцированного подхода при обучении;
3. провести анализ сред объектно-ориентированного программирования с целью определения целесообразности их использования при обучении программированию;
4. на основе дифференцированного подхода определить принципы организации процесса обучения объектно-ориентированному программированию;
5. разработать методическую систему обучения на основе выделенных принципов;
6. разработать и апробировать в процессе обучения курс "Введение в объектно-ориентированное программирование (на примере среды Delphi)";
7. разработать систему лабораторных работ для поддержки вышеуказанного курса;
8. разработать и провести педагогический эксперимент.
Методы исследования: анализ методической, психолого-педагогической, научно-технической литературы; анализ современного программного обеспечения и тенденций его развития; анализ учебников и учебных пособий по информатике для старшей школы; изучение и анализ педагогического опыта; практическое и экспериментальное преподавание; наблюдение; анализ и обработка письменных работ учащихся; тестирование; количественная и качественная обработка данных, полученных при проведении педагогического эксперимента.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в следующем:
- теоретически обоснована целесообразность обучения объектно-ориентированному программированию учащихся старших классов общеобразовательной школы и необходимость применения при обучении дифференцированного подхода;
- принципы дифференцированного подхода описаны применительно к обучению объектно-ориентированному программированию учащихся старших классов;
- на основе принципов разработана методика обучения объектно-ориентированному программированию, реализованная в логике современных подходов к обучению, определяющих приоритетной целью обучения развитие учащихся, а необходим условием ее достижения учет личности учащегося (уровень начальных знаний, способностей к программированию, будущей профессии и т.д.).
Практическая значимость исследования состоит в разработке:
- системы лабораторных работ, которая может быть использована в процессе обучения;
- курса «Введение в объектно-ориентированное программирование (на примере среды Delphi)», готового к внедрению в школьную практику.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
- использованием адекватных поставленным целям аппаратов педагогики, информатики, методики обучения информатике в старшей школе;
- методологией исследования;
- положительными результатами проведенного дидактического эксперимента.
Внедрение практических результатов исследования осуществлялось:
- в школе № 572 Невского района со школьниками 11-х классов;
- в школе № 16 Василеостровского района со школьниками 10-11-х классов.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Обучение объектно-ориентированному программированию учащихся старших классов целесообразно в условиях широкого использования объектно-ориентированных средств информационных технологий на современном этапе и с учетом тенденций к расширению их роли в различных областях (Web - технологии, объектно-ориентированные профессиональные среды и т.д.).
2. В условиях объективно существующих различий в начальных знаниях, способностях учащихся и их будущей профессиональной деятельности и с учетом сложности предметной области (ООП) успешным может быть только обучение, основанное на принципах дифференцированного подхода.
3. Успешность обучения определяется с позиций личностного развития учащихся, как одной из целей дифференцированного обучения.
4. Методическая система обучения объектно-ориентированному программированию учащихся старших классов должна основываться на:
• описании принципов уровневой дифференциации применительно к обучению предметной области (объектно-ориентированному программированию);
• учете специфики объектно-ориентированных сред как предметной области, выражающейся в ее сложности и многоаспект-ности, быстрых темпах развития, широте использования в различных областях человеческой деятельности, которая определяет совместно с общедидактическими требованиями критерии к отбору содержания обучения;
• выявлении ритериев.деления учащихся на группы с учетом принципов дифференцированного обучения и сущности предметной области;
• системе лабораторных работ различного уровня сложности, предоставляющим учащимся выделенных групп возможность выбора (с помощью учителя) индивидуального маршрута обучения для обеспечения наибольшего развития обучаемых в рамках определенных для каждой группы целей обучения.
Информатика, как учебный предмет в старшей школе: содержание, проблемы, перспективы
В наше время повсеместного распространения электронных вычислительных машин (ЭВМ) человеческие знания о природе информации приобретают общекультурную ценность. Этим объясняется интерес исследователей и практиков всего мира к относительно молодой и быстро развивающейся научной дисциплине - информатике.
На сегодняшний день информатика выделилась в фундаментальную науку об информационно - логических моделях, и она не может быть сведена к другим наукам. Объектом изучения информатики являются структура информации и методы ее обработки [62].
В последние годы школьный курс "Информатика" вышел на качественно новый этап своего развития. Стал более-менее современным набор школьной вычислительной техники. Изменился взгляд на преподавание предмета: десять лет назад, в начале внедрения информатики как учебного предмета, в школы, обучение сводилось к изучению только основ программирования. Сегодня создано множество программных средств компьютерных информационных технологий (КИТ), позволяющих работать с ЭВМ непрограммирующему пользователю. Поэтому минимальным уровнем компьютерной грамотности является овладение средствами компьютерных информационных технологий.
Однако ошибочно было бы ориентировать курс основы информатики и вычислительной техники только на практическое освоение работы с текстовыми редакторами, электронными таблицами, базами данных и пр. Тогда информатика быстро бы потеряла значение как самостоятельная учебная дисциплина.
Изучение основ информатики и вычислительной техники в школе должно преследовать две цели: общеобразовательную и прагматическую. Общеобразовательная цель заключается в освоении учащимся фундаментальных понятий современной информатики. Прагматическая - в получении практических навыков работы с аппаратными и программными средствами современных ЭВМ. Курс школьной информатики содержательно и методически должен быть построен так, чтобы обе задачи -общеобразовательная и прагматическая - решались параллельно.
В практическом аспекте необходимо изучать как средства информационных технологий, имеющие пользовательскую направленность (текстовые редакторы, электронные таблицы, базы данных и т.д.), так и программные средства, но и обучение программированию должно проводиться на качественно новом уровне и быть связано с новыми информационными технологиями (НИТ).
Основными целями курса информатики в средней школе, по мнению доктора педагогических наук А.А. Кузнецова [52], являются:
1) овладение школьниками компьютерной грамотностью, которая включает не только навыки работы на компьютере и умения алгоритмизации, но и умение решать задачи с помощью компьютера, используя при этом информационное моделирование;
2) формирование у школьников основ информационной культуры, куда включено изучение фундаментальных основ информатики.
Первый этап изучения курса информатики связан с освоением прикладных аспектов информатики и направлен на достижение некоторого уровня компьютерной грамотности, обеспечивающего возможности использования полученных знаний и умений, как при дальнейшем изучении основ информатики, так и в других предметах.
Информатика, как учебный предмет в старшей школе: содержание, проблемы, перспективы
Объектно-ориентированное программирование (ООП) - одна из современных, широко используемых методологий программирования. Объектно-ориентированная среда является сложным механизмом, обеспечивающим эффективную работу программиста, но требует помимо знания основ ООП, знания множества объектов конкретной среды и принципов работы с ними. Целесообразность изучения ООП в школьном курсе информатики определяется следующими факторами [78]:
1. ООП является современной информационной технологией;
2. большинство современных пользовательских сред разрабатывается на ОО языках;
3. процесс разработки программы в визуальной объектно-ориентированной среде более естественен и удобен для человека.
Рассмотрим основные понятия, связанные с программированием.
Парадигма - совокупность теорий, стандартов и методов, которые совместно представляют способ организации знаний [103].
Выделяют следующие парадигмы программирования: императивная (императивно-процедурная); логическая (продукционная); функциональная; объектно-ориентированная.
Выделяют и различные стили программирования (Бобров и Стетик) [22]:
- процедурно-ориентированный стиль (абстракции - алгоритмы);
- объектно-ориентированный (абстракции - классы и объекты);
- логико-ориентированный (абстракции - цели, часто выраженные в терми нах предикатов);
-ориентированный на правила (абстракции - правила "если-то");
- ориентированный на ограничения (абстракции - инвариантные отноше ния).
Каждый стиль подходит для применения в некоторых областях практического применения (ориентированный на правила - проектирование баз знаний, процедурно-ориентированный - вычислительные задачи). Объектно-ориентированный стиль может быть использован для широкого круга приложений.
Объектно-ориентированными языками являются Smalltalk, Object Pascal, C++, CLOS.
ООПроектирование - это первый этап решения задачи, результатом которого является модель задачи, представленная с помощью определенных средств, на определенном языке, который определяется методологией ООПроектирования. ООПрограммирование - это реализация этой модели на конкретном языке программирования.
Рассмотрим основные понятия, связанные с ООПрограммированием и ООПроектированием:
Объектно-ориентированное программирование (Г. Буч). ООП - это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является экземпляром определенного класса, а классы образуют иерархию наследования.
Методология по Г. Бучу - это совокупность методов, применяемых в жизненном цикле разработки программного обеспечения и объединен ных одним общим философским подходом (определение Г. Буча, конкре- тезировано им с учетом специфики предметной области).
Метод - это последовательный процесс создания моделей, которые описывают вполне определенными средствами различные стороны разрабатываемой программной системы.
Методы появились в ответ на растущую сложность программных систем. В 60-70 годы было разработано много методов, помогающих справиться с растущей сложностью программ. Наибольшее распространение получило структурное проектирование по методу сверху вниз. Структурное проектирование использует подход: разбиение большой задачи на меньшие. В последнее время появились десятки методов. Саммервиль (на данного автора, в своей книге ссьілается Г. Буч) предлагает разделить их на три группы:
- метод структурного проектирования сверху вниз;
- метод потоков данных (программная система рассматривается как преобразователь входных потоков в выходные, применялся в системах информационного обеспечения, где есть связь между входными и выходными потоками системы и не уделяется внимание быстродействию.);
- объектно-ориентированное проектирование (программную систему необходимо проектировать как совокупность взаимодействующих друг с другом объектов, рассматривают каждый объект, как представитель класса, где классы образуют иерархию).
Подготовка и планирование эксперимента
Перед началом эксперимента, были поставлены следующие цели:
1) Изучить накопленный опыт по проблеме обучения программированию.
2) Изучить накопленный опыт по проблеме применения дифференцированного подхода при обучении.
3) Апробировать разработанную методику обучения объектно-ориентированному программированию в курсе информатики в старших классах (11 класс).
4) Проверить выдвинутую гипотезу.
В соответствии с поставленными целями в ходе эксперимента требовалось решить следующие задачи:
1) Выбрать методику проведения эксперимента.
2) Определить сроки проведения эксперимента.
3) Провести эксперимент в соответствии с выбранной методикой.
4) Выполнить количественную обработку результатов эксперимента.
5) Выполнить качественную интерпретацию результатов эксперимента.
Экспериментальное исследование включало констатирующий и обучающий эксперименты и обработку их результатов.
Констатирующий эксперимент проводился в школе № 572 Невского района и в школе № 16 Василеостровского района Санкт-Петербурга.
Целью данного эксперимента являлось:
1) определение уровня знаний учащихся в области программирования;
2) определение интересов учащихся в области информатики;
3) определение уровня компьютерной грамотности учащихся.
Использовались следующие методы: тестирование, беседы с учите лям, анализ собственных наблюдений и знаний об учащихся.
Примеры тестов приведены в Приложении 4 и 5.
На данном этапе были получены результаты, позволяющие сделать следующие выводы:
1. Многие школьники не имеют дома компьютеры, что не позволяет давать упражнения для выполнения дома, и усложняет достижение целей обучения в рамках ограниченного учебного времени.
2. Большинство учащихся имеют пользовательские навыки работы с компьютером.
3. Большая часть школьников имеет представление о программировании вообще и о структурном программировании в частности, некоторые имеют не очень четкие представления об объектно-ориентированном программировании, но навыков работы в объектно-ориентированных средах не имеет практически никто, за исключением нескольких человек.
4. Многие интересуются работой в пользовательских средах, что облегчает преподавателю задачу обеспечения мотивации изучения именно объектно-ориентированной среды программирования, поскольку большинство современных пользовательских сред созданы на объектно-ориентированном языке программирования. Собственно программированием интересуются лишь некоторые учащиеся.
