Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты обучения программированию будущих учителей информатики 12
1.1. Анализ научно-педагогической литературы в области подготовки будущих учителей информатики по программированию 12
1.2. Компетентностный подход к обучению программированию как основа подготовки будущих бакалавров в системе педагогического образования 34
1.3. Базовый, профессионально-прикладной и научно-исследовательский уровни формирования компетенции в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»)...41
1.4. Этапы построения индивидуальной образовательной траектории при обучении программированию будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» 50
Выводы по первой главе 57
Глава 2. Методические аспекты формирования компетенции в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» 59
2.1. Структура содержания подготовки будущих бакалавров по направлению «Педагогическое образование» в области программирования 59
2.2. Методические рекомендации к формированию компетенций в области программирования на основе построения и реализации индивидуальной траектории обучения 77
2.3. Педагогический эксперимент формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров и его результаты 101
Выводы по второй главе 108
Заключение 111
Список используемых источников 114
Приложения 132
- Компетентностный подход к обучению программированию как основа подготовки будущих бакалавров в системе педагогического образования
- Этапы построения индивидуальной образовательной траектории при обучении программированию будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование»
- Методические рекомендации к формированию компетенций в области программирования на основе построения и реализации индивидуальной траектории обучения
- Педагогический эксперимент формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров и его результаты
Введение к работе
Актуальность исследования. Современный этап развития общества характеризуется быстрыми темпами развития науки и технологий, что обуславливает качественные изменения в характере деятельности человека. Использование информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) определяет развитие процесса информатизации общества, предъявляющего высокие требования к уровню подготовки специалистов в области эксплуатации средств ИКТ и реализации их потенциала в образовательных целях. Эти обстоятельства определяют необходимость постоянного поиска методов и средств обучения информатике, повышающих эффективность представления учебной информации, ее получение, передачу, хранение и использование в сфере практического опыта обучаемых.
В современных исследованиях проблеме подготовки педагогических кадров в области информатики и информационного посвящены работы Бешенкова С.А., Жданова С.А., Козлова О.А., Лавиной Т.А., Лапчика М.П., Пака Н.И., Роберт И.В., Румянцева И.А., Хеннера Е.К. и др. Однако, в перечисленных работах недостаточно внимания уделено переходу к обучению в рамках Федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО), отличительными особенностями которых являются: компетентностная и деятельностная направленность, модульная организация образовательного процесса, введение зачетных единиц, применение результатов образования и компетенций студентами для субъективной оценки своих способностей и интересов для дальнейшего обучения, учет способностей и интересов студентов, позволяющих осознанно выстраивать свою индивидуальную траекторию обучения.
Одним из ключевых направлений подготовки будущего учителя информатики является освоение им основ алгоритмизации и программирования, изучение которых, по мнению Жужжалова В.Е., Коваленко М.И., Козлова О.А. и др. способствует развитию алгоритмического и логического типов мышления, формированию навыков решения конкретных задач по обработке информации, выбору методологии программирования, приводящей к минимизации трудозатрат и обеспечивает оптимальное решение поставленной задачи.
Анализ научно-методических исследований по проблемам методики обучения информатике в рамках системы образования, как высшего, так и среднего (Андросова Е.А., Бабушкин И.А., Дородницын А.А., Ершов А.П., Ильин В.П., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.А., Кушнаренко А.Г., Козачков А.С., Кунт Д., Леднев B.C., Матросов В.Л., Нагао М., СемакинИ.С, Уэмур С. и др.), практической деятельности учителей и преподавателей информатики, а так же результатов Единого
государственного экзамена (ЕГЭ) по информатике (Беляева СВ., Пожитко А.И., Хорев А.А. и др.), позволил констатировать недостаточную подготовку педагогических кадров по алгоритмизации и программированию. Это обусловливает необходимость формирования компетенций будущих учителей в этой области не только для обучения школьников основам алгоритмизации и программирования в рамках базового курса информатики и ИКТ, но и для подготовки конкурентоспособных специалистов в области разработки информационных систем.
Вопросы формирования компетенций в области программирования в процессе подготовки будущих учителей рассмотрены в исследованиях Жужжалова В.Е., Истомина Н.Н., Кириллова А.Г., Могилева А.В., Потапенко В.А., Рожиной И.В., Спирина И.С., Слинкина Д.А., Сметанникова А.Л. и др. Основываясь на анализе различных подходов к понятию «компетенция» (Гейхман Л.Г., Горшенина Л.Я., Зимняя И.А., Иванов Д.А., Козырев В.А., Колетвинова Н.Д., Соколова О.В., Тармаева Е.Ф., Трофимова Г.С., Фрумин И.Д. и др.), а так же содержания ФГОС ВПО в области педагогического образования, под «компетенциями в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»)» будем понимать способность будущего бакалавра применять знания и умения в своей профессиональной деятельности: по использованию методологии программирования и современных информационных технологий для решения практических задач; по созданию, отладке и применению прикладных и инструментальных программных средств и их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе и внеурочной работе; по использованию современных средств программирования для создания, формирования и администрирования электронных образовательных ресурсов.
Требования ФГОС ВПО ориентируют будущего бакалавра по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») при формировании компетенций в области программирования самостоятельно выбирать путь изучения дисциплин, связанных с этим процессом, на основе осознанной самооценки своих возможностей и потребностей. Однако такой выбор субъективен и поэтому определяется конкретными учебными задачами, базовыми знаниями, умениями и навыками в области программирования, полученными в школе, а также ориентацией на различные потребности студентов в изучении программирования, что делает необходимым разработку и построение индивидуальной траектории обучения на определенный образовательный период (время изучения учебной дисциплины или учебного модуля).
Основываясь на понятии индивидуальной траектории обучения,
рассмотренном в психолого-педагогических исследованиях
(Воронцов А.Б., Ковалева Т.М., Прозументова Г.Н., Рыбалкина Н.В., Трубельский А.Н. и др.) под индивидуальной траекторией обучения программированию будущего учителя информатики будем понимать стратегию обучения на основе осознанной самооценки своих возможностей, потребностей и целей в обучении, характеризующуюся вариативностью форм, методов и средств обучения программированию, наиболее полно отражающую деятельность по созданию, отладке и применению прикладных и инструментальных программных средств и направленную на формирование компетенций в данной области.
Таким образом, возникает необходимость разработки теоретических и методических подходов к формированию компетенций в области программирования на основе реализации индивидуальной траектории обучения будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»).
В связи с вышеизложенным, проблема исследования обусловлена противоречием между существующими подходами к обучению программированию будущих учителей информатики, не учитывающими компетентностную направленность обучения, модульную организацию образовательного процесса, введение зачетных единиц, построение индивидуальной траектории обучения и необходимость теоретических, методических разработок по формированию способности применять знания, умения в области использования современных средств программирования по применению прикладных, инструментальных программных средств, их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе, по созданию, администрированию электронных образовательных ресурсов на основе реализации индивидуальной траектории обучения.
Актуальность темы исследования определяется необходимостью обоснования теоретических аспектов и разработки методических подходов к формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») на основе построения и осуществления индивидуальной траектории обучения.
Объект исследования - процесс формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров.
Предмет исследования - теоретические аспекты формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров на основе индивидуальной траектории обучения и методические подходы к ее реализации.
Цель исследования: теоретически обосновать и разработать
методические подходы к формированию компетенций в области реализации различных парадигм программирования и применение современных информационных технологий для решения практических задач на основе индивидуальной траектории обучения у будущих учителей информатики.
Гипотеза исследования; если методические подходы к формированию компетенций у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») в области программирования будут реализованы адекватно базовому, профессионально-прикладному и научно-исследовательскому уровням на основе реализации индивидуальной траектории обучения, то это обеспечит достижение эвристического и творческого уровней обученности по созданию и применению прикладных и инструментальных программных средств и их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе, по использованию современных средств программирования для создания, формирования и администрирования электронных образовательных ресурсов.
Для достижения цели и доказательства гипотезы исследования определены следующие задачи исследования:
-
Провести анализ научно-педагогической, учебно-методической литературы и нормативных документов по подготовке будущих учителей информатики в области программирования.
-
Выявить уровни формирования компетенций в области программирования и обосновать требования к ним.
-
Обосновать и сформулировать этапы построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию у будущих учителей информатики.
-
Выявить и разработать структуру содержания подготовки будущих бакалавров по направлению «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), обеспечивающей формирование компетенций в области программирования и направленной на реализацию индивидуальной траектории обучения.
-
Разработать методические рекомендации по формированию компетенций в области программирования, а так же провести экспериментальную проверку уровня сформированности компетенций в области программирования в рамках разработанных дисциплин.
Методологической основой исследования явились работы в области: педагогики и психологии (Бабанский Ю.К., Беспалько В.П., Леднев B.C., Никандров Н.Д., Сластенин В.А., Фельдштейн Д.И. и др.); теории и методики обучения информатике в общем и высшем образовании (Бешенков С.А., Кузнецов А.А., Кушниренко А.Г., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.А., Лапчик М.П., Ракитина Е.А., Семакин И.Г., Роберт И.В.,
Угринович Н.Д. и др.); теории и методики обучения будущих учителей информатики (Громыко В.И., Ершов А.П., Звинигородский Г.А., Кауфман В.Ш., Козлов О.А., Лавров С.С., Лапчик МП., Первин Ю.А., Слисенко А.О., Трифонов Н.П., Цейтин Г.С. и др.); теории компетентностного подхода в образовании (Болотов В.А., Вишнякова А.В., Зимняя И.А., Коган Е.Я., Лапчик М.П., Лебедев О.Е и др).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретический анализ и обобщение положений психолого-педагогической науки и информатики; анализ государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования, учебных программ; наблюдение, беседы, анкетирование; педагогический эксперимент.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в: развитии содержательной сути определения понятия компетенций в области программирования будущего бакалавра; выявлении уровней формирования компетенций в области программирования; обосновании требований к уровням сформирования компетенций в области программирования; обосновании и формулировании этапов построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию будущих учителей информатики.
Практическая значимость исследования заключается в: разработке
методических рекомендаций по формированию компетенций в области
программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки
«Педагогическое образование» (профиль «Информатика»); разработке
структуры содержания подготовки, обеспечивающей формирование
компетенций в области программирования и направленной на реализацию
индивидуальной траектории обучения; разработке учебно-методических
комплексов, обеспечивающих формирование компетенций в области
программирования (рабочие программы дисциплин, система
диагностического сопровождения обучения программированию,
модульные контрольные задания, учебно-методические пособия) по
дисциплинам подготовки: «Основы алгоритмизации и структурного
программирования», «Современные технологии программирования»,
«Разработка обучающих программных средств», «Проектирование и
разработка проблемно-ориентированных приложений (Web-
программирование)», «Использование основных средств и методов программирования в решении научно-исследовательских задач».
Этапы исследования:
Первый этап (2005-2006 гг.): анализ научно-педагогической, учебно-методической и нормативной литературы по подготовке будущих учителей информатики в области программирования, выявление и обоснование уровней формирования компетенций, а так же разработка
требований к знаниям, умениям и навыкам на каждом из уровней.
Второй этап (2006-2008 гг.): обоснование и формулировка этапов построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию будущих учителей информатики; выявление и разработка структуры содержания подготовки, обеспечивающей формирование компетенций в области программирования и направленной на реализацию индивидуальной траектории обучения; разработка методических рекомендаций по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»).
Третий этап (2008-2011 гг.): проведение экспериментальной проверки уровня сформированности компетенций в области программирования в рамках разработанных дисциплин; обработка полученных экспериментальных данных; теоретическое обобщение и интерпретация результатов диссертационного исследования, формулировка выводов.
Апробация результатов исследования проводилась на заседаниях Ученого совета Учреждения РАО «Институт информатизации образования»; на заседаниях кафедры информатики факультета математики, информатики и физики Педагогического института Южного федерального университета; на международных, всероссийских и региональных научных конференциях: «Тенденции и проблемы развития образования» (Армавир, 2007, 2009 гг.); «Информационные технологии в науке и образовании» (Якутск, Ростов-н/Д, 2008-2010 г.); «Современные информационные технологии в образовании: Южный округ» (Ростов-н/Д, 2008-2011 г.); «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2008 г.); «Информатизация образования» (Славянск-на-Кубани, Волгоград, Кострома, 2008-2010 гг.); «Информатизация сельской школы» (Анапа, 2008-2009 гг.); «Смешанное и корпоративное обучение» (Анапа, Москва, 2008-2009 гг.); «Электронные ресурсы в непрерывном образовании» (Шепси, Анапа, 2010-2011 гг.); «Молодежь и наука» (Москва-Шуя, 2011 г.).
Внедрение результатов исследования. Результаты исследования были внедрены и используются в учебном процессе Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» Педагогического института.
Обоснованность и достоверность полученных результатов
исследования, его результатов и выводов обусловлены методологической и
теоретической обоснованностью исходных данных, опорой на
теоретические разработки в области психологии, педагогики, методики
преподавания информатики, использования возможностей
информационных и коммуникационных технологий в обучении, совокупностью разнообразных методов исследования, адекватных сути проблемы, подтвержденных результатами педагогического эксперимента, полученными с помощью методов математической статистики. Положения, выносимые на защиту.
1. Теоретические положения формирования компетенций в области
программирования у будущих бакалавров включают требования к знаниям
и умениям на базовом, профессионально-прикладном и научно-
исследовательском уровнях формирования этих компетенций и этапы
построения, реализации индивидуальной траектории обучения
программированию будущих учителей информатики на каждом уровне
формирования компетенций.
2. Реализация методических подходов по формированию
компетенций в области программирования у будущих бакалавров по
направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль
«Информатика»), представленных блочно-модульной структурой
содержания, обоснованным сочетанием организационных форм, методов и
средств формирования компетенций в области программирования, а так же
учебно-методическими комплексами по дисциплинам подготовки,
обеспечит повышения уровней этих компетенций.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложений.
Компетентностный подход к обучению программированию как основа подготовки будущих бакалавров в системе педагогического образования
Основой обновления содержания образования, в соответствии с Концепцией модернизации, является компетентностный подход. Понятие «компетентность выступает» в качестве узлового, центрального. Оно объединяет в себе знаниевую и навыковую составляющие образования, требует обновления содержания, формирующего «от результата», и обладает интегрированной природой.
Компетентностный подход, определенный как основа новой образовательной практики, предполагает, что будет использоваться и новые подходы к выделению критериев, показателей, дающих возможность оценивать те или иные процессы [24].
Категориальная база компетентностного подхода непосредственно связана с идеей целенаправленности и целезаданности образовательного процесса, при котором компетенции задают высший, обобщенный уровень умений и навыков учащегося, а содержание образования определяется четырехкомпонентной моделью содержания образования (знания, умения, опыт творческой деятельности и опыт ценностного отношения). Соответственно, компетенция жестко коррелирует с культурным прообразом: так, например, культурно-досуговые компетенции рассматриваются как проявление европейской культуры, в то время как русская культура соотносится в большей степени с духовными компетенциями и общекультурной деятельностью.
Внутри компетентностного подхода выделяются два базовых понятия: компетенция и компетентность, при этом первое из них "включает совокупность взаимосвязанных качеств личности, задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов", а второе соотносится с "владением, обладанием человеком соответствующей компетенцией, включающей его личностное отношение к ней и предмету деятельности".
В этом же контексте функционирует и понятие "образовательной компетенции", понимаемой как "совокупность смысловых ориентации, знаний, умений, навыков и опыта деятельности ученика по отношению к определенному кругу объектов реальной действительности, необходимых для осуществления личностно и социально-значимой продуктивной деятельности". В этой связи, образовательные компетенции дифференцируются автором по тем же уровням, что и содержание образования: ключевые (реализуемые на метапредметном, общем для всех предметов содержании); общепредметные (реализуемые на содержании, интегративном для совокупности предметов, образовательной области); предметные (формируемые в рамках отдельных предметов). Формулировки ключевых компетенций и, тем более, их систем, представляет наибольший разброс мнений; при этом используются и европейская система ключевых компетенций, так и собственно российские классификации, в составе которых представлены ценностно-смысловая, общекультурная, учебно-познавательная, информационная, коммуникативная, социально-трудовая компетенции и компетенция личностного самосовершенствования. В Концепции модернизации российского образования под компетентностью понимается «способность к осуществлению практических деятельностей, требующих наличия понятийной системы и, следовательно, понимания, соответствующего типа мышления, позволяющего оперативно решать возникающие проблемы и задачи» [91]. В определении подчеркивается охват компетентностью нескольких видов деятельностей, подчеркивается сложный личностный характер этого понятия. По И.А. Зимней, компетентность - это сочетание нескольких аспектов (рис. 1. 4). Представляется, что компетенция - это сочетание квалификации и социального поведения. Классификация компетенций разными авторами проводится по многим основаниям. В литературе можно встретить определения профессиональных, общих, академических, коммуникативных, ИКТ - компетенции и др. Поэтому набор компетенций достаточно разнообразен (рис 1.5). На основании проведенного анализа классификации принятой в ФГОС ВПО можно подвести некоторые итоги: в представленных определениях наблюдается разнообразие и разноплановость трактовок термина «компетентность», что отражает сложность и многогранность данного понятия, его относительную новизну в педагогической науке, что обусловило различие научных подходов, на которых базировались ученые при его определении. Поэтому можно считать, что сущность компетентности должна рассматриваться в контексте вопросов целеполагания. Основой целеполагания обучения программированию будущего бакалавра по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») является формирование компетенции в области программирования. Компетенции в области программирования, согласно классификации компетенций, принятой в ФГОС ВПО должна состоять из: общенаучной, инструментальной, социально-личностной и общекультурной, а так же предметно-социальной компетенций (рис. 1.6, рис. 1.7). Еще одна немаловажная проблема внедрения компетентностного подхода при обучению программированию, связана с обеспечением преемственности между существующей нормативно-правовой базой аттестационных процедур и вновь развиваемыми подходами, в связи с чем, решения зачастую не могут не иметь компромиссного характера.
Так, в результате анализа существующих стандартов ФГОС ВПО в области педагогического образования, мы пришли к выводу, что наиболее оптимальной формой представления моделей компетентностей в области программирования у будущих учителей информатики будет модель, включающая следующие компоненты: характеристика базового уровня компетенции в области программирования, соответствующая остаточным знания по программированию из школьного курса информатики; характеристика промежуточного уровня компетенции в области программирования, соответствующего правильным действиям в выполнении решения профильных задач в среде программирования; характеристика уровня сформированности компетенции в области программирования после завершения обучения дисциплин программирования. Компетенции в области программированию будущего учителя информатики предполагает:
Этапы построения индивидуальной образовательной траектории при обучении программированию будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование»
Профессиональное становление будущего учителя в рамках новой образовательной технологии во многом зависит от организации учебной деятельности, предполагающей высокий уровень саморегуляции, которая обусловлена степенью осознанности обучения, умением выявить оптимальные способы и средства достижения поставленных целей, сопоставляя конечный результат деятельности с ее целью, что позволяет изменить психологический контакт преподавателя со студентами в основе процесса обучения, позволяющий обеспечить индивидуальную траекторию каждого студента[162].
Индивидуальная траектория - это замысел студента относительного его собственного продвижения в образовании, оформленный и упорядоченный им в соответствии с педагогическими технологиями и учебной деятельностью [56].
Студенты самостоятельно выбирают путь учения на основе осознанной самооценки возможностей, потребностей и целей в изучении программирования. Индивидуальная траектория обучения (ИТО) характеризуются вариативностью форм, методов и средств обучения, что ориентировано на разные способности студентов. Выбор уровня сложности субъективен и определяется конкретными учебными задачами студентов, самооценкой, уровнем притязаний, их опыт студентов к получению полноценного профессионального образования в программировании.
Центральное место в технологии ИТО отводится обучаемому и его деятельности. Преподаватель работает, используя различные формы обучения: групповая (сообщение и объяснение нового материала, демонстрация его использования на практике, пробная тренировка) и индивидуальная, управляя самостоятельной работой студентов и осуществляя контроль. Данная технология предполагает осуществление таких видов контроля как: контроль со стороны преподавателя, самоконтроль, взаимоконтроль.
Алгоритм действий преподавателя включает в себя: диагностирование уровня обученности студентов с помощью тестов; постановку целей и задач обучения; отбор учебного материала и его организацию (адаптацию к уровню обученности группы); разработку нескольких видов траекторий, исходя из общего количества студентов, различия уровней их подготовки, желаемой степени индивидуализации учебного процесса; организацию учебного процесса (инструктирование, обеспечение дидактическим материалом, установление благоприятного психологического климата, оказание поддержки студентам); организацию контроля (текущий, взаимоконтроль, самоконтроль).
Алгоритм действий студентов предполагает: участие в диагностическом тестировании; определение собственной цели и потребности в изучении языка программирования; ознакомление с итоговыми требованиями траекторий; сопоставление желаемых целей и своих возможностей; выбор траектории; выполнение заданий, инструкций и требований, предусмотренных выбранной траекторией; оценку проделанной работы, сопоставление цели и результатов; решение о продолжении обучения по выбранной траектории или ее смене.
Исходя из совокупности целей образования, содержания образования, организации образовательного процесса и оценки образовательных результатов можно сформулировать принципы, на которые будем ориентироваться при проектировании ИТО обучения программированию будущего бакалавра по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»): Смысл образования заключается в развитии у обучаемых способности самостоятельного определения собственной цели и потребности в изучении программирования. Содержание образования представляет собой дидактически адаптированный социальный опыт решения познавательных, мировоззренческих и иных проблем. Смысл организации образовательного процесса заключается в создании условий для формирования у обучаемых опыта самостоятельного решения познавательных, коммуникативных, организационных, нравственных и иных проблем, составляющих содержание образования. Оценка образовательных результатов основывается на анализе уровней образованности, достигнутых студентами на определённом этапе обучения. Основываясь на понятии индивидуальной траектории обучения, рассмотренном в психолого-педагогических исследованиях[56, 98, 154, 162 и др.) под индивидуальной траекторией обучения программированию будущего учителя информатики будем понимать стратегию обучения на основе осознанной самооценки своих возможностей, потребностей и целей в обучении, характеризующуюся вариативностью форм, методов и средств обучения программированию, наиболее полно отражающую деятельность по созданию, отладке и применению прикладных и инструментальных программных средств и направленную на формирование компетенций в данной области.
Таким образом, построение ИТО для будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» при изучении дисциплины программирования происходил в ряд этапов: диагностика начального уровня компетенций в области программирования, планирование индивидуальной траектории обучения, осуществление запланированной образовательной деятельности по программированию, демонстрация преподавателю личных образовательных достижений, осуществление рефлексивно-оценочной деятельности будущего бакалавра по выполнению контрольных работ на каждом из уровней формирования компетенций в области программирования, коррекция результатов обучения с целью перехода на следующий уровень формирования компетенций (рис. 1.9).
Студент с помощью преподавателя выступает в роли организатора своего собственного образования, выбирая наиболее оптимальную для себя траекторию обучения программированию (таблица 1.3).
На первом этапе диагностики начального уровня компетенций в области программирования осуществляется определение исходного уровня подготовки по программированию после обучения в школе и мотивация учебной деятельности студента.
Методические рекомендации к формированию компетенций в области программирования на основе построения и реализации индивидуальной траектории обучения
Профильный блок «Разработка обучающих программных средств». Интенсивное внедрение быстро развивающихся новых информационных технологий во все сферы социально-культурной деятельности человека, в том числе в образование и науку, приводит к возникновению ряда специальных требований, предъявляемых к тем, кто использует эти технологии в своей повседневной практике. Так современные учителя должны владеть современными информационными технологиями и уметь их использовать в учебном процессе, в частности, для тестирования знаний и опосредованного обучения. На изучение инструментов, позволяющих создавать программные средства учебного назначения, и направлен аннотируемый блок. Первый учебный модуль «Методические подходы к разработке обучающих программ в различных средах программирования» направлен на изучение вопросов, связанных с: реализацией на компьютере различных компонент процесса обучения; психофизиологическими особенности работы с компьютером; классификации программных средств учебного назначения; особенностями использования ППС разного типа.
Следующий учебный модуль «Основные этапы технологии проектирования программных продуктов» включает в себя знакомство с осиновыми этапами и соответствующими требованиями при разработке обучающих программных средств (постановка задачи; построение математической модели; разработка (выбор и адаптация) алгоритма; составление программы; тестирование и отладка). На этапе постановки задачи раскрывается организационно-экономическая сущность задачи: формулируется цель ее решения; определяется взаимосвязь с другими задачами; указывается периодичность ее решения; раскрывается состав и форма представления входной, промежуточной и выходной информации; характеризуются формы и методы контроля достоверности информации; описываются формы взаимодействия пользователя с ЭВМ. Особое внимание уделяется детальному описанию входной, выходной и промежуточной информации. При этом определяется: форма представления отдельных данных; количество знаков, выделяемых для записи данных, исходя из их максимальной значности; источник возникновения данных. Завершается постановка задачи описанием контрольного примера, демонстрирующего порядок решения задачи традиционным способом. На этапе построение математической модели объекта производится анализ и исследование задачи. Структура этапа: анализ существующих аналогов задачи; анализ технических и программных средств; разработка математической модели; разработка структур данных. План написания программы: назначение; достигаемая цель; для кого предназначена; технические средства; периодичность использования; входная информация; выходная информация (формируется по запросам); метод проверки правильности (сравнивается с контрольным примером); организация внедрения задачи; разработка контрольного примера (входная информация с конкретными данными, выходная информация), после чего она реализуется и производится отладка.
Третий модуль «Приемы оптимизации программ». Средства" и приемы оптимизации исходного кода программы, рассматриваемые в рамках данного модуля можно разбить на следующие три основные категории: приемы программирования, основанные на использовании оптимизирующих компиляторов и особенностей системной архитектуры; библиотека BLAS (библиотека элементарных линейных алгебраических преобразований); опции компилятора и применение препроцессоров типа КАР и VAST других фирм.
Четвертый учебный модуль «Инструментальные средства разработки программ». В настоящее время существует два класса инструментальных средств, ориентированных на создание интерактивных программ: авторские среды и языки программирования высокого уровня, включающие в себя средства конструирования интерфейса. Первый подход полностью избавляет автора от изучении языков программирования, но ограничивает в выборе средств, второй предоставляет большую свободу, но требует программистских знаний. Учитывая, что развитые авторские системы, такие, как ToolBook II, имеют собственные встроенные макроязыки, а языки визуального проектирования содержат много готовых к использованию компонент, принципиальной разницы между этими средствами нет. В то же время, поскольку на младших курсах студенты изучают языки программирования, целесообразно эти знания использовать, особенно при использовании для обучения различных моделей.
В качестве базового языка для данного курса выбран Visual Basic. При этом все внимание сосредотачивается на овладении синтаксическими конструкциями языка и основными правилами приведения задач к такой форме, для которой эти конструкции можно было бы применить. В рамках второго, альтернативного, подхода изучается то, что определяет сходство универсальных языков программирования - семантика средств описания данных и действий в отрыве от синтаксиса конкретного языка, используя для ее представления псевдосинтаксис. В аннотируемом модуле такой подход взят за основу. Но параллельно с псевдосинтаксисом рассматриваются и синтаксические представления изучаемых семантических конструкций в разных языковых системах (Basic, Turbo и Delphi Pascal, C++, Java), тем самым не лишая теоретическое общее языкознание конкретной языковой базы. Кроме этого в курсе уделяется пристальное внимание различным моделям программирования, создание и реализация которых в универсальных языках программирования обусловливает появление новых средств описания данных и действий, расширяющих семантику языка. В программу курса также включено рассмотрение вопросов, связанных с формализацией понятия алгоритма и ролью различных систем исчисления в становлении и развитии языков программирования. Анализируется проблема выбора языка. Изучаются способы доказательства правильности программ в рамках структурного программирования. Много времени уделяется рассмотрению объектно-ориентированного программирования. На практических занятиях курса прививаются навыки в проектировании и разработке программ с использованием современных интегрированных сред разработки.
Следующий учебный модуль «Принципы и методы коллективной разработки программных средств». Модуль предназначен для формирования представления о принципах и методах коллективной работы в процессе разработки программного обеспечения и понимание системы взаимодействия всех специалистов, задействованных в разработке. Задания модуля направлены на закрепление теоретических знаний.
Педагогический эксперимент формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров и его результаты
Например, при изучении первого учебного модуля студентам предлагается подготовить доклад по избранным разделам истории развития языков программирования в качестве углубленного изучения истории языков программирования. К семинарам исследовательского типа можно отнести задания, связанные с обоснованием целесообразности использования записей или множеств, при разработке структурных баз данных. При этом, по форме проведения семинарские занятии могут представлять собой развитую беседу по заранее сообщенному студентам плану или небольшие доклады студентов с последующим их обсуждением участниками семинара. В этом случае на семинар можно вынести тематический материал, который оставлен студентам для самостоятельного изучения, например тема: «Сортировка одномерных массивов». Семинар проводят несколько студентов-докладчиков, причем после каждого доклада следует коллективное обсуждение услышанного по ряду параметров: научность и доступность, оптимальность алгоритма сортировки, методические достоинства и недостатки; речь, поведение, контакт с аудиторией и т.д.
Упражнения по программированию. Основа в упражнениях по программированию - задача, решение которой разбирается с помощью теории, изложенной в лекции. Как правило, основное внимание уделяется формированию конкретных умений и навыков, что и определяет содержание деятельности студентов.
Исходя из принципов бинарности и непрерывности, можно сделать вывод, что основное профессионально-педагогическое назначение упражнений по программированию состоит в том, чтобы будущий учитель информатики, понимая роль и место задач при обучении программированию, научился решать их сам и учился обучать этому других. Система задач должна давать целостное представление о всех пяти функциях задач: обучающей, разевающей, воспитывающей, контролирующей и методической. Необходимо стремиться к тому, чтобы методическая функция была выражена в большинстве задач, решаемых во время упражнений. Сформулируем требования к системе задач на базовом уровне компетенций в области программирования: - система должна быть полной, т.е. включать задачи, во-первых, на все основные понятия и методы учебного модуля и, во вторых, в количестве, достаточном для того, чтобы с надежностью обеспечить у студентов уровень практических навыков и умений, предопределенный целями данного модуля; - в системе должны содержаться задачи по формированию понятий; - часть задач в системе должна иметь явно выраженную «школьную» направленность, проявляющуюся как в содержании задач, так и в выборе аппарата, который используется при их решении; - система должна включать в себя большое число задач, с помощью которых у студентов вырабатываются навыки и умения составления задач. Ниже представлен фрагмент системы задач по учебному модулю «Структурированный тип данных» базового уровня формирования компетенций в области программирования: 1. Известны баллы, набранные каждым из 20 спортсменов-пятиборцев в каждом из пяти видов спорта. Определить фамилию спортсмена- победителя соревнований. 2. Известны данные о 20 сотрудниках фирмы (фамилия, зарплата и пол). Определить: а) фамилию мужчины, имеющего самую большую зарплату (считать, что он единственный); б) фамилии мужчины и женщины, имеющих 3. В массиве хранятся данные об учениках класса: фамилия, имя, отчество, адрес (улица, дом, квартира) и домашний телефон (если есть). Вывести на экран список учеников до которых нельзя дозвониться. 4. Сформулируйте и решите задачи на вычитание и объединение множеств; определение принадлежности элемента множеству. в) Лабораторные работы по программированию. Основной особенность преподавания курса программирования для будущих учителей информатики является согласованное изложение теории и практики с опережающим изложением теории и последующим применением студентами теоретических положений для решения учебных задач. Лабораторные работы (лабораторный практикум) по пограммированию позволяют интегрировать теоретико-методологические знания и практические умения и навыки студентов в едином процессе деятельности учебно-исследовательского характера. В лабораторном практикуме различают два вида работ: фронтальная работа, представляющая собой одновременное выполнение общего задания всеми студентами группы; чаще всего она используется в методе демонстрационных примеров при изучении нового материала; индивидуальная работа, при которой каждому студенту даются задания, разные по объему, сложности и времени выполнения. Выполнение задания способствует формированию определенных умений и навыков, которые оцениваются преподавателем во время отчета, состоящего в демонстрации созданных студентом программ. Консультации. Базовый блок по программированию у будущего бакалавра по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») читается в первом семестре. Студент первого курса вуза достаточно трудно адаптируется к условиям вузовского обучения: лекционно-семинарская система обучения существенно отличается от классно-урочной школьной системы. Поэтому на первом курсе, по нашему мнению, целесообразно проводить регулярные консультации по лекционному материалу и практическим занятиям.
Цель этих консультаций - во-первых, научить студентов работать с лекционным курсом, конспектировать материал лекции, ориентироваться в большом объеме информации, во-вторых, такие консультации помогают осуществлять своеобразную обратную связь - определить степень усвоения материала студентами, выявить познавательные затруднения студентов, наметить пути их преодоления, выявление затруднений при выполнении домашних задач. 2) внеаудиторная (дистанционная), предлагаемая студентам с высоким и средним уровнями подготовки по программированию. Студенты же, с низким уровнем могут использовать эту форму обучения в качестве дополнительной. Видами учебной деятельности являются те же, что и при аудиторной форме обучения программированию, но с использованием средств коммуникации. Обучение происходит в доступном для студента темпе и в удобное время при возможности многократного обращения к учебной информации. 3) самостоятельная работа, предполагает реализацию решения задач, поставленных преподавателем студенту, а так же консультирование (очное и дистанционное).
