Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр Жемчужников Дмитрий Григорьевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Теоретические и методические основы обучения программированию в средней школе 17

1.1. Существующие подходы к обучению программированию в школьном курсе информатики 17

1.2. Компетенции учащегося, формируемые при обучении программированию 29

1.3. Использование компьютерных игр в обучении школьников программированию 47

Выводы по главе 1 61

Глава 2. Методическая система обучения программированию, основанная на создании школьниками компьютерных игр 63

2.1. Условия и критерии отбора компьютерных игр и сред разработки для обучения школьников программированию 63

2.2. Модель методической системы обучения школьников программированию на основе создания компьютерной игры 76

2.3. Отбор содержания обучения программированию и разработка этапов создания компьютерной игры школьниками 85

2.4. Содержание и методы обучения программированию на основе создания школьниками компьютерной игры 97

2.5. Организация, содержание и результаты экспериментального подтверждения эффективности обучения программированию на основе создания школьниками компьютерных игр 139

Выводы по главе 2 176

Заключение 178

Список литературы 181

Приложения 200

Приложение 1. Полный листинг программы игры-прототипа 200

Приложение 2. Листинги программ-результатов модулей 204

Приложение 3. Уровневая контрольная работа 215

Приложение 4. Анкета по мотивации 219

Приложение 5. Скриншоты некоторых игр, созданных детьми 220

• Существующие подходы к обучению программированию в школьном курсе информатики
• Использование компьютерных игр в обучении школьников программированию
• Модель методической системы обучения школьников программированию на основе создания компьютерной игры
• Организация, содержание и результаты экспериментального подтверждения эффективности обучения программированию на основе создания школьниками компьютерных игр

Введение к работе

Актуальность исследования. В последние десятилетия происходит стремительная информатизация всех сторон жизни общества и всех сфер производственной деятельности. Состояние перехода к информационному обществу, отраженное в законе РФ «Об образовании», и новые ФГОС ставят перед системой обучения информатике новые цели, среди которых:

наличие социального заказа на формирование личности с высоким уровнем мышления: операционного, алгоритмического, системного; пониманием внутреннего устройства сложных информационных процессов и систем и навыками их декомпозиции; способностью творческого преобразования реальности;

получение навыков продуктивного и эффективного использования компьютерной техники;

получение опыта созидательной деятельности как условия самореализации в жизни.

Информатика становится одной из фундаментальных областей научного знания, изучающей информационные процессы, методы и средства обработки информации. Она является быстро развивающейся дисциплиной, область ее применения в жизни постоянно расширяется.

Выпускникам школ необходимо обладать достаточными знаниями и навыками для эффективного использования современных информационных технологий в своей дальнейшей деятельности.

Для системы обучения информатике остается открытым и дискуссионным вопрос о том, необходимо ли выпускнику уметь решать возникающие задачи с помощью программирования, или достаточным является освоение пользовательских технологий и навыки поиска готовых решений.

Проблемы обучения информатике и, конкретно, программированию находят свое отражение в работах А.П. Ершова, А.Г. Кушниренко,

1. 1. С. Лесневского, С.М. Окулова, А.Л. Семенова, М.В. Швецкого и др.

   Существенный вклад в развитие теории и методики обучения программированию внесли М.М. Бежанова, Н. Вирт, Э.З. Любимский,

   1. 2. Л. Матросов, Н.Н. Непейвода, И.В. Поттосин, И.Н. Скопин и др.

      Вопросам отбора содержания и разработке общей концепции преподавания информатики посвящены работы С.А. Бешенкова, А.Г. Гейна,

      1. 2. 1. В. Горячева, С.Г. Григорьева, И.Б. Готской, В.В. Гриншкуна, О.Ю. Заславской, Т.Б. Захаровой, В.А. Извозчикова, А.А. Кузнецова,

            2. В. Лаптева, М.П. Лапчика, И.В. Левченко, Н.В. Макаровой и др.

            Следует отметить, что при появлении в школьной программе курса информатики его содержание в основном ориентировалось на изучение программирования. Это было связано со спецификой первого этапа компьютеризации, дефицитом техники и квалифицированных кадров.

            По мере накопления стандартных решений, развития системы программирования, а также с появлением и широким распространением персональных компьютеров стало возможным решение практико- ориентированных задач без программирования.

            Главным аргументом против обучения программированию в школе в последнее время становится его сложность и узкая специализация. При этом недооценивается значение такого обучения в процессе развития общеучебных компетенций, различных видов мышления и интеллекта в целом, требуемых в условиях введения новых стандартов образования.

            В разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса учащимся предлагается для решения множество разрозненных задач. Эти задачи обычно математические, они не наглядны, и результат визуально разочаровывает. Действительно, существуют значительные различия в результатах программирования: с одной стороны, трехмерные графические игры с нелинейным сюжетом, в которые дети играют дома, и, с другой стороны, цифры - решения квадратного уравнения на черном экране, полученные на уроке. У школьников создается впечатление о программировании как о скучном и устаревшем занятии. Интерес к изучению снижается, и достаточно сложно объяснить, что в основе игр лежит та же математика, те же алгоритмические конструкции. Таким образом, с точки зрения методики обучения информатике существует потребность в сквозной наглядной практической задаче, обеспечивающей связь всех необходимых для изучения в школе аспектов программирования, упрощающей понимание объектно-ориентированного программирования с помощью наглядности и поддерживающей на высоком уровне познавательную мотивацию.

            Еще одной важной целью обучения информатике в школе становится решение новой воспитательной задачи: уменьшение непродуктивного самостоятельного использования компьютера, перенаправление внимания учащихся от задач, не связанных с обучением и развитием, на продуктивное и эффективное использование компьютера, мобильных устройств, информационных и телекоммуникационных технологий.

            Практика показывает, что существуют динамические компьютерные игры (то есть игры, насыщенные движением, действием, изменением объектов и их свойств с течением времени), которые школьники могут разрабатывать в процессе обучения программированию. Существует активный интерес школьников к такой деятельности. Разработка динамических игр, несложная с точки зрения программирования, может внести серьезный вклад в повышение мотивации к учению, преодоление когнитивных затруднений, интеллектуальное развитие школьников.

            Использование компьютерных игр в обучении школьников рассмотрено в работах Л.М. Дергачевой, О.Р. Ельмикеева, А.Л. Катковой, Л. Абрамс, М. Хэбгуда. Эти исследования затрагивали, в основном, потенциал компьютерных игр как средства обучения и мотивации, но не рассматривали эти игры как объект разработки, то есть не существует научно обоснованной методики обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

            Таким образом, выбор темы исследования «Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр» является актуальным и определяется противоречием между современными навыками и представлениями школьников об информационных и телекоммуникационных технологиях и программировании, активным интересом учащихся к разработке динамических игр, с одной стороны, и, с другой стороны, отсутствием научно обоснованной методики обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр в условиях соблюдения логической последовательности конструкций, изучаемых в разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики.

            Необходимость устранения указанного противоречия за счет разработки методической системы обучения программированию, основанной на решении сквозной проектной задачи - создании компьютерной игры, делает актуальной тему, выбранную для исследования.

            Указанные доводы и противоречия определили научную проблему настоящей диссертационной работы: каковы особенности методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

            Цель исследования - разработать методическую систему обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр с помощью современного языка программирования, позволяющую учащимся освоить программные конструкции, предусмотренные ФГОС, и эффективно использовать полученные знания в ходе дальнейшего обучения и выборе профессии.

            Объект исследования - процесс обучения школьников программированию.

            Предмет исследования - методическая система обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр.

            Гипотеза исследования заключается в том, что методическая система обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр позволит повысить эффективность обучения информатике и будет способствовать применению знаний из области программирования при решении различных учебных задач за счет развития познавательного потенциала и мотивации учащихся, реализации личностно ориентированного и деятельностного подходов в обучении (в соответствии с требованиями ФГОС).

            Цель, предмет и гипотеза определили постановку и необходимость решения следующих задач исследования:

            1. 1. 1. 1. Изучить и проанализировать теоретические и методические основы обучения школьников программированию;

                     2. Конкретизировать основные условия и критерии отбора содержания обучения программированию, разработки этапов, средств создания динамических компьютерных игр школьниками для обучения программированию; систематизировать основные типы компьютерных игр и сред их разработки для обучения программированию;

                     3. Разработать технологию создания игр для обучения школьников программированию;

                     4. Разработать модель методической системы обучения, на ее основе определить содержание и методы обучения программированию, которое базируется на создании школьниками динамических компьютерных игр, предусматривает развитие творческого потенциала и мотивации учащихся, способствует реализации личностно ориентированного и деятельностного подходов к обучению;

                     5. Экспериментально проверить эффективность разработанной методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр и ее влияние на качество обучения информатике.

                     Методологическую основу исследования составляют

                     1. на философском уровне - работы Д. Дьюи, С.П. Курдюмова, С. Пейперта, Ж. Пиаже, Э. Тоффлера и др.;

                     2. на теоретическом уровне (педагогика, психология) - работы В.П. Беспалько, Л.С. Выготского, В.В. Давыдова, А.В. Хуторского и др.;

                     3. на предметном уровне (информатика, программирование) - работы А.А. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, М.И. Лапчика и др.;

                     4. на технологическом уровне - работы Э. Дейкстры, Д. Кнута, Н. Вирта, Н. Рубенкинга и др.

                     Методы исследования:

                     5. теоретические: системный анализ отечественной и зарубежной психолого-педагогической, научно-методической литературы по философии, педагогике, психологии; критический анализ существующих подходов к обучению информатике и программированию, а также использованию электронных ресурсов по рассматриваемой проблеме;

                     6. эмпирические: обобщение опыта преподавания информатики; анализ содержания учебных программ, планов, пособий, диссертаций, материалов конференций по вопросам обучения программированию в школе; наблюдение, беседа, анкетирование, тестирование учащихся с целью выяснения целесообразности использования предложенной методики и ее эффективности в области развития познавательного потенциала и обучения программированию; педагогический эксперимент и анализ экспериментальной деятельности;

                     7. статистические: математическая обработка статистических данных, полученных в ходе проведения экспериментальной работы.

                     Базой исследования и опытно-экспериментальной работы являлись: ГБОУ СОШ №1220 СВАО г. Москвы, ГБОУ СОШ №1234 ЦАО г. Москвы, ГБОУ ВПО «Московский городской педагогический университет», ГБОУ «Окружной учебно-методический центр» СВАО г. Москвы, ГАОУ ВПО

                     «Московский институт открытого образования».

                     Научная новизна исследования заключается в следующем:

                     7. 1. Показано, что существенным фактором развития методической системы обучения программированию является выявленный дидактический потенциал разработки динамических компьютерных игр школьниками как сквозной проектной задачи, позволяющий развивать познавательные способности, мотивацию учащихся, реализовать на практике личностно ориентированный и деятельностный подходы в обучении, межпредметные связи и прикладную направленность обучения, что способствует более глубокому освоению школьниками теории и методологии программирования;

                        2. Выявлены условия отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию, в числе которых условия: адаптации для обучения школьников, унификации типа игры и индивидуализации содержания игр учащихся, соблюдения полного цикла разработки на языке программирования, актуальности среды разработки; критерии отбора компьютерных игр, в числе которых минимальная сложность программной реализации, множественность объектов и отношений, вариативность сюжета, динамичность и другие; критерии отбора средств разработки, в числе которых наличие объектно-ориентированного языка, наличие средств реализации необходимых программных структур, дружественный интерфейс, наличие средств отладки;

                        3. Разработана модель методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками компьютерных игр, ориентированная на подготовку школьников к самостоятельной разработке и подбору наиболее эффективных алгоритмов решения практико- ориентированных задач и включающая, в том числе: цели учащихся и соответствующие им цели учителя, содержание обучения - решение сквозной задачи по созданию игр, результаты обучения - игры, разработанные учащимися и освоение ими программирования в объеме школьного курса. На основе этой модели разработана методика обучения школьников программированию.

                        Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в обосновании необходимости развития методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр в виде решения сквозной проектной задачи, адаптации содержания раздела «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики для решения этой задачи, учете условий и критериев отбора компьютерных игр и сред их разработки.

                        Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что:

                        8. систематизированы компьютерные игры и выявлены среды их разработки, применимые в обучении: Flash ActionScript, JavaScript;

                        9. разработана система модулей для поэтапного создания игры школьниками и описаны прогнозируемые промежуточные результаты освоения каждого модуля;

                        10. подготовлен прототип компьютерной игры, демонстрирующий технологию создания игр и этапы их разработки в процессе обучения школьников программированию;

                        11. разработано учебно-методическое пособие для обучения программированию и рекомендации по использованию предложенной методики в школьной практике.

                        Достоверность диссертационного исследования обеспечивается: непротиворечивостью логических выводов, полученных в ходе теоретического анализа проблемы исследования, и их согласованностью с современными педагогическими концепциями, нормативными документами, регламентирующими образовательный процесс по информатике; четкостью методологических, психолого-педагогических, дидактических и методических позиций; корректным применением комплекса методов исследования, адекватных природе объекта; опорой на современное содержание курса информатики и принципиальным соответствием результатов исследования основным положениям других исследователей методики обучения информатике в школе; учетом научно-практического опыта и личным участием автора; применением статистических методов обработки данных педагогического эксперимента; повышением качества обучения и развитием личностных характеристик школьников.

                        Исследование проводилось в три этапа с 2007 по 2013 год.

                        На первом этапе (2007-2009 годы) определялась степень разработанности научной проблемы обучения школьников программированию. Изучалась философская, психолого-педагогическая, методическая литература по проблемам обучения программированию, проводился анализ эмпирического материала, формулировались цель, гипотеза, задачи исследования; анализировались подходы к обучению программированию и существующие методики.

                        На втором этапе (2009-2010 годы) выявлялись условия и критерии отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию; систематизировались основные типы компьютерных игр; разрабатывалась технология и совершенствовалась методическая система обучения программированию на основе создания школьниками компьютерных игр. Разрабатывалось и апробировалось учебно- методическое пособие.

                        На третьем этапе (2010-2013 годы) проводилась экспериментальная проверка эффективности применения методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками компьютерных игр. Описание основных положений и результатов исследования оформлялось в виде диссертационной работы.

                        На защиту выносятся следующие положения:

                        1. Обучение программированию на основе разработки школьниками динамических компьютерных игр обеспечивает развитие познавательного потенциала и внутренней мотивации учащихся, поскольку факторы значимости, вероятности успеха, привлекательности занятия, оценки другими людьми, составляющие внутреннюю мотивацию, присутствуют в процессе создания компьютерных игр и обучении программированию на основе этого процесса;

                        1. Использование учебно-методического пособия, игры-прототипа, отобранного типа игр и среды разработки способствует подготовке школьников к подбору и разработке наиболее эффективных алгоритмов решения практико- ориентированных задач, и, как следствие, повышает эффективность подготовки школьников к ГИА и ЕГЭ. Это обусловлено учетом требований ФГОС, адаптацией алгоритмических и программных конструкций для изучения школьниками и применением сквозной проектной задачи;

                        2. Внедрение усовершенствованной методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр способствует повышению эффективности обучения информатике. Это достигается за счет применения личностно ориентированного и системно-деятельностного подходов. Такое обучение способствует развитию логической и информационной культуры школьников, реализации межпредметных связей и прикладной направленности обучения информатике.

                        Апробация результатов исследования

                        Полученные результаты докладывались и обсуждались на конференциях: XX Международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2010), II Международной научно- практической конференции «Проблемы и возможности современной науки» (Тамбов, 2011), II Всероссийских педагогических чтениях научной школы управления образованием (Москва, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Архангельск, 2010), XV Всероссийской научно-практической конференции «Новые информационные технологии» (Воронеж, 2010), XXII Всероссийской научно- практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Троицк, 2011), II Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, студентов и учащихся «Молодежь и образование XXI века» (Тобольск, 2011), IV педагогических чтениях научной школы управления образованием (Москва, 2012), X Межрегиональной конференции «Информационные технологии в образовании» (Ростов, 2010), VI Московском городском Фестивале науки (Москва, 2011); мастер-классах, семинарах и вебинарах: в рамках московской городской акции «Учителя года молодым учителям» (2010), конкурса «Педагог дополнительного образования СВАО» (2011), конкурса «Педагог дополнительного образования г.Москвы» (2011), в рамках «Дней науки г. Москвы» (2011), «Совершенствование методики преподавания информатики» кафедры информатики ГАОУ ВПО г.Москвы МИОО (2011), «Аспекты преподавания программирования» ОУМЦ СВАО г. Москвы (2011); профессиональных конкурсах: Московском городском профессиональном конкурсе «Педагог дополнительного образования» (2011, победитель), конкурсе на соискание Гранта Москвы в области образования (2010, победитель), Московском городском конкурсе «Учитель года» (2010, лауреат), Всероссийском конкурсе педагогического мастерства «Мой лучший урок» (2010, победитель), конкурсе на соискание премии лучшим учителям в рамках ПНПО «Образование» (2011, победитель); заседаниях кафедры информатизации образования ГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет».

                        Основные результаты исследования опубликованы в 17 научных и научно-методических работах общим объемом 8,1 п.л., включая 1 учебно- методическое пособие, в том числе в 3 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки РФ.

                        Результаты исследования внедрены в учебный процесс ГБОУ СОШ №1220 СВАО г. Москвы и ГБОУ СОШ №«1234 ЦАО г. Москвы.

                        Структура диссертационного исследования определена его логикой. Оно состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

                        Существующие подходы к обучению программированию в школьном курсе информатики

                        Программирование является одним из фундаментальных компонентов информатики, важность которого для современного общества не подлежит сомнению. В то же время вопрос о его месте в школьной программе и эффективных методиках обучения программированию по-прежнему открыт.

                        В историческом аспекте, необходимость раннего обучения программированию явилась причиной появления в 1985 году первого курса для общеобразовательных школ «Основы информатики и вычислительной техники» (ОИВТ). Появление в СССР первых электронно-вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах 20 века обусловило возникновение специфической деятельности по созданию программ для них и соответствующих профессий. Вскоре после появления первых ЭВМ при научных учреждениях и вузовских центрах стали создаваться группы школьников по изучению основ программирования под руководством сотрудников этих учреждений. К концу 1950-х гг. такой опыт под руководством одного из основателей школьной информатики А.П. Ершова получил развитие в ряде школ Новосибирска на базе вычислительной техники, принадлежащей Академгородку [129]. Эти первые шаги еще не имели прямого отношения к формированию регулярного учебного курса программирования для учащихся, хотя и подтвердили принципиальную осуществимость идеи обучения школьников программированию [99, с.8].

                        Первые учебные программы по программированию для школьников появились в системе математических школ в 60-х годах. Перспективность профессии и необходимость профессиональной ориентации в раннем возрасте обусловили утверждение в 1961 г. Министерством просвещения РСФСР документации для школ с математической специализацией: квалификационной характеристики выпускника, учебного плана, программы по общему курсу математики, а также специальным учебным предметам «Математические машины и программирование», «Вычислительная математика». [157]

                        На базе математических школ было организовано предпрофессиональное обучение по специальностям: программист-лаборант, вычислитель-программист, оператор ЭВМ. Принимая во внимание острый дефицит вычислительной техники и машинного времени, обучение программированию школьников требовало серьезной методической поддержки. Развитие обучения программированию учащихся школ с математической специализацией повлекло за собой разработку ряда методических материалов (например, [160], [161]), которые впоследствии легли в основу школьного курса ОИВТ.

                        Особая роль в появлении школьного курса программирования принадлежит экспериментальному факультативному курсу «Основы кибернетики», разработанному В.С. Ледневым и А.А. Кузнецовым. Центральную часть в нем, около двух третей учебного времени, занимало обучение программированию для цифровых вычислительных машин. В 1974 году этот курс для 9-10 классов был официально включен в список факультативных курсов общеобразовательных школ. С дальнейшим введением в ряде общеобразовательных школ факультативных курсов, связанных с ЭВМ, и, прежде всего, курса «Программирование», начинается протяженный и своеобразный этап поступательного внедрения элементов программирования в среднюю школу. Своеобразие этого процесса заключалось в том, что факультативные занятия по программированию чаще всего строились в условиях «безмашинного» обучения, что нередко приводило к поиску оригинальных методических подходов, опиравшихся на выявлении общеобразовательной сути алгоритмизации и программирования. [99, с.13] Отсутствие массовой подготовки преподавателей программирования и слабость материальной базы препятствовали широкому распространению факультативов по программированию. Однако их значение для создания методической системы обучения информатике, определения подходов к обучению программированию школьников трудно переоценить. Свои педагогические решения по факультативному обучению программированию в 70-е годы представили В.М. Монахов [102, 103] в части факультатива «Программирование», М.П. Лапчик [89, 90] в части алгоритмизации и определения алгоритмической культуры, В.Н. Касаткин [70, 71] в части реализации кибернетических подходов к программированию.

                        Задача подготовки специалистов по ЭВМ продолжала быть актуальной. Более того, идея развития алгоритмического мышления, не только в узкоспециальном приложении к кодированию ЭВМ, но и как важной составляющей интеллекта, активно продвигалась сторонниками «школьной» информатики.

                        Исследования, связанные с педагогической задачей формирования общеобразовательного предмета по программированию для включения в учебный план общеобразовательной школы, привели к появлению в середине 1970-х годов в курсе алгебры 8 класса материала для беседы по теме «Вычисления и алгоритмы», а позднее раздел «Алгоритмы и элементы программирования». Качественный скачок в микроэлектронике, развитие производства больших интегральных схем привел в конце 70-х годов к появлению и широкому распространению в мире персональных компьютеров. Несмотря на значительное отставание СССР в этой сфере, к началу 1980-х годов парк ЭВМ расширился и изменился за счет персональных ЭВМ, многотерминальных комплексов на базе малых ЭВМ и т.д. Компьютеры в отечественной практике еще не стали по-настоящему персональными (парк машин был сосредоточен в лабораториях научных и учебных учреждений), но острейшего дефицита машинного времени уже не ощущалось. Начались практические действия по компьютеризации школы, а, следовательно, внедрения изучения программирования. Так называемая «сибирская группа школьной информатики» (А.П. Ершов, Ю.А. Первин, Г.А. Звенигородский) опубликовала основные программные положения, в значительной части своей послужившие впоследствии развитию национальной программы компьютеризации школы [40].

                        В ходе школьной реформы начала 80-х годов на основании накопленного в факультативном подходе дидактического и методического материала было принято решение о введении в среднюю школу предмета «Основы информатики и вычислительной техники» как обязательного с 1 сентября 1985 года. Очевидно, что это решение было вынужденным, неподготовленным с точки зрения кадрового потенциала и материально-технической базы; продиктованным соображениями преодоления отставания страны в части микроэлектроники, программного обеспечения и, особенно, компьютерной грамотности.

                        Использование компьютерных игр в обучении школьников программированию

                        В последние три десятилетия множество зарубежных исследователей занималось изучением того, как естественная увлеченность учащихся цифровыми (в том числе компьютерными) играми может быть использована для достижения образовательных целей. Компьютерные игры – объект серьезных исследований в психологии, педагогике, информатике и социологии. Все эти науки пытаются связать компьютерные игры с обучением. Основным фактором, влияющим на эффективность использования компьютерных игр при решении образовательных задач, является мотивация.

                        Образовательные средства обучения традиционно включали игровые элементы как дополнительную стимуляцию в процессе получения знаний. Так, в 90-х годах в англоязычной педагогике появился термин «edutainment», составленный из слов education («образование», англ.) и entertainment («развлечение», англ.) [173], и так называемая концепция «брокколи в шоколаде» [168], призванная упростить восприятие сложных тем путем «приклеивания» к ним игровых элементов. Однако эти методы по истечении десятилетия были признаны неэффективными и раскритикованы, как сочетающие худшие стороны и образовательного, и игрового процессов [174, с.14].

                        Следует подробно остановиться на вопросах мотивации учащихся и определить виды мотивации, которые могут быть задействованы при обучении программированию с помощью создания компьютерных игр.

                        Мотивация – весь комплекс факторов, направляющих и побуждающих поведение человека [167].

                        Термином «мотивация» могут обозначаться два явления:

                        система мотивов определенного человека;

                        система действий по активизации мотивов определенного человека.

                        Следует упомянуть психологические теории, формирующие теоретическую основу мотивации в компьютерных играх. Эмпирические источники внутренней мотивации исследованы в теории когнитивной оценки [172], теории потока [170] и теории когнитивной любознательности в аспекте ассимиляции и аккомодации Пиаже [180]. Наряду с исследованиями мотивации также существуют исследования потенциальных преград в эффективном использовании игр в обучении, например, педагогические теории отражения и переноса знаний.

                        В системе учебных мотивов переплетаются внешние и внутренние мотивы. Внешняя мотивация достаточно хорошо описана в педагогической литературе.

                        В аспекте создания компьютерных игр особенно интересна концепция внутренней (англ. «intrinsic») мотивации Э. Деси. Также в литературе ее обозначают как «мотивацию, проистекающую из процесса» или пре-операциональную в теории развития Пиаже. Это «стремление совершать деятельность ради нее самой, ради награды, которая содержится в самом процессе деятельности» [181]. Бихивеоральные теории основаны на предположении, что не существует внутренне укорененной мотивации к обучению, но это не согласуется с тем фактом, что маленькие дети – и в дошкольных учреждениях, и дома – беспрестанно исследуют объекты, с которыми встречаются, и манипулируют ими. Они сами себе бросают вызов – стать более компетентными и знающими – просто ради удовольствия становиться такими. Дети сами активно вовлекаются в процесс обучения. Несомненно, они изнутри мотивируются к обучению [172, с.20]. Вероятно, существует внутренняя, изнутри идущая потребность испытывать чувство личной автономности или самоопределения [176, с.31].

                        Разнообразие умений Переживание значимости работы Высокая внутренняя мотивацияВысокое качество выполнения работыВысокая удовлетворенность работой

                        Идентифицируемость задания Значимость задания Автономность Переживание ответственности за результаты работы Обратная связь о результатах работы Знание результатов своей работы

                        В общем виде модель действует следующим образом: пять ключевых характеристик работы вызывают три психологических состояния, которые, в свою очередь, приводят к ряду благоприятных для личности и для работы результатов. Модель постулирует, что человек переживает положительные эмоции в том случае, в какой он узнает (знание результатов), что он лично (переживание ответственности) хорошо выполнил задание (переживаемая значимость) [136, с.94]. Поясним этот тезис в аспекте обучения программированию на основе создания компьютерных игр. Разнообразие умений – та степень, в которой процесс требует разнообразных видов активности, подразумевающих использование ряда различных умений и способностей личности. Дж. Хакман и Дж. Олдхем [176] считают, что разнообразие умений, которое необходимо для решения игровых задач, является основной причиной привлекательности их для человека. Если процесс требует от человека разнообразных умений, он будет казаться ему более значимым, чем есть на самом деле [172, с.71]. В этой части использование компьютерных игр в обучении через внутреннюю мотивацию тесно связана с развитием общеучебных умений, классифицированных в параграфе 1.2. Идентифицируемость заданий – степень, в которой работа требует завершения целостной и определенной задачи или этапа работы от начала и до конца с видимым результатом. Исходя из этой характеристики, компьютерные игры хорошо подходят в качестве учебной задачи, если создание их четко разделено на этапы, каждый из которых имеет видимый, осознаваемый в начале этапа выполнения, законченный результат. Значимость задания – в нашем случае степень важности результата (получаемой игры) для учащегося. Этот показатель, как правило, очень высок. Создание собственной игры «с нуля» является для подростка важнейшим и значимым достижением.

                        Автономность – та степень, в которой работа предоставляет реальную свободу и возможность действовать по своему усмотрению в планировании и в определении способов ее выполнения. Это наиболее проблемная в методическом плане характеристика. В существующих системах обучения программированию с помощью разработки игр автономность обычно жестко ограничена либо методикой, либо средой разработки. Для активации этого показателя необходимо стремиться к максимальной свободе выбора сюжета создаваемой игры и минимальным ограничениям со стороны средства программирования.

                        Модель методической системы обучения школьников программированию на основе создания компьютерной игры

                        Методическая система обучения – это упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных методов, форм и средств планирования и проведения, контроля, анализа, корректирования учебного процесса, направленных на повышение эффективности обучения учащихся [27]. В более общем смысле под методической системой обучения понимается общая направленность обучения [107].

                        Создание методической системы прежде всего подразумевает целеполагание для учащегося и для педагога. Общая цель: обучение школьников структурному и объектно-ориентированному программированию в соответствии с ФГОС на основе сквозной проектной задачи (разработки динамических игр).

                        Цели учащегося представлены на рис. 9. Рисунок 9. Цели обучения (учащийся)

                        В соответствии с целями для учащегося определим цели для педагога [118], то есть обозначим, что необходимо сделать учителю, чтобы достичь целей ученика (рис. 10). Рисунок 10. Цели обучения (педагог)

                        Таким образом, определение целей педагога происходит на основе изучения целей учащихся и объединения их с общей целью обучения:

                        создание собственной игры на языке программирования невозможно без глубокого его освоения; при этом требования стандарта, касающиеся компетенций в области алгоритмизации и программирования, будут выполнены с избытком;

                        потребность в демонстрации результатов требует организации законченного цикла обучения разработке игр, гарантирующего получение результата (готовой игры) на том или ином уровне, в зависимости от уровня подготовки учащихся;

                        удовольствие от процесса создания игры является основанием для посвящения большего времени самостоятельной работе и, соответственно, вытеснения непродуктивных форм использования компьютерной ИКТ и т.д. Планируемый внешний результат: оригинальные динамические игры, разработанные учащимися самостоятельно или попарно. Достижение этого результата необходимо и достаточно для реализации целей учащегося (см. рис. 9).

                        Результаты обучения разделим на три группы в соответствии с требованиями ФГОС [150] (рис. 11).

                        Достижение вышеуказанных результатов необходимо проверить в ходе опытно-экспериментальной работы.

                        Предметные результаты области «Информатика» включают:

                        владение навыками алгоритмического мышления и понимание необходимости формального описания алгоритмов;

                        владение универсальным языком программирования высокого уровня (по выбору), представлениями о базовых типах данных и структурах данных; умением использовать основные управляющие конструкции;

                        владение навыками и опытом разработки программ в выбранной среде программирования, включая тестирование и отладку программ; владение элементарными навыками формализации прикладной задачи и документирования программ;

                        сформированность умения работать с библиотеками программ. [150]

                        Обозначенное в стандарте умение использовать основные управляющие конструкции не сопровождается списком, однако на основе анализа учебной литературы [11, 21, 148], примерной программы по предмету [124] и опыта преподавания информатики можно его сформулировать. Основные управляющие конструкции:

                        условное ветвление; выбор; цикл; процедуры / функции; рекурсивные функции; средства обработки массивов. Соответственно, все эти программные конструкции должны быть изучены и воплощены в игре учащегося.

                        Достижение вышеуказанных предметных результатов будет оцениваться в ходе опытно-экспериментальной работы на основе тестирования, включающего задачи основных форм контроля предметных результатов общего образования – ГИА и ЕГЭ. Личностные результаты, в соответствии с ФГОС, включают, в том числе:

                        готовность и способность обучающихся к саморазвитию и личностному самоопределению; сформированность мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности;

                        способность ставить цели и строить жизненные планы. [150]

                        Личностные результаты не подлежать оценке в ходе эксперимента, однако изменение вышеуказанных качеств и компетенций можно оценить в ходе опросов участников образовательного процесса, а также с помощью анкетирования по вопросам мотивации.

                        Метапредметные результаты, в соответствии с ФГОС, включают, в том числе:

                        универсальные учебные действия (регулятивные, познавательные, коммуникативные), способность их использования в познавательной и социальной практике;

                        самостоятельность в планировании и осуществлении учебной деятельности и организации учебного сотрудничества с педагогами и сверстниками;

                        владение навыками учебно-исследовательской, проектной и социальной деятельности. [150]

                        Достижение метапредметных результатов будет оцениваться в ходе опытно-экспериментальной работы на основе специальных заданий в составе контрольных работ, а также в ходе опроса участников образовательного процесса.

                        Содержание обучения обусловлено целями и планируемыми результатами. Оно определяется: требованиями ФГОС к типовым программам; выбором типа создаваемой игры и среды разработки (см. 2.1); логикой процесса разработки игры; спецификой языка программирования и среды разработки; адаптацией программных конструкций для изучения школьниками; необходимостью разбиения процесса на модули, каждый из которых имеет демонстрируемый результат.

                        Подробно принципы построения курса, технология и этапы создания компьютерной игры школьниками в процессе обучения программированию будут рассмотрены в 2.3.

                        Организация, содержание и результаты экспериментального подтверждения эффективности обучения программированию на основе создания школьниками компьютерных игр

                        Опытно-поисковая работа осуществлялась в соответствии с целью и задачами исследования и проходила в три этапа: поисковый, констатирующий и контрольный. Эксперимент проводился в ГБОУ СОШ №1220 в 2010/11 и 2011/12 учебных годах. На поисковом этапе была проведена подготовка к проведению эксперимента, включавшая:

                        определение методологической базы экспериментальной работы: отобраны методы исследования, описанные в работах А.М. Новикова [92], Ю.К. Бабанского [5, 6], В.И. Загвязинского [39], В.В. Краевского [75], М.Н. Скаткина [132]; определение нормативной базы экспериментальной работы: применяемые методики были ориентированы на выявление результатов обучения информатике, обозначенные в стандарте [143], проекте фундаментального ядра содержания общего образования [150] и проекте нового стандарта среднего общего образования [144]; выбор необходимого числа экспериментальных объектов: поскольку к 2010/11 учебному году обучение по программе, включающей данную методику, прошло более 100 учащихся, высокая репрезентативность выборки будет обеспечена при ее составе 40-60 учащихся, ранее не обучавшихся программированию игр;

                        определение необходимой длительности проведения эксперимента: длительность обучения обусловлена методикой и составляет один учебный год (34-36 занятий), необходимо включить 2 цикла обучения (2010/11 и 2011/12 учебные годы) для разных групп;

                        выбор конкретных методик для изучения начального состояния экспериментального объекта: основным инструментом экспериментального исследования станет тестирование предметных и метапредметных компетенций с помощью специально разработанной контрольной работы; одно и то же тестирование в начале и в конце учебного года со сменой вариантов позволит отследить динамику сформированности этих компетенций; для личностных компетенций (мотивации, познавательного интереса и т.д.) будет применяться анкетирование и экспертные оценки;

                        определение признаков, по которым можно судить об изменениях в экспериментальном объекте под влиянием соответствующих педагогических воздействий: для подтверждения или опровержения гипотезы исследования будет проанализировано приращение сформированности вышеуказанных компетенций у контрольных и экспериментальных групп.

                        Для сравнительной оценки предметных и метапредметных умений была разработана уровневая контрольная работа (Приложение 3), включающая:

                        1) задания ГИА 2010 (4 варианта);

                        2) задания ЕГЭ 2010 (4 варианта);

                        3) специальные задания на проверку уровня сформированности метапредметных компетенций (коммуникативные компетентности – 3 задания, регулятивные – 3 задания, предметные – 3 задания). Контрольная работа состоит из трех частей, по уровням заданий: репродуктивная, продуктивная, творческая.

                        Часть 1 (репродуктивная) состоит из 5 разных заданий контрольно-измерительных материалов ГИА 2010 года [36], относящихся к разделу «Алгоритмизация и программирование». Проверяемые элементы содержания курса информатики, их сложность и баллы за выполнение, перечисленные в таблице 12, определены в соответствии со спецификацией КИМ ГИА 2010 года [141]. Расшифровка элементов содержания представлена в таблице 13 в соответствии с кодификатором КИМ ГИА 2010 года [74].

                        Часть 2 (продуктивная) состоит из 5 разных заданий контрольно-измерительных материалов ЕГЭ 2010 года [5], относящихся к разделу «Алгоритмизация и программирование»: А5, А6, А18, В2, В5. Проверяемые элементы содержания курса информатики, их сложность и баллы за выполнение, перечисленные в таблице 14, определены в соответствии со спецификацией КИМ ЕГЭ 2010 года [129]. Расшифровка элементов содержания представлена в таблице 15 в соответствии с кодификатором КИМ ЕГЭ 2010 года [62].Часть 3 (творческая) состоит из 3 заданий С1, С2, С4 контрольно-измерительных материалов ЕГЭ 2010 года [5], относящихся к разделу «Алгоритмизация и программирование». Проверяемые элементы содержания курса информатики, их сложность и баллы за выполнение, перечисленные в таблице 16, определены в соответствии со спецификацией КИМ ЕГЭ 2010 года [129]. Кроме того, в каждую из частей были включены 3 задания соответствующего уровня (репродуктивного, продуктивного, творческого), проверяющие владение универсальными учебными действиями: по одному заданию на регулятивные, познавательные, коммуникативные УУД. Максимальный балл за выполнение каждого из таких заданий – 1.

                        Итого в контрольной работе 22 задания, время на выполнение – 2 часа.

                        Максимальный балл – 29.

                        Для анализа уровня знаний и умений учащихся необходимо определить его пороговые значения. Часть 3 уровневой контрольной работы – задания уровня части С ЕГЭ – не может являться обязательной для учащихся 8-х классов. Исключив из максимального балла сумму возможных баллов за задания части 3 (12 баллов), получаем 17 баллов.

                        Исходя из практического опыта и критериев оценки знаний учащихся, был определен минимально допустимый уровень знаний в 50% от максимального, то есть 9 баллов. Хороший уровень знаний был определен в 70% от максимального, то есть 12 баллов. Отличный уровень знаний начинается с 90% от максимального, то есть 15 баллов.

                        Оценка личностного компонента проводилась через анализ изменения уровня мотивации школьников к изучению информатики и программирования. Была составлена анкета, состоящая из 5 вопросов (Приложение 4). Положительный ответ на вопрос оценивался в 1 балл, отрицательный – в 0 баллов. Для сравнения уровней мотивации в экспериментальных и контрольных группах коэффициент мотивации учащихся был рассчитан как среднее арифметическое баллов учащихся группы по формуле (1): ,aгде n – количество учащихся в группе; mi – баллы, набранные i-м учащимся при ответе на вопросы анкеты.

                        Коэффициент мотивации школьников (Км) при обучении программированию на основе создания компьютерных игр характеризует три уровня мотивации, которые определяются в соответствии с таблицей 17.

                        Согласно анализу психолого-педагогической литературы при коэффициенте мотивации высокого уровня школьники приобретают устойчивые навыки к самостоятельной разработке и подбору эффективных алгоритмов решения прикладных задач.

                        Похожие диссертации на Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр

                        

                        Становление и развитие методики обучения игре на русских гармониках-1870-1930 гг.Вороненко Наталия Александровна

                        

                        Проблема совершенствования методики обучения игре на духовых инструментах : в классе кларнета и саксофонаПодаюров, Владимир Григорьевич

                        

                        Методика организации ролевых игр проблемной направленности при дистанционном обучении иностранным языкамТитаренко Наталия Владимировна

                        

                        Содержание и методика музыкального воспитания и обучения игре на фортепиано детей дошкольного возраста в Республике КореяВи Нам Соп

                        

                        Методика обучения военной деловой переписке с использованием речевых игр на занятиях по русскому языку в военном вузе Соломахина Татьяна Юрьевна

                        

                        Методика обучения устному иноязычному профессиональному дискурсу средствами учебно-речевых ситуаций и ролевых игр : английский язык, неязыковой вуз, специальность 080504 "Государственное и муниципальное управление"Шатурная Елена Алексеевна

                        

                        Методика обучения визуальному программированию в педагогических вузах Бабушкина Ирина Анатольевна

                        

                        Методика обучения параллельному программированию на кластерах с UNIX-подобной операционной системой магистров физико-математического образованияСлива Максим Владимирович

                        

                        Методика обучения многопоточному программированию бакалавров физико-математического образованияКоротков Андрей Вячеславович

                        

                        Методика обучения функциональному программированию будущих учителей информатики (На базе языка LOGO) Головлева Светлана Викторовна