Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ В ШКОЛЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММ (КИТ ООПП)
1.1. Компьютерные информационные технологии (КИТ) как фактор формирования информационной культуры у школьников 18
1.2. Основные этапы формирования содержания по изучению КИТ в школьном образовании по информатике 28
1.3. Методические подходы к организации изучения в школе основных положений объектно-ориентированного проектирования программ (ООПП) 33
ВЫВОДЫ ПО I ГЛАВЕ: 47
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОГРАММ
2.1. Психолого-дидактический анализ деятельности объектно-ориентированного проектирования программ на основе соответствующей КИТ 49
2.2. Факторы, источники и принципы формирования содержания и методики обучения объектно-ориентированному проектированию программ в классах с углубленным изучением
информатики 73
2.3. Методический подход 83
ВЫВОДЫ ПО Я ГЛАВЕ: 106
ГЛАВА Ш. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Организация и проведение педагогического эксперимента 111
3.2. Методические рекомендации по курсу "Основы объектно-ориентированного проектирования программ" 122
3.3. Результаты обучающего педагогического эксперимента 145
ВЫВОДЫ ПО III ГЛАВЕ 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 158
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 212
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 267
- Компьютерные информационные технологии (КИТ) как фактор формирования информационной культуры у школьников
- Психолого-дидактический анализ деятельности объектно-ориентированного проектирования программ на основе соответствующей КИТ
- Организация и проведение педагогического эксперимента
Введение к работе
Основу социально-экономического развития современного общества составляют используемые на рабочих местах передовые технологии (в промышленном производстве, в строительстве, и т.д.). Любая технология -это в первую очередь научное достижение в области теории соответствующей науки, используемое впоследствии на практике для достижения более высоких результатов по критериям, определяемым областью их применения.
В последнее время в связи с растущей информатизацией практически всех сфер жизни нашего общества особое значение приобретают информационные технологии. Главное их отличие от других видов технологий - наличие методов, способов, приемов и средств для работы с информацией в соответствующей предметной области. Информатика как наука, занимающаяся исследованиями в области обработки и хранения информации, объединяет информационные технологии, которые содержат в основном различные методы решения задач, посвященных проблемам из разнообразных предметных областей (образования, естественных наук, и т.д.). Из-за трудоемкости и рутинности операций, производимых при использовании некоторых информационных технологий, возникла естественная потребность в автоматизации умственной деятельности. В результате сформировался класс компьютерных информационных технологий, используемых сегодня на основе персонального компьютера.
Под информационными технологиями (ИТ) в информатике понимается совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, повышения их надежности и оперативности [66].
Широкое использование и соответственно трактовка термина "информационная технология" [16,17,56,67,104] требует конкретизации. Сфера применения этого термина в нашем исследовании ограничивается компьютерными информационными технологиями.
Под компьютерными информационными технологиями (КИТ) мы будем понимать информационные технологии, реализованные на основе компьютера. К ним относятся информационные технологии по обработке текста, графики, числовых данных и других всевозможных информационных ресурсов как с использованием прикладных программ, так и при помогай инструментальных средств (к примеру, языков программирования).
Спектр задач (проблем), решаемых сегодня при помощи КИТ, достаточно широк: от образования до промышленного проектирования, что требует постоянного их совершенствования и, как следствие, появления новых КИТ. В то же время появление новых прогрессивных информационных технологий приподнимает планку не только уровня профессионального их применения, но и уровня информационной культуры общества в целом.
Под информационной культурой, согласно определению, данному в учебнике "Информатика" под редакцией Н.В.Макаровой [33], понимается умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.
Формирование общей информационной культуры у школьника является одной из целей школьного образования, что и предполагает изучение ряда КИТ. В частности;, это нашло отражение в обязательном минимуме содержания образования по информатике [59]: информационные технологии, технологии обработки числовых данных (электронные таблицы), технология хранения, поиска и сортировки информации (базы данных).
Проблемам общего школьного образования в области информатики (дидактико-методическим, психолого-педагогическим) посвящены труды АПЕршова, В.М. Монахова, А.А. Кузнецова, В.Я. Ваграменко, ИВ.Роберт, В.К.Белошапки, С.АБешенкова, Д.ШМатроса, В.Ф.Шолоховича, АГ-Гейна, ВХ.Житомирского, Е,И.Машбица, АС.Лесневского и др.
Подготовка людей к жизни и труду в условиях информационного общества предполагает формирование умения использовать для решения своих практических задач информационные технологии и, в частности, именно КИТ.
На сегодняшний день мы можем выделить два основных типа КИТ, которые имеют разную базу и соответственно опираются: на инструментальные программные средства и реализуемые ими методологии (подходы) программирования и проектирования моделей; на прикладные программы и методы, которые они предоставляют пользователю.
Прикладные программы используют в своей профессиональной деятельности как специалисты в области информатики и вычислительной техники, так и специалисты из других научных областей. Они позволяют решать множество трудоемких задач из различных предметных областей науки и техники (по математическому моделированию, по статистическим расчетам, по работе с базами данных и т.д.) при помощи персонального компьютера, требуя при этом минимум усилий со стороны пользователя и времени. Теоретические основы применяемых в них методов можно найти в соответствующих научных трудах (по статистике, математическому моделированию и т.д.), но чаще всего глубокого их знания от пользователя прикладных программ не требуется. Более того, в хорошей прикладной программе имеется достаточно полная в содержательном плане помощь по используемым в ней методам, а также правилам их применения. В работе Е.АВасениной данный вид КИТ еще называется как универсальные информационные технологии (УИТ) [25]. На самом деле их универсальность ограничена определенным набором реализованных в них методов, в соот ветствии с которыми ограничивается и спектр задач, решаемых на их основе. Ш Если же необходимого метода нет в используемой прикладной программе, или если необходима особая прикладная программа, работающая со специфическим набором методов, особым интерфейсом, тогда применяются языки программирования.
Но, в любом случае, прежде чем использовать методы прикладной программы или составлять программу на языке программирования, необходимо спроектировать модель решения поставленной задачи. Именно в создаваемой пользователем (программистом) модели им предусматривается применение того или иного метода прикладной программы, а при ее создании могут использоваться специальные методы проектирования программных систем, входящие в состав соответствующей применяемой методологии (подхода).
У Г.Буча можно найти следующее описание методов проектирования программных систем: "Метод - это последовательный процесс создания ряда моделей, которые описывают вполне определенными средствами различные стороны разрабатываемой программной системы. Методы появились как ответ на растущую сложность программных систем"[1б, стр.25]. Там же представлено следующее деление методов проектирования на три основные группы:
Метод структурного проектирования сверху вниз.
Метод организации потоков данных.
Объектно-ориентированное проектирование.
Практически все современные языки программирования высокого уровня (к примеру, Object Pascal* C++, Visual Basic и т.д.) созданы на основе объектно-ориентированного подхода и предоставляют объектно-ориентированные средства для написания программ, При этом на сегодняшний день одним из удобных и практичных подходов в использовании средств современных инструментальных систем (к примеру, Delphi, O+Builder и т.д.) является визуальное программирование, которое стало возможным только благодаря реализации его на основе объектно-ориентированного подхода. Его использование превращает сам процесс написания программ в занятное и непривычно легкое занятие. Но за всем этим стоит большое количество программного кода, создаваемого на языке высокого уровня с использованием принципов объектно-ориентированного подхода. Это и является одним из результатов применения метода объектно-ориентированного проектирования в борьбе со сложностью программных систем: "Основная задача разработчиков состоит в создании иллюзии простоты, защищающей пользователей от сложности описываемого предмета или процесса. Размер исходных текстов программной системы отнюдь не входит в число ее главных достоинств, поэтому исходные тексты стараются сделать более компактными, используя при этом уже существующие методы и изобретая новые, более мощные" [16, стрЛЗ].
Таким образом, подобная концептуальность объектно-ориентированного подхода как профессионального метода, используемого при проектировании программ, обусловливает целесообразность его изучения в рамках допрофессиональной подготовки, в частности, в школе, в классах с углубленным изучением информатики. В национальном докладе Российской Федерации на
II Международном конгрессе ЮНЕСКО "Образование и информатика11 указывается на необходимость овладения учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач на втором этапе (VII-IX классы) изучения базового курса информатики [67]. Это нашло отражение и в примерных дополнительных вопросах к экзамену по ОИВТ для классов с уг« лубленным ее изучением; "1.Технология алгоритмического програм- мирования; 2. Технология объектно-ориентированного программирования... [78].
Проблема овладения школьниками методами и средствами технологии объектно-ориентированного программирования, а точнее, компьютерной информационной технологии объектно-ориентированного проектирования программ (в дальнейшем мы будем использовать сокращение КИТ ООПП), на сегодняшний день упирается в объективные противоречия, свойственные существующей школьной системе образования по информатике.
Противоречие между наличием социального заказа на изучение в школе КИТ ООІШ и отсутствием учебных программ, примерного тематического и поурочного планирования, методической и учебной литературы, которая была бы рекомендована для ее изучения.
Противоречие между притязаниями и возможностями школьников но изучению КИТ ООПП. С одной стороны, при беседе со школьниками выясняется, что практически каждый из них, кто увлекается программированием, хотел бы изучать КИТ ООПП, так как в той или иной мере считает его более действенным и эффективным способом создания программ. В то же время каждый из них ждет, что после изучения данного метода он сразу либо научится создавать программы, либо, по крайней мере, станет их создавать быстрее и лучше, чем другие. Таким образом, можно сказать, что объектно-ориентированное программирование представляется школьникам универсальной "палочкой-выручалочкой" при создании любых программ, что, естественно, не соответствует действительности. Осознание этого факта и крушение неоправдавшихся надежд может снизить или свести на нет интерес школьников к изучению данной темы, что и должно быть учтено учителем при организации процесса обучения. С другой стороны, одного желания школьника оказывается недостаточно для начала изучения объектно-ориентированного программирования. Необходимо, чтобы он обладал определенным уровнем знаний и опыта в области создания программ, так как объектно-ориентированная методология не является резким отходом от прежних методов, а строится с учетом предшествующего опыта" [81].
3. Противоречие между разнообразием литературы по программированию и однобокостью, узконаправленным изложением в ней материала по объектно-ориентированному программированию. Изложение правил использования синтаксических конструкций того или иного языка имеет смысл лишь тогда, когда школьник знает, в какой ситуации и зачем их нужно применять, то есть в случае, когда им создан проект будущей программы на основе объектно-ориентированного подхода. А вот как создать данный проект, чаще всего не найти в многочисленных книгах по программированию,
Разрешение данных противоречий мы видим в отборе содержания и разработке методики обучения основам объектно-ориентированного проектирования программ на базе одного из языков программирования, широко применяемого в процессе обучения информатике в классах с углубленным ее изучением.
Решение некоторых аспектов методики обучения основам объектно-ориентированного программирования в школе можно найти в работах Белошапки В.К.[5,6,7], Бешенкова СЛ.[9], Гейна А.Г.[9,79], Горячева А.В.[21], Григорьева С.Г.[9], Лесневского А.С.[5,7,21,53554], Сенокосова А.Щ79], и др. Однако в указанных работах предлагается реализация данных аспектов: либо в рамках комплексного подхода в течение почти всех лет обучения, либо на основе специального языка, либо путем общего знакомства с некоторыми положениями объектно-ориентированного подхода и т.д. Это, к сожалению, не всегда бывает приемлемо» так как, с одной стороны, вопрос о технологии объектно-ориентированного программирования уже включен в билеты к экзамену по информатике и примерный ответ на него можно найти в специально изданном пособии под редакцией
А.А.Кузнецова [71]. С другой стороны, без практического применения рассматриваемый в этом пособии учебный материал по данной теме не будет должным образом закреплен.
Все вышесказанное обусловливает актуальность нашего исследования: разработки методики, которая бы обеспечивала усвоение учащимися теоретических основ объектно-ориентированного подхода (понятии, принципов, методов) и его практического использования на одном из языков программирования, широко применяемом в школьном образовании; ориентации данной методики на классы с углубленным изучением информатики; обучения целесообразному применению школьниками КИТ ООПП при решении задач.
Следовательно, дель нашего исследования можно обозначить как разработку методики обучения учащихся классов с углубленным изучением информатики по курсу "Основы объектно-ориентированного проектирования программ".
Объектом исследования является процесс обучения проектированию программ в школе па основе одного из языков программирования, применяемого в процессе обучения информатике.
Предмет исследования содержание, методы, закономерности, и основные компоненты процесса обучения целесообразному применению учащимися классов с углубленным изучением информатики КИТ ООПП при решении задач на основе языка программирования Турбо Паскаль.
Исходя из цели исследования, на основе анализа проблемы и результатов констатирующего эксперимента, нами была выдвинута следующая гипотеза: использование в процессе обучения школьников классов с углубленным изучением информатики объектно-ориентированному проектированию программ на основе языка программирования Турбо Паскаль методического подхода, в основу которого положено: применение теории поэтапного формирования умственных действий для организации усвоения школьниками понятий и умений, для которых данные понятия являются ориентировочной основой действия; применение метода "сквозных задач"; обучение основам объектно-ориентированного анализа (ООА), проектирования (OOD) и программирования (OOP); обеспечит усвоение КИТ ООПП.
Для достижения цели и проверки гипотезы нами ставятся следующие задачи:
1. Определить роль и место КИТ ООПП среди других КИТ, выявить ее основные элементы.
2. Проанализировать состояние проблемы обучения объектно- ориентированному проектированию программ в школе.
Провести анализ деятельности объектно-ориентированного проектирования программ, на основе которого вывести и обосновать методический подход к организации обучения учащихся классов с углубленным изучением информатики объектно-ориентированному проектированию программ на основе языка программирования Турбо Паскаль.
Разработать необходимый учебно-дидактический материал: программу;, примерное содержание, поурочное планирование и методические рекомендации для реализации разработанной методики,
5. Экспериментально проверить результативность разработанной методики обучения.
Теоретико-методологической основой исследования являются работы по теории содержания образования и процесса обучения (Ю.К.Бабанского [2], В.В. Краевского [39,82,83], ИЛ Лернера [52,82,83], МЛ. Скаткина [25],БЛ.Есипова[61] и др.); по педагогической психологии (Л.С.Выготского [19], ПЛГалъперина [20], Л.Б. Ительсона [35], Л.М. Фридмана и И.Ю. Кулагиной [93], В.Д. Шадрикова [99] и др.); по теории учебных задач (Л.М.Фридмана [94], Г.А.Балла [3], ЕЛ.Машбица [57] и др.); по теоретической информатике (В.Н. Агафонова [1], Ф.Л.Бауэра и Г.Гооза [4], М.Бройя [14,15], ПБуча [16], Н.Вирта [18], АГ.Калинина и КВ. Мацкевича [37], В.А.Кркжова [40], Э.Р.Телло [81] и др.); по теории и практике школьного образования по информатике (В.К.Белошапки [5,6,7], С.А.Бешенкова [8,9], Т.А.Бороненко [12], А.И.Бочкина [13], АХ.Гейна [9,65,79], АВ.Горячева [21], С.Г.Григорьева [9], АЛ.Ершова [27,28], Т.Б.Захаровой [31,42], А.А.Кузнецова [41,42], А.С.Лесневского [5,7,21,53,54], В.Ф. Шолоховича [101] и др.).
Для решения поставленных задач использовались методы исследования: * изучение и анализ философской, научно-методической, психолого- педагогической и специальной литературы по проблематике исследования; анализ программ, учебных пособий и методических материалов по школьной информатике; наблюдение за деятельностью учащихся в процессе изучения основ объектно-ориентированного проектирования программ, анализ результатов этой деятельности; анкетирование, беседы с учителями и учащимися; проведение педагогического эксперимента; анализ и обобщение экспериментальной работы.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась тем, что на всех этапах обработки и получения педагогической информации использовались научно-обоснованные методы с опорой на основополагающие теоретические положения, корректно применялся аппарат математической статистики.
Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе осуществлялось изучение проблемы обучения КИТ ООПП в практике школьного образования. С целью разработки научных основ по проблеме исследования был проведен анализ психолого-педагогической, учебной и методической литературы, сформулирована гипотеза исследования, составлен план опытно-экспериментальной работы.
На втором этапе исследования определены теоретические основы построения методики обучения учащихся классов с углубленным изучением информатики по курсу "Основы объектно-ориентированного проектирования программ", в соответствии с которыми проведена методическая разработка и составлена программа, а также примерное содержание данного курса. Для их проверки был организован и проведен констатирующий педагогический эксперимент.
На третьем этапе исследования усовершенствовано содержание и методика обучения, проведен обучающий эксперимент с целью проверки справедливости гипотезы, выполнена обработка результатов.
Научная новизна выполненной работы состоит в том, что: теоретически обоснованы основные положения методического подхода, на основе которого была разработана методика обучения учащихся классов с углубленным изучением информатики по курсу "Основы объектно- ориентированного проектирования программ"; * обоснована целесообразность разработки методики обучения объектно- ориентированному проектированию программ, которая бы была направлена на реализацию методического подхода, гарантирующего достаточно полное усвоение учащимися КИТ ООПП на протяжении одной или нескольких тем курса информатики; предложены схемы последовательности изучения объектно-ориентированного анализа, проектирования и программирования; систематизирован материал по эволюции КИТ проектирования программ.
Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в том, что: разработана совокупность требований для изучения КИТ ООПП в классах с углубленным изучением информатики, с опорой на понятия «зона актуального развития» и «зона ближайшего развития»; выделены основные виды компьютерных информационных технологий (КИТ), а также определена взаимосвязь понятии «компьютерная информационная технология» и «объектно-ориентированное проектирование программ»; выделены варианты реализации событий при объектно-ориентированном проектировании программ; разработан один из вариантов технологической цепочки КИТ ООПП, используемый как ориентировочная основа в процессе обучения; предложен частнодидактический метод «сквозных задач», применение которого позволяет более эффективно построить процесс обучения.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что: для классов с углубленным изучением информатики разработана методика обучения объектно-ориентированному проектированию программ на языке программирования Турбо Паскаль, как одному из видов КИТ; разработаны и внедрены в учебный процесс следующие учебно-дидакти-ческие материалы: - программа курса; ориентировочные основы по ключевым понятиям объектно-ориентированного подхода (для учителей); дидактический материал для учащихся; методические рекомендации для учителей по преподаванию курса «Основы объектно-ориентированного проектирования программ» на основе использования языка программирования Турбо Паскаль.
Результаты исследования внедрены на базе Уральского регионального экспериментального учебно-научного комплекса в г. Белорецке и в физико-математическом лицее №31 г.Челябинска.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Основными компонентами КИТ ООПП являются: теоретическое основание, практическое основание, технологическая цепочка. Технологическая цепочка КИТ ООПП не только фиксирует специфические аспекты деятельности программиста, но и является ориентировочной основой умственной деятельности при проектировании программ с использованием объектно-ориентированного подхода.
Владение учащимися алгоритмическим стилем мьппления есть основа освоения ими деятельности по проектированию программ и необходимый "уровень актуального развития" перед изучением КИТ ООПП.
Методический подход и разработанная нами на его основе методика обучения школьников объектно-ориентированному проектированию программ определяют "зону блшкаишего развития" школьников, которая содействует развитию у них теоретического мышления.
Апробация результатов исследования, Теоретические положения и результаты исследования обсуждались на научно-методических семинарах при кафедре ИВТ Челябинского государственного педагогического университета (1995-1999гг.), на конференциях по итогам научно-исследовательской работы преподавателей и аспирантов ЧГПУ (1995-1999гг.), на научно-методическом семинаре института повышения квалификации учителей города Челябинска (1998г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Методология, теория и методика формирования понятий у учащихся школ и студентов вузов (1998 т.), на Ш Международной научной конференции по проблемам интеркультурной коммуникации (г. Оренбург, 1997 г.), на УШ и IX Международных конференциях "Применение новых технологий в образовании" (г. Троицк, Московская область, 1997-1998 гг.).
Компьютерные информационные технологии (КИТ) как фактор формирования информационной культуры у школьников
На сегодняшний день в разнообразной по тематике научно-методической литературе понятие "информационная технология 1 встречается достаточно часто. Наиболее употребительно это понятие в материалах, принадлежащих по содержанию к следующим двум направлениям:
1) педагогическая и методическая литература, где речь идет о новых информационных технологиях обучения [9,12,17,27,33,43,46,47,51,56, 67,70,91,101,102,104];
2) техническая литература (к примеру, рассматривающая технологии программирования и проектирования) [16,29,81].
Использование одного и того же термина "информационные технологии" или просто "технологии" в какой-то мере объединяет связываемые с ними понятия в соответствующей литературе. Но имеются и существенные отличия.
Из приведенных в указанных источниках определений и сведений об информационной технологии можно выделить следующие основные аспекты, характеризующие данное понятие:
информационная технология - это процесс, всегда имеющий четко определенную структуру, чаще всего в виде этапов ее осуществления (технологической цепочки);
применение какой-либо информационной технологии нацелено на получение результата - определенной информации (в виде проекта или модели), которая получается путем переработки исходной (первичной) информации в процессе выполнения этапов технологической цепочки; организует процесс применения информационной технологии человек (технолог, архитектор, проектировщик, программист и т.п.);, общая профессиональная направленность которого тесно связана с созданием некоторого проекта (информационной модели);
любая информационная технология должна быть предельно формализована так, чтобы, во-первых, четко была сформулирована цель каждого из этапов ее технологической цепочки (по возможности представлен некоторый алгоритм действий), во-вторых, определены возможные (стандартные) формы представления результата, и, в-третьих, должны быть определены средства и операции, которые могут быть использованы отдельным разработчиком или коллективом разработчиков ("персоналом") для достижения цели применения данной информационной технологии;
средства автоматизации являются одним из обязательных компонентов любой технологии, без которого она преобразуется в теоретическое по форме описание взаимосвязи определенной совокупности принципов и приемов, называемое иногда либо методологией, либо подходом, в зависимости от степени общности данного описания (к примеру, структурный подход, объектно-ориентированный подход и т.п.).
"Поскольку обучение является передачей информации ученику, а информационные технологии, по определению В.Н. Глушкова, - это процессы, связанные с переработкой информации, то можно сделать вывод о том, что в обучении информационные технологии использовались всегда. Более того, любые методики или педагогические технологии описывают, как переработать и передать информацию, чтобы она была наилучшим образом усвоена учащимися. То есть любая педагогическая технология - это информационная технология" [56, стр.1]. Но не всякая информационная технология является педагогической технологией.
Изобретение компьютеров вместе с соответствующим программным обеспечением позволило автоматизировать многие процессы передачи. обработки и преобразования информации, что в свою очередь потребовало разработки и выделения особых принципов, методов и способов, ориентированных на нового в свое время исполнителя - персональный компьютер. Способы и методы работы на персональном компьютере требуют от пользователя применения в основном формализованного, технологичного подхода к организации своей деятельности на нем. При этом мы для определенности будем считать, что информационная технология, использующая в качестве основного технического средства своей реализации персональный компьютер, является компьютерной информационной технологией (КИТ).
С учетом выделенных нами выше направлений применения информационных технологий молено предположить, что существуют, по крайней мере, два тина КИТ: техническая и педагогическая. С другой стороны, в основе выполнения любой КИТ лежит деятельность человека, реализующего на персональном компьютере необходимую информационную технологию в соответствии с поставленной целью. В приведенной А.И. Бочкиным, автором учебного пособия "Методика преподавания информатики" [13], классификации уровней работы человека с компьютером можно однозначно, по нашему мнению, выделить два типа деятельности использования им персонального компьютера, которые при описании данной классификации присутствуют в разных сочетаниях:
просмотр, создание и модификация программного продукта при помощи инструментальных программных средств;
просмотр, создание и модификация программных продуктов при помощи программных средств, не являющихся инструментальными.
Психолого-дидактический анализ деятельности объектно-ориентированного проектирования программ на основе соответствующей КИТ
Общая характеристика деятельности по изучению ООПП.
Под проектированием компьютерных программ (или просто проектированием программ) будем понимать деятельность, осуществляемую индивидом (субъектом данной деятельности) с целью создания им компьютерной программы (объекта данной деятельности) для повышения эффективности его работы в той или иной предметной области. Эффективность в данном случае будет обусловлена использованием созданной компьютерной программы для автоматизации некоторых операций индивида. Проектированию программ, как и любой другой деятельности, присущи следующие основные элементы [73, стр.95]:
мотивы, побуждающие субъект к деятельности;
цели, на достижение которых она направлена;
средства, с помощью которых деятельность осуществляется.
В процессе проектирования программы субъект, в зависимости от поставленной перед ним задачи, может осуществлять деятельность по алгоритмизации, программированию, моделированию. В основе выполнения каждой из них, как и в самом проектировании программ, заложена идея формализации, а точнее, необходимость описания результата и способа его получения на формальном языке. Это объясняется ориентацией субъекта в конечном счете на конкретного исполнителя - персональный компьютер, средством общения с которым и является некоторый формальный язык. Согласно определению, данному в учебном пособии "Информатика и информационные технологии" [9, стр.46], язык, в котором имеется фиксация не только смысла слов (семантический уровень формализации языка), но и правил построения слов из заданного алфавита, то есть в котором жестко задается грамматика языка (синтаксический уровень формализации), будем называть формальным языком, что в полной мере относиться и ко всем существующим на сегодняшний день языкам программирования.
Еще одним важным моментом, влияющим на содержание и структуру данного вида деятельности, является обязательный выбор субъектом некоторого подхода (методологии), определяющего, в частности, основные пришгдпы, методы и способы проектирования программного продукта. Это в свою очередь предполагает использование им при проектировании программы в соответствии с поставленной задачей компьютерной информационной технологии (КИТ) первого типа на основе выбранного подхода.
Таким образом, во-первых, средства, с помощью которых данный вид деятельности (проектирование программ) будет осуществляться субъектом, целиком и полностью зависят от избранной им КИТ первого типа; во-вторых, цель и мотив ее осуществления субъектом в большей степени определяются поставленной перед ним задачей. Такова общая оценка структуры деятельности по проектированию программ.
В соответствии с этим, включение в обучение предмету "Информатика" изучения основ объектно-ориентированного проектирования программ потребует освоения учащимися соответствующей КИТ, то есть, как минимум, усвоения ими содержания основных ее компонентов: теоретического и практического оснований, а также технологической цепочки.
В общем случае, ученик является как субъектом, так и объектом организуемого учителем процесса обучения, и, будучи включен в данный процесс, должен чему-то научиться, а точнее, он должен каким-то образом измениться. Процесс изменения возникает и развертывается в учащемся при осуществлении им в рамках организованного процесса обучения определенной деятельности, которую называют учением (см. к примеру [35]). То есть обучение может создавать для учебной деятельности учащихся необходимые условия, но само формирование у человека знаний, умений и навыков, понятий и мышления, действий и поведения возможно только в результате его собственной психической и практической деятельности. Учение имеет место там, где действия человека управляются сознательной целью усвоить определенные знания, навыки, умения, формы поведения и виды деятельности. При этом учение - система специальных действий, необходимых учащимся для прохождения основных этапов процесса усвоения. К результатам учения относят элементы индивидуального опыта учащихся, то есть усвоенные ими знания, умения и навыки.
Таким образом, изучение учащимися основ объектно-ориентированного проектирования программ, предполагает осуществление ими некоторой системы специальных действий, которая непосредственно связана с усвоением компонентов КИТ. Для выявления основополагающих знаний, умений и навыков, необходимых для осуществления деятельности по объектно-ориентированному проектированию программ на основе соответствующей КИТ, а также особенностей процесса их усвоения учащимися, проанализируем компоненты, соответствующие данному виду деятельности КИТ, ответив при этом по крайней мере на два следующих вопроса:
что должен делать учащийся (в чем будет состоять его деятельность);
что должно изменится в учащемся с психолого-педагогической точки зрения при освоении им данного способа деятельности, каким является объектно-ориентированное проектирование программ на основе соответствующей КИТ.
Организация и проведение педагогического эксперимента
Цели, задачи, этапы педагогического эксперимента.
В процессе обучения осуществляется организация усвоения учащимися содержания образования, соответствующего изучаемой предметной области. Сам процесс обучения организуется учителем на учебных занятиях, проводимых им по определенной методике обучения. Использование учителем методики в процессе обучения предполагает наличие необходимых для ее осуществления учебно-дидактических материалов: программы; учебного содержания; задач дая формирования и контроля знаний, умений; методических рекомендаций для учителя; и т.п.
Наша задача заключалась в организации занятий по курсу "Основы объектно-ориентированного проектирования программ" в классах с углубленным изучением информатики. Для решения данной задачи нами была разработана методика обучения объектно-ориентированному проектированию программ, согласно которой и был создан необходимый комплекс учебно-дидактических материалов по данному курсу: программа;
поурочное планирование;
примерное содержание;
методические рекомендации,
С целью оценки действенности методических подходов, используемых для разработки методики обучения объектно-сориентированному проектированию программ и соответствующих учебно-дидактических материалов, был организован и проведен педагогический эксперимент. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи педагогического эксперимента:
1. Выяснение возможности изучения КИТ ООПП школьниками классов с углубленным изучением информатики.
2. Апробация и корректировка разработанной методики обучения объектно-ориентированному проектированию программ в классах с углубленным изучением информатики.
3. Оценка результативности применения разработанной методики обучения объектно-ориентированному проектированию программ в классах с углубленным изучением информатики.
Педагогический эксперимент проходил в рамках "Летней физико-компьютерной школы" на базе уральского регионального экспериментального учебно-научного комплекса в г.Белорецке и в физико-математическом лицее №31 г.Челябинска. Он осуществлялся в два этапа:
констатирующий эксперимент (июль 1996 года);
обучающий эксперимент (1996-1997 учебный год). Констатирующий эксперимент.
В ходе первого этапа педагогического эксперимента, который осуществлялся в рамках "Летней физико-компьютерной школы" в г елорецке, ставились следующие задачи:
1. Определить уровень первоначальных знаний и умений, необходимых учащимся для усвоения предлагаемого нами материала по основам КИТ ООПП.
2. Опробовать и при необходимости внести изменения в разработанную автором учебную программу в рамках поставленных целей обучения:
- проверить необходимость выбранной последовательности изучения материала;
- проверить необходимость и достаточность выделенных аспектов для раскрытия той или иной темы (тематического раздела);
3. Опробовать и при необходимости внести изменения в методику
обучения объектно-ориентированному проектированию программ:
подобрать организационные формы;
опробовать содержание курса;
опробовать и откорректировать систему вопросов и задач.
Для решения первой задачи на данном этапе была сделана попытка обучать основам объектно-ориентированного проектирования программ всех желающих, то есть независимо от их возраста, знаний и умений. Перед началом изучения курса проводилось анкетирование учащихся с целью выяснения их осведомленности в области компьютерных информационных технологий проектирования программ. Им были предложены вопросы анкеты (Приложение
Опрос показал, что ученики
1) в большинстве своем осознают предназначение компьютеров и языков программирования;
2) недооценивают этап проектирования и практически отождествляют проект программы и саму программу;
3) в большинстве своем либо не знают (или считают ненужными), либо имеют очень разрозненные знания относительно процесса проектирования программ и соответствующих компьютерных информационных технологий.
В ходе личных бесед с учениками было выяснено, что их очень интересует объектно-ориентированное программирование, и они хотели бы его изучать. Даже не понимая до конца сущность данного понятия, они считают, что объектно-ориентированный подход лучше, чем структурный, что с его помощью они быстрее, лучше, эффективнее будут создавать программы. Но упорное непонимание того, что проектирование - необходимый этап при использовании КИТ ООПП, и убеждение в том, что решать поставленную задачу нужно сразу на компьютере, а, следовательно, абсолютизация знания синтаксиса языка программирования, а не методов проектирования программ -все это свидетельствует о недостаточно высоком уровне информационной культуры учащихся.
