Совершенствование содержания обучения программированию на основе интеграции парадигм программирования Жужжалов Валерий Евгеньевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. ПАРАДИГМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ В КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ 19

1.1. Содержание и тенденции развития существующих курсов информатики для системы высшего профессионального образования 19

1.2. Методы обучения приемам обработки информации и программированию в вузовских курсах информатики 41

1.3. Современные подходы к разработке алгоритмов и программ. Сущность и специфика парадигм программирования. 59

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ И СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОЦЕДУРНОЙ ПАРАДИГМЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

2.1. Процедурное программирование на языках высокого уровня в системе подготовки студентов 73

2.2. Методология разработки алгоритмов и программ на основе процедурного подхода 90

2.3. Курс процедурного программирования и его место в системе подготовки специалистов

2.4. Методическая поддержка преподавания программирования на основе процедурной парадигмы 106

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОГО КУРСА ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА 118

3.1. Подходы к построению учебных курсов объектно-ориентированного программирования 118

3.2. Интенсификация программирования на основе объектно-ориентированного подхода 128

3.3. Проблематика внедрения объектно-ориентированной парадигмы программирования в учебный процесс 141

3.4. Методико-содержательные аспекты преподавания объектно-ориентированного программирования 147

ГЛАВА 4. ЛОГИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ В ВУЗОВСКОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ 161

4.1. Сущность и специфика логического подхода к разработке алгоритмов и программ 161

4.2. Логическая парадигма программирования как основа для создания учебных приложений 162

4.3. Методическая система обучения основам логического программирования и методам искусственного интеллекта при изучении

курсов по обработке информации в вузе 164

ГЛАВА 5. ЭЛЕМЕНТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ КАК КОМПОНЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В ВУЗЕ 171

5.1. Средства и технологии реализации функциональной парадигмы разработки алгоритмов и программ 171

5.2. Методическая система обучения студентов программированию на основе функциональной парадигмы 178

ГЛАВА 6. ОБУЧЕНИЕ МЕТОДАМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЦИИ ПАРАДИГМ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 186

6.1. Интеграция парадигм программирования в учебном курсе информатики 186

6.2. Учебные курсы, построенные на основе интеграции парадигм программирования 188

6.3. Система экспериментов, подтверждающая эффективность содержательно-методических результатов исследования 191

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 199

ЛИТЕРАТУРА 204

ПРИЛОЖЕНИЯ 228

• Содержание и тенденции развития существующих курсов информатики для системы высшего профессионального образования
• Процедурное программирование на языках высокого уровня в системе подготовки студентов
• Подходы к построению учебных курсов объектно-ориентированного программирования

Введение к работе

На современном этапе развития общества ключевую роль играют информационные процессы. Ни одна из существующих на сегодняшний день отраслей человеческой деятельности не может не зависеть в той или иной степени от качества используемых информационных технологий. Именно по этой причине информатика как наука о способах обработки, хранения и передачи информации переживает сейчас ни с чем не сравнимый скачок в своем развитии.

По сравнению с состоянием преподавания информатики в 1985 году - официальной точкой отсчета внедрения информатики в образование, когда информационно-вычислительные процессы изучались лишь в нескольких специализированных высших учебных заведениях, сегодня студенты практически всех высших учебных заведений изучают информатику. Современный курс информатики является результатом большого спектра исследований, отраженных в работах А.П. Ершова, А.А. Кузнецова, Э.И. Кузнецова, B.C. Леднева, В.Л. Матросова, Н.В. Макаровой, А.Г. Гейна, М.П. Лапчика, С.А. Бешенкова, С.Г. Григорьева, А.Г. Кушниренко, И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера, В.В. Лаптева, С.А. Жданова, М.В. Швецкого и других.

Одной из основных целей вузовского курса информатики является обучение студентов решению задач сбора, преобразования, передачи и хранения информации, значимых с точки зрения последующей профессиональной деятельности. В рамках настоящего исследования подобные задачи обобщённо рассматриваются как задачи по обработке информации. Для решения сложных современных задач по обработке информации не всегда удается найти необходимое программное обеспечение. В связи с этим разделы, посвященные изучению программирования, являются важной неотъемлемой частью существующих курсов информатики. Как правило, изучение программирования преследует две основные цели - выработку алгоритмического мышления и формирование навыков решения конкретных задач по обработке информации.

Несмотря на то, что вопросы обучения программированию достаточно подробно изучены в работах Н. Вирта, А.Г. Кушниренко, Н.Г. Лебедева, Н.Н. Непейводы, И.В. Поттосина, И.Н. Скопина и др., постоянное развитие информационных и телекоммуникационных технологий требует совершенствования существующих методических систем обучения соответствующим разделам курса информатики. Действительно, мощные, современные компьютеры становятся все более дешевыми и массовыми средствами для обработки информации. Меняются приоритеты в программировании. Задача оптимизации используемых ресурсов компьютера (времени расчетов, затрат памяти и т.д.) становится менее актуальной, чем оптимизация трудозатрат высококвалифицированного специалиста, разрабатывающего новые программные средства. От создаваемых программ чаще всего требуется лишь корректное решение поставленных задач. В то же время программисты должны удовлетворять все более высоким профессиональным кондициям. В связи с этим необходимо изменение приоритетов, на которые должна ориентироваться методическая система обучения информатике. Если раньше в системе подготовки программистов приоритетное место занимали разделы курса информатики, посвященные созданию эффективных алгоритмов и оценки эффективности разрабатываемых программ, то сейчас на первое место выходят разделы, связанные с выбором технологий, приводящих к минимизации трудозатрат и обеспечивающих корректность решения поставленных задач по обработке информации.

В то же время постоянное совершенствование информационных технологий привело не только к появлению большого количества языковых средств кодирования алгоритмов, но и к довольно четкому формированию четырех основных способов разработки самих алгоритмов. Такие способы в специализированной литературе получили название парадигм программиро вания. Выделено четыре парадигмы: процедурная, объектно ориентированная, логическая, и функциональная. Под такое разделение всех методов конструирования алгоритмов на парадигмы попадают все известные на сегодняшний день языки программирования. Невозможно говорить о явных преимуществах какой-либо одной парадигмы перед остальными. Каждая из них, наряду с большим количеством положительных особенностей, имеет и свои отрицательные аспекты.

Как правило, выбор способа обработки информации определяется спецификой предметной области решаемой задачи. Важно отметить, что использование различных подходов (парадигм) к программированию существенно влияет на эффективность процесса создания компьютерных программ. Так, например, процесс разработки высокоинтеллектуальной экспертной программной системы, как правило, существенно упрощается при использовании логической парадигмы (вместо традиционно применяемой процедурной или объектно-ориентированной парадигмы). В то же время большинство компьютерных программ до сих пор разрабатывается без учета этого столь важного фактора.

В определенной степени каждая из парадигм использовалась в качестве основы для обучения программированию.

Процедурная парадигма являлась основой обучения в большинстве курсов программирования. Опыт этой работы отражен в работах таких исследователей, как: А.Г.Кушнеренко [Кушнеренко, 1988], А.П. Ершов [Ершов, 1985], А.Г. Гейн [Гейн, 1989], В.М. Монахов [Монахов, 1985] многих других. Парадигма объектно-ориентированного программирования, близкая к процедурной нашла поддержку в работах Е.Г. Андросовой [Андросова, 1996], Н.Д. Угриновича [Угринович, 2001] и ряда других исследователей.

Логическая парадигма, как основа для построения учебного курса программирования нашла отражения в ряде работ С.Г. Григорьева [Григорьев, 1993], Е.А. Ерохиной, В.А. Каймина, А.Г. Щеголева, Д.П. Федюшина, [Каймин, 1989], Z.Scherz, О. Maler, Е. Shapiro [Scherz,1992], J.R. Ennals [Ennals, 1989] и другие.

В литературе практически не проработаны вопросы использования функциональной парадигмы в качестве основы для построения учебного курса программирования.

Анализ сложившейся ситуации показывает, что основными причинами выбора неоптимального подхода к созданию конкретных программ является отсутствие необходимой готовности профессиональных программистов к:

•анализу решаемых задач по обработке информации с целью выбора оптимального подхода к их решению;

•выбору парадигмы программирования, использование которой влечет наиболее эффективное решение задачи;

•разработке программ с использованием различных парадигм программирования.

Все они в совокупности указывают на определенные недостатки в общеобразовательной подготовке программистов.

Очевидно, что данная проблема порождена отсутствием системы обучения информатике, так или иначе сочетающей в себе ознакомление студентов со всеми возможными подходами к разработке алгоритмов и программ. Возможным решением данной проблемы является переход от существующей системы подготовки студентов высших учебных заведений по информатике тс системе курсов, нацеленных на обучение всем четырем парадигмам программирования, обеспечивающий совершенствование методической системы обучения программированию в вузе. При этом такая система курсов должна порождать не последовательное изучение парадигм программирования, а решать проблему на основе интеграции указанных курсов, обеспечивающей не только овладение студентами всеми парадигмами программирования, но и методами анализа решаемых задач, навыками выбора парадигм в зависимости от особенностей задачи за счет сравнительного анализа возможных подходов к программированию.

Следует подчеркнуть важность того, что при изучении программирования нельзя пойти путем последовательного изучения особенностей всех перечисленных парадигм с использованием существующих разрозненных курсов программирования в связи с тем, что в этом случае:

оказываются различными и не связанными между собой методические системы обучения, при этом варьируются цели и содержание обучения, применяемые средства и методы;

становится невозможным сравнительный анализ подходов к разработке алгоритмов и конструкций языков программирования.

совокупность методических систем не предусматривает приобретение навыков анализа решаемой задачи по обработке информации и выбора парадигмы для наиболее оптимального решения конкретной задачи.

Кроме этого не все известные парадигмы и соответствующие им языки программирования исследованы педагогами в достаточной мере. Не полностью решен вопрос о том, что именно должно входить в содержание обучения программированию. Не достаточно исследованы системы обучения программированию в вузе, построенные на основе функциональной и логической парадигм на фоне относительно распространенных систем обучения процедурной и объектно-ориентированной парадигмам.

Таким образом, имеет место противоречие между изменившимися требованиями к специалистам, занимающимся разработкой программ, обусловленными минимизацией трудозатрат и повышением эффективности процесса программирования и сложившейся системой подготовки по программированию в высших учебных заведений, приводящей к неготовности выпускников анализировать особенности решаемых профессиональных задач, неумению выбрать наиболее эффективную парадигму программирования в за висимости от решаемой задачи и отсутствию навыков создания программ с использованием разных парадигм программирования

Все сказанное выше определяет актуальность темы настоящего диссертационного исследования.

Указанные доводы и отмеченное выше противоречие определяют научную проблему настоящей диссертационной работы, заключающуюся в неготовности выпускников высших учебных заведений к анализу особенностей решаемых профессиональных задач, отсутствием навыков создания программ с использованием разных парадигм программирования и неумением выбрать наиболее эффективную парадигму программирования в зависимости от решаемой задачи.

Целью исследования является совершенствование системы обучения программированию в высшем учебном заведении за счет интегрирования парадигм программирования, направленное на формирование готовности выпускников к выбору и использованию наиболее эффективного подхода к созданию компьютерных программ на основе анализа решаемых задач по обработке информации.

Объектом исследования выступает система подготовки специалистов в области информатики в высших учебных заведениях.

Предмет исследования - совершенствование содержания обучения программированию, основанное на интеграции парадигм программирования.

Гипотеза исследования заключается в том, что готовность выпускников к выбору и использованию наиболее эффективного подхода к созданию компьютерных программ повысится, если будет осуществлено совершенствование содержания обучения программированию, заключающееся в формировании системы учебных курсов по обработке информации, основанной на интеграции парадигм программирования, сочетающей в себе:

•привитие навыков анализа решаемой задачи по обработке информации и сравнительного анализа особенностей разных парадигм программирования;

•изучение приемов алгоритмизации и языков программирования, относящихся к разным парадигмам, включая функциональную и логическую парадигмы;

•обучение принципам отбора технологических приемов программирования в зависимости от особенностей решаемой задачи.

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

Выявить особенности существующих парадигм и языков программирования, значимых с точки зрения совершенствования системы обучения информатике в высших учебных заведениях. Провести сравнительный анализ различных подходов к созданию компьютерных программ с целью определения областей их наиболее эффективного применения;

На основе анализа современных требований к квалификации специалистов в области программирования обосновать необходимость совершенствования методической системы обучения программированию путем разработки системы курсов по обработке информации, нацеленных на обучение всем парадигмам программирования и на выработку у будущих специалистов умений выбирать наиболее эффективную парадигму для создания компьютерной программы на основе анализа решаемой задачи;

Определить факторы интеграции курсов по обработке информации в рамках формируемой единой методической системы обучения технологиям обработки информации в курсе информатики, основанной на интеграции парадигм программирования, сформулировать принципы отбора содержания и методики преподавания учебных курсов по функциональному и логическому программированию, значимые с практической точки зрения, сформировать содержание и методы обучения анализу решаемой задачи для выбора наиболее эффективной парадигмы программирования;

Обосновать подходы, обеспечивающие полноту и системность разрабатываемого учебно-методического материала, отобрать существующие и разработать недостающие программно-технические средства, необходимые для обучения в рамках созданной системы курсов;

6. Экспериментально подтвердить эффективность разработанной системы учебных курсов и программно-технического комплекса поддержки обучения.

Для решения поставленных перед исследованием проблем использовались следующие методы: изучение отечественных и зарубежных научных трудов по педагогике, психологии, философии, касающихся вопросов информатизации образования, а также специализированной литературы по методам и технологиям обработки информации и математического моделирования, обобщение опыта преподавания программирования на базе различных алгоритмических языков, анализ учебных программ, пособий, диссертаций, материалов конференций, разработка педагогических программных средств, беседа, наблюдение, проведение лекционных и практических занятий с аспирантами и студентами, педагогический эксперимент и анализ результатов экспериментальной деятельности.

Базой опытно-экспериментальной работы явилась кафедра информатики и прикладной математики Московского городского педагогического университета.

Теоретическую и методологическую основу исследования составили:

труды педагогов, психологов, в которых рассматриваются проблемы образования, его роль в развитии личности обучаемого (Ю.К. Бабан-ский, В.П. Беспалько, П.Я. Гальперин, Б.С. Гершунский, В.В. Давыдов, В.В. Краевский, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, А.Г.Мордкович, A.M. Пышкало, Е.С. Полат и другие);

работы в области развития концепций и структуры высшего профессионального образования (А.Н. Афанасьев, Ю.С. Брановский, В.Г. Кине-лев, B.C. Леднев, В.Л. Матросов и другие)

- работы в области информатизации образования (М.А. Гуриев, А.П. Ершов, В.Г. Кинелев, А.А. Кузнецов, К.К. Колин, В.А.Поляков, И.В.Роберт, А.Я. Советов, А.Л. Семенов, А.Ю. Уваров и другие);

- работы в области формирования методологии обучения информатике (С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко, А.Г. Гейн, С.Г.Григорьев, С.А. Жданов, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, Н.В. Макарова, А.В. Могилев, Е.А. Ракитина, И.Г. Семакин, А.Л. Семенов, Н.Д. Угринович, Е.К. Хеннер, М.В. Швецкий и другие);

Научная новизна исследования заключается в том, что:

Обоснована необходимость совершенствования методической системы обучения программированию в вузах, за счет разработки и внедрения системы курсов по обработке информации, новизна которых состоит в нацеленности на обучение всем парадигмам программирования и выработку у студентов готовности анализировать решаемую задачу и выбирать наиболее эффективную парадигму для создания соответствующей компьютерной программы;

Определены методические подходы к выработке у обучаемых способности эффективно решать поставленную практическую задачу по обработке информации, заключающиеся в анализе решаемой задачи, сравнительном анализе языковых средств, присущих разным парадигмам программирования и выборе парадигмы, позволяющей повысить эффективность процесса создания компьютерной программы;

Определены факторы интеграции курсов по обработке информации в рамках единой системы обучения информатике в вузе, в числе которых учет однотипных и специфических подходов и инструментальных средств программирования, ознакомление обучаемых с классом задач по обработке информации, решение которых наиболее эффективно при использовании каждой парадигмы, обучение приемам сравнительного анализа языковых средств и анализа решаемой задачи, использование системы взаимосвязан ных учебных заданий и средств обучения, применение методов сравнительного обучения;

Выявлено содержание обучения программированию в вузе за счет создания новой системы курсов по обработке информации, основанной на интеграции парадигм программирования, обеспечивающей подготовку студентов к созданию эффективных компьютерных программ и предусматривающей обучение не только традиционным подходам к алгоритмизации, но и методам анализа решаемой задачи и выбора наиболее эффективных подходов к ее решению. Определены цели обучения программированию в вузе при условии внедрения разработанной системы курсов;

Разработана технология трансформации компьютерных программ, построенных обучаемыми в виде иерархических структур, в программы на языках, относимых к разным парадигмам программирования, что позволило получить новые средства сравнительного обучения.

Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании концептуальных подходов к развитию содержания обучения программированию на основе разработки системы курсов по обработке информации, ориентированных на обучение всем известным парадигмам программирования, и позволяющих обеспечить новое качество результатов обучения, выражающееся в том, что приоритетным становятся умение будущих специалистов анализировать решаемую задачу и способность выбирать наиболее эффективную парадигму для создания соответствующей компьютерной программы; выявлении подходов и принципов, лежащих в основе .существую- щих языков программирования, значимых с точки зрения совершенствования . системы обучения информатике; определении методических подходов к выработке у обучаемых способности анализировать решаемую задачу, осуществлять сравнительный анализ языковых средств и выбирать парадигму программирования; определении факторов интеграции курсов по обработке информации в рамках единой системы обучения информатике в вузе.

Практическая значимость исследования заключается в определении содержания обучения логической и функциональной парадигмам программирования в курсе информатики, значимого с практической точки зрения; создании системы курсов по обработке информации, основанной на интеграции парадигм программирования; разработке необходимого учебно-методического материала, в том числе специализированного сборника задач и упражнений, нескольких методических пособий; отборе программно-технических средств, в числе которых интегрированные среды, функционально, программно, интерфейсно и технологически аналогичные оболочкам семейства «Турбо»; разработке модуля расширения, позволяющего использовать интегрированную оболочку «Языковая среда» в качестве средства сравнительного обучения парадигмам программирования.

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивалась практическим внедрением системы курсов и их программно-методической поддержки, соответствующих предмету исследования и поставленным задачам на занятиях в учреждениях системы образования, всей опытно-экспериментальной работой.

Организация и этапы исследования. Работы в рамках исследования проводились с 1996 по 2004 годы и могут быть условно разделены на три основных этапа.

На первом этапе (1996-2001 г.г.) проводился анализ психолого-педагогической и методической литературы для определения степени разработанности проблемы, разработан концептуальный замысел исследования, сформулирована его гипотеза.

На втором этапе (2001-2003 г.г.) проводился всесторонний анализ научной и методической литературы. Разрабатывались дидактические материалы, обеспечивающие реализацию создаваемых в ходе исследования подходов и принципов. Сформулированы основные подходы к формированию содержания учебных курсов по обработке информации, основанных на инте грации парадигм программирования, определены факторы интеграции курсов по обработке информации в рамках единой системы обучения информатике. Выявлены подходы к формированию готовности обучаемых к анализу решаемой задачи и выбору наиболее эффективных подходов к ее решению.

На третьем этапе (2003-2004 г.г.) проводилась систематизация и обобщение результатов исследования. Вырабатывались рекомендации по практическому внедрению результатов в сферу образования. Сформулированы выводы, завершено оформление результатов исследования в виде диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие основные положения :

1. Целесообразность совершенствования методической системы обучения программированию в вузах, состоящего в разработке и внедрении системы курсов по обработке информации, нацеленных как на обучение всем парадигмам программирования, так и на выработку у будущих специалистов умений анализировать решаемую задачу и выбирать наиболее эффективную парадигму для создания соответствующей компьютерной программы, обосновываемого путем анализа ситуации складывающейся в сфере разработки компьютерных программ, и требований к квалификации специалистов в области программирования;

Значимость выявленных подходов и принципов, лежащих в основе существующих языков программирования, для совершенствования системы обучения программированию в вузах; эффективность выявленных методических подходов к выработке у обучаемых способности анализировать решаемую задачу по обработке информации, осуществлять сравнительный анализ языковых средств и выбирать парадигму, обеспечивающую наиболее эффективный процесс создания компьютерной программы, решающей поставленную задачу;

Учет однотипных и специфических подходов и инструментальных средств программирования, ознакомление обучаемых с классом задач по обработке информации, решение которых наиболее эффективно при использовании каждой парадигмы, обучение приемам сравнительного анализа языковых средств и анализа решаемой задачи, использование системы взаимосвязанных учебных заданий и средств обучения, применение методов сравнительного обучения являются факторами, играющими интегративную роль в объединении учебных курсов по обработке информации в единую систему;

Эффективность созданной системы курсов по обработке информации, основанной на интеграции парадигм программирования, обеспечивающей комплексную подготовку специалистов в вузе в области создания эффективных компьютерных программ и предусматривающей обучение студентов не только традиционным подходам к алгоритмизации, но и обучение функциональному и логическому программированию, методам анализа решаемой задачи и выбора наиболее эффективных подходов к ее решению;

Целесообразность использования в рамках разработанной методической системы обучения интегрированных сред, аналогичных средам программирования семейства «Турбо», обосновываемая за счет их функционального, программного, интерфейсного и технологического единообразия; применения разработанного учебно-методического материала для повышения эффективности обучения в рамках системы курсов по обработке информации, основанной на интеграции парадигм программирования;

Педагогические эксперименты, осуществленные в ходе исследования, подтвердили справедливость выдвинутой гипотезы и доказали, что предлагаемые учебно-методические разработки позволяют достичь целей настоящего исследования.

Апробация и внедрение. Материалы диссертации докладывались на Международных научно-методических конференциях МГУТУ (Москва, 1999; Москва, 2001; Москва, 2002; Москва 2003) Международной конференции «Информационные технологии в образовании ИТО - 2003» (Москва, 2003 год), Семинаре кафедры информатики и прикладной математики Мое ковского городского педагогического университета (Москва, 2003 год), Семинаре центра Информатики и информационных технологий в образовании ИСМО РАО (Москва 2003 год), Семинаре Управления информатизации Финансовой академии при Правительстве РФ (Москва, 2001 год), Научном семинаре кафедры информационных технологий Самарской государственной экономической академии (Самара, 2003 год), Научном семинаре факультета информатики Курского государственного университета (Курск, 2004 год), семинаре Института дистантного образования РУДН (Москва, 2004 год).

Результаты работы внедрены в практику работы секции информатики Федерального экспертного совета Министерства образования и науки, а также в учебный процесс ряда высших учебных заведений, что подтверждено документально.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

В первой главе рассмотрены различные парадигмы обработки информации и их связь с учебным курсом информатики ориентированным на высшие учебные заведения.

Во второй главе рассмотрено построение методической системы курса информатики, ориентированного на использование процедурных языков программирования.

В третьей главе предложен курс программирования, предполагающий использование объектно-ориентированного подхода к программированию.

Четвертая и пятая главы диссертации посвящены описанию курсов программирования, использующих логическую и функциональную парадигмы обработки информации.

В шестой главе работы рассмотрены вопросы интеграции парадигм программирования в курсе информатики.

Содержание и тенденции развития существующих курсов информатики для системы высшего профессионального образования

Развитие современных средств автоматизации обработки информации и телекоммуникационных технологий, их проникновение во все сферы человеческой деятельности позволяет считать современное общество информационным. Компьютерные системы решают проблемы в различных предметных областей, в числе которых физика и химия, лингвистика и математика, медицина и культура, многие другие отрасли. Информатизация общества подразумевает повсеместное использование информации как важнейшего общественного ресурса.

Безусловно, информатизация общества не может не наложить соответствующий отпечаток на процессы подготовки специалистов в учебных заведениях самого различного уровня или специализации. Информационные и телекоммуникационные технологии не обошли стороной и систему высшего образования. Более того, информатика как учебная дисциплина и процессы информатизации обучения другим предметам стали традиционными и в вузах, в которых ранее естественнонаучные дисциплины, такие как информатика, математика, физика, отходили на второй план.

Прежде чем перейти к непосредственному изучению возможных путей информатизации высшего образования, рассмотрим общие тенденции, свойственные процессам информатизации общества. В основе информатизации лежит построение нового информационного общества, в котором информация является таким же общественным ресурсом, как материальные, энергетические или любые другие. Основные аспекты информатизации общества были выделены в середине 80-х годов академиком А.П. Ершовым [Ершов А. П., 1987].

философская и научная основа информатизации - освоение информационной картины мира, осознание единства законов функционирования информации в природе и обществе, практическое применение этих законов в процессе производства и использования информации;

информатизация как информационный процесс состоит в обособлении и в представлении в форме, доступной для хранения, обработки и передачи всей социально значимой информации;

информатизация как познавательный процесс состоит в формировании, обособлении и поддержании целостной информационной модели мира;

информатизация как материальный процесс состоит в строительстве инфосферы - глобальной инфраструктуры электронных средств хранения, обработки и передачи информации;

информатизация как процесс развития производительных сил состоит в привнесении информационно-вычислительной мощности на каждое рабочее место.

Информационное общество, существование которого уже ни у кого не вызывает сомнений, накладывает и определенные требования на человека, живущего по законам этого общества. Современному человеку необходимы умения и навыки планирования своей деятельности, поиска информации, нужной для решения стоящих перед ним задач, построения информационных моделей, а также, навыки использования современных компьютерных и телекоммуникационных средств в различных видах деятельности.

Вышесказанное необходимо учитывать при организации и планировании образовательной деятельности, нацеленной на подготовку молодого поколения к жизни в обществе. Более того, необходимо обратить особое внимание на формирование у студентов перечисленных знаний и умений и перестроить систему высшего специального образования, учитывая повсеместное использование новейших информационных технологий.

Процесс подготовки человека к полноценной жизни в условиях информационного общества определим как информатизацию образования, поскольку именно в сфере образования закладываются социальные, психологические, общекультурные и профессиональные предпосылки информатизации всего общества. Говоря более предметно, информатизация образования - это процесс перестройки методов и организационных форм обучения в соответствии с требованиями становящегося информационного общества. Главное из этих требований - включение в состав содержания образования большой группы новых составляющих, таких как умение работать с информацией, способность эффективно сотрудничать при выполнении работы в группе, продуктивно планировать свою работу и т.п.

В настоящее время информатизацию образования все больше принято связывать с теорией и практикой использования компьютерных технологий в учебном процессе. Действительно, реализация идей информатизации образования возможна лишь в условиях использования в сфере образования информационно-вычислительной техники (ИВТ), обеспечивающей знакомство обучаемых с современными программными средствами, базами данных, всевозможными средствами обработки различных видов информации (текст, звук, графика, видео), системами искусственного интеллекта и т.д.; обеспечивающих работу со специальным периферийным оборудованием. Современный компьютер является технической основой информатизации, а компьютеризация - одной из главных частей информатизации образования.

Процедурное программирование на языках высокого уровня в системе подготовки студентов

Учебный процесс современного высшего учебного заведения немыслим без использования новых информационных технологий. Изучение компьютерной техники и всего, что с ней связано, распространилось и на такие специальности, которые еще несколько лет назад считались далекими от информатики. Однако «классической» областью применения последних достижений в области разработки вычислительных технологий были и остаются математические и физические дисциплины.

Изучение компьютерной техники и имеющегося на данный момент программного обеспечения вооружает будущих специалистов мощной технологией для решения современных задач, связанных с логикой и сложными вычислительными процессами. Это не является случайностью, поскольку современный уровень научно-технического прогресса настолько усложнил задачи, требующие разрешения, что человеку, не имеющему под рукой современных вычислительных средств, решить их бывает просто не под силу.

Общеизвестно, что далеко не всегда под рукой имеется программное обеспечение, позволяющее обработать именно ту задачу, которая требует решения. В таких случаях требуется, разработка специализированных программных средств.

Программирование для ЭВМ за свою недолгую, менее чем пятидесятилетнюю историю претерпело существенное изменение, причем очевидные успехи в программировании связываются, прежде всего, с развитием его методов. Процесс программирования включает в себя проектирование алгоритма и его кодирование на языке программирования.

Проектирование алгоритма требует от программиста творчества и немалой изобретательности (чему трудно, если вообще возможно научить) в то время как кодирование алгоритма на языке программирования — задача, в основном, техническая. Развитие и внедрение в образовательный процесс методов программирования связано именно с решением технологических вопросов.

В настоящее время принято считать, что вырисовалось некоторое ядро знаний об основных методах программирования, которое может послужить основой предмета программирования, преподаваемого в различных высших учебных заведениях. Вместе с тем еще не все вопросы программирования охватываются уже разработанными правилами и рекомендациями. Решение таких вопросов пока еще остается в значительной степени эмпирическим.

Большинство учебных курсов, связанных с информатикой, предусматривают обучение программированию на основе так называемого процедурного подхода, который в настоящее время является самым распространенным средством создания программного обеспечения. Однако преподавание большинства дисциплин и выработка у студентов навыков компьютерного решения прикладных задач в большинстве вузов проходит с применением более старых и менее продуктивных методов.

Прежде чем говорить о понятии структурирования программ, определим терминологию программирования. Сам термин «программирование» тесно граничит с понятиями методов и тезаурусов. Мы в настоящем исследовании будем использовать понятие тезауруса как совокупности механизмов, применяемых в процессе разработки программного обеспечения и объединенных одним общим философским подходом. Собственно «метод» реально определить как процесс создания набора моделей, описывающих различные компоненты разрабатываемой программной системы.

К сожалению, в педагогической и технической литературе отсутствует четко сложившееся определение понятия программирования. Однако большинство авторов считают, что к этому понятию имеет отношение разработка средств для подготовки решения задач на информационно-вьиислительнои технике и создание программного обеспечения, с помощью которого реализуется информационно-вычислительный процесс и обмен информацией между компьютером и человеком.

В данном исследовании будем считать, что программирование представляет из себя отрасль информатики как науки, изучающую методы и средства получения программного обеспечения для современной компьютерной техники.

Подходы к построению учебных курсов объектно-ориентированного программирования

Одним из основных направлений содержания современного преподавания информатики, безусловно, остается программирование. Общеизвестно, что овладение студентами методами составления алгоритмов и их записи на специальных языках для исполнения на компьютере не только развивает абстрактное и логическое мышление, но и делает будущих выпускников менее зависимыми от существующего программного обеспечения. В дальнейшем они сами будут иметь возможность разработать недостающее программное обеспечение.

Хотелось бы отметить, что в широком смысле информатика не ограничивается только изучением компьютерной техники и алгоритмизации. В это понятие всегда включается широкий круг вопросов, связанный с применением компьютеров в различных сферах деятельности человека, и, как следствие, применение ИВТ в преподавании других предметов. Курс информатики должен давать студентам сведения о профессиях, связанных с информатикой и различными приложениями изучаемых в вузе наук, опирающимися на использование ЭВМ. По мнению Е.И. Машбица "важнейшим компонентом компьютерной грамотности является формирование умений практически использовать компьютер при решении разнообразных учебных и трудовых задач с использованием средств математического обеспечения. " [МашбицЕ.И., 1986].

Разработка тех или иных курсов, граничащих с информатикой, всегда тесно связана с наличием необходимого программного обеспечения. Это положение в равной степени относится как к собственно процессу написания программ, так и к изучению других видов компьютеризированной деятельности человека. Программное обеспечение курса информатики складывается из базового программного обеспечения компьютеров, имеющихся в вузе и системы педагогических программных средств (ППС), поддерживающих изучение конкретных тем курса и формирование предусмотренных учебной программой практических навыков студентов.

Исследования свидетельствуют, что при разработке программного обеспечения необходимо учитывать, какие именно функции обучающего и учащегося автоматизируются. Н.Ф.Талызина и Т.В.Габай выделяют следующие типы таких функций [Талызина Н.Ф., Габай Т.В., 1976]:

создание положительных мотивов, объяснение, показ и фиксация формируемой деятельности и входящих в нее знаний;

организация и контроль деятельности обучаемого;

передача машине рутинной части учебной деятельности;

составление и предъявление учебных заданий, соответствующих разным этапам процесса усвоения, а также индивидуальным особенностям ученика и состоянию его деятельности в данный момент.

В качестве подхода к решению указанных выше проблем предлагается конструировать прикладные программы педагогического назначения с накоплением инструментального программного материала. Практическая проверка таких программ, с точки зрения эффективности их использования в учебном процессе, позволит вовремя корректировать проектные решения, касающиеся инструментария. При таком подходе появляется возможность сочетать постепенное наращивание набора инструментов с предоставлением преподавателям полезных в их практической деятельности программ.

Таким образом, вышесказанное является основным комплексом предпосылок для разработки исследуемой технологии введения объектно-ориентированного программирования в учебный курс информатики. Однако сам метод объектно-ориентированного составления алгоритмов, основанный на использовании структурированного материала скорее вытекает из положений психологии. На наш взгляд это не является случайностью, так как в настоящее время одной из наиболее острых, является проблема психолого-педагогического обеспечения использования компьютерной техники в качестве эффективного средства обучения.

Применительно к проблематике компьютерного обучения и, в частности, к решению ключевой задачи - составлению эффективных машинно-ориентированных программ обучения - особый интерес представляет психолого-педагогический анализ деятельности педагога и учащихся на различных этапах полного цикла обучения.

Наряду с аспектами применения вычислительной техники в образовательном процессе в психологии доказано, что важную роль в формировании умственного образа играет опознание изучаемых объектов и явлений. Создание современных методик исследования восприятия позволило установить важные данные о развитии и функционировании опознания. Доказано, что любое опознание, целью которого является определенная оценка объекта, обязательно содержит скрытый мыслительный анализ выделенных признаков, на основании которого и делается заключение об объекте. Так, например, А.Р. Лурия отмечает: "Предметное восприятие у человека есть всегда процесс узнавания предметов, при котором человек усваивает значение предмета, выделяет его существенные признаки, обозначает их определенным словом, относит воспринимаемые предметы к определенной общей категории." [Лурия А.Р., 1967].