CC BY
20Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Социология. Педагогика. Психология. Том 4 (70). 2018. № 2. С. 103-110.
УДК 37.022
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИЗУАЛЬНЫХ УЧЕБНЫХ СРЕД
Шкарбан Ф.В.
Волгоградский социально-педагогический университет, аспирант, г. Волгоград E-mail: shkarban3009@gmail.com
В статье обосновывается актуальность разработки методики обучения основам объектно-ориентированного программирования на начальных этапах вузовской подготовки по направлениям и специальностям в области компьютерных наук. Описываются принципы построения указанной методики, возможности использования визуальных учебных сред для формирования представлений обучающихся о базовых концепциях объектно-ориентированного подхода к разработке компьютерных программ. Приводятся результаты педагогического эксперимента, проведенного в Крымском инженерно-педагогическом университете, подтверждающего эффективность предлагаемой методики при обучении студентов первого курса бакалавриата прикладной информатики.
Ключевые слова: обучение программированию, методика обучения, объектно-ориентированное программирование, визуальные учебные среды, Alice, Scratch, педагогический эксперимент.
ВВЕДЕНИЕ
Современный век характеризуется значительными изменениями во всех сферах общественной жизни, что влечет за собой повышение требований и к системе высшего образования. Учитывая скоротечность современных общественных процессов, сегодня невозможно подготовить специалиста, знания и умения которого будут актуальны на протяжении всей жизни. В государственной программе Российской Федерации ««Развитие образования» на 2013-2020 годы» перед вузами поставлены задачи формирования гибкой, подотчетной обществу системы непрерывного образования, развивающей человеческий потенциал, обеспечивающей текущие и перспективные потребности социально-экономического развития страны [1]. Такая постановка задач требует существенного улучшения качества подготовки специалистов в области информационных технологий, как наиболее динамично развивающейся в современных условиях и в обозримой перспективе. Реализация потребностей развития информационных технологий, в свою очередь, во многом зависит от способности и готовности выпускников вузов к продуцированию новых инструментов и содержания информационной среды, к разработке новых программных систем.
103
ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВНОГО МАТЕРИАЛА
Обучение разработке программного обеспечения входит в образовательные программы различных направлений подготовки в области компьютерных наук по стандартам высшего образования. Так, проведя анализ ФГОС ВО по направлениям бакалавриата «Прикладная математика и информатика», «Математика и компьютерные науки», «Фундаментальная информатика и информационные технологии», «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем», «Информатика и вычислительная техника», «Информационные системы и технологии», «Прикладная информатика», «Программная инженерия» мы выяснили, что во всех из них в структуре задач профессиональной деятельности выделяются задачи, связанные с алгоритмизацией и программированием - изучением языков программирования, разработкой и анализом алгоритмов, разработкой программного обеспечения и даже новых языков программирования. В зависимости от направлений подготовки, акценты на обучение программированию могут ставиться в большей или в меньшей степени, но в любом случае - в структуре профессиональной компетентности в общепрофессиональной или профессиональной части присутствуют компетенции, связанные с разработкой компьютерных программ.
Вместе с тем, несмотря на значительное внимание, которое уделяется обучению программированию в рамках различных образовательных программ, отмечаются и проблемы по данному направлению, несоответствие образовательных методик современному уровню развития технологий программирования, и, как следствие, низкое качество подготовки выпускников.
Так, проведенный нами эксперимент показал, что общий уровень подготовки обучающихся по завершении соответствующего учебного курса в вузе можно характеризовать лишь как достаточный. Студенты ИТ-специальности не демонстрируют высоких знаний в области профессионального программирования, не обладают достаточной мотивацией к изучению языков программирования и созданию новых программных систем.
Во многом такая ситуация связана с низким уровнем школьных знаний в области программирования, недостаточном для изучения профессиональных языков программирования в вузе (эту проблему отметили 86,6% опрошенных нами студентов). Обучение программированию в вузе, таким образом, сводится к формированию базовых представлений о концепциях и подходах к разработке программ одновременно с изучением профессионального языка. Это делает курс программирования чрезмерно сложным для обучающихся, что не способствует формированию мотивации, глубокому и системному изучению технологий программирования и профессиональных языков.
Решение данной проблемы видится в разработке новой методики обучения программированию на начальных этапах вузовской подготовки. Так, Е.В. Жужжалов
104
отмечает, что основной линией, которой должны придерживаться разработчики единой системы обучения программированию, может стать нацеленность на объединение и унификацию различных компонент, входящих в методическую систему обучения информатике [2]. Е.В. Касьянова предлагает разработать методы и средства обучения программированию, которые позволят сделать процесс такого обучения в вузе более индивидуальным, доступным и эффективным [3]. По мнению Л.В. Ивановой обучение программированию следует начинать именно с основ объектно-ориентированного подхода с использованием нескольких языков программирования, что позволяет сформировать предметную составляющую подготовки студента, развить абстрактное, логическое и алгоритмическое мышление, а содержание и методы обучения программированию переносятся затем в практику его профессиональной деятельности [4].
С нашей точки зрения, новая методика обучения программированию на начальных этапах вузовской подготовки по направлениям и специальностям в области компьютерных наук должна строиться с учетом следующих принципов:
1. Обучение программированию в рамках профессиональной подготовки в бакалавриате должно быть нацелено на формирование целостной компетенции, включающей в свой состав мотивы и потребности к профессиональной разработке компьютерных программ, знания и умения в области ключевых концепций объектно-ориентированного программирования, а также конкретного объектно-ориентированного языка.
2. Содержание обучения должно предполагать разделение на две автономные и самодостаточные части - обучение в области базовых концепций объектно-ориентированного программирования, а также изучение конкретного объектно-ориентированного языка.
3. Изучение базовых концепций объектно-ориентированного программирования должно осуществляться в рамках самостоятельной дисциплины на этапе до изучения конкретного объектно-ориентированного языка. Основой для построения такой дисциплины должно стать изучение визуальных учебных сред программирования, таких, как АНсеи Scratch.
4. Формы и методы обучения должны предполагать активную, деятельностную основу обучающихся, предполагающую постановку и выполнение проблемных, исследовательских и проектных заданий, а также организацию такого обучения с использованием специализированных онлайн-платформ.
5. Оценка эффективности процесса обучения программированию должна основываться на выполнении обучающимися компьютерных тестов, а также анализе выполненных проектов, представленных в портфолио обучающегося.
Разработка подобной методики проводилась нами в 2009-20013 годах в Крымском инженерно-педагогическом университете. Поисковый эксперимент,
105
нацеленный на апробацию отдельных элементов разрабатываемой методики, проводился с бакалаврами прикладной информатикив рамках дисциплин «Программирование для начинающих» (1 семестр) и «Информатика и программирование» (2 семестр).
Дисциплина «Программирование для начинающих» направлена на изучение основ объектно-ориентированного программирования, которое базируется в основном на моделировании некоторого реального процесса - объекта. Поэтому в рамках данной дисциплины обучение начиналось с таких концептуальных вопросов, как описание и идентификация объектов, классы, методы. Изучение основ объектно-ориентированного программирования осуществлялось посредством визуальных учебных сред Alice и Scratch, где объекты и их взаимодействия всегда представлены в центре внимания. Моделирование объектов и их взаимосвязей, реализовано включением элементов проектирования объектов с самого начала курса, а представление объектов в форме программного кода интегрировано в курс соответственно.
В 2009-2010 учебном году, наряду с введением новой дисциплины, были введены изменения и в дисциплину «Информатика и программирование», где было предложено использовать онлайн-платформы Piazza и OpenClass для организации взаимодействия преподавателя со студентами. На этих платформах студентам предлагались задачи для практической работы, выполнение которых сопровождалось подсказками на доске обсуждений в OpenClass.
В 2010-2011 учебном году в учебный процесс были внедрены инструментальные программные средства, предназначенные для подготовки презентационных материалов средствами Prezi, PowerPoint, с помощью которых студенты представляли собственные результаты.
Данная работа была усилена в 2011-2012 и 2012-2013 учебных годах, когда при обучении программированию на платформах Piazza и OpenClass предлагались задачи для практической работы, выполнение которых сопровождалось подсказками на доске обсуждений в OpenClass.
При этом в 2012-2013 учебном году, в отличие от 2011-2012 учебного года, студентам предлагались не только задачи для практической работы, но и вопросы, тестовые задания для самоконтроля, задания для промежуточного контроля знаний по программированию.
В каждом учебном году, представленном нами выше, для оценки эффективности внедрения отдельных компонент разрабатываемой методики, нами проводился анализ результатов промежуточной аттестации студентов первого курса по дисциплине «Информатика и программирование». Результаты этого анализа наглядно представлены на рисунке 1.
106
Г Л
Учебный год
Ч_)
Рис. 1. Показатели уровня знаний студентов в области программирования на поисковом этапе в 2009-13 гг.
Как видно из рисунка, внедрение отдельных компонентом разрабатываемой методики каждый раз приводило к повышению уровня подготовки студентов в области программирования (рост показателя успеваемости студентов за соответствующий год обучения). Это позволило нам сделать вывод о том, что разделение обучения программированию на две самостоятельные дисциплины, изучение в рамках первой дисциплины визуальных учебных сред Alice и Scratch, использование онлайн-платформ Piazza и OpenClass, а также инструментальных программных средств для подготовки презентаций Prezi и PowerPoint при изучении программирования, по всей видимости, действительно влияет на уровень знаний в области программирования. Для того, чтобы этот вывод сделать надежно и достоверно, нами со студентами 1 курса направления подготовки «Прикладная информатика» в 2013-2016 годах был проведен формирующий эксперимент, предполагающий разделение обучающихся на контрольную и экспериментальную группу, установление зависимости уровня сформированности компетенции обучающихся в области программирования от применяемой методики.
Целью формирующего эксперимента было выявление количественных и качественных изменений уровней сформированности компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования, на основе которых определялась эффективность разработанной методики обучения. Обработка полученного статистического материала позволила ретроспективно проверить выдвинутую гипотезу исследования.
Анализ результатов исследования показал, что после проведения работы по формированию компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования в ЭГ наблюдались заметные сдвиги в уровнях ее сформированности, зато в КГ они незначительны. Так, произошли изменения в ЭГ по мотивационно-ценностному критерию: возросла заинтересованность в приобретении новых знаний и умений, оказались потребности и интерес к изучению объектно-ориентированного программирования. Результаты
107
эксперимента показали, что в ЭГ - 33,14% студентов, а в КГ - 30,06% демонстрируют достаточный уровень сформированности мотивационно-ценностного компонента рассматриваемой компетенции. При этом высокий уровень мотивации оказался большим в ЭГ почти на 7%.
Изменения количественных показателей организационно-содержательного компонента компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования показали, что изменилась их динамика в сторону высоких оценок за счет снижения числа студентов, продемонстрировавших достаточный уровень знаний. Результаты диагностики на формирующем этапе эксперимента указывают на то, что 56,14 % студентов ЭГ владеют достаточной системой знаний, относящихся к различным аспектам алгоритмизации и программирования, знают основные алгоритмы, структуры данных. В КГ этот показатель составляет 39,66%. Это позволяет сделать вывод о том, что студенты владеют теоретическими знаниями в области методологии, базовых концепций, идей объектно-ориентированного программирования и проявляют познавательную активность, необходимых для изучения объектно-ориентированного программирования в дальнейшем.
Изменения в уровнях сформированности когнитивно-операционного компонента показали, что повысилась значимость показателей в сторону высокого уровня за счет уменьшения числа студентов с низким уровнем. Количество студентов в ЭГ на среднем и высоком уровнях сформированности когнитивно-операционного компонента составило 53,44% и 15,27% соответственно. Количество студентов с достаточным уровнем знаний сократилась на 22,9%. Это указывает на то, что студенты имеют более высокую степень освоения теории объектно-ориентированного программирования, нежели в контрольной группе.
Результаты уровней сформированности личностно-рефлексивного компонента компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования раскрываются через динамику количественных значений. Так, количество студентов с высоким уровнем сформированности личностно-рефлексивного компонента компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования в ЭГ больше на 14,89%, чем в КГ.
Расчет среднего арифметического значения в баллах по результатам средних значений в ЭГ и КГ, позволил определить общий уровень сформированности компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования. В конце эксперимента такой показатель составил (рис. 2): КГ - 1,62, т.е. уровень сформированности компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования достаточный; ЭГ - 1,89, что указывает на то, что сформированность компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования у студентов достигла среднего уровня.
108
Рис. 2. Динамика сформированности компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования (среднее по четырем критериям, балл)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, внедрение в учебный процесс разработанной методики обучения основам объектно-ориентированного программирования бакалавров прикладной информатики с использованием визуальных учебных сред обеспечило повышение уровня сформированности компетенции бакалавра прикладной информатики в области объектно-ориентированного программирования. Это подтверждает начальную гипотезу о том, что методика обучения основам объектно-ориентированного программирования бакалавров прикладной информатики с использованием визуальных учебных сред будет эффективной при условии поэтапной ее реализации с системным использованием визуальных учебных сред в процессе обучения бакалавров прикладной информатики, что позволит повысить уровень их профессиональной подготовки.
Литература
1. Министерство образования и науки Российской Федерации. Государственная программа Российской Федерации «Развитие образования» на 2013-2020 годы. - URL: https://минобрнауки.рф/%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1o/o8 2%D1%8B/3409.
2. Жужжалов В. Е., Актуальные проблемы подготовки специалистов в области информатики на основе интеграции парадигм программирования // Novalnfo. Педагогические науки №17-1. - URL: https://novainfo.ru/article/1828.
3. Касьянова Е. В. Методы и средства обучения программированию в вузе // Образовательные ресурсы и технологии. 2016. №2 (14). - URL: https://cyberleninka.ru /article/n/metody-i-sredstva-obucheniya-programmirovaniyu-v-vuze.
4. Иванова Л.В. Программирование в подготовке учителя информатики // SWorld -15-22 March 2016. -URL: http://www.sworld.education/conference/year-conference-sw/the-content-of -conferences/a rchives-of-individual-conferences/march-2016.
109
DEVELOPMENT OF THE TECHNIQUE OF TRAINING BASED ON OBJECT-ORIENTED PROGRAMMING WITH THE USE OF VISUAL TRAINING MEDIA
Shkarban F.V.
Volgograd Social and Pedagogical University, post-graduate student, Volgograd
E-mail: shkarban3009@gmail.com
The article proves the urgency of developing a methodology for teaching the basics of object-oriented programming at the initial stages of university training in areas and specialties in the field of computer science. It is noted that the tasks set for Russia's higher education require a significant improvement in the quality of training of specialists in the field of information technology, as the most dynamically developing in modern conditions and in the foreseeable future. The implementation of information technology development needs, in turn, largely depends on the ability and willingness of university graduates to produce new tools and content of the information environment, to the development of new software systems. The principles of the construction of this methodology, the possibility of using visual learning environments to form the students' views about the basic concepts of the object-oriented approach to the development of computer programs are described. The results of a pedagogical experiment conducted at the Crimean Engineering and Pedagogical University, which confirms the effectiveness of the proposed methodology for teaching first-year students of the bachelor of applied informatics, are presented.
Keywords: programming training, teaching methods, object-oriented programming, visual learning environments, Alice, Scratch, pedagogical experiment.
References
1. The Ministry of Education and Science of the Russian Federation. The state program of the Russian Federation "Development of Education" for 2013-2020. - URL: https: //minobrnauki.rf/%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1% 8B/3409.
2. Zhuzhzhalov V.E., Actual problems of training specialists in the field of informatics based on the integration of programming paradigms // Novalnfo. Pedagogical sciences №17-1. - URL: https://novainfo.ru/article/1828.
3. Kasyanova, E. V. [Methods and tools for teaching programming in higher education] // Educational resources and technologies. 2016. №2 (14). - URL: https://cyberleninka.ru/ article / n / metody-i-sredstva-obucheniya-programmirovaniyu-v-vuze.
4. Ivanova L.V. Programming in computer science teacher training // SWorld -15-22 March 2016. - URL: http://www.sworld.education/conference/year-conference-sw/the-content-of -conferences / archives-of-individual-conferences / march-2016.
110
