CC BY
20
педагогические науки
Бочкарева Ольга Викторовна, Новичкова Татьяна Юрьевна, Скуратов Виталий Вячеславович и другие ФОРМИРОВАНИЕ НАВЫКОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ...
УДК 378
ФОРМИРОВАНИЕ НАВЫКОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ЗАНЯТИЯХ ПО ИНФОРМАТИКЕ
© 2018
Бочкарева Ольга Викторовна, кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры «Автоматизированных систем управления и программного обеспечения» Новичкова Татьяна Юрьевна, кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры «Общепрофессиональных дисциплин»
Скуратов Виталий Вячеславович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Автоматизированных систем управления и программного обеспечения» Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева, филиал в Пензе (440005, Россия, Пенза-5, Военный городок, e-mail: [email protected]) Снежкина Ольга Викторовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Начертательная геометрия и графика» Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, Россия, Пенза, улица Германа Титова, 28, e-mail: [email protected]) Шипанова Елена Викторовна, кандидат педагогических наук, доцент, доцент кафедры «Общепрофессиональных дисциплин» Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева, филиал в Пензе
(440005, Россия, Пенза-5, Военный городок, e-mail: [email protected]) Аннотация. Приводится форма организации процесса обучения информатике с использованием задач военной направленности, обеспечивающей формирование у курсантов навыков применения языков программирования при решении профессиональных задач. Рассматриваются вопросы обучения информатике курсантов военных вузов. Одним из основных требований к подготовке будущих офицеров является развитие у них умений и навыков, обеспечивающих успешное использование получаемых в процессе обучения знаний при выполнении основных видов профессиональной деятельности. Качество подготовки курсантов в данном направлении зависит не только от содержания образовательных программ, но и от используемых преподавателем методов, средств и форм обучения. Проблема поиска наиболее эффективных методических подходов к обучению информатике с учетом профессиональной ориентации курса, является одной из ключевых при построении учебного процесса в военном вузе. Показана возможность использования на практических занятиях по программированию задач военной направленности, определены этапы решения задач на компьютере, рассмотрена методика обучения их решению. Методика основана на классификации военно-прикладных задач с последующей выработкой у курсантов последовательности действий по решению задач каждого типа. Критерий классификации определяется целями обучения при отработке каждого из этапов решения задачи. В данной работе проведена классификация военно-прикладных задач решаемых на компьютере по уровню сложности построения математической модели. Задачи разделены на три типа. Первый тип (низкий уровень сложности)-математическая модель в задачах уже построена. Для решения курсантам необходимо реализовать один из известных им типовых алгоритмов. Основное назначение таких задач-показать использование математического аппарата и стандартных приемов алгоритмизации при решении задач военной направленности. Второй тип (средний уровень сложности)-математическую модель курсантам необходимо построить самостоятельно. Соотношения, связывающие результат с исходными данными явно описаны в условии задачи. Третий тип (высокий уровень сложности)-математическую модель курсантам необходимо построить самостоятельно. Соотношения, связывающие результат с исходными данными в условии задачи явно не описаны. Приведены примеры задач каждого типа, описаны алгоритмы их решения. Проведено обобщение методических положений. Определены этапы методики обучения курсантов решению задач военной направленности на занятиях по информатике. Первый этап -разработать совокупность военно-прикладных задач. Второй этап - выполнить классификацию задач в соответствии с критерием, определенным на одном из этапов решения задачи. Третий этап - отработать с курсантами порядок действий по решению задач каждого типа. Применение описанной методики обучения позволяет сформировать у курсантов базовые навыки решения задач военной направленности на ЭВМ. Как показывает практика, приобретенные навыки способствуют успешному применению языков программирования при решении военно-прикладных задач на специальных дисциплинах, при выполнении научно-исследовательских работ и в профессиональной деятельности.
Ключевые слова: образование, методика обучения информатике, профессиональные задачи военной направленности, формирование навыков применения языков программирования, классификация задач, этапы решения задач, построение математической модели.
FORMATION OF SKILLS TO USE PROGRAMMING LANGUAGES IN COMPUTER
SCIENCE CLASSES
© 2018
Bochkareva Olga Viktorovna, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor,
Associate Professor of the Department of "Automated Control Systems and Software" Novichkova Tatiana Yuryevna, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor,
Associate Professor of the Department of "General Professional Disciplines" Skuratov Vitaly Vyacheslavovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of "Automated Control Systems and Software" Military Academy of Material and Technical Support named after Army General A.V. Khruleva branch in Penza (440005, Russia, Penza-5, Military town, e-mail: [email protected]) Snezhkina Olga Viktorovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department "Descriptive Geometry and Graphics" Penza State University of Architecture and Construction (440028, Russia, Penza, Germana Titova Street, 28, e-mail: [email protected]) Shipanova Elena Viktorovna, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the
Department of "General Professional Disciplines" Military Academy of Material and Technical Support named after Army General A.V. Khruleva branch in Penza (440005, Russia, Penza-5, Military town, e-mail: [email protected])
Bochkareva Olga Viktorovna, Novichkova Tatiana Yuryevna, Skuratov Vitaly Vyacheslavovich and others FORMATION OF SKILLS TO USE PROGRAMMING LANGUAGES ...
pedagogical sciences
Abstract. A form of organizing the process of teaching computer science with the use of military-oriented tasks is provided, which ensures that students develop skills in the use of programming languages in solving professional problems. We consider the issues of teaching computer science cadets of military universities. One of the main requirements for the training of future officers is the development of their skills and abilities that ensure the successful use of the knowledge obtained in the training process when performing basic types of professional activity. The quality of training of students in this direction depends not only on the content of educational programs, but also on the methods, means and forms of training used by the teacher. The problem of finding the most effective methodological approaches to teaching computer science, taking into account the professional orientation of the course, is one of the key when building the educational process in a military university. The possibility of using in practical classes on programming tasks of a military orientation is shown, the stages of solving tasks on a computer are determined, the methods of teaching them how to solve them are considered. The methodology is based on the classification of military applied tasks with the subsequent development of a sequence of actions for cadets to solve problems of each type. The classification criterion is determined by the objectives of the training when developing each of the stages of solving the problem. In this paper, the classification of military-applied problems solved on a computer by the level of complexity of constructing a mathematical model is carried out. Tasks are divided into three types. The first type (low level of complexity)-the mathematical model in problems has already been built. To solve the cadets it is necessary to implement one of the typical algorithms known to them. The main purpose of such tasks is to show the use of the mathematical apparatus and standard algorithms for solving problems of a military nature. The second type (medium level of complexity)-the cadets need to build a mathematical model on their own. The relations connecting the result with the initial data are explicitly described in the statement of the problem. The third type (high level of complexity)-the cadets need to build a mathematical model on their own. The relations connecting the result with the initial data in the problem statement are not explicitly described. Examples of tasks of each type are given, algorithms for solving them are described. A summary of the methodological provisions. The stages of the methodology for teaching students to solve military-oriented tasks in computer science classes have been determined. The first stage is to develop a set of military applied tasks. The second stage is to carry out the classification of tasks in accordance with the criterion defined at one of the stages of solving the problem. The third stage is to work out with the cadets the procedure for solving problems of each type. The use of the described teaching methodology allows students to form basic skills for solving military-oriented tasks on computers. As practice shows, the acquired skills contribute to the successful use of programming languages in solving military-applied tasks in special disciplines, when performing research projects and in professional activities.
Keywords: education, computer science teaching methods, professional tasks of a military orientation, development of skills for using programming languages, classification of tasks, stages of problem solving, construction of a mathematical model.
Одной из основных задач обучения курсантов военного вуза является их всесторонняя подготовка к выполнению основных видов профессиональной деятельно-сти[1-9]. Навык использования приобретаемых знаний для решения военно-прикладных задач следует прививать курсантам с первых лет обучения. Это относится и к информатике, входящей в базовую часть дисциплин математического и естественнонаучного цикла и осваиваемой курсантами в течение первого года обучения. Одним из разделов информатики является программирование. В рамках отдельно взятого практического занятия (двух или четырехчасового) по программированию достаточно сложно подобрать «серьезную» военную задачу, доступную для всестороннего понимания курсантами-первокурсниками. Во-первых, вследствие отсутствия у них глубоких знаний предметной области. Во-вторых, по причине небольшого опыта программирования на изучаемом языке (VBA для MS Excel). В-третьих, в силу ограниченности времени занятия. Но показать возможность применения получаемых на занятиях знаний для решения военно-прикладных задач на простых примерах вполне возможно.
В этой связи тематический план дисциплины «Информатика» построен таким образом, что в конце изучения раздела «Программирование» отводится порядка трех практических занятий для решения задач военной направленности.
С подобными задачами курсанты первого курса ранее не сталкивались, и главной целью преподавателя является научить их решать такие задачи. Поэтому актуальным становится вопрос разработки методики обучения решению задач военной направленности на занятиях по информатике.
Одним из основных требований к подготовке будущих офицеров является развитие у них умений и навыков, обеспечивающих успешное использование получаемых в процессе обучения знаний при выполнении основных видов профессиональной деятельности.
Традиционно, процесс подготовки решения задачи и его непосредственная реализация на компьютере происходит за некоторое количество самостоятельных эта-
пов[10-13]:
- постановка задачи;
- математическая формулировка задачи;
- выбор метода решений;
- разработка алгоритма;
- составление программы на алгоритмическом языке;
- отладка и решение задачи на ПК;
- анализ полученных результатов.
Как правило, наибольшую трудность вызывает этап «Математическая формулировка задачи», основным компонентом которого является построение математической модели. С целью обучения курсантов навыкам построения математических моделей, была проведена классификация военно-прикладных задач. В качестве критерия классификации рассматривался уровень сложности построения модели. Следует заметить, что классификация задач может быть выполнена по различным критериям. Это определяется целями обучения при отработке каждого из этапов решения. В соответствии с выбранным критерием, задачи были разделены на три типа.
Первый тип (низкий уровень сложности). Математическая модель в подобных задачах уже построена. Для решения курсантам необходимо реализовать один из известных им типовых алгоритмов. Основное назначение таких задач - показать возможность использования математического аппарата и стандартных приемов алгоритмизации для решения задач военной направленности.
Приведем пример задачи первого типа.
Задача 1. Противотанковая пушка ведет огонь по танку. Вероятности попадания первым, вторым и третьим выстрелами составляет _р1=0,4; р2=0,5 и р3=0,6 соответственно. Для поражения танка в среднем необходимы два попадания (Ш=2). Найти вероятность поражения по заданной формуле:
Для решения задачи используется типовой алгоритм нахождения произведения.
Второй тип (средний уровень сложности). Математическую модель курсантам необходимо построить са-
педагогические науки
Бочкарева Ольга Викторовна, Новичкова Татьяна Юрьевна, Скуратов Виталий Вячеславович и другие ФОРМИРОВАНИЕ НАВЫКОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ...
мостоятельно. Соотношения, связывающие результат с исходными данными явно описаны в условии задачи.
Ниже рассмотрен пример задачи второго типа.
Задача 2. При передаче информации по закрытым каналам связи происходит ее шифрование. В зашифрованном сообщении, переданном по каналу связи, содержатся данные о военнослужащих одной из военных частей. В сообщение входят следующие символы: прописные и строчные русские буквы, точки, пробелы. Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1-Исходные данные
Для расшифровки русских букв используется сдвиг влево на 3 символа, то есть каждая русская буква в пришедшем зашифрованном сообщении заменяется на русскую букву, стоящую в алфавите на три буквы ранее (алфавит считается циклическим, то есть перед буквой «А» стоит буква «Я»). Строчные буквы при этом остаются строчными, а прописные-прописными. Другие символы (точки и пробелы) остаются неизменными, к ним сдвиг не применяется.
Требуется написать программу, которая будет выводить на экран текст расшифрованного сообщения. Процедура расшифровки выполняется при нажатии на кнопку «Расшифровать», расположенную на первом листе MS Excel. Выходные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2-Выходные данные
V =
(х - 3) + 32
( а <х < в, ia < х - 3 < в, г А < х < Ef
U < * - 3 < Е,
[сг < х < в. U - 3 < а, Г А <х < Е, L - 3 <А,
1 ix = г.
ляющую объекты противника, которые могут быть поражены артиллерийским орудием. Исходные данные: -координаты орудия X и Y;
-минимальное min и максимальное max расстояния до поражаемого объекта;
-количество объектов противника n; -координаты каждого объекта противника Xi и Yi. Требование: разместите список координат объектов противника в динамическом массиве (элементы массива введите случайным образом). Результат:
-вывод на экран дисплея количества поражаемых объектов противника;
-вывод на экран дисплея списка координат, поражаемых объектов противника.
Для ввода и вывода данных создайте форму пользователя в соответствии с образцом, приведенном на рисунке 1. Расчёт результата выполняется при нажатии на кнопку «Рассчитать». При нажатии на кнопку «Очистить» все данные из элементов управления формы удаляются.
Математическая модель расшифровки символов сообщения, построенная на основе соотношений описанных в условии задачи, имеет вид:
Рисунок 1-Образец формы пользователя
В данной задаче курсантам, не имеющим опыт решения военно-прикладных задач, достаточно сложно сразу выявить формульные зависимости, связывающие исходные данные и результат (построить математическую модель).
Чтобы упростить этап построения математической модели исходные данные задачи следует представить в графическом виде, как показано на рисунке 2.
где х-код символа зашифрованного сообщения,
^-код символа расшифрованного сообщения,
а-код «а»,
А-код «А»,
е-код «я»,
Е-код «Я»,
м-код «.»,
/'-код « »).
После построения математической модели, становится достаточно просто составить алгоритм решения задачи.
Третий тип (высокий уровень сложности). Математическую модель курсантам необходимо построить самостоятельно. Соотношения, связывающие результат с исходными данными в условии задачи явно не описаны. Рассмотрим пример задачи третьего типа.
Задача 3. Напишите и отладьте программу, опреде-
Рисунок 2-Графическое отображение исходных данных задачи 3
Из рисунка видно, что для ответа на вопрос задачи, надо определить координаты точек (координаты объектов противника), расположенных между двумя окружностями с радиусами: Л1=тт, ^2=тах. Следовательно, математическая формулировка задачи может быть следующая: вывести на экран и подсчитать количество точек удовлетворяющих заданным условиям. Далее со-
Bochkareva Olga Viktorovna, Novichkova Tatiana Yuryevna, Skuratov Vitaly Vyacheslavovich and others
FORMATION OF SKILLS TO USE PROGRAMMING LANGUAGES ...
pedagogical sciences
ставляется алгоритм решения задачи.
Заключение
Таким образом, методика обучения решению задач военной направленности на занятиях по информатике заключается в последовательном выполнении следующих этапов:
- разработать совокупность военно-прикладных задач;
- выполнить классификацию военно-прикладных задач в соответствии с критерием, определенным на одном из этапов решения задачи (в нашем случае - уровень сложности построения математической модели);
- отработать с курсантами порядок действий решения задач каждого типа.
Применение описанной методики обучения позволяет сформировать у курсантов базовые навыки решения задач военной направленности. Как показывает практика, приобретенные навыки способствуют успешному применению языков программирования при решении военно-прикладных задач на специальных дисциплинах, при выполнении научно-исследовательских работ и в профессиональной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Булгаков В.В. Структурно-методическая модель компьютерной программы контроля теоретических знаний курсантов// Открытое образование. 2018. Т.22, №3. С. 4-13.
2. Полянский А.М., Смирнова Е.А. Проектирование рабочей программы дисциплины на основе элементов компетенций// Открытое образование. 2018. Т.22, №3. С.14-24
3. Лепешинский И.Ю., Лепешинская Т.А. Дистанционные образовательные технологии в системе профессиональной подготовки военнослужащих// Открытое и дистанционное образование. 2016. № 4. С. 12-18.
4. Логинов В. И., Шемагина Л. Н. Основы алгоритмизации: учебно-методическое пособие для студентов очного и заочного обучения технических специальностей. Нижний Новгород: ФГОУ ВПО «ВГАВТ». 2010.81 с.
5. Зубков А.Ф., Пономарёва Н.В. Формирование профессиональных умении курсантов военно-учебных заведений в условиях перехода к новым формам обучения //XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2014. № 4 (20). С. 133-137.
6. Бакленева С.А. Оптимизация самостоятельной деятельности курсантов посредством электронного учебника контекстного типа //Балтийский гуманитарный журнал. 2017. Т. 6. № 4 (21). С. 250-253.
7. Саунина Л.А., Пристенская С.Н., Кротова Н.А., Анисимова И.В. Формирование и развитие профессионально важных качеств у курсантов военного вуза в процессе обучения иностранному языку // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. Т. 2. № 1 (23). С. 130-138.
8. Суслова Ю.В. Организационно-педагогические условия эффективного развития аудитивной компетенции курсантов // Балтийский гуманитарный журнал. 2016. Т. 5. № 2 (15). С. 92-96.
9. Лебединская О.В. Социально-организационные условия эффективной организации внеаудиторной самостоятельной работы курсантов по иностранному языку // Карельский научный журнал. 2016. Т. 5. № 4 (17). С. 29-32.
10. Скурлатов В.В., Бочкарёва О.В., Снежкина О.В. Методические аспекты подготовки команды к межвузовской олимпиаде по информатике// Вестник Томского государственного педагогического университета. 2018. №3 (192). С.103-107.
11. Суркин М.Ю., Скурлатов В.В., Бочкарева О.В., Гаврилюк Л.Е. Подготовка выпускника технического вуза в условиях компетент-ностного подхода// Alma mater (Вестник высшей школы). 2017. № 6. С. 114-117.
12. Бочкарева О.В., Новичкова Т.Ю., Шипанова Е.В., Снежкина О.В. Методические аспекты математического моделирования инженерных задач // Образование и наука в современном мире. Инновации. 2016. № 6-1. С. 103-110.
13. Козлов О.А. Теоретико-методологические основы информационной подготовки курсантов военно-учебных заведений: Монография. М.: ИИО РАО. 2010. 326 с.
Статья поступила в редакцию 30.10.2018
Статья принята к публикации 27.12.2018
