CC BY
95
УДК 378.6:33 ББК Ч448.02
ГСНТИ 14.85.01
Код ВАК 13.00.02
Алексеевский Пётр Иванович,
ассистент, кафедра информатики, информационных технологий и методики обучения информатике, Уральский государственный педагогический университет (Екатеринбург); 620075, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, 9; e-mail: [email protected].
ОБУЧЕНИЕ ПРОГРАММИРОВАНИЮ СТУДЕНТОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ УНИФИЦИРОВАННОГО ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: обучение программированию; технологии разработки программного обеспечения; объектное моделирование; метод проектов.
АННОТАЦИЯ. Текущее состояние индустрии программного обеспечения обусловливает потребность в ИТ-специалистах, подготовленных к использованию современных технологий разработки программного обеспечения. Для обучения программированию с использованием методологии унифицированного процесса разработана методическая система, устанавливающая связь между фазами унифицированного процесса и этапами обучения.
Alexeevskiy Petr Ivanovich,
Assistant Lecturer of Department of Informatics, Computer Technology and Methods of Teaching Informatics, Ural State Pedagogical University, Ekaterinburg, Russia.
TEACHING PROGRAMMING TO STUDENTS BASED ON THE METHODOLOGY OF THE UNIFIED SOFTWARE DEVELOPMENT PROCESS
KEY WORDS: teaching programming; software development technologies; object modeling; method of projects.
ABSTRACT. The current state of the software industry creates a demand for IT specialists ready to use modern software development technologies. For the purpose of teaching programming based on unified software development process the author uses a special a methodological system which connects its phases with stages of education.
Т
екущее состояние индустрии программного обеспечения порождает потребность в ИТ-специалистах, подготовленных к использованию современных подходов и технологий разработки программного обеспечения в своей профессиональной деятельности. Процесс подготовки таких специалистов должен включать изучение студентами как алгоритмизации и программирования, так и современных технологических процессов и средств программной инженерии. Такие средства позволяют обеспечить планирование процесса разработки программного проекта, облегчить описание его структурных и поведенческих моделей, а также способствовать быстрому и точному обмену проектной документацией внутри группы разработчиков.
В настоящее время существует множество подходов к организации процесса разработки программного обеспечения. Любая современная организация, ориентированная на разработку ПО, предусматривает определенную последовательность этапов развития программного проекта. И несмотря на то что подробности планирования процесса разработки ПО индивидуальны для каждой такой организации, общая модель технологического процесса подчиняется строгой закономерности.
Одной из наиболее распространенных методологий разработки ПО является «Уни-
фицированный процесс разработки программного обеспечения» («The Unified Software Development Process») [5; 2]. Основными приоритетами этой методологии являются так называемые «варианты использования» разрабатываемого программного продукта (в том числе планируемый функционал и интерфейсы), его архитектура, а также экономические факторы, связанные с процессом разработки и внедрения. Эффективность методологии подтверждена многолетним опытом ее реализации в различных организациях, среди которых можно выделить такие крупные компании, как IBM, «Rational Software», «Oracle», «Eclipse Foundation» и др.
При всем многообразии путей реализации унифицированного процесса основа методологии остается неизменной и включает в себя четыре базовые фазы: «Начальная стадия», «Уточнение», «Построение» и «Внедрение».
Другой особенностью методологии унифицированного процесса является использование графического метапредметного языка объектного моделирования, получившего название UML (unified modeling language, унифицированный язык моделирования). Средства этого языка дают возможность представить структурную и поведенческую модель проекта в наглядной форме, что, в совокупности со строгим опи-
© Алексеевский П. И., 2014
санием компонентов и их отношений, позволяет использовать его в качестве инструмента для взаимодействия участников процесса разработки. Кроме того, метапредметность языка UML может быть реализована и в других областях, не связанных с разработкой ПО.
Данные особенности методологии унифицированного процесса разработки программного обеспечения привели к росту ее популярности и принятию во множестве организаций, ориентированных на разработку и сопровождение программного обеспечения. Распространенность методологии позволяет сделать вывод о целесообразности обучения ИТ-специалистов работе в условиях реализации унифицированного процесса.
Для полноценного обучения программированию при реализации методологии унифицированного процесса необходимо представить теоретический материал в соответствии с последовательностью этапов разработки программного проекта, закрепляя его изучение практическими заданиями. Ввиду того что разработка крупных программных проектов осуществляется группами разработчиков, требуется предусмотреть возможность построения практических заданий с учетом коллективного характера деятельности. Реализация данного подхода в Уральском государственном педагогическом университете потребовала создания методической системы, учитывающей технологические особенности унифицированного процесса разработки ПО, такие как подготовка проектной документации, формирование подгрупп разработчиков, применение средств управления версиями и др. Апробация методической системы обучения осуществлялась в течение пяти лет в рамках специализации «Компьютерные игровые технологии в образовании» при подготовке студентов по специальности «Информатика», а также при обучении программированию студентов других специальностей.
В основу методической системы легли следующие положения:
- использование методологии унифицированного процесса на протяжении всего курса обучения программированию;
- реализация метода проектов;
- организация практических заданий для небольших (3-4 человека) групп студентов;
- выбор метапредметного направления разработки программного проекта.
Таким образом, была разработана методическая система, в которой порядок изучения программирования основан на технологическом процессе, используемом при разработке крупных программных проектов, включающих в себя функциональные компоненты различного назначения.
В качестве предметной области для практической составляющей методической системы были выбраны компьютерные игры. Данный выбор обусловлен тем, что игровые программы представляют собой один из наиболее сложных в разработке классов программного обеспечения, обладающий всеми необходимыми характеристиками для использования в качестве практического компонента (метапредметность, архитектурная сложность, коллективный характер разработки). При организации практических заданий обучаемые делятся на небольшие группы по 3-4 человека, осуществляющие работу над общим в пределах группы проектом на протяжении всего курса обучения.
Для реализации подходов унифицированного процесса разработанная методическая система предполагает разбиение процесса обучения на несколько этапов. Количество и содержание этапов приводятся в соответствие с фазами унифицированного процесса, таким образом выделяется четыре этапа обучения. Порядок этапов и их соответствие фазам унифицированного процесса приведены на рисунке.
Методическая система предусматривает изучение курса в порядке, соответствующем порядку следования фаз унифицированного процесса, допуская при этом возможность возврата на предыдущий этап (с определенными ограничениями).
Рис. Этапы обучения и их соответствие фазам унифицированного процесса
Для каждого из этапов обучения определены следующие параметры:
1) входные требования, предъявляемые к уровню знаний и умений обучаемого;
2) цель текущего этапа;
3) содержание обучения;
4) методы и формы обучения;
5) формы и содержание контроля;
6) результат этапа.
На стартовом этапе специальные входные требования не предусмотрены. Целью данного этапа является формирование у будущего ИТ-специалиста знаний и умений в области проектирования.
Содержание обучения на данном этапе включает в себя изучение структуры и особенностей унифицированного процесса, его основных ориентиров и средств. Формируются группы студентов, которые будут заниматься в дальнейшем разработкой и реализацией программного проекта, общего для группы. Осуществляется выбор тематики разрабатываемой программы и формулирование ее основных характеристик. На данном этапе рассматриваются базовые принципы формирования архитектуры программы и процесс планирования разработки программного проекта.
Основным методом обучения на данном этапе являются проблемные лекции.
Для оценки результатов обучения используются формы текущего индивидуального контроля. Содержание контроля -знания в области унифицированного процесса разработки и проектирования программного обеспечения.
Результатом обучения на данном этапе является сформированность знаний в области организации унифицированного процесса разработки программного обеспечения.
После достижения этого результата осуществляется переход к проектирующему этапу, цель которого - формирование знаний и умений в области объектного моделирования.
На проектирующем этапе изучаются основы объектного моделирования с использованием языка UML, а также основные принципы объектно ориентированного программирования без учета специфики языков программирования. Рассматриваются структурные и поведенческие модели программного обеспечения, основные алгоритмы взаимодействия программных модулей. Уточняется тематика разрабатываемого группами студентов программного проекта и осуществляется дальнейшее планирование его разработки.
Методы обучения, используемые на данном этапе, включают в себя проблемные лекции, имитационные упражнения, игровое проектирование, а также ситуационные методы.
Оценка результатов обучения осуществляется методами тематического текущего контроля в индивидуальной и групповой форме. Оцениваются результаты разработки архитектуры программных проектов в каждой из групп студентов.
Результатом обучения является сфор-мированность знаний и умений в области объектного моделирования и языка UML.
Целью реализующего этапа является формирование знаний и умений в области программирования на языках высокого уровня.
На этом этапе осуществляется изучение языков программирования высокого уровня C и C++, а также особенностей реализации различных алгоритмов на этих языках. Особое внимание уделяется возможности использования сторонних библиотек, позволяющих осуществлять работу с графическими и звуковыми возможностями программно-аппаратной платформы, а также реализующих наиболее часто используемые алгоритмы обработки данных. Рассматриваются методы оценки сложности алгоритмов, способы оптимизации программного кода на различных уровнях, средства отладки и профилирования. Осуществляется реализация функциональных компонентов программных проектов, разрабатываемых студентами. Для взаимодействия студентов внутри группы используются технологии управления версиями исходного кода программы, поддерживающие коллективную работу над проектом, такие как «Git» и «Subversion».
Для практической реализации компонентов программы осуществляется распределение модулей и подсистем между студентами внутри группы.
Основные методы обучения на данном этапе включают в себя проблемные лекции, имитационные упражнения, ситуационные методы, тематические дискуссии.
Для оценки результатов обучения применяются формы группового и индивидуального текущего контроля. Проверяются результаты реализации компонентов программного проекта в каждой из групп студентов.
На данном этапе результатами обучения являются сформированность знаний и умений в области программирования на языках C и C++, обретение опыта коллективной разработки программ, а также рабочие версии программ, разработанных в рамках коллективных проектов.
Этап представления предполагает формирование знаний и умений в области разработки программной документации. На этом этапе также осуществляется публичная защита разработанных программных продуктов.
Основными методами обучения на данном этапе являются проблемные лекции, групповые консультации и имитационные упражнения.
Содержание включает в себя изучение средств генерации программной документации по объектной модели и исходному коду программы. Рассматриваются автоматические генераторы документации на основе внедренных в исходный код комментариев определенного вида, такие как «Doxygen», а также средства и технологии ручного создания документации, например, для встроенных систем подсказки.
Осуществляется индивидуальный тематический итоговый контроль; групповой контроль осуществляется путем публичной защиты разработанного программного продукта и его апробации методом экспертных оценок. Допускается также публикация разработанных материалов в студенческих сборниках статей.
Результатами данного этапа являются сформированность знаний и умений в области создания программной документации и обретение опыта коллективной разработки, реализации и внедрения программного обеспечения.
Особенностью данной методической системы является ее пригодность как для обучения студентов программированию,
так и для повышения квалификации ИТ-специалистов, чья профессиональная деятельность связана с разработкой, реализацией и внедрением программного обеспечения. Основа методической системы допускает адаптацию содержания обучения к разработке различных классов программных продуктов, включая системы имитационного моделирования и симуляции, системы управления производственными процессами, сложные веб-приложения и порталы и т. д. Поскольку в структуре содержания методической системы делается акцент на технологиях разработки программного обеспечения, а не на фиксированных программных продуктах, их реализующих, набор используемого при обучении инструментального программного обеспечения может варьироваться в зависимости от состояния рынка и возможностей реализующего данную методическую систему вуза.
Педагогический эксперимент по внедрению данной методической системы в процесс обучения студентов Института информатики и информационных технологий Уральского государственного педагогического университета позволил выявить применимость и целесообразность методической системы для обучения программированию студентов как технических, так и педагогических специальностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеевский П. И. Изучение средств управления версиями в рамках курса по программированию // Инновационные технологии в образовательном процессе высшей школы / Урал. гос. пед. ун-т. Екатеринбург, 2012.
2. Алексеевский П. И., Лапенок М. В. Выбор программного обеспечения для проведения практических занятий по программированию на C и C++ // Информатика и образование. 2010. № 4. С. 48-52.
3. Зарукина Е. В., Логинова Н. А., Новик М. М. Активные методы обучения: рекомендации по разработке и применению : учеб.-метод. пособие. СПб. : СПбГИЭУ, 2010.
4. Alexeevskiy P. I. Teaching Computer Programming to Students of Pedagogical Specialties through the Process of Game Development // The Ethos of the Academe: Standing the Test of Time / Ariel Univ. Ariel, 2013.
5. Jacobson I., Booch G., Rumbaugh J. The Unified Software Development Process. Addison Wesley Longman, 1999.
Статью рекомендует канд. техн. наук, доц. М. В. Лапенок.
