CC BY
87
известия вгпу
Structural model of educational activities in online communities of students of scientific and technical orientation
The authors formulate the principles of the functioning of online communities of the students of the scientific and technical orientation. There is built the structural model of the educational activities in such communities consisting of the cognitive, searching, communicative and productive and technological components. The connection between components and their content are defined by the specific character of the scientific and technical activities and the principles of the functioning of the studied communities.
Key words: structural model, educational activities, online communities, scientific and technical orientation.
(Статья поступила в редакцию 28.04.2021)
с.н. кАсьянов
(Болгоград)
обучение языку программирования python в онлайн-сообществе учащихся школ*
Рассмотрены вопросы обучения школьников онлайн-сообществ программированию в среде Python с использованием систем управления обучением (LMS) и сервисов Интернета: Google Docs и Google Colabratory.
Ключевые слова: ЕГЭ по информатике и ИКТ, язык программирования Python, парное программирование, онлайн-образование, онлайн-сообщество учащихся школ, интернет-сервисы Google, Google Colabratory.
Ранее ЕГЭ по информатике и ИКТ выпускники российских школ ранее сдавали в форме тестирования в период с 2013 по 2020 г., указывая ответы в специальном бумажном блан-
* Исследование выполнено при поддержке РФФИ в рамках научного проекта N° 19-29-14064 «Теоретико-методологические основы и технологическое обеспечение реализации образовательной деятельности в он-лайн-сообществах учащихся школ».
ке. Испытуемым приходилось решать задания устно или описывать ход решения на бланке; отсутствовала возможность использования прикладных информационных технологий, инструментария сред программирования. В то же время базовый и профильный курс информатики и ИКТ был ориентирован на формирование у школьников практических навыков использования популярных информационных технологий и языков программирования, что вступало в противоречие с формой сдачи ЕГЭ. В 2021 г. в России впервые планируется проведение ЕГЭ по информатике и ИКТ в компьютерной форме, что позволило включить в содержание КИМ: задания на алгоритмизацию и программирование (составление и отладка кода программы в выбранной школьником среде программирования), работу с электронными таблицами и текстовым редактором. При этом в структуре КИМ насчитывается 9 заданий, для решения которых требуется использование специализированного программного обеспечения, что составляет треть от общего количества заданий экзамена по информатике и ИКТ.
При этом остальные 18 заданий сохранили преемственность с КИМ ЕГЭ экзамена в бланковой форме. Участники экзамена могут, как и прежде, решать эти задачи аналитически на бумаге, используя теорию комбинаторики, алгебры логики, выполняя вручную трассировку кода программ или алгоритмов. Но в условиях доступности на экзамене компьютера с различными средами программирования процесс решения подобных задач становится достаточно тривиальным.
Так, анализ изменений структуры экзамена по информатике свидетельствует о том, что современный школьник, осознанно выбирая итоговые испытания по информатике и ИКТ, должен уметь составлять алгоритмы - теоретические (математические, логические) модели решения задач; уверенно владеть практическими навыками программирования хотя бы в одной из инструментальных сред, таких как С++, Java, C#, Pascal, школьный алгоритмический язык, Python. Среди сред программирования следует обратить внимание на язык Python, который был создан нидерландским разработчиком Гвидо Ван Россумом в конце 80-х гг. XX в.
Выбор школьниками языка Python обусловлен тем, что язык является интерпрети-
О Касьянов С.Н., 2021
руемым и не требует компиляции программы перед запуском; имеет достаточно простой синтаксис; обладает разнообразными структурами данных (множества, списки, словари); написание кода программы занимает меньше времени по сравнению с остальными языками за счет встроенных функций и методов, позволяющих сосредоточиться на идее алгоритма.
Однако в исследованиях Е.В. Андреевой, Д.А. Васильева, К.Ю. Полякова, И.А. Сукина отмечается тот факт, что Python ориентирован, скорее всего, на профессиональных программистов, и его изучение школьниками в качестве начального языка программирования может быть неудачным выбором. Последним исследователем отмечается ряд проблем, сдерживающих использование Python как учебного языка, среди которых стоит отметить сложность поиска логических ошибок во время выполнения некорректных операторов, что, в свою очередь, требует более тщательного тестирования программы; низкая, по сравнению с выполнением программ на языке С, скорость выполнения программ на Python, и одновременно с этим значительный расход памяти [1; 2; 4; 7].
Python, обладая широкими инструментальными средствами, с одной стороны, требует от учеников лишь овладения навыками использования методов обработки данных, таких как сортировка списков (массивов), поиск
кие науки -
минимального и максимального элементов в списке (массиве) и др., одновременно снижая интерес школьников к сути выполнения данных алгоритмов, с другой - позволяет школьнику в условиях временных ограничений проведения ЕГЭ по информатике и ИКТ достаточно оперативно решать поставленные типовые задачи, уделяя больше времени созданию информационной модели процесса решения заданий.
Обучение школьников программированию, в частности в среде Python, благодаря развитию дистанционных образовательных технологий, реализации федерального проекта «Цифровая образовательная среда», может быть реализовано путем создания онлайн-кур-сов с интерактивной поддержкой и открытым доступом через Интернет, которые позволяют обеспечить школьникам возможность обучаться как индивидуально, так и в рамках сетевых образовательных сообществ - онлайн-сообществ [3; 8].
Под онлайн-сообществом учащихся школ и педагогов вслед за А.Н. Сергеевым будем понимать сообщество Интернета, деятельность которого направлена на реализацию педагогических задач по отношению к учащимся и педагогам как членам сообщества [6]. Организация совместной образовательной деятельности, ориентированной на обучение программированию в среде Python, в рамках онлайн-сообществ учащихся школ, может быть ор-
Рис. 1. Первая страница учебного курса «Программирование в среде Python»
Рис. 2. Блокнот Jupyter Google Colabratory
ганизована на основе интеграции системы управления обучением (LMS) и сервисов Интернета.
Система управления обучением (leaming management system, LMS) - платформа или цифровое приложение, которое позволяет педагогу размещать теоретический материал по основам программирования Python в виде электронного учебного контента; осуществлять контроль процесса обучения, в том числе контроль выполнения заданий; организовывать взаимодействие и коммуникацию участников онлайн-сообщества в процессе обучения (рис. 1).
Процесс обучения школьников программированию в среде Python с использованием LMS можно интегрировать с такими сервисами Интернета, как Google Disk, Google Docs, Google Colabratory, а также сервисами видеоконференций, групповых чатов Zoom, Skype, Discord.
Сервис Google Docs позволяет создавать и форматировать электронные документы (текстовые, таблицы, презентации), а также работать над ними совместно с другими пользователями [5]. Используя онлайн электронные документы, педагог может:
- излагать новый учебный материал (например, возможности функции, различные методы обработки списков, строк, словарей и файлов в среде Python);
- совместно со школьниками обсуждать идеи и алгоритмы решения типовых заданий по программированию из содержания ЕГЭ по информатике и ИКТ.
Голосовая поддержка онлайн-занятия может быть обеспечена использованием таких приложений, как Discord, Skype, Zoom. Школьники имеют возможность:
- задавать во время онлайн-занятия вопросы педагогу и другим участникам онлайн-сообщества в соответствии с регламентом его проведения;
- прикреплять к документу свои заметки по содержанию учебного материала.
Для онлайн-демонстрации, выполнения и создания кодов программ совместно с учащимися на языке Python можно использовать сервис Google Colabratory - бесплатную облачную среду. Облачный сервис Google Colabratory позволяет специалистам в области цифровых технологий совместно анализировать структурированные и неструктурированные данные огромных объемов (Big Data); проектировать и тестировать новые модели машинного обучения: разрабатывать нейронные сети; осуществлять эксперименты в области искусственного интеллекта; моделировать и имитировать различные процессы; разрабатывать программное обеспечение.
описанными выше прикладными возможностями обладает облачный сервис Google Colabratory благодаря бесплатным мощным графическим процессорам GPU и TPU, позволяющим справляться с поставленными задачами гораздо быстрее по сравнению с обычными процессорами CPU. Графический процессор GPU позволяет обрабатывать данные быстрее, т. к. поставленные задачи выполняются им параллельно, а не последовательно, как в случае обычного процессора CPU. он ориентирован исключительно на обработку графики, видео. Тензорный процессор TPU, являющийся разработкой компании Google, предназначен для исследований в области искусственного интеллекта, что свидетельствует о его высокой производительности при больших объемах вычислительных задач.
В основу Google Colabratory положен блокнот Jupyter (далее блокнот) для работы с системой программирования Python, причем пользователю доступны как базовые, так и специализированные библиотеки (NumPy, scikit-learn, Pandas, Keras, TensorFlow и др.). Блокнот содержит текстовые и кодовые ячейки, которые поддерживают текст, формулы, изображения, разметку HTML и др. (рис. 2). Один блокнот может содержать множество кодовых ячеек, между которыми может присутствовать логическая связь (так, результаты выполнения ранее запущенных ячеек доступны при исполнении текущих кодовых ячеек).
Сервис Google Colabratory позволяет разработчику загружать в облачную среду или создавать файлы с целью их анализа. Необходимо учитывать, что при перезапуске текущей облачной среды выполнения загруженные файлы будут удалены. Кроме того, Google отключает блокноты после примерно 30 минут простоя - бездействия со стороны разработчика, чтобы не возникала перегрузка процессоров, гибко распределяя процессорное время между текущими пользователями сервиса Google Colab, нередко ограничивая на определенное время доступ к GPU.
Пользователями Google Colabratory могут быть как специалисты в области цифровых технологий, так и учителя информатики, и школьники, углубленно изучающие язык программирования Python. Преимущество Google Colabratorty заключается в возможности совместного использования этого сервиса. Работа над проектом в команде Google Colabratory дает возможность педагогу и учащимся свободно править, комментировать и редактировать код, используя разные аккаунты, географически находясь в разных частях планеты.
В Google Colabratory реализована возможность настройки доступа к блокноту, что позволяет делиться результатами работы с другими пользователями, оставлять комментарии, редакторские заметки и т. п. Владелец блокнота может открывать доступ другим пользователям, наделяя их правами редактора, читателя или комментатора.
Делегируя права редактора содержимого блокнота отдельным школьникам или их группе, педагог может организовать совместное написание кода программы в Google Colabratory участниками онлайн-сообществ, используя такие методы, как мозговой штурм, «лови ошибки» (педагог преднамеренно допускает синтаксические и логические ошиб-
кие науки -
ки в коде), парное программирование, позволяющее паре школьников работать над созданием единого кода программы, при этом один из учащихся активно реализует алгоритм, создает тесты для его проверки, а другой оперативно выявляет текущие ошибки и формулирует концепцию реализации кода программы.
Наделяя школьника правами читателя, учитель может демонстрировать готовые коды, объясняя новый материал, а учащийся получает возможность запускать на исполнение кодовые ячейки блокнота. Статус комментатора блокнота Google Colabratory позволяет школьнику:
- оставлять заметки к тексту, отмечать ошибки;
- предлагать свои правки;
- формулировать вопросы, возникающие по ходу знакомства с кодами.
Педагогу и школьникам при использовании облачного сервиса Google Colabratory следует обратить внимание, что внесение изменений в одну и ту же кодовую или текстовую ячейку может приводить к возникновению коллизий, ведущих к потере части содержимого блокнота, чего следует избегать. В отличие от традиционных сервисов Google - Google Doc, внесение правок в кодовые и текстовые ячейки не отражается мгновенно в блокноте других пользователей, поэтому необходимо прибегать к принудительному сохранению блокнота.
В заключение отметим, что Google Co-labratory успешно используется в подготовке школьников к ЕГЭ по информатике и ИкТ, обучении основам программирования в среде Python на базе Волгоградского государственного социально-педагогического университета в рамках проекта «Открытая школа».
список литературы
1. Андреева Е.В. Язык программирования Python для преподавания алгоритмизации и программирования в школьном курсе информатики [Электронный ресурс]. URL: http://www.myshared. ru/slide/270634/ (дата обращения: 07.06.2021).
2. Васильев Д.А. Методические особенности изучения языка Python школьниками // Символ науки. 2017. № 01-1. С. 170-172.
3. Касьянов С.Н., Клеветова Т.В., Комиссарова С.А. Онлайн-сообщества и обучение: взаимодействие сообществ обучающихся и педагогов в процессе учебной деятельности // Информатизация образования - 2020: Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 115-летию со дня рождения патриарха российского образования, великого педагога и мате-
известия вгпу
матика, академика РАН С.М. Никольского (1905 -2012 гг.), Орел, 29-31 окт. 2020 г. Орел, 2020. С. 335-339.
4. Поляков К.Ю. Язык Python глазами учителя // Информатика. 2014. № 9. С. 4-16.
5. Продукты Google [Электронный ресурс]. URL: https://www.google.ru/about/products (дата обращения: 01.04.2021).
6. Сергеев А.Н. Сетевое сообщество как субъект образовательной деятельности в сети Интернет // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 308.
7. Сукин И.А. Python, проглатывающий слона // Информатика. 2012. № 2. С. 22-42.
8. Федеральный проект «Цифровая образовательная среда» [Электронный ресурс] // Министерство образования и науки РФ: [сайт]. URL: https:// edu.gov.ru/national-project/projects/cos/ (дата обращения: 07.06.2021).
Teaching of the programming language Python in online communities of schoolchildren
The article deals with the issues of teaching schoolchildren of online communities to programme in the environment Python with the use of the learning management system and the services of the Internet: Google Docs and Google Colabratory.
Key words: the State Unified Exam of Computer Studies and Information and Communication Technologies, programming language Python, pair programming, e-learning, online communities of schoolchildren, the Internet services of Google, Google Colabratory.
(Статья поступила в редакцию 29.04.2021)
* * *
1. Andreeva E.V. Yazyk programmirovaniya Python dlya prepodavaniya algoritmizacii i programmirovaniya v shkol'nom kurse informatiki [Elektronnyj resurs]. URL: http://www.myshared.ru/slide/270634/ (data obrashcheniya: 07.06.2021).
2. Vasil'ev D.A. Metodicheskie osobennosti iz-ucheniya yazyka Python shkol'nikami // Simvol nauki. 2017. № 01-1. S. 170-172.
3. Kas'yanov S.N., Klevetova T.V., Komissaro-va S.A. Onlajn-soobshchestva i obuchenie: vzaimodej-stvie soobshchestv obuchayushchihsya i pedagogov v processe uchebnoj deyatel'nosti // Informatizaciya obrazovaniya - 2020: Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyashch. 115-letiyu so dnya rozhdeniya pa-triarha rossijskogo obrazovaniya, velikogo pedagoga i matematika, akademika RAN S.M. Nikol'skogo (1905 - 2012 gg.), Orel, 29-31 okt. 2020 g. Orel, 2020. S. 335-339.
4. Polyakov K.Yu. Yazyk Python glazami uchi-telya // Informatika. 2014. № 9. S. 4-16.
5. Produkty Google [Elektronnyj resurs]. URL: https://www.google.ru/about/products (data obrashcheniya: 01.04.2021).
6. Sergeev A.N. Setevoe soobshchestvo kak sub#ekt obrazovatel'noj deyatel'nosti v seti Internet // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. № 6. S. 308.
7. Sukin I.A. Python, proglatyvayushchij slona // Informatika. 2012. № 2. S. 22-42.
8. Federal'nyj proekt «Cifrovaya obrazovatel'-naya sreda» [Elektronnyj resurs] // Ministerstvo obrazovaniya i nauki RF: [sajt]. URL: https://edu.gov. ru/national-project/projects/cos/ (data obrashcheniya: 07.06.2021).
ж.и. ободова
(волгоград)
подготовка Будущих учителей к организации взаимодействия школьников в условиях цифровой образовательной среды как приоритетная задача современного педагогического образования
Обосновывается актуальность подготовки будущих учителей к организации взаимодействия школьников в условиях цифровой образовательной среды. Проанализированы понятия «цифровая образовательная среда», «взаимодействие», «педагогическое взаимодействие», «коммуникативная компетентность», «цифровая компетентность».
Ключевые слова: цифровая образовательная среда, взаимодействие, педагогическое взаимодействие, коммуникативная компетентность, цифровая компетентность.
Цифровая трансформация современного общества послужила началом поиска новых идей, подходов, проектов в системе российского образования. Информационные технологии стали важной и неизбежной частью всех
О Ободова Ж.И., 2021
