CC BY
24
Харченко А.В.
Кубанский государственный университет, г. Краснодар, старший преподаватель кафедры
информационных технологий, fz @ mail.ru
ПОСТРОЕНИЕ ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННЫХ ЗАДАЧ ПО ИНФОРМАТИКЕ НА ОСНОВЕ ФАСЕТНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Наборы учебных задач, индивидуализированное обучение, фасетная классификация. АННОТАЦИЯ
В статье предлагается использование фасетной классификации при формировании наборов учебных задач по информатике. Варьирование фасетных признаков в формуле задачи позволяет индивидуализировать условие задачи, адаптировать его в соответствии с образовательными нуждами конкретного учащегося.
В последнее десятилетие одной из линий инновационного развития образования является появление и развитие новых научных достижений и компьютерных средств, в частности, появление интерактивных информационных образовательных технологий, которые можно рассматривать как способ изменения качества образования. Мультимедийные электронные учебники, компьютерные обучающие системы позволяют не только повысить уровень положительной мотивации к обучению, но и перераспределить функции педагога [1]. В новых условиях преподаватель осуществляет организацию обучения, управление учебным процессом, планирование собственной деятельности и деятельности обучаемых, контроль за ходом учебного процесса, разрабатывает и адаптирует программные средства учебного назначения, осуществляет подбор учебного материала, прогнозирует направление личностного развития обучаемого. Основной функцией компьютерного обучающего средства является изложение учебного материала. Дальнейшее развитие и повышение уровня естественнонаучного и профессионального образования невозможно без использования новых педагогических технологий, в том числе и опирающиеся на новейшие информационные технологии.
Современная образовательная парадигма предусматривает переход от знаниевой к личностно-ориентированной технологии обучения и связана с тенденцией к индивидуализации и гуманитаризации образования. Последовательная реализация этой новой образовательной парадигмы в вузе направлена на воспитание современного молодого специалиста, являющегося мобильной, творческой и деятельной личностью, способной к непрерывному и систематическому образованию, самостоятельному осмыслению новых фактов и использованию их для решения социально и личностно значимых задач.
Индивидуализация — это сложное педагогическое явление, отражающее современную тенденцию образования, направленного на развитие личности обучаемого. Под индивидуализацией обучения понимается учебно-воспитательный процесс, структура которого строится с учетом индивидуальных особенностей учащихся и ориентируется на создание оптимальных условий для обучения и развития всех и каждого в отдельности.
Проблеме индивидуализации обучения в современной педагогической литературе посвящены исследования А.А. Кирсанова, И.Э. Унт, Л.С. Выгодского, В.В. Давыдова, А.Н. Леонтьева, Ю.К. Бабанского, Н.А. Менчинской и др., диссертационные работы А.А. Опрышко, М.В. Литвиненко, Е.Ю. Берлизовой и др.
Одним из направлений индивидуализации обучения является формирование индивидуальных, адаптированных к потребностям конкретного учащегося наборов задач. В нашем исследовании мы обратились к построению наборов задач по информатике.
Различные подходы к обучению информатике в общем среднем и высшем педагогическом образовании исследовали С.А. Бешенков, С.А. Жданов, О.А. Козлов, А.Ю. Кравцова, А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, М.П. Лапчик, В.А. Матросов, С.В. Панюкова, И.В. Роберт, И.А. Румянцев, А.Я. Савельев, Е.К. Хеннер и др. Они раскрывают методические аспекты преподавания базовых и профильных курсов информатики как важнейшего компонента образования, отмечая необходимость совершенствования методической системы обучения информатике и информационным
технологиям. При обучении информатике следует учитывать специфику задач по информатике, в частности по программированию, включать в образовательный процесс новые дидактические технологии. К таким дидактическим технологиям, позволяющим использовать характерные свойства задач по программированию, мы относим фасетную классификацию.
Фасетная классификация — это способ конструирования учебных задач на основе выделения в задаче фасетных признаков, т.е. элементов задачи предполагающих варьирование [2,
3].
Специфика задачи по программированию в рамках курса «Информатика» (раздел «Основы программирования. Техника алгоритмизации») состоит, прежде всего, в высоком уровне структуризации условия. Другими словами, если обучаемый обладает навыком понимания структуры условия задачи, то дальнейшие шаги по выбору последовательности действий решения задачи, подбора верных структур данных и конструкций языка программирования. Таким образом, целесообразно в процесс обучения информатике включить дидактическую технологию, позволяющую формировать умение раскрывать структуру задачи [4].
При этом основой организации учебного процесса является обучение через задачу. Деятельностный подход к обучению находит свое воплощение через задачный подход, при котором деятельность учащихся может быть представлена как система процессов решения разнообразных задач. При этом понятие «задача» трактуется достаточно широко, и процесс обучения может быть рассмотрен как процесс разрешения противоречий между выдвигаемыми ходом обучения познавательными и практическими задачами и наличным уровнем знаний, умений и умственного развития студентов. Суть состоит в том, что новое знание приобретается обучаемым в процессе выполняемой совместно с преподавателем работы по разрешению проблем, которые задаются системой специально подобранных учебных задач.
В обучении информатике применение задачного подхода особенно продуктивно. При этом задача выполняет несколько функций:
1. Мотивационная: задача обосновывает необходимость нового знания;
2. Генерирующая: новое знание рождается в процессе решения задачи: обсуждения, эксперимента, получения и анализа результата;
3. Организующая: задача или система задач служат стержнем, вокруг которого строится изучение нового, задача прокладывает путь, по которому ученик движется от незнания к знанию и далее к пониманию;
4. Коммуникационная: через задачу осуществляются межпредметные связи с дисциплинами, материал которых может служить содержательным наполнением задач по информатике.
Несмотря на то, что в последнее время растет число авторов, занимающихся теоретическим и экспериментальным изучением учебных задач по информатике, в специальной литературе еще четко не сформулирована теория учебных задач как составной части дидактики, нет четкой многомерной классификации их многообразия. Не разработаны единые принципы конструирования, технология проектирования учебно-воспитательного познавательного процесса с учетом применения разноуровневых учебно-познавательных задач.
Конструирование — это упорядочение структуры, расположение элементов в определенной последовательности. Конструирование учебно-познавательных задач — это определение сущности, упорядочение их в соответствии с содержательной и процессуальной компонентами процесса обучения. Упорядочение учебно-познавательных задач во времени — это организация задач, а специализация и распределение задач по типам, порядкам и классам — это их типизация и классификация. Понимание структуры учебной задачи достижимо через процесс ее конструирования. Предлагаемая нами фасетная классификация позволяет конструировать задачи по программированию.
Для каждого типа задачи по программированию строится фасетная формула. Фасетная формула представляет собой набор элементов, из значений которых путем различных комбинаций конструируются учебные задачи. Содержание задач охватывают практически весь раздел или тему учебного курса.
Фасетная классификация — это многофункциональная технология, ее содержание отражает целостную систему изучаемой теории программирования, а внешняя структура состоит из двух частей: констатирующей и функциональной. Первая определяет состав самой задачи, вторая — последовательность учебных действий при работе с ней. Фасетные формулы строятся по правилам сплошной разветвленной структуры. При этом из элементов типовой задачи составляется большое число тренировочных и комплексных задач, которые интегрируются по
группам сложности. Такая конструкция обеспечивает возможность дифференцированного подхода в обучении.
Одной из особенностей задач по программированию является следующее. Формулировки задач и их решения строятся по технологии снизу-вверх, т.е. более простые задачи могут иметь самостоятельный характер, а могут являться составной частью более сложной задачи. Рассмотрим примеры двух задач.
Задача 1. Дан одномерный массив. Найти количество положительных элементов массива.
Задача 2. Дан одномерный массив. Найти сумму элементов, значения которых больше значения количества положительных элементов исходного массива.
Здесь первая задача является подзадачей второй формулировки. А, следовательно, допуская формализацию условия, можно построить иерархию подзадач в общей формулировке задачи.
Выделим две основные группы элементов учебной задачи: соединительные слова и условия. Соединительные слова являются постоянными элементами конструкции задачи и отвечают некоторому типу задачи. Условия могут варьироваться.
Выделим ряд условий и укажем возможные значения.
Условие пространства (А1): последовательность чисел, одномерный массив, двумерный массив, файл, однонаправленный список, двунаправленный список, дерево двоичного поиска.
Условие ситуации (А21): количество, сумму, произведение, среднее арифметическое.
Условие ситуации (А22): количеству, сумме, произведению, среднему арифметическому.
Условие элемента (А31): положительны, отрицательны, равны 0, четны, нечетны (не) кратны 3 (5), больше (меньше) числа К, (не) принадлежит интервалу (а;Ь), (не) лежат на главной (побочной) диагонали, (не) лежат выше (ниже) главной (побочной) диагонали, находятся в четных (нечетных) строках (столбцах), (не) являются листьями.
Условие элемента (А32): меньше, больше, равно.
Условие элемента (А33): наибольший элемент, наименьший элемент.
Условие действия (А41): заменить, увеличить, уменьшить.
Условие действия (А42): вставить, удалить.
Условие замены (А5): число К, следующий (предыдущий) элемент, индекс элемента, ноль.
Условие расположения (А6): до, после, между.
Условие окончания ввода (А7): оканчивающаяся нулем, из п элементов.
На основе дидактических линий дисциплины «Информатика», раздел «Техника алгоритмизации» выделим типы задач и построим соответствующие фасетные формулы. Некоторые типы включают как простую, так и иерархическую формулу.
Тип задачи 1.
«Дан А1. Найти А21 элементов, которые А31».
Тип задачи 2.
Подтип 1 задачи 2: «Дан А1. А4 элементы, которые А31 на А5».
Подтип 2 задачи 2: ««Дан А1. А41 элементы, которые А31 на А21 элементов, которые А31».
Тип задачи 3.
Подтип 1 задачи 3: ««Дан А1. Записать в новый А1 элементы, которые А31».
Подтип 2 задачи 3: «Дан А1. Записать в новый А1 элементы, которые А32 А22 элементов, которые А31».
Тип задачи 4. «Дан А1. А42 элементы, которые А31 , А6 элементов, которые А31».
В этом типе задач не обрабатываются двумерные массивы.
Тип задачи 5.
Подтип 1 задачи 5: «Дана последовательность чисел А7. Найти А33 ».
Подтип 1 задачи 5: «Дана последовательность чисел А7. Найти А21 чисел, которые А31 ».
Тип задачи 6. «Дано дерево двоичного поиска. Найти А21 элементов, которые А31».
Типы задач 5 и 6 относятся к конкретным структурам данных (последовательность чисел без хранения в массиве, деревья двоичного поиска). Остальные типы задач являются универсальными по отношению к структурам данных, перечисленным в условии пространства.
В качестве соединительных слов в формулах используются слова: Дан, элементы, элементов, которые, найти, записать, в, на, новый, дана последовательность чисел, дано дерево двоичного поиска.
Рассмотрим пример построения наборов учебных задач на примере фасетной формулы задачи типа 1.
Тип задачи 1: «Дан А1. Найти А21 элементов, которые А31». Варианты задачи 1:
«Дан одномерный массив. Найти количество элементов, которые отрицательны». «Дан файл. Найти сумму элементов, которые четны».
«Дан однонаправленный список. Найти произведение элементов, которые больше числа К». «Дан двунаправленный список. Найти среднее арифметическое элементов, которые принадлежит интервалу (a; b)».
«Дан двумерный массив. Найти сумму элементов, которые лежат на главной диагонали».
На практических занятиях в процессе изучения некоторого раздела информатики педагог предъявляет обучаемым фасетную формулу задачи. В иерархических формулах явно отображаются подзадачи, а значит, формируется последовательность действий по решению этих подзадач.
С другой стороны, каждый тип условия в фасетной формуле связан с определенной конструкцией языка программирования. Так, например, рассматривая значения условия пространства А1 «последовательность чисел» необходимо выбрать для решения либо цикл с условием, либо цикл с параметром в качестве базовой конструкции алгоритма решения. При значении условия пространства «одномерный массив» выбирается цикл с параметром, при значении «двумерный массив» — вложенный цикл с параметром. Значения условия элемента (А3) определяются условным оператором, значения условия замены (А5) — оператором присваивания. Использование фасетных формул задач на практических занятиях позволяет исследовать условие задачи, выстроить ее базовую конструкцию, подобрать основные структуры данных и операторы языка программирования для решения задачи.
Построение фасетных формул задач по программированию можно использовать и в самостоятельной работе студентов, в качестве домашнего задания. Это позволит закрепить учебный материал, повысить положительную мотивацию к обучению. Если же студент обладает некоторыми знаниями в области информационных технологий, то в качестве задания можно предложить автоматизировать процесс построения задач по фасетным формулам. Собственно фасетные формулы обладают высокой степенью формализации, а значит легко автоматизируемы. Причем автоматизация может быть выполнена как на базовом уровне знаний информационно-коммуникационных технологий, например, с использованием механизма макросов MS Excel, так и на более глубоком уровне — с привлечением других языков программирования. В этом случае, прежде чем решить задачу, студент с помощью компьютера должен самостоятельно ее составить. Это действие повышает самооценку студента, способного в новых условиях выполнить частично функцию преподавателя (формирование условия задач).
Использование фасетных формул задач по программированию нацелено на выполнение ряда педагогических задач. При разработке набора задач по некоторой учебной теме необходимо четкое структурирование учебного материала, поэтому и работа с фасетными формулами приучает студентов к этим действиям. Процесс формирования фасетной формулы требует от студента концентрации внимания, развитой кратковременной памяти, навыков построения логических конструкций из элементов, т.е. стимулирует у студентов формирование общих интеллектуальных умений. Самостоятельное формирование условия задачи из элементов фасетной формулы способствует снижению уровня напряженности и тревожности у студента, повышает его самооценку, создает комфортный эмоциональный фон. Общение с компьютером при создании задач повышают положительную мотивацию к изучению нового материала.
Фасетная классификация позволяет формировать индивидуализированные наборы заданий по информатике, подбирать элементы условия в соответствии с текущими образовательными потребностями учащегося.
Литература
1. Грушевский С.П., Добровольская Н.Ю. Проектирование профессионально-педагогической подготовки студентов математических направлений на основе технологий формирования их IT-компетенций. Известия АлтГУ Серия «Педагогика и психология». — Барнаул: Изд-во Алтайского гос.университета, 2/1(78), 2013.
2. Добровольская Н.Ю., Харченко А.В. Применение технологии фасетов при изучении основ программирования. Математическое образование в школе и вузе: теория и практика (MATHEDU-2014): материалы IV Международной научной-практической конференции, посвященной 210-летию Казанского университета и Дню математики, 28-29 ноября 2014 года. — Казань: Изд-во Казан.ун-во, 2014.
3. Добровольская Н.Ю., Харченко А.В. Использование технологии фасетов при конструировании задач по планиметрии. Проблемы теории и практики обучения математике: Сборник научных работ, представленных на Международную научную конференцию «68 Герценовские чтения» / Под ред. В.В. Орлова. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 2015.
4. Харченко А.В. Этапы конструирования задач по информатике // Символ науки №9. — 2015.
