Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГОТОВНОСТИ СТУДЕНТОВ ПЕДВУЗА К ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (ПКД) ПРИОБУЧЕНИИ ПРОГРАММИРОВАНИЮ НА БАЗЕ JAVA - ТЕХНОЛОГИИ 13
1.1. Понятие проектно-конструкторскои деятельности 13
1.2. Понятие готовности к проектно-конструкторскои деятельности. .30
1.3. Технология Java как средство обучения ПКД. 38
Выводы к Главе 1 58
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ МОДЕЛИ! ФОРМИРОВАНИЯ ГОТОВНОСТИ К ПКД БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА БАЗЕ JAVA-ТЕХНОЛОГИИ 60
2.1. Содержание модели формирования готовности к ПКД студентов педвуза при изучении программирования на базе Java-технологии 63
2.2. Организационно - педагогические условия организации модели формирования готовности к ПКД студентов педвуза на основе Java - технологии 75
2.2.1Методы обучения 75
2.2.2 Формы обучения; 85
2.2.3 Средства обучения. 95
2.3. Анализ и обработка результатов? педагогического? эксперимента 98
Выводы к Главе 2 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
ЛИТЕРАТУРА 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 122
- Понятие проектно-конструкторскои деятельности
- Технология Java как средство обучения ПКД.
- Содержание модели формирования готовности к ПКД студентов педвуза при изучении программирования на базе Java-технологии
Введение к работе
В середине XX века проектно - технический вид культуры, сменил предыдущий тип организационной культуры. В связи с этим произошел ряд изменений в различных сферах человеческой деятельности, в том числе ив образовании, которое повлекло за собой необходимость нового качества профессионального образования. Перед системой образования стоит задача подготовки специалистов приспособленных к быстро меняющейся окружающей действительности, способных самостоятельно принимать решения и уметь прогнозировать результаты своей деятельности.
Квалифицированный работник должен быть способен не только воспринимать, хранить и воспроизводить информацию, но и продуцировать новую, управлять информационными потоками и эффективно их обрабатывать. Основными видами деятельности в различных областям стали: научно-исследовательская, научно-педагогическая, проектная, опытно- и проектно-конструкторская, технологическая, исполнительская и творческая. В связи с этим в российском образовании произошел ряд изменений, которые нашли отражение в «Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года».
Вопросами подготовки учителей в области информатики занимались ученые: Д.В. Аносов, В.И. Арнольд, А.А. Кузнецов, В.Л. Матросов, Н.Д. Никандров, И.Б. Федоров и др.
В последние годы проектно-конструкторская деятельность (ПКД) стала востребованной в профессиональной деятельности специалистов не только инженерных специальностей, но и в других сферах, в том числе в сфере образования.
В подтверждение тому можно привести тот факт, что в проекте стандартов третьего поколения по направлению «Педагогическое образование» в числе основных видов профессиональной деятельности выделяется проектная деятельность, направленная на конструирование различных видов педагогических объектов.
В настоящее время ПКД является достаточно перспективным направлением изучения, так как навыки ПКД позволяют применять их для работы с большим числом различных объектов.
С одной стороны, будущим учителям информатики освоение этого вида деятельности позволяет, самим разрабатывать педагогические объекты различных видов (например, учебные занятия, учебные программы, учебные курсы и др.), необходимые для эффективной организации учебного процесса, с другой - организовывать проектно-конструкторскую деятельность учащихся, как на занятиях, так и во внеклассной работе, что значительной степени позволяет их использовать в дальнейшей профессиональной-деятельности.
Любая деятельность, в том числе и ПКД, может успешно осу
ществляться специалистом только при условии наличия у него го
товности к ней. Согласно исследованиям М. И. Дьяченко,
Л. А. Кандыбович, Л. В. Кондрашова, К. К. Платонов,
В. А. Сластенина, Н. К. Солоповой готовность к деятельности включает в себя следующие компоненты: мотивационный, когнитивный, операциональный, эмоционально-волевой.
Несомненно, формирование готовности к подобной деятельности требует ее практической реализации. Объекты, на разработку которых направлена ПКД, могут рассматриваться в виде компьютерных моделей, реализованных различными средствами, в том числе и с помощью различных технологий программирования. Изу-
чение программирования в педагогическом вузе является одним из обязательных разделов, входящих в раздел дисциплин предметной подготовки будущих учителей информатики.
Вопросами изучения программирования в профессиональной подготовке будущих учителей информатики занимались И. Н. Антипов, Н. Б. Бальцюк, В. И. Громыко, А. П. Ершов, С. А. Жданов, М. П. Лапчик, А. В. Могилев, Н. П. Трифонов и др.
Одним из ведущих направлений в изучении программирования является изучение объектно-ориентированной технологии-программирования, имеющей ряд преимуществ при работе с объектами. В настоящее время одним из ведущих инструментов реализации ОО-технологий является Java-технология. Быстрое и широкое распространение Java-технологий; не в последнюю очередь, связано с тем, что она использует язык Java, обладающий множеством,достоинств, среди которых: простота, многопоточность, архитектурная независимость, мобильность, безопасность.
Несмотря на наличие большого количества изданий, по информатике, в том числе и посвященных изучению ОО-технологии; в частности - Java-технологии, многие вопросы преподавания этой дисциплины остаются открытыми, равно как и вопросы формирования ПКД средствами этой технологии.
Следует также отметить, что формирование готовности к ПКД будущих учителей информатики при обучении программированию представляет собой достаточно важное направление в области подготовки специалиста, так как данное направление не только способствует развитию алгоритмического мышления, но и позволяет организовать подготовку к более сложным и трудоемким этапам таким как: постановка задачи, выбор методов решения, его информационное и организационное обеспечение. В настоящее время недоста-
точно разработаны вопросы организации ПКД в процессе профессиональной подготовки будущих учителей информатики, которые, как правило, направлены на освоение отдельных форм проектной и конструкторской деятельности.
Таким образом, проблема исследования обусловлена противоречием, имеющим место, между целесообразностью и необходимостью обучения будущих учителей информатики проектно-конструкторской деятельности средствами Java-технологии, с одной стороны, и недостаточной проработанностью вопросов по организации такого вида деятельности, а именно: по приобретению опыта ее осуществления, при изучении программирования - с другой.
Целью исследования является обоснование целесообразности формирования готовности будущих учителей информатики к проектно-конструкторской деятельности средствами Java-технологии и разработка* модели, позволяющей организовать этот вид деятельности при изучении программирования в педагогическом вузе.
Объектом- исследования' является ПКД как компонент профессиональной подготовки учителя.
Предмет исследования - разработка модели формирования готовности к проектно-конструкторской деятельности у будущих учителей информатики средствами Java-технологии.
Гипотеза исследования заключается в том, что формирование у будущих учителей информатики готовности к проектно-конструкторской деятельности на основе Java-технологии при изучении программирования возможно и эффективно, если:
при изучении программирования будет организована ПКД;
создание приложения средствами объектно-ориентированного программирования (ООП) будет рассматриваться
в логике ПКД (во временной последовательности: фаза проектирования - технологическая фаза - фаза рефлексии);
3. предлагаемая модель будет основана на особенностях Java-технологии как объектно-ориентированной технологии.
Исходя из указанной цели и гипотезы исследования, были определены следующие основные задачи исследования:
проанализировать ПКД и обосновать ее структуру;
обосновать особенности содержания компонентов готовности студентов к проектно-конструкторской деятельности;
обосновать возможность и эффективность формирования готовности будущих учителей информатики к ПКД на основе Java-технологии при изучении программирования;
разработать модель формирования готовности к ПКД у будущих учителей информатики на основе Java-технологии при изучении программирования;
экспериментально проверить эффективность применения разработанной модели.
Теоретико-методологическую основу, исследования составили теоретические и экспериментальные исследования: в области философии образования, педагогики и психологии -Ю. К. Бабанский, В. П. Беспалько, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, Б. С. Гершунский, И. Я. Лернер, Н. Ф. Талызина и др.; компьютеризации и информатизации образования - Я. А. Ваграменко,
A. П. Ершов, В. А. Красильникова, А. А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов,
М. П. Лапчик, А. В. Могилев, Н. И. Пак, И. В. Роберт, В. А. Трайнев,
B. Ф. Шолохович и др.; изучения проблемы готовности к деятельно
сти - М. И. Дьяченко, Л. А. Кандыбович, Л. В. Кондрашова,
К. К. Платонов и др.; в области основ применения проектной техно
логии - Ю. В. Громыко, В. А. Никитин, В. П. Беспалько, О. Г. Прикот.
О. С. Анисимов, Н. А. Масюкова, Е. С. Полат, М. Ю. Бухаркина, С. В. Наумов, Я. Дитрих, В. В. Гузеев, А. М. Новиков и др.; формирования профессиональной компетентности преподавателя информатики в условиях информатизации образования и информационной подготовки студентов высших учебных заведений - Т. В. Добудько, С. А. Жданов, В. В. Лаптев, Е. К. Хеннер, А. А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов, В. Л. Матросов, А. В. Могилев и др.; разработки проблем содержания и методики обучения информатике -С. А. Бешенков, А. И. Бочкин, А. Г. Гейн, С. Г. Григорьев, Т. В. Добудько, Т. Б. Захарова, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, Н. И. Пак, И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер и др.; а также в области преподавания программирования в вузах С. В. Симонович, Г. Буч, П. Брусиловский, Э. И. Кузнецов, А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, В Турский, Е. В. Пышкин, И: Н. Антипов, Н. Б. Бальцюк и др.
Научная новизна исследования заключается в том, что в нем
выявлены компоненты структуры ПКД при'изучении-объектно-ориентированной технологии;
определены мотивационный, когнитивный, операционный, эмоциональный; личностный компоненты готовности будущих учителей информатики к ПКД;
исследована целесообразность использования этапов ПКД, как алгоритма решения задач средствами объектно-ориентированной технологии;
разработана модель формирования готовности будущих учителей информатики к ПКД и определены адекватные формы ее организации.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что в нем~ раскрыта специфика использования ПКД на базе Java-технологии при изучении программирования, конкретизированы
компоненты готовности студентов педвуза к ПКД, разработана модель формирования у будущих учителей информатики готовности к ПКД при изучении программирования, в которой раскрыта специфика отбора содержания, форм и методов реализации такого рода деятельности.
Практическая значимость исследования состоит в том, что его основные результаты могут быть использованы с целью модернизации профессиональной подготовки будущих учителей информатики: предложенная модель формирования ПКД может быть использована в учебном процессе при обучении программированию на основе Java-технологии, в курсе дисциплины «Программирование».
На защиту выносятся следующие положения:
Представленная временная структура ПКД, включает в себя следующие этапы: концептуальная модель объекта, умственное конструирование, графическое конструирование, реализация модели, (предметно-манипулятивное конструирование), рефлексия. Успешное осуществление такой деятельности будущими учителями информатики возможно при, условии.готовности к ней и определяется следующими компонентами: мотивационным, когнитивным, операционным, эмоциональным и личностным.
Формирование готовности будущих учителей информатики- к ПКД наиболее целесообразно осуществлять на базе Java-технологии при изучении программирования. Это возможно, так как средства ООП:
а. позволяют организовать деятельность по созданию приложений в логике ПКД (во временной-последовательности: фаза проектирования - технологическая фаза - фаза рефлексии);
b. предоставляют широкий набор базовых элементов конструирования и средства создания новых элементов. 3. Разработанная модель формирования готовности к ПКД при изучении программирования способствует развитию у будущих учителей информатики самостоятельности, повышению способностей диагностики, прогнозирования, моделирования и конструирования. С этой целью проведен отбор содержания, методов, форм и средств обучения, позволяющих наиболее эффективно организовать ПКД и изучить объектно-ориентированный язык программирования Java.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов обеспечиваются общим методологическим подходом к разработке теоретической концепции исследования, основополагающими теоретическими концепциями обучения программированию, логической непротиворечивостью проведенных рассуждений и выводов, корректным использованием комплекса апробированных методов, соответствующих предмету и задачам исследования, а также целенаправленной опытно-экспериментальной работой.
Организация и. этапы исследования. Исследование по теме проходило в течение четырех лет (2005 - 2009 гг.) и проводилось в три этапа.
На первом этапе (2005-2006 гг.) осуществлялся анализ отражения проблемы исследования в педагогической, психологической, методической, специальной литературе и диссертационных работах, выполненных ранее. Изучены подходы к преподаванию объектно-ориентированного программирования, определены объект и предмет исследования, сформулирована рабочая гипотеза, определены роль и место проектно-конструкторской деятельности в сис-
теме подготовки будущих учителей информатики при обучении программированию.
На втором.этапе (2006 - 2007 гг.) уточнялась и корректировалась модель формирования готовности у студентов педвуза к ПКД при обучении программированию на базе Java-технологии. Разрабатывались содержание и учебно-методический материал для проведения лекционных и лабораторных занятий, определялись методы их проведения, а также основные этапы.
На третьем этапе (2007 - 2009 гг.) определялись возможности разработанной модели в ходе обучения студентов по дисциплине «Программирование» с целью выявления её эффективности, анализировались полученные результаты.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения исследования-докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные технологии обучения: проблемы и перспективы» (Липецк, 2008); Второй научно-практической конференции молодых ученых «Теория и практика педагогической деятельности в условиях инновационного развития системы образования» (МПГУ, 2008); Научно-методическом семинаре «Актуальные проблемы преподавания математики и информатики в педвузе и школе» (рук. действ, член РАН, действ, член РАО В.Л. Матросов, МПГУ, 2009); заседаниях кафедры теоретической информатики и дискретной математики (МПГУ, 2006 -2009 гг.).
Внедрение результатов исследования в практику. Результаты научного исследования апробированы и использованы на базе Уссурийского государственного педагогического института в 2005 -2008 учебных годах и на базе Московского педагогического государственного университета в 2008 - 2009 учебном году .
По материалам научных исследований автором опубликовано 8 научных статей и тезисов докладов (в том числе одна статья в изданиях из перечня ВАК РФ).
Структура диссертации. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.
Понятие проектно-конструкторскои деятельности
Характерной особенностью технического отношения к миру является его конструктивность, то есть создание субъектом объекта либо в идеально-образцовой (замысел), либо в материально-образцовой (артефакт) форме.
При этом выделяются две ступени практического создания предметного мира - конструирование, подразумевающее непосредственно-практическое творение объектов, и проектирование как теоретический способ создания технических артефактов [97].
В настоящее время нет точного определения словосочетания проектно-конструкторская деятельность, поэтому рассмотрим? это понятие, анализируя его составляющие: проектная деятельность и конструкторская деятельность.
Определение «проектный» образовано от слова «проект», таким образом, проектная деятельность связывается с проектом, как деятельностью по созданию проекта, работе над проектом.
Анализ литературы показывает, что, несмотря на то, что существует множество исследований связанных с проектами [43,48,66,69,74,83,114], нет единого подхода к пониманию того, что такое проект. Слово «проект» происходит от латинского слова «oprojectus» -брошенный вперед.
В традиционном понимании «проект», существовавшее ранее в технике, строительстве и т.д.. рассматривается, как совокупность документов (расчетов, чертежей и др.).
В толковом словаре Даля под проектом понимается: 1) план, предположенье, предначертанье; задуманное, предположенное дело; 2) изложение его на письме или в чертеже [23].
Ляхов И.И. рассматривает проект как единство содержания -проектного прообраза - и его информационной (языковой) проектной формы. Он отмечает, что понятие «проект» в содержательном значении представляет собой перспективно - предметный прообраз возможного объекта, то есть реализационно направленный на будущий и. достаточно определенный прообраз, информационно-выраженный в конкретно-функциональной, языковой форме. По источнику происхождения он может быть потребным, желаемым, социально заданным, целевым и так далее.
Отмечается, что проект по своему предметному содержанию является субъективной формой конструктивной реализации- (сочетания, связи, трансформации, конкретизации, упорядочения и т.д.) объективных природных и общественных закономерностей, тенденций, явлений, индивидуальных, групповых, общественных потребностей, интересов, ценностных и целевых ориентации, социальных учений, теорий, концепций и установок [66].
Полат Е.С. понимает под проектом прототип, прообраз пред-ролагаемого или возможного объекта, состояния [114].
Под «проектом» понимают идею, которой субьект может и вправе распоряжаться как своей мыслью.
Новиков А.М дает следующее определение: «проект - это ограниченное во времени целенаправленное изменение отдельной системы с установленными требованиями к качеству результатов, возможными рамками расхода средств и ресурсов и специфической организацией [83]». Каждый проект от возникновения идеи до полного своего завершения проходит ряд ступеней своего развития. Полная совокупность ступеней развития образует жизненный цикл проекта. Таким образом, проект представляет собой завершенный цикл продуктивной деятельности: отдельного человека, коллектива и т.д.
Новиков А.М: рассматривает процесс осуществления любой продуктивной деятельности; в логической структуре самого проекта, реализуемого в определенной временной последовательности по фазам, стадиям и этапам [84]. А, следовательно, и проектная деятельность, может быть рассмотрена, в качестве продуктивной деятельности.
Технология Java как средство обучения ПКД
Формирование готовности к деятельности требует опыта ее практической реализации, для которой необходимо использование той или иной технологии. Основная задача любой технологии заключается в том, чтобы предоставить разработчикам средства решения основных проблем.
В настоящее время существует достаточное количество технологий, которые предоставляют широкий набор средств и методов для организации ПКД. В том числе, в настоящее время широко используются и различные компьютерные технологии, в частности технологии программирования.
Программирование определяется как «теоретическая и практическая деятельность по обеспечению программного управления обработкой данных, включающая в себя создание программ, а также выбор структур и кодирование данных [119]».
Процесс программирования сводится к записи алгоритма на понятном для компьютера языке. При этом, языки программирования высокого уровня, выступают в качестве основных инструментов для создания программных продуктов. Их изучение в учебном процессе имеет двойное применение: во-первых, как средство программирования учебных задач; во-вторых, как объект изучения.
Методы программирования подразумевают правильное и эффективное использование механизмов языков программирования. Одной из тенденций развития методов программирования является развитие и совершенствование языков программирования высокого уровня.
В соответствии с выбранным языком программирования и реализуемыми им принципами программирования, рассматриваются различные стили программирования как способ построения прозграмм. Выделяют пять основных стилей программирования [47]:
1. Процедурно-ориентированный (алгоритмы).
2. Объектно-ориентированный (классы и объекты).
3. Логически ориентированный (исчисление предикатов).
4. Ориентированный на правила (правила "если ... то").
5. Ориентированный на ограничения (инвариантные соотношения).
Язык программирования выполняет три основные функции, а именно он выступает как:
инструмент проектирования,
средство выражения мыслей программиста, средство формирования инструкций для ЭВМ.
В настоящее время создано более 3000 различных языков программирования. Это объясняется тем, что каждый язык программирования служит разным целям, и выбор определяется пригодностью для данного компьютера и данной задачи и удобством пользователя. Кроме того, новые языки разрабатывались для решения все более усложняющихся задач, а также в связи с созданием новых компьютерных систем.
Содержание модели формирования готовности к ПКД студентов педвуза при изучении программирования на базе Java-технологии
Поскольку реализация модели формирования готовности к проектно конструкторской деятельности происходит при обучении программирования, то необходимо рассмотреть трактовку термина программирование.
Программирование - это 1) этап решения задачи на ЭВМ, состоящий в разработке программы в соответствии с алгоритмом решения задачи, ее отладке и дальнейшем развитии программы в ходе ее применения; 2) раздел информатики, изучающий методы и приемы построения, отладки и развития программ для ЭВМ [57.С.166].
Отбор содержания подготовки будущих учителей информатики при изучении программирования основывается на классификации парадигм программирования, приведенной нами в схеме 5 (см.схему 5) [77].
Парадигма - это система устойчивых, стабильных, понятных всем специалистам данной области знаний, которые «имеют право» быть зафиксированными в учебниках [57, с.8б]. Выделение определенного и минимального набора понятий, которые составляют парадигму, связано с тем, что без их усвоения невозможна успешная педагогическая деятельность преподавателя в школе и в вузе.
Знание различных парадигм программирования в настоящее время необходимо будущим учителям информатики. Лаптев В.В. и Швецкий М.В. предлагают изучение парадигм программирования в соответствии с хронологией их возникновения, т.е.: императивная парадигма, функциональная парадигма, продукционная парадигма, хорновская парадигма, объектно-ориентированная парадигма, парадигма конкурентного программирования. Федюшин Д. рассматривает трехэтапный курс информатики:
логическое программирование;
процедурное программирование;
объектно-ориентированное программирование.
Такое изучение программирования, основывается на том, что смена процедурной парадигмы на объектную - процесс столь же болезненный, как и на логическую, но при цепочке «логическая - процедурная - объектная» смена парадигм у студентов значительно облегчается [57, с. 181].
