Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Визуальное программирование в структуре подготовки будущих учителей информатики 10
1.1. Технологии программирования 10
1. О сложности программного обеспечения 11
2. Операциональное программирование 13
3. Нисходящее проектирование, структурное и модульное программирование 16
4. Объектно-ориентированное программирование 21
5. Визуальное программирование 26
6. Компонентное программирование 29
7. Жизненный цикл программного обеспечения 33
8. CASE-технологии (Computer Aided Software Engineering - автоматизация разработки программного обеспечения) 36
9. Нелинейность развития технологий программирования 38
1.2. Структура профессиональной деятельности учителя информатики в условиях информатизации образования 46
1.3. Место курса «Визуальное программирование» в системе подготовки будущих учителей информатики 61
1 А. Выбор среды для обучения визуальному программированию будущих учителей информатики , 70
Глава 2. Проектирование и разработка содержания обучения визуальному программированию в среде Delphi 75
2.1. Принципы отбора содержания курса «Визуальное программирование» 75
2.2. Содержание курса «Визуальное программирование (среда программирования Delphi)» 79
2.3. Этапы усвоения понятий курса «Визуальное программирование» 88
2.3.1. Первый этап - «Введение в среду программирования Delphi» 92
2.3.2. Второй этап-«Метод проектов» 106
2.3.3. Третий этап - «Курсовые проекты» 112
Глава 3. Педагогический эксперимент 118
Заключение 125
Литература 126
Приложения 138
- Технологии программирования
- Принципы отбора содержания курса «Визуальное программирование»
- Педагогический эксперимент
Введение к работе
Информатизация как решающий фактор развития современного общества требует подготовки квалифицированных кадров, способных использовать в своей профессиональной деятельности все достижения современной информатики, информационных технологий.
Среди современных информационных технологий программирование занимает особую роль. В технологиях программирования в определенной степени синтезируются все достижения информатики на каждом этапе ее развития. Визуальное программирование - одна из современных технологий программирования. В ее основе лежит объектно-ориентированный подход к описанию процессов (явлений), который, по утверждению ряда исследователей, является одним из наиболее эффективных и удобных средств, используемых сегодня программистами для создания больших программных систем. Кроме того, при визуальном программировании учитывается вероятностная природа решаемых задач, что, естественно, более соответствует реальной действительности.
Навыки программирования в среде визуального программирования в настоящее время становятся перспективным компонентом профессиональной деятельности преподавателя информатики. Это обусловлено следующими обстоятельствами.
1. В школьном образовании осуществляется переход к многоэтапной структуре обучения информатике, состоящей из трех этапов: пропедевтического, базового и профильного. При это подготовка по информатике учащихся старших классов, чья дальнейшая профессиональная деятельность будет связана с программированием ведется в рамках соответствующего профильного курса. Его содержание включает и знакомство с принципами и технологиями программирования, среди которых визуальное программирование занимает ведущее место. Это определяет необходимость подготовки в данной области учителей информатике в педвузе.
2. Навыки программирования в среде визуального программирования
дают возможность учителю информатики разрабатывать на
профессиональном уровне обучающие, демонстрационные, контролирующие
программы и другие программные педагогические средства (ППС). Помимо
этого, овладение технологией разработки программ в современных системах
программирования обеспечивает учителю возможность модификации
имеющихся программных средств учебного назначения.
3. Одна из тенденций развития современной системы образования -
переход к системе непрерывного образования. Среди наиболее
перспективных средств реализации непрерывного образования следует
назвать дистанционное обучение. Знания, умения и навыки, полученные при
изучении технологии визуального программирования, обеспечивают учителя
информатики возможностью разработки собственных курсов
дистанционного обучения, и, таким образом, способствуют реализации
функции учителя как организатора применения НИТ в обучении.
4. Навыки программирования в среде визуального программирования
повышают профессиональный уровень использования современных
прикладных программ, позволяя конструировать для них надстройки,
применимые в реальной практике преподавания. Например, разработать
макрос в Табличном процессоре Excel, автоматизирующих деятельность по
обработке экспериментальных данных.
Таким образом, актуальность исследования определяется потребностью в совершенствовании подготовки учителя информатики, связанного с необходимостью обучения их визуальному программированию как компонента современной профессиональной подготовки.
В исследованиях, посвященных структуре и содержанию профессиональной подготовки будущих учителей информатики в педагогических вузах (С.А. Жданов, Э.И. Кузнецов, Н.И. Рыжова, В.И. Пугач, Т.А. Лавина, MB. Швецкий и др.) раздел программирования выделен как самостоятельный и подлежащий изучению.
В частности, в диссертации М.В. Швецкого рассматривается содержание учебных дисциплин, связанных с программированием, выделяется курс под названием «Визуальное программирование», рассматриваются его взаимосвязи с другими предметами.
Однако существующие исследования, посвященные изучению визуального программирования, затрагивают только некоторые аспекты методики преподавания визуального программирования. Так, в работе В.А. Касторновой среда визуального программирования рассматривается как средство создания мультимедийных обучающих программ, В.А. Толкачев строит систему упражнений по императивному программированию, касаясь
* вопросов программирования в среде Delphi, Е.В. Баранова проектирует
объектную модель содержания обучения созданию приложений баз данных в
среде Delphi и т.д.
Анализ исследований в области методики преподавания
программирования показал, что вопросы преподавания курса «Визуальное
,0 программирование» в высшем педагогическом учебном заведении не
рассматривалась.
Проблема исследования определяется противоречием между объективной потребностью в совершенствовании содержания подготовки по информатике, определяемой возрастающей ролью изучения визуального программирования для формирования ряда компонентов профессиональной деятельности современного учителя информатики, и содержанием существующей системы профессионального образования учителя информатики.
Объектом исследования система профессиональной подготовки будущих учителей информатики в условиях применения современных
# информационных технологий.
Предметом исследования является методика обучения визуальному программированию.
#
Целью данного исследования является проектирование курса «Визуальное программирование» для студентов факультетов информатики педвузов, а также отбор методов и форм обучения данному курсу.
В основу диссертационного исследования была положена следующая гипотеза: эффективная методика обучения визуальному программированию может быть построена, если содержание обучения курсу "Визуальное программирование" будет определяться с позиций развития технологий программирования, основано на системе учебных задач, ориентированных на профессиональную деятельность учителя информатики.
Цель диссертационного исследования потребовала решения
следующих задач:
обосновать место и роль курса «Визуальное программирование» в профессиональной подготовке будущих учителей информатики;
определить принципы отбора содержания курса;
разработать содержание и структуру курса «Визуальное
:« программирование в среде программирования Delphi» для студентов
педагогического вуза, будущих учителей информатики;
обосновать методы обучения данному курсу;
провести эксперимент по внедрению курса в систему подготовки
учителей информатики.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы
исследования: изучение и анализ философской, методической, психолого-
педагогической и профессиональной литературы по проблеме исследования;
анализ учебной документации педагогических вузов и общеобразовательных
учреждений; диагностические методы (анкетирование, интервьюирование);
наблюдение за деятельностью и изучение результатов деятельности
i# студентов на занятиях; проведение педагогического эксперимента.
В основу исследования положены следующие теоретико-методологические основания и источники:
(ф
работы педагогов в области формирования содержания образования (СИ. Архангельский, Н.В. Кузьмина, А.И. Пискунов, В.А. Сластенин и др.);
работы в области методологии и методики обучения информатике (Т.А. Бороненко, И.Б.Готская, Т.В. Добудько, М.М.Жалдак, А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, М.П. Лапчик, И.В. Марусева, ЮА.Первин, В.И.Пугач, A.M. Пышкало, Н.И. Рыжова, М.В.Швецкий и др.);
работы в области технологий программирования (Г, Буч, Ф. Брукс, Э. Йодан, Б.Страуструп, Э. Дейкстра и др.).
Организация исследования. Исследование проводилось в несколько этапов. На первом этапе (1998-1999 гг.) исследования, связанного с констатирующим и частично с поисковым экспериментом, проводился теоретический анализ психолого-педагогической и методической литературы с целью определения степени разработанности проблемы, наблюдение за процессом обучения визуальному программированию в педагогическом вузе. В результате этого изучения выявлена актуальность исследования, сформулирована гипотеза исследования, уточнены цели и задачи изучения курса «Визуальное программирование» в педагогическом вузе.
На втором этапе (1999-2000 гг.) производился отбор материала для построения системы обучения визуальному программированию: подбор материала и создание на его основе текстов лабораторных работ и учебных файлов. Основной целью было проведение отбора содержания обучения по курсу «Визуальное программирование», а также разработка системы лабораторных работ по этому курсу.
На третьем этапе (2000-2001 гг.) исследования выполнялась корректировка и усовершенствование методики преподавания информатики. Проведен контрольно-оценочный педагогический эксперимент с целью проверки справедливости гипотезы, выполнена обработка результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоит в построении содержания курса "Визуальное программирование", исходя из
анализа тенденций развития компонентов деятельности учителя информатики.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработана и внедрена в учебный процесс методика обучения курсу «Визуальное программирование», элементы которой могут быть применены при изучении визуального программирования в старших классах учебных заведений математического и естественнонаучного профилей.
На защиту выносятся следующие положения-.
1. Одно из направлений дальнейшего повышения эффективности
профессионально-педагогической подготовки будущих учителей
# информатики связано с внедрением курса «Визуальное программирование» в
цикл предметов по программированию.
2. В системе подготовки будущих учителей информатики изучение
языков программирования целесообразно осуществлять с позиций развития
технологий программирования.
._ 3. Разработанная методика обучения курсу «Визуальное
программирование» ведет к повышению качества теоретической и практической подготовки студентов по информатике и создает предпосылки для овладения ими методикой преподавания данного курса в школе.
Формирование состава и структуры методической системы обучения визуальному программированию базировалось на анализе опыта экспериментальной работы, которая проводилась на базе Вятского государственного педагогического университета (ВГПУ) в 1998-2001 гг.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов
проведенного исследования обеспечиваются использованием
предшествующих научно-обоснованных результатов психолого-
педагогических и методических исследований; выбором
взаимодополняющих методов педагогического исследования,
соответствующих поставленным задачам; применением статистических
методов обработки данных педагогического эксперимента, а также
положительными результатами эксперимента, нашедшими применение в конкретном образовательном процессе.
Апробация результатов работы. За период с 1998 по 2001 год основные положения диссертации внедрялись в практику в форме педагогической экспериментальной работы на факультете информатики Вятского государственного педагогического университета, через опубликованные автором работы, выступления с докладами на I областной конференции учителей и преподавателей информатики Кировской области «Преподавание информатики в школе» (1999 г.), на 51-й научной сессии по итогам научно-исследовательской работы за 1998 год в ВШУ (секция теории и методики обучения в высшей и средней школе, 1999 г.), межвузовской научно-практической конференции «Активизация познавательной деятельности студентов» (2000 г.) и на 53-й научной сессии по итогам научно-исследовательской работы за 2000 год в В ГПУ (секция теории и методики обучения информатике в высшей и средней школе, 2001 г.).
Технологии программирования
«Программирование - это теоретическая и практическая деятельность по обеспечению программного управления обработкой данных, включающая создание программ, а также выбор структуры и кодирования данных» [97, с. 303].
В информатике существовало и существует «как бы» два программирования: теоретическое и практическое. Первое - удел математиков и, иногда, «действующих студентов» факультетов ВМИК классических университетов. Второе, практическое программирование - есть сочетание специальных знаний, аналитических способностей ума и здравого смысла, другими словами - искусство непосредственной разработки программ. В параграфе речь пойдет о программировании с точки зрения практике разработки программ.
Чем же занимается программист? Есть задача или проблема. В первую очередь, программист должен определить возможность ее решения и выбрать соответствующий метод (анализ), затем он определяет ключевые концепции, в терминах которых выражается решение задачи {проектирование), и, тем или иным способом доказав достаточную правильность алгоритма и предусмотрев возможность ее изменения на этапе сопровождения, воплощает ее решение в программе {программирование). Таким образом, в укрупненном виде мы видим три этапа: до программирования, программирование и после программирования. Причем в отличие от других видов человеческой деятельности, где разработка и проектирование изделия отделены от его производства, в программировании эти этапы совмещены.
Программы невещественны, что затрудняет понимание того, что создание программы есть процесс конструирования инженерного изделия. Отличие программы, например, от некоторой механической системы, в том, что число взаимодействующих частей в программе настолько велико, что не поддается никакому разумному объяснению и проверить работу этой программной системы, перебирать все возможные способы взаимодействия ее частей немыслимо даже на сверхбыстродействующих компьютерах в разумные сроки. Решение этой проблемы состоит в создании технологий, обеспечивающих создание качественного и надежного продукта.
В словаре иностранных слов и выражений «технология» определяется как «совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, форм сырья, материала или полуфабриката в процессе производства продукции или наука о способах воздействия на сырье, материалы или полуфабрикаты соответствующими орудиями производства» [112, с.474]. В нашем случае технология должна поддерживать все этапы работы программист о которых речь шла выше, ибо технология в данном случае есть искусство, мастерство изготовления, конструирования систем обработки данных.
Программным проектам присуща сложность, что является не случайным, а скорее необходимым свойством. Сложность программного обеспечения определяется различными причинами: «сложностью реальной предметной области, из которой исходит заказ на разработку; трудностью управления процессом разработки; необходимостью обеспечить достаточную гибкость программы, а также неудовлетворительными способами описания поведения больших дискретных систем» [20, с.22]. Эти причины приводят к увеличению программного кода. По количеству содержащихся в программе строк программы Э. Иодан [51 ] выделяет пять уровней сложности программного обеспечения (табл. 1.1.1).
Принципы отбора содержания курса «Визуальное программирование»
При отборе содержания курса «Визуальное программирование» мы будем основываться на методических принципах отбора, перечисленных ниже.
1. Принцип соответствия целям обучения будущих учителей информатики.
Цели обучения определяются той деятельностью, которую предстоит выполнять будущему специалисту ( 1.2). Цели обучения определяют и содержание обучения.
2. Принцип учета соотношения науки и учебного предмета.
Учебные планы подготовки учителя информатики должны строиться с учетом предмета информатики как научной дисциплины.
Как известно, Computer Science, как группа учебных, научных и практических дисциплин, связанных с прикладной математикой, информационными технологиями, компьютерами, а также со смежными областями, в которых используется вычислительная техника, включает в себя следующие направления развития: компьютерная математика, программирование, архитектура вычислительных систем, операционные системы, базы данных, сети, информационная безопасность, компьютерная графика, искусственный интеллект, мультимедиа, взаимодействие человека и компьютера.
Визуальное программирование, представляющее предметную область «Программирование», является связующим звеном для целой системы курсов, представляющих науку Информатика.
Однако, проблему соотношения учебного предмета и отрасли научного знания нельзя решить простым переложением научных знаний в форму, доступную учащемуся. При отборе содержания курса «Визуальное программирование» будем опираться на следующие принципы необходимости учета соотношения науки и учебного предмета: принцип дидактической изоморфности [88, 1986] основные структурные элементы и смысловые единицы соответствующего раздела информатики переходят в учебную дисциплину переосмысленными в дидактическом плане. При дидактической обработке научной системы знаний - сохранение основных элементов теории и создание условий для раскрытия природы этих элементов и характера связи между ними.
принцип содержания и обучения [128, с.24] необходимость объединения в содержании отдельных дисциплин между собой в целях создания в итоге обучения в сознании будущего учителя целостной научной картины мира, служащей научной основой его последующей педагогической деятельности.
принцип перспективности [128, с.24] в содержание обучения следует включать не только те разделы информатики, которые важны сейчас. Но и те, относительно которых есть основания думать, что они будут развиваться в ближайшем будущем или будут основой будущих разделов науки. Реализация этого положения позволит развивать мышление будущего учителя так, чтобы он впоследствии сам мог осваивать новые разделы информатики, которые ему, быть может, в будущем придется преподавать в школе, даже если он их сейчас не изучает.
принцип минимизации [88, 1986] содержание дисциплины должно содержать необходимый минимум информации. Возрастающий объем информации, изменяющееся содержание научных областей требует тщательного отбора учебного материала.
3. Принцип профессионально педагогической направленности обучения информатике. Концепция профессионально-педагогической направленности обучения раскрывается с помощью следующих принципов [88, 1986]:
Принцип фундаментальности - необходима фундаментальная подготовка, обеспечивающая ему действенные знания в пределах, далеко выходящих за рамки ШКИ. Эта фундаментальность является не целью, а средством подготовки учителя, а поэтому должна быть согласована с нуждами приобретаемой профессии
Принцип бинарности. Основу построения курса информатики в педвузе составляет объединение общенаучной и методической линий.
Педагогический эксперимент
«Экспериментом в науке называется изменение или воспроизведение явления с целью изучения его в наиболее благоприятных условиях» [45, с. 127].
Педагогический эксперимент представляет собой специально сконструированный учебно-воспитательный процесс, дающий возможность изучения и проверки педагогических воздействий в контролируемых и поддающихся учету условиях [109].
Временные рамки педагогического эксперимента можно обозначить как 1998-2001 годы.
Экспериментальное исследование проводилось на различных уровнях учебного процесса Вятского государственного педагогического университета:
в рамках спецкурса «Технологии программирования» со студентами V курса математического факультета в 1998-1999 учебном году,
в рамках курса «Языки и методы программирования» со студентами III курса факультета информатики в 1999-2001 учебных годах.
С целью разработки методики совершенствования профессионального мастерства будущих учителей информатики автором был проведен эксперимент, который включал следующие компоненты:
1) диагностический - предполагающий
2) организационный - содержащий разработку особой организации процесса профессионального совершенствования, где будущий учитель информатики становится активным субъектом педагогической деятельности.
В исследовании принимало участие 104 студента факультета информатики и 176 студентов математического факультета Вятского государственного педагогического университета, где автор продолжает в настоящее время практическое преподавание информатики.
Основной задачей экспериментальной работы было создание методики преподавания курса «Визуальное программирование» для будущих учителей информатики с целью подготовки их к последующей профессиональной деятельности.
Перечислим цели, которые предполагалось достичь в ходе экспериментально-педагогического исследования.
1. Исследовать состояние проблемы преподавания профильных курсов информатики в средних учебных заведениях различного типа
2. Выполнить содержательную и методическую проработку процесса преподавания курса «Визуальное программирование».
2. Разработать систему учебных задач, экспериментально оценить их эффективность, отобрать и внедрить те из них, которые наиболее соответствуют целям и задачам обучения, обобщить.
3. Проверить эффективность разработанной методики.
На предварительном этапе исследования изучалась структура профессиональной подготовки специалистов по обучении информатике в современных условиях средней школы.
Чтобы выяснить проблемы подготовки учителей информатики, было проведено анкетирование учителей информатики нескольких школ, лицеев, учебных производственных комбинатов г. Кирова. Вопросы анкеты приведены в приложении 7.
В анкетировании приняло участие 19 человек, среди которых 7 человек начали работу в 1985-1986 годах, т.е. с момента внедрения информатики в курс средней школы.
Результаты самооценок позволят сделать охарактеризовать развитие и проявление основных профессиональных качеств учителей информатики.
Все преподаватели не зависимо от стажа работы считают себя готовыми к преподаванию программирования на базовом уровне изучения информатики в школе. Относительно готовности к преподаванию на уровне глубокого и профильного изучения программирования, то оценивают как достаточные только 3 человека, как удовлетворительные - 9 человек, как неудовлетворительные - 7. Большинство человек (16 человек) не испытывают трудностей при преподавании программирования, в 3 школах курс информатики не предполагает изучение программирования, изучением темы алгоритмизации. При ответе на 6 вопрос анкеты большинство учителей (18) высказали мнение о том, что «без сомнения следует изучать современные технологии программирования» (4 учителя преподают для учащихся 10-11 классов визуальное программирование).
Интервьюирование студентов - будущих учителей информатики проводилось для проверки, уточнения данных, полученных в результате анкетирования, а также для получения дополнительной информации по невыясненным вопросам.
