Методические особенности формирования готовности будущего учителя информатики к разработке и использованию компьютерных игр в обучении алгоритмизации и программированию

В современной системе образования прослеживается тенденция повышения значимости обучения разделам курса информатики, связанным с алгоритмизацией и программиро- ванием, которым на сегодняшний день в школе недостаточно уделяется внимания. Данная тенденция определяется, на наш взгляд, двумя обстоятельствами. Первое: запрос современного информационного общества на подготовку кадров для ИТ-индустрии и наукоемких предприятий означает смещение акцента в образовании на приоритетную подготовку выпускников школы с технико-ориентированной направленностью [15]. Необходимость цифрового развития общества приводит к тому, что руководители сектора ИТ-индустрии проявляют большой интерес к школьной информатике, настоятельно ожидают ее возврата к более качественному обучению алгоритмизации и программированию учащихся [2]. Второе: основные цели, отраженные в Национальной доктрине развития системы образования в Российской Федерации на период до 2025 года, внедрение в систему образования ФГОС нового поколения, которые базируются на деятельностном подходе (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, Д.Б. Эльконин, П.Я. Гальперин и др.), приоритетно направлены на формирование гармоничной, всесторонне развитой личности и создание максимально благоприятных условий для выявления и развития интеллектуально-творческих способностей каждого обучающегося [15; 17]. В решении данной задачи важная роль в современной системе образования отводится курсу информатики [3].

К основным целям школьного курса информатики относится формирование у учащихся:

– информационного мировоззрения (системы взглядов, связанной с миром информации, поисками своего места в данном мире) [2];

– информационной культуры, фундаментом которой является операционный стиль мышления (А.П. Ершов, Г.А. Звенигородский, Ю.А. Первин, А.А. Кузнецов и др.) [3; 15].

Операционный стиль мышления характеризуется следующими умениями: разделения описаний сложных действий на простые составляющие для достижения поставленных целей; планирования своих действий при использовании ограниченных наборов инструментов; построения информационной модели для описания объектов; четкого формулирования своих мыслей и др. [12]. Развитию данных способностей напрямую способствует обучение темам алгоритмизации и програм-

мирования, которые позволяют уже с раннего школьного возраста развивать операционный стиль мышления учащихся при творческом решении практических задач. Сегодня имеется много исследований, показывающих важность обучения данным темам: А.П. Ершов, С.А. Бешенков, А.Г. Гейн, Г.А. Звенигородский, Я.А. Кириленко, А.А. Кузнецов, А.Г. Кушниренко, Е.А. Ракитина, А.Ю. Федосов, Д.Г. Жемчужников, В.Е. Жужжалов, П.В. Никитин, Л.В. Парменова и многие другие [2; 6; 11; 13; 16 и др.].

Анализ школьных учебно-методических комплексов «Информатика» (Л.Л. Босовой, Е.А. Еремина, К.Ю. Полякова, И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера, Н.Д. Угриновича и др.) позволяет выявить основные цели при обучении темам алгоритмизации и программирования. Например, К.Ю. Поляков отмечает, что в школьном курсе информатики много внимания уделяется формированию:

• –    информационной и алгоритмической культуры;

• –    представлений о компьютере как универсальном устройстве обработки информации;

• –    умений составления и записи алгоритмов для конкретных исполнителей;

• –    представлений об основных алгоритмических конструкциях (линейная, условная, циклическая);

• –    представлений о логических значениях, операциях при знакомстве с выбранным языком программирования и др. [13].

При этом в школах при обучении основам алгоритмизации и программирования используются различные процедурные, объектно-ориентированные языки программирования. Учителю информатики важно уметь ориентироваться в них, чтобы преподавать программирование на различных языках, при этом ему нужно знать основы веб-программирования, компьютерного моделирования, уметь самому разрабатывать и использовать программные средства обучения и электронные образовательные ресурсы.

Несмотря на важность курса информатики и востребованность знаний, связанных с темами алгоритмизации и программирования, сегодня прослеживается снижение интереса у школьников к обучению программированию. В преодолении этой проблемы на первый план выходят интерактивные и игровые методы и технологии [4], основанные на геймификации в обучении, когда в неигровой образовательный процесс внедряются игровые компью- терные механики [7]. Среди них особую роль играют интерактивные компьютерные игры, которые выступают полноправными субъектами образовательного процесса и относятся к эффективным инструментам активизации познавательной деятельности обучающихся.

Компьютерные игры позволяют обеспечивать высокую мотивацию обучающихся к изучению информатики; организовывать обучение в ходе интерактивного диалога; повышать продуктивность обучения программированию и другим сложным темам по информатике; приобретать навыки планирования собственной деятельности; эффективнее накапливать знания в процессе игровой деятельности; повышать осознание накопленных знаний и встраивать их в сумму уже имеющегося у учащихся опыта [9; 11]. Вопросы использования и разработки компьютерных игр как средства обучения, направленного на повышение мотивации учащихся, рассматривались в трудах И.Г. Белавиной, Л.М. Дергачевой, О.Р. Ельмикеева, Д.Г. Жемчужникова, О.Ю. Заславской, А.Л. Катковой, П.В. Никитина, Л. Абрамса, М. Хэбгуда и др.

Интерактивные возможности компьютерных игр обеспечиваются за счет эффективной обратной связи с учащимся при использовании различных вариантов реакции компьютерной игры на действия пользователя (комментарии и подсказки, рекомендации по дальнейшей работе, постоянный доступ к справочной и разъяснительной информации, инструменты контроля и корректировки действий учащихся и т. д.) [9–10].

Сегодня существует множество обучающих компьютерных игр, которые разрабатываются как большими корпорациями, так и учителями информатики. Выделим основные виды популярных компьютерных игр, позволяющих активизировать познавательную деятельность учащихся:

• –    приключенческие (quests) игры, в которых общение с компьютером идет в режиме диалога;

• –    аркадные (arcade) игры, где герой обычно движется по единственно заданному пути;

• –    боевики (actions), в них учащийся сам является действующим лицом;

• –    головоломки (puzzle), основная задача которых – решение головоломки, шарады, ребуса, собирание картинки из множества ее элементов;

• –    имитаторы (simulation), где имитируется некоторая учебная ситуация;

• –    стратегии (strategy), в которых отрабатываются принципы ведения военных операций в целом;

• –    традиционные (например, шахматы, домино, карты и др.) [9].

Анализируя существующие интерактивные компьютерные игры, особо отметим игры для обучения программированию, среди которых можно выделить две категории: обучающие игры для новичков (например, Codecombat , Ruby Warrior , JavaRush , Колобот и др.) и игры для развития уже имеющихся навыков и умений учащихся, продвинутых в программировании (например, Screeps (https://screeps. com), CodinGame , Codewars [8].

Для создания компьютерных игр сегодня имеется большой арсенал средств. На сегодняшний день учителя информатики активно используют для создания компьютерных игр Flash, Java, HTML, CSS, JavaScript, различные языки программирования, игровые движки, среды визуальной разработки компьютерных игр и др. [5].

Особой популярностью в образовательном пространстве пользуются среды визуальной разработки компьютерных игр, где не требуется высокая квалификация в области программирования и существенно сокращается время на разработку игр. Под визуальной средой разработки компьютерных игр понимаются игровые движки (центральные программные компоненты игры, обеспечивающие основные технологии по запуску игры, взаимодействию с операционной системой и др.) и конструкторы игр (игровые движки с визуальным программным интерфейсом). В данных средах имеется возможность с помощью меню визуального редактора создавать игры без написания текста компьютерных программ на языке программирования. Текст программы создает автоматически конструктор игры в визуальном редакторе, его можно при необходимости смотреть и править, что позволяет создавать компьютерные игры в образовательных организациях и встраивать их в учебный процесс [9]. Многие подобные среды доступны в сети Интернет бесплатно. Примерами могут служить среды StencylWorks (www.stencyl. com); Game Editor 1.40 (; популярная в российских школах среда создания трехмерных игр и миров Kodu (https://www. , бесплатная визуальная среда Scratch .

Рассмотрим подробнее среду Scratch («Скретч»), которая позволяет осуществлять пропедевтику идей параллельного программирования для начальной и основной общеобразовательной школы. Для создания программных продуктов в «Скретч» имеются объектно-ориентированный язык программирования высокого уровня; движок языка; система помощи; большой набор готовых проектов по разной тематике; готовые каталоги (рисунки и звуковые файлы); графический редактор (создание анимированных спрайтов); встроенные музыкальные инструменты для создания музыкальных произведений (128 звуков и столько же инструментов музыкального синтезатора) [1]. В данной среде программы можно составлять из графических блоков, которые собраны в специальные разделы, с описанием их общего поведения, причем эти описания могут быть представлены на русском языке.

Анализ научных работ и педагогической практики показал, что на сегодняшний день в обучении программированию существует два подхода использования потенциала компьютерных игр:

• а)    использование созданных профессиональными командами разработчиков или самими учителями информатики компьютерных игр как средства обучения (А.М. Бершадский, О.Р. Ельмикеев, А.В. Катаев, А.Л. Каткова, П.В. Никитин и др.) [1; 5; 8; 11];

• б)    обучение программированию на основе создания компьютерных игр самими обучающимися в процессе обучения (Д.Г. Жемчужников, О.Ю. Заславская, М.С. Хоменков, А.Ю. Федосов и др.) [1; 6; 15; 16].

Для эффективного обучения программированию школьников у учителя информатики должна быть сформирована готовность к разработке и использованию компьютерных игр в обучении информатике. Учитывая анализ педагогической практики и научных подходов к пониманию готовности (В.В. Сериков, В.А. Сластенин, Д.Н. Узнадзе, Т.И. Чечет и др.), мы рассматриваем готовность будущего учителя информатики к разработке и использованию компьютерных игр в обучении информатике как одну из важных целей подготовки учителя информатики в педагогическом вузе. Под данной готовностью будем понимать динамично развивающуюся систему качеств, мотивов, знаний, умений, навыков и опыта будущего учителя информатики, которая обеспечивает результативность его профессиональной деятельности при организации обучению информатике, в том числе теме ал- горитмизации и программирования, с использованием компьютерных игр как интерактивных инструментов управления познавательной деятельностью обучающихся.

Структурная модель данной готовности включает три составляющих: когнитивнооперациональную (знания о месте и роли компьютерных игр в учебном процессе, потенциале компьютерных игр в обучении информатике, вариантах реализации обучения с использованием компьютерных игр, в том числе реализации обучения в процессе создания учащимися компьютерных игр); инструментальнодеятельностную (умения и навыки работы с компьютерными играми, опыт разработки компьютерных игр, умение соотнести педагогическую задачу с возможностями компьютерных игр, владение методами обучения с помощью компьютерных игр); рефлексивнотворческую (рефлексия собственных личных и профессиональных возможностей в области преподавания с использованием компьютерных игр, направленность на реализацию своего творческого потенциала и потенциала учеников).

В Волгоградском государственном социально-педагогическом университете на факультете математики, информатики и физики уже несколько лет ведется активная работа по изучению студентами образовательного потенциала компьютерных игр; технологий создания и использования компьютерных игр; разработки вариантов применения компьютерных игр в рамках подхода смешанного обучения и апробации их в ходе педагогической практики в школе. Формирование готовности будущего учителя информатики к разработке и использованию компьютерных игр проводится в рамках таких курсов, как «Инфор- мационные технологии в образовании», «Разработка электронных образовательных ресурсов», «Программирование», «Высокоуровневые методы программирования», «Основы робототехники», «Практикум по решению задач на ЭВМ», и далее разработки студентов обсуждаются в курсе «Методика обучения информатике». В рамках дисциплины «Методика обучения информатике» при изучении вопросов преподавания тем алгоритмизации и программирования на занятиях со студентами обсуждается модернизированная схема построения урока, в которую включается творческая часть, содержащая варианты использования компьютерных игр на уроках как средства обучения или создания компьютерных игр самими учащимися. Дальнейшая апробация разработок студентов происходит в ходе педагогической практики.

В качестве примеров приведем разработанные студентами авторские интерактивные компьютерные игры.

Рассмотрим авторскую игру “Player” (аркадного вида), разработанную студентами в рамках выпускной квалификационной работы для использования ее в качестве средства обучения программированию в основной и старшей школе. Данная игра демонстрирует пример комплексного задания, в котором учащиеся решают наглядные практические задачи, позволяющие понять идею и базовые принципы объектно-ориентированного программирования при изучении базовых программных конструкций языка Delphi [8]. В данной игре главный персонаж по имени Player стремится достигнуть последнего уровня при движении по специальным меткам в процессе преодоления различных по уровню сложности препятствий (рис. 1).

Рис. 1 . Пример игрового поля одного из уровней разработанной студентами компьютерной игры, обучающей основам программирования

Рис. 2. Пример разработанной студентами игры «Лабиринт» с выведенным кодом спрайта

Правила игры:

1. Задача пользователя, управляя кнопками «стрелки», гривести спрайт «обезьяна» к центру лабтринта, где располагаются бананы.

2. Существует два условия: обезьяна не должна касаться стенок лабтринта и не должна дотронуться льва, если они будут не соблюдены, обезьяна скажет «ой» и игра начнется сначала.

Рис. 3. Пример разработанной студентами игры «Мат в 2 хода» (1 – игровое поле, 2 – кнопки настройки, 3 – кнопки выбора хода)

Далее рассмотрим примеры двух игр, разработанных студентами на занятиях дисциплины «Практикум по решению задач на ЭВМ», для обучения программированию младших школьников на основе создания компьютерных игр самими учащимися в процессе обучения.

Первая игра – «Лабиринт», разработана в описанной выше среде «Скретч» [1]. На рис. 2

показана область начала игры, где располагаются лабиринт, спрайты «Обезьяна», «Банан» и «Лев», справа выведены для наглядности код спрайта «Лев» и правила игры.

Вторая игра предназначена для интегрированных уроков по информатике и шахматам. В старшей школе примерной программой отводится 12 уроков на изучение раздела «Программирование обработки информации» [14].

Данные уроки распределены между темами «Алгоритмы, структуры алгоритмов, структурное программирование», «Программирование линейных алгоритмов», «Логические величины и выражения, программирование ветвлений», «Программирование циклов», «Подпрограммы» [16]. По каждой теме учащиеся могут разрабатывать программы не к скучным для них математическим задачам, а для игры в шахматы в процессе изучения основ алгоритмизации и программирования и правил игры в шахматы. Критерии оценивания результатов индивидуальной интеллектуально-творческой деятельности обучающихся при подобной работе – правильность, соответствие поставленной задаче, использование знаний, навыков и методов, скорость выполнения задания [16].

На рис. 3 на с. 46 представлен пример программы «Мат в 2 хода», разработанной студентами с использованием объектноориентированного языка Delphi для интегрированных уроков по информатике и шахматам. В данной программе при определенном раскладе фигур на шахматной доске игрок должен поставить мат своему оппоненту в два хода.

Подводя итоги, отметим, что при разработке учителем информатики компьютерных игр важно учитывать:

• –    образовательную цель игры (например, игра должна быть демонстрационным примером изучаемого языка и показывать учащимся его основные возможности);

• –    красочность, динамичность и понятность сюжетной линии;

• –    контроль (должен учитываться во время игры);

• –    иерархическую структуру (несколько взаимосвязанных и взаимозависимых уровней);

• –    получение дополнительных знаний в процессе игры (поддерживать стимул для дальнейшей работы) [11].

Компьютерные игры позволяют эффективно решать проблемы, связанные с развитием операционного стиля мышления учащихся и повышением их интеллектуально-творческой активности. Особое значение имеют возможности компьютерных игр для обеспечения активизации познавательной деятельности обучающихся и управления ею за счет игрового компонента, делающего обучение более легким, интересным и динамичным; высокой мотивации; использования мультимедиа и разных видов интерактивности.

В заключение отметим, что сегодня компьютерные игры уже активно используются в образовательном процессе, становятся эффективными инструментами в обучении информатике, а геймификация – популярным и быстро развивающимся направлением информатизации образования. Все это требует модернизации подготовки учителей информатики, которым необходимо владеть не только знаниями своего предмета, но и инструментами геймификации, позволяющей использовать в учебном процессе элементы игры для образовательных и развивающих целей.