Методика ментального обучения программированию студентов информационных направлений подготовки

Обучение программированию, программно-алгоритмическая компетентность, алгоритмический стиль мышления, направление «Бизнес-информатика».

Теоретически обоснована необходимость развития алгоритмического стиля мышления для успешного изучения программирования. Построена трехуровневая ментальная модель его развития. В соответствии с этой моделью предложена трехстадийная модель обучения программированию на примере студентов направления подготовки «Бизнес-информатика».

Training in programming, programming and algorithmic competence, algorithmic style of thinking, major in business informatics.

The article theoretically substantiates the necessity of development of algorithmic style of thinking for successful studying of programming. It constructs the three-level mental model of its development. In compliance with this model the three-phase model of training in programming through the example of students of the major in «Business informatics» is offered.

Д еятельность любого предприятия в условиях рыночной экономики нацелена на получение прибыли. И только специалист, представляющий структуру организации, понимающий процессы, происходящие в ней, знающий правила рынка и владеющий современными информационными технологиями, способен наиболее эффективно скорректировать ее деятельность.

Среди современных информационных технологий программирование занимает особую роль в связи с интенсивным развитием и активным внедрением программного и аппаратного обеспечения в бизнес. Для решения задач программирования в области бизнеса необходим развитый алгоритмический стиль мышле- ния (АСМ). Если обучаемый не обладает таким определить алгоритм. Под алгоритмом пони-

стилем мышлением, то даже знание языков программирования будет практически бесполезным. Именно этим объясняется, что часто обучаемые демонстрируют знания конкретных операторов, но не могут их применить на практике при решении новой для них задачи.

Поскольку изучение и построение алгоритмов является одной из основных задач програм- мирования, можно предположить, что развивать АСМ эффективнее всего на примере программирования.

Следовательно, остро встал вопрос о построении методики обучения программированию, нацеленной на развитие когнитивных способностей студентов.

Решением этой проблемы может стать применение информационного подхода к разработке такой методики.

С позиций информационного подхода к обучению вся деятельность человека является, по сути, информационным процессом [Пак, 2013]. Описать с информационной точки зрения сознательную деятельность живой природы означает мается некоторая последовательность целенаправленных (разумных) действий или операций над исходными объектами, которые приводят к прогнозируемой смене их состояний или реализации того или иного события.

Все действия, проводимые человеком, фиксируются и запоминаются в его тезаурусе в виде алгоритма. Образ алгоритма состоит из последо-

ВЕСТНИК

вательности элементарных операций. Сложные алгоритмические структуры строятся из базовых алгоритмических конструкций путем принципов преобразования информации (суперпозиции, рекурсии, итерации) иерархическим образом.

Оперирование алгоритмическими образами формирует АСМ, который осуществляется на основе алгоритмического тезауруса путем формирования подходящей цепочки из алгоритмических конструкций, хранящихся в памяти [Степанова, 2012].

Как показано, память в каждый момент времени может быть условно разделена на 4 обла- сти: чувственную, модельную, понятийную и абстрактную [Пак, 2013; Калитина, 2013]. Если рассматривать модель памяти с точки зрения действий, то получится модель алгоритмического мышления. Чем больше образов задействовано с верхних уровней, тем выше уровень развития АСМ.

Таким образом, особенность АСМ заключается в том, что он содержит три составляющие: чувственную, модельную и понятийную. Это обусловило построение трехуровневой ментальной модели развития АСМ (рис. 1).

Рис. 1. Ментальная модель развития АСМ

С позиций этой модели процесс обучения программированию необходимо реализовывать в три стадии.

Анализ требований ФГОС ВПО, изучение работ, посвященных разработке методик обучения программированию, опора на модель развития АСМ позволили построить структурную модель ментального обучения программированию студентов информационных направлений вузов на примере направления «Бизнес-информатика» (рис. 2).

тесты психологии системном динамики динамическая визуализация использование И КГ

традиционные

использование И КТ проектн>исследаеательо»м иатальаоеание 1/КТ традиционные

тесты по программ.

ментальные карты мультимедиа ресурсы мультимедиа ресурсы натурные материалы комплексы прикладных и профес. задач

Рис. 2. Структурно-логическая модель ментального обучения программированию студентов направления «Бизнес-информатика»

Основной целью обучения программированию в современных условиях нами выделено формирование программно-алгоритмической компетентности (П-А-компетентности).

Под П-А-компетентностью будем понимать интегральное свойство личности:

• –    характеризующееся определенным уровнем развития АСМ;

• –    проявляющееся в разнообразных формах программно-алгоритмической деятельности;

• –    включающее знания в области алгоритмизации и программирования;

умения разрабатывать и отлаживать эффективные алгоритмы и программы с исполь- зованием современных технологий программирования; владение методами разработки программных комплексов для решения задач бизнеса.

Как было показано выше, процесс обучения программированию включает три стадии.

Первая стадия обучения программированию в вузе нацелена на развитие АСМ на чувственном уровне, а именно на формирование ментальных алгоритмических схем. Так как базовые алгоритмические структуры изучаются в школьном курсе информатики, при обучении программированию в вузе рассматриваются их комбинации (рис. 3).

Рис. 3. Примеры комбинаций базовых алгоритмических структур

Наблюдая за различными алгоритмическими действиями из реальной жизни, представленными с помощью мультимедиа-средств, или выполняя какие-то алгоритмические действия на натурном материале, студенты должны научиться классифицировать эти действия по различным комбинациям базовых алгоритмов: последовательная комбинация, их суперпозиция или рекурсия.

Все эти комбинации необходимо представлять одновременно для приобретения навыков отличать одну комбинацию от другой. Для этого придумываются различные ситуации, например, полет птицы с препятствием, посадка аллеи деревьев, расчет прибыли и т. п.

Результатом обучения на данной стадии является способность студента различать последовательности действий в жизни. В качестве основных методов обучения выделены применение ИКТ, динамическая визуализация учебного материала, метод системной динамики. Наиболее эффективными средствами обучения, с нашей точки зрения, являются мультимедиа-средства и натурные тренажеры.

Мультимедиа – это совокупность программно-аппаратных средств, реализующих обработку информации в звуковом и зрительном видах. Они обеспечивают образное восприятие изучаемого материала и его наглядную конкретизацию в форме, наиболее доступной для восприятия.

Однако следует отметить, что при использовании готовых мультимедиа-продуктов обучаемые в основном играют пассивную роль. Поэтому наряду с мультимедиа-ресурсами на занятиях применяются натурные тренажеры.

Натурный тренажер представляет собой некое приспособление, изготовленное вручную преподавателем или самими студентами, позволяющее осуществить алгоритмические действия. В этом случае обучаемые сами реализуют алгоритм.

Задача второй стадии обучения – это запись увиденных или выполненных студентом алгоритмических действий в определенной последова-

ВЕСТНИК

тельности. Комбинации алгоритмических структур описываются любым доступным способом: словесное описание, в виде схемы, понятной студенту, или в виде визуального образа. Далее комбинации алгоритмических структур, описанные таким образом, оформляются по правилам блок-схем. Основное средство обучения на второй стадии – ментальные карты. Результат обучения – способность описать алгоритмические действия по правилам блок-схем или ментальных карт.

На третьей стадии обучения стоит задача, связанная с изучением правил записи комбинации алгоритмических структур на формальном языке – языке программирования. Результат поставленной задачи – это способность написать программу.

Формирование модельно-понятийных образов будет обеспечено, если использовать специальный комплекс многоэтапных задач, ментальные карты и проектно-исследовательскую методику [Пушкарева, 2014].

Поскольку формирование П-А-компетентности предполагает развитие АСМ и накопление знаний, умений в области программирования и способности применять их в практической и профессиональной деятельности, для определения уровня сформированно-сти данной компетентности создан комплекс тестов, включающий тесты по психологии на определение уровня развития АСМ и трехуровневые тесты по программированию.

В течение двух лет в КрасГАУ проводился педагогический эксперимент по обучению студентов направления «Бизнес-информатика» программированию в соответствии с предложенной методикой.

После завершения изучения курса математики было проведено анкетирование студентов с целью выявления уровня удовлетворенности методикой обучения. Результаты опроса приведены в таблице.

Результаты опроса студентов

Критерии оценивания методики	Количество ответов в % к числу опрошенных на оценку
	4	3	2	1
Повышение качества обучения программированию	32	28	25	12
Обеспечение развития алгоритмического стиля мышления студентов	36	18	19	24
Повышение уровня заинтересованности в изучении алгоритмизации и программирования	50	25	14	6
Увеличение объема запоминаемой информации	51	28	14	4
Стимулирование креативных процессов – логические выводы и аасоциации	43	16	17	20