Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

CONTENT OF TEACHING METHODOLOGIES PROBLEM SOLVING CROSS-PLATFORM PROGRAMMING COMPUTER SCIENCE TEACHER IN HIGH SCHOOL

Konovalov D.V. 1
1 Murmansk State Humanities University
The article provides authors’ approach to determining the learning content solving problems of cross-platform programming as one of conditions for development of a future informatics teacher to activities for professional work in the field of cross-platform programming and using cross-platform educational computer programs in the learning process. In this case, professional readiness in the field of cross-platform programming understood by the author as the ability to solve tasks of professional sphere through the use methods and means of cross-platform programming. Also an embodiment of the methodological training system in form of distance learning course within Learning management system Moodle in Murmansk State Humanities University.
professional problems of computer science teachers
professional readiness
learning content
solving problems of programming
Cross-platform programming

Введение

В современных условиях информатизации общества и модернизации образования актуализируется потребность в специалистах, способных к постоянному профессиональному росту и социальной мобильности, обладающих высоким уровнем готовности к профессиональной деятельности, в том числе и к готовности использовать при решении профессиональных задач современные информационно-коммуникационные технологии и свободно распространяемое программное обеспечение, о чем свидетельствуют работы Т.А.Матвеевой, Е.С. Гайдамак, Т.Н. Власовой, Е.И. Демидова, А.Г. Рябкова, А.Ю. Русакова, А.Г. Кириллова [2], Н.А. Настащук, Н.И. Плотниковой, В.А. Полякова, Л.В. Путькиной [10], И.В. Роберт, Л.А. Родигина и др.

Цель исследования – определить содержательный компонент методики обучения будущих учителей информатики решению задач кросс-платформенного программирования, представив его структуру в виде модулей, и предложить конкретную реализацию в форме электронного курса для поддержки учебного процесса с помощью системы управления Moodle в условиях высшего профессионального образования (на примере Мурманского государственного гуманитарного университета).

Материал и методы исследования

На сегодняшний день не вызывает сомнения актуальность использования в педагогической практике технологий модульного обучения в контексте компетентностного подхода в системе высшего профессионального образования. Соглашаясь с авторами [8; 9; 12; 16], технология модульного обучения, на наш взгляд, лучше других подходит для организации современного образовательного процесса в вузе, когда упор делается на индивидуализацию процесса обучения и широкое использование технологий дистанционного обучения. Учебный модуль как единица содержания обучения включает в себя все необходимые компоненты учебно-методического комплекса и позволяет ориентировать обучаемого на приобретение и закрепление конкретных навыков и умений по выполнению какой-либо конкретной учебной профессиональной задачи на заданном уровне. Структура программы учебной дисциплины как составная часть модели специалиста и ее модульное построение (по М.В. Литвиненко и др. [8]) позволяют оперативно реагировать на конъюнктуру рынка и социальный заказ. Наиболее важным в использовании модульного обучения и дистанционных образовательных технологий является и то, что в центре процесса обучения находится самостоятельная познавательная деятельность обучаемого, т.е. на первый план выдвигается учение, а не преподавание [14].

В рамках обучения учителей информатики решению задач кросс-платформенного программирования главным является формирование у них не только профессиональной компетентности или готовности к профессиональной деятельности в условиях использования свободного программного обеспечения, но и готовности к профессиональной деятельности в области создания платформонезависимых учебных программных средств и их использования в учебном процессе образовательного учреждения.

Проблема формирования достаточного уровня профессиональной готовности студентов в условиях вуза не нова, в психолого-педагогических исследованиях вопросу формирования профессиональной готовности и методике её формирования уделялось и уделяется значительное внимание (А.К. Громцева, К.М. Дурай-Новаковская, М.И. Дьяченко, Л.А. Кандыбович, Н.Д. Левитов, Р.Д. Санжаева, К.К. Платонов, Е.Г. Скворцова, Б.М. Теплов, Д.Н. Узнандзе, А.К. Маркова, И.А. Колесникова, Я. Турбовской, В.Я. Синенко, О.В. Симен-Северская, В. И. Гинецинский, И.А. Зимняя, В.А. Козырев, А.П. Тряпицына, Н.Ф. Радионова и др. [1; 3; 4; 6; 9]).

Профессиональную готовность будущего учителя информатики к деятельности в области кросс-платформенного программирования в условиях внедрения свободно распространяемого программного обеспечения (СПО) в учебный процесс и разнородности программных платформ в различных учебных заведениях мы будем трактовать как умение решать возникающие в процессе педагогической деятельности практические задачи с использованием методов и средств кросс-платформенного программирования.

Нам представляется важным в рамках теории и методики обучения информатики разработать методику обучения будущих учителей информатики решению задач кросс-платформенного программирования в рамках концепции формирования их профессиональной готовности учителя информатики к указанному виду деятельности (содержательный компонент). Разработанное содержание обучения должно обеспечивать будущего учителя информатики умениями решать следующие типы профессиональных задач в области программирования (в частности, кросс-платформенного):

1) применение кросс-платформенных приложений и алгоритмов для представления, закрепления и контроля знаний обучаемых, а также создание новых цифровых образовательных ресурсов для представления, закрепления и контроля знаний, работающих на разных аппаратных и программных платформах;

2) разработка и применение автоматизированных кросс-платформенных систем для управления и оценки деятельности кадрового состава учебного заведения с целью сбора и анализа информации о функциях и процессах, происходящих в конкретном учебном заведении;

3) применение кросс-платформенных технологий для оптимизации уже имеющихся программных средств;

4) проектирование, разработка и производство программного обеспечения как средства обучения и контроля, удовлетворяющего заданным функциональным, конструктивным, технологическим и дидактическим требованиям (результатом деятельности является программное обеспечение).

Предлагаемое содержание обучения будущих учителей информатики элементам кросс-платформенного программирования разработано нами в рамках профессиональной подготовки в вузе как для использования в курсе «Программирование», так и в рамках спецкурса «Решение задач кросс-платформенного программирования». Для освоения этого содержания нами предложена система лабораторных работ на основе модульного подхода. При этом основными методами обучения были выбраны метод демонстрационных примеров [5] и метод «обучение через задачи», в частности, метод целесообразно подобранных задач [12; 16].

Мы реализовали разработанную систему лабораторных работ в виде электронного ресурса «Элементы кросс-платформенного программирования»[1], доступного в сети Интернет в системе управления обучением Мурманского государственного гуманитарного университета[2], имеющего модульную структуру и предоставляющего доступ к используемому в лабораторных работах бесплатному программному обеспечению и дополнительным материалам. Остановимся на краткой характеристике каждого модуля.

Модуль 0. Основы программирования на языках C/С++. Освоение основных понятий и методов программирования на языке С++, необходимых и достаточных для разработки кросс-платформенных приложений с графическим пользовательским интерфейсом, используя специальные библиотеки классов.

Модуль 1. Программирование трехмерных графических приложений с помощью библиотеки OpenGL. Выбор темы и разработка обучающего графического приложения с использованием библиотеки OpenGL для использования в рамках какой-либо дисциплины.

Модуль 2. Основные возможности средств разработки Qt. Изучение принципов, состава, структуры, основных возможностей библиотеки Qt. Создание интерфейса приложения будущего обучающего приложения с помощью библиотеки Qt.

Модуль 3. Кросс-платформенные инструменты создания приложений библиотеки классов Qt. Оптимизация интерфейса с помощью менеджеров компоновки; реализация функциональности приложения с использованием метаобъектной системы и средств ввода-вывода библиотеки Qt.

Модуль 4. Дополнительные возможности библиотеки классов Qt для создания кросс-платформенных приложений. Дополнение приложения графическими элементами с помощью средств библиотеки OpenGL и Qt, а также возможностью работы по сети.

Модуль 5. Программирование кросс-платформенных приложений с помощью библиотеки классов WxWidgets. Дополнение проекта кросс-платформенными элементами библиотеки wxWidgets, в частности реализация поведения приложения с использованием таблиц событий, размещение элементов с помощью «сайзеров» и др.

Каждый модуль включает в себя следующие компоненты: постановку цели изучения модуля; описание приобретаемых умений и навыков в рамках модуля; описание теоретических и практических заданий модуля; тестовые задания к модулю; контрольные вопросы для защиты модуля; информационные источники (литература и электронные ресурсы). Итоговым результатом освоения предложенного содержания обучения решению задач кросс-платформенного программирования в рамках всех модулей, по нашему мнению, является готовое к использованию в учебном процессе кросс-платформенное приложение по одному из конкретных разделов школьного курса «Информатика и ИКТ» (по выбору), разработанное студентом (либо группой студентов) с помощью библиотек инструментов кросс-платформенного программирования.

Модули 2, 3 и 5, на наш взгляд, являются основополагающими и обязательными для освоения студентами. Модули 0, 1 и 4 выступают вспомогательными и могут варьироваться по содержанию в зависимости от возможностей реализации учебного курса, в котором они изучаются. Кроме того, Модуль 1 («Программирование трехмерных графических приложений с помощью библиотеки OpenGL») может быть использован в рамках преподавания курса «Компьютерная графика в объектно-ориентированных средах» (Б3.ДВ4). Модуль 0 знакомит студентов с основами программирования на языке С/С++ и необходим лишь тем, кто изучал ранее программирование на других языках. Студенты, имеющие опыт программирования на языке С++, могут пропустить его изучение[3]. Модуль 4 направлен на расширение знаний студентов, полученных в предыдущих модулях, о кросс-платформенной библиотеке Qt.

Завершая характеристику содержания обучения, приведем его логическую структуру (рис. 1), построенную в результате использования метода экспертных оценок и алгоритма топологической сортировки [5].

Рис. 1. Логическая структура содержания обучения (уровень модулей)

Опишем условные обозначения, используемые нами в логической структуре содержания обучения, представленной в виде графа (рис. 1). Вершины этого графа – это учебные элементы (модули учебного курса), представленные числом в рамке определенного вида. Модули, относящиеся к вводным темам и предназначенные для студентов, не изучавших программирования на языках С/С++, и основа трехмерной компьютерной графики OpenGL представлены на рисунке окружностями; модули, относящиеся к обязательным для изучения – скругленным прямоугольником; модуль, относящийся к темам, расширяющим знания студентов в области кросс-платформенного программирования – в виде шестиугольника. Ребра графа определяют возможные пути изучения учебного предмета. Сплошные ребра задают линейный порядок на вершинах графа, т.е. связи между разделами и последовательность их изучения в рамках учебного предмета при наличии необходимого времени для изучения (оптимальный порядок изучения тем). Пунктирные ребра определяют лишь зависимость (частичный порядок) учебных элементов. Здесь же отметим, что при обучении программированию с помощью библиотек инструментов для разработки кросс-платформенных приложений необходимо делать акцент на изучении возможностей библиотеки Qt. Этот выбор был сделан нами: во-первых, потому что в сравнении с множеством подобных библиотек Qt снабжена самой подробной документацией и широким набором учебно-методической литературы на русском языке и, во-вторых, использование сигнально-слотовой технологии при создании приложений позволяет расширить представление студентов о современном программировании.

Результаты исследования и их обсуждение

Апробация предлагаемого содержания обучения (модули 0, 1, 2) была проведена нами в рамках дисциплины «Программирование» (2010-2013 уч. гг.) среди студентов 2-3 курсов специальности «Информатика» и «Математика, информатика»; в рамках других курсов («Трехмерная графика в объектно-ориентированных средах», «Избранные главы информатики», «Олимпиады по информатике и программированию») предметной подготовки будущих учителей информатики (2012-2013 уч. г.) в ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный гуманитарный университет» на факультете физико-математического образования, информатики и программирования. Общее количество студентов – 70 человек. Трудности и сложности, которые возникали на начальных этапах использования данных технологий (недостаточность знаний студентов в области языка программирования С++ и объектно-ориентированного программирования), постепенно были преодолены студентами.

Необходимо отметить, что использование разработанного курса на базе СУО Moodle в учебном процессе способствует расширению представлений студентов о современных методах, технологиях и проблемах программирования, дает им возможность как создавать кросс-платформенные учебные компьютерные программы, так и обучать школьников, изучающих программирование углубленно.

Заключение

Нами представлен содержательный компонент методики обучения учителей информатики решению задач кросс-платформенного программирования. В результате его освоения, на наш взгляд, у будущих учителей информатики будет формироваться профессиональная готовность к решению задач в области кросс-платформенного программирования на уровне умений создания кросс-платформенных обучающих приложений в условиях внедрения в учебный процесс СПО.

Рецензенты:

Рыжова Н.И., д.п.н., профессор, директор департамента НИР НОУ ВПО «Санкт-Петербургский гуманитарный университет профсоюзов», г. Санкт-Петербург.

Шиян Н.В., д.п.н., профессор кафедры физики, информатики и ИТ ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный гуманитарный университет», г. Мурманск.


[1] http://www.mshu.edu.ru/lms/course/view.php?id=511

[2] Используется в учебном процессе факультета физико-математического образования, информатики и программирования в Мурманском государственном гуманитарном университете в рамках создания его единой информационно-образовательной среды, реализована на базе СУО Moodle. Moodle – модульная объектно-ориентированная динамическая учебная среда с web-интерфейсом и открытым кодом, свободно распространяемое ПО, широко используемое в образовательной практике.

[3] Этот факт мы далее (на рис. 1, где изображена логическая структура содержания обучения) отметили пунктирной окружностью.