Главная База знаний "Allbest" Педагогика Процесс обучения учащихся информатике в общеобразовательной школе в условиях инновационной образовательной среды

Процесс обучения учащихся информатике в общеобразовательной школе в условиях инновационной образовательной среды

Разработка и обоснование системы обучения учащихся объектно-ориентированному программированию и технологии визуального проектирования в профильном курсе информатики на примере электронного образовательного ресурса "Delphi 7. Учимся на примерах".

Рубрика Педагогика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 02.05.2012
Размер файла 5,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вопросы преподавания программирования в средней школе находятся в центре внимания с начала 60-х годов. В исследованиях, проведенных И. Н. Антиповым, Г. А. Бабушкиной И.А. Звенигородским, В. Н. Касаткиным, М. П. Лапчиком, А. С. Лесневским, В. М. Монаховым, С. И. Шварцбурдом, М.В. Швецким и др. были рассмотрены вопросы структуры, содержания обучения программированию, выбора учебного языка и др. Технология программирования претерпевает изменения. Современное состояние информатики в средней школе характеризуется повсеместным переходом к новой объектно-ориентированной парадигме программирования.

Отсюда актуальным становится соблюдение дидактического принципа научности, требующего соответствия содержания обучения уровню современной науки, и формирование у школьников представлений о частных и общенаучных методах познания.

Анализ учебных программ базового курса информатики средней школы позволяет сделать вывод о том, что объектно-ориентированное программирование (ООП) в этом курсе не нашло должного отражения. Обучение ООП в учебных программах представлено фрагментарно, а в рекомендованных для школ учебных пособиях полностью отсутствует. Следует отметить, что на современном этапе развития школьной информатики статус объектно-ориентированного программирования в профильном курсе до сих пор не определен, хотя в проекте Государственного образовательного стандарта сформулирован его обязательный минимум.

Эти обстоятельства значительно уменьшают уровень научности курса информатики, соответствие его содержания жизни и ее проблемам, ослабляют процесс развития мышления школьников в процессе обучения.

Вышесказанное определяет наличие трех основных противоречий:

· между высокими темпами развития науки информатики и относительно медленными темпами создания и внедрения методик обучения, в частности объектно-ориентированного программирования;

· между наличием в содержании нормативных образовательных документов серьезных вопросов, связанных с ООП, и отсутствием электронных образовательных ресурсов;

· между потенциальными возможностями развития мыслительной деятельности учащихся в процессе обучения объектно-ориентированному программированию и недостатком методик для реализации этого процесса.

Наличие данных противоречий обуславливает актуальность нашего исследования, направленного на разработку электронного образовательного ресурса (ЭОР), а также создание комплекса учебно-методических материалов, обеспечивающих усвоение школьниками в курсе информатики теоретических основ объектно-ориентированного программирования (понятий, принципов, методов) и их практической реализации с использованием технологии визуального проектирования.

Таким образом, актуальность исследования определяется современными тенденциями развития информатики как науки, в частности, переходом к программированию на основе объектно-ориентированной методологии.

Цель исследования состоит в разработке и теоретическом обосновании методической системы обучения учащихся объектно-ориентированному программированию и технологии визуального проектирования в профильном курсе информатики на примере электронного образовательного ресурса «Delphi 7. Учимся на примерах».

Объектом исследования является процесс обучения учащихся информатике в общеобразовательной школе в условиях инновационной образовательной среды.

Предметом исследования служит эффективность обучения программированию в профильном курсе информатики.

Гипотеза исследования. Методика обучения объектно-ориентированному программированию, основанная на применении мультимедийных уроков в профильном курсе информатики, позволит повысить:

· уровень усвоения основ объектно-ориентированного программирования;

· эффективность развития мыслительной деятельности школьников.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы решались следующие задачи.

1. Проведение анализа состояния проблемы обучения ООП в школе и обоснование целесообразности изучения школьниками основ объектно-ориентированного программирования с использованием визуального проектирования в базовом курсе информатики.

2. Определение основных принципов построения методической системы обучения учащихся объектно-ориентированному программированию и технологии визуального проектирования в условиях инновационной образовательной среды.

3. Изучение преимуществ метода мультимедийных уроков при изучении раздела «Основы ООП и технологии визуального проектирования» и возможности его применения для успешного усвоения учебного материала.

4. Разработка необходимого учебно-методического материала, включающего программу, примерное содержание, поурочное планирование и методические рекомендации для реализации разработанной методики.

5. Экспериментальная проверка результативности предложенной методики обучения.

Методы исследования:

· изучение и анализ научно-методической, психолого-педагогической и специальной литературы по проблематике исследования;

· анализ программ, учебных пособий и методических материалов по школьной информатике;

· анализ передового педагогического опыта преподавания информатики;

· разработка структуры и информационного наполнения курса;

· изучение необходимых программных продуктов для реализации интерактивности;

· моделирование, проектирование, конструирование электронного образовательного ресурса;

· организация методического сопровождения курса;

· освоение информационных технологий;

· наблюдение за деятельностью учащихся в процессе изучения основ объектно-ориентированного программирования и технологии визуального проектирования, анализ результатов этой деятельности;

· анкетирование, беседы с учителями и учащимися;

· проведение опытно-экспериментальной работы, статистическая обработка результатов эксперимента и их анализ.

Научная новизна выполненной работы состоит в том, что разработана методическая система обучения объектно-ориентированному программированию и визуальному проектированию в профильном курсе информатики в целях повышения уровня усвоения основ ООП и развития мыслительных способностей учащихся, основанная на использовании метода мультимедийных уроков, а также спроектирован и реализован программный продукт учебного назначения «Delphi 7. Учимся на примерах».

Основные этапы работы:

1. На констатирующем этапе эксперимента основной целью являлось установление состояния изучаемой педагогической системы. Эксперимент был направлен на решение следующих задач: анализ состояния, потребностей и перспектив массовой практики, ориентированной на подготовку учащихся школы по вопросам объектно-ориентированного программирования; выявление проблем преподавания объектно-ориентированного программирования и технологии визуального проектирования, а также причин, обусловивших их появление; выявление уровня развития мышления учащихся школы.

2. На поисковом этапе были определены теоретические основы построения методики обучения учащихся объектно-ориентированному программированию и технологии визуального проектирования в рамках профильного курса информатики. В соответствии с этими положениями разработаны цели, задачи и программа обучения, тематическое планирование и примерное содержание раздела. Осуществлялась разработка электронного учебного курса по программированию в соответствии с установленными ранее принципами, создавалась методика применения его элементов в учебном процессе, разрабатывались методы измерения критериальных показателей, характеризующих активность школьников при осуществлении учебно-познавательной деятельности, а также результативность обучения.

3. На формирующем этапе проводился эксперимент, в ходе которого определялась эффективность разработанной методики обучения ООП и технологии визуального проектирования, основанной на использовании метода мультимедийных уроков и объективной оценке знаний учащихся. Апробация и контрольный эксперимент проходил на базе МОУ «Средняя (полная) общеобразовательная школа № 9 с углубленным изучением отдельных предметов» Елабужского муниципального района Республики Татарстан. Основы данной выпускной квалификационной работы были изложены на всероссийской научно-практической студенческой конференции «Студенты в научном поиске: теория и практика», на Республиканском конкурсе «Педагогический Олимп - 2009», а также на региональном конкурсе «Золотой студент - 2009».

Глава 1. Теоретические основы проектирования методической системы обучения ООП в условиях информатизации образования

1.1 Становление инновационных педагогических систем в условиях информатизации образования

Новые социально-экономические реалии развития России, которые характеризуются существенным повышением социальной и профессиональной мобильности ее населения, требуют поиска новых адекватных форм организации образования, способных удовлетворить возрастающие потребности граждан в получении или в совершенствовании ранее полученных знаний и умений, поскольку традиционные концепции и формы обучения в новых условиях становятся все менее эффективными.

В то же время нельзя не заметить того факта, что современный мир практически стал информационно единым благодаря повсеместному применению средств информационно-коммуникационных технологий, которые становятся неотъемлемым атрибутом профессиональной деятельности десятков миллионов людей. Еще более широкие масштабы применения компьютеров и коммуникационных сетей в повседневной жизни.

Словосочетание «Информатизация образования», на взгляд человека непосвященного, выглядит парадоксально, поскольку обмен информацией между учителем и учениками лежит в основе обучения, в значительной мере определяя его сущность. Тем не менее, этот термин получил широкое распространение для описания процессов развития современных образовательных систем в тех случаях, когда речь идет о различных аспектах использования компьютеров, компьютерных сетей и соответствующих информационных технологий в обучении и управлении образовательными учреждениями.

Цель информатизации образования нельзя рассматривать в отрыве от целей самого образования, которые изменяются по мере развития и усложнения научных знаний, накопления информации об окружающем нас мире.

Применение вычислительной техники в образовании началось практически с появлением реального доступа преподавателей и учащихся к работе с этой техникой. Длительное время процессы информатизации образования развивались стихийно, что неизбежно приводило к ряду негативных последствий, среди которых:

· неопределенность целей и задач, бессистемность развития;

· дублирование и отсутствие координации работ;

· отсутствие реальных стимулов опережающего развития электронных образовательных ресурсов и применения передовых образовательных технологий в учебном процессе;

· неразвитость технологических стандартов, обеспечивающих единые требования к разработке и применению электронных образовательных ресурсов;

· низкий уровень технологичности электронных образовательных ресурсов, приводящий к сложностям развития и взаимодействия, а также к недостаточной длительности жизненного цикла этих ресурсов, практически жестко связанной со сменой аппаратно-программных средств вычислительной техники.

Социально оправданные и экономически эффективные подходы к информатизации образования предполагают разработку целостной концепции, в которой обосновываются и фиксируются:

· первоочередные и перспективные цели и задачи применения информационных технологий в образовании;

· очередность, сроки и результаты решения поставленных задач;

· потребные ресурсы и источники их формирования.

Общие контуры такой концепции применительно к российской системе образования были определены в конце 90-х годов XX столетия. Основные положения этой концепции были реализованы, а часть из них потеряла актуальность, что неудивительно в такой динамически развивающейся области человеческой деятельности, какой является область информационно-коммуникационных технологий.

В современных условиях образование должно рассматриваться не только и не столько как овладение учащимися необходимым объемом учебной информации, а как развитие у них в процессе обучения потребностей и способностей к самостоятельному получению все новых общих и профессиональных знаний и умений, пользуясь при этом многообразными источниками информации.

Изменение социальной практики и соответствующее изменение целей образования с неизбежностью влечет за собой и новое содержание образования, и новые технологии работы с учебной информацией.

Образование как результат овладения знаниями, формирования и развития умений и навыков в значительной степени определяется процедурами поиска, передачи, накопления, хранения, преобразования и отображения информации. С определенной долей упрощения можно сказать, что образование является процессом информационным. Поэтому под информатизацией образования следует понимать систему мероприятий, направленных на повышение качества и эффективности работы с информацией учебного назначения. В современных условиях эти мероприятия связываются с расширенным применением компьютерной техники и средств телекоммуникации.

Конечная цель информатизации образования состоит в расширении и упрощении доступа учащихся к получению или повышению ранее достигнутого уровня образования, а также в более полном и оперативном удовлетворении их разнообразных потребностей в знаниях и умениях, что создает реальные предпосылки для повышения качества и результативности обучения.

Достижение этой цели предполагает решение совокупности взаимосвязанных научных и практических задач:

1. Создание нового содержательного наполнения информационной среды образовательными ресурсами, разрабатываемыми с учетом особенностей их дальнейшего применения в учебном процессе. Применение новых носителей информации и средств ее обработки и отображения открывает новые возможности и направления совершенствования информационных ресурсов учебного назначения. Поэтому решение данной задачи должно включать анализ различных видов информационных ресурсов образования с позиций применяемых технологий их создания, сертификации, тиражирования, хранения и применения в учебном процессе. Информационные технологии воздействуют на способы работы с традиционными образовательными ресурсами, эти технологии приводят к возникновению новых информационных ресурсов обучения.

2. Массовая подготовка преподавателей, методистов, администраторов учебных заведений к эффективному применению информационно-коммуникационных технологий и образовательных ресурсов в организации и проведении учебного процесса. Определенная часть сотрудников образовательных учреждений всех перечисленных категорий должна получить углубленную подготовку в области информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) с тем, чтобы в дальнейшем участвовать в разработке и организации применения информационных образовательных ресурсов, а также в обучении остальных сотрудников. Необходимо также осуществлять начальную подготовку учащихся, которые будут активно применять средства ИКТ в обучении.

3. Информатизация администрирования учебного процесса, суть которой заключается в том, что территориально распределенные учащиеся и преподаватели применяют в обучении также распределенные образовательные ресурсы (например, фонды электронных библиотек, автоматизированное лабораторное оборудование и другие необходимые им ресурсы). Здесь может оказаться полезным опыт создания и применения интерактивных электронных образовательных ресурсов. Целесообразное применение ИКТ в образовании способствует повышению качества и результативности обучения, изменяя годами выверенные стереотипы в организации учебного процесса, в соотношении объема и значимости различных видов занятий, повышая роль самостоятельной учебной работы учащихся в достижении высоких творческих результатов. Роль преподавателя в учебном процессе также должна существенно измениться под влиянием ИКТ. Центральное место преподавателя как практически единственного носителя актуальной учебной информации, передаваемой учащимся непосредственно во время учебных занятий, сменяется более скромной, но не менее важной ролью внимательного наставника. Таким образом, с помощью интерактивных электронных образовательных ресурсов интенсифицируется информационное взаимодействие между субъектами информационно-коммуникативной предметной среды, результатом является формирование более эффективной модели обучения. На смену пассивным технологиям обучения приходят активные и интерактивные технологии. Последние позволяют организовывать урок таким образом, что, взаимодействие между субъектами процесса обучения становится неотъемлемой частью современной системы образования. Интерактивные электронные образовательные ресурсы позволяют применять принципиально новые средства информационного взаимодействия между обучающим и обучающимся. Принципы взаимодействия в новой образовательной среде значительно изменились. Учащийся, долгое время воспринимаемый в образовательных технологиях как объект обучения, становится равноправным субъектом образовательного процесса. С появлением интерактивных электронных образовательных ресурсов в информационное взаимодействие включается третий субъект (средство обучения), имеющий возможность осуществлять обратную связь с обучающим и обучаемым, являясь не только партнером по информационному взаимодействию, но и источником учебной информации значительного объема и различного уровня, как по сложности, так и по содержанию. Ведущей целью применения интерактивного оборудования на уроке является достижение более глубокого запоминания учебного материала через образное восприятие, усиление его эмоционального воздействия, обеспечение “погружения” в изучаемую дисциплину. Однако, учителю не следует забывать, что в основе любого учебного процесса лежат педагогические технологии. Учебно-методические комплексы должны не заменить их, а помочь быть более результативными. Они призваны оптимизировать трудозатраты педагогов, чтобы учебный процесс стал более эффективным. Информационные технологии призваны разгрузить учителя и помочь ему сосредоточиться на индивидуальной и наиболее творческой работе - отвечать на «каверзные» вопросы активных учеников, и наоборот, пытаться «расшевелить», «подтянуть» самых слабых и пассивных. Параллельно работающий «автоматизированный обучающий конвейер» -- это лишь еще один педагогический инструмент.

Существенное влияние ИКТ оказывают на все средства обеспечения учебного процесса: учебную литературу, технические средства обучения, лабораторное оборудование и др. Информационные образовательные ресурсы в виде мультимедийных электронных изданий, включающих наряду с текстами и статическими иллюстрациями видеофрагменты и интерактивные компьютерные модели изучаемых объектов и процессов, становятся все более востребованными. Эти ресурсы обладают рядом преимуществ по сравнению с учебной литературой в традиционном печатном виде, среди которых: большее разнообразие средств представления учебной информации, компактность ее хранения, оперативность поиска информации и внесения необходимых изменений и дополнений в ее состав, простота тиражирования и доступа к учебным материалам территориально распределенных учащихся. В то же время на современном этапе электронные образовательные ресурсы не могут полностью заменить печатные учебные издания по психологическим и эргономическим причинам.

На современном этапе на смену наблюдаемого еще совсем недавно разнообразия технических средств обучения приходит персональный компьютер (ПК) как универсальное техническое средство обучения, обладающее средствами компактного и надежного хранения больших объемов учебной информации, ее быстрой переработки и наглядного представления. Включение ПК в информационные сети открывает неограниченные возможности оперативного обмена информацией между участниками образовательного процесса, а также поиска необходимой информации.

Учебное лабораторное оборудование, содержащее в своем составе технические и программные средства ИКТ, становится информационно прозрачным, его управляемость и производительность многократно повышаются. Такое оборудование принято характеризовать как интеллектуальное, т.е. обладающее зачатками искусственного интеллекта. Положительные свойства такого оборудования многократно возрастают, если оно становится доступным территориально распределенным учащимся, управляющим ходом учебных экспериментов по компьютерным сетям и получающим результаты экспериментов для дальнейшей обработки на персональных компьютерах, подключенных к информационным сетям.

Информатизация образования акцентирует переход от традиционных к инновационным педагогическим системам. Работа современной школы в режиме развития, под которым понимается последовательность определенных стадий, характеризующихся позитивными качественными изменениями, является инновационной деятельностью.

Инновация (от лат. in - в, novus - новый) означает нововведение, новшество. Главным показателем инновации является прогрессивное начало в развитии школы или вуза по сравнению со сложившимися традициями и массовой практикой. Поэтому инновации в системе образования связаны с внесением изменений: в цели, содержание, методы и технологии, формы организации и систему управления; в стили педагогической деятельности и организацию учебно-познавательного процесса; в систему контроля и оценки уровня образования; в систему финансирования; в учебно-методическое обеспечение; в систему воспитательной работы; в учебный план и учебные программы; в деятельность обучающего и обучающегося. В качестве источников идей обновления школы выступают:

· потребности страны, региона, города, района как социальный заказ;

· воплощение социального заказа в законах, директивных и нормативных документах федерального, регионального или муниципального значения;

· достижения комплекса наук о человеке;

· передовой педагогический опыт;

· интуиция и творчество руководителей и педагогов как путь проб и ошибок;

· опытно-экспериментальная работа;

· зарубежный опыт.

К важному источнику появления педагогических инноваций относится педагогическая наука. Она, меняя представления о педагогическом процессе, о школе, о нормах качества об обучающейся личности служит генератором педагогических инноваций. Педагогика и, как ее часть, педагогическая инноватика начинаются с человековедения. Ведь любая педагогическая система в первую очередь имеет статус антропогенной системы типа "человек - человек" или "человек-общество", в которой проявляются знания о законах развития человека.

Можно выделить следующие цели и задачи инновационной деятельности:

1. Совершенствование преподавания и воспитания учащихся в средних школах, лицеях, гимназиях, производственно-технических колледжах, учреждениях дополнительного образования.

2. Включение учителей в деятельность по разработке нового содержания, новых педагогических технологий и новых организационных форм массового образования.

3. Поиск и поддержка творческих педагогов-исследователей, а также содействие внедрению их разработок.

4. Создание инновационного пространства, объединяющего педагогов и специалистов по близким к педагогике проблемам для аккумуляции идей и объединения возможностей.

5. Распространение лучшего педагогического опыта.

6. Привлечение ученых ведущих научно-исследовательских центров России к проблемам среднего образования.

Таким образом, педагогическая инновация определяется как нововведение, целенаправленное изменение, вносящее в образовательную среду стабильные элементы (новшества), улучшающие характеристики отдельных частей, компонентов и самой образовательной системы в целом. Педагогические инновации рождаются в образовательной системе как момент проявления закона ее волновой предадаптации к изменяющейся внешней среде (к ее импульсам): социальной, образовательной, экономической, психологической, демографической, организационной, научно-педагогической и т.п. Сама педагогическая инновация - явление сложное и многомерное. Имеются педагогические инновации долгосрочного, среднесрочного и краткосрочного действия. Часть педагогических инноваций может рассматриваться как элементы становящейся "авторской школы" педагога, учителя, и т.п. Педагогические инновации охватывают педагогические технологии или методики, содержание образования, образовательные программы и стандарты, воспитательные процессы, организацию уроков, организацию педагогической среды школы и т.п. Спектр педагогических инноваций огромен. Но в любом случае педагогическая инновация должна соответствовать тому "заказу", "потребности" эволюции педагогической системы, которыми она вызвана к жизни.

1.2 Основные направления методической системы обучения ООП в условиях информатизации образования

Основные элементы объектно-ориентированного программирования

Характерные идеи и методы программирования, и соответствующий образ мышления образуют так называемую парадигму программирования. Между парадигмами и языками программирования высокого уровня существует прямая связь. Для ответа на вопрос, какие основные идеи современного состояния программирования должны быть отражены в профильном курсе информатики, обратимся к истории программирования. Анализ истории программирования показывает, что главным фактором его развития являлась необходимость преодоления трудностей, возникавших на пути создания сложных программных продуктов. Каждый этап развития определен своими принципами декомпозиции, абстрагирования и иерархии.

Рассмотрим этапы развития программирования: операциональный, структурный и объектно-ориентированный.

Первый этап -- операциональный (1954 -- 1965 г.). На данном витке были созданы языки программирования: FORTRAN I и II, ALGOL 58, 60, COBOL, LISP и др. Базовыми идеями программирования являлись подпрограмма, типы данных и их описание, раздельная компиляция, блочная структура, обработка списков, указатели и т. д. Программа «собиралась» из мелких деталей, отдельных операций и имела достаточно простую структуру: область глобальных данных и подпрограммы. Уровень абстрагирования - отдельное действие.

Второй этап -- структурный (1966 - 1985 г.). Здесь под термином «структурный» мы понимаем нисходящее проектирование и модульное программирование. Суть нисходящего конструирования программ состоит в разбивке большой задачи на меньшие подзадачи, которые могут рассматриваться отдельно.

Структурное программирование. Структурное программирование - это некоторый набор принципов написания программ. Для реализации принципов структурного программирования требуется использование трех основных его составляющих: следования, ветвления и повторения.

Характерными чертами структурного стиля программирования являются:

· простота и ясность (программа легко читается и анализируется, существует возможность включать в текст программ необходимые комментарии);

· использование только базовых конструкций;

· отсутствие многоцелевых блоков;

· отсутствие неоправданно сложных арифметических и логических конструкций;

· размещение в строке программы не более одного оператора языка программирования;

· содержательность имен переменных.

При этом процесс нисходящей разработки программы может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнут уровень «атомарных» блоков, то есть базовых конструкций (присвоения, if-then else, do-while).

В структурном программировании уточнен принцип декомпозиции задачи, точнее ее алгоритмический аспект, то есть действия. Алгоритмическая декомпозиция понимается как разделение алгоритмов, причем каждый модуль выполняет один из этапов общего процесса. Одним из создателей структурного программирования был профессор Э. Дейкстра.

Модульное программирование. В данном подходе задача разбивается на достаточно независимые фрагменты, и ее решение оформляется в виде модулей. Модуль имеет строго определенный интерфейс и скрытую часть, одну точку входа и одну точку выхода. Разработан механизм включения модулей в разрабатываемую программу, созданы библиотеки модулей. Языками структурного программирования являются языки: ПЛ/1, ALGOL 68, Pascal, Simula, С, Ada (наследник ALGOL 68, Pascal, Simula), С-н-(возникший в результате слияния С и Simula) и т. д. В 70-е годы были созданы тысячи языков и диалектов.

Основная идея структурного программирования - подпрограмма как элемент абстрагирования. Для ее реализации разработаны следующие механизмы:

· передачи параметров;

· вложенности подпрограмм;

· локальных и глобальных переменных;

· использование модулей (от группы логически связанных подпрограмм до раздельно компилируемых фрагментов со строго определенным интерфейсом).

Третий этап - объектно-ориентированный (с 1986 г. до настоящего времени). В него мы включаем и технологию визуального программирования. На данном этапе развитие программирования происходит в двух взаимосвязанных направлениях:

1) разработка объектно-ориентированного подхода;

2) разработка инструментальных сред для создания программных проектов, реализующих на новом витке спирали принципы декомпозиции, абстракции и иерархии.

Данное обстоятельство обусловлено тем, что после разработки стандартов структурного программирования стало возможным поставить процесс создания программных продуктов на промышленную основу. Однако рост сложности программного обеспечения и необходимость сокращения сроков его разработки стали предъявлять требования, удовлетворение которых потребовало разработки новых технологий программирования. Были проведены серьезные исследования в области методологии проектирования программных систем, в частности, разработка методов декомпозиции, абстрагирования и построения иерархии. Результатом таких исследований стала разработка объектно-ориентированной методологии. При традиционных подходах к разработке программных продуктов всегда разделялись данные и процессы их обработки. Вследствие этого технологии структурного подхода были ориентированы, в первую очередь, на процессы обработки данных, их последующую сортировку с целью выделения необходимых для работы данных и организации информационных потоков между связанными процессами. Объектно-ориентированная технология разработки программ объединяет данные и процессы в логические сущности - объекты, которые имеют способность наследовать характеристики одного и более объектов, обеспечивая тем самым повторное использование программного кода.

Основным элементом конструирования объектно-ориентированной программы является модуль, составленный из логически связанных объектов. По определению Г. Буча: «ООП - это методология программирования, которая основана на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса (типов особого вида), а классы образуют иерархию на принципах наследуемости».

Технология объектно-ориентированного программирования явилась результатом эволюции методов программирования в направлении ярко выраженного конструктивного использования принципов структуризации, модульности и абстракции. Объектно-ориентированное программирование характеризуется тремя основополагающими идеями: инкапсуляцией, наследованием, полиморфизмом.

Суть технологии объектно-ориентированного программирования состоит в следующем:

· формирование при решении прикладных задач понятия классов операционных объектов;

· описание типов данных, характеризующих объекты класса и операции над объектами;

· программирование алгоритмов решения задачи в терминах операций над базовыми и определенными пользователем объектами в рамках традиционных операционных возможностей языка.

В наибольшей степени технология объектно-ориентированного программирования проявляет свои преимущества при создании, сопровождении и развитии больших программных комплексов, классифицирует программы по количеству содержащихся в них программных строк (маленькая (меньше 100 строк), средняя (от 100 до 1000 строк), большая (от 1000 до 10000 строк), очень большая (больше 10000 строк).

Главная задача при использовании объектно-ориентированного программирования состоит в построении иерархии объектов. При этом любая модель, претендующая на адекватное описание, должна удовлетворять определенным условиям. Рассмотрим их более детально.

1. Целостное описание свойств объектов и их поведенческих функций.

2. Иерархическая структура описания системы объектов со встроенным механизмом наследования свойств и функций.

3. Полиморфизм описательных свойств функций, обеспечивающий передачу действий вверх и вниз по иерархии объектов с реализацией этого действия способом, соответствующим каждому объекту в иерархии. Объектно-ориентированный подход в настоящее время является одним из наиболее перспективных направлений в программировании. К числу его преимуществ относят; естественную методологию программирования, формулировку решений в терминах, близких области приложения, гармоничное включение развитого дружественного интерфейса пользователя, концептуальное единство и небольшое число основных конструкций, абстрактность данных, открытость, легкую расширяемость, универсальность и высокую повторную используемость создаваемых модулей. Объектно-ориентированное программирование позволяет создавать модульные программы с представлением данных на определенном уровне абстракции. Объектно-ориентированная методология, также как и структурная методология, была создана с целью дисциплинировать процесс разработки больших программных комплексов и тем самым снизить их сложность и стоимость. Она преследует те же цели, что и структурная, но решает их с другой отправной точки и в большинстве случаев позволяет управлять более сложными проектами, чем структурная методология. Особо отметим, что объектно-ориентированный подход упрощает технологию создания программ, но не саму программу.

4. Одним из принципов управления сложностью проекта является декомпозиция. Г. Буч выделяет две разновидности декомпозиции: алгоритмическую (так он называет декомпозицию, поддерживаемую структурными методами) и объектно-ориентированную. Их отличие в следующем: «Разделение по алгоритмам концентрирует внимание на порядке происходящих событий, а разделение по объектам придает особое значение факторам, либо вызывающим действия, либо являющимся объектами приложения этих действий» [19, 34]. Таким образом, алгоритмическая декомпозиция учитывает структуру взаимосвязей между частями сложной проблемы, а объектно-ориентированная декомпозиция уделяет больше внимания характеру взаимосвязей. На практике рекомендуется применять обе разновидности декомпозиции: при создании крупных проектов целесообразно сначала применять объектно-ориентированный подход для создания общей иерархии объектов, отражающих сущность программируемой задачи, а затем для упрощения разработки и сопровождения разрабатываемого программного комплекса использовать алгоритмическую декомпозицию на модули. Хотя профессиональные программные системы разрабатываются в настоящее время преимущественно на основе объектно-ориентированной методологии, программистам по-прежнему необходимо владение навыками алгоритмической декомпозиции.

Развитие практического мышления учащихся при обучении объектно-ориентированному программированию

В проекте государственного стандарта образовательной области «Информатика» отмечается, что развитие мышления школьников, наряду с формированием научного мировоззрения и подготовкой учащихся к практической деятельности, является одной из функций образовательной области. При этом «программистский» аспект содержания базового курса связан в большей мере с развитием мышления школьников.

Объектно-ориентированное программирование является способом программирования, во многом аналогичным процессу человеческого мышления.

В основе объектно-ориентированного программирования лежит понятие объекта как некоторой структуры, описывающей объект реального мира, его поведение. Задача, решаемая с использованием объектно-ориентированного программирования, описывается в терминах объектов и операций над ними, а программа при таком подходе представляет собой набор объектов и связей между ними. Другими словами, можно сказать, что объектно-ориентированное программирование представляет собой метод программирования, который весьма близко напоминает наше поведение.

Необходимо отметить, что объектный подход был известен еще древнегреческим философам. Они рассматривали мир в терминах как объектов, так и событий. В XVII в. Р. Декарт отмечал, что люди обычно имеют объектно-ориентированный взгляд на мир. В XX в. данная тема нашла свое отражение в философии объективистской эпистемологии А. Рэнда.

Объектно-информационная концепция курса информатики позволяет по-новому взглянуть на вопросы исследования и познания. Человека окружает множество различных объектов как материальных, так и идеальных. Он изучает эти объекты через их свойства, управляет поведением объектов, воздействуя на их свойства посредством методов, сами объекты реагируют на события окружающего мира. Это принцип общий для всех наук.

Появления объектно-ориентированных языков являются следствием эволюционного развития языков программирования и отражает не только общие тенденции в информационных технологиях, но общие подходы к познанию окружающего мира.

Мировоззренческое значение объектно-ориентированного программирования заключается в реализации следующей линии: объект ? источник информации - изучение объекта через его свойства - изменение свойств через методы данного объекта - поведение объекта при взаимодействии с внешней средой.

Анализируя историю развития языков программирования, следует отметить, что чисто алгоритмическая парадигма сменилась объектной, все языки, не сумевшие поддержать объектную технику, стали значительно меньше использоваться. Однако из этого не следует, что алгоритмический подход перестал использоваться. Самые популярные объектные языки C++, Object Pascal являются объектным расширением своих алгоритмических предшественников, таким образом, данные языки являются гибридными. Однако отметим, что гибридность заключается в доминировании объектного описания структуры системы и алгоритмического описания действий объектов. Из гибридности объектно-ориентированных языков следует, что выработанные методы алгоритмического подхода к обучению информатике остаются актуальными, но требуют адаптации при использовании объектной техники.

Изначально Delphi предназначался для программистов-профессионалов, решающих вопросы разработки больших корпоративных информационных систем. Но, как показала практика, данный язык совершенно неожиданно стали широко использовать учителя, врачи, преподаватели вузов, бизнесмены, все те, кто используют компьютер с чисто прикладной целью. Оказалось, что при помощи Delphi можно быстро решить какие-то свои задачи, не привлекая для этого программистов со стороны.

Объектно-ориентированные языки программирования оказывают значительное влияние на умственные способности, поэтому их использование при обучении информатике способствует развитию мышления учащихся.

Поскольку в философском смысле основные понятия объектно-ориентированного программирования, соотнесенные с развитым практическим мышлением, имеют огромное значение для целостного понимания картины мира, то развивать практическое мышление можно средствами объектно-ориентированного программирования.

В качественно новых условиях преподаватель должен быть организатором умственного развития учащихся. Руководя процессом обучения, он ставит перед собой цель формировать потребности и способности не только к аналитическому мышлению учащихся, включающему в себя умения строить гипотезу, устанавливать причинно-следственные связи на основе анализа и синтеза, сопоставлять теорию и практику, но и мыслить на основе объектно-ориентированного подхода.

Исходя из целей и задач современного образовательного процесса, которые направлены на смену способов обучения, на учет закономерностей развития и особенностей обучаемого, на развитие его интеллектуальных способностей, мы пришли к выводу о необходимости изучения и применения в дальнейшем исследовании технологии развития практического мышления с помощью ООП. Именно эти технологии способствуют активному развитию мышления, формируют широкий спектр профессиональных качеств школьников.

Основные факторы, влияющие на выбор инструментальной среды для разработки компьютерных средств обучения

Для разработки компьютерных средств обучения используются различные программы, которые обычно называются инструментальными средами (ИС).

Степень совершенства той или иной ИС определяется возможностями по вводу, редактированию, компоновке учебного материала, включая современные средства мультимедиа и гипертекста, типами упражнений и тестов (с множественным выбором, числовым ответом, конструируемым ответом и др.), удобством пользовательского интерфейса и т.п. Однако все эти «ухищрения» создателей инструментальных сред (систем) предоставляют разработчикам компьютерных средств обучения (КСО) лишь потенциальные возможности для реализации своих дидактических идей. Проектирование КСО является своего рода искусством, и курсы, подготовленные разными авторами в одной инструментальной среде, могут существенно различаться по их дидактической эффективности. В то же время, слабые стороны конкретной ИС могут наложить существенные ограничения на возможность реализации пожеланий автора КСО.

Рассмотрим требования к отдельным функциям ИС, то есть определим насколько полно решаются ими как дидактические, так и другие задачи, которые возникают при создании конкретных КСО.

По назначению КСО делятся:

· на информационные (электронные конспекты лекций, справочники и др.);

· средства для практических занятий (задачники, практикумы и др.);

· компьютерные модели (тренажеры, лабораторные работы, деловые игры и др.);

· средства для тестирования и контроля знаний, умений и навыков;

· обучающие (включают в себя все предыдущие).

Различаются следующие основные виды ИС (рис. 1).

Подробнее рассмотрим каждый из представленных блоков.

Универсальные авторские среды

Авторские системы ориентированы на авторов учебного материала, преподавателей и не требуют от пользователей знаний языков программирования. Создание КСО осуществляется путем манипулирования визуальными представлениями образующих его компонентов -- кадров. Составляется структурно-функциональная схема курса, формируются кадры различного назначения, определяются их свойства, указываются связи элементов. Такой подход существенно упрощает разработку, снижает требования к компьютерной квалификации исполнителей, а также способствует повышению производительности за счет использования настраиваемых шаблонов типовых элементов. Другой важной особенностью авторской ИС является то, что она не всегда содержит внутри себя все редакторы, необходимые для представления информации, например, графический, звуковой, видео, но является интегрирующей средой и позволяет включать в учебный курс рисунки, анимацию, речь, видео, созданные в профессиональных редакторах. Обязательно наличие развитых систем анализа ответов, контроля и диагностики знаний, сбора и обработки статистических данных. Таким образом, универсальные авторские системы характеризуются:

· ориентацией на пользователя -- автора КСО;

· визуализацией представления элементов КСО;

· многофункциональностью -- сбалансированным представлением всех подсистем;

· широким спектром анализируемых ответов;

· интеграцией с другими приложениями.

Рассмотрим несколько авторских сред.

Авторская среда «Дельфин» используется для проектирования учебных курсов на базе мультимедиа-технологий. ИС «Дельфин» разработана в Центре новых информационных технологий Московского энергетического института (ЦНИТ МЭИ), введена в эксплуатацию в 1996 г. (актуальна версия 6.3). Система предназначена для создания обучающих, контролирующих, тренировочных, справочно-консультационных, информационных и других видов КСО для любой предметной области.

Авторская система «Дельфин» позволяет интегрировать видео-, лингво-, гипермедиа-, компьютерные и Интернет-компоненты в единую обучающую среду. Система «Дельфин» является эффективным средством управления процессом обучения и может использоваться в вузах, техникумах, школах, центрах переподготовки специалистов.

Эксплуатация инструментальной среды проектирования учебных курсов обеспечивает облегчение труда преподавателя, сокращение сроков проектирования и повышение качества обучения за счет точной диагностики знаний, умений и навыков обучаемого, что особенно актуально в условиях открытого и дистанционного обучения.

Особенностями среды «Дельфин» являются:

· детальное описание дидактической цели каждого элемента курса;

· большие возможности анализа разнообразных ответов обучаемого (более 20 типов);

· возможность изменения хода обучения в зависимости от результатов.

Полная версия ИС включает в себя модуль для создания ситуационных тренажеров.

Система функционирует под управлением Windows 98/NT/2000/Me/XP и постоянно совершенствуется в результате совместной работы с методистами и преподавателями.

ИС «Универсальный редактор обучающих курсов» (УРОК) разработана НПФ «ДиСофт» (г. Москва), ведущая версия среды УРОК (версия 6.00), введена в эксплуатацию в 2001 г.

Система УРОК представляет собой программный комплекс, обеспечивающий создание компьютерных обучающих и контролирующих курсов для различных предметных областей, проведение тестов и контрольных заданий. ИС УРОК может быть также использована для создания презентационных, демонстрационных комплексов и проектов.

Функционально система разделена на следующие части:

· система автора;

· система обучаемого;

· редактор сценариев;

· редактор динамических моделей;

· графический редактор.

Программный комплекс предоставляет широкие возможности для подключения различных динамических модулей и использования современных средств мультимедиа. Кроме того, он позволяет осуществлять контроль за обучением и эффективное управление образовательным процессом.

Основное преимущество системы УРОК заключается в комплексном подходе к решению проблемы автоматизации обучения. Единство между двумя различными процессами -- разработкой курса и организацией обучения обеспечивается в системе УРОК на уровне его структуры.

Важными достоинствами этой системы являются ее открытость, гибкость и возможность импорта различных данных (графических, текстовых и других). В системе УРОК существует возможность подключения и запуска обучающих программ, созданных в других инструментальных средах, а также формирования интегральной оценки знаний с учетом результатов, полученных обучаемым из программ, являющихся внешними по отношению к системе УРОК.

Система Macromedia Authorware разработана фирмой Macromedia, США, версия 7 введена в эксплуатацию в 2002 г.

Macromedia Authorware -- визуальная среда разработки, предназначенная для создания интерактивных мультимедийных обучающих программ. Пакет Authorware предусматривает совместное использование различных форм подачи материала: в виде текста, рисунков, видео и звукового сопровождения. Конечный продукт, созданный с помощью Authorware, представляет собой независимое приложение, которое может быть записано на компакт-диск или опубликовано в Интернете.

Среда разработки Macromedia Authorware хорошо взаимодействует с другими продуктами фирмы Macromedia.

Имеется возможность создания конечного продукта «одной кнопкой», когда Authorware автоматически определяет состав внешних файлов, которые должны войти в пакет публикации.

Интерфейс и справочная система Macromedia Authorware не русифицированы, однако для создания мультимедийных средств обучения могут использоваться кириллические шрифты.

Разработчик системы Quest (текущая версия 7.0) -- фирма Alien Communication, США.

Программа Quest предназначена для создания и проигрывания учебных курсов произвольного содержания с широким использованием мультимедийных данных (видео, звука, графики, анимации и других).

Пакет Quest позволяет не только встраивать все виды мультимедиа в создаваемый проект, но и обеспечивать оптимизацию их отображения на экране. С помощью набора шаблонов можно сравнительно быстро компоновать необходимые в обучающей программе функциональные модули, встраивать фрагменты, написанные на языке Си, разрабатывать как локальные, так и сетевые исполнения обучающих программ, а также гибридные варианты CD-ROM + Интернет. Он поддерживает технологию ActiveX, что способствует использованию функциональных возможностей уже готовых динамических библиотек.

Пакет Quest позволяет создавать быстро работающие программы, однако требуется их тщательная проверка с помощью встроенного отладчика, поскольку ошибки в структуре программы визуально неуловимы.

Интерфейс и справочная система Quest не русифицированы.

Сетевые авторские инструментальные средства

Сетевые авторские ИС, применяемые для разработки КСО, работающих в глобальной сети Интернет.

Система Lotus Learning Space разработана подразделением Lotus корпорации IBM. Она является одной из наиболее мощных систем для создания учебных курсов.

Lotus Learning Space представляет собой распределенную среду поддержки процесса обучения, обеспечивающую в том числе:

· создание интерактивных курсов;

· публикацию этих курсов;

· проведение учебного процесса в синхронном и асинхронном режимах, а также в режиме самообучения.

В системе имеются средства организации графика изучения курсов. Система контроля знаний предназначена для создания тестовых заданий на основе вопросов различных типов.

Система eLearning Office 3000 разработана компанией «ГиперМетод» и эксплуатируется с 2001 г. Программный пакет eLearinng Office 3000 предназначен для создания дистанционных учебных курсов.

С его помощью можно собрать современный мультимедийный дистанционный учебный курс.

С помощью eAuthor (Конструктора курсов) можно создать дистанционный учебный курс, состоящий из следующих разделов:

· учебник;

· лекции;

· словарь;

· тесты.

Система дистанционного обучения «Прометей» (версия 4) разработана Институтом виртуальных технологий в образовании для организации полноценного процесса дистанционного обучения и независимой проверки знаний, причем рассчитана она на большие потоки слушателей. Система содержит компоненты организации и управления учебным процессом и позволяет проводить обучение и проверку знаний в корпоративных сетях и сети Интернет.

В системе реализованы модули разработки КСО

· дизайнер тестов;

· дизайнер курсов.

Система «Батисфера» разработана ООО «Информпроект». Она позволяет конструировать мультимедийные приложения, средства тестирования. С помощью блока Designer можно создавать, модернизировать, передавать по сетям мультимедийные проекты. Designer состоит из независимых модулей:

· конструктора страниц;

· конструктора алгоритмов;

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены