V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Несмотря на увеличение учебного времени на изучения алгоритмизации и программирования в школе, как справедливо отмечает И.Г. Семакин, в содержании ФГОС и примерной образовательной программы по информатике практически не находят отражения современные, перспективные направления информатики, особенно в области программирования [5]. Так, несмотря на наличие исследований в области методики преподавания информатики в основной школе, которые предполагают знакомство учеников с актуальными и востребованными на рынке труда направлениями программирования (Т.Н. Лебедева, А.И. Газейкина и др.), данный раздел рассматривается исключительно в процедурной парадигме. Большинство же современных специалистов в области школьной информатики (И.Г. Семакин, Н.Д. Угринович, Д.Г. Копосов и др.) считают, что принимая во внимание современное развитие информатики как науки, а также неплохой уровень компьютеризации и информатизации школ, в доступной форме в содержании предмета можно отразить такие современные темы как искусственный интеллект, параллельные вычисления, робототехника и др.

Несоответствие же учебного материала по программированию с современными достижениями отрасли ведет к тому, что учащиеся не видят смысл изучения программирования. В ходе опроса, проведенного среди учащихся 9 классов, мы получили следующие высказывания по поводу изучения программирования: «Объясните, где мне пригодится программирование на языке Паскаль?», «Чтобы сложить два числа нужно написать целую программу, не проще ли воспользоваться калькулятором?», «Я не могу самостоятельно решить ни одной задачи, только если набрать текст программы или исправить ошибки».

С нашей точки зрения, введение в курс школьного программирования элементов робототехники позволит решить основные трудности в обучении программированию, к которым мы относим:

Со стороны ученика:

– недостаточное развитие и учащихся работать с информацией в формализованном виде (C.А. Бешенков и др.);

– склонность учащихся к конкретным задачам с явно выраженными исходными данными (А.А. Гин и др.);

– низкая мотивация учащихся к изучению программирования.

Со стороны организации учебного процесса:

– акцент на технологическую сторону изучения языка программирования вместо развития общих навыков алгоритмического мышления и эмоционально-ценностной сферы учащихся;

– недостаточное внимание связи программирования с востребованными направлениями информатики: робототехникой, информационной безопасностью и др.;

– основная организация обучения программированию в форме индивидуальной работы в системе «ученик-компьютер», без учета актуальности приобретения учащимися умения работать в коллективе.

Остановимся на особенностях изучения основ робототехники средствами программы Microsoft Robotics Developer Studio. Данная программа содержит встроенный визуальный язык управления роботами, конструкции которого имеют много общего с блок-схемами (табл. 1) и могут изучаться параллельно с ними.

Таблица 1. Соответствие компонентов блок схем и компонентов VPL

Компонент блок-схемы	Компонент VPL	Назначение
		Ввод данных
		Вычисления над входными данными
		Организация алгоритма ветвления
		Вывод данных

Запись алгоритмов в виде блок-схем изучается школьниками на начальном этапе изучения раздела «Алгоритмы и элементы программирования» и входит в государственный образовательный стандарт. Параллельное изучение языка VPL будет способствовать пониманию учащимися практической значимости использования блок-схем и познакомит их с актуальной и динамично развивающейся в настоящее время технологией визуального программирования.

Одной из особенностей изучения алгоритмизации и программирования является то, что ученикам необходимо запомнить достаточно большой объем условных изображений и их значений. С общим понятием знака учащиеся знакомятся в разделе «Введение в информатику» в связи с чем в начале изучения способов записи алгоритмов целесообразно актуализировать и расширить знания в данной области. Удобной моделью знака является модель предложенная Ч. Пирсом с точки зрения которой любой знак имеет три составляющие: представление, значение, интерпретация (рис. 1) .

Рис 1. Триадичная модель знака на примере блока «Data»

Как видно из рис. 1 представление – это непосредственное изображение знака, то есть та часть знака, которую воспринимают люди и пытаются через нее понять всю его суть. Значение – смысл знака. В данном случае смысл знака – ввод данных. Интерпретация – понимание субъектом или объектом значения знака (рис. 1). В данном случае знак предназначен для исполнителя. Исполнитель, управление которого поддерживается языком VPL (другими словами, исполнитель, который «понимает» значение знака), должен получить команду «считать данные».

Предложенная модель знака универсальна и может быть использована для анализа знаков, с которыми учащиеся встречаются в учебной деятельности и повседневной жизни (рис. 2).

Рис. 2. Триадичная модель знака на примере изображения стрелки

При сравнении моделей знаков на рис. 1 и на рис. 2 можно заметить, что в языках программирования, каждому знаку всегда соответствует один смысл, а смыслу, в свою очередь, – один денотат. Это необходимо, в связи с тем, что при машинной обработке текста программы каждый знак должен быть интерпретирован однозначно. Однако в повседневной жизни часто один и тот же знак может использоваться для обозначения разных объектов или действий.

В языке VPL для обозначения блоков широко использованы изобразительные знаки, о значении которых учащимся легко догадаться. Кроме того, каждый блок подписывается на английском языке.

Пример задания: Заполните таблицу значений блоков языка VPL.

Знак	Значение	Интерпретация

Знакомство учащихся с разными знаковыми системами способствует развитию умения школьников выражать свои идеи, задумки по реализации алгоритмов в виде конкретной презентативной системы. Успешность выполнения такого вида деятельности предполагает, что ученики могут связывать имеющиеся знания со знаковыми системами. Использование в процессе обучения составлению алгоритмов и способов их записи симуляторов роботов в среде MRDS, а также, при возможности, образовательного робототехнического набора Lego Mindstorms, позволяет учащимся проверить правильность составленного ими алгоритма, наглядно представить работу исполнителя. Поведение робота управляется средствами языка VPL – визуального языка программирования, позволяющему пользователю без начальных знаний программирования создавать программы, основанные на визуальных компонентах. Программа на языке VPL представляет собой диаграмму, где компоненты представляют собой базовые алгоритмические конструкции, команды и типы данных. Преимуществом данного языка является то, что его синтаксис достаточно прост и понятен, что позволяет учителю информатики сосредоточить свое внимание не на изучение особенностей языка программирования, а на формирование у учащихся навыков алгоритмического мышления. Знание школьниками основ данного языка достаточно для реализации несложных алгоритмов управления поведением робота.

В связи с тем, что в настоящее время актуальной становится коллективная работа и в связи с важностью формирования коммуникативных навыков учащихся, мы считаем, что при изучении алгоритмов эффективными являются групповые формы взаимодействия. При работе с группой учащихся нами была предложена следующая последовательность действий:

1. Деление на группы. В связи с ограниченным временем урока целесообразно использовать приемы, которые позволяют быстро поделиться классу на группы. Например, по выбору той или иной карточки, заранее подготовленной учителем.

2. Представление условия задачи. Например: «Одним из самых популярных роботов в настоящее время является робот-пылесос. Основная траектория движения робота – окружность. Представьте, что вы – программист и вам поручено написать программу, которая заставляет робота ехать по окружности».

3. Обсуждение условия задачи в группах. Формулирование проблемных вопросов (При каких условиях робот движется по окружности? и др.).

4. Описание алгоритма на естественном языке. Запись его в виде блок-схемы.

5. Конвертирование алгоритма из блок-схемы в программу на языке VPL.

6. Проверка и, при необходимости, коррекция диаграммы VPL.

7. Сравнение полученных в процессе групповой работы алгоритмов и обсуждение их эффективности.

После проведения урока, построенного по описанной выше схеме, мы поинтересовались у учащихся их мнением по отношению к применению блок-схем, программированию в среде MRDS, конвертированию алгоритма из блок-схемы в диаграмму VPL. Ученики отметили, что текстовое описание алгоритма и составление блок-схем помогает обобщить и структурировать предложенные идеи по реализации алгоритма. Программирование в среде MRDS позволяет проверить правильность составления алгоритма, а при возникновении ошибок быстро исправить недочеты. Многим учащимся понравилась работа в группах «когда ты делаешь ошибку в программе, есть возможность обсудить с другими, что не так и вместе найти решение». Таким образом, мы могли судить о положительном эмоциональном фоне урока и интересе учащихся к теме. В ходе урока ученики получили понятие о том, что продумывание алгоритма, поиск различных вариантов его реализации занимает значительно большее время, чем написание программы. Конвертирование алгоритма, написанного в виде блок-схемы, в программу VPL ученики выполняли без значительных трудностей. С точки зрения формирования учебной успешности положительным в данном уроке является то, что помимо формирования предметных знаний, он был направлен на развитие коммуникативных навыков учащихся в процессе обсуждения и решения поставленной задачи, развитие навыков алгоритмического мышления при составлении алгоритма.

Следует отметить, что при составлении диаграмм на языке VPL учащиеся знакомятся с понятием тип данных и способами работы с ними, диалоговыми окнами и др., что подготавливает их к последующему освоению синтаксиса и семантики какого-либо языка программирования. Кроме того, по мере усложнения задач, помимо языка VPL применение языка программирования становится необходимым (среда MRDS ориентирована на использование языка С#), что может являться дополнительным стимулом учащихся к его изучению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бешенков С.А., Трубина И.И., Миндзаева Э.В. Курс информатики современной школе: доклад на 7-м заседании семинара «Методологические проблемы наук об информации» – М.: ИНИОН РАН, 21 мая 2012 г. – 9 с.

2. Газейкина А.И. Стили мышления и обучение программированию студентов педагогического вуза [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ito.edu.ru/2006/Moscow/I/1/I-1-6371.html. – Загл. с экрана

3. Гин А.А. Приемы педагогической техники. М.: Вита-пресс, 2005. – 112 с.

4. Копосов Д.Г. Уроки робототехники в школе [Электронный ресурс]: Ито Архангельск 2010: всерос. Научн.-практ. Конф, Архангельск 7-10 декабря, 2010, статья Режим доступа: http://ito.edu.ru/2010/Arkhangelsk/II/II-0-1.html

5. Лебедева Т.Н. Формирование алгоритмического мышления школьников в процессе обучения рекурсивным алгоритмам в профильных классах средней общеобразовательной школы: автореф. дис. канд. пед. наук: Екатеринбург, 2005. – 20 с.

6. Семакин И.Г. Эволюция школьной информатики// Информатика в школе. 2011. №5. С. 2–7 .

7. Угринович Н.Д. Исследование информационных моделей с использованием объектно-ориентированного программирования и электронных таблиц// Профильная школа. 2005. №3. С. 23-29.

Код для цитирования: Скопировать