gallery/gerb_rgpu_1
En
Ru

New Educational Strategies in Modern Information Space - 2020

Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве

Баранова Е.В.,

Симонова И.В.

РГПУ им. А. И. Герцена

 

Компоненты цифровой компетентности учителя информатики: алгоритмизация и программирование

 

  Исследуется проблема развития алгоритмической компетенции студентов как основы цифровой компетенции будущего учителя информатики. Целью исследования явилось выявление условий эффективного обучения алгоритмизации и программированию студентов. В ходе исследования решены задачи модульного представления содержания обучения, выделения в соответствии с таксономией Б. Блума классов задач по информатике и методике ее обучения, разработки и применения электронных образовательных ресурсов в условиях смешанного обучения, уточнено понятие алгоритмической компетентности студентов вузов - готовность студентов к разработке алгоритмов и программ, их использованию в профессиональной деятельности.

 

Baranova E.V.

Simonova I.V.

HSPU, St.Petersburg,

Russia

 

 

Components of digital competence of a computer science teacher: algorithmization and programming

 

  The problem of development of algorithmic competence of students – future Computer Science teachers as a component of digital competence is investigated. The aim of the study is to identify the conditions for effective algorithmization and programming learning, involving a modular representation of the content, blended learning, allocated in accordance with the B. Bloom's taxonomy classes of problems in Computer Science and Methods of its Teaching and the use of electronic learning resources.

  

  Современный этап характеризуется переходом к широкомасштабному использованию средств информационных технологий в отечественной системе образования всех уровней – этапу цифрового образования [2,4], в первую высококачественных электронных образовательных ресурсов, открытых онлайн курсов, обеспечении обучающихся всех уровней образования удаленным доступом к учебно-методическим материалам, представленным в цифровом формате и т.д.

 

  Развитие цифрового образования предполагает повышение эффективности обучения за счет усиления мотивации обучающихся и совершенствования способов работы с информацией, развитие цифровой компетенции (digital competence) учителей. Характеристикой развитой цифровой компетенции является не только понимание и адекватное цели использование цифровых технологий и информационных систем в жизни и профессиональной деятельности, но и уверенность в их использовании творчески, критически, самостоятельно (без посторонней помощи).

 

  В документе «The Digital Competence Framework 2.0» [https://ec.europa.eu/jrc/en/digcomp/digital-competence-framework], разработанном Европейской комиссией, выделены 21 компонента цифровой компетенции, объединённые в 5 групп: обработка информация; коммуникации, работа с цифровым контентом, информационная безопасность, решение проблем. Критерий объединения в группу – классы решаемых задач, характеризующиеся типом объекта исследования, разработки объекта и его модификации с использованием цифровых технологий, и видами деятельности, которые для этого осуществляются.

 

  Владение навыками в соответствии с каждой составляющей предполагает сформированность определённого уровня алгоритмической компетенции, основы которой формируются в школе, развиваются на следующих этапах образования и в течение всей жизни. Это определяет необходимость подготовки учителей информатики, в области алгоритмизации и программирования на достаточно высоком уровне.

 

  Под алгоритмической компетенцией будем понимать готовность студентов к разработке алгоритмов и программ, их использованию в профессиональной деятельности при обучении информатике, разработке электронных образовательных ресурсов (ЭОР), самообразованию в области информатики [3].

 

  Развитие алгоритмической компетенции при подготовке педагогов осуществляется поэтапно в различных модулях образовательной программы [10]. Основным средством развития алгоритмической компетенции, по мнению авторов, является система задач по информатике и методике ее обучения. Система задач разработана авторами и базируется на таксономии педагогических целей Б. Блума [14], включающей шесть категорий целей: знание, понимание, применение, анализ, синтез, оценка.

 

  Разработанная модель подготовки [10] направлена на развитие алгоритмической компетенции студентов, что определяет логику формирования классов задач, готовность к решению которых развивается у студентов в направлении от репродуктивной деятельности к частично-поисковой и исследовательской. Структура, состав, функционал ЭОР должен соответствовать выделенным классам задач. Использование ЭОР обеспечивает возможность индивидуализировать темп обучения, место и время. Включение ресурсов в LMS Moodle обеспечивает систематизацию ЭОР, возможность управления учебной деятельностью, как в рамках аудиторных занятий, так и дистанционно, позволяет осуществлять преподавателям индивидуальные консультации, реализовывать обсуждение в группах заданий для выполнения [1,9,13].

 

  Опишем разработанные авторами содержание, типовые задачи, ЭОР, направленные на развитие алгоритмической компетенции студентов.

 

  Содержание модуля «Теоретические основы информатики и технологии программирования» направлено на формирование у студентов теоретических знаний в области информатики и развития алгоритмической компетенции. Студенты изучают понятия теории алгоритмов, математической логики, формальных языков и грамматик, реляционной алгебры, теории информации и др. В модуле реализованы междисциплинарные связи с математическим модулем, в рамках которого изучается математический аппарат, составляющий основу теоретической информатики.

 

  Развитие алгоритмической компетенции осуществляется в дисциплинах, посвященных изучению современных парадигм программирования, и предполагает овладение студентами методами алгоритмизации и программирования. У студентов формируются знания базовых понятий, принципов и методов программирования, на основе которых развиваются умения разрабатывать информационные модели, алгоритмы, структуры данных, базы данных, компьютерные программы, информационные системы и веб-ресурсы для решения средствами информационных технологий задач из различных областей, в том числе из сферы будущей профессиональной педагогической деятельности [3].

 

  Особенность реализации дисциплин модуля – необходимость индивидуализации обучения, учета различного уровня подготовки студентов в области программирования: более 50% студентов не имеют или имеют слабое представление об этом виде деятельности, только 10% студентов, как правило, имеют представление о программировании и готовы успешно решать сложные задачи.

 

  Условия для формирования индивидуальных образовательных маршрутов обучаемых обеспечиваются набором типовых задач различного уровня сложности и электронными образовательными ресурсами, представленными в LMS Moodle, типовые задачи модуля и соответствующие ЭОР соотнесенные с категориями Б. Блума.

 

  Достижение поставленных целей обучения осуществляется с использованием системы пяти классов типовых задач, предназначенных для развития у студентов алгоритмической компетенции, включающей готовность описывать и создавать структуры данных различного уровня сложности, разрабатывать и реализовывать алгоритмы для решения задач из различных областей. Первый тип задач предполагает выполнение базовых операций над данными, представленными различными структурами: массивами, списками, записями, классами объектов, таблицами баз данных и т.д. Задачи второго и третьего типа ориентированы на выявление сформированности алгоритмической компетенции на уровне понимания и предполагают разработку вычислительных алгоритмов и программ, базирующихся на известном математическом аппарате. На очередном, четвертом этапе формируется готовность осуществлять анализ данных, выявлять взаимосвязи между элементами данных, определять принципы организации данных. Задания пятого типа предполагают разработку многомодульных компьютерных программ, в том числе для решения учебно-профессиональных задач, связанных с будущей профессиональной деятельностью.

 

  Для освоения модуля разработана система электронных образовательных ресурсов, предназначенных для повышения эффективности освоения студентами содержания модуля и достижения поставленных целей обучения:

  • ресурс «Структуры данных» содержит системное описание изучаемых структур данных, базовых операций доступа к элементам структур данных, примеры, наглядно иллюстрирующие способы доступа и результаты выполнения операций
  • ресурс «Алгоритмы обработки структур данных» содержит краткое описание базовых алгоритмов обработки данных, представленных в различных структурах, интерактивные демонстрационные примеры - программные приложения, моделирующие работу алгоритмов.
  • ресурс «Информационные системы и веб-ресурсы» используется на завершающем этапе подготовки, направлен на развитие у студентов готовности к самостоятельной разработке алгоритмов и программ, реализующих заданный функционал [6,7,8].
  • интегрированный электронный образовательный ресурс «Синтаксический анализатор» [5], включает несколько программных модулей, представляющих важные понятия и алгоритмы теоретической информатики. В первую очередь, это модели компонентов компилятора: лексического и синтаксического анализаторов, генератора кода. Студенты учатся анализировать алгоритмы теоретической информатики, оценивать их эффективность, «предсказывать» результаты работы алгоритмов для различных наборов данных, разрабатывать алгоритмы с использованием сложных структур данных. Ресурс имеет междисциплинарный характер.

  Описанная система задач и электронных образовательных ресурсов используется в течение всего периода подготовки студентов в области алгоритмизации и программирования. К завершению обучения уровень сформированности алгоритмической компетенции у студентов позволяет им самостоятельно анализировать предметную область, разрабатывать структуры данных и алгоритмы, адекватные решаемой проблемы, создавать новый программный продукт, оценивать его качество.

 

  Алгоритмическая компетенция учителя информатики развивается в модуле «Теория и методика обучения информатике в школе».

 

  Содержание модуля направлено на развитие методической компетенции будущего учителя информатики, раскрывается система понятий общей методики обучения с учетом междисциплинарных связей с педагогикой и психологией с учетом предмета «Информатика».

 

  Рассматриваются этапы становления содержания школьного предмета «Информатика» во взаимосвязи с развитием науки об информации и информационных процессах, алгоритмах, компьютере как универсального средства обработки информации, программном обеспечении. В содержании выделяются понятия «информация», «алгоритм», «модель» и классы задач, для решения которых необходимо понимание и применение этих понятий. Используются классификации, наглядные, схемы, иллюстрации, компьютерные модели и презентации.

 

  Условия для формирования индивидуальных образовательных маршрутов обучаемых обеспечиваются набором типовых задач различного уровня сложности и электронными образовательными ресурсами, представленными в LMS Moodle.

 

  Развитие методической компетенции будущего учителя информатики предполагает усвоение набора определений ведущих понятий, раскрывающих структуру и функции методической системы обучения: цели, содержание, формы, методы, средства обучения, и знаний об основных закономерностях обучения информатике в школе, знания понятий и типовых задач школьного предмета на всех ступенях школьного образования: начального, основного, старшего. В ходе обучения для достижения этой цели используются задания, способствующие запоминанию и пониманию логической взаимосвязи ведущих понятий. Задания предполагают построение логических схем понятий в рамках одной или нескольких тем, в соответствии с материалом учебников для основной и старшей школы, самостоятельного конструирования рабочих определений понятий «компьютер», «информация», «алгоритм», «модель», «информационная безопасность» [11,15] и др., с использованием компьютерных инструментов; анализ содержания учебников информатики для основной и старшей школы, и выявление изменений, в зависимости от этапа обучения, объема и содержания понятий «алгоритм», «программа», «модель», «информационный процесс» [16].

 

  Ведущей деятельностью учителя является планирование содержания обучения на весь период основной или старшей школы, составление учебно-тематических планов на семестр и конспектов уроков.

 

  Студент должен быть готов адаптировать и создавать наборы учебных задач к уроку информатики, дидактические компьютерные игры, контрольные задания, в том числе, в тестовой форме с использованием средств ИТ. Такие умения формируются при разработке наборов дифференцированных заданий для учащихся основной школы для закрепления материала по теме «Алгоритмизация и программирование», и реализации заданий с использованием учебного исполнителя, в дальнейшем и переносом этих умений в другие среды программирования [16].

 

  В поддержку самостоятельной работы студентов и обеспечения индивидуальных образовательных маршрутов при освоении материала модуля разработаны электронные образовательные ресурсы. Ресурсы включают систематизированный теоретический материал по темам и презентации, акцентирующие внимание на ведущих аспектах темы, выводы и вопросы и задания для саморефлексии, тесты. Практическая деятельность студентов по освоению предмета поддержана лабораторными работами. Ресурсы реализованы в LMS Moodle.

 

  Ресурс «Сетевые средства для создания мультимедийного образовательного контента» [12] содержит подробные инструкции по созданию графических иллюстраций, анимаций, обработке аудио и видео объектов с использованием свободно распространяемых сетевых сервисов, примеры объектов, созданных студентами прошлых лет обучения, примеры их использования на уроках информатики, тестовые задания по каждой теме для саморефлексии, задания для самостоятельной работы. Ресурс реализован в виде web-site со свободным доступом. Взаимодействие преподавателя со студентами осуществляется в группе сетевого сообщества ВКонтакте. Ресурс используется студентами на протяжении всего обучения для создания учебно-методических материалов к урокам [12].

 

  В эксперименте по оценке готовности студентов решать выделенные классы задач, направленные на развитие алгоритмической компетенции принимали участие две группы студентов 2-4 курсов РГПУ им. А.И. Герцена, г. Санкт-Петербурга, обучавшихся по направлению педагогического образования, профиль «Информатика и информационные технологии в образовании». Контрольная группа состояла из 48 студентов, экспериментальная – из 52.

 

  До начала эксперимента обе группы получили первоначальную подготовку в области информатики и методики обучения. В начале 2 курса обеим группам были предложены для решения задачи по информатике и методике, ориентированные на достижение различных категорий достижения педагогических целей по Б. Блуму. Анализ результатов показал, что нет существенных различий между уровнями готовности решать типовые задачи студентами обеих групп. Отметим, что задачи, связанные с анализом, синтезом и оценкой данных, вызывают у студентов большие трудности.

 

  Дальнейшее обучение в экспериментальной группе осуществлялось в форме смешанного обучения и основывалось на применении описанных классов ЭОР. В контрольной группе ЭОР не использовались. После завершения изучения модулей проводилась контрольная работа, включающая одинаковые задания для обеих групп. Задания контрольной работы были направлены на проверку достижения педагогических целей Б. Блума.

 

  Анализ результатов контрольной работы показал, что в контрольной и экспериментальной группе повысились результаты по достижению всех педагогических целей. В экспериментальной группе приращение существенно выше [3,13].

 

  Выводы

  Проведенное исследование показало, что развитию алгоритмической компетенции будущих учителей информатики способствуют:

  • содержание, представленное в модульной структуре и осуществляемое в смешанной форме,
  • классы задач по информатике и методике ее обучения, ориентированные на достижение студентами педагогических целей по таксономии Б. Блума,
  • система электронных образовательных ресурсов, структура и состав которых, соответствуют выделенным классам задач по информатике.

  Направления развития исследования могут быть связаны с переносом предложенного подхода на другие модули подготовки учителей информатики, а также на подготовку в области информатики специалистов других областей.

 

Литература:

  1. Баранова Е. В. Современная информационно-образовательная среда вуза как механизм реализации требований стандартов нового поколения // Известия Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена [Текст]. - СПб., 2015. - N 177. - С. 70-73.
  2. Баранова Е.В., Верещагина Н.О. Инновационные ресурсы для организации учебного процесса в современном вузе в условиях цифрового образования // Письма в Эмиссия Оффлайн(TheEmissia.OfflineLetters): электронный научный журнал. 2018. №10 (октябрь). ART2657 Объем 0,5 п.л. URL: http://emissia.org/offline/2018/2657.htm
  3. Баранова Е.В., Симонова И.В. Развитие алгоритмической компетенции студентов при подготовке учителей информатики в условиях цифрового образования // Перспективы науки. 2019. № 8 (119). С. 114-124.
  4. Баранова Е. В., Верещагина Н. О., Елизарова И. К. Электронный педагогический университет - инновационная платформа открытого педагогического образования // Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве. Методология электронного обучения: сборник научных статей по материалам международной научной конференции, 1-13 апреля 2016 г. / РГПУ, Институт компьютерных наук и технологического образования. - Санкт-Петербург, 2016. - С. 83-87.
  5. Баранова Е.В., Елизарова И.К. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Электронный образовательный ресурс «Синтаксический анализатор» № 2014613916 от 09.06.2014 г.
  6. Баранова Е.В., Елизарова И.К., Верещагина Н.О. и др. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программный комплекс для управления учебным процессом в вузе (ПК «Герцен»)» № 2019618795 от 04.07.2019 г.
  7. Баранова Е.В., Елизарова И.К., Верещагина Н.О. и др. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Электронный ресурс "декан on-line» № 2016619570 от 24.08.2016 г.
  8. Баранова Е.В., Елизарова И.К., Верещагина Н.О. и др. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Мониторинг электронного обучения» № 2016619725 от 26.08.2016г.
  9. Баранова Е. В., Симонова И. В. Модели ресурсов электронной информационно-образовательной среды для решения профессиональных задач преподавателя педагогического вуза // Информатика и образование. - 2016. - N 9. - С. 18-21.
  10. Баранова Е.В., Симонова И.В Развитие профессиональных компетенций бакалавров по направлению Педагогическое образование в области информатики в условиях цифрового образования// Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2018. №190 C116-124
  11. Бочаров М.И., Симонова И.В., Можаров М.С. Влияние систематического обучения информационной безопасности на уровень тревожности обучаемых // Перспективы науки и образования. 2019. № 4. С. 169-182.
  12. Симонова И.В., Устюгова Т.А. методика развития медиакомпетентности студентов в условиях электронной образовательной среды // Перспективы науки. 2017. № 12 (99). С. 94-99.
  13. Evgenia V. Baranova, Irina V. Simonova, Mikhail I. Bocharov, Victoria V. Zabolotnaia. The development of students' algorithmic competence by means of electronic learning resources /Proceedings of the 16th International conference on Cognition and Exploratory Learning in the Digital Age (CELDA 2019), Cagliari, Italy, pp. 77-85, November, 7-9 2019. ISBN: 978-989-8533-93-
  14. Bloom, B. S.; Engelhart, M. D.; Furst, E. J.; Hill, W. H.; Krathwohl, D. R. , 1956. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals. Handbook I: Cognitive domain. New York: David McKay Company.
  15. M.I. Bocharov, M.S. Mozharov, I.V. Simonova Systematic information security training in elementary school /Proceedings International Scientific and Practical Conference on Digital Economy (ISCDE 2019), December 2019. PP 600-604 ISBN 978-94-6252-848-2.
  16. Sergei A. Kostousov, Irina V. Simonova. Visual modeling for exploratory problem solving on computer science lessons /Proceedings of the 16th International conference on Cognition and Exploratory Learning in the Digital Age (CELDA 2019), Cagliari, Italy, pp. 265-273, November, 7-9 2019. ISBN: 978-989-8533-93-7

Комментарии:

Оставить комментарий:

Имя  
Эл. почта  
Текст комментария  
 

Минин Никита:

 

В данной статье поднимается, на мой взгляд, актуальная проблема алгоритмической компетенции студентов в педагогических вузах как основы цифровой грамотности будущих учителей информатики, а также рассматривается само понятие «алгоритмической компетенции» – готовности студентов к разработке алгоритмов и программ, необходимых в их дальнейшей педагогической деятельности. Авторы данной статьи приводят подробное описание данной технологии, доказывая необходимость и возможность её практического применения. Данная технология обучения решается поэтапно в различных модулях образовательной программы с применением системы задач по информатике и методике её обучения, базирующейся на таксономии педагогических целей Б. Блума. На мой взгляд, педагоги должны обладать такого рода компетенциями, которые позволят им овладеть не только навыками репродуктивной и частично –поисковой деятельности, но и полноценной исследовательской деятельностью в рамках овладения основ информатики и программирования.

 

22.03.2020 19:50

Гизатуллина Гулия Саматовна:

 

Из статьи понятно, что авторами проведена огромная и полезная работа, действительно, применение электронных образовательных ресурсов в условиях смешанного обучения является неотъемлемой частью эффективного обучения алгоритмизации и программированию студентов. Интересно узнать, пришлось ли столкнуться с какими-либо проблемами при проведении эксперимента?

 

23.03.2020 16:06