Введение

В современном мире информационных технологий обучение информатике становится все более важным для учащихся в основной школе. Однако, преподавание этого предмета требует от учителей глубоких знаний и навыков в области проектирования уроков. В этом контексте возможности нейронных сетей при обучении будущих учителей проектированию уроков информатики представляют значительный потенциал.

Машинное обучение – область искусственного интеллекта, которая использует алгоритмы и модели для обучения нейросети на основе данных [1]. С помощью машинного обучения нейросети могут научиться распознавать паттерны, делать прогнозы и принимать решения без явного программирования. Это привело к огромному успеху во многих сферах, таких как образование, медицина, финансы, транспорт и другие [3]. Переход от машинного обучения к генеративным нейронным сетям открывает новые возможности в создании и использовании данных. В контексте обучения нейронные сети могут использоваться для разработки инновационных методик проектирования уроков информатики, которые будут соответствовать потребностям и способностям учащихся.

Система образования также столкнулась с рядом новых вызовов: школьники генерируют сочинения, студенты курсовые и дипломы, обучающиеся делегируют решение различных задач нейросетям и т.д. [1, 2].

Методика исследования

Одной из возможностей генеративных нейронных сетей является автоматический сбор и анализ данных обучения. Это позволяет учителям получить информацию о прогрессе каждого ученика и адаптировать уроки к их индивидуальным потребностям. В частности, генеративные нейронные сети могут анализировать ответы учащихся на задания и предлагать персонализированные рекомендации для дальнейшего обучения. Кроме того, нейронные сети могут использоваться для создания виртуальных сред, в которых учащиеся могут практиковать свои навыки в проектировании уроков информатики. Что в свою очередь дает возможность получить практический опыт и развить свои навыки в безопасной и контролируемой среде. Одним из самых известных и продвинутых на сегодняшний день представителей таких сетей является ChatGPT [2, 3].

В результате первичного анализа были выделены несколько областей влияния на систему подготовки учителей к учебным занятиям: создание технологической карты; разработка системы учебно-познавательных задач по теме урока; проверка выполненных учениками работ. По перечисленным областям рассматривались и анализировались примеры использования генеративных нейронных сетей.

Результаты

В рамках исследования было исследовано разное количество различных запросов по тематике и направлению. Ниже представлены примеры с комментариями.

1.     Создание технологической карты

Запрос: «Создай технологическую карту урока, направленного на усвоение новых знаний и умений по теме: «Алгоритмизация и программирование. Программирование на языке программирования C++», рассчитанный на 40 минут для 10 класса. В технологической карте обязательно укажи дидактическую цель урока, сформулированную исходя из темы урока; Укажи задачи обучения (понимать, знать, уметь, исследовать), воспитания, развития; Опиши планируемые образовательные результаты согласно ФГОС РФ; Перечисли методы обучения и формы обучения; Запиши опорные понятия и вводимые понятия; Составь план этого же урока; Сформируй список используемой литературы при составлении урока.»

Результат: Создание технологической карты урока

Дидактическая цель урока: Овладение новыми знаниями и умениями по теме "Алгоритмизация и программирование. Программирование на языке программирования C++".

Задачи обучения: понимать основные принципы алгоритмизации и программирования; знать основные концепции и синтаксис языка программирования C++; уметь разрабатывать простые программы на языке C++; исследовать примеры кода, чтобы лучше понять принципы программирования.

Задачи воспитания: развитие творческого и логического мышления; развитие навыков работы в команде; способствование саморазвитию и самообразованию.

Задачи развития: развитие навыков алгоритмического мышления; развитие навыков программирования на языке C++; развитие умения решать проблемы с помощью компьютерных программ.

Образовательные результаты (согласно ФГОС РФ): понимание основных концепций алгоритмизации и программирования; знание основных элементов языка программирования C++; умение разрабатывать простые программы на языке C++; умение использовать алгоритмическое мышление для решения задач.

Методы обучения: изложение материала учителем с использованием примеров и объяснений; работа в парах или группах для решения задач и обмена опытом; практические задания для самостоятельной работы.

Формы обучения: фронтальное обучение; групповая работа; индивидуальная работа; практические занятия.

Опорные понятия: алгоритмизация; программирование; язык программирования C++; переменная; операторы и выражения; условные конструкции; циклы; функции.

Вводимые понятия: алгоритм; синтаксис; компиляция; отладка.

План урока:

1. Введение (5 минут): ознакомление с темой урока и объяснение дидактической цели; презентация основных понятий алгоритмизации и программирования;

2. Разработка алгоритма (10 минут): объяснение, что такое алгоритм и как он связан с программированием; примеры разработки алгоритмов для решения простых задач

3. Основы языка программирования C++ (15 минут): обзор основных элементов языка C++ (переменные, операторы, условия, циклы); примеры кода на C++ для демонстрации основных концепций.

4. Практическое задание (10 минут): разбиение учащихся на группы для выполнения задачи; задание: написать программу на языке C++, решающую простую задачу (например, вычисление суммы чисел от 1 до N).

5. Подведение итогов и обсуждение (10 минут): презентация выполненных заданий группами; обсуждение проблем, возникших при выполнении задачи, и способов их решения

Список используемой литературы: учебник "Алгоритмизация и программирование на языке C++" автора Иванова И.И.; учебник "Основы программирования на языке C++" автора Петрова П.П.; статья "Введение в программирование на языке C++" на сайте www.example.com.; методические рекомендации Министерства образования РФ по преподаванию программирования в школе.

Это лишь пример того, как может выглядеть технологическая карта урока по указанной теме. 

2.                Разработка системы учебно-познавательных задач по теме урока

Запрос: «Разработай систему учебно-познавательных задач по теме урока: «Алгоритмизация и программирование. Программирование на языке программирования C++», состоящая из трех типов - репродуктивный, продуктивный и творческий»

Результат: Создание технологической карты урока

Разработка системы учебно-познавательных задач по теме урока "Алгоритмизация и программирование. Программирование на языке программирования C++"

Для разработки системы учебно-познавательных задач по теме урока "Алгоритмизация и программирование. Программирование на языке программирования C++", состоящей из трех типов - репродуктивного, продуктивного и творческого, можно использовать следующий подход:

1. Репродуктивные задачи: Репродуктивные задачи направлены на проверку знаний и понимания основных концепций и элементов языка программирования C++. Они могут включать в себя следующие типы задач: написание программы, которая выводит "Hello, World!" на экран; написание программы, которая считывает два числа с клавиатуры и выводит их сумму; написание программы, которая находит среднее арифметическое трех чисел;

2. Продуктивные задачи: Продуктивные задачи направлены на развитие навыков анализа и синтеза, а также на применение полученных знаний для решения более сложных задач на языке C++. Они могут включать в себя следующие типы задач: написание программы, которая считывает число N с клавиатуры и выводит все простые числа до N; написание программы, которая считывает строку с клавиатуры и выводит количество гласных букв в ней; написание программы, которая считывает массив чисел с клавиатуры и находит его сумму и среднее арифметическое.

3. Творческие задачи: Творческие задачи направлены на развитие творческого мышления и способности применять полученные знания и навыки для решения нетипичных задач на языке C++. Они могут включать в себя следующие типы задач: написание программы, которая считывает текстовый файл, анализирует его содержимое и выводит наиболее часто встречающееся слово; написание программы, которая считывает матрицу чисел с клавиатуры и находит ее определитель; написание программы, которая решает задачу коммивояжера для заданного графа.

Для каждого типа задачи можно разработать соответствующую методику и алгоритм решения, а также предоставить примеры и подсказки для студентов. Также можно использовать различные онлайн-ресурсы и учебники по программированию на C++ в качестве дополнительных материалов для подготовки задач.

Пример задачи:

Напишите программу на языке C++, которая считывает с клавиатуры число N и выводит на экран все числа от 1 до N.

#include <iostream>

int main() {

    int N;

    std::cout << "Введите число N: ";

    std::cin >> N;

    for (int i = 1; i <= N; i++) {

        std::cout << i << " ";

    }

    return 0;

}

Это пример репродуктивной задачи, которая проверяет понимание цикла и ввода-вывода в C++. Можно использовать подобные примеры для разных типов задач, чтобы помочь студентам разобраться с основами программирования на языке C++.

3.                Проверка выполненных учениками работ

Запрос: «Проверь правильность написанного кода на языке программирования C++:

#include <iostream>

int main() {

    double a, b;

    std::cout << "Введите коэффициенты a и b: ";

    std::cin >> a >> b;

    if (a = 0) {

        if (b == 0) {

            std::cout << "Уравнение имеет бесконечное множество решений." << std::endl;

        } else {

            std::cout << "Уравнение не имеет решений." << std::endl;

        }

    } else {

        double x = -b / a;

        std::cout << "Уравнение имеет одно решение: x = " << x << std::endl;

    }

    return 0;

}»

Результат: В данном коде есть ошибки, которые могут привести к неправильной работе программы.

Ошибка находится в условии if (a = 0). Вместо оператора сравнения ==, здесь используется оператор присваивания =. Чтобы исправить это, необходимо заменить if (a = 0) на if (a == 0).

Важно отметить, что использование нейронных сетей в обучении будущих учителей проектированию уроков информатики требует специальной подготовки и обучения. Учителя должны быть ознакомлены с принципами работы нейронных сетей и уметь применять их в педагогической практике.

Обсуждение

В заключение возможности нейронных сетей при обучении будущих учителей проектированию уроков информатики в основной школе представляют значительный потенциал для улучшения качества обучения и повышения интереса учащихся к этому предмету. Однако, необходимо продолжать исследования и разработку соответствующих методик и инструментов, чтобы максимально использовать этот потенциал и достичь успеха в обучении информатике.

Литература:

1.       Елисеев, А. В. Генеративные нейронные сети в образовании: классификация и некоторые особенности использования / А. В. Елисеев, Л. А. Шунина // Фундаментальные проблемы обучения математике, информатике и информатизации образования : Сборник тезисов докладов международной научной конференции, Елец, 29 сентября – 01  2023 года. – Елец: Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, 2023. – С. 193-197. – EDN KYKDOZ.

2.       Гриншкун, А. В. Влияние генеративных нейронных сетей на обучение математике / А. В. Гриншкун, Н. С. Корнева // Информатизация образования и методика электронного обучения: цифровые технологии в образовании : Материалы VII Международной научной конференции, Красноярск, 19–22 сентября 2023 года. – Красноярск: Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева, 2023. – С. 245-248. – EDN OEHNDL.

3.       Гриншкун, А. В. Роль генеративных нейронных сетей в процессе обучения математике / А. В. Гриншкун, Т. А. Захарова, Н. С. Корнева // Фундаментальные проблемы обучения математике, информатике и информатизации образования : Сборник тезисов докладов международной научной конференции, Елец, 29 сентября – 01 2023 года. – Елец: Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, 2023. – С. 186-189. – EDN MYYRLO.