Логико-структурированное представление учебного материала по теме организация циклических вычислительных процессов на языке С++



Перед высшим образованием встаёт задача направить обучение на саморазвитие, самообразование, самореализацию личности, самостоятельно адаптирующейся в коллективе и информационном обществе. Таким образом, существующая в системе обучения работа над усвоением определённого минимума знаний, умений и навыков, характерная старой идеологии традиционного образования, вступает в противоречие с уровнем способностей, возможностей и желаний каждого современного обучаемого. Поэтому, в условиях современного информационного общества необходимо:

- развивать способностей конструктивного и логического мышления будущих специалистов;

- развивать познавательных, эмоциональных, духовных речевых способностей;

- формировать творческой личности с индивидуальным языком и стилем.

- Разрешение этих задач поможет молодому поколению специалистов:

- осуществить своё жизненное и профессиональное самоопределение;

- обеспечить социальную и профессиональную мобильность;

- развивать коммуникабельность и толерантность.

Важнейшей проблемой, волнующей всех педагогов высшего образования, является повышение эффективности лекционных, практических, лабораторных и семинарских занятий как основной формы обучения и воспитания бакалавров, особенно в начальных курсах.

В настоящее время всем преподавателям вузов понятно тот факт, что усовершенствование, повышение качество образования, не только в вузах, невозможно получить, решая проблемы устаревшими методами. В стратегии модернизации содержания образования одним из основных условий достижения целей образования называется вариативность и дифференцирования системы общего образования. Таким образом, на современном этапе в условиях модернизации образования дифференцированное обучение не теряет своей актуальности [1].

1. Дифференцированное обучение предоставляет шанс каждому студенту организовать свое обучение таким образом, чтобы максимально использовать свои возможности, прежде всего, учебные.

2. Дифференциация позволяет акцентировать внимание преподавателя на работе с различными категориями студентов. Например, с успевающими студентами преподаватель работает опережающим темпом, они выполняют, допустим, в лабораторных занятиях не п-ю, а п+1-ю или п+2-ю заданий, слабых студентов подтягивает к среднему уровню.

3. В структуре уровневой дифференциации по обученности (а именно она чаще всего и лежит в основе дифференцированного обучения) выделяют, как правило, три уровня: минимальный (базовый), программный и усложненный (продвинутый в формулировке некоторых авторов).

4. Чтобы дифференцированная технология уровневого обучения была эффективной, необходимо ориентироваться на особенности субъекта - студента:

• особенности личностно-смысловой сферы;
• особенности психического развития (особенности, памяти, логического мышления, восприятия, умения регулировать свою эмоциональную сферу);
• уровень обученности, подготовленности, определенный багаж знаний по алгоритмизации и программированию полученный в общеобразовательных школах, академических лицеях или профессиональных колледжах, перед изучением определённого предмета, в нашем случае, предмета «Программирования на С++».

Педагогическая идея в нашем опыте заключается в следующем, необходимо усвоит учебный материал основы организации простых циклических вычислительных процессов, их алгоритмизации и программировании, а также навыки отладки и тестирования в среде компилятора С++. К данному опыту привлечены студенты 1-го курса изучающихся дисциплину «Программирование на С++» по теме «Организация циклических вычислительных процессов» [2, с. 37].

В основу опыта положены технологии обучения предмета на основе логико-структурированного с помощью семантических графов представления содержания изучаемого материала [3] и «Технология уровневой дифференциации» [1].

Дифференцированное обучение – целостный процесс, эпицентром которого является человек, познающий и творящий культуру путём диалога, обмена мыслями, создания произведений индивидуального и коллективного творчества. Это образование, которое обеспечивает личностно-смысловое развитие учащихся, поддерживает индивидуальность, единственность и неповторимость каждой личности и, опираясь на её способность к само изменению и культурному саморазвитию, помогает ей самостоятельно решать свои жизненные проблемы.

Базовый уровень задаёт нижнюю границу качественного образования с позиции требований государственного стандарта образования. Поэтому всем студентам важно достичь этого уровня, так как он является реальной опорой для последующих форм профессиональной и общекультурной подготовки.

Ориентация на этот уровень позволяет студенту перераспределить свои усилия и время с учётом своих интересов и склонностей [1].

Основные принципы дифференцированной технологии:

- всеобщая талантливость – нет бесталанных людей, есть люди, занятые не своим делом;

- взаимное превосходство – если у кого-то одно дело получается хуже, чем у других, значит, другое должно получиться лучше; это «другое» нужно искать педагогу;

- неизбежность перемен – ни одно суждение о человеке не может считаться окончательным.

Дифференцированное обучение – это работа по одной программе, о на разном уровне сложности в рамках аудиторной системы с целью развития личности каждого студента.

Цель такого обучения – создание условий для обеспечения собственной учебной деятельности обучающихся, учёта и развития индивидуальных особенностей студентов. В центр образовательной деятельности ставится личность с его интересами, склонностями, способностями, собственной системой ценностей. Особое внимание уделяется развитию стремления личности к самосовершенствованию на основе самопознания и учёта собственных возможностей и ресурсов развития.

Задачи, решаемые в рамках дифференцированного обучения:

- повышение эффективности процесса обучения;

- развитие, а в некоторых случаях формирование специальных способностей учащихся (познавательные интересы, познавательная самостоятельность, способность к самообразованию, познавательная активность и творчество);

- развитие дополнительных возможностей студентов (опережающий темп развития, мышление в сфере способности, осознанный выбор профиля обучения).

Для достижения цели необходимо учебный процесс придифференцированном обучении строит на основе использования элементов новых педагогических технологий (технологии полного усвоения знаний, технологии критического мышления, проектного обучения). При этом используется методы:

- репродуктивные способствуют усвоению знаний на основе заучивания, умений и навыков через систему упражнений. При этом управленческая деятельность преподавателя состоит в подборе необходимых заданий;

- проблемные рассчитаны на вовлечение студента в познавательную деятельность студента путём постановки проблемы и нахождения самостоятельных путей её решения;

- эвристические используются для подготовки учащихся к самостоятельному решению познавательных проблем, для обучения их выполнению отдельных шагов решения;

- исследовательские способствуют организации поисковой и творческой деятельности учащихся.

Современная дидактика высшей школы предоставляет большой спектр методических и технологических решений образовательной задачи (Ю.И. Дик, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, А.М. Сохор, А.А. Червова и др.). Однако проблема эффективного усвоения, а не запоминания учебного материала по-прежнему актуальна. Об этом говорит большое число научных работ, исследующих проблему недостаточного уровня усвоения учебного материала, а как следствие – неуверенности студента при изучении дисциплин последующей специализации [4].

Особенно велика необходимость разработки и внедрения новых форм и методов в обучении вузовского предмета программирование на С++ – дисциплине, насыщенной сложным математическим, алгоритмическим и экспериментальным содержанием. Процесс обучения программирование на С++ в вузе должен быть выстроен как процесс углубления и эффективного использования всех познавательных возможностей студента, как процесс развития его интеллекта.

В процессе структурирования учебного материала у студента появляется заинтересованность в получении результата, возможность проявления себя как индивидуальной личности, развивается его познавательная активность, формируется индивидуальный стиль работы с учебным материалом, формируется умение логически соотносить элементы теории на основе индивидуального предметного языка.

Понятие «структурирование» в обучении дисциплины программирование на С++ в техническом профильном вузе должно отражать сложность содержательного материала и высокий уровень ассоциативности логического мышления при усвоении знаний. Эту проблему способен решить многовариантный, альтернативный, эквивалентный по логике аспект предлагаемого метода – логическое структурирование содержание учебного материала, в данном случае темы «Программирование циклических вычислительных процессов» на языке С++. Структурирование в процессе изучения вузовского курса программирование на С++ приобретает свойство внутренне-подобной логичности и содержательной сложности, многомерности.

Особенностями логического альтернативного структурирования содержание учебного материала как метода обработки учебной информации являются: возможность его применения для больших массивов информации, например, проектирование и разработка автоматизированных информационных систем различной природы, что соответствует содержанию вузовского курса программирование на С++, необходимость в каждой логически структурированной модуле использовать сочетание нескольких форм, логически связанных схем или других принципов систематизации, идентификации учебной информации, сочетание в логически структурированной модуле семантических единиц разной степени сложности, свобода выбора форм и семантик структурирования достаточного уровня сложности при кодировании информации, возможность составления топологии в виде связного графа логически структурированных модулей как преподавателем, так и студентом при соответствующей подготовке, возможность применения данного метода к содержанию разных дисциплин при их изучении.

Вопросу выяснения влияния логических связей (отношений) в учебном материале на дидактические свойства различных вариантов объяснения этого материала посвящена работа А.М. Сохора «Логическая структура учебного материала: вопросы дидактического анализа» [5]. По его мнению, от того, что понимается под элементом учебного материала и как устанавливаются связи между выделенными элементами, зависят и варианты представления логической структуры учебного материала.

Однако в рассмотренных нами работах формы и методы структурирования не учитывают сложности, взаимосвязанности, взаимного дополнения профилирующих и специальных дисциплин вузовского материала, не основываются на его структурно-логической много вариантности, иерархичности, многоуровневости, не в полной мере отвечают необходимости развивать у студентов умение анализировать и синтезировать структурно-организованные знания, умение самостоятельно и продуктивно работать с учебной информацией вузовского уровня. Это означает на необходимость поиска нового методического решения по использованию структурирования учебного материала вузовских дисциплин, в частности предмета программирование на С++.

В построении системы научных понятий при структурировании знаний в дидактике имеется давний опыт построения дидактических пособий программированного характера, основанный на том, что материал, подлежащий усвоению, тщательно анализируется с точки зрения его логической структуры. На этой основе выделяются центральные понятия и связи между ними. Весь учебный материал группируется вокруг этих понятий и располагается в последовательности, отражающей логическую структуру изучаемой дисциплины.

Построение логической структуры учебного материала, существующее в теории и практике обучения, отображается в дидактической модели логической структуры знания о научном явлении, процессе и состоянии объекта. Но эта модель не является универсальной. Поэтому нами ставится следующая задача: получение и обоснование требований, которые позволят структурировать, на основе принципов логики, учебный материал курса программирование на С++, в частности материалы темы «Организация циклических вычислительных процессов» с учетом категории сложностей математической формализации, алгоритмизации и программирования.

Разработка принципов структурирования учебного материала изменяет организацию учебного процесса, делает его более продуманным и диалектичным. Метод от простого к сложному, от теории к практике наиболее эффективен при исследовании устойчивых, стабильных, относительно закрытых реальных систем. Поэтому разработанные нами принципы логического структурирования учебного материала с учетом категории сложностей математической формализации, алгоритмизации и программирования задач позволяют сделать процессы структурирования доступным и методологически обеспеченным.

В педагогической литературе по данной проблеме к настоящему времени разработано значительное разнообразие таких форм. В частности, в работах В. П. Беспалько, А. А. Золотарева и других ученых указывается на возможность наглядного представления содержания и структуры учебного материала в виде матриц связей, графов учебной информации, структурно-логических схем, сетевых графиков, планов проведения учебных занятий, листов основного содержания и т. п.

На основе выше изложенных материалов с нашей стороны разработаны логически структурированные раздаточные материалы по освоению алгоритмизации и программировании циклических вычислительных процессов на примере алгоритмического языка С++ для начальных курсов.

Например, табулировать функции при заданном значении констант и , и при изменении аргумента функции в пределах , с шагом . При этом количество вычислений будет штук. -знак означает выделение целой части от деления. Логическая структура изучаемого материала представлена в табл.1.

Таблица 1

№	Вариант организации цикла	№	Конкретное организация цикла
I	Организация с помощью оператора IF	1	По принципу ДО. С помощью счетчика
		2	По принципу ДО. С помощью аргумента цикла
		3	По принципу ПОКА. С помощью счетчика
		4	По принципу ПОКА. С помощью аргумента цикла
II	Организация с помощью оператора FOR	5	С помощью счетчика в прямом направлении
		6	С помощью счетчика в обратном направлении
		7	С помощью аргумента цикла в прямом направлении
		8	С помощью аргумента цикла в обратном направлении
III	Организация с помощью оператора WHILE	9	С помощью счетчика
		10	С помощью аргументацикла
IV	Организация с помощью оператора DO … WHILE	11	С помощью счетчика
		12	С помощью аргументацикла

Таким образом, представленная методика компьютерного обучения и опережающая подготовка студентов вуза к использованию современных мультимедиа технологий в учебном процессе на основе логической графосемантической структуры дисциплины способствует реализации современной концепции образования в области информационных технологий, развитию современных методов обучения. Создаваемая база современных электронных ресурсов позволить не только повысить интерес студентов к изучаемым дисциплинам, но и самим преподавателям сохранить те бесценные наработки, которые имеются в арсенале любого преподавателя и недоступны другим. Семантическая иерархическая структура изучаемого материала представляется следующим образом:

При изучении материала, которые представляется в виде дискретных приблизительно равных порций, степень обученности студента может характеризоваться статистической вероятностью определяемой как отношение числа усвоенных порций m к общему количеству преподносимых порций N т.е. z = m/N. Различные (альтернативные, эквивалентные, логически структурированные) алгоритмы организации циклических процессов представлены в табл.2.

Таблица 2

1 +	2 +	3 +	4 +
5	6	7	8
9 +	10 +	11 +	12 +

На основе вышеизложенных выявлено, что одним из путей формирования глубоких структурно-организованных знаний у студентов при изучении курса Программирование на С++ является метод, использующий логическую структуризацию учебного материала.

Нами разработаны и апробированы учебно-методический комплекс на основе логического структурирования учебной информации, включающий набор структурированных раздаточных, самостоятельных заданий с учетом категории сложности по разделу «Основы алгоритмизации и программирования (алгоритмизация и программирования линейных, разветвляющихся, циклических вычислительных процессов, а также действие над одномерными и двумерными числовыми массивами)», набор индивидуальных заданий для закрепления изученного учебного материала и для самостоятельной работы студентов разработаны многочисленные слайды презентации и анимационные материалы на основе программных продуктов Microsoft PowerPoint 2003, Microsoft Publisher 2003.

Разработанная нами методика структуризации учебного материала темы «Основы организации циклических вычислительных процессов» на основе логической схемы показала эффективность этой педагогической технологии обучения, способствовала улучшению качества системных знаний студентов начальных курсов.

Литература:

1. Якиманская, И.С. Технология дифференцированного обучения/ И.С. Якиманская. - М.: Просвещение, 2000. – с.110-112.
2. С/С++. Структурное программирование: Практикум/Т.А.Павловская, Ю.А.Щупак. – СПб.: Питер, 2003. – 240 с.
3. Юсупов Ф., Юсупов Д.Ф., Раззаков Б. Повышение эффективности изучения курса информатика на основе структурно-логической граф схемы дисциплины/ Высшее образование сегодня. - М.: 2011, №11. – С. 46 – 49.
4. Ермаков, А. В. Многомерное структурирование учебного материала как пример инновационного обучения физике в вузе [Текст] / А. В. Ермаков // Физическое образование в вузах. – М.: Изд.Дом МФО, 2007. – Т13, №4. – С. 105-112.
5. Сохор, А.М. Логическая структура учебного материала: вопросы дидактического анализа / А.М. Сохор. М.: Педагогика, 1974. 192 с.
6. Нурбекова Ж.К. Теоретико-методологические основы обучения программированию: Монография. - Павлодар, 2004. – 225 с.