Приемы формирования навыков экспериментальной деятельности при обучении программированию на уроках информатики в школе



В статье автор описывает приемы формирования навыков экспериментальной деятельности при обучении программированию.

Ключевые слова: экспериментальная деятельность, программирование, информатика

В основе нового ФГОС лежит системно-деятельностный подход, одним из принципов которого является принцип деятельности: ученик, получая знания не в готовом виде, а добывая их сам, осознает при этом содержание и формы своей учебной деятельности, понимает и принимает систему ее норм, активно участвует в их совершенствовании, что способствует активному успешному формированию его общекультурных и деятельностных способностей, общеучебных умений [1].

ФГОС определяет предметные результаты изучения предметной области «Математика и информатика», которые должны отражать:

10) формирование информационной и алгоритмической культуры; формирование представления о компьютере как универсальном устройстве обработки информации; развитие основных навыков и умений использования компьютерных устройств;

11) формирование представления об основных изучаемых понятиях: информация, алгоритм, модель — и их свойствах;

12) развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе; развитие умений составить и записать алгоритм для конкретного исполнителя; формирование знаний об алгоритмических конструкциях, логических значениях и операциях; знакомство с одним из языков программирования и основными алгоритмическими структурами — линейной, условной и циклической [2].

Раздел «Алгоритмизация и программирование» изучается в школьном курсе информатики отдельными тематическими модулями на протяжении четырех лет обучения, в 8–11 классах. Тема «Программирование» — достаточно сложная, и у многих учащихся вызывает трудности при изучении. Дополнительную сложность добавляет нехватка учебного времени на изучение информатики: 1 час в неделю. При этом требования к уровню подготовки выпускника достаточно высокие.

Программирование является довольно специфической деятельностью, и требует наличия у учащихся определенных способностей. Несмотря на это, освоить базовые алгоритмы способны все ученики, только некоторым из них придется приложить для этого гораздо больше усилий.

При планировании уроков программирования перед учителем остро встает проблема подбора оптимальных приемов и методов обучения. Одним из наиболее эффективных методов, на мой взгляд, является метод учебного эксперимента, который помимо достижения предметных результатов, позволяет формировать у учащихся общеучебные умения исследовательского характера.

В отличие от предметов естественного цикла, таких как физика, химия, биология, где цель учебного эксперимента — «открытие» учениками новых предметных знаний, цель экспериментальной работы на уроках программирования — лучшее понимание устройства и порядка работы изучаемых алгоритмов. И эта цель должна быть полностью осознана учащимися. Ведь именно в понимании принципов работы тех или иных алгоритмических конструкций, скрывается основная сложность освоения программирования.

В зависимости от этапа изучения темы (урок изучения нового материала, урок закрепления, урок обобщения и систематизации или урок комплексного применения знаний и умений) экспериментальным может быть как весь урок, так и его часть. Например, на уроке объяснения нового материала экспериментом может быть этап первичного закрепления после объяснения учителя. А на уроке закрепления, наоборот, эксперимент, выполняющий роль повторения, может предшествовать самостоятельной работе.

Можно выделить несколько типов заданий экспериментального характера на уроках информатики:

1. Эксперимент с программой по типу «черного ящика». Цель — анализируя исходные и выходные данные определить задачу, которую решает предложенный алгоритм. От учащихся требуется самостоятельно подобрать исходные данные, сопоставить их с полученными результатами и сформулировать задачу, которая решается предложенной программой. Помимо предметных знаний конкретных алгоритмов, задания такого типа формируют общеучебные умения анализа данных, поиска закономерностей, обобщения полученных экспериментальных данных, и умения в устном и письменном виде сформулировать свои выводы.

Пример задания: наберите следующую программу, отладьте ее и сформулируйте задачу, которую решает данная программа.

Язык программирования Pascal	Язык программирования Python
Program N1; Var a, b, c:integer; begin Writeln ('Введите a: '); Readln (a); Writeln ('Введите b: '); Readln (b); c:=a; a:=b; b:=c; Writeln ('a = ',a,' b = ',b); End.	a=int(input('Введите a: ')) b=int(input('Введите b: ')) c=a a=b b=c print('a = ',a,' b = ',b)

2. Задания на формирование умения работать со справочной литературой, чтение технического текста, описывающего работу того или иного оператора (справка системы программирования, использование специализированных сайтов сети Интернет, самостоятельный поиск через запросы). Формируется умение самостоятельного поиска информации в разных источниках информации, ее осмысления. К сожалению, учащиеся в совершенстве владеют умением пользоваться таким источником информации, как учитель, и зачастую проявляют нежелание самостоятельно обращаться к другим источникам.

Например, учитель может указать ученикам на существование процедуры или функции, нужной им в данный момент, может даже назвать ее. А вот синтаксис, особенности использования, или варианты применения учащиеся находят самостоятельно.

3. Пошаговое ручное выполнение алгоритма для заданных учителем различных типов исходных данных с последующим сравнением и анализом полученных результатов. Цель задания — научить учеников лучшему пониманию работы конкретного алгоритма.

Пример задания при изучении темы «Цикл по условию». Определи значения переменных s и i после выполнения следующих операторов.

Язык программирования Pascal	Язык программирования Python
s:= 1; n:= 1; for i:= 1 to 3 do s:= s + 1 / n; n:= n + 2;	s = 1 n = 1 for i in range (1, 4): s = s + 1 / n n = n + 2

Для выполнения данного задания полезно составить и заполнить трассировочную таблицу:

Номер шага	i	1 <= i <= 3	s	n
			1	1
1.	1	да	2	1
2.	2	да	3	1
3.	3	да	4	1
4.		нет		3

Ответ: s = 4, i = 3.

4. Составление тестов для программы. Цель таких заданий — научить учеников классифицировать и перебирать все возможные типы исходных данных. Умение правильно тестировать написанную программу позволяет учащимся эффективнее искать и исправлять ошибки при написании кода программы.

Пример задания: ввести последовательно возраст Антона, Бориса и Виктора. Написать программу, которая будет определять кто из них старше. Для проверки правильности работы данной программы необходимо участь все возможные комбинации возрастов трех мальчиков. Всего их семь: Антон самый старший, старший — Борис, старший — Виктор. Еще возможны комбинации, когда два мальки — ровесники и старше третьего. Таких комбинаций тоже три: Антон и Борис, Антон и Виктор, Борис и Виктор. И последний вариант — когда все мальчики одного возраста. Программа должна корректно работать при любом наборе исходных данных.

5. Задания типа «что будет если…». Цель этого задания — формирование у учащихся умения выдвигать гипотезы и экспериментальным путем подтверждать или опровергать их.

Например, у некоторых учащихся вызывает затруднение понимание роли третьей вспомогательной переменной в алгоритме обмена местами значений двух переменных (в примере из п.1). В этом случае можно предложить учащимся провести эксперимент и ответить на вопрос: что будет, если убрать третью вспомогательную переменную? Как это повлияет (а может и не повлияет) на правильность работы программы?

Такие задания учат учащихся критическому осмыслению полученных результатов, учат задавать вопросы, рассматривать задачу и исходные данные со всех сторон, сомневаться в результате, учат искать более рациональные пути решения поставленной проблемы.

6. Задания типа «как сделать чтобы…». В заданиях этого типа, как правило, требуется разработать алгоритм и написать программу для решения какой-то прикладной задачи. Это творческие задания, ближе всего моделируют работу настоящего программиста. Ведь написание программы сродни изобретению еще несуществующего объекта, обладающего заданными параметрами.

Пример задания: как сделать так (какие внести изменения), чтобы известный алгоритм нахождения максимального из трех чисел можно было использовать для нахождения максимального из четырех чисел? Из пяти? Из любого количества чисел?

7. Задания на поиск ошибок в программе. Требуют от учеников досконального знания изученного материала. Такие задания могут применяться на уроках обобщения и контроля.

С одной стороны, экспериментальные задания формируют умение четко следовать предложенному порядку действий, так как в некоторых заданиях от этого напрямую зависит результат всего эксперимента. А с другой стороны, дают ученику некоторую свободу выбора исходных данных, свободу гипотез, предположений и их проверки, учат не бояться пробовать и ошибаться.

В заключение хочется отметить, что все типы заданий, используемые для организации экспериментальной работы на уроках информатики, имеют тесную связь с нашей повседневной жизнью. На уроках обычной жизни никто не дает нам готовых формулировок с четко поставленным вопросом. В жизни всегда есть место эксперименту.

Литература:

1. Громова, В. И. ФГОС. Настольная книга учителя: Учебно-методическое пособие / В. И. Громова, Т. Ю. Сторожева. — Саратов: 2013. — 120 c. — Текст: непосредственный.
2. ФГОС среднего общего образования.