Опыт преподавания дисциплины «Алгоритмизация и программирование» в рамках изучения профильного курса информатики

, ,

учителя информатики высшей категории

Опыт преподавания дисциплины «Алгоритмизация и программирование» в рамках изучения профильного курса информатики.

I. Условия возникновения и становления опыта.

Модернизация российского образования, реализуемая в настоящее время, требует новых подходов к обучению школьников и связана с подготовкой человека к жизни в информационном обществе. Существенная роль в становлении личности, в формировании мышления отводится процессу развития способностей учащихся самостоятельно работать с информацией, критически осмысливать свои действия, осуществлять их анализ и применять полученные знания и умения в учебной деятельности. Система образования должна готовить своих выпускников к активной и созидательной жизнедеятельности в новых информационных условиях. Одним из основных средств для достижения этой цели в общеобразовательной школе является учебный курс информатики, в котором на данном этапе модернизации образования делается акцент на развитии личности и ее интеллектуальных качеств.

Решение данной задачи предполагает разработку таких методов и организационных форм обучения, которые бы обеспечивали не только передачу накопленного потенциала знаний и умений, но, прежде всего - формирование и развитие у школьников деятельностных способностей или компетенций, позволяющих им активно овладевать этими знаниями в настоящем и осваивать новые способы деятельности в будущем. Значительная доля ответственности за подготовку школьников к жизни в информационном обществе лежит на учителях информатики. В настоящее время на старшей ступени общеобразовательной школы предусматривается профильное обучение информатике. Профильный уровень, как отмечается в концепции профильного обучения, по сути, должен:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

· обеспечить углубленное изучение отдельных предметов программы полного общего образования; создать условия для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ;

· способствовать установлению равного доступа к полноценному образованию разным категориям обучающихся в соответствии с их способностями, индивидуальными склонностями и потребностями;

· расширить возможности социализации учащихся, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно обучать выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования;

· развить навыки самостоятельной учебной деятельности.

II. Актуальность и перспективность опыта.

Проанализировав положительные стороны профилизации: отказ от одинаково глубокого изучения предметов; выбор содержания образования в соответствии со способностями, интересами учащихся; обучение системному подходу на основе интегрированных курсов, быстрое реагирование системы образования в школе на определенные профессиональные потребности общества путем введения соответствующих элективных курсов, школа №36 г. Владимира вступила в муниципальный эксперимент по организации профильного обучения. Это не явилось для нашей школы неожиданностью, т. к. уже в 1995 г. в качестве эксперимента был открыт физико-математический и естественно научный профили. Виды профилей и их количество обусловлено тем, что у значительного числа выпускников основной школы еще нет четкого и устойчивого определения в выборе профессиональной деятельности, но наиболее востребованными среди учащихся нашей школы тогда являлись физико-математическое и естественно научное направления. В 1997 г. был открыт военно-технический профиль в старшей школе, а в 2003 г. – социально-экономический. Жесткая и необратимая (без возможности смены направления обучения) профилизация может вступить в противоречие с фактической картиной социально-возрастного становления, привести к негативным учебным и социальным последствиям. Поэтому профилизация старшей ступени школы должна предусматривать возможность наличия универсальных (общеобразовательных) старших классов, а также возможность смены профиля обучения (и его специализации) внутри одной многопрофильной школы. Поэтому сейчас в нашей школе существует 4 профиля и один общеобразовательный класс в 10-11 классах.

В 2003-04 учебном году школа становится городской экспериментальной площадкой по отработке структуры и содержания образования для школ, реализующих концепцию профильной школы.

Профильное обучение – средство дифференциации и индивидуализации обучения, когда за счет изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитываются интересы, склонности и способности учащихся, создаются условия для образования старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования. Профильное обучение направлено на реализацию личностно-ориентированного учебного процесса. При этом существенно расширяются возможности выстраивания учеником собственной, индивидуальной образовательной траектории.

Переход к профильному обучению преследует следующие основные цели:

· обеспечить изучение на повышенном уровне отдельных предметов программы общего образования;

· создать условия для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ;

· расширить возможности социализации учащихся, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно подготовить выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования.

Курс "Основы информатики и вычислительной техники", введенный в отечественной школе в 1985 г., занял достойное место в системе общего образования. В качестве основной цели курса выступает формирование информационной культуры учащихся.

Ученые, занимающиеся проблемами информатизации школьного образования, придерживаются точки зрения, что школьный курс информатики хронологически распадается на три части: пропедевтическую, общеобразовательную и профильно-ориентированную.

Поскольку ядро информатики образуется тремя взаимодополняемыми и относительно самостоятельными частями (по терминологии ): hardware (техническими средствами), software (программным обеспечением) и brainware (интеллектуальным обеспечением), - то курс информатики основной школы сочетает в себе введение в фундаментальные основы науки «Информатика» и ее пользовательскую компоненту. Для многих учащихся курс информатики на этом и заканчивается, но для значительной части средних школ (в частности, для всех специализированных по физико-математическому и естественнонаучному профилю), актуализируется вопрос о профильно-ориентированном продолжении подготовки по информатике и примыкающим к ней областям, требующим более специальных знаний.

Среди профильно-ориентированных курсов, продолжающих базовый курс информатики в старших классах полной средней школы, достойное место может занять курс «Алгоритмизация и программирование». Чтобы развить свои творческие способности, учащиеся должны овладеть основами программирования, уметь применять полученные знания в учебной и профессиональной деятельности.

III. Ведущая педагогическая идея.

Приоритетной задачей обучения на старшей ступени становится подготовка к продолжению обучения в системе высшего профессионального образования. Поставленная задача реализуется в рамках системы профильных курсов, в том числе на профильном уровне обучения информатике. Под профильным обучением понимается, «такое средство дифференциации и индивидуализации обучения, которое позволяет за счет изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитывать интересы, склонности и способности обучающихся, создавать условия для образования старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования».
На профильном уровне, предлагается обеспечивать углубленное изучение отдельных учебных предметов, в том числе информатики и информационных технологий. Неотъемлемой частью данного предмета и является курс «Алгоритмизация и программирование».

Каждый ученик старшей школы - это сформировавшаяся личность со своими потребностями, желаниями, стремлениями. Умение наладить контакт, научить продуктивным методам самообучения, помочь выстроить учащемуся систему своего самообразования с использованием новейших средств обучения - это главная задача учителя на старшей ступени обучения.

Сочетание репродуктивных методов при освоении основ предмета и продуктивных с опорой на самостоятельность при дальнейшем продвижении учащегося - эта технология, используемая нами в обучении информатике в классе физико-математического профиля.

Последние 5-7 лет характеризовались уменьшением количества часов на изучение алгоритмизации и программирования в старшей школе, что было объективно связано с бурным развитием ИТ. Чрезмерное увлечение “пользовательской компонентой” вытеснило изучение этих вопросов не только из некоторых профильных курсов, но даже из ряда учебников. При явном улучшении оснащения школ компьютерной техникой уровень общеобразовательной подготовки выпускников заметно снизился. В результате чего многие Вузы были вынуждены вернуться к вводному общеобразовательному курсу информатики.

Похожие проблемы появились во многих странах. Например, несмотря на перенасыщенность американских школ компьютерной техникой, на всеобщую доступность компьютеров и сети Интернет, нет положительных сдвигов в уровне общей подготовки учащихся. Полное отсутствие представлений об алгоритмизации и технологиях программирования у выпускников школ вызывает беспокойство преподавателей колледжей и университетов и приводит к изменению учебных планов в сторону продолжительности обучения на вводных курсах. По мнению зарубежных ученых и специалистов в области образования вопросы, связанные с алгоритмизацией и программированием являются фундаментальными и обязательно должны изучаться на вводных курсах информатики вне зависимости от дальнейшего профиля обучения.

Исключение из учебной программы вопросов, связанных с алгоритмизацией и программированием из-за плохого восприятия учащимися крайне необоснованно. По нашему мнению, основанному на опыте работы с учащимися старших классов нашей школы при профильном обучении не только содержание, но и методические подходы к изучению основ алгоритмизации и программирования должны быть различны. Эта необходимость вызвана направлением специализации, количеством часов, психологическими особенностями мышления учащихся.

Инструментальный характер программирования позволяет учащимся хорошо усвоить основные идеи алгоритмизации на практике, но этот подход требует много учебного времени. В классах гуманитарного и химико-биологического профиля на информатику выделяется только 1 час в неделю. Для общего знакомства с основами алгоритмизации наиболее полезным может быть прохождения основ программирования на уровне изучения трех основных видах алгоритмов. При этом учащиеся должны уметь реализовывать простейшие алгоритмы с необязательным использованием одного из языков программирования.

В классах математического, экономического и технологического профиля необходимо продолжение изучения технологий программирования. Как правило, у учащихся имеются базовые знания и на информатику в таких классах выделяется 2 и более часов в неделю. Здесь целесообразно построить обучение на сравнении различных информационных технологий решения задачи.

Использование различных методических подходов при изучении алгоритмизации и программирования позволяет наиболее эффективно познакомить учащихся с этими фундаментальными вопросами и подготовить выпускников к пониманию современных вузовских курсов информатики.

Профильный курс «Алгоритмизация и программирование» в старших классах полной средней школы выступает в качестве средства повышения интереса учащихся к математическим и естественнонаучным знаниям; усиления систематической подготовки учащихся по информатике и информационным технологиям и профессиональной ориентации учащихся.

Исходя из целей курса потребовалось решить следующие задачи:

· создать модель развития критического мышления школьников в учебной деятельности;

· определить принципы отбора содержания и типологию рефлексивно-критических задач, направленных на развитие критического мышления и повышение качества обучения программированию;

· разработать методику развития критического мышления в процессе обучения школьников программированию;

· экспериментально проверить эффективность разработанной методики развития качеств критического мышления при обучении программированию на уроках информатики;

· анализ понятий, связанных с программированием;

· анализ структуры образовательной области «Информатика», выявление места курса «Алгоритмизация и программирование» в этой образовательной области, выделение структурных элементов, которые составили бы разрабатываемый курс;

· разработка содержания курса «Алгоритмизация и программирование» в целом и детальная разработка его частей;

· выделение основных знаний и умений, которыми должны овладеть учащиеся после изучения курса;

· разработка методики обучения построения алгоритмов;

· экспериментальное тестирование разработанной методики при преподавании предмета в общеобразовательных школах разных видов, проверка доступности предлагаемых для решения задач, проверка усвоения изученного курса на подготовку школьников по информатике и их профессиональную ориентацию;

· разработка учебно-методических материалов в помощь учителю;

· развитие алгоритмического мышления;

· развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в информационной деятельности;

· приобретение опыта проектной деятельности, создания, редактирования, оформления, сохранения, передачи информационных объектов различного типа; построения компьютерных моделей, коллективной реализации информационных проектов, информационной деятельности в различных сферах, востребованных на рынке труда.

Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих методов исследования: теоретического анализа научно-методической и психолого-педагогической литературы по проблеме исследования; наблюдения, анкетирования; анализа результатов самостоятельных и контрольных работ учащихся; анализ преподавания основ информатики в школе; анализ проектов образовательных стандартов, программ, учебных пособий.

VI. Технология опыта.

В предпрофильных и профильных физико-математических классах мы работаем по собственной авторской программе уже 15 лет. Нынешний вариант программы значительно отличается от первого. Это обусловлено спецификой самого предмета и новыми требованиями, предлагаемые обществом. Появились новые разделы, некоторые старые изменены, но курс «Алгоритмизация и программирование» остается одной из главных составляющих предмета. Под изучение «Информатики и ИКТ» в физико-математическом классе отведено: в 8-9 классах – 3 часа в неделю, в 10-11 классах – 2 часа «Технология» и 2 часа «Теоретическая информатика» (480 часов), 11 класс – 4 часа на базе ВлГУ (136 часов). На факультатив отведено по 1 часу с 8-го по 11 физико-математический класс (136 часов).

Для сравнения: в социально-экономическом классе на данный предмет отводится с 8 по 11 класс по 2 часа в неделю(272 часа); в военно-техническом в 8-9 классах по 1 часу, а в10-11 классах по 2 часа в неделю (204 часа); в естественно научном и общеобразовательном классах с 8 по 11 класс по 1 часу в неделю (136 часов).

В своей работе помимо УМК мы используем учебник «Информатика» . Но основной упор мы делаем на свои собственные разработки: «Опорные конспекты» и «Задачники», сборники самостоятельных и практических работ, системы тестовых заданий. Они разработаны индивидуально для каждого класса и профиля.

Предлагаемый в общеобразовательной школе №36 г. Владимира курс информатики в профильном физико-математическом классе выстроен таким образом, чтобы вопросы, связанные с алгоритмизацией и программированием, изучались непрерывно с 8 по 11 класс. Основной упор делается на то, чтобы дать представление об информатике как о мировоззренческой научной дисциплине, раскрыть системообразующую роль алгоритмической культуры учащихся.

8-9 классы у нас является предпрофильным, 10-11 классы – профильные. В них мы работаем по собственной программе, адаптированной для преподавания в лицейских физико-математических классах. В 8 классе изучаются информационные технологии. Его продолжением следует курс «Организация межкомпьютерных связей. В начале 9 класса преподается курс «Основы создания HTML-документов». Учащиеся овладевают навыками форматирования текста, встраивания графики в документ, создания таблиц, гиперссылок, фреймов. В результате изучения данной темы они представляют свои проекты. Данная тема не случайно стоит перед курсом «Алгоритмизация и программирование». Огромным плюсом изучения этой темы можно считать не только желание заниматься учащимися данной проблемой. Дело в том, что по прошествии многих лет было замечено, что у детей вызывает особую трудность изучение программирования на первых этапах. Как итог этого у них резко падала качественная успеваемость после изучения пользовательских тем. Вызывало сложность в понимании служебных слов, их смысла, необходимости соблюдения структуры программы и т. д. Программирование это вообще особый род деятельности. Сложно придумать алгоритм, а порой и сложно его написать. Так вот после изучения основ языка написания гипертекстового документа вторая и не менее важная составляющая программирования отпала как проблема. Отпала и проблема в определении типа ошибок. В результате в первый же год введения курса «Основы создания HTML-документов» качественная успеваемость не упала, как обычно, а осталась на прежнем уровне по отношению с изучением информационных технологий. Завершается данный курс конкурсом ученических творческих работ по созданию собственной Web-страницы.

Начиная со второй четверти 9 предпрофильного физико-математического класса, в свои права входит один из фундаментальных курсов предмета «Алгоритмизация и программирование». На данном этапе учащиеся изучат основные алгоритмические структуры: три вида алгоритмов, массивы, - познакомятся со всеми типами данных: целые, вещественные, символьные и строковые. Задачи подбираются таким образом, чтобы их сложность увеличивалась постепенно.

В 10-11 классах с профильным изучением информатики рассматриваются вопросы приложения теории алгоритмов: подпрограммы, рекурсии, сортировки, поиска информации, модули, записи, файлы, моделирование различных процессов. Изучаются и другие технологии программирования: объектно-ориентированное и визуально-ориентированное (среда Delphi). Таким образом, учащиеся получают представление о многоязычии в мире программирования, при этом для учебных целей обязательны максимальная простота начального языка программирования и близость среды программирования в конце обучения к профессиональным языкам.

В завершения изучения курса информатики каждый учащийся 11 класса должен подготовить проект (исследовательскую работу) по выбранной теме. Тематика творческих задач многообразна и, как правило, охватывает не только предметную область “Информатика и ИКТ”, но и другие школьные дисциплины.

В школе разработаны положение о творческой работе учащихся, тематика работ, требования к компьютерному проекту, примерный график работы, нормы оценки.

Роль учителя сводится к координации деятельности учащегося и методической помощи в процессе разработки компьютерного проекта. Огромную работу тут проводят и преподаватели высших учебных заведений, сотрудничающих со школой.

В процессе работы над проектом учащийся проходит следующие основные этапы:

· выбор темы, постановка проблемы, формулировка задачи;

· изучение проблемной области, подбор необходимого материала, проработка математической постановки задачи и алгоритма ее решения;

· собеседование с учителем о готовности решать поставленную задачу (формах и методах решения задачи);

· подготовка проекта, оформление материалов;

· предзащита творческой работы – определение глубины понимания учащимся решаемой задачи;

· разработка и отладка программы (проекта) с учетом замечаний и предложений;

· подготовка и оформление отчета;

· защита проекта на школьной конференции.

· защита проекта на городских ученических и студенческих конференциях

· защита проекта на итоговом квалификационном экзамене

Самостоятельную работу учащихся можно рассматривать и как средство обучения, и как форму учебно-научного познания, позволяющую сформировать у учащегося индивидуальный стиль самостоятельной исследовательской деятельности. Учащиеся приучаются к систематическому труду, к умению работать самостоятельно, добывать новые знания, использовать результаты своей работы, творчески подходить к выполнению заданий, формируя индивидуальный стиль самостоятельной работы, воспитывая самодисциплину. Итоговый проект выступает результатом практически всех знаний, умений и навыков, полученных при профильном изучении информатики.

Большую роль в повышении интеллектуальной и творческой активности учащихся играют внеклассные мероприятия: факультативы, кружки и курсы, олимпиады и конкурсы, цель которых – расширение и углубление знаний по предмету, развитие способностей, привитие интереса и вкуса к самостоятельной работе, развитие инициативы, творчества учащихся. Факультативные занятия по программированию в школе ведутся с 8-го класса. В 9 классе, когда программирование начинают проходить все учащиеся физико-математического класса, школьники, успешно освоившие факультативные курс 8 класса, занимаются на уроках по индивидуальному плану, а на факультативных занятиях изучают методы и способы решения олимпиадных задач.

VII. Результативность опыта.

Представленная методика и опыт изучения курса информатики в целом и дисциплины «Алгоритмизация и программирование» в частности в профильном физико-математическом классе позволяет добиваться положительных результатов обучения в плане развития творческих способностей учащихся, высоких итоговых оценок по предмету, призовых мест на олимпиадах и конкурсах различного уровня, поступления в различные Вузы страны на факультеты с соответствующим профилем.

Тематика представленных творческих работ «Моя веб-страница» 9 класс( гг):

1. Гороскопы.

2. Животный мир.

3. Динозавры.

4. Памятники Владимира.

5. О футболе.

6. Мой лагерь – «Искатель».

7. Нобелевские лауреаты.

8. Рыбы.

9. Города России.

10. 3 лучших фильма.

11. Моя любимая компьютерная игра.

12. Гарри Поттер – великий волшебник.

13. Пушкин.

14. Италия.

15. Греция.

16. Автомобили.

17. Любителям рок-музыки.

18. Испания.

19. Ирландия.

20. Мой любимый футбольный клуб «Спартак».

21. Каналу A-ONE!

22. Альтернативное ска-панк движение в России.

23. Великие крестовые походы.

24. Лига чемпионов.

Тематика научных исследовательских работ выпускников 11 класса ( гг).

Математическое моделирование вибраторных антенн. Математическое моделирование апертурных антенн с прямоугольным раскрывом. Игра «Sudoku». Диаграмма направленности антенны одного рупора и рупорной решетки. Игра WormLab (пошаговая стратегия). Игра «Управление предприятием». Математическая модель полых металлических волноводов. Математическое моделирование законов оптики. Математическое моделирование МПЛ передач. Моделирование городского движения. Моделирование резисторов и индуктивных элементов. Нахождение кратчайшего пути различного вида местности. Влияние социально-экономических параметров на бюджет. Игра «Морское сражение». Игра «Лабиринт». Математическое моделирование волоконно-оптических систем передач. Оценка дозы облучения СВЧ полями на основе метода статистических испытаний. Пошаговая стратегия «Воздушный бой». Прогнозирование социально-экономических параметров. Модель Хорта Уитерса. Распределение студентов по специальностям ВУЗа в зависимости от спроса на специалистов. Расчет коэффициентов Френеля для природных сред. Упрощение создания игр для мобильных телефонов. Игра «Лемминги». Математическая модель оптического аттенюатора. Многошаговая оптимизация производства. Моделирование широкополосных согласующих устройств на базе МПЛ. Метод Монте-Карло. Создание трехмерной модели рельефа. Угроза затопления. Оцифровка планов населенных пунктов по пейзажным изображениям. Создание трехмерной модели рельефа. Расчет параметров оптических систем. Решение приграничных задач Дирихле для уравнения Лапласа методом Монте-Карло. Красота фракталов. Оптимальный тарифный план. Обработка результатов многоборья. Имитационное моделирование потока контингента в сфере образования. Законы отражения в электродинамике. Имитационное моделирование пассажироперевозок на городских линиях. Маршруты автобусов. Тестирование. Генератор тестов. Применение ГИС-технологий в проектировании объекта. Лесные пожары. Котлован. Недвижимость. Сходимость степенных рядов. Игра «Цзянь-шидзы». Игра «Lines».

Результаты итоговой аттестации

Доля выпускников 9 классов, сдавших итоговую аттестацию по предмету на «4» и «5», составила:

· в 2005/06 учебном году - А=100%=100%;