Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Постановка задачи
• 2. Описание педагогических программных средств
• 2.1 Состав педагогических программных средств
• 2.2 Целесообразность использования ЭВМ в ППС
• 3. Технологии создания компьютерных обучающих программ
• 4. Модель обучения программированию
• 5. Среда визуального обучения программированию
• Заключение
• Список источников

Введение

Современный этап развития общества охарактеризован стремительным возрастанием объема высокоинтеллектуальных технологий, необходимых человеку, способному к активному творческому овладению знаниями и умением применять эти знания в нестандартных ситуациях. В условиях развития высокоинтеллектуальных технологий и внедрения их в процесс обучения становятся актуальными вопросы адаптации учебного материала для его понятности толкования и наглядности. Использование хорошо развитых ППС в учебном процессе предоставляет ряд новых возможностей и преимуществ как преподавателю, так и обучаемому по сравнению с традиционным способом обучения. Применение ППС позволяет реализовать принцип индивидуализации обучения, увеличить интенсивность учебной деятельности, активность обучаемых. В рамках данной научно–исследовательской работы необходимо провести обзор и анализ широко используемых педагогических программных средств и типов обучающих программ, а также определить основные подходы к созданию электронных обучающих систем. Визуализация – это свертывание мыслительных содержаний в наглядный образ; будучи воспринятым, образ может быть развернут и служить опорой адекватных мыслительных и практических действий.

1. Постановка задачи

Внедрение информационных и телекоммуникационных технологий в обучение большинству дисциплин порождает комплекс проблем, связанных с разработкой соответствующего программного обеспечения и содержательного наполнения электронных ресурсов, используемых в сфере образования. Исследования, проведенные за последние несколько лет, сформировали основу теории разработки и применения таких средств обучения [1].

Цель данной научно–исследовательской работы – разработка модели визуализации учебной информации в области информационных систем и технологий на основе теории и практики использования дидактических средств.

В процессе работы необходимо:

• рассмотреть технологии создания компьютерных обучающих программ;
• провести анализ проблем визуализации данных при обучении в области информационных систем и технологий;
• разработать модель визуализации учебного материала в области информационных систем и технологий;
• в ходе опытно–поисковой работы проверить: активность исполь–зования визуализации учебного материала; работоспособность элементов модели визуализации учебной информации и самой модели.

2. Описание педагогических программных средств

2.1 Состав педагогических программных средств

Педагогическое программное средство (ППС) – это новое дидактическое средство, предназначенное для частичной или полной автоматизации процесса обучения с помощью применения компьютерной техники. Педагогические программные средства являются не только экономически выгодными, но и более понятными для современной молодежи [2].

В состав педагогических программных средств входят:

• программа (совокупность программ) для ЭВМ, направленная на достижение заданных дидактических целей при обучении той или иной учебной дисциплине;
• комплект технической и методической документации по использованию данной программы в учебном процессе;
• набор вспомогательных средств для использования в учебном процессе (учебные пособия, слайды и т. д.).

Программу для ЭВМ, входящую в ППС, часто называют обучающей программой, хотя она может реализовывать различные виды учебной деятельности: выдачу нового учебного материала, контроль усвоения знаний, закрепление полученных знаний и т. д.

Техническая документация содержит описание внутренней структуры обучающей программы, знание которой необходимо, например, при внесении каких–либо изменений в программу; инструкции по ее эксплуатации; сведения о необходимом составе технических средств и др.

Методическая документация содержит рекомендации преподавателю по применению обучающей программы и вспомогательных средств в учебном процессе.

Учебный процесс с использованием ЭВМ представляет собой имитацию учебной деятельности, при которой на ЭВМ перекладывается та или иная часть функций преподавателя: выдача учебной информации, указаний, заданий, контроль знаний и умений и др. Общение обучаемого с ЭВМ происходит путем диалога с заложенным в ППС содержанием. Управление познавательной деятельностью ученика в целом возлагается на обучающую программу, хотя в отдельных случаях может быть предоставлена возможность выбора пути обучения. Обучающая программа реализует ту методику обучения, которая заложена при ее создании.

Одна из наиболее существенных особенностей проектирования обучающих программ состоит в том, что основу таких программ составляют сценарии, включающие правила перехода от одной ситуации к другой в зависимости от действий обучаемого.

2.2 Целесообразность использования ЭВМ в ППС

Наиболее целесообразно использовать ЭВМ в случаях, когда требуется:

• индивидуализировать обучение в связи с большими различиями уровня подготовленности учащихся и сильной зависимости результатов обучения от психико–физиологических и интеллектуальных особенностей обучаемых;
• выполнять многочисленные и однообразные упражнения и осуществлять оперативный контроль правильности их выполнения;
• осуществлять проверку знаний по значительному объему учебного материала (т. е. проводить контрольно–зачетные занятия) с обеспечением заданий, отличных по содержанию и порядку следования;
• производить демонстрацию некоторых объектов, явлений, процессов, работы различных частей и механизмов, схем и т. д.;
• проводить тренировку различных навыков умственной деятельности, а также профессиональных навыков;
• выполнять задания с множеством рутинных вычислений или построений при большом разнообразии исходных и контрольных данных;
• осуществлять тестирование обучаемых;
• реализовывать нетрадиционные методики обучения;
• проводить деловые игры различного рода, а также применять элементы игры для обучения;
• организовывать управляемую и контролируемую самостоятельную учебную деятельность;
• обеспечивать повторение и обобщение полученных знаний, применив их;
• осуществлять консультирование, выдачу различного рода справок;
• производить сбор статистической информации о ходе учебного процесса и осуществлять ее обработку.

Применение компьютера нежелательно, когда:

• необходимо выдавать на экран текстовый материал значительного объема;
• учебный материал плохо структурируется и в нем сложно выделить логические взаимосвязи;
• требуется предоставить объекты, механизмы, схемы, процессы, которые не могут целиком разместиться на экране монитора, а их дробление ведет к ухудшению восприятия изучаемого материала;
• учебный процесс ведется на таких материальных объектах, с которыми будет связана профессиональная деятельность обучаемого, в этом случае ЭВМ не должна заменять реального объекта.

Применение ЭВМ может не дать ощутимых преимуществ в том случае, если учебный процесс обеспечен другими средствами обучения (техническими средствами обучения, моделями, тренажерами, наглядными пособиями и т. п.) [3].

В настоящее время в учебном процессе используется большое число обучающих программ, весьма отличающихся по различным параметрам. Обычно выделяют следующие типы обучающих программ:

• на закрепление навыков и умений;
• так называемые, наставнические программы;
• программы на моделирование различных ситуаций;
• программы, использующие игровые приемы и методы;
• программы, реализующие проблемное обучение.

Компьютер может выполнять только некоторые обучающие функции (например, по изложению материала, закреплению умений и навыков) или обеспечивать фрагмент обучения в целом (т. е. изложение нового материала, постановку учебных задач, управление процессом решения задач, контроль и оценку деятельности учащихся).

Принципиальное значение имеет величина фрагмента (урок, тема, раздел, учебный курс), поскольку способы разработки сценария урока и курса обучения по предмету весьма различны: обучающая программа учебного курса это не механическое объединение множества сценариев отдельных уроков, а качественно иное образование. Это обусловлено тем, что здесь проявляются новые проблемы индивидуализации обучения, построения рефлексивного управления.

Что касается способа реализации обучающих функций, то здесь принципиальное значение имеет прежде всего следующее:

• особенности взаимодействия между учащимся и компьютером:

а) наличие диалога и его типы;

б) возможность постановки учащимся учебной задачи по своему усмотрению;

• способ управления учебной деятельностью:

а) управление по ответу или по процессу;

б) уровень индивидуализации обучения (адаптивный по нескольким ответам учащихся или рефлексивное управление, опирающееся на построение динамической модели учащегося);

в) управление: прямое–непрямое (второй тип управления предполагает, что при затруднении учащемуся предлагается либо вспомогательная задача, либо некоторая эвристическая рекомендация);

г) жесткость детерминации управления, которое задает поле самостоятельности учащихся.

Одна из наиболее существенных особенностей проектирования обучающих программ состоит в том, что основу таких программ составляют сценарии, включающие правила перехода от одной ситуации к другой в зависимости от действий обучаемого.

3. Технологии создания компьютерных обучающих программ

Обучающая программа – это программное средство, предназначенное для передачи знаний студентам и формирования умений и навыков у них по определённой дисциплине. Обучающие программы можно условно разделить на: обучающие игры, обучающие среды и обучающие программы. Развитие новых информационных и компьютерных технологий изменяет характер и способы приобретения и распространения знаний. Обучающие технологии традиционно используются в системе образования в качестве средства передачи информации и обучения. Наиболее эффективной формой электронных средств обучения является компьютерная обучающая программа. Она позволяет студенту активно обучаться и в значительной мере компенсировать дефицит общения с преподавателем [4]. Компьютерная обучающая программа как программное средство электронного обучения можно представить в качестве системы, состоящей из двух подсистем:

• информационной (содержательная часть);
• программной (программная реализация).

4. Модель обучения программированию

Задачи начального обучения должны быть связаны, прежде всего, с выработкой логического, алгоритмического мышления. Необходимо сформировать множество новых понятий, таких, например, как переменные и типы данных. Необходимо научить придумать алгоритм и описать его средствами управляющих структур (выбора, цикла, ветвления). Требуется знание основ представления данных и классических алгоритмов. Простое изучение синтаксиса и семантики некоторого языка совершенно недостаточно. Одной из удачных технологий формирования алгоритмического мышления является использование на начальном этапе обучения визуальных игровых сред, таких как LOGO, Aliсe, Squeak, Sсratсh. В этих средах обучаемый работает не с абстрактными представлениями, а с некоторыми визуальными образами, которые формируют понятия той модели программирования, на которую они ориентированы. Затем, в соответствии с парадигмой, поддерживаемой визуальной средой, выбирается некоторый начальный язык программирования, на котором разрабатываются простейшие алгоритмы, изучаются структуры данных и классические алгоритмы [7].

Немаловажным фактором является выбор среды программирования, в которой выполняются основные этапы разработки программ (кодирование, отладка, тестирование). Последовательность реализации этапов обучения показана на рисунке 1. На первом этапе используются наглядные визуальные образы, а на всех остальных обучаемый оперирует терминами абстрактных понятий: типов данных, конструкций, объектов или вызовов функций в зависимости от парадигмы программирования. Причем эти абстрактные понятия никаким образом не соотносятся с визуальными образами первого этапа, поскольку они реализуются различными программными системами: визуальной средой и средой программирования.

Кроме того, после брожения остается обеззараженная субстанция – органическое, не имеющее запаха вещество, которое может служить органическим удобрением. Технология переработки отходов с помощью метанобактерий способна экономить на селе до 40% электроэнергии и природного газа.

С их помощью можно организовать обучение так, чтобы изучение программистских абстракций являлось не самоцелью, а было бы побочным эффектом достижения содержательной цели: моделирования физического процесса, создания компьютерной игры и пр. Однако в современных условиях невозможно ограничится только изучением конкретного языка и среды программирования. Необходимо изучение концепций различных парадигм программирования (императивного, объектно–ориентированного, функционального), освоение классических алгоритмов и технологий программирования.

5. Среда визуального обучения программированию

По нашему мнению, для успешного формирования алгоритмического мышления и основных понятий и приемов программирования необходима некоторая среда визуального обучения программированию (СВОП), которая объединит в себе технологии, используемые как в визуальных системах, так и в интегрированных средах программирования, и распространит их на процесс обучения. Такая система позволит обучаемому соотнести абстрактные структуры данных, объекты, конструкции программирования с некоторыми ассоциативными визуальными образами, создаваемыми одновременно с написанием программы. Причем технология визуализации в среде должна быть реализована для всех стандартных этапов разработки программы.

Организация работы пользователя в СВОП приведена на рисунке 2. Предложенный подход можно использовать для любой парадигмы программирования и любого языка начального обучения.

В настоящее время разрабатывается экспериментальный вариант среды, в которой реализуется модель структурного программирования, как наиболее полно отвечающая задачам начального обучения, а в качестве алгоритмического языка используется язык Pascal, широко применяемый для обучения как в общеобразовательной школе, так и на младших курсах высших учебных заведений.

5.1 Технология визуализации

Технология визуализации, используемая в системе, построена на идее соотнесения сущностей программы и визуальных объектов, то есть на метафоре визуализации. Метафора – описание, в частности некоторый геометрический образ, формирующий понятие о новом объекте или явлении через установление сходства с уже известным. И при ее выборе необходимо учитывать следующие аспекты:

• синтаксическую и семантическую нотацию языка;
• прагматику языка;
• обучающий компонент, то есть какое понятие или навык программирования должен формироваться в результате применения метафоры.

Для СВОП формирование метафоры осуществлялось по схеме:

• выбор визуализируемого аспекта программы;
• выбор графической модели;
• выбор соответствия между программой и графикой, одновременно определяющего поведение графической модели;
• определение набора действий для взаимодействия пользователя с графической моделью.

Рассмотрим процесс выбора метафоры на примере понятия переменной в императивном программировании (таблица 1). Синтаксис и семантика. Каждая переменная имеет имя и тип, простой или структурированный. Переменная простого типа хранит только одно значение определенного типа. Переменная структурированного типа (массив, запись и пр.) имеет имя, состоит из нескольких элементов возможно различных типов, к каждому из которых можно обратиться, например, по индексу к элементу массива. Прагматика. Переменная простого типа может либо принимать значение, если она стоит в левой части оператора присваивания, либо отдавать свое значение, если она входит в выражение. При получении нового значения старое значение переменной не сохраняется, при передачи – переменная сохраняет свое значение. Так как большинство операций с переменными структурированного типа осуществляются поэлементно (фактически с элементами простого типа), для них можно принять аналогичную прагматику поведения.

Обучающий компонент. Переменная представляет собой область памяти, адрес (имя) которой можно использовать для осуществления доступа к данным (значению), хранящимся в этой области [6].

В СВОП разработаны и реализованы метафоры переменных, выражений, основных конструкций, функций и их вызовов. После успешной трансляции в системе отображаются текст программы и ее графическая модель. Допускается перемещать графические объекты, управлять процессом визуализации и пр. При интерпретации программы (по желанию пользователя) можно просматривать в анимированном виде последовательность выполнения операторов, процесс изменения значений переменных, метафору выполнения каждой конструкции программирования. Эти возможности кроме поддержки процесса обучения, можно использовать и как средства визуальной отладки программы.

Заключение

Таким образом, применение визуальной среды для обучения программированию позволяет использовать технологию визуализации на всех этапах разработки программы. Среда предоставляет пользователю возможность при вводе программы просматривать графический образ всех ее компонент, что способствует формированию основных понятий программирования. Затем при интерпретации обучаемый наблюдает анимацию графического образа, изучая семантику. В настоящее время рассматривается возможность применения данного подхода для обучения объектно–ориентированному программированию и прагматику выполнения каждой конструкции и программы в целом.

Список источников

1. Аязбаев, Т. Л. Технология создания компьютерных обучающих программ / Т. Л. Аязбаев, Т. А. Галагузова // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 3–1. – С. 76–78.
2. Авербух В. Л. К теории компьютерной визуализации. // Вычислительные технологии Т. 10, № 4, 2005.– С. 21–51.
3. Дубенский, В. В. Технология создания электронных обучающих систем / В. В. Дубенский [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tekhnosfera.com/tehnologiy...
4. Олифер, В. Новые технологии в обучении / В. Олифер, Н. Олифер – СПб.: БХВ–Санкт–Петербург, 2000. – С. 124–140.
5. Ананьева Т. Н., Черткова Е. А. Методология разработки компьютерных обучающих систем для сферы образовательных услуг // Теоретические и прикладные проблемы сервиса. 2007. № 2. С. 48–51.
6. Федоров А. Компьютер–учитель // Компьютер–пресс. М., 1996. № 4.
7. Флойд Р. Парадигмы программирования. // Лекции лауреатов премии Тьюринга за первые двадцать лет 1966–1985. – М.: Мир, 1993. – С. 86–98.