Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Постановка завдання
• 2. Опис педагогічних програмних засобів
• 2.1 Склад педагогічних програмних засобів
• 2.2 Доцільність використання ЕОМ в ППС
• 3. Технології створення комп'ютерних навчальних програм
• 4. Модель навчання програмуванню
• 5. Середовище візуального навчання програмуванню
• Висновок
• Перелік посилань

Вступ

Сучасний етап розвитку суспільства охарактеризований стрімким зростанням обсягу високоінтелектуальних технологій, необхідних людині, здатному до активної творчої оволодіння знаннями і умінням застосовувати ці знання в нестандартних ситуаціях. В умовах розвитку високоінтелектуальних технологій і впровадження їх в процес навчання стають актуальними питання адаптації навчального матеріалу для його зрозумілості тлумачення і наочності. Використання добре розвинених ППС в навчальному процесі надає ряд нових можливостей і переваг як викладачеві, так і тому, якого навчають у порівнянні з традиційним способом навчання. Застосування ППС дозволяє реалізувати принцип індивідуалізації навчання, збільшити інтенсивність навчальної діяльності, активність учнів. В рамках даної науково-дослідної роботи необхідно провести огляд і аналіз широко використовуваних педагогічних програмних засобів і типів навчальних програм, а також визначити основні підходи до створення електронних навчальних систем. Візуалізація – це згортання розумових змістів в наочний образ; будучи сприйнятим, образ може бути розгорнутий і служити опорою адекватних розумових і практичних дій .

1. Постановка завдання

Впровадження інформаційних і телекомунікаційних технологій в навчання більшості дисциплін породжує комплекс проблем, пов'язаних з розробкою відповідного програмного забезпечення та змістовного наповнення електронних ресурсів, що використовуються у сфері освіти. Дослідження, проведені за останні кілька років, сформували основу теорії розробки і застосування таких засобів навчання [1].

Мета даної науково–дослідної роботи – розробка моделі візуалізації навчальної інформації в галузі інформаційних систем і технологій на основі теорії і практики використання дидактичних засобів.

У процесі роботи необхідно:

• розглянути технології створення комп'ютерних навчальних програм;
• провести аналіз проблем візуалізації даних при навчанні в області інформаційних систем і технологій;
• розробити модель візуалізації навчального матеріалу в області інформаційних систем і технологій;
• в ході дослідно–пошукової роботи перевірити: активність викорис–тання візуалізації навчального матеріалу; працездатність елементів моделі візуалізації навчальної інформації і самої моделі.

2. Опис педагогічних програмних засобів

2.1 Склад педагогічних програмних засобів

Педагогічний програмний засіб (ППС) – це нове дидактичний засіб, призначене для часткової або повної автоматизації процесу навчання за допомогою застосування комп'ютерної техніки. Педагогічні програмні засоби є не тільки економічно вигідними, але і більш зрозумілими для сучасної молоді [2].

До складу педагогічних програмних засобів входять:

• програма (сукупність програм) для ЕОМ, спрямована на досягнення заданих дидактичних цілей при навчанні тієї чи іншої навчальної дисципліни;
• комплект технічної та методичної документації по використанню даної програми в навчальному процесі;
• набір допоміжних засобів для використання в навчальному процесі (навчальні посібники, слайди і т. д.).

Програму для ЕОМ, що входить в ППС, часто називають навчальною програмою, хоча вона може реалізовувати різні види навчальної діяльності: видачу нового навчального матеріалу, контроль засвоєння знань, закріплення отриманих знань і т. д.

Технічна документація містить опис внутрішньої структури навчальної програми, знання якої необхідно, наприклад, при внесенні будь–яких змін в програму; інструкції з її експлуатації; відомості про необхідний складі технічних засобів і ін.

Методична документація містить рекомендації викладачеві щодо застосування навчальної програми і допоміжних засобів в навчальному процесі.

Навчальний процес з використанням ЕОМ являє собою імітацію навчальної діяльності, при якій на ЕОМ перекладається та чи інша частина функцій викладача: видача навчальної інформації, вказівок, завдань, контроль знань і умінь і ін. Спілкування учня з ЕОМ відбувається шляхом діалогу з закладеним в ППС вмістом. Управління пізнавальною діяльністю учня в цілому покладається на навчальну програму, хоча в окремих випадках може бути надана можливість вибору шляху навчання. Навчальна програма реалізує ту методику навчання, яка закладена при її створенні.

Одна з найбільш істотних особливостей проектування навчальних програм полягає в тому, що основу таких програм становлять сценарії, що включають правила переходу від однієї ситуації до іншої залежно від дій учня.

2.2 Доцільність використання ЕОМ в ППС

Найбільш доцільно використовувати ЕОМ у випадках, коли потрібно:

• індивідуалізувати навчання в зв'язку з великими відмінностями рівня підготовленості учнів і сильній залежності результатів навчання від психико–фізіологічних і інтелектуальних особливостей учнів;
• виконувати численні і одноманітні вправи і здійснювати оперативний контроль правильності їх виконання;
• здійснювати перевірку знань по значному обсягу навчального матеріалу (тобто проводити контрольно–залікові заняття) із забезпеченням завдань, відмінних за змістом і порядку проходження;
• виробляти демонстрацію деяких об'єктів, явищ, процесів, роботи різних частин і механізмів, схем і т. д.;
• проводити тренування різних навичок розумової діяльності, а також професійних навичок;
• виконувати завдання з безліччю рутинних обчислень або побудов при великій різноманітності вихідних і контрольних даних;
• здійснювати тестування учнів;
• реалізовувати нетрадиційні методики навчання;
• проводити ділові ігри різного роду, а також застосовувати елементи гри для навчання;
• організовувати керовану і контрольовану самостійну навчальну діяльність;
• забезпечувати повторення і узагальнення отриманих знань, застосувавши їх;
• здійснювати консультування, видачу різного роду довідок;
• проводити збір статистичної інформації про хід навчального процесу і здійснювати її обробку.

Застосування комп'ютера небажано, коли:

• необхідно видавати на екран текстовий матеріал значного обсягу;
• навчальний матеріал погано структурується і в ньому складно виділити логічні взаємозв'язки;
• потрібно надати об'єкти, механізми, схеми, процеси, які не можуть повністю розміститися на екрані монітора, а їх дроблення веде до погіршення сприйняття досліджуваного матеріалу;
• навчальний процес ведеться на таких матеріальних об'єктах, з якими буде пов'язана професійна діяльність учня, в цьому випадку ЕОМ не повинна замінювати реального об'єкта.

Застосування ЕОМ може не дати відчутних переваг в тому випадку, якщо навчальний процес забезпечений іншими засобами навчання (технічними засобами навчання, моделями, тренажерами, наочними посібниками і т. п.) [3].

В даний час в навчальному процесі використовується велика кількість навчальних програм, вельми відрізняються за різними параметрами. Зазвичай виділяють наступні типи навчальних програм:

• на закріплення навичок і умінь;
• так звані, повчальні програми;
• програми на моделювання різних ситуацій;
• програми, що використовують ігрові прийоми і методи;
• програми, що реалізують проблемне навчання.

Комп'ютер може виконувати тільки деякі навчальні функції (наприклад, за викладом матеріалу, закріпленню умінь і навичок) або забезпечувати фрагмент навчання в цілому (тобто виклад нового матеріалу, постановку навчальних завдань, управління процесом вирішення завдань, контроль і оцінку діяльності учнів).

Принципове значення має величина фрагмента (урок, тема, розділ, навчальний курс), оскільки способи розробки сценарію уроку і курсу навчання по предмету дуже різні: навчальна програма навчального курсу це не механічне об'єднання безлічі сценаріїв окремих уроків, а якісно іншу освіту. Це обумовлено тим, що тут проявляються нові проблеми індивідуалізації навчання, побудови рефлексивного управління.

Що стосується способу реалізації навчальних функцій, то тут принципове значення має перш за все наступне:

• особливості взаємодії між учнем і комп'ютером:

а) наявність діалогу і його типи;

можливість постановки учням навчального завдання на свій розсуд;

• спосіб управління навчальною діяльністю:

а) управління з відповіді або по процесу;

б) рівень індивідуалізації навчання (адаптивний за кількома відповідями учнів або рефлексивне управління, що спирається на побудову динамічної моделі учня);

в) управління: пряме–непряме (другий тип управління передбачає, що при скруті учню пропонується або допоміжна завдання, або деяка евристична рекомендація);

г) жорсткість детермінації управління, яке задає поле самостійності учнів.

Одна з найбільш істотних особливостей проектування навчальних програм полягає в тому, що основу таких програм становлять сценарії, що включають правила переходу від однієї ситуації до іншої залежно від дій учня.

3. Технології створення комп'ютерних навчальних програм

Навчальна програма – це програмний засіб, призначений для передачі знань студентам і формування умінь і навичок у них за певною дисципліни. Навчальні програми можна умовно розділити на: навчальні ігри, навчальні середовища і навчальні програми. Розвиток нових інформаційних і комп'ютерних технологій змінює характер і способи придбання і поширення знань. Навчальні технології традиційно використовуються в системі освіти як засіб передачі інформації і навчання. Найбільш ефективною формою електронних засобів навчання є комп'ютерна навчальна програма. Вона дозволяє студенту активно навчатися і в значній мірі компенсувати дефіцит спілкування з викладачем [4]. Комп'ютерна навчальна програма як програмний засіб електронного навчання можна уявити як системи, що складається з двох підсистем:

• інформаційної (змістовна частина);
• програмної (програмна реалізація).

4. Модель навчання програмуванню

Завдання початкового навчання повинні бути пов'язані, перш за все, з виробленням логічного, алгоритмічного мислення. Необхідно сформувати безліч нових понять, таких, наприклад, як змінні і типи даних. Необхідно навчити придумати алгоритм і описати його засобами керуючих структур (вибору, циклу, розгалуження). Потрібне знання основ представлення даних і класичних алгоритмів. Просте вивчення синтаксису та семантики деякого мови абсолютно недостатньо. Однією з вдалих технологій формування алгоритмічного мислення є використання на початковому етапі навчання візуальних ігрових середовищ, таких як LOGO, Aliсe, Squeak, Sсratсh. У цих середовищах, якого навчають працює не з абстрактними уявленнями, а з деякими візуальними образами, які формують поняття тієї моделі програмування, на яку вони орієнтовані. потім, відповідно до парадигми, підтримуваної візуальним середовищем, вибирається деякий початковий мову програмування, на якому розробляються найпростіші алгоритми, вивчаються структури даних і класичні алгоритми [7].

Важливим фактором є вибір середовища програмування, в якій виконуються основні етапи розробки програм (кодування, налагодження, тестування). Послідовність реалізації етапів навчання показана на малюнку 1. На першому етапі використовуються наочні візуальні образи, а на всіх інших, кого навчають оперує термінами абстрактних понять: типів даних, конструкцій, об'єктів або викликів функцій в залежності від парадигми програмування. Причому ці абстрактні поняття ніяким чином не співвідносяться з візуальними образами першого етапу, оскільки вони реалізуються різними програмними системами: візуальним середовищем і середовищем програмування.

Крім того, після бродіння залишається знезаражена субстанція – органічне, що не має запаху речовина, яке може служити органічним добривом. Технологія переробки відходів за допомогою метанобактерій здатна економити на селі до 40% електроенергії та природного газу.



Рисунок 4.1 — Етапи процесу навчання програмуванню

З їх допомогою можна організувати навчання так, щоб вивчення програмістів абстракцій було не самоціллю, а було б побічним ефектом досягнення змістовної мети: моделювання фізичного процесу, створення комп'ютерної гри та ін. Однак в сучасних умовах неможливо обмежиться тільки вивченням конкретного мови та середовища програмування. Необхідно вивчення концепцій різних парадигм програмування (імперативного, об'єктно–орієнтованого, функціонального), освоєння класичних алгоритмів і технологій програмування.

5. Середовище візуального навчання програмуванню

На нашу думку, для успішного формування алгоритмічного мислення і основних понять і прийомів програмування необхідна деякому середовищі візуального навчання програмуванню (СВОП), яка об'єднає в собі технології, використовувані як в візуальних системах, так і в інтегрованих середовищах програмування, і розповсюдить їх на процес навчання. Така система дозволить якого навчають співвіднести абстрактні структури даних, об'єкти, конструкції програмування з деякими асоціативними візуальними образами, створюваними одночасно з написанням програми. Причому технологія візуалізації в середовищі повинна бути реалізована для всіх стандартних етапів розробки програми.



Рисунок 5.1 — Організація роботи в СВОП

Організація роботи користувача в СВОП приведена на малюнку 2. Запропонований підхід можна використовувати для будь–якої парадигми програмування і будь–якої мови початкового навчання.

В даний час розробляється експериментальний варіант середовища, в якій реалізується модель структурного програмування, як найбільш повно відповідає завданням початкового навчання, а в якості алгоритмічного мови використовується мову Pascal, широко застосовуваний для навчання як в загальноосвітній школі, так і на молодших курсах вищих навчальних закладів.

5.1 Технологія візуалізації

Технологія візуалізації, яка використовується в системі, побудована на ідеї співвіднесення сутностей програми і візуальних об'єктів, тобто на метафорі візуалізації. Метафора – опис, зокрема деякий геометричний образ, який формує поняття про новий об'єкт або явище через встановлення подібності з вже відомим. І при її виборі необхідно враховувати наступні аспекти:

• синтаксичну та семантичну нотацію мови;
• прагматику мови;
• навчальний компонент, тобто яке поняття або навик програмування повинен формуватися в результаті застосування метафори.

Для СВОП формування метафори здійснювалося за схемою:

• вибір візуалізіруемого аспекту програми;
• вибір графічної моделі;
• вибір відповідності між програмою і графікою, одночасно визначає поведінку графічної моделі;
• визначення набору дій для взаємодії користувача з графічною моделлю.

Розглянемо процес вибору метафори на прикладі поняття змінної в імперативному програмуванні (таблиця 1). Синтаксис і семантика. Кожна змінна має ім'я і тип, простий або структурований. Мінлива простого типу зберігає тільки одне значення певного типу. Мінлива структурованого типу (масив, запис та ін.) Має ім'я, складається з декількох елементів можливо різних типів, до кожного з яких можна звернутися, наприклад, за індексом до елемента масиву. Прагматика. Мінлива простого типу може або приймати значення, якщо вона стоїть в лівій частині оператора присвоювання, або віддавати своє значення, якщо вона входить у вираз. При отриманні нового значення старе значення змінної не зберігається, при передачі – змінна зберігає своє значення.

Навчальний компонент. Мінлива є область пам'яті, адреса (ім'я) якої можна використовувати для здійснення доступу до даних (значенням), що зберігаються в цій області [6].

Таблица 1 — Вибір метафори змінна.



У СВОП розроблені та реалізовані метафори змінних, виразів, основних конструкцій, функцій і їх викликів. Після успішної трансляції в системі відображаються текст програми і її графічна модель. Допускається переміщати графічні об'єкти, керувати процесом візуалізації та ін. При інтерпретації програми (за бажанням користувача) можна переглядати в анімованому вигляді послідовність виконання операторів, процес зміни значень змінних, метафору виконання кожної конструкції програмування. Ці можливості крім підтримки процесу навчання, можна використовувати і як засоби візуальної налагодження програми.



Рисунок 5.2 — Метафоры представления переменных
(анимация: 5 кадров, 6 циклов повторения, 122 килобайт)


Висновок

Таким чином, застосування візуального середовища для навчання програмуванню дозволяє використовувати технологію візуалізації на всіх етапах розробки програми. Середовище надає користувачеві можливість при введенні програми переглядати графічний образ всіх її компонент, що сприяє формуванню основних понять програмування. Потім при інтерпретації якого навчають спостерігає анімацію графічного образу, вивчаючи семантику. В даний час розглядається можливість застосування даного підходу для навчання об'єктно–орієнтованого програмування і прагматику виконання кожної конструкції і програми в цілому.

Перелік посилань

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.