13. Методика изучения основ объектно-ориентированного программирования в школьном курсе информатики.

Базовая подготовка в области информатики должна включать:

Освоение практического программирования; цель — научить грамотно программировать несложные практические задачи, дать представление о современной технологии программирования и о технико-экономических аспектах разработки и эксплуатации сложных программных комплексов.

Компьютерная грамотность также включает знание в общих чертах основных понятий алгоритмизации и программирования (языки, алгоритмы и программы, структуры программ и данных, задачи и спецификации, проверка правильности программ, сложность задач).

Составной частью компьютерной грамотности является программирование, понимаемое не как совокупность профессиональных умений и навыков, а как культура формирования разветвленных планов действий и построения машинных исполнителей.

Методы и приемы обучения программированию

Ни одну более или менее сложную программу нельзя считать правильной и процесс ее написания законченным, если он не проверен путем исполнения. Велика обучающая роль исполнения программ — это в конце концов приводит к сознательному и прочному усвоению конструкций и правил алгоритмического языка. Учителю надо знать, что привить учащимся навыки программирования можно только путем обучения учащихся самостоятельно исполнять их. В информатике не всегда выгодно гнаться за количеством упражнений. Гораздо важнее решить немного задач, но так, чтобы они все были понятны учащимся.

Исполнение программ — очень эффективная форма контроля знаний учащихся.

Исполнение программ можно также сделать средством активизации деятельности учащихся на уроке, если привлечь к исполнению нескольких учащихся (например, в командах ветвления).

Воспитательное значение исполнения программ заключается в том, что учащиеся приучаются к аккуратности и внимательности, к умению доводить начатое дело до конца. Развивает логическое и рациональное мышление.

Организационные формы и средства обучения можно использовать как и на любом другом уроке. Обычно в начале изучения новых команд и операторов преимущество отдают фронтальным видам организации урока. При этом используют плакаты, кодоскоп, эпипроектор и пр. Закрепление материала проходит в виде групповой деятельности или индивидуально, а контрольные задания учащиеся, как обычно, выполняют самостоятельно.

На практике преимущественно урок строят по следующей схеме:

фронтальная работа с классом (проверка домашнего задания, выполнение устных упражнений) — 10 мин;

объяснение нового материала — 15 мин;

работа за компьютером, выполнение заданий — 20 мин.

Подобно задачам по теме «Алгоритмизация», задачи в теме «Программирование» можно разбить на следующие типы:

• исполнение программы;

• найти ошибку в программе;

— определить, каков результат выполнения программы;

• усложнение задачи;

• построить математическую модель, составить алгоритм, на­писать программу, проверить ее.

Рекомендуется при решении задачи в классе использовать методы проблемного изложения.

Задачи с заданием «Найти ошибку в программе» или «Определить, каков результат выполнения программы» рекомендуется предлагать учащимся систематически в качестве общего задания для класса в начале урока (аналогично «устному счету» в младших классах). Выполнение задания фронтально позволит учителю:

• с первых минут активизировать внимание учащихся на уроке;

• еще раз проговорить алгоритм выполнения программы для учащихся, которые не поняли эту тему на первых уроках;

• обратить внимание учащихся на типичные ошибки, выявленные учителем после проведения контрольной работы.

Задания на определение результата выполнения программы можно, кроме того, предлагать учащимся для самостоятельного выполнения. Особенно они эффективны на первых уроках знакомства с командами языка программирования

Задания на усложнение программы необходимо предусматривать на любом уроке информатики. Практика показала, что обычно состав класса очень неоднороден по уровню знаний учащихся. Ученики, которые имеют компьютеры дома или занимаются в кружках по информатике, намного быстрее усваивают учебный материал, иногда их знания по программированию намного больше учебной программы. Таким учащимся либо надо давать задания индивидуально, либо готовить более сложные задания на основе задач, решаемых в классе. С другой стороны, тем ученикам, кото­рые испытывают трудности в изучении программирования, желательно давать задания, минимально отличающиеся от решенных в классе.

Если обучение программированию начинается в средних классах, то рекомендуется использовать язык Logo или больше внимания уделять заданиям на графические изображения, с постепенным усложнением программ.

14. Научно-методические основы реализации содержательной линии «Моделирование и формализация». Методика формирования представлений о моделях и формализации: формализация, основные типы моделей, информационные модели и их исследование.

Содержание образования по теме описано в учебных стандартах в линии формализации и моделирования. Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

• получить представление о моделировании как методе научного познания;

• понять основные принципы формализации и подходы к построению компьютерных моделей.

Учащиеся должны:

• иметь представление о сущности формализации и методе моделирования;

• уметь построить простейшие модели и исследовать их с использованием компьютера.

Сопоставительный анализ школьных учебников по информатике позволяет выделить комплект учебников под ред. Н.В. Макаровой. В учебнике за 9 класс основные понятия компьютерного моделирования представлены достаточно четко, кроме того, дан обширный учебный материал в виде задач для решения в различных средах: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных.

Компьютерное моделирование предполагает рассмотрение следующих вопросов: «Понятие «плохо» и «хорошо» поставленной задачи. Модель задачи. Понятие компьютерной и математической моделей задачи. Построение модели: выделение предположений, на которых будет основана модель (постановка задачи), определение исходных данных в задаче и результатов, установление соотношений, связывающих исходные данные и результаты.

Проверка адекватности построенной модели. Неоднозначность выбора модели «плохо» поставленной задачи. Понятие о компьютерном эксперименте. Цикл построения компьютерной модели.

Содержательная компонента образования школьного курса «Моделирования» сильно различается в зависимости от уровня подготовки учителя, типа классного ПЭВМ, выбранного в качестве основного учебного пособия. Наибольшего внимания заслуживает метод моделирования, позволяющий проводить вычислительный эксперимент с помощью компьютера. Его последовательное и систематическое применение позволяет сблизить методологию учебной деятельности с методологией научно - исследовательской работы, дает возможность обучаемому освоить не только конкретный учебный курс, но и сам метод моделирования, что особенно актуально для высшего образования и завершающей стадии среднего образования. Роль моделирования (в том числе математического) повышается по мере продвижения обучаемого по ступеням системы непрерывного образования. Систематическое применение методов моделирования увеличивает удельный вес самостоятельной работы, практических и лабораторных занятий.

Изменяются функции преподавателя в условиях обучения, базирующегося на использовании программного обеспечения для проведения занятий по моделированию. Роль преподавателя будет приближаться к роли консультанта, научного руководителя учащихся.

Классификация учебных компьютерных моделей по виду визуально отображаемой информации позволяет выделить следующие группы:

• цифровые (реализуемые на программируемых микрокалькуляторах);

• модели в виде таблиц или отдельных значений параметров, характеризующих изучаемый объект;

• графические с последующим разделением на статические (графики, схемы, рисунки) и динамические (модели, содержащие движущиеся элементы, которые имитируют поведение моделируемого объекта или отдельных его частей);

• текстовые (отображающие происходящие с объектом моделирования изменения в виде отдельных сообщений или групп таких сообщений);

• смешанные (включающие в себя различные сочетания элементов, относящихся к одной из трех рассмотренных выше групп).

Дополнительные звуковые сигналы УКМ могут быть эффективно использованы для имитации акустических особенностей протекания моделируемых процессов, а также для акцентирования внимания учащегося на различных аспектах работы с УКМ.

Основные технологические этапы моделирования и вычислительного эксперимента:

1. Содержательная постановка задачи. Ознакомление с моделью, с планом математического моделирования и вычислительного эксперимента, предмодельный анализ данных, состава и структуры моделей.

2. Формулировка гипотез, предмодельный анализ и построение математической модели.

3. Разработка алгоритма моделирования: словесный, школьный алгоритмический язык, блок - схемы и др.

4. Программа моделирования. Отладка программы, при необходимости уточнение модели за счет выбора нового метода исследования или дальнейшего огрубления объекта.

5. План вычислительных экспериментов. Разработка аналогичных моделей, планов вычислительных экспериментов.