Критерии деления учебных задач для курса смешанного обучения

Скоробогатов Ярослав Олегович ассистент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ) 121352, Россия, г. Москва, ул. Кременчугская, 11, ауд. 33 Skorobogatov Yaroslav Olegovich assistant at Lomonosov Moscow State University 121352, Russia, Moscow, str. Kremenchugskaya, 11, room No. 33 skorja@ya.ru Другие публикации этого автора

В данной статье рассматривается смешанное обучение, как форма организации учебной деятельности при обучении школьников 7-11 классов программированию.

Уточним содержание определения смешанное обучение, используемого в классическом смысле: «обучение, реализуемое путем встраивания очного обучения с использованием активных методов обучения в структуру дистанционного учебного курса» ^[7]. В нашем случае при обучении программированию школьников в форме смешанного обучения центральным является следующее:

• теоретический материал школьники осваивают дистанционно;
• задачи, выдаваемые для закрепления теоретического материала, всегда проверяются онлайн. В данном случае используется специфика предмета информатики, в частности обучения программированию: существуют программные средства для онлайн верификации исходных кодов;
• к моменту очной встречи можно утверждать, что школьники освоили базовый уровень изучаемой темы;
• на очных встречах рассматриваются сложные моменты изучаемой темы;
• для каждого школьника реализуется индивидуальная траектория облучения: это возможно благодаря тому, что ученик, усваивая материал со своей скоростью, имеет возможность задавать вопросы по материалу, на котором остановился;
• появляется возможность использования активных методов обучения, за счёт высвобождения времени.

Очевидно, что при любой форме обучения существенным является правильно организованная система учебных задач. ^[4] В нашем случае, выделяются задачи, которые будут выполняться школьником в разных учебных ситуациях, при этом следует выделить специфику этих учебных ситуаций:

• задачи, выдаваемые для самостоятельного решения дома, в обязательном порядке проходят онлайн проверку, эти задачи развивают когнитивные функции кратковременной и долговременной памяти;
• общие задачи, предлагаемые для обсуждения на очных встречах, имеют, как правило, второй или третий уровень когнитивной сложности по Толлингеровой. Эти задачи, которые также проходят онлайн проверку, обсуждаются с преподавателем, школьники в состоянии их понять, так как на занятие они приходят подготовленными с уже сформулированными вопросами;
• индивидуальные задачи, также проходящие онлайн проверку, даются после обсуждения и учитывают уровень освоения материала каждым учеником. Для сильных учеников когнитивная сложность заданий может иметь четвертый уровень по Толлингеровой.

В современной педагогике существует достаточно много способов классификации учебных задач. ^[9][10] В нашем случае воспользуемся универсальной классификацией Толлингеровой ^[5]. По таксономии Толлингеровой ^[1][6] учебные задачи делятся на пять классификационных групп согласно когнитивным характеристикам:

1. задачи, требующие мнемонического воспроизведения данных;
2. задачи, требующие простых мыслительных операций с данными;
3. задачи, требующие сложных мыслительных операций с данными;
4. задачи, требующие сообщения данных;
5. задачи, требующие творческого мышления.

Рассмотрим конкретные примеры задач, относящиеся к вышеперечисленным учебным ситуациям.

При изучении каждой темы ученик получает теорию на домашнее освоение. Кроме того, ученик получает задачи, которые рассчитаны на закрепление теории. Задачи подбираются таким образом, чтобы обратить внимание ученика на нюансы, которые могут быть упущены во время освоения теории. Все задачи школьники обязаны отправить на онлайн проверку. При решении таких задач у школьника развиваются когнитивные функции кратковременной и долговременной памяти ^[2], формируется связь между теоретическим и практическим материалом, что позволяет лучше усваивать теорию и понимать принцип работы алгоритмов.

Задачи такого уровня рассчитаны на то, что никаких дополнительных сведений, кроме тех, что есть в теории, не потребуется. Данный тип задач можно отнести к задачам первой группы по таксономии Толлингеровой. У учеников вырабатывается компетенция самообучения, так как обучающийся поставлен в ситуацию «онлайн проверки». В этой ситуации ученик, отправляя задания на онлайн проверку серверу, понимает, что он получает объективную оценку своей работы. Неудовлетворительный результат вынуждает его отправлять исправленное решение на проверку вновь и вновь. В итоге, школьник понимает, что для решения задач этого уровня, достаточно прочитать и понять небольшое количество теоретического материала.

Примеры таких задач из курса обучения программированию школьников на языке Python в формате смешанного обучения.

Пример 1. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Hello, Harry!».

Напишите программу, которая приветствует пользователя, выводя слово Hello, введенное имя и знаки препинания по образцу (см. пример входных и выходных данных). Программа должна считывать в строковую переменную значение и писать соответствующее приветствие. Обратите внимание, что после запятой должен обязательно стоять пробел, а перед восклицательным знаком нет пробела.

Входные данные

вводится строка, длина которой не превышает 100 символов.

Выходные данные

выведите ответ на задачу.

Пример

Входные данные

Harry

Выходные данные

Hello, Harry!

Для решения этой задачи школьник должен вспомнить основные моменты из теории.

Пример 2. Тема «Задачи на использование оператора цикла for», задача «Ряд – 2».

Даны два целых числа A и В. Выведите все числа от A до B включительно, в порядке возрастания, если A < B, или в порядке убывания в противном случае.

Входные данные

вводятся два целых числа.

Выходные данные

выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

1

10

Выходные данные

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Данная задача также относится к первому уровню сложности по таксономии Толлингеровой. Единственное, что требуется в этой задаче – это внимательно проанализировать условие задачи и применить оператор range в операторе цикла for.

На очную встречу ученики приходят подготовленными. Как правило, они прорешали домашнее задание (задания сдавались серверу проверки задач в режиме онлайн), и, следовательно, они знакомы с теорией на базовом уровне.

Задачи этого уровня – это задачи, которые обсуждаются вместе с учителем. В этих задачах либо присутствуют какие-то нюансы, которые школьники могли не заметить, либо в них используются межпредметные связи, на которые учитель должен обратить внимание, так как не всегда бывает просто соотнести задачу в программировании с теорией из другой дисциплины. И, чтобы ученики не пытались решить все задачи с помощью встроенных возможностей языка, вводятся задачи, для оптимального решения которых использование встроенных возможностей приведёт к решению с более высокой алгоритмической сложностью. В данном случае используется специфика предмета информатики: необходимо не просто найти алгоритм решения задачи, а создать алгоритм с определённым уровнем вычислительной сложности.

При решении задач этого уровня у школьника развиваются когнитивные функции кратковременной и долговременной памяти, процессы мышления. Данный тип задач можно отнести ко второй или третей группе по таксономии Толлингеровой. Специально подбираются задачи, которые способствовали бы развитию у учеников межпредметных связей. При решении этих задач у учеников формируются такие метапредметные компетенции, как: критическое мышление, умение работать с текстом, сопоставление фактов из разных предметных областей. Благодаря тому, что ученик вынужден связывать факты из различных предметных областей, это ведёт к укреплению знаний и развивает многогранный подход к решению задач. Это связано со спецификой предмета информатики: любая задача может быть верно решена множеством способов, из которых нас интересуют решения с эффективными алгоритмами.

Примеры таких задач:

Пример 3. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Сумма цифр четырехзначного числа».

Напишите программу, которая по введенному не более чем четырехзначному числу k будет выдавать сумму его цифр.

Входные данные

На вход программе подается целое число k (0≤ k≤9999).

Выходные данные

Выведите сумму его цифр.

Примеры

Входные данные

2008

Выходные данные

10

Пример 4. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Парты».

В некоторой школе решили набрать три новых математических класса и оборудовать кабинеты для них новыми партами. За каждой партой может сидеть два учащихся. Известно количество учащихся в каждом из трех классов. Выведите наименьшее число парт, которое нужно приобрести для них.

Входные данные

Программа получает на вход три натуральных числа: количество учащихся в каждом из трех классов (числа не превышают 1000).

Выходные данные

Выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

20

21

22

Выходные данные

32

Входные данные

16

18

20

Выходные данные

27

Пример 5. Тема «Задачи на использование оператора цикла for», задача «Ряд – 3».

Дано натуральное число n. Напечатайте все n-значные нечетные натуральные числа в порядке убывания.

Входные данные

Вводится натуральное число.

Выходные данные

Выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

1

Выходные данные

9 7 5 3 1

Также к этому типу задач можно отнести и сложные задачи, до алгоритма решения которых сложно додуматься, даже зная всю теорию. Как правило, задачи на рекурсию вызывают у учеников затруднения. Даже если ученики знают теорию, то им будет очень сложно решить задачу на эту тему самостоятельно, поэтому первую задачу необходимо объяснять полностью. При разборе таких задачу учеников развиваются процессы мышления.

Пример 6. Тема «рекурсия», задача «Платная лестница»

Мальчик подошел к платной лестнице. Чтобы наступить на любую ступеньку, нужно заплатить указанную на ней сумму. Мальчик умеет перешагивать на следующую ступеньку, либо перепрыгивать через ступеньку. Требуется узнать, какая наименьшая сумма понадобится мальчику, чтобы добраться до верхней ступеньки.

Входные данные

В первой строке входного файла вводится одно натуральное число N 30 — количество ступенек.

В следующей строке вводятся N натуральных чисел, не превосходящих 100 — стоимость каждой ступеньки (снизу вверх).

Выходные данные

Выведите одно число — наименьшую возможную стоимость прохода по лесенке.

Примеры

Входные данные

3

1 3 1

Выходные данные

2

Задачи такого типа можно давать как для самостоятельной работы в классе или дома, так и для проверки и оценки знаний учеников. Данные задачи относятся к третьей группе по таксономии Толлингеровой.

Пример 7. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Следующее четное».

Дано целое число n. Выведите следующее за ним четное число. Использовать условный оператор if запрещается.

Входные данные

Вводится целое положительное число, не превышающее 1000.

Выходные данные

Выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

7

Выходные данные

8

Входные данные

8

Выходные данные

10

Специфика данной задачи такова, что школьник ставится в непривычную ситуацию: он не может использовать очевидный алгоритм решения. Решение данной задачи достаточно простое: <следующее чётное число> = <исходное число> + 2 – <остаток от деления на 2 исходного числа>. Для решения этой задачи школьник должен привлекать математический аппарат.

Пример 8. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Автопробег».

За день машина проезжает n километров. Сколько дней нужно, чтобы проехать маршрут длиной m километров? В данной задаче можно использовать только арифметические операции. Использование циклов и условных операторов запрещено.

Входные данные

Программа получает на вход числа n и m (целые, положительные).

Выходные данные

Выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

700

750

Выходные данные

2

Входные данные

700

2100

Выходные данные

3

Такие задачи можно предлагать ученикам, которые успешно справились с базовой частью, что позволяет им развиваться дальше. В качестве одной из возможных форм работы над такими задачами можно использовать групповую форму работы или работу в парах. В этой ситуации сильным ученикам можно предложить объяснить одноклассникам свои решения. Такая учебная деятельность способствует укреплению предметных знаний и формированию таких метапредметных компетенций как: творческое мышление, способность к самооценке, коммуникативность. В этом случае ученик, объясняющий решение задачи, выполняет когнитивную деятельность пятого уровня сложности по Толлингеровой, хотя сама задача относится к четвёртой группе по таксономии Толлингеровой.

Пример 9. Тема «Оператор присваивания и целочисленная арифметика», задача «Проверьте делимость»

Даны два натуральных числа n и m. Если одно из них делится на другое нацело, выведите 1, иначе выведите любое другое целое число. В данной задаче можно использовать только арифметические операции. Использование циклов и условных операторов запрещено.

Входные данные

Вводятся два числа.

Выходные данные

Выведите ответ на задачу.

Примеры

Входные данные

2

8

Выходные данные

1

Входные данные

8

2

Выходные данные

1

Входные данные

3

5

Выходные данные

-5

Данную задачу можно отнести к четвёртой группе, потому что у нас нет итоговой формулы, позволяющей построить итоговое решение, верность которой надо доказать.