Об особенностях реализации курса обучения программированию школьников 7-11 классов в форме 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 описывается реализация курса обучения программированию школьников 7-11 классов в форме смешанного обучения. Смешанное обучение, как форма организации учебной деятельности при обучении школьников 7-11 классов программированию, решает многие проблемы, свойственные классическому дистанционному обучению. Заметим, что дистанционное обучение школьников в настоящее время активно используется для углублённого изучения определённых предметов, в том числе при обучении школьников программированию на уровне, выходящем за рамки школьной программы.

В классическом понимании смешанное обучение это – «обучение, реализуемое путем встраивания очного обучения с использованием активных методов обучения в структуру дистанционного учебного курса» ^[1]. В нашем случае при обучении программированию школьников в форме смешанного обучения акценты делаются на следующее:

• теоретический материал школьники осваивают дистанционно, что позволяет каждому ученику выделять на изучение теории столько времени, сколько необходимо для полного освоения теоретического материала;
• 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, что позволяет учителю не только оперативно проверять задания на уроке, но и даёт возможность ученику узнавать результат проверки при выполнении домашних заданий;
• к моменту очной встречи можно утверждать, что школьники освоили базовый уровень изучаемой темы, так как они изучили теорию и закрепили её практически, сдавая базовые задачи автоматической системе проверки;
• на очных встречах рассматриваются сложные моменты изучаемой темы;
• для каждого школьника реализуется индивидуальная траектория обучения: 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.

Дистанционное обучение школьников характеризуется теми же положительными и отрицательными моментами, что и дистанционное обучение взрослых, но имеет свою специфику, без учета которой невозможно полноценное обучение школьников на дистанционных курсах. ^[8] И связано это в первую очередь с тем, что российский школьник, обучаясь по классно-урочной системе, часто не владеет необходимыми навыками и умениями для самостоятельного обучения. У него не сформированы многие необходимые для этого процесса компетенции. Следовательно, перед разработчиками дистанционных курсов для школьников и перед организациями, реализующими дистанционное обучение, встает необходимость включения в учебные цели конкретных курсов не только достижение предметных результатов, но и опережающее развитие метапредметных результатов (метапредметных компетенций).

Ниже описывается программа учебного курса «Программирование на языке Python», реализованного в форме смешанного обучения и ориентированного на школьников 7 – 11 классов. Целью преподавания данного курса является приобретение учениками теоретических и практических навыков создания алгоритмов и написания исходных кодов на языке программирования Python, а также развитие метапредметных компетенций у учеников.

Результатами освоения данного курса являются:

1. сформированность представлений о способах хранения информации, моделировании и связи математических и компьютерных моделей;
2. навыки алгоритмического мышления, формального описания алгоритма;
3. умение реализации алгоритмического представления задачи с помощью языка программирования;
4. владение приёмами написания программы на языке Python для решения стандартных задач, комбинированных задач, задач повышенного уровня сложности и отладки таких программ;
5. навыки использования операторов присваивания, операторов цикла, условных операторов, строк и списков;
6. владение способами передачи информации при помощи сети Интернет;
7. формирование таких метапредметных компетенций ^[5] как:
   1. умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учебе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;
   2. умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;
   3. умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией;
   4. умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности ее решения;
   5. владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;
   6. умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;
   7. умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение;
   8. умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей, планирования и регуляции своей деятельности; владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;
   9. умение развивать и применять навыки в области использования информационно-коммуникационных технологий;
8. развитие творческого и критического мышления.

Особенностью обучения программированию является необходимость проверять огромное количество исходных кодов учеников, что невозможно делать продуктивно без автоматизированной проверки этих исходных кодов с помощью специально разработанных программных продуктов. ^[9]

Смешанная форма обучения накладывает определённые ограничения на учеников. Для обучения на курсах необходимо иметь компьютер и доступ в Интернет – это технические требования. Кроме того, от обучающегося требуется обладать компетенцией в области использования информационных технологий, также необходимо уметь пользоваться середой разработки на базовом уровне (в противном случае, первые несколько занятий пройдут не так эффективно) и уметь устанавливать дополнительное программное обеспечение.

Учебно-тематический план курса для учеников начального уровня первого полугодия:

Содержание курса

Дидактические единицы: модель, моделирование, свойства и виды моделей, синтаксис языка Python, переменные, типы переменных, логические, целочисленные, вещественные переменные, строки, списки, арифметические и логические операции, операции над строками и списками, оператор присваивания, оператор ветвления, операторы циклов.

Блок 1. Основы компьютерного моделирования. Знакомство со структурой и синтаксисом языка программирования. Структура программы, понятие переменной. Понятие алгоритма. Способы записи алгоритма. Установка среды программирования для языка Python. Работа в среде программирования.

Блок 2. Оператор присваивания, целочисленная арифметика. Способы хранения и обработки информации. Синтаксис языка программирования Python. Оператор присваивания. Переменные, значения и типы переменных. Арифметические операции, порядок выполнения операций.

Блок 3. Условная инструкция, логические выражения. Логический тип данных, логические операции or, and, not. Оператор ветвления, вложенные условные операторы.

Блок 4. Оператор цикла for. Алгоритмы перебора, структура оператора цикла for, использование логических выражений в цикле for, вложенные циклы for.

Блок 5. Строки. Понятие строки, операции над строками: сложение строк, умножение на натуральное число, длина строки, сравнение строк, понятие среза строки, работа со строками в цикле for.

Блок 6. Цикл while. Оператор цикла while, причины зацикливания, работа со строками в цикле while, обработка последовательностей, заканчивающихся определённой строкой.

Блок 7. Списки. Понятие списка в языке. Способы хранения списка. Понятие среза. Создание списков, длина списка, преобразование списка, вложенные списки, работа со списками в циклах for и while. Методы списков. Поиск элементов в списке. Сравнение списков.

В отличии от формы дистанционного обучения при смешанной форме обучения у учеников существует обратная связь с преподавателем, так как ученики имеют возможность лично общаться с учителем, что способствует лучшему усвоению курса и формированию многих метапредметных компетенций.

Ещё одним важным отличием является принцип деления учебных задач: по использованию их в различных учебных ситуациях. Известно, что при любой форме обучения существенным является правильно организованная система учебных задач. ^[2] В нашем случае выделяются задачи, которые будут выполняться школьником в разных учебных ситуациях, при этом следует отметить 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; ^[10]
• 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.

Автор имеет опыт обучения школьников программированию в трёх наиболее распространённых формах организации учебного процесса: классно-урочная система, дистанционная форма обучения, смешанная форма обучения. Курсы, читаемые в каждой из упомянутых форм обучения, были посвящены обучению программированию школьников на языке Python. За 2016-217 год на курсе в форме классно-урочной системы обучалось 25 человек, на дистанционном курсе – 131 человек, на курсе в форме смешанного обучения обучался 31 человек.

Классно-урочная система: у учеников было по 2 урока каждую учебную неделю, на уроке изучалась теория и все задания также выполнялись на уроке. Домашние задания выполнялись, как правило, не полностью и с большой задержкой. По всей видимости это связано с высокой внешкольной загрузкой московских школьников. Именно поэтому было принято решение все методически важные задания разбирать в классе. Автор считает, что базовый уровень курса был освоен учениками. Всего за учебный год было проведено 68 уроков.

Дистанционный курс ^[6] имел следующую организацию: всего 7 блоков, при этом первые 2 блока объединены по теоретическому материалу. Один блок выдаётся ученику на месяц. Каждый блок включает в себя теоретический материал и практические задачи, которые сдаются системе автоматической проверки задач.

На курсе в форме смешанного обучения ^[7]все теоретические материалы блоков выдавались для самостоятельного изучения в дистанционной форме. В первом семестре было 14 очных занятий по 2 урока, во втором семестре - 10 очных занятий по 2 урока.

Так как курсы, независимо от формы организации обучения, были нацелены на изучение одних и тех же тем, то ученикам была предложена для выполнения одна и та же итоговая контрольная работа. По результатам проверки сравнивался средний балл по всем ученикам каждой из форм обучения. При дистанционном обучении результат получился ниже, чем при классно-урочной системе обучения и при смешанной форме обучения. Результаты по смешанной форме обучения и по классно-урочной системе обучения получились близкими, но при этом, для обучения учеников с помощью смешанной формы обучения было потрачено всего 56 уроков, против 68 уроков в случае классно-урочной системы обучения. Кроме того, было несколько учеников, проходивших курс, построенный в форме смешанного обучения, которые продвинулись по темам с заметным опережением, что почти невозможно реализовать в классно-урочной системе обучения.

По мнению автора, использование смешанной формы обучения способствует лучшему усвоению изучаемого материала, а также развивает такие метапредметные компетенции, как коммуникативность, самообучение, самоорганизация и информационную компетентность.

Информационная компетентность – это совокупность компетенций, связанных с поиском, пониманием, организацией, архивированием цифровой информации и ее критическим осмыслением, а также с созданием информационных объектов с использованием цифровых ресурсов (текстовых, изобразительных, аудио и видео). ^[3]

Информационная компетенция очень важна в современном мире, так как подавляющее большинство школьников (около 90%) назвали себя пользователями Интернета ^[4], и развитие этой компетенции у школьников будет важно для дальнейшего обучения.

Стоит отметить, что при дистанционной форме обучения полностью выполнили все задания только 2/3 обучающихся.

Таким образом, можно утверждать, что смешанная форма обучения является наиболее эффективной в достижении поставленных учебных целей. Это подтверждается следующими результатами:

1. у учеников, обучающихся в форме смешанного обучения, результаты итоговой контрольной работы аналогичны результатам учеников при классно-урочной системе обучения и существенно выше, чем у учеников при дистанционной форме обучения;
2. все ученики курса в форме смешанного обучения успешно его закончили, чего нельзя сказать про учеников, обучающихся на дистанционных курсах;
3. ученики, обучающиеся на курсе в форме смешанного обучения выполнили больше учебных задач, чем ученики, обучающиеся в форме классно-урочной системы;
4. относительно учеников, обучающихся в форме классно-урочной системы, можно сказать, что они освоили только базовый уровень курса. В то время как половина учеников, обучавшихся в форме смешанного обучения, освоила тот же курс на углублённом уровне;
5. у учеников, обучающихся в смешанной форме обучения, сформированы более устойчивые метапредметные компетенции, это подтверждается хотя бы тем, что все ученики окончили курс в форме смешанного обучения с более высокими показателями.