Формирование у будущих учителей информатики готовности к проектно-конструкторской деятельности при обучении программированию на основе Java-технологии

В середине XX века проектно — технический вид культуры, сменил предыдущий тип организационной культуры. В связи с этим произошел ряд изменений в различных сферах человеческой деятельности, в том числе и в образовании, которое повлекло за собой необходимость нового качества профессионального образования. Перед системой образования стоит задача подготовки специалистов приспособленных к быстро меняющейся окружающей действительности, способных самостоятельно принимать решения и уметь прогнозировать результаты своей деятельности.

Квалифицированный работник должен быть способен не только воспринимать, хранить и воспроизводить информацию, но и продуцировать новую, управлять информационными потоками и эффективно их обрабатывать. Основными видами деятельности в различных областям стали: научно-исследовательская, научно-педагогическая, проектная, опытнои проектно-конструкторская, технологическая, исполнительская и творческая. В связи с этим в российском образовании произошел ряд изменений, которые нашли отражение в «Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года».

Вопросами подготовки учителей в области информатики занимались ученые: Д. В. Аносов, В. И. Арнольд, А. А. Кузнецов, В. Л. Матросов, Н. Д. Никандров, И. Б. Федоров и др.

В последние годы проектно-конструкторская деятельность (ПКД) стала востребованной в профессиональной деятельности специалистов не только инженерных специальностей, но и в других сферах, в том числе в сфере образования.

В подтверждение тому можно привести тот факт, что в проекте стандартов третьего поколения по направлению «Педагогическое образование» в числе основных видов профессиональной деятельности выделяется проектная деятельность, направленная на конструирование различных видов педагогических объектов.

В настоящее время ПКД является достаточно перспективным направлением изучения, так как навыки ПКД позволяют применять их для работы с большим числом различных объектов.

С одной стороны, будущим учителям информатики освоение этого вида деятельности позволяет, самим разрабатывать педагогические объекты различных видов (например, учебные занятия, учебные программы, учебные курсы и др.), необходимые для эффективной организации учебного процесса, с другой — организовывать проектно-конструкторскую деятельность учащихся, как на занятиях, так и во внеклассной работе, что значительной степени позволяет их использовать в дальнейшей профессиональной-деятельности.

Любая деятельность, в том числе и ПКД, может успешно осуществляться специалистом только при условии наличия у него готовности к ней. Согласно исследованиям М. И. Дьяченко, Л. А. Кандыбович, Л. В. Кондрашова, К. К. Платонов,.

В. А. Сластенина, Н. К. Солоповой готовность к деятельности включает в себя следующие компоненты: мотивационный, когнитивный, операциональный, эмоционально-волевой.

Несомненно, формирование готовности к подобной деятельности требует ее практической реализации. Объекты, на разработку которых направлена ПКД, могут рассматриваться в виде компьютерных моделей, реализованных различными средствами, в том числе и с помощью различных технологий программирования. Изучение программирования в педагогическом вузе является одним из обязательных разделов, входящих в раздел дисциплин предметной подготовки будущих учителей информатики.

Вопросами изучения программирования в профессиональной подготовке будущих учителей информатики занимались И. Н. Антипов, Н. Б. Бальцюк, В. И. Громыко, А. П. Ершов, С. А. Жданов, М. П. Лапчик, А. В. Могилев, Н. П. Трифонов и др.

Одним из ведущих направлений в изучении программирования является изучение объектно-ориентированной технологии-программирования, имеющей ряд преимуществ при работе с объектами. В настоящее время одним из ведущих инструментов реализации ОО-технологий является Java-технология. Быстрое и широкое распространение Java-технологийне в последнюю очередь, связано с тем, что она использует язык Java, обладающий множеством, достоинств, среди которых: простота, многопоточность, архитектурная независимость, мобильность, безопасность.

Несмотря на наличие большого количества изданий, по информатике, в том числе и посвященных изучению ОО-технологиив частности — Java-технологии, многие вопросы преподавания этой дисциплины остаются открытыми, равно как и вопросы формирования ПКД средствами этой технологии.

Следует также отметить, что формирование готовности к ПКД будущих учителей информатики при обучении программированию представляет собой достаточно важное направление в области подготовки специалиста, так как данное направление не только способствует развитию алгоритмического мышления, но и позволяет организовать подготовку к более сложным и трудоемким этапам таким как: постановка задачи, выбор методов решения, его информационное и организационное обеспечение. В настоящее время недостаточно разработаны вопросы организации ПКД в процессе профессиональной подготовки будущих учителей информатики, которые, как правило, направлены на освоение отдельных форм проектной и конструкторской деятельности.

Таким образом, проблема исследования обусловлена противоречием, имеющим место, между целесообразностью и необходимостью обучения будущих учителей информатики проектно-конструкторской деятельности средствами Java-технологии, с одной стороны, и недостаточной проработанностью вопросов по организации такого вида деятельности, а именно: по приобретению опыта ее осуществления, при изучении программирования — с другой.

Целью исследования является обоснование целесообразности формирования готовности будущих учителей информатики к проектно-конструкторской деятельности средствами Java-технологии и разработка* модели, позволяющей организовать этот вид деятельности при изучении программирования в педагогическом вузе.

Объектом' исследования' является ПКД как компонент профессиональной подготовки учителя.

Предмет исследования — разработка модели формирования готовности к проектно-конструкторской деятельности у будущих учителей информатики средствами Java-технологии.

Гипотеза исследования заключается в том, что формирование у будущих учителей информатики готовности к проектно-конструкторской деятельности на основе Java-технологии при изучении программирования возможно и эффективно, если:

1. при изучении программирования будет организована ПКД;

2. создание приложения средствами объектно-ориентированного программирования (ООП) будет рассматриваться в логике ПКД (во временной последовательности: фаза проектирования — технологическая фаза — фаза рефлексии);

3. предлагаемая модель будет основана на особенностях Java-технологии как объектно-ориентированной технологии.

Исходя из указанной цели и гипотезы исследования, были определены следующие основные задачи исследования:

1) проанализировать ПКД и обосновать ее структуру;

2) обосновать особенности содержания компонентов готовности студентов к проектно-конструкторской деятельности;

3) обосновать возможность и эффективность формирования готовности будущих учителей информатики к ПКД на основе Java-технологии при изучении программирования;

4) разработать модель формирования готовности к ПКД у будущих учителей информатики на основе Java-технологии при изучении программирования;

5) экспериментально проверить эффективность применения разработанной модели.

Теоретико-методологическую основу, исследования составили теоретические и экспериментальные исследования: в области философии образования, педагогики и психологииЮ. К. Бабанский, В. П. Беспалько, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, Б. С. Гершунский, И. Я. Лернер, Н. Ф. Талызина и др.- компьютеризации и информатизации образования — Я. А. Ваграменко,.

A. П. Ершов, В. А. Красильникова, А. А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов, М. П. Лапчик, А. В. Могилев, Н. И. Пак, И. В. Роберт, В. А. Трайнев,.

B. Ф. Шолохович и др.- изучения проблемы готовности к деятельности — М. И. Дьяченко, Л. А. Кандыбович, Л. В. Кондрашова, К. К. Платонов и др.- в области основ применения проектной технологии — Ю. В. Громыко, В. А. Никитин, В. П. Беспалько, О. Г. Прикот.

О. С. Анисимов, Н. А. М’асюкова, Е. С. Полат, М. Ю. Бухаркина, С. В. Наумов, Я. Дитрих, В. В. Гузеев, А. М. Новиков и др.- формирования профессиональной компетентности преподавателя информатики в условиях информатизации образования и информационной подготовки студентов высших учебных заведений — Т. В. Добудько, С. А. Жданов, В. В. Лаптев, Е. К. Хеннер, А. А. Кузнецов, Э. И. Кузнецов, В. Л. Матросов, А. В. Могилев и др.- разработки проблем содержания и методики обучения информатикеС. А. Бешенков, А. И. Бочкин, А. Г. Гейн, С. Г. Григорьев, Т. В. Добудько, Т. Б. Захарова, А. А. Кузнецов, М. П. Лапчик, Н. И. Пак, И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер и др.- а также в области преподавания программирования в вузах С. В. Симонович, Г. Буч, П. Брусиловский, Э. И. Кузнецов, А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, В. Турский, Е. В. Пышкин, И: Н. Антипов, Н. Б. Бальцюк и др.

Научная новизна исследования заключается в том, что в нем.

1) выявлены компоненты структуры ПКД при^ изучении-объектно-ориентированной технологии;

2) определены мотивационный, когнитивный, операционный, эмоциональныйличностный компоненты готовности будущих учителей информатики к ПКД;

3) исследована целесообразность использования этапов ПКД, как алгоритма решения задач средствами объектно-ориентированной технологии;

4) разработана модель формирования готовности будущих учителей информатики к ПКД и определены адекватные формы ее организации.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что в нем~ раскрыта специфика использования ПКД на базе Java-технологии при изучении программирования, конкретизированы компоненты готовности студентов педвуза к ПКД, разработана модель формирования у будущих учителей информатики готовности к ПКД при изучении программирования, в которой раскрыта специфика отбора содержания, форм и методов реализации такого рода деятельности.

Практическая^ значимость исследования состоит в том, что его основные результаты могут быть использованы с целью модернизации профессиональной подготовки будущих учителей информатики: предложенная модель формирования ПКД может быть использована в учебном процессе при обучении программированию на основе Java-технологии, в курсе дисциплины «Программирование».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Представленная временная структура ПКД, включает в себя следующие этапы: концептуальная модель объекта, умственное конструирование, графическое конструирование, реализация модели. (предметно-манипулятивное конструирование), рефлексия. Успешное осуществление такой деятельности будущими учителями информатики возможно при, условии, готовности к ней и определяется следующими компонентами: мотивационным, когнитивным, операционным, эмоциональным и личностным.

2. Формирование готовности будущих учителей информатикик ПКД наиболее целесообразно осуществлять на базе Java-технологии при изучении программирования. Это возможно, так как средства ООП: а. позволяют организовать деятельность по созданию приложений в логике ПКД (во временной последовательности: фаза проектирования — технологическая фаза, — фаза рефлексии) — b. предоставляют широкий набор базовых элементов конструирования и средства создания новых элементов. 3. Разработанная модель формирования готовности к ПКД при изучении программирования способствует развитию у будущих учителей информатики самостоятельности, повышению способностей диагностики, прогнозирования, моделирования и конструирования. С этой целью проведен отбор содержания, методов, форм и средств обучения, позволяющих наиболее эффективно организовать ПКД и изучить объектно-ориентированный язык программирования Java.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов обеспечиваются общим методологическим подходом к разработке теоретической концепции исследования, основополагающими теоретическими концепциями обучения программированию, логической непротиворечивостью проведенных рассуждений и выводов, корректным использованием комплекса апробированных методов, соответствующих предмету и задачам исследования, а также целенаправленной опытно-экспериментальной работой.

Организация и. этапы исследования. Исследование по теме проходило в течение четырех лет (2005 — 2009 гг.) и проводилось в три этапа.

На первом этапе (2005;2006 гг.) осуществлялся анализ отражения проблемы исследования в педагогической, психологической, методической, специальной литературе и диссертационных работах, выполненных ранее. Изучены подходы к преподаванию объектно-ориентированного программирования, определены объект и предмет исследования, сформулирована рабочая гипотеза, определены роль и место проектно-конструкторской деятельности в системе подготовки будущих учителей информатики при обучении программированию.

На втором. этапе (2006 — 2007 гг.) уточнялась и корректировалась модель формирования готовности у студентов педвуза к ПКД при обучении программированию на базе Java-технологии. Разрабатывались содержание и учебно-методический материал для проведения лекционных и лабораторных занятий, определялись методы их проведения, а также основные этапы.

На третьем этапе (2007 — 2009 гг.) определялись возможности разработанной модели в ходе обучения студентов по дисциплине «Программирование» с целью выявления её- эффективности, анализировались полученные результаты.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения исследования-докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные технологии обучения: проблемы и перспективы» (Липецк, 2008) — Второй научно-практической конференции молодых ученых «Теория и практика педагогической деятельности в условиях инновационного развития системы образования» (МПГУ, 2008) — Научно-методическом семинаре «Актуальные проблемы преподавания математики и информатики в педвузе и школе» (рук. действ, член РАН, действ, член РАО В. Л. Матросов, МПГУ, 2009) — заседаниях кафедры теоретической информатики и дискретной математики (МПГУ, 2006 -2009 гг.).

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты научного исследования апробированы и использованы на базе Уссурийского государственного педагогического института в 2005 -2008 учебных годах и на базе Московского педагогического государственного университета в 2008 — 2009 учебном году .

По материалам научных исследований автором опубликовано 8 научных статей и тезисов докладов (в том числе одна статья в изданиях из перечня ВАК РФ).

Структура диссертации. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

Выводы к Главе 2.

1. Проведенный теоретический анализ делает возможным обоснование педагогических условий, повышающих эффективность формирования готовности будущих учителей информатики к про-ектно-конструкторской деятельности при обучении программирования на основе Java-технологии.

2. Разработана структура и содержание модели формирования готовности будущих учителей информатики к проектно-конструкторской деятельности при обучении программирования на основе Java-технологии в рамках курса «Программирование».

3. Представлены основные организационно-педагогические условия реализации предложенной модели формирования готовности к ПКД на базе Java-технологии.

4. Проведен педагогический эксперимент для проверки уровня сформированности готовности будущих учителей информатики к проектно-конструкторской деятельности на основе выделенных компонентов готовности и их критериев. Полученные результаты педагогического эксперимента показали, что предложенная модель привела к развитию уровня сформированности готовности к ПКД:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании проведенного диссертационного исследования получены следующие результаты:

1. На основе анализа литературы соответствующей проблеме исследования теоретически обоснована возможность формирования готовности будущих учителей информатики к ПКД средствами Javaтехнологии, выделены компоненты готовности и структура ПКД на основе ОО-программирования.

2. Обоснована целесообразность использования этапов ПКД, как алгоритма для решения задач основанных на ОО-подходе, в частности средствами языка программирования Java. В связи с этим была предложена модель обучения ПКД, реализуемая при обучении программированию.

3. Разработано содержание дисциплины «Программирование» на базе Java-технологии с позиции модульного обучения, как наиболее эффективного при изучении данной дисциплины. Выбраны наиболее целесообразные и адекватные организационные формы реализации предложенной модели, позволяющие овладеть ПКД при обучении программированию и предложены критерии оценки сформированности готовности к ПКД деятельности.

4. Разработана и внедрена в практику модель формирования готовности к проектно-конструкторской деятельности в рамках дисциплины «Программирование» на базе Java-технологии, которая позволяет эффективно организовать и сформировать готовность будущих учителей информатики к ПКД. Полученные умения, могут применяться в дальнейшей профессиональной деятельности, так как позволят будущим учителям информатики как самим разрабатывать педагогические объекты различных видов, как необходимые для эффективной организации учебного процесса, так и организации проектно-конструкторской деятельности учащихся на занятиях и во внеклассной работе.

В рамках поставленных задач выполненное диссертационное исследование можно считать завершенным, его результаты могут быть использованы для совершенствования и системы профессиональной подготовки студентов педвузов по информатике.