Метод проблемного обучения в программировании

Важной особенностью в обучении программированию является то, что обладание соответствующих компетенций сводится не только к способности простого воспроизведения имеющихся знаний, но и не должно ограничиваться умением применять шаблонные решения. Фактически любая реальная задача, решаемая программистом, требует нестандартного мышления и нестандартных действий.

Очевидно, что обучение программированию начинается с рассмотрения элементарных конструкций. После изучения основ программирования на любом алгоритмическом языке следует перейти к решению типовых задач, которые являются основой алгоритмической культуры и служат опорным пунктом при дальнейшем изучении программирования. Подбор задач осуществляется на основе стандартной программы школьного курса [2]. Учащиеся должны овладеть первоначальными навыками программирования на языке высокого уровня, что включает в себя способность разрабатывать алгоритмы линейно структуры, использовать операторы ветвления, выбора, циклов, организации подпрограмм, в том числе рекурсивных.

Ученик должен уметь использовать простые и составные типы данных: целочисленные, вещественные, символьные, массивы, записи. На наш взгляд наиболее важными в обучении программированию являются следующие алгоритмы: исполнение линейного алгоритма; условный оператор; циклы с предусловием; цикл с постусловием; цикл с параметром; суммирование элементов массива; поиск минимального и максимального элементов в массиве; простые сортировки массива; поиск подстроки; представление множества в ЭВМ; организация рекурсии; ввод вывод в файл.

Для профильного курса информатики ориентированного на углубленное изучение программирования, можно расширить предметное наполнение следующими темами [3]: деревья, обход дерева, переборные алгоритмы; матрицы, работа с числами и матрицами, строками, списками; инварианты, индуктивные доказательства; Генерация псевдослучайных последовательностей.

В этом случае список рассматриваемых алгоритмов нужно расширить следующими алгоритмами: умножение матриц; улучшенные сортировки массива; внешние сортировки, сортировки файла; работа стека и очереди.
Данный список не является исчерпывающим.

Выбор данных задач обоснован целями и задачами обучения программированию в школе [2]. Однако, следует помнить, что недопустимо «связывать» ученика какими-то определенными шаблонами, важно развивать способность действовать творчески.

При обучении программированию востребованными являются не только специальные знания и алгоритмическое мышление - развивающееся в процессе непосредственной алгоритмизации, но и сформированное логическое мышление.

Формирование логического мышления у учащихся, как правило, начинается в начальной школе при изучении математики и основ логики. Логические способности учеников могут быть развиты только в том случае, когда они активно участвуют в процессе усвоения новых знаний. Одним из наиболее эффективных методов развития самостоятельного логического мышления является проблемное обучение, так как именно оно наиболее близко к творческой деятельности ученого, которая характеризуется применением гипотезы, доказательства, эксперимента.

Приемы создания проблемных ситуаций выбираются в зависимости от конкретного содержания учебного материала. В одних случаях проблемная ситуация создается с явной опорой на имеющиеся знания учащихся. Опираясь на них, учащиеся делают вывод, который оказывается в противоречии с фактами. Это означает, что знания недостаточны и нужна дополнительная информация для разрешения возникшего противоречия. Такой вариант проблемной ситуации всегда вызывает острый интерес у учащихся, отсюда и познавательная эффективность бывает высокой[1].

Ряд педагогов и психологов В. Оконь В., И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, Т.В. Кудрявцев [1], предлагают методику проблемного обучения для развития логического мышления. Проблемные методы основаны на создании проблемных ситуаций, активной познавательной деятельности учащихся, состоящих в поиске и решении сложных вопросов, требующих актуализации знаний, анализа, умений видеть за отдельными фактами явления и законы.

Учитель создает проблемную ситуацию, направляет учащихся на ее решение, организует поиск решения. Таким образом, ребенок в процессе поиска решения получает новые знания, он овладевает новыми способами действия. Проблемная ситуация специально создается учителем путем применения ряда особых методических приемов[1].

В зависимости от характера взаимодействия учителя и учащиеся выделяют четыре уровня проблемного обучения [1]:

1. Уровень несамостоятельной активности - восприятие учениками объяснения учителя, усвоение образца умственного действия в условиях проблемной ситуации, выполнение учеником самостоятельных работ, упражнений воспроизводящего характера, устное воспроизведение;

При изучении программирования несамостоятельная активность проявляется при изучении готовых текстов программ. Так, например, изучение циклических конструкций можно начать с рассмотрения примера готового алгоритма решения задачи вычисления суммы натуральных чисел от 1 до N с помощью цикла while. Для этого можно подготовить раздаточный материала, содержащий программу, реализующую данный алгоритм, сопровождаемый комментариями

program sum1;
var
i, s, n: integer;
begin
writeln(‘введите числа от 1 до n’);
readln(n);
i:=1; s:=0;
while i<=n do begin
s:=s+I;
inc(i);
end;
writeln(‘s=’,s);
end.

2. Уровень полусамостоятельной активности характеризуется применением прежних знаний в новой ситуации и участие школьников в поиске способа решения поставленной учителем проблемы;
Данному уровню характерно, изучение нового материала, на основе подсказок учителя. В качестве таких подсказок можно использовать шаблоны программ. Так, например, при изучении цикла repeat, учащимся можно дать шаблон программы вычисления суммы натуральных чисел от 1 до N 

program sum2;
var
i, s, n: integer;
begin
writeln(‘введите числа от 1 до n’);
readln(n);
i:=1; s:=0;
repeat
……
until
…….
writeln(‘s=’,s);
end.

У них должно получиться:

repeat
s:=s+i;
inc(i)
until i<=n;

3. Уровень самостоятельной активности - выполнение работ репродуктивно-поискового типа, когда ученик сам решает по тексту учебника, применяет прежние знания в новой ситуации, конструирует, решает задачи среднего уровня сложности, доказывает гипотезы с незначительной помощью учителя и так далее;

Для этого уровня необходимо поставить перед учеником задачу, которую ученик должен решить самостоятельно, без помощи учителя. Например, решение задачи вычисления суммы натуральных чисел от 1 до N с помощью цикла for

В качестве самостоятельного задания - задачу на вычисление факториала (произведении натуральных чисел от 1 до N).

program sum3;
var
i, s, n: integer;
begin
writeln(‘введите числа от 1 до n’);
readln(n);
for i:=1 to n do
s:=s+i;
writeln(‘s=’,s);
end.

4. уровень творческой активности - выполнение самостоятельных работ, требующих творческого воображения, логического анализа и догадки, открытия нового способа решения учебной проблемы, самостоятельного доказательства; самостоятельные выводы и обобщения, изобретения, написание художественных сочинений.

На этом уровне нужно поставить задачу, при решение которой ученик будет не просто самостоятельно работать, но и подходить к этому творчески. Стимулировать творческую активность можно с использованием элемента метода проектов.

Ученику следует предложить самостоятельно формализовать и решить практико-ориентированную задачу с использованием циклических конструкций. Например, можно поручить ученику, написать программу, которая бы позволила подсчитать среднее количество тетрадей в портфелях учеников. Ученик, решая задачу, самостоятельно формирует математическую модель. Первым шагом будет произведен подсчет общего количество тетрадей за счет суммирования количества тетрадей, сообщаемого каждым учеником. По окончании суммирования, подсчитанное значение необходимо разделить на количество учеников.

program notebook;
var i, k, s:integer;
p:real;
begin
writeln(‘введите количество учеников’);
readln(n);
s:=0;
for i:=1 to n do begin
writeln(‘введите количество тетрадей у , i, ‘-го ученика ’);
read(k);
s:=s+k;
end;
p:=s/k;
writeln(‘среднее количество тетрадей’, p);
end.

Аналогичные приемы можно использовать на протяжении обучения всему курсу.
Итоговый контроль в обязательном порядке должен включать не только проверку теоретических знаний (устный экзамен или тест), но и проверку умения решать нестандартные практические задачи. Например, за счет выполнения итогового проекта. Проекты могут быть как индивидуальными, так и групповыми и иметь самую разнообразную тематику – от задач из теории графов, переложенных на реальную действительность и компьютерной графики до программирования простейших компьютерных игр[4].

Литература:

1. http://www.znanie.org/jornal/n2_01/psih_podhod.html
2. Примерная программа основного общего образования по информатике и ИТ - http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=14196
3. Примерная программа среднего (полного) общего образования по информатике и ИТ, профильный уровень - http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=14239
4. О.В. Обухова Практико-ориентированный подход в обучении программированию Информатика и информационные технологии: Материалы XV Всероссийской с международным участием конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование» - Томск 2011г