Методические подходы к формированию компетенций в области программирования на основе реализации индивидуальной траектории обучения

Актуальность исследования. Современный этап развития общества характеризуется быстрыми темпами развития науки и технологий, что обуславливает качественные изменения в характере деятельности человека. Использование информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) определяет развитие процесса информатизации общества, предъявляющего высокие требования к уровню подготовки специалистов в области эксплуатации средств ИКТ и реализации их потенциала в образовательных целях. Эти обстоятельства определяют необходимость постоянного поиска методов и средств обучения информатике, повышающих эффективность представления учебной информации, ее получение, передачу, хранение и использование в сфере практического опыта обучаемых.

В современных исследованиях проблеме подготовки педагогических кадров в области информатики и ИКТ посвящены работы Бешенкова С. А., Жданова С. А., Козлова O.A., Лавиной Т. А., Лапчика М. П., Пака Н. И., Роберт И. В., Румянцева И. А., Хеннера Е. К. и др. Однако, в перечисленных работах недостаточно внимания уделено переходу к обучению в рамках Федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ФГОС ВПО), отличительными особенностями которых являются: компетентностная и деятельностная направленность, модульная организация образовательного процесса, введение зачетных единиц, применение результатов образования и компетенций студентами для субъективной оценки своих способностей и интересов для дальнейшего обучения, учет способностей и интересов студентов, позволяющих осознанно выстраивать свою индивидуальную траекторию обучения.

Одним из ключевых направлений подготовки будущего учителя информатики является освоение им основ алгоритмизации и программирования, изучение которых, по мнению Жужжалова В. Е., Коваленко М. И., Козлова O.A. и др. способствует развитию алгоритмического и логического типов мышления, формированию навыков решения конкретных задач по обработке информации, выбору методологии программирования, приводящей к минимизации трудозатрат и обеспечивает оптимальное решение поставленной задачи.

Анализ научно-методических исследований по проблемам методики обучения информатике в рамках системы образования, как высшего, так и среднего (Андросова Е.А., Бабушкин И. А., Дородницын A.A., Ершов А. П., Ильин В. П., Кузнецов A.A., Кузнецов Э. А., Кушнаренко А. Г., Козачков A.C., Кунт Д., Леднев B.C., Матросов B. JL, Нагао М., Семакин И. С., Уэмур С. и др.), практической деятельности учителей и преподавателей информатики, а так же результатов Единого государственного экзамена (ЕГЭ) по информатике (Беляева C.B., Пожитко А. И., Хорев A.A. и др.), позволил констатировать недостаточную подготовку педагогических кадров по алгоритмизации и программированию. Это обусловливает необходимость формирования компетенций будущих учителей в этой области не только для обучения школьников основам алгоритмизации и программирования в рамках базового курса информатики и ИКТ, но и для подготовки конкурентоспособных специалистов в области разработки информационных систем.

Вопросы формирования компетенций в области программирования в процессе подготовки будущих учителей рассмотрены в исследованиях Жужжалова В. Е., Истомина H.H., Кириллова А. Г., Могилева A.B., Потапенко В. А., Рожиной И. В., Спирина И. С., Слинкина Д. А., Сметанникова A.JI. и др. Основываясь на анализе различных подходов к понятию «компетенция» (Гейхман Л.Г., Горшенина Л. Я., Зимняя И. А., Иванов Д. А., Козырев В. А., Колетвинова Н. Д., Соколова О. В., Тармаева Е. Ф., Трофимова Г. С., Фрумин И. Д. и др.), а так же содержания ФГОС ВПО в области педагогического образования, под «компетенциями в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки „Педагогическое образование“ (профиль „Информатика“)» будем понимать способность будущего бакалавра применять знания и умения в своей профессиональной деятельности: по использованию методологии программирования и современных информационных технологий для решения практических задачпо созданию, отладке и применению прикладных и инструментальных программных средств и их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе и внеурочной работепо использованию современных средств программирования для создания, формирования и администрирования электронных образовательных ресурсов.

Требования ФГОС ВПО ориентируют будущего бакалавра по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») при формировании компетенций в области программирования самостоятельно выбирать путь изучения дисциплин, связанных с этим процессом, на основе осознанной самооценки своих возможностей и потребностей. Однако такой выбор субъективен и поэтому определяется конкретными учебными задачами, базовыми знаниями, умениями и навыками в области программирования, полученными в школе, а также ориентацией на различные потребности студентов в изучении программирования, что делает необходимым разработку и построение индивидуальной траектории обучения на определенный образовательный период (время изучения учебной дисциплины или учебного модуля).

Основываясь на понятии индивидуальной траектории обучения, рассмотренном в психолого-педагогических исследованиях (Воронцов А.Б., Ковалева Т. М., Прозументова Г. Н., Рыбалкина Н. В., Трубельский А. Н. и др.) под индивидуальной траекторией обучения программированию будущего учителя информатики будем понимать стратегию обучения на основе осознанной самооценки своих возможностей, потребностей и целей в обучении, характеризующуюся вариативностью форм, методов и средств обучения программированию, наиболее полно отражающую деятельность по созданию, отладке и применению прикладных и инструментальных программных средств и направленную на формирование компетенций в данной области.

Таким образом, возникает необходимость разработки теоретических и методических подходов к формированию компетенций в области программирования на основе реализации индивидуальной траектории обучения будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»).

В связи с вышеизложенным, проблема исследования обусловлена противоречием между существующими подходами к обучению программированию будущих учителей информатики, не учитывающими компетентностную направленность обучения, модульную организацию образовательного процесса, введение зачетных единиц, построение индивидуальной траектории обучения и необходимость теоретических, методических разработок по формированию способности применять знания, умения в области использования современных средств программирования по применению прикладных, инструментальных программных средств, их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе, по созданию, администрированию электронных образовательных ресурсов на основе реализации индивидуальной траектории обучения.

Актуальность темы

исследования определяется необходимостью обоснования теоретических аспектов и разработки методических подходов к формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») на основе построения и осуществления индивидуальной траектории обучения.

Объект исследования — процесс формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров.

Предмет исследования — теоретические аспекты формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров на основе индивидуальной траектории обучения и методические подходы к ее реализации.

Цель исследования: теоретически обосновать и разработать методические подходы к формированию компетенций в области реализации различных парадигм программирования и применение современных информационных технологий для решения практических задач на основе индивидуальной траектории обучения у будущих учителей информатики.

Гипотеза исследования: если методические подходы к формированию компетенций у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») в области программирования будут реализованы адекватно базовому, профессионально-прикладному и научно-исследовательскому уровням на основе реализации индивидуальной траектории обучения, то это обеспечит достижение эвристического и творческого уровней обученности по созданию и применению прикладных и инструментальных программных средств и их технологической поддержки в учебно-воспитательном процессе, по использованию современных средств программирования для создания, формирования и администрирования электронных образовательных ресурсов.

Для достижения цели и доказательства гипотезы исследования определены следующие задачи исследования:

1. Провести анализ научно-педагогической, учебно-методической литературы и нормативных документов по подготовке будущих учителей информатики в области программирования.

2. Выявить уровни формирования компетенций в области программирования и обосновать требования к ним.

3. Обосновать и сформулировать этапы построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию у будущих учителей информатики.

4. Выявить и разработать структуру содержания подготовки будущих бакалавров по направлению «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), обеспечивающей формирование компетенций в области программирования и направленной на реализацию индивидуальной траектории обучения.

5. Разработать методические рекомендации по формированию компетенций в области программирования, а так же провести экспериментальную проверку уровня сформированности компетенций в области программирования в рамках разработанных дисциплин.

Методологической основой исследования явились работы в области: педагогики и психологии (Бабанский Ю.К., Беспалько В. П., Леднев B.C., Никандров Н. Д., Сластенин В. А., Фельдштейн Д. И. и др.) — теории и методики обучения информатике в общем и высшем образовании (Бешенков С.А., Кузнецов A.A., Кушниренко А. Г., Кузнецов A.A., Кузнецов Э. А., Лапчик М. П., Ракитина Е. А., Семакин И. Г., Роберт И. В., Угринович Н. Д. и др.) — теории и методики обучения будущих учителей информатики (Громыко В.И., Ершов А. П., Звинигородский Г. А., Кауфман В. Ш., Козлов O.A., Лавров С. С., Лапчик М. П., Первин Ю. А., Слисенко А. О., Трифонов Н. П., Цейтин Г. С. и др.) — теории компетентностного подхода в образовании (Болотов В.А., Вишнякова A.B., Зимняя И. А., Коган Е. Я., Лапчик М. П., Лебедев О. Е и др). Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретический анализ и обобщение положений психолого-педагогической науки и информатикианализ государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования, учебных программнаблюдение, беседы, анкетированиепедагогический эксперимент. Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в: развитии содержательной сути определения понятия компетенций в области программирования будущего бакалавравыявлении уровней формирования компетенций в области программированияобосновании требований к уровням сформирования компетенций в области программированияобосновании и формулировании этапов построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию будущих учителей информатики. Практическая значимость исследования заключается в: разработке методических рекомендаций по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика») — разработке структуры содержания подготовки, обеспечивающей формирование компетенций в области программирования и направленной на реализацию индивидуальной траектории обученияразработке учебно-методических комплексов, обеспечивающих формирование компетенций в области программирования (рабочие программы дисциплин, система диагностического сопровождения обучения программированию, модульные контрольные задания, учебно-методические пособия) по дисциплинам подготовки: «Основы алгоритмизации и структурного программирования», «Современные технологии программирования», «Разработка обучающих программных средств», «Проектирование и разработка проблемно-ориентированных приложений (?еЬ-программирование)», «Использование основных средств и методов программирования в решении научно-исследовательских задач».

Этапы исследования:

Первый этап (2005;2006 гг.): анализ научно-педагогической, учебно-методической и нормативной литературы по подготовке будущих учителей информатики в области программирования, выявление и обоснование уровней формирования компетенций, а так же разработка требований к знаниям, умениям и навыкам на каждом из уровней.

Второй этап (2006;2008 гг.): обоснование и формулировка этапов построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию будущих учителей информатикивыявление и разработка структуры содержания подготовки, обеспечивающей формирование компетенций в области программирования и направленной на реализацию индивидуальной траектории обученияразработка методических рекомендаций по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»).

Третий этап (2008;2011 гг.): проведение экспериментальной проверки уровня сформированности компетенций в области программирования в рамках разработанных дисциплинобработка полученных экспериментальных данныхтеоретическое обобщение и интерпретация результатов диссертационного исследования, формулировка выводов.

Апробация результатов исследования проводилась на заседаниях Ученого совета Учреждения РАО «Институт информатизации образования" — на заседаниях кафедры информатики факультета математики, информатики и физики Педагогического института Южного федерального университетана международных, всероссийских и региональных научных конференциях: «Тенденции и проблемы развития образования» (Армавир, 2007, 2009 гг.) — «Информационные технологии в науке и образовании» (Якутск, Ростов-н/Д, 2008;2010 г.) — «Современные информационные технологии в образовании: Южный округ» (Ростов-н/Д, 2008;2011 г.) — «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2008 г.) — «Информатизация образования» (Славянск-на-Кубани, Волгоград, Кострома, 2008;2010 гг.) — «Информатизация сельской школы» (Анапа, 2008;2009 гг.) — «Смешанное и корпоративное обучение» (Анапа, Москва, 2008;2009 гг.) — «Электронные ресурсы в непрерывном образовании» (Шепси, Анапа, 2010;2011 гг.) — «Молодежь и наука» (Москва-Шуя, 2011 г.).

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования были внедрены и используются в учебном процессе Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» Педагогического института.

Обоснованность и достоверность полученных результатов исследования, его результатов и выводов обусловлены методологической и теоретической обоснованностью исходных данных, опорой на теоретические разработки в области психологии, педагогики, методики преподавания информатики, использования возможностей информационных и коммуникационных технологий в обучении, совокупностью разнообразных методов исследования, адекватных сути проблемы, подтвержденных результатами педагогического эксперимента, полученными с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту.

1. Теоретические положения формирования компетенций в области программирования у будущих бакалавров включают требования к знаниям и умениям на базовом, профессионально-прикладном и научно-исследовательском уровнях формирования этих компетенций и этапы построения, реализации индивидуальной траектории обучения программированию будущих учителей информатики на каждом уровне формирования компетенций.

2. Реализация методических подходов по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), представленных блочно-модульной структурой содержания, обоснованным сочетанием организационных форм, методов и средств формирования компетенций в области программирования, а так же учебно-методическими комплексами по дисциплинам подготовки, обеспечит повышения уровней этих компетенций.

Выводы по второй главе.

Выявлена и разработана блочно-модульная структура содержания подготовки будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), адекватно определенным уровням формирования компетенций в области программирования и направленная на реализацию индивидуальной траектории обучения, включающая базовый блок «Основы алгоритмизации и структурного программирования», являющийся инвариантной частью обучения в области программирования и профильные блоки («Современные технологии программирования», «Разработка обучающих программных средств», ««Проектирование и разработка проблемно-ориентированных приложений (?еЬ-программирование)», «Использование основных средств и методов программирования в решении научно-исследовательских задач»), являющиеся основой содержания обучения программированию в области профессионально-прикладной и научно-исследовательской деятельности.

Разработаны методические рекомендации по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), содержащие: обоснование отбора организационных форм, средств и методов обучениярекомендации по использованию учебно-методических комплексов (рабочих программ дисциплин, систем диагностического сопровождения обучения программированию, модульных контрольных заданий, учебно-методических пособий) для дисциплин подготовки в области программирования на каждом из уровней формирования компетенцийрекомендации по организации и выполнению индивидуальных исследовательских заданий для каждого профильного блока. Осуществлена экспериментальная проверка сформированности уровней обученности по программированию в рамках разработанных дисциплин. Проверка проводилась по выборкам ответов, полученным по результатам выполнения каждым из слушателей тестовых заданий, по критерию согласия % Пирсона на уровне значимости а=0,05. Выборочное значение критерия согласия % Пирсона составила 20,31, при табличном значении этого показателя % 1а=7,815 при числе степеней свободы равном 3. В результате проверки нулевая гипотеза была отвергнута и принята в качестве правдоподобной альтернативная гипотеза о том, что обе выборки принадлежат к разным генеральным совокупностям. Эксперимент показал, что разработанные методические подходы к формированию компетенций в области программирования обеспечили достижение эвристического и творческого уровней обученности в данной области у большинства студентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Анализ научно-педагогической, учебно-методической литературы и нормативных документов по подготовке будущих учителей информатики в области программирования показал, что в этих исследованиях уделено недостаточное внимание обучению программированию на основе компетентностного и деятельностного походов, модульной организации образовательного процесса, введению зачетных единиц, анализу способностей и интересов студентов, реализации индивидуальной траектории обучения. Обоснована необходимость формирования компетенций в области программирования в процессе подготовки педагогических кадров, разработки и построения индивидуальной траектории обучения на определенный образовательный период (время изучения учебной дисциплины или учебного модуля). Выявлены основные направления обучения основам алгоритмизации и программирования будущих учителей информатики. Сформулировано понятие «компетенции в области программирования у будущих бакалавров» по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»).

Выявлены три уровня формирования компетенций в области программирования и обоснованы требования к ним адекватно Федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования: базовый (компетенции формируются в результате обучения в рамках инвариантного курса, отражающего вопросы по основам алгоритмизации и структурного программирования) — профессионально-прикладной (компетенции формируются в рамках авторских курсов по выбору, отражающих вопросы по основным подходам и приемам программирования, различным парадигмам программирования и veb-программированию) и научно-исследовательский (компетенции формируются за счет рассмотрения вопросов по созданию и использованию автоматизированных средств оценивания результатов обучения, формированию и администрированию электронных образовательных ресурсов, обеспечивающих осуществление научно-исследовательской деятельности с помощью основных средств и методов программирования).

Обоснованы и сформулированы этапы построения и реализации индивидуальной траектории обучения программированию у будущих учителей информатики на каждом уровне формирования компетенций: диагностика начального уровня компетенций в области программирования, планирование индивидуальной траектории обучения, осуществление запланированной образовательной деятельности по программированию, демонстрация преподавателю личных образовательных достижений, осуществление рефлексивно-оценочной деятельности будущего бакалавра по выполнению контрольных работ на каждом из уровней формирования компетенций в области программирования, коррекция результатов обучения с целью перехода на следующий уровень формирования компетенций.

Выявлена и разработана блочно-модульная структура содержания подготовки будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), адекватно определенным уровням формирования компетенций в области программирования и направленная на реализацию индивидуальной траектории обучения, включающая базовый блок «Основы алгоритмизации и структурного программирования», являющийся инвариантной частью обучения в области программирования и профильные блоки («Современные технологии программирования», «Разработка обучающих программных средств», ««Проектированиё и разработка проблемно-ориентированных приложений (?еЬ-программирование)», «Использование основных средств и методов программирования в решении научно-исследовательских задач»), являющиеся основой содержания обучения программированию в области профессионально-прикладной и научно-исследовательской деятельности.

Разработаны методические рекомендации по формированию компетенций в области программирования у будущих бакалавров по направлению подготовки «Педагогическое образование» (профиль «Информатика»), содержащие: обоснование отбора организационных форм, средств и методов обучениярекомендации по использованию учебно-методических комплексов (рабочих программ дисциплин, систем диагностического сопровождения обучения программированию, модульных контрольных заданий, учебно-методических пособий) для дисциплин подготовки в области программирования на каждом из уровней формирования компетенцийрекомендации по организации и выполнению индивидуальных исследовательских заданий для каждого профильного блока.

Осуществлена экспериментальная проверка сформированности уровней обученности по программированию в рамках разработанных дисциплин. Проверка проводилась по выборкам ответов, полученным по результатам выполнения каждым из слушателей тестовых заданий, по критерию согласия % Пирсона на уровне значимости а=0,05. Выборочное значение критерия согласия % Пирсона составила 20,31, при табличном значении этого показателя % !а=7,815 при числе степеней свободы равном 3. В результате проверки нулевая гипотеза была отвергнута и принята в качестве правдоподобной альтернативная гипотеза о том, что обе выборки принадлежат к разным генеральным совокупностям. Эксперимент показал, что разработанные методические подходы к формированию компетенций в области программирования обеспечили достижение эвристического и творческого уровней обученности в данной области у большинства студентов.