Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр

Жемчужников, Дмитрий Григорьевич

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр

Автореферат

Автор научной работы: Жемчужников, Дмитрий Григорьевич
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2013
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр"

На правах рукописи

Жемчужников Дмитрий Григорьевич

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ, ОСНОВАННАЯ НА СОЗДАНИИ ШКОЛЬНИКАМИ ДИНАМИЧЕСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (информатика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

0050о|4 .

Москва-2013

005061407

Работа выполнена на кафедре информатизации образования Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Заславская Ольга Юрьевна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

кафедры дистанционных образовательных технологий ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Панюкова Светлана Валерьевна

кандидат педагогических наук, учитель информатики ГБОУ г. Москвы «Центр образования №2006» Лагашина Наталья Ивановна

Ведущая организация: ГАОУ ВПО г. Москвы «Московский

институт открытого образования»

Защита состоится 26 июня 2013 г. в Н'СС часов на заседании диссертационного совета Д 850.007.03 на базе ГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет» по адресу: 127521, г. Москва, ул. Шереметьевская, д.29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет» по адресу: 129226, г. Москва, 2-й Сельскохозяйственный проезд, д.4.

Текст автореферата размещен на сайте www.mgpu.rn

Автореферат разослан « 2 мая 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета ____—---

доктор педагогических наук,

профессор /¿се?'" В.В.Гриншкун

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В последние десятилетия происходит стремительная информатизация всех сторон жизни общества и всех сфер производственной деятельности. Состояние перехода к информационному обществу, отраженное в законе РФ «Об образовании», и новые ФГОС ставят перед системой обучения информатике новые цели, среди которых:

- наличие социального заказа на формирование личности с высоким уровнем мышления: операционного, алгоритмического, системного; пониманием внутреннего устройства сложных информационных процессов и систем и навыками их декомпозиции; способностью творческого преобразования реальности;

- получение навыков продуктивного и эффективного использования компьютерной техники;

- получение опыта созидательной деятельности как условия самореализации в жизни.

Информатика становится одной из фундаментальных областей научного знания, изучающей информационные процессы, методы и средства обработки информации. Она является быстро развивающейся дисциплиной, область ее применения в жизни постоянно расширяется.

Выпускникам школ необходимо обладать достаточными знаниями и навыками для эффективного использования современных информационных технологий в своей дальнейшей деятельности.

Для системы обучения информатике остается открытым и дискуссионным вопрос о том, необходимо ли выпускнику уметь решать возникающие задачи с помощью программирования, или достаточным является освоение пользовательских технологий и навыки поиска готовых решений.

Проблемы обучения информатике и, конкретно, программированию находят свое отражение в работах А.П. Ершова, А.Г. Кушниренко, A.C. Лесневского, С.М. Окулова, A.JI. Семенова, М.В. Швецкого и др.

Существенный вклад в развитие теории и методики обучения программированию внесли М.М. Бежанова, Н. Вирт, Э.З. Любимский, В Л. Матросов, H.H. Непейвода, И.В. Поттосин, И.Н. Скопин и др.

Вопросам отбора содержания и разработке общей концепции преподавания информатики посвящены работы С.А. Бешенкова, А.Г. Гейна,

A.B. Горячева, С.Г. Григорьева, И.Б. Готской, В.В. Гриншкуна, О.Ю. Заславской, Т.Б. Захаровой, В А. Извозчикова, A.A. Кузнецова,

B.В. Лаптева, М.П. Лапчика, И.В. Левченко, Н.В. Макаровой и др.

Следует отметить, что при появлении в школьной программе курса информатики его содержание в основном ориентировалось на изучение программирования. Это было связано со спецификой первого этапа компьютеризации, дефицитом техники и квалифицированных кадров.

По мере накопления стандартных решений, развития системы программирования, а также с появлением и широким распространением персональных компьютеров стало возможным решение практико-

ориентированных задач без программирования.

Главным аргументом против обучения программированию в школе в последнее время становится его сложность и узкая специализация. При этом недооценивается значение такого обучения в процессе развития общеучебных компетенций, различных видов мышления и интеллекта в целом, требуемых в условиях введения новых стандартов образования.

В разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса учащимся предлагается для решения множество разрозненных задач. Эти задачи обычно математические, они не наглядны, и результат визуально разочаровывает. Действительно, существуют значительные различия в результатах программирования: с одной стороны, трехмерные графические игры с нелинейным сюжетом, в которые дети играют дома, и, с другой стороны, цифры — решения квадратного уравнения на черном экране, полученные на уроке. У школьников создается впечатление о программировании как о скучном и устаревшем занятии. Интерес к изучению снижается, и достаточно сложно объяснить, что в основе игр лежит та же математика, те же алгоритмические конструкции. Таким образом, с точки зрения методики обучения информатике существует потребность в сквозной наглядной практической задаче, обеспечивающей связь всех необходимых для изучения в школе аспектов программирования, упрощающей понимание объектно-ориентированного программирования с помощью наглядности и поддерживающей на высоком уровне познавательную мотивацию.

Еще одной важной целью обучения информатике в школе становится решение новой воспитательной задачи: уменьшение непродуктивного самостоятельного использования компьютера, перенаправление внимания учащихся от задач, не связанных с обучением и развитием, на продуктивное и эффективное использование компьютера, мобильных устройств, информационных и телекоммуникационных технологий.

Практика показывает, что существуют динамические компьютерные игры (то есть игры, насыщенные движением, действием, изменением объектов и их свойств с течением времени), которые школьники могут разрабатывать в процессе обучения программированию. Существует активный интерес школьников к такой деятельности. Разработка динамических игр, несложная с точки зрения программирования, может внести серьезный вклад в повышение мотивации к учению, преодоление когнитивных затруднений, интеллектуальное развитие школьников.

Использование компьютерных игр в обучении школьников рассмотрено в работах Л.М. Дергачевой, О.Р. Ельмикеева, А.Л. Катковой, Л. Абраме, М. Хэбгуда. Эти исследования затрагивали, в основном, потенциал компьютерных игр как средства обучения и мотивации, но не рассматривали эти игры как объект разработки, то есть не существует научно обоснованной методики обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

Таким образом, выбор темы исследования «Методика обучения

программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр» является актуальным и определяется противоречием между современными навыками и представлениями школьников об информационных и телекоммуникационных технологиях и программировании, активным интересом учащихся к разработке динамических игр, с одной стороны, и, с другой стороны, отсутствием научно обоснованной методики обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр в условиях соблюдения логической последовательности конструкций, изучаемых в разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики.

Необходимость устранения указанного противоречия за счет разработки методической системы обучения программированию, основанной на решении сквозной проектной задачи - создании компьютерной игры, делает актуальной тему, выбранную для исследования.

Указанные доводы и противоречия определили научную проблему настоящей диссертационной работы: каковы особенности методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

Цель исследования - разработать методическую систему обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр с помощью современного языка программирования, позволяющую учащимся освоить программные конструкции, предусмотренные ФГОС, и эффективно использовать полученные знания в ходе дальнейшего обучения и выборе профессии.

Объект исследования - процесс обучения школьников программированию.

Предмет исследования - методическая система обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр.

Гипотеза исследования заключается в том, что методическая система обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр позволит повысить эффективность обучения информатике и будет способствовать применению знаний из области программирования при решении различных учебных задач за счет развития познавательного потенциала и мотивации учащихся, реализации личностно ориентированного и деятельностного подходов в обучении (в соответствии с требованиями ФГОС).

Цель, предмет и гипотеза определили постановку и необходимость решения следующих задач исследования:

1. Изучить и проанализировать теоретические и методические основы обучения школьников программированию;

2. Конкретизировать основные условия и критерии отбора содержания обучения программированию, разработки этапов, средств создания

динамических компьютерных игр школьниками для обучения программированию; систематизировать основные типы компьютерных игр и сред их разработки для обучения программированию;

3. Разработать технологию создания игр для обучения школьников программированию;

4. Разработать модель методической системы обучения, на ее основе определить содержание и методы обучения программированию, которое базируется на создании школьниками динамических компьютерных игр, предусматривает развитие творческого потенциала и мотивации учащихся, способствует реализации личностно ориентированного и деятельностного подходов к обучению;

5. Экспериментально проверить эффективность разработанной методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр и ее влияние на качество обучения информатике.

Методологическую основу исследования составляют

- на философском уровне - работы Д. Дьюи, С.П. Курдюмова, С. Пейперта, Ж. Пиаже, Э. Тоффлера и др.;

- на теоретическом уровне (педагогика, психология) - работы В.П. Беспалько, JI.C. Выготского, В.В. Давыдова, A.B. Хуторского и др.;

- на предметном уровне (информатика, программирование) - работы A.A. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, М.И. Лапчика и др.;

- на технологическом уровне - работы Э. Дейкстры, Д. Кнута, Н. Вирта, Н. Рубенкинга и др.

Методы исследования:

- теоретические: системный анализ отечественной и зарубежной психолого-педагогической, научно-методической литературы по философии, педагогике, психологии; критический анализ существующих подходов к обучению информатике и программированию, а также использованию электронных ресурсов по рассматриваемой проблеме;

- эмпирические: обобщение опыта преподавания информатики; анализ содержания учебных программ, планов, пособий, диссертаций, материалов конференций по вопросам обучения программированию в школе; наблюдение, беседа, анкетирование, тестирование учащихся с целью выяснения целесообразности использования предложенной методики и ее эффективности в области развития познавательного потенциала и обучения программированию; педагогический эксперимент и анализ экспериментальной деятельности;

- статистические: математическая обработка статистических данных, полученных в ходе проведения экспериментальной работы.

Базой исследования и опытно-экспериментальной работы являлись: ГБОУ СОШ №1220 СВАО г. Москвы, ГБОУ СОШ №1234 ЦАО г. Москвы, ГБОУ ВПО «Московский городской педагогический университет», ГБОУ «Окружной учебно-методический центр» СВАО г. Москвы, ГАОУ ВПО

«Московский институт открытого образования».

Научная новизна исследования заключается в следующем:

¡.Показано, что существенным фактором развития методической системы обучения программированию является выявленный дидактический потенциал разработки динамических компьютерных игр школьниками как сквозной проектной задачи, позволяющий развивать познавательные способности, мотивацию учащихся, реализовать на практике личносгно ориентированный и деятельностный подходы в обучении, межпредметные связи и прикладную направленность обучения, что способствует более глубокому освоению школьниками теории и методологии программирования;

2. Выявлены условия отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию, в числе которых условия: адаптации для обучения школьников, унификации типа игры и индивидуализации содержания игр учащихся, соблюдения полного цикла разработки на языке программирования, актуальности среды разработки; критерии отбора компьютерных игр, в числе которых минимальная сложность программной реализации, множественность объектов и отношений, вариативность сюжета, динамичность и другие; критерии отбора средств разработки, в числе которых наличие объектно-ориентированного языка, наличие средств реализации необходимых программных структур, дружественный интерфейс, наличие средств отладки;

3. Разработана модель методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками компьютерных игр, ориентированная на подготовку школьников к самостоятельной разработке и подбору наиболее эффективных алгоритмов решения практико-ориентированных задач и включающая, в том числе: цели учащихся и соответствующие им цели учителя, содержание обучения - решение сквозной задачи по созданию игр, результаты обучения - игры, разработанные учащимися и освоение ими программирования в объеме школьного курса. На основе этой модели разработана методика обучения школьников программированию.

Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в обосновании необходимости развития методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр в виде решения сквозной проектной задачи, адаптации содержания раздела «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики для решения этой задачи, учете условий и критериев отбора компьютерных игр и сред их разработки.

Практическая значимость полученных результатов заключается' в том, что:

- систематизированы компьютерные игры и выявлены среды их разработки, применимые в обучении: Flash ActionScript, JavaScript;

- разработана система модулей для поэтапного создания игры

школьниками и описаны прогнозируемые промежуточные результаты освоения каждого модуля;

- подготовлен прототип компьютерной игры, демонстрирующий технологию создания игр и этапы их разработки в процессе обучения школьников программированию;

- разработано учебно-методическое пособие для обучения программированию и рекомендации по использованию предложенной методики в школьной практике.

Достоверность диссертационного исследования обеспечивается: непротиворечивостью логических выводов, полученных в ходе теоретического анализа проблемы исследования, и их согласованностью с современными педагогическими концепциями, нормативными документами, регламентирующими образовательный процесс по информатике; четкостью методологических, психолого-педагогических, дидактических и методических позиций; корректным применением комплекса методов исследования, адекватных природе объекта; опорой на современное содержание курса информатики и принципиальным соответствием результатов исследования основным положениям других исследователей методики обучения информатике в школе; учетом научно-практического опыта и личным участием автора; применением статистических методов обработки данных педагогического эксперимента; повышением качества обучения и развитием личностных характеристик школьников.

Исследование проводилось в три этапа с 2007 по 2013 год.

На первом этапе (2007-2009 годы) определялась степень разработанности научной проблемы обучения школьников программированию. Изучалась философская, психолого-педагогическая, методическая литература по проблемам обучения программированию, проводился анализ эмпирического материала, формулировались цель, гипотеза, задачи исследования; анализировались подходы к обучению программированию и существующие методики.

На втором этапе (2009-2010 годы) выявлялись условия и критерии отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию; систематизировались основные типы компьютерных игр; разрабатывалась технология и совершенствовалась методическая система обучения программированию на основе создания школьниками компьютерных игр. Разрабатывалось и апробировалось учебно-методическое пособие.

На третьем этапе (2010-2013 годы) проводилась экспериментальная проверка эффективности применения методической системы обучения программированию, основанной на создании школьниками компьютерных игр. Описание основных положений и результатов исследования оформлялось в виде диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Обучение программированию на основе разработки школьниками

динамических компьютерных игр обеспечивает развитие познавательного потенциала и внутренней мотивации учащихся, поскольку факторы значимости, вероятности успеха, привлекательности занятия, оценки другими людьми, состашшощие внутреннюю мотивацию, присутствуют в процессе создания компьютерных игр и обучении программированию на основе этого процесса;

2. Использование учебно-методического пособия, игры-прототипа, отобранного типа игр и среды разработки способствует подготовке школьников к подбору и разработке наиболее эффективных алгоритмов решения практико-ориентированных задач, и, как следствие, повышает эффективность подготовки школьников к ГИА и ЕГЭ. Это обусловлено учетом требований ФГОС, адаптацией алгоритмических и программных конструкций для изучения школьниками и применением сквозной проектной задачи;

3. Внедрение усовершенствованной методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр способствует повышению эффективности обучения информатике. Это достигается за счет применения личностно ориентированного и системно-деятельностного подходов. Такое обучение способствует развитию логической и информационной культуры школьников, реализации межпредметных связей и прикладной направленности обучения информатике.

Апробация результатов исследования

Полученные результаты докладывались и обсуждались на конференциях: XX Международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2010), П Международной научно-практической конференции «Проблемы и возможности современной науки» (Тамбов, 2011), П Всероссийских педагогических чтениях научной школы управления образованием (Москва, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Архангельск, 2010), XV Всероссийской научно-практической конференции «Новые информационные технологии» (Воронеж, 2010), ХХП Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Троицк, 2011), П Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, студентов и учащихся «Молодежь и образование XXI века» (Тобольск, 2011), IV педагогических чтениях научной школы управления образованием (Москва, 2012), X Межрегиональной конференции «Информационные технологии в образовании» (Ростов, 2010), VI Московском городском Фестивале науки (Москва, 2011); мастер-классах, семинарах и вебинарах: в рамках московской городской акции «Учителя года молодым учителям» (2010), конкурса «Педагог дополнительного образования СВАО» (2011), конкурса «Педагог дополнительного образования г.Москвы» (2011), в рамках «Дней науки г. Москвы» (2011), «Совершенствование методики преподавания информатики» кафедры информатики ГАОУ ВПО г.Москвы МИОО (2011), «Аспекты преподавания программирования» ОУМЦ СВАО г. Москвы (2011); профессиональных конкурсах: Московском городском профессиональном конкурсе «Педагог дополнительного образования» (2011,

победитель), конкурсе на соискание Гранта Москвы в области образования (2010, победитель), Московском городском конкурсе «Учитель года» (2010, лауреат), Всероссийском конкурсе педагогического мастерства «Мой лучший урок» (2010, победитель), конкурсе на соискание премии лучшим учителям в рамках ПНПО «Образование» (2011, победитель); заседаниях кафедры информатизации образования ГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет».

Основные результаты исследования опубликованы в 17 научных и научно-методических работах общим объемом 8,1 п.л., включая 1 учебно-методическое пособие, в том числе в 3 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки РФ.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс ГБОУ СОШ №1220 СВАО г. Москвы и ГБОУ СОШ №1234 ЦАО г. Москвы.

Структура диссертационного исследования определена его логикой. Оно состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы проблема, гипотеза, определены объект, предмет, цель и задачи исследования, охарактеризован научный аппарат, изложены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, раскрыты положения, выносимые на защиту, обозначены этапы исследования и данные об апробации и внедрении его результатов.

Первая глава «Теоретические и методические основы обучения программированию в средней школе» состоит из трех параграфов.

Первый параграф посвящен анализу существующих подходов к обучению школьников программированию в трех аспектах.

В историческом аспекте исследовано изменение роли и места программирования в курсе информатики в разные периоды, от первых факультативных курсов до современного состояния. В современной научной и педагогической литературе отмечается решающая роль программирования в появлении школьного курса «Основы информатики и вычислительной техники». Можно говорить о двух исторически сложившихся подходах к преподаванию программирования школьникам:

- общеобразовательном, то есть в рамках учебного плана — в настоящее время реализуется практически только в профильном курсе, либо при наличии резерва времени;

- в рамках факультативных, элективных курсов.

Далее был проанализирован парадигмальный аспект в обучении программированию.

Процедурная парадигма являлась основой обучения в большинстве курсов программирования. Опыт этой работы отражен в работах таких исследователей, как А.П. Ершов, А.Г. Гейн, В.М. Монахов и многих других.

Парадигма объектно-ориентированного программирования частично

реализована в работах Е.Г. Андросовой, Н.Д. Угриновича, H.H. Истоминой и ряда других исследователей.

Построение курса обучения на основе логической парадигмы программирования реализовано в ряде работ С.Г. Григорьева, А.Г. Щеголева, Д.П. Федюшина.

Традиционно в школе преподается процедурное программирование. Такой подход к обучению программированию представляется спорным, так как последующий переход от процедурной парадигмы к объектной может быть связан у учащихся со значительными когнитивными затруднениями.

С точки зрения современных представлений школьников О программировании, наглядного и разнообразного представления процесса и результатов учебной деятельности, предпрофессиональной ориентации учащихся, развития системного подхода к наблюдению и исследованию объектов окружающего мира, целесообразным представляется интегрированный подход к обучению программированию, описанный в работах В.Е. Жужжалова. При этом основой для обучения должен служить объектно-ориентированный язык.

Далее рассмотрен традиционный дидактический подход к обучению программированию в целом и в общеобразовательной школе в частности. Отмечено, что, начиная с самых первых учебников, появились неизменные каноны преподавания. Вначале рассматриваются переменные, типы данных, основные встроенные функции и синтаксические конструкции (операторы), затем структурные типы и средства работы с ними. Параллельно могут изучаться и основные алгоритмы. В школе такое изложение материала малоэффективно, поскольку учащимся заранее даются ответы на ещё незаданные вопросы, а задания не являются личностно значимыми.

Средством адаптации к школе служит «задачный» подход, когда изучению каждой языковой конструкции предшествует постановка задачи, решаемой затем с применением этой конструкции. Задачи эти, как правило, математические, редко связанные друг с другом; короткие, ограниченные и предусматривают «нахождение» решения в течение одного урока. Некоторые из них связаны в практикумы, как, например, в учебнике Н.Д. Угриновича.

Сделаны выводы о том, что препятствием на пути успешного изучения школьниками программирования является традиционная система выбора используемых в обучении задач; необходимо провести поиск личностно значимой сквозной практической задачи, которая бы активизировала познавательный потенциал учащихся и позитивно влияла на уровень сформированное™ предметных и метапредметных компетенций в процессе обучения программированию.

Второй параграф посвящен анализу компетенций учащихся, формируемых при обучению программированию.

Развитие мышления школьников заявлено в стандарте образования как одна из основных целей изучения информатики в школе. Анализ научной и педагогической литературы по проблеме показал, что программирование

играет важную роль в развитии различных видов мышления: логического, абстрактного, творческого; стилей мышления: операционального, алгоритмического, объектного (системного); ценностно-смысловых компетенций. В исследованиях С.М. Окулова показана корреляция между изучением программирования и развитием интеллекта в целом.

Задания, связанные с алгоритмизацией и программированием, составляют более половины удельного веса всех заданий ЕГЭ; практическое освоение этого раздела необходимо для достижения предметных результатов освоения программы полного общего образования в соответствии с ФГОС.

В результате анализа литературы и сопоставления знаний, умений и навыков, формируемых в процессе обучения алгоритмизации и программированию, важнейшим общеучебным компетенциям учащихся, констатировано соответствие, что отвечает требованиям ФГОС к результатам обучения. Сделан вывод о том, что с помощью программирования общеучебные компетенции могут быть успешно сформированы и развиты.

На следующем этапе учебно-логические компетенции, классифицированные в работах С.Г. Воровщикова и разделенные на 6 групп, сопоставлены с основными этапами объектно-ориентированного программирования. Сделан вывод о том, что учебно-логические умения в составе общеучебных многоаспектно проявляются в программировании и могут успешно развиваться в процессе обучения программированию игр.

В третьем параграфе анализируется опыт использования компьютерных игр в обучении программированию.

Вопросы применения компьютерных игр в педагогике описаны в зарубежной и отечественной литературе. В основном игры применяются как средство мотивации. Эпизодически в зарубежной практике применяется создание игр как средство обучения программированию, в основном визуальному. Основные виды применения компьютерных игр как средства обучения детей программированию, описанные в литературе: создание дополнительных уровней к готовым играм; визуальные конструкторы игр; небольшие логические игры как элементы обучения программированию.

Обучение программированию на основе разработки компьютерных игр является практическим воплощением конструктивистского направления в педагогике и имеет признаки эвристической задачи (по A.B. Хуторскому).

Для программирования игр и обучения на его основе в настоящее время используются объектно-ориентированные языки. Ряд визуальных конструкторов игр в качестве расширения функциональности предлагают возможность программирования на каком-либо скриптовом языке.

На основании анализа опыта использования компьютерных игр в обучении программированию сделан вывод о том, что цельной методической системы по обучению школьников программированию на основе сквозной задачи по созданию игр не существует.

Вторая глава «Методическая система обучения программированию, основанная на создании школьниками компьютерных игр» состоит из пяти

параграфов.

В первом параграфе определены условия и критерии отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию. В процессе отбора компьютерных игр и средств их разработки применялись как традиционные, так и специфические для данной задачи условия: адаптации для обучения школьников; унификации типа игры и индивидуализации игр учащихся; соблюдения полного цикла разработки на языке программирования; актуальности среды разработки.

Условия отбора и цели исследования определили схему выбора компьютерных игр и сред их разработки: определение массива элементов, обоснование критериев, оценивание по критериям.

Рассмотрены классификации компьютерных игр по ряду оснований. Наиболее полной признана классификация игр по жанрам, другие классификации учтены при определении критериев отбора.

На основе указанных условий были сформулированы и обоснованы критерии отбора компьютерных игр, среди которых: минимальная сложность программной реализации, множественность объектов и отношений, вариативность сюжета, динамичность и другие, а также выделены следующие требования к среде разработки: возможность реализации всех программных конструкций, предусмотренных стандартом, наличие объектно-ориентированного языка, простота и логичность его синтаксиса, дружественность интерфейса, актуальность и применимость, и другие.

Оценка типов компьютерных игр по критериям (каждый критерий оценивается от 0 до 2 баллов) представлена на рис. 1.

Сумма ^^ балло"

Типы игр

Рисунок 1. Результаты отбора типов компьютерных игр (приведена сумма баллов по 8 критериям)

Анализ результатов отбора позволил прийти к заключению о том, что наиболее подходящим для целей обучения школьников программированию является тип игры: ролевая игра / «экшн», двухмерная, от третьего лица.

Для выбора среды разработки компьютерных игр рассмотрены наиболее популярные среды разработки игр, применяемые в обучении: Коёи,

Alice, Scratch, языки JavaScript, ActionScript, Visual Basic, и средства разработки традиционных школьных языков Pascal, Basic, С++. На основании анализа результатов отбора сделан вывод о том, что для целей обучения школьников программированию наиболее подходящей является среда Flash/ActionScript. Альтернативным вариантом является среда JavaScript/HTML. Оценка сред разработки игр по критериям (каждый критерий оценивается от 0 до 2 баллов) представлена на рис.2.

Рисунок 2. Результаты отбора сред разработки игр (приведена сумма баллов по 10 критериям)

Во втором параграфе представлена модель разработанной методической системы обучения школьников программированию на основе создания игр (рис. 3). Общая цель: обучение школьников структурному и объектно-ориентированному программированию в соответствии с ФГОС на основе сквозной проектной задачи (разработки игр).

Создание методической системы прежде всего подразумевает целеполагание для учащегося и для педагога, причем цели ученика прежде всего относятся к внешним результатам обучения: создание игры, демонстрация результатов, самовыражение в собственном сюжете и дизайне, общение со сверстниками и т.д. Определение целей педагога происходит на основе изучения целей учащихся и объединения их с общей целью обучения.

Цели педагога можно разделить на образовательные, воспитательные и развивающие, при их определении учитываются требования ФГОС к предметным, личностным и метапредметным результатам обучения.

Содержание обучения обусловлено целями и планируемыми результатами. Оно определяется требованиями ФГОС к типовым программам; выбором типа создаваемой игры и среды разработки; логикой процесса разработки игры; адаптацией программных конструкций для изучения школьниками; необходимостью разбиения процесса на модули, каждый из которых имеет демонстрируемый результат и т.д.

Применяемые методы обучения: логические, эвристические (эвристических вопросов, синектики и т.д.), специфические (сквозной задачи,

адаптации, контроля по результатам, взаимообучения). Основной формой обучения являются практические занятия и самостоятельная работа учащихся трех видов: по образцу, вариативная, творческая.

Средства обучения включают, прежде всего, УМ К и игру-прототип, демонстрационную и компьютерную технику, программное обеспечение.

НФС

Содержание обучения программированию:

сквозная задача по созданию динамической игры

г І е-

О .

і I

>> 5

Формы:

Практ. работа, проекты, самост. работа (по образцу, вариативная, творческая)

Средства:

УМК, игра-прототип, среда разработки, редакторы, технические средства и т.д.

Методы:

логические, эвристические, адаптации, контроля по результатам

Цели педагога:

образовательные, воспитательные, развивающие

Цели учащегося:

создание своей игры, общение, самореализация, демонстрация...

Рисунок 3. Модель методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр

В третьем параграфе отобрано содержание обучения и разработаны этапы создания игры школьниками в процессе обучения программированию.

Преподавание осуществляется в процессе обучения информатике, также рассмотрена возможность использования методики в рамках программ дополнительного образования или в виде элективного курса. При разной степени сложности подачи материала возраст учащихся от 13 до 17 лет.

Описана технология создания игры, учитывающая: мотивацию школьников на решение задачи, приоритет самостоятельной деятельности, проблемный и эвристический подходы; индивидуальность обучения: предполагается создание построенных на изученном материале собственных проектов; адаптацию программных конструкций; наглядность подачи материала: все задачи и программные конструкции иллюстрируются игрой-прототипом; осуществление контроля освоения изученного материала по промежуточным результатам решения сквозной проектной задачи; использование знакомой и интересной задачи, структура которой не требует дополнительного объяснения.

Укрупненные этапы создания игры в процессе обучения программированию приведены в таблице 1.

Таблица 1

_|_ Укрупненные этапы создания игры_

№ п/п Этапы Развиваемые качества и умения Используемые технологии

1 Анализ аналогичной игры, декомпозиция Аналитическое мышление Текст, редактор, интернет

2 Создание сюжета собственной игры Абстрактное мышление, воображение Текст, и граф. редакторы

3 Создание персонажей, объектов, фонов Творческие способности Граф. пакеты, интернет

4 Создание сценариев движения объектов Аналитическое мышление, математический аппарат Язык программирования

5 Наследование и модификация свойств Аналитическое и абстрактное мышление Язык программирования

6 Синхронизация объектов, оптимизация сценариев движения Аналитическое мышление, абстрактное мышление, концентрация внимания Язык программирования

7 Обработка событий Аналитическое мышление Язык программ.

Четвертый параграф посвящен содержанию и методам обучения школьников программированию на основе создания компьютерной игры.

Процесс обучения на основе создания игры поделен на 13 модулей. Для каждого из модулей определены теоретические понятия для объяснения и повторения, продолжительность, результат, синтаксис конструкций.

Модули 1-2 посвящены освоению среды программирования, анализу и декомпозиции аналогичной ШавЬ-игры, созданию сюжета своей игры.

Модуль 3 содержит освоение подходов к созданию пользовательских объектов и их экземпляров. Модуль 4 позволяет изучить операцию присваивания; свойства и методы объектов, их программное изменение; наследование свойств; комментирование программ.

Модули 5-9 нацелены на изучение операций сравнения, алгоритмической структуры полного и неполного ветвления; логических операций, структуры ветвления с составным условием, структуры выбора; реализации математических функций; организации циклических действий: циклов со счетчиком и с предусловием; строковых переменных; вычисляемых имен переменных; массивов и приемов их обработки.

Модуль 10 позволяет изучить работу с логическими переменными (переменными-флагами), а в модулях 11-12 рассматриваются подходы к реализации обработки событий объектов, клавиатуры и мыши.

Заключительный, 13 модуль содержит материал, связанный с изучением функций с параметром и без, а также форм ввода данных. Таким образом, школьник получает полностью самостоятельно спроектированную

и разработанную динамическую игру. Множество игр, созданных учащимися, можно четко разделить на игры, разработанные юношами («Наутилус: подводная битва», «Девятая рота», «Погоня за грабителями») и девушками («Цветы для мишек», «Единороги: волшебный лес», «Безударные гласные» и др.). Уровень интереса к созданию игр высок в обоих случаях.

Следуя принципу рекурсии, лежащему в основе программирования иф, результат каждой итерации (модуля) представляет собой действующую модель игры на определенном этапе развития. Ряд конструкций изучается по принципу спирали, применяясь вновь в более сложных вариантах.

В качестве примера можно привести часть модуля 9 для игры-прототипа (листинг 1, рис. 4), посвященного обработке массивов.

Листинг 1. Функция замкнутого движения массива объектов-машин for (i=0; i<=5; i=i+l) { //цикл по шести машинам

if ((_root["enemy"+i]._х>40)SS(_root["enemy"+i] ,_х<760)) {

//если i-я машина (элемент массива) в пределах окна

_root["enemy"+i]._x=_root["enemy"+i]._x-denemy[i]

//уменьшить ее координату X на i-e приращение (элемент массива) } //закрыть блок if else {

_root["enemy"+i],_xscale = -_root["enemy"+i],_xscale //отразить denemy[i]=-denemy[i] //изменить приращение на противоположное } //закрыть блок else ) //закрыть блок for.

Рисунок 4. Обучение школьников обработке массивов на примере замкнутого движения множества объектов-машин (стрелками показаны направления движения) Соответствующий этап технологии разработки игры - создание непрерывного движения ряда объектов с отражением от границ окна.

На этом примере наглядно изучаются: обработка числового массива

скоростей объектов denemy, обработка массива объектов епету0-епету5.

Происходит закрепление ранее изученного:

- полного ветвления if/else с условием достижения границ экрана;

- цикла со счетчиком for для обработки шести объектов;

- составных логических выражений в условном ветвлении: конъюнкции для определения границ окна; закона инверсии, т.к. ранее тот же результат для других объектов достигался с помощью дизъюнкции;

- изменения методов объектов (координатаотражение _xscale)\

- иерархии объектов, вычисляемых имен переменных.

Изучение этих конструкций необходимо для эффективного получения результата - замкнутого движения массивов объектов по произвольным траекториям в играх учащихся. Обучение происходит поэтапно, с отслеживанием эволюции результата внутри модуля и достижением сознательного применения программных конструкций.

В пятом параграфе описаны организация, содержание и результаты экспериментальной апробации методической системы.

Опытно-поисковая работа осуществлялась в соответствии с целью и задачами исследования и проходила в три этапа: поисковый, констатирующий и контрольный. Эксперимент проводился в ГБОУ СОШ №1220 в 2010/11 и 2011/12 учебных годах.

На поисковом этапе была проведена подготовка к проведению эксперимента, включавшая определение методологической и нормативной базы исследования, выбор длительности экспериментальной работы и числа участников, осуществлялся отбор конкретных методик исследования.

Для сравнительной оценки предметных и метапредметных умений была разработана уровневая контрольная работа, включающая: задания ГИА, задания ЕГЭ 2010, специально разработанные задания на проверку уровня сформированное™ метапредметных компетенций. Контрольная работа состояла из трех частей, по уровням заданий: репродуктивные, продуктивные, творческие. Всего в работе 22 задания, максимальный балл -29 (17 - исключая творческие задания). Исходя из практического опыта и критериев оценки знаний учащихся, был определен минимально допустимый уровень знаний в 50% от максимального, то есть 9 баллов. Хороший уровень знаний был определен в 70% от максимального, то есть 12 баллов. Отличный уровень знаний начинается с 90% от максимального, то есть 15 баллов.

Оценка личностного компонента проводилась через анализ изменения уровня мотивации школьников к изучению информатики и программирования. Была составлена анкета, состоящая из 5 вопросов. Положительный ответ на вопрос оценивался в 1 балл. Коэффициент мотивации учащихся был рассчитан по формуле (1):

где п - количество учащихся в группе; /я,- - баллы, набранные ьм учащимся при ответе на вопросы анкеты.

О)

¡=1

На констатирующем этапе были отобраны две группы учащихся 8-х классов численностью 24 и 25 человек в 2010/11 учебном году, и две группы учащихся 8-х классов численностью 25 и 25 человек в 2011/12 учебном году. Состав групп был приблизительно равным по тендерному признаку и уровню успеваемости. Была произведена входная диагностика с помощью уровневой контрольной работы и анкетирования. Были определены контрольные и экспериментальные группы, первые приступили к изучению программирования по традиционной методике, вторые - на основе создания игр.

На контрольном этапе эксперимента участникам экспериментальных и контрольных групп была предложена аналогичная уровневая контрольная работа, а также анкетирование. Далее в целях статистического анализа результатов было произведено попарное объединение выборок контрольных групп 2010/11 и 2011/12 уч. гг. (всего 49 учащихся) и экспериментальных групп 2010/11 и 2011/12 уч. гг. (всего 50 учащихся). Средние баллы групп, в том числе по объединенным выборкам, представлены в таблицах 2 и 3.

Анализ результатов педагогического эксперимента свидетельствует о том, что средний балл учащихся экспериментальных групп по уровневой контрольной работе в рамках итоговой диагностики был выше среднего балла учащихся контрольных групп (таблица 2, рис. 5). При этом средний балл экспериментальных групп достиг отличного уровня знаний, определенного на поисковом этапе, в то время как средний балл контрольных групп зафиксирован на хорошем уровне знаний.

Таблица 2

Средние баллы по уровневой контрольной работе_

Группа Средний балл

Входная диагностика Итоговая диагностика

Группа 1 (контрольная) 2010/11 у.г. 7,13 13,42

Группа 2 (контрольная) 2011/12 у.г. 7,48 14,0

Объединенная выборка контр, групп ; 7.31 13,71 'Г:«-:

Группа 2 (эксперимент.) 2010/11 у.г. 6,16 16,92

Группа 1 (эксперимент.) 2011/12 у.г. 6,44 16,36

Объединенная выборка экспер. групп 6,3 16,64

Мотивация выросла во всех группах, однако в экспериментальных динамика более значимая, причем значение коэффициента мотивации в экспериментальных группах достигло высокого уровня, пороговое значение которого было определено на поисковом этапе (таблица 3).

Таблица 3

Средние баллы коэффициента мотивации_

Группа Средний балл

Входная диагностика Итоговая диагностика

Группа 1 (контрольная) 2010/11 у.г. 3,54 3,71

Группа 2 (контрольная) 2011/12 у.г. 3,68 3,64

Объединенная выборка контр, групп 3,61 3,67

Группа 2 (эксперимент.) 2010/11 у.г. 3,32 4,28

Группа 1 (эксперимент.) 2011/12 у.г. 3,28 4,08

Объединенная выборка экспер. групп 3,3 4,18

Хороший уровень знаний

Минимально допустимый ^ровёнь~наншГ ""

Входная диагностика Итоговая диагностика

Динамика средних значений коэффициента мотивации

Баллы

О Контрольные группы § ■ Экспериментальные группы

Входная диагностика Итоговая диагностика

Динамика среднего балла по уровневой контрольной работе

Баллы В Контрольные группы

"] ■ Экспериментальные группы

Отличный уровень знаний

Рисунок 5. Результаты педагогического эксперимента

Достоверность совпадений и различий контрольных и экспериментальных данных оценивалось по критерию Пирсона у2 по формуле (2):

Ш- , (2)

где П - количество измерений, /э - эмпирическое значение, /т -теоретическое значение. Расчет был произведен для уровня точности а=0,05 при степени свободы р=48 (р=к-1, где к - количество измерений) при критическом справочном значении Хо,05=65,17. Результат х2Эмп = 69,05.

Значение для выборок превышает критическое, следовательно расхождения между распределениями статистически достоверны.

Для определения достоверности далее был использован ^критерий Стьюдента с целью оценки различий величин средних значений выборок.

Статистика критерия определяется по формуле (3):

х-у

ШЕЇЕШжЕШ-

(3)

п1 + п2 -2 Vn1 п2)

где х,у - средние арифметические в выборках, П1 и п2 соответственно величины первой и второй выборки. Подставив данные выборок, получили:

16,64 - 13,71

I = --= 3 14

'-эмп I----■

[906 + 940 /1~ТТ \ 49 + 50 - 2 ' 149 50/ Полученное в эксперименте значение 1Эмп сравнивалось с табличным для числа степеней свободы, равного числу испытуемых минус два (97).

При вероятности а-ошибки 5% (а <0,05) пороговое значение ^ =1,98. При вероятности а-ошибки 1% (а <0,01) пороговое значение ^ =2,63.

Полученное эмпирическое значение 1Эмп = 3,34 превышает критические значения и находится в зоне значимости. Следовательно, исходя из результатов применения критерия у2 Пирсона и ^критерия Стьюдента, можно

сделать статистически обоснованный вывод о том, что результаты экспериментальных групп превосходят результаты контрольных.

Сравнительный анализ решения заданий уровневой контрольной работы, связанных с метапредметными умениями, в процентах от максимально возможного уровня представлен в таблице 4. Очевидно, что итоговый уровень сформированное™ метапредметных умений выше у экспериментальных групп. При несущественном отличии исходного уровня динамика в экспериментальных группах более значимая.

Таблица 4

Сформированное^ метапредметных компетенций (итоговый контроль)

Сумма набранных баллов

Репродуктивный уровень (часть 1) Продуктивный уровень (часть 2) Творческий уровень (часть 3)

Компетенции Регулятивные Познавательные Коммуни-ативные Регулятивные Познавательные Коммуникативные Регулятивные Познавательные Коммуникативные

Контрольные группы 84 59 41 61 43 27 33 37 12

Эксперимент, группы 84 80 70 88 66 54 66 56 34

Анализ полученных в ходе эксперимента результатов позволяет сделать вывод об эффективности методической системы обучения школьников программированию на основе создания компьютерных игр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования получены следующие результаты:

1. Выявлено положительное влияние обучения программированию на основе использования сквозной проектной задачи и формирования навыков проектирования и разработки динамических компьютерных игр. Доказано, что применение сквозной проектной задачи способствует формированию готовности школьников к эффективному использованию информационных и телекоммуникационных технологий. Выявлен дидактический потенциал компьютерных игр, создание которых способствует расширению мировоззрения школьников, развивает алгоритмическую культуру их мышления, реализует межпредметные связи;

2. Разработана модель методической системы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр в условиях применения деятельностного подхода и личностно ориентированного обучения. Сформулированы цели и обосновано содержание обучения разделу «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики, предусматривающие учет требований ФГОС к типовым программам, выбор типа создаваемой игры и среды разработки; логику процесса разработки игры; адаптацию программных конструкций для изучения школьниками; необходимость разбиения процесса на модули, каждый из которых имеет демонстрируемый результат. Предложены методы обучения, основанные на деятельностном подходе: логические,

эвристические (эвристические вопросы, синектика и т.д.), специфические (сквозная проектная задачи, адаптация, контроль по результатам, взаимообучение). Отобраны формы (практические занятия и самостоятельная работа учащихся трех видов: по образцу, вариативная, творческая) и средства обучения (учебно-методический комплект, игра-прототип, демонстрационная и компьютерная техника, программное обеспечение), обеспечивающие эффективное обучение программированию;

3. Выявлены условия отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию, в числе которых условия: адаптации для обучения школьников, унификации типа игры и индивидуализации игр учащихся, полного цикла разработки на языке программирования, актуальности среды разработки. Обоснованы критерии отбора компьютерных игр (минимальная сложность программной реализации, множественность объектов и отношений, вариативность сюжета, динамичность и другие), создающих предпосылки для построения личностно-значимой образовательной системы, повышения эффективности учебной деятельности и качества образования. Проведена классификация компьютерных игр по жанрам, по цели процесса, по движению в реальном времени, по психологическим аспектам, по пространственной модели; выявлена наиболее приемлемая для обучения программированию технология разработки динамических компьютерных игр школьниками (среда Adobe Flash и язык программирования ActionScript);

4. Разработана методическая система обучения программированию на основе создания динамических компьютерных игр, предусматривающая развитие творческого потенциала и мотивации учащихся за счет специальной организации учебного процесса (разработки соответствующей системы заданий), с одновременным изучением нового материала (процесс создания игры разделен на модули, в содержание которых включены все необходимые для изучения алгоритмические и программные конструкции), и реализующая развивающую функцию, связанную с формированием творческих способностей обучаемых, их логического и алгоритмического мышления. Данная методическая система способствует формированию у школьников знаний и умений проектирования и программирования компьютерной игры, поиска наиболее эффективных алгоритмов решения разнообразных задач;

5. Разработана технология создания игр учащимися, в том числе игра-прототип, модули с демонстрируемыми результатами, адаптированные типовые программные конструкции, вспомогательные задачи для объяснения синтаксиса, задания для самостоятельной работы учащихся. Все вышеперечисленное нашло отражение в учебно-методическом пособии «Обучение программированию на основе создания динамических игр», нацеленном на реализацию личностно ориентированного и деятельностного подхода, включающем все алгоритмические конструкции, рекомендуемые ФГОС, технологические особенности изучаемого языка программирования, организацию занятий со школьниками;

6. Проведенный педагогический эксперимент доказал, что разработанная методическая система обучения информатике, построенная на основе создания школьниками динамических компьютерных игр, существенно влияет на эффективность и качество обучения информатике. Выявлена активная творческая деятельность обучаемых, в рамках которой новые знания, умения и навыки приобретаются школьником самостоятельно за счет решения личностно значимой задачи, что влечет формирование у школьников готовности к использованию полученных знаний в области программирования при дальнейшем получении образования и в жизни.

Основное содержание работы и результаты исследования отражены в следующих публикациях.

Публикации в изданиях, включенных в Перечень ВАК при Министерстве образования и науки РФ:

1. Жемчужников, Д.Г. Разработка динамических игр как средства обучения программированию [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Информатика и информатизация образования». - 2010. - № 2(20). - С. 49-51.

2. Жемчужников, Д.Г. Формирование мотивации школьников к изучению программирования на основе межпредметной интеграции [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Информатизация образования». -2011. -№1. - С. 46-48.

3. Жемчужников, Д.Г. Создание компьютерных игр как средство обучения школьников программированию [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Информатика и образование. - 2012. - №8(237). - С. 49-51.

Учебники, учебные пособия:

4. Жемчужников, Д.Г. Обучение программированию на основе создания динамических игр: учебно-методическое пособие [Текст] / Д.Г. Жемчужников. - М.: Мэйлер, 2010. - 60 с.

Статьи и тезисы:

5. Жемчужников, Д.Г. Программирование компьютерных игр: метод повышения мотивации учащихся к изучению информатики [Текст] /Д.Г. Жемчужников // Сборник II Всероссийских Шамовских педагогических чтений научной школы управления образованием. - М.: МПГУ, 2010. -С. 214-220.

6. Жемчужников, Д.Г. Методика создания компьютерных игр в обучении школьников программированию [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник тезисов XX Международной конференции «Информационные технологии в образовании». - Москва: МИРЭА, 2010. - Часть 1, С. 43-46.

7. Жемчужников, Д.Г. Аспекты обучения алгебре логики в методике обучения программированию компьютерных игр [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании». - Архангельск: АО ИППК РО, 2010. - Часть 2, С. 27-28.

8. Жемчужников, Д.Г. Создание компьютерных игр в обучении

школьников программированию [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник XV Всероссийской научно-практической конференции «Новые информационные технологии». - Рязань: РГРУ, 2010. - С. 31-33.

9. Жемчужников, Д.Г. Возможности интеграции методики программирования динамических игр с курсом алгебры в средней школе [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник материалов X Межрегиональной конференции «Информационные технологии в образовании». - Ростов: АО ИППКРО, 2010.-С. 75-76.

10. Жемчужников, Д.Г. Дистанционный курс «Обучение программированию на основе создания компьютерных игр» [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник материалов XXII Международной конференции «Информационные технологии в образовании». - Троицк: Байтик, 2011. - С. 33-34.

11. Жемчужников, Д.Г. Вопросы внутренней мотивации учащихся к изучению программирования с помощью разработки игр [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции аспирантов, студентов и учащихся «Молодежь и образование XXI века». - Тобольск: ТГСПА, 2011. - С. 123-127.

12. Жемчужников, Д.Г. Методика программирования динамических игр: аспект визуализации алгебраических функций [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник статей II Международной научно-практической конференции «Проблемы и возможности современной науки». - Тамбов: ТМБпринт, 2011. - С. 60-61.

13. Жемчужников, Д.Г. Создание компьютерной игры школьниками как управление развитием познавательного потенциала [Текст] / Д.Г. Жемчужников, О.Ю. Заславская // Сборник статей IV Всероссийских Шамовских педагогических чтений научной школы управления образованием. - М.: МПГУ, 2012. - С. 225-231. (Авторский вклад 50%)

14. Жемчужников, Д.Г. Формирование учебно-логических компетенций в процессе обучения программированию игр [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Сборник научных трудов «Актуальные проблемы информатизации образования». - Воронеж: Научная книга, 2012. - С. 72-74.

15. Жемчужников, Д.Г. Методика преподавания программирования при помощи сквозной проектной задачи [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Инновации и качество лицейского образования: идеи, опыт, практика. -2012,- №1-2 (14).-С. 27-31.

16. Zhemchuzhnikov, D.G. Principles of construction of a distance course «Programming training for students through the creation of computer games» [Text] / D.G. Zhemchuzhnikov // Proceedings of the XVIII International Science Conference «Modern informatization problems in modeling and social technologies». - Science Book Publishing House, Lorman, MS, USA, 2013. - P. 217-223.

17. Жемчужников, Д.Г. Развитие познавательного потенциала школьников через создание компьютерных игр [Текст] / Д.Г. Жемчужников // Справочник заместителя директора школы. - 2013. - №3. - С. 80-86.

Заказ № 382. Объем 1 п.л. Тираж 120 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г.Москва, ул.Палиха 2а.тел.(499)250-92-06 www.postator.ru

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Жемчужников, Дмитрий Григорьевич, Москва

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический университет»

На правах рукописи

04201357972

Жемчужников Дмитрий Григорьевич

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ, ОСНОВАННАЯ НА СОЗДАНИИ ШКОЛЬНИКАМИ ДИНАМИЧЕСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (информатика, уровень общего образования)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор Заславская О.Ю.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................4

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ..............17

1.1. Существующие подходы к обучению программированию в школьном курсе информатики.......................................................................17

1.2. Компетенции учащегося, формируемые при обучении программированию..........................................................................................29

1.3. Использование компьютерных игр в обучении школьников

программированию..........................................................................................47

Выводы по главе 1............................................................................................61

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ, ОСНОВАННАЯ НА СОЗДАНИИ ШКОЛЬНИКАМИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР..............................................63

2.1. Условия и критерии отбора компьютерных игр и сред разработки для обучения школьников программированию.........................................63

2.2. Модель методической системы обучения школьников программированию на основе создания компьютерной игры...............76

2.3. Отбор содержания обучения программированию и разработка этапов создания компьютерной игры школьниками................................85

2.4. Содержание и методы обучения программированию на основе создания школьниками компьютерной игры.............................................97

2.5. Организация, содержание и результаты экспериментального

подтверждения эффективности обучения программированию на

основе создания школьниками компьютерных игр................................139

Выводы по главе 2..........................................................................................176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................178

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................181

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................200

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Полный листинг программы игры-прототипа..........200

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Листинги программ-результатов модулей...............204

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Уровневая контрольная работа...................................215

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Анкета по мотивации...................................................219

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Скриншоты некоторых игр, созданных детьми........220

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В последние десятилетия происходит стремительная информатизация всех сторон жизни общества и всех сфер производственной деятельности. Состояние перехода к информационному обществу, отраженное в законе РФ «Об образовании» [152], и новые ФГОС [150, 151] ставят перед системой обучения информатике новые цели, среди которых:

- получение навыков продуктивного и эффективного использования компьютерной техники;

- получение опыта созидательной деятельности как условия самореализации в жизни.

Информатика становится одной из фундаментальных областей научного знания, изучающей информационные процессы, методы и средства обработки информации [153, с.З]. Она является быстро развивающейся дисциплиной, связанной с использованием информационных технологий, область ее применения в жизни постоянно расширяется.

Проблемы обучения информатике и конкретно программированию находят свое отражение в работах А.П. Ершова [38, 40], А.Г. Кушниренко [86], A.C. Лесневского [92], В.М. Монахова [102, 103], С.М. Окулова [114, 115], А.Л. Семенова [134, 135], М.В. Швецкого [162, 163] и др.

Существенный вклад в развитие теории и методики обучения программированию внесли М.М. Бежанова [7], Н. Вирт [14], Э.З. Любимский [94], В.Л. Матросов [96, 97], H.H. Непейвода [105], И.В. Поттосин [8] и др.

Вопросам отбора содержания и разработке общей концепции преподавания информатики посвящены работы С.А. Бешенкова [11, 12],

A.Г. Гейна [22], A.B. Горячева [25, 26], С.Г. Григорьева [28], И.Б. Готской [27],

B.В. Гриншкуна [29], О.Ю. Заславской [58, 59], Т.Б. Захаровой [60], В.А. Извозчикова [63, 64], A.A. Кузнецова [82, 83], В.В. Лаптева [88], М.П. Лапчика [89], И.В. Левченко [91], Н.В. Макаровой [65,67] и др.

Следует отметить, что при появлении в школьной программе курса информатики его содержание в основном ориентировалось на изучение программирования. Это было связано со спецификой первого этапа компьютеризации - еще не существовало такого понятия как «пользователь», ощущался дефицит компьютеров и машинного времени.

Подход «обучение через программирование» перестал учитывать интересы учащихся, которым в дальнейшей профессиональной деятельности, по мнению некоторых, необходимы только пользовательские навыки. Главным аргументом против обучения программированию в школе в последнее время становится его сложность и узкая специализация. При этом недооценивается значение этой дисциплины в процессе развития общеучебных компетенций,

различных видов мышления и интеллекта в целом, требуемых в условиях введения новых стандартов образования [150, 151].

В разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса учащимся предлагается для решения множество разрозненных задач. Эти задачи обычно математические, они не наглядны, и результат визуально разочаровывает. Действительно, существуют значительные различия в результатах программирования: с одной стороны, трехмерные графические игры с нелинейным сюжетом, в которые дети играют дома, и, с другой стороны, цифры - решения квадратного уравнения на черном экране, полученные на уроке. У школьников создается впечатление о программировании как о скучном и устаревшем занятии. Интерес к изучению снижается, и достаточно сложно объяснить, что в основе игр лежит та же математика, те же алгоритмические конструкции. Таким образом, с точки зрения методики обучения информатике существует потребность в сквозной наглядной практической задаче, обеспечивающей связь всех необходимых для изучения в школе аспектов программирования, упрощающей понимание объектно-ориентированного программирования с помощью наглядности и поддерживающей на высоком уровне познавательную мотивацию.

Еще одной из важнейших целей обучения информатике в школе становится решение совершенно новой, появившейся в последние годы, воспитательной задачи: уменьшение непродуктивного самостоятельного использования компьютера, перенаправление внимания учащихся с задач, не связанных с обучением и воспитанием (многочасовые компьютерные игры, чаты, социальные сети и т.д.), на продуктивное и эффективное использование компьютера, мобильных компьютерных устройств, информационных и телекоммуникационных технологий.

разрабатывать в процессе обучения. Существует активный интерес школьников к такой деятельности. Разработка динамических игр, несложная с точки зрения программирования, может внести серьезный вклад в повышение мотивации к учению, преодоление когнитивных затруднений, интеллектуальное развитие школьников.

Существующие исследования по использованию компьютерных игр в обучении школьников затрагивают, в основном, потенциал компьютерных игр как средства обучения и мотивации, но не рассматривают эти игры как объект разработки, то есть не существует научно обоснованной методики обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

Таким образом, выбор темы исследования «Методика обучения программированию, основанная на создании школьниками динамических компьютерных игр» является актуальным и определяется противоречием между современными навыками и представлениями школьников об информационных и телекоммуникационных технологиях и программировании, активным интересом учащихся к разработке динамических игр, с одной стороны, и, с другой стороны, отсутствием методики обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр в условиях соблюдения логической последовательности конструкций, изучаемых в разделе «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики.

Необходимость устранения указанного противоречия за счет разработки методической системы обучения программированию, основанной на решении сквозной проектной задачи по созданию компьютерной игры, делает актуальной тему, выбранную для исследования.

Указанные доводы и противоречия определили научную проблему настоящей диссертационной работы: каковы особенности методической

системы обучения программированию, основанной на создании школьниками динамических компьютерных игр.

Для устранения указанных противоречий необходимо провести целостное педагогическое исследование обучения программированию в средней школе, посвященное выявлению компетенций учащихся, формируемых при обучении программированию, дидактическим особенностям использования компьютерных игр в процессе обучения, принципов и условий отбора компьютерных игр, разработке системы обучения программированию и соответствующих средств ее реализации.

предусмотренные ФГОС, и эффективно использовать полученные знания в ходе дальнейшего обучения и выборе профессии.

Объект исследования - процесс обучения школьников программированию.

Цель, предмет и гипотеза определили постановку и необходимость решения следующих задач исследования:

1. Изучить и проанализировать теоретические и методические основы обучения школьников программированию;

2. Конкретизировать основные условия и критерии отбора содержания обучения программированию, разработки этапов, средств создания динамических компьютерных игр школьниками для обучения программированию; систематизировать основные типы компьютерных игр и сред их разработки для обучения программированию;

3. Разработать технологию создания игр для обучения школьников программированию;

4. Разработать модель методической системы обучения, на ее основе определить содержание и методы обучения программированию на основе создания школьниками динамических компьютерных игр, предусматривающие развитие творческого потенциала и мотивации учащихся, способствующие реализации личностно ориентированного и деятельностного подходов к обучению;

Методологическую основу исследования составляют

- на философском уровне - работы Д.Дьюи [37], С.П. Курдюмова [85], С. Пейперта [119], Ж. Пиаже [180], Э. Тоффлера [147] и др.;

- на теоретическом уровне (педагогика, психология) - работы В.П. Беспалько [9, 10], Л.С. Выготского [18, 19], В.В. Давыдова [31, 32], В.В. Краевского [75], Е.С. Полат [109], A.B. Хуторского [155] и др.;

- на предметном уровне (информатика, программирование) - работы A.A. Кузнецова [81], А.Г. Кушниренко [86], М.И. Лапчика [89] и др.;

- на технологическом уровне - работы Э. Дейкстры [34], Д. Кнута [72], Н. Вирта [14], Н. Рубенкинга [130] и др.

Методы исследования:

- теоретические: системный анализ отечественной и зарубежной психолого-педагогической, научно-методиче^ской литературы по философии, педагогике, психологии; критический анализ существующих подходов к обучению информатике и программированию, а также использованию электронных ресурсов по рассматриваемой проблеме;

Базой исследования и опытно-экспериментальной работы являлись:

- ГБОУ СОШ №1220 СВАО г. Москвы (школьники 8-10-х классов -190 чел.);

- ГБОУ СОШ №1234 ЦАО г. Москвы (школьники 8-10-х классов - 50

чел.);

- ГБОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет» (студенты 3-4 курсов - 35 чел.);

- ГБОУ г. Москвы «Окружной учебно-методический центр СВАО» (учителя информатики - 18 чел.);

- ГАОУ ВПО г. Москвы «Московский институт открытого образования» (учителя информатики - 25 чел.).

Всего в экспериментальной работе было задействовано: школьников -240, студентов - 35, учителей информатики - 43 человека. Акты о внедрении находятся в Приложении 6.

Научная новизна:

1. Показано, что существенным фактором развития методической системы обучения программированию является выявленный дидактический потенциал разработки динамических компьютерных игр школьниками, как сквозной проектной задачи, позволяющий развивать познавательные способности, мотивацию учащихся, реализовать на практике личностно ориентированный и деятельностный подходы в обучении, межпредметные связи и прикладную направленность обучения, что способствует более глубокому освоению школьниками теории и методологии программирования;

2. Выявлены условия отбора компьютерных игр и сред их разработки для обучения школьников программированию, в числе которых условия: адаптации для обучения школьников, унификации типа игры и индивидуализации содержания игр учащихся, соблюдения полного цикла разработки на языке программирования, актуальности среды разработки; критерии отбора компьютерных игр, в числе которых минимальная сложность программной реализации, множественность объектов и отношений, вариативность сюжета, динамичность и другие; критерии отбора средств разработки, в числе которых наличие объектно-ориентированного языка; наличие средств реализации необходимых программных структур; дружественный интерфейс; наличие средств отладки;

соответствующие им цели учителя, содержание обучения - решение сквозной задачи по созданию игр, результаты обучения - образовательный продукт и освоение программирования в объеме школьного курса. На ее основе разработана методика обучен