ИТО-2006 / Секция I / Подсекция 1 : только публикация 

СТИЛИ МЫШЛЕНИЯ И ОБУЧЕНИЕ ПРОГРАММИРОВАНИЮ СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ВУЗА

Газейкина Анна Ивановна

Уральский государственный педагогический университет (УрГПУ), г. Екатеринбург

Для успешного обучения студентов программированию необходимо развивать у них определенный стиль мышления. В статье выделены операциональный, алгоритмический, объектный стили мышления, описаны их компоненты и специфические свойства. Предложены комплексы методических приемов для их формирования и развития.

обсудить на форуме задать вопрос автору

Курс программирования является одним из основных в числе дисциплин предметной подготовки студентов, обучающихся по специальности «Информатика». Многолетний опыт автора в обучении программированию студентов (а также и школьников) позволяет выделить ряд проблем.

Прежде всего необходимо отметить крайне низкий уровень начальной подготовки студентов в области программирования. Несмотря на то, что изучение основ структурного программирования входит в государственный образовательный стандарт общего и среднего образования по информатике, значительная часть первокурсников не имеет о программировании никакого представления. Причем такая ситуация является достаточно стабильной в течение последних лет. Студенты, изучавшие основы программирования в рамках школьного курса информатики, также испытывают значительные затруднения при изучении программирования в вузе. Успешной является лишь весьма незначительная часть студентов (10-15% от общего числа). Эта проблема влечет за собой следующую.

Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности «Информатика» предусматривает изучение программирования в рамках объектно-ориентированной парадигмы, что оказывается практически невозможным без предварительной базовой подготовки обучаемых. Поэтому, если преподаватель действительно хочет чему-то научить своих студентов, он вынужден начинать с азов.

Студенты субъективно считают программирование одной из наиболее сложных дисциплин, испытывают затруднения при ее освоении. Большая часть студентов (60-70%) по окончании обучения остается на репродуктивном уровне усвоения учебного материала (могут решить только типовые задачи).

Все вышеперечисленное объясняется тем, что программирование является специфическим видом человеческой деятельности, для успешной реализации которой необходимо не только применение приобретенных в процессе обучения знаний и умений, но требуется и наличие определенного стиля мышления.

Под стилем мышления понимают открытую систему интеллектуальных стратегий, приемов, навыков и операций, к которой личность предрасположена в силу своих индивидуальных особенностей (от системы ценностей и мотивации до характерологических свойств). Некоторые исследователи определяют стиль мышления как систему нормативных предписаний, формирующих подход к деятельности и ее результатам.

При изучении программирования у студентов происходит формирование и развитие некоторых специфических стилей мышления, назовем их операциональным, алгоритмическим, объектным. Изучение данной проблемы приводит к необходимости более подробного их рассмотрения и анализа. Определим каждый из них, выделим основные компоненты и специфические свойства.

Некоторые психологи относят к разряду проблем влияние механических мыслительных процессов компьютера на способы мышления людей. Тем не менее, при осуществлении учебно-познавательной деятельности обучаемым часто предлагаются алгоритмы решения задач определенных классов или алгоритм (последовательность операций, или шагов) выполнения некоторого задания. Предполагается, что обучаемый должен уметь его исполнить. Трудности, возникающие при этом, большей частью связаны с неверной интерпретацией исходных данных и отсутствием умения формального исполнения алгоритма. Формируемый при этом стиль мышления назовем операциональным. Таким образом, операциональный стиль мышления предполагает умение обучаемого действовать по заданному алгоритму, умение исполнить его.

Компоненты операционального стиля мышления:

  1. Анализ исходных данных поставленной проблемы и интерпретация их в соответствии с входными данными заданного алгоритма.
  2. Выбор алгоритма из существующего набора готовых алгоритмов, т.е. сопоставление задачи и алгоритма.
  3. Реализация процесса решения посредством формального и точного исполнения операций, составляющих алгоритм решения задачи.
  4. Анализ полученного результата и коррекция исходных данных в случае несовпадения полученного результата с предполагаемым.

Специфические свойства операционального стиля мышления:

Достаточно широко в научной и методической литературе, посвященной проблемам обучения информатике школьников, используется понятие «алгоритмический стиль мышления», который представляет собой специфический стиль мышления, предполагающий умение создать алгоритм, для чего необходимо наличие мыслительных схем, которые способствуют видению проблемы в целом, ее решению крупными блоками с последующей детализацией и осознанным закреплением процесса получения конечного результата в языковых формах.

Несомненно, алгоритмическое мышление составляет важную часть интеллектуальной деятельности человека с применением современных информационных технологий. Система мышления, определяемая как алгоритмическое мышление, определяется (в своей системности, но не в элементном составе) необходимыми и достаточными компонентами, которые позволяют выделить ее в особый стиль мышления. Компоненты алгоритмического стиля мышления:

  1. Анализ требуемого результата и выбор на этой основе исходных данных для решения проблемы.
  2. Выделение операций, необходимых для решения.
  3. Выбор исполнителя, способного осуществлять эти операции.
  4. Упорядочение операций и построение модели процесса решения.
  5. Реализация процесса решения и соотнесение результатов с тем, что следовало получить.
  6. Коррекция исходных данных или системы операций в случае несовпадения полученного результата с предполагаемым.

К специфическим свойствам алгоритмического стиля мышления отнесем:

Следует отметить, что понятие «алгоритмический стиль мышления» сложилось в тот период времени, когда преобладала парадигма структурного программирования. Оно базируется на применении алгоритмической декомпозиции при решении задач.

Произошедший переход к объектно-ориентированной парадигме создания и использования средств информационных технологий не отрицает необходимости формирования алгоритмического стиля мышления, но расширяет это понятие.

На современном этапе развития информатики для успешного взаимодействия с компьютером необходим стиль мышления, который можно назвать объектным. Он предполагает умение разделить сложную систему на объекты и выстроить их иерархию, т.е. произвести объектную декомпозицию системы, а затем описать поведение этих объектов. Основной операцией при таком стиле является объектно-ориентированная декомпозиция, разложение объектов. Всевозможные классификации по различным логическим основаниям и логические методы формирования понятий составляют значительную часть методов, используемых при таком стиле мышления. При описании событий используется алгоритмическая декомпозиция системы и необходим алгоритмический стиль мышления.

Компонентами объектного стиля мышления являются:

  1. Анализ предметной области задачи и выделение объектов (реальных и абстрактных), построение их иерархии.
  2. Выделение основных событий.
  3. Реализация процессов обработки событий.
  4. Анализ поведения системы и коррекция объектной модели и алгоритмов обработки событий в случае несовпадения полученного результата с предполагаемым.

К специфическим свойствам объектного стиля мышления относятся:

Обучение программированию в вузе (во всяком случае, в педагогическом вузе) должно включать в себя не только изучение одного или нескольких языков программирования, но и быть направлено на формирование у студентов перечисленных выше стилей мышления, без чего это обучение не будет являться эффективным. Это требует пересмотра и поиска новых методов, форм, средств и приемов обучения программированию. Выделим комплексы методических приемов, применение которых способствует развитию каждого из перечисленных выше стилей мышления.

Для операционального стиля мышления:

  1. Трассировка – пошаговое исполнение готового алгоритма (линейного, разветвляющегося, циклического). Алгоритмы должны быть представлены в различных формах (словесное описание, блок-схема, язык программирования).
  2. Построение формулировки задачи, которую решает представленный алгоритм.
  3. Поиск и исправление синтаксических ошибок в алгоритме.
  4. Поиск и исправление логических (семантических) ошибок алгоритма.
  5. Оптимизация готового алгоритма.

Для алгоритмического стиля мышления:

  1. Создание нового алгоритма, его запись, проверка и исполнение самим обучаемым или выбранным исполнителем.
  2. Усвоение алгоритмов решения основных типовых задач.
  3. Поиск и исправление синтаксических и семантических ошибок в алгоритме.
  4. Оптимизация готового алгоритма.

Для объектного стиля мышления:

  1. Выделение объектов предметной области задачи, их статических и динамических свойств, построение иерархии объектов.
  2. Построение объектной модели задачи.
  3. Описание событий и поведения объектов.

Применение этих методических приемов в учебном процессе позволит студентом усвоить стили мышления, необходимые для успешного изучения программирования, а также для осуществления других видов учебно-познавательной и практической деятельности.