авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование методики обучения объектно- ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования (на примере дисциплины программирование для будущих учителей информат

На правах рукописи

Петров Алексей Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ОБЪЕКТНО-

ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ НА ОСНОВЕ

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

(на примере дисциплины «Программирование»

для будущих учителей информатики)

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика, уровень высшего профессионального образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Московском государственном областном университе те, на кафедре вычислительной математики и методики преподавания ин форматики

Научный руководитель: академик РАО, доктор педагогических наук, профессор Роберт Ирэна Веньяминовна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Бешенков Сергей Александрович кандидат педагогических наук, доцент Шухман Александр Евгеньевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Арзамасский государственный педагогический институт»

Защита состоится «26» июня 2009 года в «14» часов на заседании диссер тационного совета Д 008.004.01 при Учреждении Российской академии об разования «Институт информатизации образования», по адресу: 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Россий ской академии образования «Институт информатизации образования», ав тореферат размещен на сайте http://www.iiorao.ru.

Автореферат разослан « » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г.Л. Ежова ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Актуальность темы исследования. На современном этапе развития информационных технологий совершенствуются методология и техноло гия разработки программного обеспечения, которые, в основном, базиру ются на объектно-ориентированном подходе, что находит отражение в го сударственном образовательном стандарте высшего профессионального образования для подготовки будущих учителей информатики в области программирования.

В педагогической науке проблемам методики обучения информатике в профессиональном образовании и отбора содержания обучения посвяще ны работы Бешенкова С.А., Жданова С.А., Козлова О.А., Кузнецова А.А., Кузнецова Э.И., Лапчика М.П., Матросова В.Л., Панюковой С.В., Ро берт И.В. и др.

Теоретические основы объектно-ориентированного программирова ния (ООП) и объектно-ориентированного проектирования представлены в работах Буча Г., Грэхема И., Кея А., Максимчука Р., Мейера Б., Рамбо Дж., Хьюстона К., Энгла М., Якобсона А., Янга Б. и др. Исходя из основных по ложений объектной модели, разработанной Бучем Г., под термином «объ ектно-ориентированное проектирование» будем понимать метод, соче тающий процесс объектно-ориентированной декомпозиции и систему обо значений для представления логической и физической, статической и ди намической модели проектирования системы.

Анализ отечественных и зарубежных научно-методических исследо ваний обучения ООП позволил выделить три основных подхода: изучение принципов ООП на примере построения графического интерфейса пользо вателя (Бабушкина И.А., Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К.);

рассмотрение ООП как дополнения к структурному программированию (Аржанов И.Н., Мещерякова Н.А.);

обучение ООП на основе объектно ориентированного проектирования (Бадд Т., Буч Г.).

Первые два подхода рассмотрены в научно-методической литерату ре, в то время как третий подход обучение ООП на основе объектно ориентированного проектирования и использование визуального языка моделирования в отечественных исследованиях представлен недостаточ но. По мнению зарубежных исследователей (Кларк Д., Мейер Б.) важней шей целью при изучении ООП является обучение студентов объектно ориентированной декомпозиции при осуществлении поиска классов объ ектов, на основе которых строятся программные системы.

Вместе с тем, государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования, в соответствии с которым осуществляет ся подготовка педагогических кадров по специальности «Учитель инфор матики» по дисциплине «Программирование», предусматривает изучение ООП и объектно-ориентированного проектирования. Однако, проведенный анализ учебно-методической литературы (Бабушкина И.А., Газейкина А.И, Иванова Г.С. и др.), нормативных документов, учебных программ для под готовки будущих учителей информатики (Андросова Е.А., Жданов С.А., Лучко О.Н., Матросов В.Л. и др.) позволил выявить, что изучение ООП не взаимосвязано с объектно-ориентированным проектированием.

Обучаемые испытывают затруднения при создании объектно ориентированного программного кода, так как объектно-ориентированные языки программирования не позволяют наглядно представить классы объ ектов и отношения между ними, не способствуют формированию общего представления о создаваемом программном коде в отличие от унифициро ванного языка моделирования (UML), являющегося средством объектно ориентированного проектирования. Язык UML дает возможность созда вать и изменять модели программной системы с помощью визуальных элементов, а также использовать специальные инструменты (CASEсредства) для автоматизированного генерирования программного кода на основе диаграмм UML, наглядно реализующих взаимосвязь ООП и объектно-ориентированного проектирования. К таким инструментам отно сится пакет BlueJ, разработанный Коллингом М. и др. специально для обу чения основам ООП.

Таким образом, возникает необходимость совершенствования суще ствующих методических подходов к обучению будущих учителей инфор матики ООП за счет использования унифицированного языка моделирова ния и средств автоматического генерирования объектно-ориентированного программного кода, являющихся инструментами объектно ориентированного проектирования.

Учитывая вышеизложенное, проблема исследования обусловлена противоречием между существующими подходами к изучению объектно ориентированного программирования, не реализующими методы и средст ва объектно-ориентированного проектирования, направленные на осуще ствление объектно-ориентированной декомпозиции, наглядное представ ление модели проектируемого программного приложения, автоматизацию создания программного кода с использованием специализированных про граммных инструментов, и современным уровнем разработок в области теории и средств реализации объектно-ориентированного программирова ния и объектно-ориентированного проектирования.

Актуальность темы исследования определяется необходимостью разработки теоретических аспектов и методических подходов совершенст вования методики обучения будущих учителей информатики объектно ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования.

Объект исследования - процесс обучения будущих учителей ин форматики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования.

Предмет исследования - теоретические аспекты и методические подходы к обучению будущих учителей информатики объектно ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования.

Цель исследования - теоретически обосновать и разработать модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирова ния, структуру содержания, а также методические рекомендации по обуче нию объектно-ориентированному программированию на базе языка моде лирования и инструментальных средств объектно-ориентированного про ектирования.

Гипотеза исследования: если обучение будущих учителей инфор матики объектно-ориентированному программированию будет реализова но на основе объектно-ориентированного проектирования, то это обеспе чит повышение уровня их обученности в области:

осуществления процесса поиска классов объектов и отношений между ними, с их последующей реализацией в программном коде;

наглядного представления классов объектов и отношений между ними;

автоматизации создания объектно-ориентированного программно го кода с использованием языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следую щие задачи исследования:

1. Проанализировать научно-методические подходы к обучению специалистов в области информатики объектно-ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию.

2. Обосновать и сформулировать принципы совершенствования методики обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования, а также требования к уровням обученности будущих учителей информатики.

3. Разработать модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.

4. Разработать структуру содержания обучения объектно ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования, а также обосновать сочетание организационных форм и методов.

5. Разработать методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, а также провести экспериментальную проверку уровня обученности будущих учителей информатики.

Методологической основой исследования являются фундамен тальные работы в области: педагогики и психологии (Беспалько В.П., Лер нер И.Я., Никандров Н.Д, Фельдштейн Д.И., Дьюи Д., Килпатрик В. и др.);

теории и методики обучения информатике (Бешенков С.А., Жданов С.А., Козлов О.А., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И., Лапчик М.П., Матросов В.Л., Панюкова С.В., Роберт И.В. и др.);

методологии, средств объектно ориентированного программирования и объектно-ориентированного про ектирования (Бадд Т., Буч Г., Грэхем И., Мейер Б., Рамбо Дж., Страуст руп Б., Якобсон А. и др.);

методические подходы к обучению объектно ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию (Аржанов И.Н., Газейкина А.И., Кузнецов А.Б., Мещеря кова Н.А., Коллинг М. и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие мето ды исследования: теоретический анализ и обобщение положений психо лого-педагогической науки и информатики;

анализ государственных обра зовательных стандартов высшего профессионального образования, учеб ных программ;

наблюдение, беседы, анкетирование;

педагогический экс перимент.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования за ключаются в: обосновании целесообразности и выявлении условий совер шенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования;

обосновании и формулировании принципов совершенствования методики обучения объ ектно-ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования, а также требований к уровням обучен ности будущих учителей информатики в данной области;

создании модели обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проекти рованием, включающей концептуальный, содержательный, технологиче ский и диагностический компоненты.

Практическая значимость исследования заключается в: разработ ке блочно-модульной структуры содержания обучения объектно ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования для будущих учителей информатики;

разработке программы курса «Программирование», реализующей взаимо связь объектно-ориентированного программирования с объектно ориентированным проектированием;

обосновании сочетания организаци онных форм и методов обучения объектно-ориентированному программи рованию на основе объектно-ориентированного проектирования;

разработ ке методических рекомендаций по обучению будущих учителей информа тики объектно-ориентированному программированию на базе языка моде лирования и инструментальных средств объектно-ориентированного про ектирования.

Разработанная блочно-модульная структура содержания обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования может быть использована для повыше ния квалификации и переподготовки учителей информатики, а также раз работки программ элективных курсов в старших классах общеобразова тельной школы.

Этапы исследования.

Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе (2005 2006 гг.) анализировались теоретические подходы к обучению объектно-ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию, изучалась педагогическая, психологическая и специальная литература. Разрабатывались принципы совершенствования методики обучения, требования к уровню обученности будущих учителей информатики и модель обучения объектно ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования.

На втором этапе (2006 2007 гг.) разрабатывалась структура со держания, выявлялись организационные формы и методы обучения объ ектно-ориентированному программированию на основе объектно ориентированного проектирования;

уточнялось содержание основных компонентов модели обучения объектно-ориентированному программиро ванию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием и разрабатывались методические рекомендации по обучению будущих учи телей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно ориентированного проектирования.

На третьем этапе (2007 2009 гг.) осуществлялась эксперимен тальная проверка уровня обученности будущих учителей информатики;

систематизировались и обобщались полученные результаты, проводился их качественный и количественный анализ, формулировались выводы, оформлялся текст автореферата и диссертации.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществля лись посредством выступлений и публикации материалов на всероссий ских и международных научных конференциях: «Применение новых тех нологий в образовании» в 2007 г. (г. Троицк);

«Инновационные техноло гии» в 2007 г. (г. Нью-Йорк);

«Фундаментальные исследования» в 2008 г.

(Доминиканская республика);

III конференции «Проблемы международной интеграции национальных и образовательных стандартов» в 2008 г. (Че хия Люксембург Франция);

«Актуальные вопросы методики препода вания математики и информатики» в 2008 г. (г. Биробиджан);

«Высшее об разование для ХХI века» в 2008 г. (г. Москва), а также при обсуждении на заседаниях кафедры вычислительной математики и методики преподава ния информатики в Московском государственном областном университете и на Ученых советах Учреждения РАО «Институт информатизации обра зования».

Обоснованность и достоверность полученных результатов ис следования обеспечивается опорой на научно-методические разработки в области обучения объектно-ориентированному программированию и про ектированию, совокупностью адекватных проблеме исследования разно образных методов, подтвержденных результатами педагогического экспе римента, полученными с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием, состоящая из концептуального, содержательного, технологического и диагностического компонентов, базируется на принципах наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектирования, реализации объектно ориентированной декомпозиции в процессе объектно-ориентированного программирования, автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием средств объектно-ориентированного проектирования, а также на требованиях к уровням обученности будущих учителей информатики в данной области.

2. Реализация методических подходов к обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию, представленных в разработанной блочно-модульной структуре содержания, в обоснованном сочетании организационных форм, методов и средств обучения, обеспечит формирование знаний и умений в области реализации взаимосвязи объектно-ориентированного программирования и объектно-ориентированного проектирования.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, оп ределяются объект, предмет, цель, гипотеза, задачи, методологические ос новы, раскрываются научная новизна исследования, его теоретическая и практическая значимость, описываются этапы и методы исследования, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются научно-методические подходы к обучению ООП и объектно-ориентированному проектированию в педаго гическом вузе (Аржанов И.Н., Бабушкина И.А., Баженова Р.И., Баранова Е.В., Газейкина А.И., Иванова И.Д., Кузнецов А.Б., Магомедова Р.М., Ме щерякова Н.А., Петрова Ю.А., Ханипова Л.Ю., Туркин О.В. и др.). Анализ научно-методических подходов к обучению специалистов в области ин форматики показал, что обучение ООП в основном осуществляется через структурное программирование (Аржанов И.Н., Мещерякова Н.А), по строение графического интерфейса пользователя (Бабушкина И.А., Ивано ва Г.С. Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К.) и не направлено на наглядное пред ставление классов объектов и отношений между ними.

Анализ содержания дисциплины «Программирование», представ ленного в государственном образовательном стандарте высшего профес сионального образования, в соответствии с которым осуществляется под готовка педагогических кадров по специальности 030100 - учитель инфор матики, показал, что изучение ООП и объектно-ориентированного проек тирования реализуется на уровне знакомства с его основными принципами (абстрагирование, инкапсуляция, наследование и полиморфизм). Прове денный анализ нормативных документов и учебных программ для обуче ния будущих учителей информатики (Андросова Е.А., Жданов С.А., Луч ко О.Н., Матросов В.Л. и др.) позволил выявить, что ООП не взаимосвяза но с изучением объектно-ориентированного проектирования, а предпола гает их последовательное изучение.

Анализ научно-методических подходов к обучению ООП (Бадд Т., Мейер Б., Страуструп Б., Газейкина А.И. и др.) позволил обосновать целе сообразность совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обеспечивающей реализацию объектно-ориентированной декомпозиции;

наглядность представления классов объектов с использованием унифици рованного языка моделирования;

автоматизацию создания объектно ориентированного программного кода с использованием инструменталь ных средств объектно-ориентированного проектирования. В связи с этим, были выявлены условия совершенствования методики обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, включающие в себя:

доминирование объектно-ориентированной декомпозиции по отношению к алгоритмической декомпозиции, направленное на изменение стиля мыш ления с алгоритмического на объектно-ориентированный (предполагает формирование умений осуществлять процесс поиска классов объектов и установление отношений между ними);

выполнение сюжетных заданий (предполагает использование средств объектно-ориентированного проек тирования).

Основываясь на выявленных условиях совершенствования методики обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, а также на исследованиях Бадда Т., Барнса Д., Буча Г., Грэхема И., Коллин га М., обуславливается необходимость совместного использования унифи цированного языка моделирования, являющегося средством объектно ориентированного проектирования, и автоматизированных средств гене рирования объектно-ориентированного программного кода. В работе уста новлено, что язык моделирования позволяет наглядно представить классы объектов и отношения между ними, которые могут быть использованы при создании объектно-ориентированного программного кода. Специальные инструменты (CASEсредства) позволяют создавать программный код на основе диаграмм языка моделирования, в качестве CASEсредства для обучения ООП может использоваться пакет BlueJ, являющийся интегриро ванной средой разработки и наглядно представляющий модель создавае мой программы на основе элементов диаграммы классов унифицированно го языка моделирования.

Анализ теоретических подходов к формированию содержания обу чения и общедидактических принципов (Леднев В.Д., Лернер, И.Я., Ни кандров Н.Д., Пидкасистый П.И. и др.) позволил обосновать и сформули ровать следующие частные принципы совершенствования методики обу чения будущих учителей информатики ООП на основе объектно ориентированного проектирования:

наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектиро вания, предполагающий использование унифицированного языка модели рования в процессе выполнения учебных заданий;

реализации объектно-ориентированной декомпозиции в процессе ООП, предполагающий осуществление поиска классов и отношений между ними;

автоматизации создания объектно-ориентированного программно го кода с использованием средств объектно-ориентированного проектиро вания, предполагающий применение учебных CASEсредств для генери рования программного кода на основе диаграмм классов языка моделиро вания;

сочетания организационных форм обучения ООП в условиях реа лизации метода проектов, предполагающий целесообразное использование индивидуальной, групповой и коллективной форм работы на каждом этапе выполнения проекта по разработке учебных программ.

С целью диагностики обученности будущих учителей информатики ООП на основе системы уровней осознанности и сформированности дей ствий Беспалько В.П. разработаны требования к репродуктивному, адап тивному, эвристическому и творческому уровням обученности. На репро дуктивном уровне знание возможностей ООП, умение реализовывать по образцу классы объектов в программном коде. На адаптивном уровне знание взаимосвязи между программным кодом и диаграммой классов языка моделирования, умение создавать по аналогии объектно ориентированный программный код на основе диаграмм классов языка моделирования. На эвристическом уровне знание принципов ООП, уме ние осуществлять поиск, определение и «отбраковку» классов объектов, объектно-ориентированную декомпозицию, обосновывать выбор диаграм мы языка моделирования, использовать CASE-средства. На творческом уровне знание этапов разработки программного обеспечения, умение са мостоятельно моделировать различные системы и процессы, создавать по вторно используемый программный код, осуществлять поиск оптимальных проектных решений.

Основываясь на теоретических подходах к построению модели обучения и отбору содержания образования (Никандров Н.Д., Пидкасистый П.И., Селевко Г.К., Хуторской А.В. и др.), на сформулированных принципах совершенствования методики обучения ООП, на требованиях к уровням обученности, в исследовании разработана описательная модель обучения ООП во взаимосвязи с объектно ориентированным проектированием, состоящая из совокупности концептуального, содержательного, технологического и диагностического компонентов.

Концептуальный компонент модели предполагает постановку цели и задач обучения. Определено, что целью обучения является формирование системы знаний об ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием. Поставленная цель может быть достигнута в ходе решения следующих задач: формирование объектно-ориентированного стиля мышления;

изучение возможностей ООП при моделировании различных систем и процессов, путей создания повторно используемого программного кода;

подготовка к работе над учебными проектами в области ООП;

организация самообразовательной и исследовательской деятельности студентов в процессе обучения в вузе.

Содержательный компонент модели предполагает блочно модульное представление структуры содержания обучения, включающей базовый и профильные блоки, отражающие содержание обучения будущих учителей информатики и разработчиков программного обеспечения.

Технологический компонент модели предусматривает целесообразное использование организационных форм, методов и средств обучения ООП, направленных на реализацию взаимосвязи с объектно ориентированным проектированием.

Диагностический компонент модели предполагает реализацию промежуточного и итогового контроля уровня обученности адекватно сформулированным требованиям.

Таким образом, обоснованные и сформулированные принципы совершенствования методики обучения ООП на основе объектно ориентированного проектирования, а также требования к уровням обученности позволили разработать модель обучения ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.

Во второй главе разработана блочно-модульная структура содержания обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обосновано сочетание организационных форм, методов и средств обучения, представлены методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

На основании разработанных принципов совершенствования методики обучения ООП и содержательном компоненте модели разработана блочно-модульная структура содержания обучения, включающая базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно ориентированного проектирования», отражающий инвариант содержания обучения для специалистов в области информатики, и профильные блоки «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств», отражающие содержание обучения для будущих учителей информатики и разработчиков программного обеспечения соответственно.

Базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно ориентированного проектирования» включает следующие модули: история и роль объектно-ориентированного подхода;

основные положения объектно-ориентированного подхода;

обзор объектно-ориентированных языков программирования;

принципы ООП;

основы объектно ориентированного проектирования.

Первый профильный блок «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» включает следующие модули: объектно-ориентированное проектирование с использованием унифицированного языка моделирования;

виды отношений между классами объектов;

подходы к классификации в объектно-ориентированном проектировании;

объектно ориентированное проектирование с использованием языка моделирования;

объектно-ориентированная декомпозиция;

моделирование различных систем и процессов.

Второй профильный блок «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств» включает следующие модули: автоматизированные средства объектно ориентированного проектирования;

этапы разработки программного обеспечения;

создание повторно используемого программного кода в библиотеках классов объектов;

объектно-ориентированное конструирование и архитектура программных систем.

На основании разработанной блочно-модульной структуры содержания обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования обосновано сочетание организационных форм и методов обучения будущих учителей информатики, отражающих взаимосвязь ООП и объектно-ориентированного проектирования. Представлены следующие организационные формы обучения: индивидуальная работа по выполнению заданий, включающих использование 12 классов объектов и позволяющих проверить знания синтаксиса языка программирования и нотаций диаграммы классов языка UML;

групповая работа по выполнению лабораторных работ, использующих в среднем 310 классов объектов и позволяющих на практике изучать применение принципов ООП;

групповая и индивидуальная работа по выполнению кратко- и среднесрочные проектов, использующих 1025 классов объектов и дающих возможность осваивать объектно-ориентированную декомпозицию;

коллективная работа по выполнению долгосрочных проектов, организуемых несколькими кафедрами университета, имеющих координационный центр, и направленных на повышение качества обучения, работу над факультетскими исследованиями. В качестве основного метода обучения предложен метод проектов.

В исследовании разработаны методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики ООП на базе унифицированного языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, содержащие: 1) обоснование выбора типа декомпозиции, предусматривающие на начальном этапе обучения реализацию объектно-ориентированной декомпозиции, предполагающую формирование представлений об ООП и объектно ориентированном проектировании, знаний об этапах разработки программного обеспечения, выработку умений нахождения и определения классов объектов, установления отношений между ними, а на заключительном этапе обучения использовать алгоритмическую декомпозицию;

2) рекомендации по организации и выполнению «сюжетных заданий» (Балл Г.А., Герасименко И.Ф., Фридман Л.М. и др.) содержащие технологию их применения в процессе обучения ООП, направленную на формирование общего подхода к реализации объектно ориентированного проектирования в разрешении проблемных ситуаций;

3) обоснование выбора объектно-ориентированного языка программирования содержит описание существующих объектно ориентированных языков программирования (С#, Java, Visual Basic.NET, C++, Object Pascal и др.), а также рекомендации по использованию языка программирования для обучения ООП. При этом отмечена целесообразность обучения нескольким языкам программирования, обеспечивающим знакомство с различными языковыми конструкциями.

Представлена технология использования языков Java и Visual Basic.NET в процессе обучения ООП;

4) рекомендации по использованию языка UML и пакета BlueJ, разработанные на основе исследований Барнса Д., Коллинга М., содержат технологию работы со специальными инструментами (CASEсредствами), которые позволяют создавать программный код на основе диаграмм UML, таких, как IBM Rational, Borland Together. Выявлено, что большая часть этих инструментов не соответствует целям обучения основам ООП, в связи с чем для обучения ООП рекомендуется использовать пакет BlueJ. Рассмотрены возможности пакета BlueJ: создание визуальных элементов UML (классов объектов и отношений между ними), компиляция программного кода, выполнение методов классов объектов в процессе их написания, автоматическое создание документации на основе созданного программного кода.

Представлена технология работы с пакетом BlueJ.

Педагогический эксперимент для проверки уровня обученности бу дущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования был проведен в три этапа (констатирующий, обучающий и контрольный) в рамках курса «Программирование» для будущих учителей информатики с 2006 по 2008 годы на базе Московского государственного областного университета физико-математического факультета. В экспери менте участвовало 154 студента (77 человек в контрольной группе и 77 че ловек в экспериментальной группе). Для оценки результатов обучения бы ли выделены следующие уровни обученности ООП: репродуктивный, адаптивный, эвристический и творческий.

Организация педагогического эксперимента осуществлялась таким образом, чтобы значимые факторы (контингент студентов, исходный уро вень подготовки в области информатики) не повлияли на результат экспе риментальной работы. В процессе педагогического эксперимента проводи лись оценка результатов деятельности студентов, анкетирование, тестиро вание, статистическая обработка и анализ полученных данных. Для про верки гипотезы проведена апробация разработанной модели обучения бу дущих учителей ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проек тированием.

На констатирующем этапе в контрольной и экспериментальной группах проводились анкетирование и тестирование студентов по опреде лению уровня обученности в области ООП, которые показали, что на ре продуктивном уровне обученности находятся 52 студента (67,5%) кон трольной группы и 54 студента (70,1%) экспериментальной группы. Была выдвинута нулевая гипотеза (Н0) уровень обученности будущих учите лей информатики одинаков в контрольной и экспериментальной группах.

Альтернативная гипотеза (Н1) заключалась в том, что уровень обученности будущих учителей информатики в экспериментальной группе выше, чем в, ( эксп.) i m( контр.) i ) n (m контрольной группе. По критерию Пирсона: эмп. = m( контр.) i i = где m( эксп.)i частота iтой экспериментальной группы выборки;

m( контр.)i частота iтой контрольной группы выборки, определено эмп. = 0,074 и крит. = 7,815 на уровне значимости р0,05. Значение эмп. попадает в об 2 ласть допустимых значений, так как оно меньше значения крит., поэтому можно принять гипотезу (H0), как более правдоподобную, это означает, что студенты контрольной и экспериментальной групп находятся на при мерно одинаковых уровнях обученности.

На обучающем этапе студенты контрольной группы изучали ООП по традиционной методике на основе алгоритмической декомпозиции и на примерах построения графического интерфейса пользователя. Обучение студентов экспериментальной группы осуществлялось по предложенной нами методике обучения ООП на основе объектно-ориентированного про ектирования.

На контрольном этапе эксперимента проводились тестирование и выполнение учебного проекта, по результатам которых были выявлены достигнутые студентами уровни обученности ООП на основе объектно ориентированного проектирования. Оценка выполнения учебного проекта основывалась на использовании следующих методик: мотивации к успеху и избеганию неудач Элерса Т., системы интересов Хеннига В., определе ния уровня рефлексивности Карпова А.В. и Пономаревой В.В.;

оценки диаграмм классов UML по критериям качеств, предложенным Чидамбе ром С. и Кемерером К.;

на анализе протоколов реализации студентами объектно-ориентированного проектирования и продуктов учебной дея тельности;

опросник определения уровня самостоятельной работы студен тов, разработанный и апробированный в рамках нашего исследования. В экспериментальной работе был отобран блок показателей по выявлению уровня обученности ООП на основе объектно-ориентированного проекти рования будущих учителей информатики. Для определения значимости данных все показатели были сгруппированы в девять блоков: протоколы реализации студентами объектно-ориентированного проектирования, тес ты, рефлексия и шесть показателей качества диаграммы классов языка мо делирования, предложенные Чидамбером С. и Кемерером К. Присвоение каждому показателю ранга (от 1 до 9) было осуществлено с помощью экс пертной группы, состоящей из 10 преподавателей московских вузов. Для выявления согласованности групповых оценок был использован коэффи циент конкордации W (общий коэффициент ранговой корреляции для группы экспертов по методике Кендалла). Коэффициент конкордации W nm m(n 1) S ;

S = Rij, где n вычисляется по формуле: W = 2 3 m (n n) i =1 j =1 число показателей, m число экспертов, S коэффициент вариации отно сительно среднего ранга, Rij – ранг i-го показателя, присвоенный j-м экс пертом. Полученный коэффициент конкордации W = 0,54 соответствует средней согласованности экспертных мнений. Согласно экспертной оценки наиболее значимыми показателями в проводимом исследовании являются качество диаграмм классов языка моделирования и тестирование. На осно ве данных показателей было определено, что число студентов, достигших эвристического уровня обученности после обучения по предложенной на ми методике в экспериментальной группе составило 42 человека (54,5%), а в контрольной группе 26 человек (33,8%), творческого уровня обученно сти в экспериментальной группе достигли 5 человек (6,5%), а в контроль ной группе 1 человек (1,3%). Полученное значение критерия 2 Пирсона эмп. = 20,312 превышает табличное значение крит. = 7,815 на уровне зна чимости р0,05, т.е. с вероятностью 95% можно принять выдвинутую в ис следовании гипотезу (H1) о том, что уровень обученности будущих учите лей информатики в экспериментальной группе выше, чем в контрольной группе.

Таким образом, педагогический эксперимент показал, что обучение будущих учителей информатики ООП на основе объектно ориентированного проектирования повышает их уровень обученности в области осуществления процесса поиска классов объектов и отношений между ними, в области наглядного представления классов объектов и от ношений между ними;

в области автоматизации создания объектно ориентированного программного кода с использованием языка моделиро вания и инструментальных средств объектно-ориентированного проекти рования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. Анализ научно-методических подходов к обучению специали стов в области информатики показал, что обучение ООП в основном осу ществляется через структурное программирование, построение графиче ского интерфейса пользователя и не направлено на наглядное представле ние классов объектов и отношений между ними. При этом обучение ООП не взаимосвязано с объектно-ориентированным проектированием. Показа на необходимость совместного использования унифицированного языка моделирования, являющегося средством объектно-ориентированного про ектирования, и автоматизированных средств генерирования объектно ориентированного программного кода. Обоснована целесообразность со вершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обеспечи вающая реализацию объектно-ориентированной декомпозиции, наглядно сти представления классов объектов с использованием унифицированного языка моделирования и автоматизации создания объектно ориентированного программного кода с использованием инструменталь ных средств объектно-ориентированного проектирования. Выявлены сле дующие условия совершенствования методики обучения будущих учите лей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектиро вания: доминирование объектно-ориентированной декомпозиции по отно шению к алгоритмической декомпозиции в процессе обучения ООП, на правленное на изменение стиля мышления обучаемого с алгоритмического на объектно-ориентированный;

выполнение сюжетных заданий, предпола гающих использование средств объектно-ориентированного проектирова ния.

2. Обоснованы и сформулированы принципы совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования: наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектирования;

реализации объектно ориентированной декомпозиции в процессе ООП;

автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием средств объектно-ориентированного проектирования;

сочетания организационных форм обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования в условиях реализации метода проектов. Сформулированы требования к репродуктивному, адаптивному, эвристическому и творческому уровням обученности будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования.

3. Разработана описательная модель обучения будущих учителей информатики ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием как совокупность следующих компонентов учебного процесса: концептуального, направленного на постановку цели и задач обучения;

содержательного, направленного на отбор содержания обучения и, включающего базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно-ориентированного проектирования» и профильные блоки:

«Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств»;

технологического, направленного на реализацию сочетания организационных форм, методов и средств обучения ООП;

диагностического, направленного на выявление уровня обученности будущих учителей информатики в данной области.

4. Разработана блочно-модульная структура содержания обуче ния ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, вклю чающая базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно ориентированного проектирования», отражающий инвариант содержания обучения для специалистов в области информатики, и профильные блоки «Объектная модель разработки программного обеспечения с использова нием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств», отражающие содержание обучения для будущих учителей ин форматики и разработчиков программного обеспечения, соответственно.

Обосновано сочетание организационных форм и методов обучения буду щих учителей информатики, отражающих взаимосвязь ООП и объектно ориентированного проектирования. В качестве основного метода обучения выбран метод проектов.

5. Разработаны методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики ООП на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, содержащие: обоснование выбора типа декомпозиции;

рекомендации по организации и выполнению сюжетных заданий в ООП;

обоснование выбора объектно-ориентированного языка программирования;

рекомендации по использованию языка UML и пакета BlueJ.

Осуществлена экспериментальная проверка уровня обученности будущих учителей информатики ООП на основе объектно ориентированного проектирования. Полученные результаты педагогического эксперимента показали, что после обучения по предложенной методике количество студентов на эвристическом уровне обученности в экспериментальной группе составило 54,5%, а в контрольной группе 33,8%, на творческом уровне обученности в экспериментальной группе составило 6,5% студентов, а в контрольной группе 1,3%. Результаты экспериментального исследования с вероятностью 95% согласуются с выдвинутой в исследовании гипотезой о том, что методика обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования повышает уровень обученности будущих учителей информатики, о чем свидетельствует полученное значение критерия 2 Пирсона эмп. = 20,312, которое превышает табличное значение крит. = 7,815 на уровне значимости р0,05.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в публикациях:

Статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК МОН РФ:

1. Петров А.Н. Проблемы обучения студентов объектно ориентированному программированию. //Вестник университета Россий ской академии образования. М. 2008 г. – № 3. – С. 99100.

Статьи:

2. Петров А.Н. Основные подходы к обучению студентов объектно ориентированному программированию и проектированию //Фундаментальные исследования. – М.: «Академия Естествознания».

2008. № 4. – С. 8082.

3. Петров А.Н. Особенности методики обучения студентов объектно ориентированному программированию и проектированию //Современные наукоемкие технологии. – М.: «Академия Естествознания». – 2008. № 5.

– С. 126128.

4. Петров А.Н. Обучение студентов основам объектно ориентированного проектирования с использованием языка UML и пакета BlueJ //Фундаментальные исследования. Ч. 3. М.: Академия Естествозна ния». 2007 г. № 12. С. 489491.

5. Петров А.Н. Обучение студентов-информатиков объектно ориентированному программированию с использованием языка UML //Материалы ХVIII Международной конференции «Применение новых технологий в образовании». 2728 июня 2007, г. Троицк. С. 4344.

6. Петров А.Н. Проблемы обучения студентов объектно ориентированному программированию. //Материалы Третьей междуна родной научно-практической конференции «Актуальные вопросы методи ки преподавания математики и информатики». 16 апреля 2008, г. Биро биджан. С. 110113.

7. Петров А.Н. Совершенствование методики обучения студентов объектно-ориентированному программированию //Высшее образование для ХХI века: V международная научная конференция, Москва, 1315 но ября 2008 г. – М.: Изд-во Моск. гуманит. ун-та, 2008. С. 6166.

8. Петров А.Н. Теоретические основы методики обучения студентов объектно-ориентированному программированию и проектированию.

Учебно-методическое пособие. – М.: Компания Спутник +, 2008. – 24 с.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.