Абиссова Марина Алексеевна
кандидат педагогических наук, доцент кафедры физики, математики и информатики, Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова, Санкт-Петербург
MarAbyss@yandex.ru

Атоян Айкануш Ашотовна
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург
 AA9853@mail.ru

Сервисы обучения RAD-программированию для активизации познавательной деятельности студентов при обучении информатике и математике

Аннотация:
Рассматриваются результаты исследований авторов в области применения сервисной методологии педагогики к обучению студентов RAD-программированию, информатике и математике. Обсуждаются методические и психологические аспекты активизации познавательной деятельности студентов.

Ключевые слова:
сервисы обучения, RAD-программирование, информатика, математика, виды мышления

В 80-х годах XX века содержание учебной дисциплины "Информатика" [1] [2], введенной для всеобщего изучения в средней и высшей школе, главным образом  представляло собой программирование. Прикладными программами в те годы назывались программы, разработанные самим пользователем компьютера для решения своих прикладных задач. Понятия прикладного программиста и пользователя компьютера фактически были тождественными. За последние три десятилетия развитие информатики привело к возникновению многочисленных новых областей и разделов в ее составе и даже к смене приоритетов. Революцию вызвало появление пакетов прикладных программ (ППП), которые и стали приоритетными для применения массовым пользователем компьютера.

Кто же программирует сейчас? В процессе профессиональной деятельности - программисты (один очень узкий класс [3] из многочисленных классов современных ИТ-специалистов), разработчики новых прикладных математических методов [4-6] (классические математические методы реализованы в средах специальных математических ППП). В процессе учебной деятельности - школьники, учителя информатики, студенты физико-математических, технических и ИТ-направлений, преподаватели соответствующих дисциплин (программирование, вычислительная математика, математическое моделирование и других). Метапрограммисты [6, 7] (продвинутые программирующие пользователи компьютера) программируют всегда и везде главным образом потому, что им это интересно.

При обучении в высшей школе программируют, как правило, те студенты, что углубленно изучают информатику или математику [4]. Современное профессиональное программирование - это программирование в средах RAD-систем [1], основанное на технологиях визуального и событийного программирования. RAD - это аббревиатура от Rapid Application Development, что в переводе на русский язык означает быстрая разработка приложения (программы). Опыт использования [4] при обучении программированию таких RAD-систем, как Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C++, Microsoft Visual C#, Borland C++ Builder, Borland Java Builder, Borland Delphi, Digital Visual Fortran и других демонстрирует устойчивую тенденцию к активизации познавательной деятельности, устойчивую тенденцию роста интереса у обучаемых и к программированию, и к прикладной математике. Причина этого кроется в реализации с помощью RAD-систем педагогического принципа наглядности при изучении программирования и прикладной математики. Благодаря технологиям визуального и событийного программирования у обучаемых активизируются такие виды мышления, как теоретическое образное, наглядно-образное, действенное, а за счет этого разгружается понятийное мышление. Заметим, что при использовании специализированных математических ППП алгоритмы реализации соответствующих математических методов оказываются скрытыми от студента, что при обучении будущих математиков или программистов является скорее минусом.

Внедрение RAD-систем в процесс обучения программированию сопряжено с рядом проблем. Установка не контрафактной коммерческой версии RAD-системы на один компьютер оценивается, как правило, в несколько сотен тысяч рублей. В сфере образования нашей страны широко распространены системы программирования 80-х годов ХХ века, такие как Quick Basic, QBasic, Turbo Pascal, Turbo C++. С тех пор укоренились методики обучения программированию, привязанные к пользовательскому интерфейсу подобных систем. Эти системы программирования не являются RAD-системами, они не поддерживают визуальных и событийных технологий, хотя последние версии некоторых из них с той или иной полнотой поддерживают объектно-ориентированную парадигму. В настоящее время эти системы не представляют большого интереса для современного коммерческого программирования. Кроме того, эти системы были разработаны для MSDOS и не работают корректно с последними версиями Windows. Несмотря на все это, среди преподавателей программирования широко распространено мнение, что изучение Turbo Pascal и ему подобных систем - это необходимый этап при изучении программирования. Авторы данной статьи считают эту точку зрения в целом ошибочной, хотя признают справедливость некоторых аргументов тех, кто ее поддерживает. Очевидно, что нельзя базовыми навыками студента считать работу с графическим интерфейсом современной операционной системы и изучать при этом несовместимые с ней системы программирования. Этим системам и жестко привязанным к ним методикам обучения следует искать какую-то замену. Также следует заметить, что описанные выше проблемы для своего решения требуют творческих нетривиальных и в то же время очень осторожных подходов. Методика преподавания программирования сложилась значительно раньше, чем представление об информатике, как о новой области знаний. Нельзя ограничить новации тем, что просто установить на учебные компьютеры RAD-системы и обязать студентов ими пользоваться вместо прежних систем программирования, а часто именно так и поступают. Вводя новое, следует стараться не навредить. Вместе с тем ничего не менять - тоже нельзя. Существующие мнения о методике обучения программированию часто опираются на некорректные обобщения - то, что действительно справедливо лишь для конкретного исторического этапа развития программирования, объявляется общими принципами для обучения программированию вообще. В процессе разработки новых методик обучения программированию необходимо выявлять такие некорректные обобщения. В науке вообще и в педагогической науке в частности чаще используются дедуктивные методы. Дедуктивные методы - это не все возможные методы исследования, а в условиях существования некорректных обобщений их вообще следует применять с осторожностью. В процессе разработки новых методик обучения программированию необходимо применять индуктивные и эвристические методы исследований.

Именно для решения проблем обучения, подобных описанным выше, когда поиск решений должен быть оперативным, осторожным и нетривиальным, следует, на наш взгляд, использовать сервисную методологию обучения [8]. Обоснование целесообразности сервисной методологии как нового научного направления при обучении информатике, математике и, в частности, программированию, обоснование целесообразности ввода научного понятия сервиса обучения (СО) и развернутого описания его сущности целями данной статьи не являются. Этому посвящены другие работы авторов и их коллег [4, 7, 8, 9], а здесь будет приведена по этому поводу лишь следующая краткая информация. Сервисная методология обучения информатике постепенно складывается в процессе научно-педагогической работы авторов и их коллег начиная приблизительно с 2002-2003 года. Далее в статье, говоря "мы", авторы имеют в виду также и этих своих коллег. Среди них можно в частности назвать [1, 4, 6, 8, 9] профессоров Г.В. Абрамяна, Р.Р. Фокина, доцентов А.А. Емельянова, Г.Р. Катасонову, старшего преподавателя И.И. Дзержинского, которые работают в РГПУ им. А.И. Герцена и в других вузах. Сервис обучения – это введенный нами новый педагогический термин, его можно определить как совокупность возникающей в процессе обучения некоторой конкретной задачи (проблемы) и непустого множества ее решений. Обоснованию целесообразности сервисного подхода к методике обучения информатике и математике посвящено ряд наших научно-педагогических работ [1,4,7,8]. Существенным подкреплением этих наших идей послужило появление начиная приблизительно с 2004 года зарубежных и отечественных научных работ, посвященных возникновению новой области знаний - науки о сервисах, управлении и инжиниринге [2,8], по английски - Service Science, Management and Engineering (SSME), которая позиционируется как универсальная метанаука, являющаяся развитием информатики и идущая ей на смену. Понятие сервиса, естественно, является в SSME основным, оно рассматривается как фундаментальное для всей современной науки (включая педагогику) и имеет значение равное, если не большее, чем понятие информации. Заметим, что термин SSME и рассмотрение сервиса как фундаментального понятия для всей современной науки изначально был предложен исследовательским центром корпорации IBM, которая когда-то стояла у истоков возникновения информатики как науки и понятия информации как фундаментального понятия. Особую роль специалисты IBM видят в применении принципов SSME к преподаванию информатики и информационных технологий (ИТ) в современной высшей школе. Сервисная методология обучения реализуется путем применения конкретных СО. Рассмотренные ниже СО программированию были нами разработаны и с успехом (в смысле активизации познавательной деятельности студентов) внедрены в учебный процесс ряда вузов [1,4].

Сервис начального обучения программированию применением сценарных языков (СНОППСЯ) предлагает в качестве замены Turbo Pascal и ему подобным системам использовать такие сценарные языки, как, например, Visual Basic for Application (VBA), Visual Basic Script (VBS), Java Script (JS). При этом решается проблема, связанная с высокой стоимостью коммерческих RAD-систем. Для применения VBA достаточно иметь широко распространенный ППП Microsoft Office. Для применения HTML+VBS и HTML+JS достаточно иметь простейший текстовый редактор (например, Блокнот) и Web-браузер (например, Internet Explorer или Google Chrome). Если применять эти языки на этапе начального обучения программированию, то визуальные и событийные технологии можно почти и не использовать в случае VBS и JS (только для интерактивного ввода), и не использовать вовсе в случае VBA. В случае VBA возможен интерактивный ввод из ячейки документа Excel, а вывод можно осуществлять в различные документы Microsoft Office и на Web-страницы. С точки зрения практического использования в будущей учебной и профессиональной деятельности предпочтительным на наш взгляд является применение VBA, поскольку большинство документов в настоящее время представлены именно в форматах Microsoft Office, а студент при этом становится способным организовать автоматизированную обработку таких документов.

Приведем формальное описание СНОППСЯ. Проблема: как обеспечить начальное обучение программированию:

1) без конфликтов с последними версиями Windows;

2) не нарушая авторских прав и не прибегая к большим материальным затратам;

3) с возможностью наглядной практической демонстрации без большого количества операторов таких базовых терминов, как последовательное выполнение операторов, ветвление, цикл, подпрограмма, причем двумя способами: способ 1 - без использования визуальных и событийных технологий (при этом старые методические разработки легко адаптируются и применяются); способ 2 - с использованием этих технологий (при этом легкой адаптации старых методических разработок не достаточно). Множество решений содержит три решения. Решение 1 - использование VBA + Microsoft Office. Решение 2 - использование VBS + HTML. Решение 3 - использование JS + HTML.

Сервис начального обучения программированию применением консольного режима (СНОППКР) предлагает в качестве замены Turbo Pascal и ему подобным системам разрабатывать консольные приложения с помощью современных RAD-систем. В результате можно использовать среды, во многом похожие на Turbo Pascal. При этом старые методические разработки легко адаптируются и применяются и сохраняется совместимость с последними версиями Windows.

Сервис параллельного применения нескольких современных систем программирования (СППНССП) позволяет студентам за относительно короткое время и с высоким качеством обучиться применению визуальных и событийных технологий программирования, параллельно работая в нескольких RAD-системах. Студент, который каким-то образом прошел начальный этап обучения программированию и имеет представление, например, о языке C++ после этого может на втором этапе приступать к изучению визуальных и событийных технологий программирования на базе, например, Microsoft Visual C++ 2010. Наша практика преподавания показывает, что на втором этапе обучение для студента идет трудно, несмотря на реализацию на этом этапе принципа педагогической наглядности. Дело в том, что в данном случае не имеет места никакой разгрузки понятийного мышления за счет других его видов. Такая разгрузка происходит, если смысловую нагрузку при обучении несет только понятийное мышление и эта смысловая нагрузка частично переходит на различные образные и действенные ассоциации. Гильберт показал, например, что при изучении геометрии ее сущность выражают исключительно понятия, а чертежи – это только разгрузочные образные ассоциации. А вот на втором этапе изучения современного программирования, как и при музицировании, и при рисовании, теоретическое образное, наглядно-образное и действенное мышление тоже принимают непосредственное участие в усвоении учебной информации – пиктограмм, меню, специфических движений пальцев рук. Для обучаемого имеет место психологически очень тяжелая ситуация, при которой одновременно все виды мышления загружены смысловой нагрузкой и разгружаться им просто некуда. В данном случае разгрузка может наступить либо за счет уменьшения темпа обучения, либо за счет многократного повторения восприятия обучаемым одного и того же учебного материала, либо за счет того и другого. Данный сервис предлагает проходить одну и ту же тему на базе различных RAD-систем, а, если удастся, решать одну и ту же учебную задачу несколько раз на базе различных RAD-систем. Для наглядности приведем пример по изучению визуальных и событийных технологий на базе Visual Basic, Visual C++ и Visual C#: Тема 1. Простейшие элементы управления и события. Задача 1.1: нужно разработать программу, которая будет работать следующим образом: появляется форма с кнопкой и меткой, при нажатии на кнопку на метке появляется текст "Спасибо!". Студенты получают по этой задаче 3 задания: 1) разработать эту программу с помощью Microsoft Visual Basic 2010; 2) разработать эту программу с помощью Microsoft Visual C++ 2010; 3) разработать эту программу с помощью Microsoft Visual C# 2010. При выполнении задания 1 студент сосредоточен именно на новых визуальных и событийных технологиях, простой вид операторов Visual Basic помогает ему в этом. При выполнении задания 2 студент видит реализацию тех же самых идей и образов, но с помощью значительно более сложных операторов C++, которые он при этом вспоминает (предполагается, что С++ как язык он изучал до этого). При выполнении задания 3 студент снова видит реализацию тех же самых идей и образов, но с помощью более простых и более рационально построенных операторов C# (по сравнению с C++), которые он при этом осваивает (желателен предварительный краткий экскурс по C# в консольном режиме). Затем следует задача 1.2 с аналогичными 3 заданиями и далее аналогично.

Абстрактный сервис правового регулирования использования программного обеспечения для обучения (АСПРИПОО). Проблема: организация обучения студентов таким образом, чтобы у разработчиков применяемого программного обеспечения (ПО) не было правовых оснований для санкций в отношении учебного заведения, преподавателей и студентов. Сервис является абстрактным, поскольку содержит абстрактные компоненты - по аналогии с абстрактными классами. Цель абстрактного сервиса состоит в обозначении и частичной формализации проблем и решений. Непосредственно указанные решения являются абстрактными, частичными, неполными. Они не могут быть практически применены. Решения, которые могут быть практически применены должны быть разработаны для конкретных условий обучения. Множество решений содержит 2 абстрактных решения. Решение 1 - правовое регулирование путем заключения договоров между учебным заведением и разработчиком соответствующего ПО. Авторы были свидетелями того, что вуз при наличии договоров с Microsoft и IBM (правообладатель различных математических ППП) получал ПО от них за символическую плату, либо бесплатно. При этом в договорах фиксировалось, что соответствующее ПО может вузом использоваться только для целей обучения. Решение 2 - правовое регулирование, основанное на том, что собственность конкретного частного лица (студента, преподавателя) не может быть досмотрена без его согласия без санкции прокурора. Например, преподаватель может просить студентов использовать собственные ноутбуки для выполнения некоторых практических заданий, которые в этом случае должны носить рекомендательный характер. АСПРИПОО можно применять не только к обучению программированию. В наших работах [3] [4] [7] описаны следующие СО информатике и математике в высшей школе, которые могут быть применены к обучению программированию: Инструментальный сервис организации комбинированного занятия (ИСОКЗ) - поскольку при обучении RAD-программированию наиболее эффективны именно комбинированные занятия, сочетающие возможности лекции и лабораторного занятия, получения и закрепления полученных знаний. Инструментальный сервис двух каналов коммуникации (ИСДКК) при обучении - поскольку при обучении RAD-программированию необходимо обеспечить эффективную работу левого и правого полушарий мозга студента. Инструментальный сервис регулирования ресурсов и структурирования (ИСРРС) - поскольку обучение RAD-программированию сопряжено со сложными многоаспектными проблемами.

Литература

1. Абрамян Г.В., Фокин Р.Р. Метамодель обучения информационным технологиям в высшей школе: Монография. / Г.В. Абрамян, Р.Р. Фокин - СПб: изд-во СПбГУСЭ, 2011

2. Копыльцов А.В., Румянцев И.А., Абрамян Г.В., Ильина Т.Ю. Научные направления исследований Петербургского отделения АИО. // Педагогическая информатика. Научно-методический журнал. Специальный выпуск - 210 лет РГПУ им. А.И. Герцена. Москва. 2006, № 6 – С.11-14

3. Фокин Р.Р., Абиссова М.А. Проблемы обучения коллектива разработчиков программного обеспечения, обучения информатике, информационным технологиям и информационной безопасности в высшей школе // Вестник Нижневартовского государственного гуманитарного университета. Физико-математические и технические науки. № 1 2013 г. – Нижневартовск: изд-во НГГУ, 2013 – 94 с. – С. 77-85.

4. Фокин Р.Р., Абиссова М.А., Дзержинский И.И. Педагогические инновации в высшей школе: обучение информационным технологиям и вычислительной математике специалистов сферы сервиса. Монография / Р.Р. Фокин, М.А. Абиссова, И.И. Дзержинский – СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2011. – 187 с.

5. Абрамян Г.В., Катасонова Г.Р. Модель использования информационных технологий управления в системе преподавания информатики // Письма в  Эмиссия.Оффлайн (The Emissia.Offline Letters): электронный научный журнал. - 2012, №10 (октябрь). ART 1890 .  –URL: http://www.emissia.org/offline/2012/1890.htm . – Объем 0.5 п.л. [Дата обращения 30.10.2013]

6. Абрамян Г.В., Катасонова Г.Р. О методике проведения практических занятий по информационным технологиям управления бакалаврам управленческих специальностей // Вестник Нижневартовского государственного гуманитарного университета. Физико-математические и технические науки. № 1 2013 г. – Нижневартовск: изд-во НГГУ, 2013 – 94 с. – С. 3-5.

7. Фокин Р.Р., Абиссова М.А. Сервисы обучения информационной безопасности в курсе информатики для студентов гуманитарных и социально-экономических специальностей. // Педагогическая информатика. Научно-методический журнал. Специальный выпуск - 210 лет РГПУ им. А.И. Герцена. Москва. 2006, № 6 – С.115-117

8. Абрамян Г.В., Фокин Р.Р., Абиссова М.А., Емельянов А.А. Сервисы обучения информатике и новая наука о сервисах, управлении и инжиниринге как основы инновационной деятельности в современной высшей школе // Письма в Эмиссия.Оффлайн (The Emissia.Offline Letters): электронный научный журнал. 2012, №4(апрель). ART 1783 .  - URL: http://www.emissia.org/offline/2012/1783.htm . – Гос.рег. 0421000031. - ISSN 1997-8588. – Объем 0.5 п.л. [Дата обращения 30.10.2013]

9. Абрамян Г.В., Катасонова Г.Р. Требования к структуре и содержанию системы преподавания информатики и информационных технологий управления по направлению подготовки Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в области государственного и муниципального управления в современных условиях // Письма в Эмиссия.Оффлайн (The Emissia.Offline Letters): электронный научный журнал.  2012, №10(октябрь). ART 1887. – URL: http://www.emissia.org/offline/2012/1887.htm . – Объем 0.5 п.л. [Дата обращения 30.10.2013]

Рекомендовано к публикации:
А.А.Ахаян, доктор педагогических наук, член Редакционной Коллегии

_____

Marina A. Abyssova
Candidate of pedagogical sciences, Associate Professor of the department of physics, mathematics and computer science, I.P. Pavlov First Saint-Petersburg State Medical University, Saint-Petersburg
MarAbyss@yandex.ru 

Aykanush A. Atoyan
Candidate of physical and mathematical sciences, Associate Professor of the department of mathematics, A.F. Mozhaisky Military space Academy, Saint-Petersburg
AA9853@mail.ru

Services training of RAD-programming to enhance the cognitive activity of students in teaching computer science and mathematics

Discusses the results of the research of the authors in the field of application service methodology to train students of RAD-programming, computer science and mathematics. Discusses methodological and psychological aspects of enhancing cognitive activity of the students.

Key words:
services training, RAD-programming, computer science, mathematics, kinds of thinking