WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Задач, так или иначе отвечающих требованиям сложности, достаточно много, и потому разумно будет их классифицировать, объединив по тематике, и каждый блок положить в основу отдельного курса. Каждый курс будет представлять собой независимый модуль, но в совокупности курсы образуют систему, где системообразующими факторами являются сложность задачи и возможность изучить максимально широкий спектр методов построения алгоритмов.

Формирование содержания курсов и построение системы задач наряду с принципом сложности опирается на принципы открытости и нелинейности.

Система задач для изучения каждого элективного курса – модуля – строится так, чтобы была возможность гибко реагировать на индивидуальность отдельного ученика или группы учеников. Должна быть возможность дополнения ее задачами более сложными, или равноценными по сложности вариантами исходной задачи, или новыми вопросами и заданиями в рамках уже решенной задачи. Должна быть и возможность некоторого упрощения задач без принципиальной потери их качества. Такие изменения можно вносить, в частности, накладывая или снимая ограничения на использование тех или иных структур данных и другого инструментария, на время исполнения алгоритма, на диапазон обрабатываемых значений и т. д. Часть вариантов и дополнений представлена в материалах по курсам, но система задач по курсам открыта для изменений, которые может внести учитель при использовании их в работе.

Процесс разработки программы, тем более процесс решения сложных задач, является нелинейным. В ходе решения предполагается выдвижение гипотезы, выбор алгоритма, его реализация и отладка, тестирование. Каждый из этих этапов предполагает возможность развития по нескольким путям (направлениям). Так, могут быть выявлены ошибки, полученные в результате неправильных действий на одном из этапов решения задачи, что приводит к возврату на этот этап и выбору альтернативного решения. И совсем уже невозможно говорить о линейности, если решение задачи находится посредством качественного скачка, ибо человеческое мышление в принципе нелинейно. Поэтому система задач должна предусматривать возможность возврата к решенным задачам на новом уровне и скачки в понимании. Причем скачок подготавливается учителем путем количественного накопления «подводящих» задач и заданий.

Выше говорилось о фундаментализации высшего образования, следовательно, обеспечить преемственность школьного и вузовского образования можно только посредством рассмотрения фундаментальных теоретических вопросов как в профильном, так и элективных курсах информатики старшей школы. Сочетать это требование с деятельностным подходом можно, если предлагаемые задачи способствуют генерированию нового теоретического знания, в частности в области моделирования и формализации, методов построения алгоритмов, преобразования различных видов информации.

На основе перечисленных принципов сформулируем требования, которые предъявляются к задачам, отобранным для элективных курсов:

  1. Решение задачи покрывает некоторые темы информатики и/или смежных наук.
  2. Задача должна предполагать использование всех этапов решения задачи:
  • формализация;
  • выбор формального метода и разработка алгоритма решения;
  • программирование и отладка;
  • тестирование.
  1. Большое количество задач с оригинальной формулировкой, т. е. задач, решение которых заранее не известно ученику.
  2. Трудоемкость решения не должна превалировать над сложностью задачи. Под трудоемкими задачами понимаем такие, что большее количество времени уходит на набор текста решения, а не на другие этапы (формализация, разработка алгоритма, отладка, тестирование).
  3. Наличие полных и частичных решений задачи, что позволяет «регулировать» сложность задачи.
  4. Решение задачи предполагает обязательное получение результата в виде готовой к исполнению программы, набора выходных файлов или иной форме.

Создание сложной задачи по информатике представляет собой сложный итерационный процесс, включающий в себя следующие этапы:

  1. Формулирование задачи: разработка идеи и подготовка текста условия задачи.
  2. Решение задачи: разработка различных алгоритмов решения, написание программы на языке программирования.

Дополнительные этапы подготовки задачи при использовании ПСРЗ:

  1. Разработка системы тестов и системы оценивания.
  2. Создание проверяющей программы для включения в состав ПСРЗ.

Сложность этого процесса увеличивается еще и тем, что на одном из его этапов может произойти полная переработка задачи, т. е. возврат к первому этапу и модификация задачи в соответствии с новыми условиями.

Приходим к выводу, что далеко не каждый учитель в состоянии самостоятельно создать сложную задачу и тем более разработать их систему. Предлагаемый элективный курс призван помочь ему в этом.

Третья глава «Построение методики обучения решению сложных задач по информатике» посвящена отбору содержания, построению системы задач и разработке ПСРЗ, определяющей особенности обучения, и проверке эффективности методики.

Спектр задач, которые можно характеризовать как сложные, достаточно широк. Однако большинство из них можно отнести к той или иной тематике и на этой основе оформить несколько отдельных, относительно самостоятельных, элективных курсов-модулей:

  1. Перебор вариантов и методы его сокращения.
  2. Динамическое программирование.
  3. Сортировка и поиск.
  4. Обработка последовательностей.
  5. Комбинаторика.
  6. Алгоритмы на графах.
  7. Элементы вычислительной геометрии.
  8. Структуры данных, задачи на технику программирования.

Можно с полной уверенностью утверждать, что представленная тематика отражает ряд ключевых вопросов теоретической информатики. Кроме того, требования, предъявляемые к программной реализации, относятся к фундаментальным положениям одного из основных видов деятельности в информатике – программированию. Теоретическая информатика «переплетается» с проблемами прикладной математики, точнее, последняя является во многих случаях аппаратом первой, что находит отражение и в тематике задач.

Помимо этих 8 разделов можно выделить еще 9й раздел, в который входят так называемые «задачи на идею», основную сложность которых составляет не знание специальных алгоритмов или трудоемкость их реализации, а нахождение взаимосвязи начальных условий задачи и требуемого результата, т. е. умения творчески подходить к решению задачи. Такие задачи могут и должны присутствовать в каждой из тем, так как именно они в большей степени развивают мышление и умение решать сложные задачи или могут быть выделены в отдельный курс, посвященный задачам на идею и задачам, не входящим ни в одну из 8 основных тем.

Для каждого курса-модуля разработаны:

  1. тематическое планирование;
  2. система задач:
  • подробный разбор стержневых задач и методические рекомендации по работе с ними (совместное обсуждение, эксперимент, тестирование);
  • задачи для самостоятельной работы;
  1. «страницы обобщения» – квинтэссенция теоретического материала, связанного с решением данной задачи или нескольких задач.

Для организации первичной проверки правильности решения задач разработана ПСРЗ, позволяющая увеличить степень самостоятельности учеников и высвободить время учителя, которое он может использовать для индивидуальной работы с учеником.

Для проверки решения на корректность ПСРЗ предполагает использование системы тестов, при этом она должна максимально полно охватывать все возможные типы исходных данных: вырожденные случаи (при заданных условиях решение задачи отсутствует), граничные случаи, на проверку алгоритма, на проверку эффективности. Прохождение всех тестов системы должно говорить о работоспособности программы.

Таким образом, ПСРЗ автоматизирует процесс проверки правильности и полноты решения и вносит элемент технологичности в работу со сложной задачей. Тем самым несколько смягчаются требования к способности учителя самому решать сложные задачи с высоким уровнем полноты – учителю оказывает методическую помощь специалист-разработчик системы тестирования данной задачи, который и наполнил ею среду. При этом учитель имеет ничем не ограниченную возможность дополнения ПСРЗ своими задачами и тестам к ним.

Основные возможности, предоставляемые ПСРЗ ученику и учителю, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Функция ПСРЗ

Ученик

Учитель

1. Управление: предъявление подборки задач для конкретного ученика

ПСРЗ – источник задач. Первая группа задач жестко определяется системой, вторая группа выбирается учеником

Средство дифференциации и индивидуализации, которое позволяет группировать задачи по уровню сложности и предоставляет ученику право выбора задач, наиболее интересных и значимых для него в дополнение к обязательным

2. Контроль: тестирование правильности и полноты решения задачи

Средство объективной проверки и оценки качества решения задачи

Освобождение учителя от необходимости подробного изучения листинга решения задачи для выявления ошибок или доказательства его работоспособности. Экономия времени, которое направляется на индивидуальную работу с учеником

3. Диагностика и ориентирование: реализация обратной связи

Получение информации, которая позволяет оценить уровень своих возможностей и достижений, своей успешности по сравнению с другими. Стимулирует активность ученика

Получение количественной и качественной информации, характеризующей деятельность ученика. Статистическая обработка данных

Но никакая система тестирования не может быть самодостаточным инструментом для проверки решений задач в процессе обучения программированию. Так, если программа успешно прошла все тесты, то учитель может организовать беседу, в ходе которой уточнить понимание учеником решения задачи (не просто догадка, а обоснованное решение), обратить внимание на реализацию некоторых элементов алгоритма и стиль программирования.

Разработанная ПСРЗ содержит систему тестирования для представленных в работе задач, включая наборы входных и выходных данных, проверяющие программы, временной контроль и контроль используемой памяти. Набор задач, наполняющих ПСРЗ, ограничен, но среда открыта для пополнения.

Экспериментальное исследование, направленное на разработку содержания курса «Методы решения сложных задач по информатике» и проверку эффективности методики преподавания названного курса, выполнялось на базе физико-математического лицея г. Кирова, Центра детского и юношеского творчества, а также на факультете информатики Вятского государственного гуманитарного университета.

На первом этапе проводилось анкетирование преподавателей и учителей, что позволило выявить актуальность проблемы, обусловленную существующим противоречием между необходимостью достаточно полного отражения той части образовательной области «Информатика», которая связана с программированием, в системе элективных курсов и отсутствием такого курса. Также первый этап эксперимента помог обозначить задачи исследования, сформулировать гипотезу исследования, наметить методику опытно-экспериментальной работы.

Второй этап экспериментальной работы был направлен на разработку, теоретическое обоснование и проверку методики преподавания модульного элективного курса «Методы решения сложных задач по информатике». В нем участвовало в общей сложности 103 старшеклассника (55 учеников в период с 1 сентября 2005 г. по 31 мая 2006 г., 48 учеников в период с 1 сентября 2006 г. по 31 мая 2007 г.). В связи с примерно одинаковым начальным уровнем подготовленности учеников, рассмотрим их как общую выборку из 94 человек.

Перед педагогическим экспериментом ставились две основные задачи. Во-первых, проверить успешность усвоения учащимися основных понятий курса, а во-вторых, определить, позволяет ли курс «Методы решения сложных задач по информатике» вырабатывать, развивать и совершенствовать у учеников методы работы, необходимые для продолжения образования в области информатики, в частности, способность эффективного решения сложных задач, методы поисковой деятельности.

Перед началом эксперимента была проведена контрольная работа с различными типами задач для выявления уровня подготовки учащихся до изучения предлагаемого элективного курса. По его завершении была предложена аналогичная контрольная работа для определения успешности освоения курса, а также для сравнения уровня подготовленности учащихся до начала эксперимента и после. Результаты выполнения контрольных работ по типам задач представлены на диаграмме (см. рис.).

Для обработки результатов педагогического эксперимента использовались методы статистического анализа, цель применения которых состояла в выявлении эффективности разработанной методики путем сравнения достижений или свойств одной и той же группы учеников в разные периоды времени. Результаты использования названных методов подтвердили положительные изменения в подготовке старшеклассников к продолжению образования в области информатики.

Таким образом, экспериментальное исследование показало, что изучение методов решения сложных задач по информатике способствует успешному освоению понятий курса информатики, связанных с разработкой информационных систем различной сложности, т. е. с программированием, способствует интеллектуальному развитию, формирует и совершенствует в учениках способности, которые необходимы для продолжения образования в данной области, а также удовлетворяет индивидуальные образовательные потребности. Это позволяет сделать вывод о возможности и целесообразности введения модульного элективного курса «Методы решения сложных задач по информатике» в систему школьного профильного образования.

В заключении сформулированы основные результаты работы, сделаны выводы о степени решения поставленных задач, намечены пути дальнейших исследований в данной области.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»