4. Совершенствование обучения информатике в высшей школе посредством применения метамодели

Глава посвящена решению последней из шести задач на­шего исследования: обосновать эффективность практического применения разработанной метамодели для совершенствования обучения информатике в высшей школе, посредством:

• анализа разработанных с помощью метамодели учебных курсов по информатике для различных специальностей;

• анализа результатов педагогического эксперимента по оценке эффективности метамодели.

Отсюда 2 раздела в составе главы.

1. Разработка учебных курсов по информатике для различных специальностей.

На основе приведенных выше положений метамодели обучения информатике в высшей школе автором настоящего исследования совместно с коллегами, принимавшими участие в педагогическом эксперименте было разработано много учебных курсов. Среди них:

• для специальности 010100 - учитель математики, общекультурный цикл: "Информатика";

• для специальности 030100 - учитель информатики, пред­метный цикл: "Программное обеспечение ЭВМ", "Вычисли­тельная техника", "Информационные системы";

• для специальности 071900 - информационные системы в экономике, цикл общих естественно-научных дисциплин: "Информатика", цикл общепрофессиональных дисциплин: "Вычислительные машины, сети и системы телекоммуника­ций", "Основы алгоритмизации и языки программирова­ния", цикл специальных дисциплин: "Базы данных и зна­ний", "Разработка и применение ППП в экономике";

• для специальности 060400 - финансы и кредит, цикл об­щих естественно-научных дисциплин: "Информатика и ос­новы программирования";

• для специальности 012500 - география, цикл общих есте­ственно-научных дисциплин: "Информатика", "Новые ин­формационные технологии в учебном процессе";

• для специальностей 030600 - технология и предпринима­тельство, 031000 - педагогика и психология, 021100 - юриспруденция, 030200 - естествознание, 032000 - кор­рекционная педагогика и специальная психология, 040400 - стоматология, 040100 - лечебное дело, 020700 - исто­рия, 021700 - филология, цикл общих естественно-научных дисциплин: "Математика и информатика".

Некоторые материалы по этим курсам изложены в наших учебных пособиях и монографиях [29, 30, 216, 244, 276, 279, 280, 285, 303]. Следует заметить, что указанные выше учебные курсы являются стандартными согласно ГОС ВПО. Следовательно, их содержание и формы в значительной сте­пени регламентируются. Целесообразнее показать применение нашей метамодели на примере спецкурсов. Рассмотрим два из них - "Современные технологии разработки ПО" и "Информационная культура современного специалиста".

Спецкурс "Современные технологии разработки ПО" читался нами в 1997-1999 годах студентам 4 и 5 курсов РГПУ и ЛГОУ - будущим специалистам в области информационных систем в экономике, учителям математики и информатики. В РГПУ на курс было отведено 24 часа, в ЛГОУ - 72 часа.

Спецкурс "Информационная культура современного специалиста" читался нами в 1994-1999 годах в ЛГОУ студентам 4 и 5 курсов различных специальностей, аспирантам, преподавателям и сотрудникам. Спецкурс читался на отделении компьютерной грамотности факультета дополнительных профессий при Информационно-телекоммуникационном центре ЛГОУ. На курс было отведено 240 часов.

Уровень 1 (метауровень) разработки курсов

Рассматривается разработка моделей курсов в виде рабочих программ и инструментария для моделирования занятий, предусмотренных этими программами. В основу эталонной модели мы положили деление информатики на brainware,software(ПО), hardware (ТС). Академик А.А. Дородницын, автор понятияbrainware, понималbrainwareкак алгоритмические средства. Учитывая особенности развития современной информатики, мы в эталонной модели придалиbrainwareболее широкий смысл - фундаментальные теории информатики. Теперь следует решить вопрос о приложении понятийbrainware,software, hardware нашей эталонной модели к рассматриваемым курсам. Это определит ориентацию на соответствующие профили уровней 2-4.

Поскольку существует множество определений слова "технология", которые не полностью соответствуют друг другу, мы проведем лингвистический и синтаксический анализ этого слова для уточнения его смысла. Слово "технология" включает два слова, пришедшие к нам из Древней Эллады. Это "техне" - искусство, мастерство и "логос" - слово. Таким образом, "технология" - это описание какого-либо искусства или мастерства.

Описание современного искусства разработки ПО - это brainware. Однако реализация этого искусства зависит отsoftware(ИПО) иhardware. Особенностью ИПО является необходимость владения большим количеством фундаментальных идей информатики для работы с ним. Следовательно, модель курса "Современные технологии разработки ПО" будет в большей степени ориентирована наbrainware. Здесьsoftwareиhardware- лишь средства. Заметим, однако, что наличие современного визуального ИПО несколько смещает ориентацию в сторонуsoftware. Функционирование визуального ИПО и разработанного на его базе ПО накладывает дополнительные требования на ТС, что смещает ориентацию и в сторонуhardware.

В курсе "Информационная культура современного специалиста" цель заключается в достижении адекватного уровня владения и brainware, иsoftware, иhardware, а преимущественная ориентация может быть различной у разных разделов курса. В эталонную модель следует добавить понятие ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ. "Толковый словарь по информатике" Першикова В.И., Савинкова В.М. определяет информационную культуру как "уровень информатизации, степень его освоения и качество использования человеком, владение методами и средствами информатики" [211,c.174]. В рамках объектно-ориентированной терминологии "информационная культура" - наследник понятия КУЛЬТУРА. "Словарь русского языка" Ожегова С.И. определяет культуру как "совокупность достижений человечества в производственном, умственном и общественном отношении" [195,c.268]. В работе [12,c.43] цитируется определение: "КУЛЬТУРА - это достижение личностью некоторой гармонии, дающей ей социально-устойчивую, продуктивную включенность в общественную жизнь и труд, а также личностно-эмоциональный комфорт." (Газман О.С.)

На основании приведенных выше определений можно построить диаграмму классов (Рисунок 4 .24), определяющую ИНФОРМАЦИОННУЮ КУЛЬТУРУ СПЕЦИАЛИСТА. Из рисунка видно, что ИНФОРМАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА - это совокупность информационных достижений человечества в различных областях во взаимосвязи с другими его достижениями (они наследуются от класса КУЛЬТУРА). ИНФОРМАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА СПЕЦИАЛИСТА наследуется от ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ и дополнительно включает степень освоения, качество использования и владение методами ИТ для выяснения соответствия с ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРОЙ.

В остальном система дидактических понятий этих курсов полностью согласуется с описанной выше эталонной моделью обучения информатике в высшей школе.

Уровень 2 (целевой) разработки курса "Современные технологии разработки ПО"

Для выработки системы целей разобьем курс на 3 блока - brainware,software,hardware. Учтем также, что данный курс относится к блоку специальных дисциплин для специальностей 010100, 030100, 071900. Тогда в материалах спецификаций по уровню 2 можно найти следующие цели:

Рисунок4.24. Диаграмма классов для понятия ИНФОРМАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА СПЕЦИАЛИСТА

Из материалов спецификации 2.1.1. (Общее описание системы фундаментальных целей обучения информатике в высшей школе) выбираем цели из предлагаемых для типов 1, 2, 3 (см. стр. 167):

• умение организовать свой труд с применением современных ИТ;

• ... иметь представление ... об информации, методах ее ... обработки ... иметь опыт использования возможностей различных ТС и ПО ЭВМ;

• умение строить и использовать различного вида математические и информационные модели для изучения различных явлений, их качественного и количественного анализа;

• в областях общепрофессиональных и специальных дисциплин знать и уметь использовать соответствующие современные ТС и ПО ЭВМ, иметь представление о перспективных ТС и ПО ЭВМ для этих областей;

• умение использовать ИТ для решения задач на определение оптимальных соотношений параметров различных систем в данной профессиональной сфере;

• умение использовать для решения своих профессиональных задач методы информатики и других изученных наук.

• учитывая необходимость опережающего образования, курс должен с учетом фазы коммуникации.

Из материалов спецификации 2.1.2. (Общее описание системы целей обучения фундаментальным теориям информатики в высшей школе) (см. стр. 173). Обучение методологии современной информатики:

• с целью обеспечения дальнейшего прогресса информатики, в т.ч. software...;

• с целью обеспечения преемственности знаний и умений по отношению к быстро меняющимся softwareиhardware.

Из материалов спецификации 2.2.1. (Общее описание системы целей обучения ПО ЭВМ в высшей школе) выбираем положения Б и Д:

• Необходимы знания, умения и навыки эффективного использования ПО ЭВМ общего назначения (... ИПО) в своей профессиональной деятельности. Особо важную роль здесь играет ППО ОН.

• Необходимы умения и навыки работы с наиболее распространенным на рабочих местах и в быту в данное время ПО ЭВМ общего назначения (... ИПО), знания, обеспечивающие преемственность при возможном переходе к использованию другого ПО. Уровень этих знаний умений и навыков должен обеспечить целесообразную степень автономности специалиста при использовании ПО ЭВМ на рабочем месте и в быту.

Добавим, что студенты старших курсов, для которых предназначался курс, за время учебы в вузе неплохо научились классическому программированию вычислительных задач на языках PascalиBasic. Однако такого программирования на реальных рабочих местах уже нет. Системы программированияTurboPascal,QuickBasicи другие, не поддерживающие стандартно ни графического, ни событийно-ориентиро­ванного, ни интерфейса мыши соответствовали ОСMSDOS, которая тоже не имела стандартной поддержки этих интерфейсов. А сейчас на рабочих местах повсеместно используются ОС со стандартной поддержкой этих интерфейсов, чаще всего это ОС семействаWindows. В среде этих ОС никакое другое программирование кроме визуального, объектно-ориентированного, событийно-ориентированного не целесообразно.

Объектно-ориентированное программирование требует от программиста специального объектно-ориентированного мышления, более абстрактного, чем классическое алгоритмическое. Более высокий уровень абстракции необходим также на стадии анализа и проектирования ПО. Так появились дисциплины - объектно-ориенти­рованный анализ и объектно-ориентированное проектирование. Их цель - построение объектной модели. Допустима автоматизация построения объектной модели при помощи специального ПО - CASE-систем.

Кроме того, можно существенно повысить эффективность работы в интерактивных средах (таких, например, как MSOffice), если пользоваться встроенными в эти среды так называемыми сценарными языками программирования.

Наличие таких мощных средств разработки ПО обострило проблему обеспечения надежности ПО на стадии разработки. Существует много научных работ по обеспечению надежности анализа, проектирования и программирования. Выходом являетя разработка ПО в рамках открытых специкаций, т.е. метамоделирование на основе методологии открытых систем.

Разработанное ПО может функционировать только в рамках АПК, который может быть синтезирован из составляющих с использованием принципов системной интеграции. При этом ПО также как и ТС считаются составляющими комплекса.

Таким образом, по части brainwareцелью является понимание студентами основных принципов разработки современного ПО, а также того, что метамоделирования на основе методологии открытых систем, объектно-ориентированная методология и методология системной интеграции являются ядром современной теоретической информатики.

По части softwareцелью является приобретения студентами знаний и умений работы с современным ИПО - визуальными, объектно-ориентированными, событийно ориентированными системами программирования, со сценарными системами программирования, сCASE-системами и т.п.

По части hardwareцелью является использование системной интеграции для синтезирования АПК для работы с разработанным ПО.

Заметим, что в настоящее время данный курс имеет целью людей, обладающих алгоритмическим мышлением переучить на мышление объектно-ориентированное. А в очень скором будущем предстоит сразу учить объектно-ориентированному мышлению всех, и студентов, и школьников, и с самого начала. Поскольку ОС типа MS-DOSи системы программирования типаTurboPascalстановятся анахронизмом. Вопрос о том, как учить объектно-ориентированному мышлению сразу рассматривается в наших работах [2, 278, 281, 288, 292, 298, 300, 301, 313].

Уровень 3 (содержательный) разработки курса "Современные технологии разработки ПО"

При планировании содержания используем материалы спецификаций процессуального уровня:

• содержание обучения - это модель исходных научных знаний, отличающаяся от оригинала;

• различение главного, второстепенного и побочного в содержании обучения;

• минимизация второстепенного и побочного в содержании для увеличения степени наглядности обучения;

• применение принципов структурного программирования к планированию содержания обучения;

• применение способа концентрического планирования содержания обучения;

• применения дидактического аналога системной интеграции к планированию содержания обучения.

Тематически курс состоит из следующих разделов и тем: