Особенности методики преподавания программирования в

междисциплинарных курсах.

Общей

тенденцией

в

современных

науке

и

технике

является

возникновение новых направлений подготовки на стыке традиционных

специальностей. К таким случаям, несомненно, можно отнести создание и

эксплуатацию встроенных электронных систем на базе микроконтроллеров.

Они

находят

массовое

применение

и

охватывают

широкий

спектр

технических устройств и систем, начиная от елочной гирлянды и заканчивая

«умным домом».

В самом общем виде встроенные системы можно определить, как

законченное

электронное

устройство

с

программным

обеспечением,

встроенным в него. Во встроенных системах традиционно выделяют

программную (Software) и аппаратную (Hardware) компоненту. Для создания

каждой из них требуется знание технологий, которые является частью общей

технологии создания системы в целом. В этой связи, к студентам,

переходящим

к

изучению

встроенных

систем,

предъявляются

противоречивые требования:



они должны знать хотя бы один язык программирования, такой

как C или C ++.



обладать устойчивыми базовыми знаниями по электронике.



иметь понятия об устройстве и работе микроконтроллера

Ни одна из существующих стандартизированных специальностей в

совокупности такие компетенции не формирует. Фактически требуется

объединить два базовых направления подготовки - программирования и

электроники. И естественным образом возникает дилемма: формировать

необходимые

знания

по

электронике

у

программистов

или

учить

электронщиков программированию.

В данной статье рассмотрим второй вариант подготовки - современные

методики преподавания программирования для студентов непрофильных

специальностей.

Основная проблема при изучении программирования заключается в

следующем - современные языки программирования содержат абстракции

высокого уровня и разработаны для опытных программистов. Это затрудняет

понимание учебного материала студентами непрофильных специальностей и

блокирует быстрое вхождение в программирование.

В мире существует множество подходов к обучению студентов

программированию.

Рассмотрим

некоторые

зарубежные

методики

преподавания

программирования,

зарекомендовавшие

себя

наиболее

эффективно.

Одна из методик основана на теории когнитивной нагрузки - нагрузки

на рабочую память в процессе размышлений и решения задач [1]. Результат

обучения оказывается наилучшим, когда когнитивная нагрузка полностью

использует

часть

рабочей

памяти,

необходимую

для

эффективного

приобретения знаний. Слишком маленькая или слишком большая нагрузка

приводит к низкому результату обучения. Следовательно, для оптимизации

обучения необходимо добиться балансировки когнитивной нагрузки, не

сводя её ни к минимуму, ни к максимуму.

Когнитивная нагрузка (L) в настоящее время делится на три

непересекающиеся категории:

1) посторонняя когнитивная нагрузка (E) – нагрузка, которая мешает

обучению, так как часто превышает пределы рабочей памяти;

2) уместная когнитивная нагрузка (G) – нагрузка, которая скорее

способствует обучению, чем мешает, помогая приобретать знания. Она

образуется

путём

повышения

уровня

когнитивных

процессов,

способствующих эффективному усвоению знаний;

3) внутренняя когнитивная нагрузка (I) – нагрузка, уменьшение

которой приводит к снижению понимания. Она зависит от относительной

сложности

изучаемого

материала

и

степени

усвоения

студентом

предшествующего материала.

Отношения между L, E, G и I можно представить следующим образом:

L=E+G+I.

В

этих

условиях

задача

балансировки

когнитивной

нагрузки

для

оптимального

обучения

сводится

к

попыткам

минимизации

E

и

максимизации G.

Если рассматривать теорию когнитивной нагрузки применительно к

обучению начинающих программистов, то одним из наиболее эффективных

является метод, при котором процесс обучения осуществляется посредством

предоставления

преподавателем

рекомендаций

и

поддержки,

предоставляемой

специалистом

ученикам

в

выполнении

какой-либо

поставленной задачи. При таком подходе можно гарантировать, что студенты

осваивают

важные

аспекты

программирования,

сохраняя

при

этом

когнитивную нагрузку в пределах, способствующих успешному обучению.

Обучение на основе данного метода проводилось с использованием

комплекса

учебных

средств

(учебника,

упражнений,

заданий

и

видеоматериалов).

Практическое

преподавание

проводилось

на

основе

метода

ученичества. Этот метод предполагает, что студенты сначала наблюдают за

тем, как преподаватель демонстрирует использование новых методов или

конструкций для создания программы, затем применяют новый материал к

созданию проекта под руководством преподавателя и на последнем этапе

разрабатывают программы самостоятельно.

Для закрепления практических навыков мною использовался метод

парного программирования. Парное программирование является одной из

практик экстремального программирования, заключающейся в том, что два

программиста работают бок о бок за одним компьютером. Один из них берёт

на себя роль «ведущего», т. е. печатает код и решает проблемы с тактической

точки зрения, другой становится «штурманом» – он мыслит стратегически,

задаёт вопросы и отслеживает ошибки в коде. Они периодически меняются

местами.

По результатам преподавания можно выделить ряд преимуществ

парного программирования:

1) меньшее количество ошибок;

2) лучшее понимание кода;

3) более качественный код;

4) возможность учиться у партнёра;

5) улучшение дизайна;

6) постоянный просмотр кода;

7) креативность и мозговой штурм;

8) улучшение качества тестирования и отладки;

9) быстрое решение возникающих проблем.

Для того чтобы обучение было наиболее эффективным, рекомендуется

руководствоваться следующими принципами:

1) желательно, чтобы в пару входили студенты, обладающие схожими

способностями;

2) состав пар должен меняться в течение семестра;

3) при возникновении проблем с партнёром нужно немедленно

сообщить преподавателю, чтобы исправить ситуацию;

4) программисты в паре должны работать для достижения общей цели;

5)

задания

по

сложности

могут

быть

выполнены

на

одном

лабораторном занятии;

6) установить стандарт кодирования, которого должен придерживаться

каждый студент;

7) придерживаться принципа сотрудничества, взаимного уважения и

общей ответственности в отношениях между обоими студентами в паре и

преподавателями;

8) контролировать посещаемость и опоздания, чтобы обучающиеся не

оставались без партнёра;

9) осуществлять контроль над балансом между индивидуальной и

совместной работой студентов;

10) преподаватели должны побуждать пары самостоятельно искать

ответы на возникающие вопросы, а не предоставлять им их.

Проведённые в зарубежных университетах исследования подтвердили

эффективность использования метода парного программирования в обучении

студентов. [2]

Литература:

1.

. White G. L. A theory of the relationships between cognitive. – Canterbury,

2001. – 211 p.

2.

DePasquale III P. J. Implications on the learning of programming through

the implementation of subsets in program development environments:

dissertation for the degree of doctor of philosophy in computer science and

applications / P. J. DePasquale III. – Blacksburg, 2013. – 575 p.