Критерії добору відкритих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики

Спірін Олег Михайлович

доктор педагогічних наук, професор, головний науковий співробітник, Інститут інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України, м. Київ, Україна

Вакалюк Тетяна Анатоліївна

кандидат педагогічних наук, доцент, доцент кафедри прикладної математики та інформатики Житомирський державний університет імені Івана Франка, м. Житомир, Україна

Анотація

У статті наведено критерії добору відкритих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики. Аналіз наявних відкритих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики дозволив поділити їх на: компілятори, автоматизовані системи перевірки завдань з програмування та інтелектуальні карти. До кожної з них визначено критерії та відповідні показники: для web-орієнтованих компіляторів та інтелектуальних карт виділено проектувальний та функціональний критерії, для web-орієнтованих автоматизованих систем перевірки завдань з програмування виділено проектувальний, інформаційно-дидактичний та комунікаційний критерії. Наведено порівняльні таблиці для окремих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики за визначеними критеріями та показниками.

Ключові слова: програмування; основи програмування; web-орієнтовані технології навчання; критерії добору.

Аннотация

В статье приведены критерии отбора открытых web-ориентированных технологий обучения основам программирования будущих учителей информатики. Анализ имеющихся открытых web-ориентированных технологий обучения основам программирования будущих учителей информатики позволил разделить их на: компиляторы, автоматизированные системы проверки задач по программированию и интеллектуальные карты. К каждой из них определены критерии и соответствующие показатели: для web-ориентированных компиляторов и интеллектуальных карт выделено проектировочный и функциональный критерии, для web-ориентированных автоматизированных систем проверки задач по программированию выделено проектировочный, информационно-дидактический и коммуникационный критерии. Приведены сравнительные таблицы для отдельных web-ориентированных технологий обучения основам программирования будущих учителей информатики по определенным критериям и показателям.

Ключевые слова: программирование; основы программирования; web-ориентированные технологии обучения; критерии отбора.

Abstract

The article presents the criteria for the selection of open web-oriented technologies for the study of the basics of programming of future teachers of computer science. An analysis of available open-source web-based learning technologies for the basics of programming for future IT teachers has allowed them to be divided into: compilers automated programming task control systems, and intelligent maps. Each of them has defined criteria and relevant indicators: for designing and functional criteria for web-oriented compilers and smart cards, designing, informational and communication criteria are allocated for web-oriented automated programming verification tasks. The comparative tables for separate web-oriented technologies for the study of the basics of programming of future teachers of informatics based on certain criteria and indicators are given.

Keywords: programming; the basics of programming; Web-based learning technology; Selection criteria.

Постановка проблеми. В умовах Євроінтеграції та розбудови системи педагогічної освіти, особливого значення набуває проблема розвитку творчої особистості майбутнього вчителя у процесі його професійної підготовки. При цьому, мета зазначеного виду підготовки учителя має обов'язково підпорядковуватися загальним завданням навчання, виховання та розвитку особистості майбутнього фахівця, зумовлених насамперед переходом до нового інформаційного суспільства.

Як зазначено у Національній доповіді про стан і перспективи розвитку освіти в Україні, сьогодні невідкладного вирішення потребує ряд проблем, серед яких необхідність підвищення «рівня комп'ютерних та інформатичних компетентностей учасників навчального процесу, ліквідація застарілих підходів у навчанні шляхом підвищення мотивації учасників навчального процесу щодо використання прогресивних ІКТ» [1, с. 159].

За таких умов кожний вищий навчальний заклад (ВНЗ) повинен здійснити суттєві кроки у напрямі використання чи проектування такої системи, що охоплювала б можливість перевірки знань студентів швидко та, головне, якісно. При навчанні основ програмування майбутніх учителів інформатики перед кожним викладачем неодноразова поставала проблема перевірки правильності та ефективності роботи алгоритму. Адже такий процес є досить не простим та трудомістким, а також займає велику кількість часу, якщо це робити «вручну».

Важливим у підготовці майбутніх учителів інформатики є навчання їх різних мов програмування [2], а тому серед основних web-орієнтованих технологій навчання основ програмування було виділено: компілятори, автоматизовані системи перевірки завдань з програмування та інтелектуальні карти [2].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Дослідження науковців в оцінюванні якості та ефективності інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ) навчання переважно охоплюють питання оцінювання результатів навчальної діяльності. Критерії та показники добору ІКТ для навчальної та наукової діяльності у своїх працях розглядали такі науковці, як В. Ю. Биков [3], О. С. Головня [4], О. А. Гальчевська [5; 6], К. Р. Ковальська [7], К. Р. Колос [8], Л. А. Лупаренко [3; 9] та ін. Проте потребують подальших досліджень проблеми комплексного оцінювання web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики з уточненням критеріїв та показників якості, що пов'язані з процесом і результатом навчальної діяльності.

Метою статті є визначення критеріїв та встановлення відповідних показників добору відкритих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики.

Методика дослідження.

Для досягнення поставленої мети було використано такі методи: вивчення практичного досвіду використання web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики у Житомирському державному університеті імені Івана Франка (спеціальності: інформатика, математика та інформатика, фізика та інформатика) у 2012-2017 р.р., у Дрогобицькому державному педагогічному університеті імені Івана Франка (спеціальності: інформатика, математика та інформатика) у 2013-2016 р.р., у ДВНЗ «Криворізький державний педагогічний університет» (спеціальності: інформатика, математика та інформатика) у 2013-2016 р.р., Уманському державному педагогічному університеті імені Павла Тичини (спеціальності: інформатика, математика та інформатика) у 2013-2016 р.р.; систематизація й узагальнення для визначення критеріїв та показників добору, метод експертного оцінювання.

Експерти залучались двічі. На першому етапі - для визначення найбільш значущих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики. Експертами виступали декани факультетів, завідувачі та викладачі кафедр вітчизняних вищих педагогічних навчальних закладів, пов'язаних з навчанням основ програмування (20 осіб).

Використання методу експертного оцінювання для визначення найбільш значущих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики полягає в тому, що відповідні технології навчання нумерують за зростанням або спаданням певної ознаки і проводять ранжирування за цією ознакою. Всього було запропоновано для розгляду експертам з метою ранжування 13 різних web- орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики.

Була запропонована бальна система оцінювання, за якою для N=13 технологій навчання значення N надається найвагомішому у використанні, 1 найменш вагомому. Результати опитувань зводяться у таблицю, де в колонках вказують номер технології, а в полях - номер експерта. Для унеможливлення психологічної підказки, яка могла б вплинути на вибір експертом певного порядку ранжирування, web-орієнтовані технології навчання основ програмування в картці розміщуються за зростанням в алфавітному порядку.

Основним параметром оцінювання значущості показника є його сумарний ранг S. Сумарні ранги показників обчислимо за формулою

m

Sj = I R-j. (1)

i=1

де Sj - сумарний ранг j-го показника; j=1, 2, 3...n; n - кількість показників; m - кількість експертів;

Ri, j - ранг j-го показника, визначений i-тим експертом.

Однак такі сумарні ранги будуть об'єктивними, якщо між експертами є певний рівень погодження. Ступінь такого погодження визначає коефіцієнт конкордації W [10]. З урахуванням того, що

dj = Sj -0,5 * m * (n +1), (2)

n

S(d2) = I d2 , (3)

j=1

виконують ранжирування однаково і S max(d2) = m2 (n3 - n), коефіцієнт конкордації обчислюється за формулою:

S (d2) 12 * S (d2)

Smax (d 2) m 2(n3 - n) (4)

Виконавши обчислення за формулами (1)-(4), на основі експериментальних даних отримаємо певне значення W. Якщо одержане значення суттєво відрізняється від нуля, то можна стверджувати, що між експертами існує об'єктивне погодження (при W=0 вважається, що зв'язку між ранжируваннями експертів немає, при W=1 ранжирування повністю співпадають) і сумарні ранги є достатньо об' єктивними.

На другому етапі інша група експертів залучалась для добору з найбільш значущих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування: компіляторів, автоматизованих систем перевірки завдань з програмування та інтелектуальних карт. З цією метою перевірявся прояв кожного з визначених критеріїв для кожної з названих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування.

Під час проведення наукових конференцій, майстер-класів, семінарів, особистих зустрічей, круглих столів, листування електронною поштою тощо з результатами використання web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики було ознайомлено значну кількість деканів факультетів, завідувачів та викладачів кафедр вітчизняних вищих педагогічних навчальних закладів, пов'язаних з підготовкою майбутнього вчителя інформатики та навчанням основ програмування (за приблизними даними - понад 50 осіб).

Однак відомості для перевірки прояву кожного з названих критеріїв для кожної з обраних web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики були взяті від різної кількості респондентів:

для компіляторів обидва критерії оцінювали 9 осіб;

для автоматизованих систем перевірки завдань з програмування усі критерії оцінювало 12 осіб;

для інтелектуальних карт визначені критерії оцінювало 5 осіб.

Це пояснюється різними обставинами. Наприклад, під час бесід з'ясувалося, що переважна більшість доцентів, старших викладачів та асистентів кафедр, що забезпечують навчальний процес з програмування при підготовці майбутніх учителів інформатики, не змогли дати обґрунтовані відповіді щодо визначення показників критеріїв використання інтелектуальних карт у навчанні програмування, оскільки вони взагалі не ознайомлені з такими технологіями. Понад 50% з них використовують у навчальному процесі компілятори, призначені для використання лише однією мовою програмування.

Для з'ясування ступеня проявлення кожного критерію опитуваним пропонувалося оцінити його показники. Оцінювання показників здійснювалося за такими параметрами: 0 балів - показник не дотримується, 1 бал - показник більше не дотримується, ніж дотримується, 2 бали - показник більше дотримується, ніж не дотримується, 3 бали - показник повністю дотримується. Показник вважався позитивним, якщо значення відповідного коефіцієнту - середнього арифметичного значення його параметрів - було не менше 1,5.

Поряд із цим критерій вважався не достатньо проявленим, якщо менше 50% його показників були позитивними; критичний прояв критерію - 50%-55%; достатній прояв - 56%-75%; високий прояв -76%-100%.

Дослідження проводилось у рамках НДР №0117U001063 «Хмарні технології у навчанні майбутніх вчителів інформатики» кафедри прикладної математики та інформатики Житомирського державного університету імені Івана Франка, НДР №0115U002231 «Методологія формування хмаро орієнтованого навчально-наукового середовища педагогічного навчального закладу» та № 0115U002234 «Система інформаційно-аналітичної підтримки педагогічних досліджень на основі електронних систем відкритого доступу» Інституту інформаційних технологій і засобів навчання.

Результати дослідження

Зміст і структура критеріїв добору web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики.

Відповідно до навчальних планів, за якими навчаються майбутні вчителі інформатики, є кілька мов програмування для вивчення: С++, PHP, Java, Python тощо. При цьому, якщо встановлювати усе необхідне програмне забезпечення на комп'ютер, то студент буде працювати з різними середовищами і кожного разу потрібно налаштовуватись до роботи з новим компілятором [2]. У еру інформатизації суспільства в цілому для вирішення такої проблеми почали розроблятися web- орієнтовані компілятори з підтримкою різних мов програмування [2].

Також при навчанні основ програмування майбутніх учителів інформатики кожен викладач не раз стикнувся з проблемою перевірки правильності та ефективності роботи алгоритму. Адже такий процес є досить не простим та трудомістким, а також займає велику кількість часу, якщо це робити «вручну» [11; 2]. Саме тому для навчання основ програмування варто використовувати web-орієнтовані автоматизовані системи перевірки завдань з програмування.

За результатами опитування найбільш значущими для навчання основ програмування було обрано:

- web-орієнтовані компілятори: Codepad.org [12] та ideone.com [13].

- автоматизовані системи перевірки завдань з програмування: Аlgotester [14], NetOI Olympiad [15], e-olymp [16].

- web-орієнтовані інтелектуальні карти: Bubbl.us [17], Mindomo [18], Mindmeister [19].

При цьому результати опитування проводились за формулами (1) - (4). В результаті отримали W = 0,38. Одержане значення суттєво відрізняється від нуля, тому можна стверджувати, що між експертами існує об'єктивне погодження і сумарні ранги є достатньо об'єктивними.

Враховуючи вищеперераховані особливості підготовки вчителів інформатики у вищих навчальних закладах, визначимо критерії добору відкритих web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики.

Насамперед, розкриємо сутність поняття «критерії». У [20] поняття «критерій» розуміється як «ознака, знак, на основі яких здійснюється оцінка, засіб перевірки, мірило оцінки». Серед вітчизняних науковців зустрічаються різні тлумачення даного поняття, зокрема, І. Дичківська у своєму термінологічному словнику дає наступне визначення: «критерій - показник, що характеризує властивість (якість) об'єкта, оцінювання якого можливе за одним із способів вимірювання або за експертним методом» [21, с. 344]; В. В. Ковальчук та Л. М. Моїсеєв стверджують, що критерій - «це сукупність ознак, на основі яких складається оцінка умов, процесу і результатів діяльності, що відповідають поставленим цілям» [22, с. 105].

Під критеріями добору web-орієнтованих технологій навчання основ програмування будемо розуміти такі якості, ознаки та властивості web-орієнтованих технологій, що є необхідними для успішного навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики.

Критерії добору web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики виділялися з урахуванням зовнішніх та внутрішніх критеріїв і показників якості навчальної діяльності, наведених у роботі [23, с. 434]. Варто зазначити, що такі критерії якості - «це ознаки, за якими визначається ступінь відповідності педагогічної діяльності встановленим цілям, стандартам, нормам» [23, с. 436].

Суттєвим є те, що кількість показників для визначення ступеня вагомості критеріїв добору web-орієнтованих технологій навчання основ програмування майбутніх учителів інформатики може виявитися великою, а окремі показники певного критерію можуть бути недостатньо значущими для його добору. Досвід проведення експериментальних педагогічних досліджень свідчить про необхідність обґрунтованого обмеження кількості показників (досить часто науковці використовують від 3 до 7 показників для кожного критерію).

Використаємо такі критерії та відповідні показники для добору web-орієнтованих технологій навчання основ програмування:

- компіляторів - проектувальний (надійність; доступність; безкоштовність) та функціональний (введення вхідних даних користувачем;

- зручність у використанні; багатомовність);

- автоматизованих систем перевірки завдань з програмування - проектувальний (надійність; доступність; багатомовність; зручність у використанні; безкоштовність); інформаційно-дидактичний (банк задач, класифікація задач по розділам, створення змагань, відомості про спроби розв'язання задачі, методичний розділ, рейтинг, наявність розділу допомоги); комунікаційний (реєстрація користувачів забезпечення доступу із розмежуванням прав доступу, комунікація між зареєстрованими користувачами, створення груп);

- інтелектуальних карт - проектувальний (адаптивність, безкоштовність, доступність; зручність у використанні; хмарна інфраструктура); функціональний (багатомовність, зберігання інтелект-карт, поширення інтелект-карт, бібліотека шаблонів).

Розглянемо детальніше результати по кожній з обраних web-орієнтованих технологій навчання основ програмування.

Web-орієнтовані компілятори.

Проектувальний критерій характеризує зручність, надійність та доступність у використанні.

Показник «надійність» характеризує безперебійне та якісне функціонування web- орієнтованих компіляторів (даний показник оцінювався групою експертів).

Показник «доступність» передбачає, що компілятор за наявності мережі Інтернет має бути доступною, а також у будь-який час і у будь-якому місці (в тому числі як для викладачів, так і для студентів).

Показник «Безкоштовність» передбачає наявність безкоштовного тарифного плану використання.

У таблиці 1 наведено показники проектувального критерію по кожному з обраних компіляторів.

Таблиця 1. Проектувальний критерій web-орієнтованих компіляторів та його показники