Дипломная работа: Методика преподавания темы "Программирование в среде Scratch" учащимся начальной школы

Дипломная работа: Методика преподавания темы "Программирование в среде Scratch" учащимся начальной школы

Дипломная работа

По теме:

«Методика преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы»

Введение

Сегодня наука и технология развиваются столь стремительно, что образование зачастую не успевает за ними. Например, для того, чтобы успешно выступать на Российских олимпиадах по информатике, надо серьёзно заниматься, начиная с начальной школы. Ведущие вузы и фирмы, работающие в области информационных технологий, – МГУ, МФТИ, МИФИ, Intel и др. – стараются привлечь школьников к научной деятельности, причём с всё более раннего возраста. Для этого проводятся конкурсы, викторины, олимпиады и другие мероприятия.

Уже в младшем школьном возрасте интересы многих ребят претерпевают существенные изменения, и большинство из них сильно удаляются от учебной деятельности вообще и научно-познавательной – в частности. Это можно объяснить разными причинами (что и делают психологи и педагоги), но одной из наиболее серьёзных таких причин, несомненно, является неуспешность наших детей в учебной деятельности или боязнь такой неуспешности. Как показывают исследования психологов, боязнь потерпеть неудачу в школе дети ставят на второе место (по силе стресса), сразу после смерти родителей. В такой ситуации одной из важнейших задач педагогов следует считать создание комфортной учебно-воспитательной среды, в которой возможна наиболее полная самореализация ребёнка.

Другой причиной снижения интереса учеников, имеющей отношение собственно к информатике, является очень небольшое количество часов, предусмотренное федеральными образовательными стандартами на изучение данного предмета. Более того, стандарты второго поколения вообще не включают дисциплину «Информатика», заменяя её «Информационными технологиями». Основной акцент предполагается сделать на приобретении учениками информационной грамотности, подразумевающей общие навыки обработки информации различных видов. Теоретическая же подготовка по информатике вынесена во внеучебную деятельность и, таким образом, носит факультативный характер.

Поэтому наиболее остро стоит проблема изучения возможных подходов к организации проектной внеучебной образовательной деятельности по информатике в начальной школе. Опыт таких видных педагогов как М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер свидетельствует, что такая деятельность позволяет, с одной стороны, организовать среду для самореализации и самоутверждения учеников, и, с другой стороны, сформировать у них тягу к творчеству и знаниям и дать подходящие средства её реализации. Решение выше указанной проблемы может базироваться на использовании в обучении информатике языка программирования Scratch.

Scratch – это объектно-ориентированная среда, в которой блоки программ собираются из разноцветных кирпичиков команд точно также, как машины или другие объекты собираются из разноцветных кирпичиков в конструкторах Лего. Кроме того, в нем можно найти современные идеи из сред визуального программирования типа Delphi и даже из презентационных систем.

Scratch – это мультимедийная система. Большая часть операторов языка направлена на работу с графикой и звуком, создание анимационных и видеоэффектов. Манипуляции с медиаинформацией – главная цель создания Scratch.

На данный момент методика преподавания темы «Программирование в среде Scratch» не разработана. В связи с этим целью дипломной работы является разработка методики преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы.

Задачи исследования:

1)  ознакомиться со средой Scratch, с ее возможностями и характеристиками;

2)  уточнить особенности программирования в среде Scratch;

3)  провести анализ учебников, учебных пособий и методической литературы;

4)  выявить специфику обучения младших школьников программированию в среде Scratch;

5)  разработать перечень вопросов, которые необходимо отразить при изучении темы «Программирование в среде Scratch»;

6)  разработать методические рекомендации по преподаванию и тематическое планирование по теме «Программирование в среде Scratch»;

7)  провести экспериментальную проверку разработанной методики.

Дипломная работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит список литературы.

В первой главе «Теоретические основы проблемы преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы» рассмотрены теоретические основы проблемы преподавания темы «Программирование в среде Scratch», в том числе:

1)  описание среды программирования Scratch;

2)  особенности программирования в среде Scratch;

3)  анализ учебников и учебных пособий по информатике.

Во второй главе «Разработка методики преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы» описывается специфика преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы, в том числе:

1)  перечень вопросов, рассматриваемых при изучении темы;

2)  методические рекомендации по преподаванию темы;

3)  тематическое планирование по теме «.

В третьей главе «Экспериментальная работа по применению методики преподавания темы «Программирование в среде Scratch» в начальной школе» описывается диагностика умения младших школьников программировать в среде Scratch и проводится анализ эффективности разработанной методики. Приводится пошаговая инструкция по разработке двух проектов, которые стали результатом изучения темы «Программирования в среде Scratch» учащимися начальной школы.

Экспериментальная проверка разработанной методики прошла в ГОУ СОШ «Школа здоровья» №1136 и показала свою эффективность, что позволяет рекомендовать методику к использованию учителями информатики, работающих в начальной школе.

программирование преподавание проект школьник

1. Теоретические основы проблемы преподавания темы «Программирование в среде Scratch» учащимся начальной школы

1.1 Описание среды программирования Scratch

Интерфейс программы спроектирован и сделан в расчете на детей, поэтому он максимально хорошо понимается интуитивно. Рассмотрим, как устроена среда. После запуска программы экран имеет вид (см. рис. 1).

Рис. 1. Интерфейс программы

Главная область (см. рис. 2), это, конечно же, сцена (располагается в правой части экрана), на ней отображаются результаты работы проекта.

Рис. 2. Сцена

Чтобы на сцене что-нибудь происходило, необходимо создать спрайты (см. рис. 3), т.е. визуальные динамические объекты; для этого используются специальные кнопки (см. рис. 4).

Рис. 3. Спрайты

Рис. 4. Кнопки создания новых спрайтов

Все, что создано, отображается на листе спрайтов, где можно выбрать один из спрайтов для настройки. При этом информация о текущем спрайте отображается в средней части экрана – поле скриптов (см. рис. 5). Это поле предназначено для описывания поведения данного спрайта.

Рис. 5. Поле скриптов

Верхнее поле содержит закладки (см. рис. 6), с помощью которых можно от просмотра скриптов перейти к просмотру возможных видов (рисунков) спрайта и связанных с данным спрайтом звуков. Краткая информация о выбранном спрайте: имя, текущий образ, координаты, направление и т.д. находятся выше (см. рис. 7).

Рисунок 6. Закладки

Рис. 7. Краткая информация о спрайте

В этой же области находится кнопка , вызываемая путем нажатия правой кнопки мыши на спрайт или звук, позволяющая сохранить спрайт или звук в виде отдельного файла.

Стоит подчеркнуть, что скрипты являются составной частью каждого спрайта, подобно визуальным образам и звукам. Общие атрибуты, относящиеся ко всему проекту в целом, можно присоединить к сцене: у нее также могут быть свои скрипты, образы и звуки.

При создании скриптов используется палитра блоков, которая занимает левую часть экрана (см. рис. 8). В ее верхней части располагаются 8 разноцветных кнопок, которые выбирают нужную группу команд: движение (см. рис. 8), внешность (см. рис. 9), звук (см. рис. 10), перо (см. рис. 11), контроль (см. рис. 12), сенсоры (см. рис. 13), числа (см. рис. 14), переменные (см. рис. 15). Команды выбранной группы отображаются в нижней части выбранного окна.

Рис. 8. Палитра блоков

Рис. 9. Внешность

Рис. 10. Звук

Рис. 11. Перо

Рис. 12. Контроль

Рис. 13. Сенсоры

Рис. 14. Числа

Рис. 15. Переменные

Когда все готово, можно нажать кнопку  и перейти в полноэкранный режим, в котором сцена займет весь экран, а все остальные области убираются. Полученный режим очень напоминает просмотр готовой презентации в Power Point.

Практически все управление системой сосредоточено в верхней части экрана. Главное меню, выполнено в виде горизонтальных кнопок.

Рис. 16. Главное меню

Кроме них отдельно выделены кнопки переключения режима поворота спрайтов, панель инструментов, а также кнопки запуска и остановки скриптов.

Из вышесказанного становится понятно, что Scratch разрабатывался как новая учебная среда для обучения школьников программированию. В то же время учащиеся в полной мере могут раскрыть свои творческие таланты, так как в нем можно легко создавать фильмы, игры, анимированные открытки и презентации; придумывать и реализовывать различные объекты, определять, как они выглядят в разных условиях, перемещать по экрану, устанавливать способы взаимодействия между объектами. Дети могут сочинять истории, рисовать и оживлять на экране придуманных ими персонажей, учиться работать с графикой и звуком. Важно и то, что ребенок имеет возможность поделиться результатом своего творчества с друзьями или другими пользователями.

Scratch создавался для учащихся начиная от 8 и до 16 лет, но и дети более раннего возраста могут работать в этой среде над проектами вместе с родителями или старшими братьями и сестрами. С другой стороны, даже студенты многих вызов могут использовать Scratch на занятиях в компьютерных классах.

1.2 Особенности программирования в среде Scratch

Scratch – среда программирования, появившаяся относительно недавно, даёт возможность учащимся младшего и среднего школьного возраста создавать игры, фильмы, анимированные истории и многое другое. Программа Scratch в объектно-ориентированной среде «собирается» из разноцветных блоков команд так же, как собираются из разноцветных кирпичиков в конструкторах Лего различные объекты. Создание программ в Scratch происходит путём совмещения графических блоков в стеках. При этом блоки сделаны так, что их можно совмещать только в синтаксически верные конструкции, что исключает ошибки. Различные типы данных имеют разные формы блоков, подчеркивая совместимость / несовместимость объектов между собой. Имеется возможность внесения изменений в программу даже тогда, когда она запущена, что позволяет экспериментировать с новыми идеями по ходу решения задачи. В результате выполнения простых команд создаётся сложная модель, в которой взаимодействуют множество объектов, наделенных различными свойствами. После того как проект создан в Scratch, есть возможность его разместить на сайте http://scratch.mit.edu/.

Одним из принципиальных достоинств данной среды является то, что она является свободно распространяемым программным продуктом, таким образом, любое образовательное учреждение может скачать программу из интернета и приступить к непосредственному изучению и работе в новой среде программирования. Scratch не требует установки.

Сама идеология Scratch позволяет использовать при обучении современные методики и технологии обучения, такие как проблемный подход и метод проектов. После изучения основных конструкций языка и возможностей среды ставится задача по созданию и разработке соответствующего проекта. Это могут быть различные истории, тематику которых учитель предлагает с учётом возрастных особенностей учащихся, например, «Моя семья», «Мои увлечения», «Талантливые люди» (традиционная тематика проектов для пропедевтического обучения); рекламные ролики; анимированные истории по стихам и сказкам, изучаемым в школе и просто любимым учениками и т.д.

Данная технология обучения стимулирует учащихся к освоению возможностей языка программирования, изучению предмета «Информатика и ИКТ», подчеркивая их практическую личностную значимость. Анализ работы в Scratch показывает, что программа достаточно проста и легко осваивается. Однако, несмотря на свою простоту, Scratch предоставляет пользователю разнообразные средства работы с мультимедийными ресурсами, что вызывает интерес у учащихся, способствует развитию положительной мотивации к предмету в целом.

Среда Scratch разработана и поддерживается группой MIT Media Lab из Массачусетского института технологии (http://scratch.mit.edu). Scratch является бесплатным продуктом, что немаловажно для российских школ. Его разработка ведётся на языке Squeak, одном из наследников Smalltalk. Алан Кей, стоящий у истоков Smalltalk, а значит и у самых корней объектно-ориентированных технологий вообще, очень заинтересованно относится к развитию мышления и креативности детей. Причём Кей считает, что такое развитие должно начинаться как можно раньше: «…the media that powerfully shape our ways of thinking must be made accessible as early in life as possible». Среда (и язык) программирования Scratch, по задумке его создателей, является как раз тем средством, которое способно формировать «способы мышления».

Одной из главных концепций языка Scratch, является развитие собственных задумок с первой идеи до конечного программного продукта. Для этого в Scratch имеются все необходимые средства:

–  стандартные для языков процедурного типа: следование, ветвление, циклы, переменные, типы данных (целые и вещественные числа, строки, логические, списки – динамические массивы), псевдослучайные числа;

–  объектно-ориентированные: объекты (их поля и методы), передача сообщений и обработка событий;

–  интерактивные: обработка взаимодействия объектов между собой, с пользователем, а также событий вне компьютера (при помощи подключаемого сенсорного блока);

–  параллельное выполнение: запуск методов объектов в параллельных потоках с возможностью координации и синхронизации;

–  создание простого интерфейса пользователя.

Вместе с тем в Scratch пока отсутствуют такие важные компоненты языка вообще и объектно-ориентированного языка в частности, как процедуры и функции, передача параметров и возвращение значений (кроме как через глобальные переменные), рекурсия, определение классов объектов, наследование и полиморфизм, обработка исключений, текстовый ввод и файловый ввод и вывод. Однако не вызывает сомнений, что в ближайшем будущем язык пополнится этими и, вероятно, некоторыми другими компонентами. Как мы видим, Scratch действительно имеет богатые возможности. При этом для начала его изучения не требуется ничего (на первых порах), кроме умения читать, поскольку программа составляется из готовых цветных блоков. Этому уровню соответствуют практически все первоклассники.

Одной из важнейших особенностей проекта Scratch является большое постоянно действующее сообщество пользователей. Собственные разработки можно выкладывать в интернет и затем просматривать их на любом компьютере, где установлена Java (или сам Scratch). В настоящее время актуальной является версия Scratch 1.3, поддерживающая кириллицу (и несколько десятков других языков).

Уже в начальной школе дети легко могут освоить такие понятия как «параллельность» и «синхронизация». При этом важным является не «знание» терминологии, но понимание взаимной связи выполняющихся потоков.

Scratch берет все лучшее от вычислительной техники и дизайна интерфейсов для того, чтобы сделать процесс программирования более привлекательным и доступным для детей, подростков и тех, кто хочет научиться программированию. Основные особенности Scratch:

·  Блочное программирование. Для создания программ в Scratch, вы просто совмещаете графические блоки вместе в стеках. Блоки сделаны так, чтобы их можно было собрать только в синтаксически верных конструкциях, что исключает ошибки. Различные типы данных имеют разные формы, подчеркивая несовместимость. Вы можете сделать изменения в стеках, даже когда программа запущена, что позволяет больше экспериментировать с новыми идеями снова и снова.

·  Манипуляции данными. Со Scratch вы можете создать программы, которые управляют и смешивают графику, анимацию, музыку и звуки. Scratch расширяет возможности управления визуальными данными, которые популярны в сегодняшней культуре – например, добавляя программируемость, похожих на Photoshop фильтров.

·  Совместная работа и обмен. Сайт проекта Scratch предлагает вдохновение и аудиторию: вы можете посмотреть проекты других людей, использовать и изменить их картинки и скрипты, и добавить ваш собственный проект. Самое большое достижение – это общая среда и культура, созданная вокруг Scratch.

Scratch предлагает низкий пол (легко начать), высокий потолок (возможность создавать сложные проекты) и широкие стены (поддержка большого многообразия проектов). В работе со Scratch уделяется особое внимание простоте, иногда даже в ущерб функциональности, для большей понятности.

Когда учащиеся работают над проектом в Scratch, они имеют шанс выучить важные вычислительные концепции, такие как повторения, условия, переменные, типы данных, события и процессы. Scratch уже был использован для представления этих понятий учащимся различных возрастов, от элементарной школы до колледжа. Некоторые учащиеся перешли от традиционных, текстовых, языков программирования, после того, как им показали программирование в Scratch.

Scratch основан на лучшем от языка программирования Squeak. Он был вдохновлен предыдущей работой над Logo и Squeak Etoys, но задуман более простым и интуитивным.

Scratch – проект с открытым исходным кодом, но закрытой командой разработчиков. Исходный код доступен в свободном доступе, но приложение разрабатывается маленькой командой ученых из MIT Media Lab.

1.3 Анализ учебников по информатике

В проекте стандарта и обязательном минимуме по информатике содержание алгоритмической линии определяется через следующий перечень понятий: алгоритм, свойства алгоритмов, исполнители алгоритмов, система команд исполнителя; формальное исполнение алгоритмов; основные алгоритмические конструкции; вспомогательные алгоритмы.

Изучение алгоритмизации в школьной информатике может иметь два целевых аспекта: первый – развивающий аспект, под которым понимается развитие алгоритмического (еще говорят – операционного) мышления учащихся; второй – программистский аспект. Составление программы для ЭВМ начинается с построения алгоритма; важнейшим качеством профессионального программиста является развитое алгоритмическое мышление. Если в первом школьном учебнике информатики в изучении алгоритмизации превалировал второй, программистский, аспект, то в дальнейшем стала больше подчеркиваться развивающая роль данной темы.

Вопрос о месте и объеме темы программирования в базовом курсе остается дискуссионным. В различных версиях обязательного минимума этот вопрос решался по-разному. Здесь также можно говорить о двух целевых аспектах, с которыми связано изучение программирования в школе. Первый аспект связан с усилением фундаментальной компоненты курса информатики. Ученикам дается представление о том, что такое языки программирования, что представляет собой программа на языках программирования высокого уровня, как создается программа в среде современной системы программирования. Получив представление о языке машинных команд на материале учебных компьютеров и о языках высокого уровня, ученики будут осознанно воспринимать понятие «трансляция».

Второй аспект носит профориентационный характер. Профессия программиста в наше время является достаточно распространенной и престижной. Изучение программирования в рамках школьного курса позволяет ученикам испытать свои способности к такого рода деятельности. Безусловно, в большей степени эту задачу может решать профильный курс информатики в старших классах.

Основой методики обучения алгоритмизации и программированию является методика структурного программирования. Структура ветви программирования носит характер обобщенной методической схемы, которая применима при любом уровне изучения программирования. На разных уровнях изучения может отличаться глубина и степень подробности раскрытия различных разделов схемы.

Понятие «алгоритм» является центральным в первом школьном учебнике информатики [11]. В учебнике приводится следующее определение: «Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или на решение поставленной задачи» [11, с. 35]. Указание на выполнение каждого отдельного действия названо командой, а «совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя». В качестве основного свойства алгоритма подчеркивается формальный характер работы исполнителя при его выполнении. Отсюда делается вывод о том, что исполнителем алгоритма может быть автомат (машина, робот). На этой идее основан принцип программного управления работой компьютера, поскольку программа – это и есть алгоритм, представленный на языке, «понятном» компьютеру – на языке программирования.

Сформулированные в учебнике [11] понятия явились дидактической основой для раскрытия темы алгоритмизации во всех последующих учебниках информатики.

Практически весь алгоритмический раздел учебника [11] ориентирован на исполнителя – человека. В задачах вычислительного характера (а их большинство в учебнике) в качестве метода работы исполнителя предлагается заполнение таблицы значений. В программировании такие таблицы принято называть трассировочными таблицами. В учебнике сказано: «При исполнении алгоритма компьютером значения величин хранятся в его памяти. При исполнении алгоритма человеком таблица значений выполняет роль дополнительной памяти для исполнителя» [15, с 36].

Ручная трассировка является весьма полезным методическим приемом при обучении алгоритмизации и программированию. Она позволяет человеку ощутить себя формальным исполнителем, проследить процесс выполнения алгоритма, обнаружить ошибки в алгоритме. От этого приема не следует отказываться, независимо от того, имеется ли в распоряжении учеников компьютер или нет.

Страницы: 1, 2, 3, 4