Перспективи викладання мов програмування в освітньому процесі: підготовка майбутніх учителів інформатики

Постановка проблеми. У сучасному інформаційному суспільстві, де технології стрімко розвиваються, важливість викладання мов програмування у загальноосвітніх та вищих навчальних закладах стає все більш очевидною. Особливе місце в означеному контексті посідає підготовка майбутніх учителів інформатики, оскільки саме грунтовність і повнота їх знань відіграє вагому роль у формуванні компетентностей молодого покоління у сфері технологій та інформаційних наук. Відповідно, одними з ключових складових підготовки майбутніх педагогів є вивчення мов програмування та методики їх викладання.

Відтак, аналіз нинішнього стану викладання програмування у загальноосвітніх та вищих навчальних закладах, оцінка актуальності, переваг та недоліків різних мов програмування для навчального процесу, а також дослідження перспектив включення нових мов програмування у навчальні програми для майбутніх вчителів дозволить оцінити, які мови програмування будуть найбільш ефективними для підготовки студентів та учнів, здатних відповідати вимогам майбутнього технологічного розвитку. Адже навчання програмуванню не тільки сприяє розвитку логічного мислення і цифрової грамотності, але й готує учнів або студентів до вимог ринку праці.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Різні аспекти питання підготовки майбутніх учителів інформатики та перспектив викладання мов програмування в освітньому процесі розглянуто у працях Морзе Н., Нанаєвої Т., Пасічник О., Клочко О.В., Квак П., Чернікової Л., Малишевським О, Філімоновою І., Маккарти Б., Шилдт Г., Жалдак М. та ін. Саме в їхніх дослідженнях чільне місце займають питання методики застосування інноваційних технологій у практичній підготовці майбутніх фахівців, концептуальні засади вивчення програмування, розглядаються проблеми змісту, якості й рівня підготовки учнів до вміння програмувати. Проте, не зважаючи на значні наукові та практичні напрацювання у цій галузі, питання якості та ефективності підготовки молоді в галузі програмування, залишається актуальним.

Відповідно, мета цієї статті полягає в аналізі перспектив викладання мов програмування в освітньому процесі на основі дослідження сучасних потреб індустрії ІТ. Крім того, у нашому дослідженні надаються рекомендації щодо адаптації знань майбутніх учителів інформатики до змін у ІТ галузі.

Виклад основного матеріалу. Дослідники зазначають, що більшість мов програмування не адаптовані задля навчання в школах, а орієнтовані більш як засіб професійної діяльності. Природа мов програмування певною мірою не матеріальна. Проте мови програмування та середовища розробки, що їх підтримують, дійсно формують навчальне середовище, слугують для передавання навчальної інформації. Відповідно, мови та середовища програмування беззаперечно виступають в навчальному процесі як засоби навчання в їх самому широкому розумінні. Поряд із цим мова та середовище програмування, що використовуються в процесі навчання, одночасно постають не лише як засіб навчання, а здебільшого саме як об'єкт (предмет) вивчення.

Шевчук П. зазначає, що добір мови програмування, зазвичай, визначається трьома важливими умовами:

• власне характеристиками, особливостями самої мови;

• наявністю зручного в навчанні, доступного до використання середовища програмування;

• наявність методичної підтримки (інформаційно-дидактичного та навчально-методичного забезпечення).

Щодо характеристики власне мови програмування, то найважливішими, з позиції її навчального використання, є: призначення; тип; розповсюдженість; особливості синтаксису [9].

Розглядаючи перспективні мови програмування, які можуть стати ключовими у підготовці майбутніх вчителів, та доцільність включення їх вивчення у освітній процес, важливо звернути увагу на їхню актуальність у різних галузях, легкість вивчення, гнучкість, а також здатність адаптуватися до майбутніх технологічних тенденцій. Ось деякі з мов програмування, які, за оцінками експертів, мають великий потенціал у 2024-2025 роках [2; 5; 6]:

1. Python - завдяки своїй простоті, читабельності та широкому застосуванню в наукових дослідженнях, розробці веб-додатків, штучному інтелекті та машинному навчанні є однією з найбільш викладаних мов у світі та продовжує набирати популярність.

2. JavaScript - мова, що лежить в основі веброзробки. Знання JavaScript відкриває двері до розроблення сучасних вебдодатків та інтерактивних вебсайтів, що робить її незамінною в навчальних програмах.

3. Swift - як мова програмування для розробки додатків під iOS та macOS (ця мова є продовженням C++), Swift є важливою для тих, хто прагне розробляти застосунки для екосистеми Apple. Відповідно, з ростом попиту на продукцію Apple популярності набуває і потреба у фахівцях зі знанням Swift.

4. Kotlin - визначається як основна мова для розробки Android -додатків. З огляду на домінування Android на ринку мобільних операційних систем, Kotlin стане важливим вибором для включення в навчальні програми майбутніх вчителів програмування в закладах освіти.

5. TypeScript - це надбудова над JavaScript, що вносить типізацію та інші можливості для підвищення масштабованості та роботи з великими проектами. Розроблена Microsoft, TypeScript дозволяє розробникам використовувати майбутні стандарти ECMAScript, надаючи можливість компіляції в чистий JavaScript, сумісний з усіма браузерами. Ця мова програмування особливо популярна серед розробників великих застосунків і команд, які цінують строгу типізацію для підвищення продуктивності розробки та зниження кількості помилок на ранніх етапах. Включення TypeScript у навчальні програми дозволить майбутнім фахівцям розробки засвоїти принципи роботи з сучасними вебтехнологіями, що вимагають розуміння як динамічних, так і строгих аспектів програмування.

6. C# - сучасна, об'єктно-орієнтована мова програмування, розроблена компанією Microsoft як частина платформи.NET. Вона поєднує в собі потужність і гнучкість C++ з простотою Visual Basic. C# призначена для розробки програмного забезпечення, що працює в середовищі .NET, включаючи великі корпоративні додатки, вебсервіси, мобільні додатки та ігри. Завдяки своїй безпеці, масштабованості та переносимості, C# є вибором багатьох розробників у всьому світі. Вивчення C# у навчальних програмах відкриває перед студентами широкі можливості для кар'єри в розробці програмного забезпечення, особливо у сферах, де використовуються технології Microsoft.

7. Scratch - блочна мова програмування розроблена спеціально для навчання учнів шкіл основам програмування через візуальний інтерфейс. Використання Scratch у навчальному процесі може підготувати здобувачів освіти до освоєння більш складних мов у майбутньому.

Варто зазначити, що вибір мови програмування для включення в навчальну програму, в першу чергу, повинен базуватися на її актуальності в індустрії, потенціалі та здатності забезпечувати здобувачам освіти навички, які будуть затребувані на ринку праці.

Оцінюючи переваги та недоліки існуючих мов програмування слід також звертати увагу на їх придатність для освітнього процесу та перспективи подальшого розвитку. Наприклад, станом на 2024 р. аналітики відводять Python, Java, Javascript, C# місце найпопулярніших мов завдяки їх універсальності, простоті вивчення та широкому застосуванню в різних сферах. Проте, у майбутньому їх можуть замінити нові мови, орієнтовані на квантове програмування, мови з більш високим рівнем абстракції для ефективної роботи з штучним інтелектом, а також мови, що пропонують нові підходи до безпеки коду та паралельних обчислень. Тому важливо адаптувати навчальні програми для викладання цих перспективних технологій.

Таким чином, у розрізі дослідження, було проаналізовано перспективи розвитку мов програмування, які б могли бути включені в навчальний процес для підготовки майбутніх вчителів.

Спираючись на індекси популярності мов програмування у 2024 р., такі як TIOBE та PYPL, що вимірюють популярність мов програмування на основі кількості пошукових запитів в інтернеті, активності на форумах, кількості вакансій тощо, було визначено актуальні тренди та зміни в попиті на фахівців, які досконало володіють певними мовами програмування на глобальному рівні.

Згідно з аналітикою (рис. 1) можна побачити, що трійка найпопулярніших мов програмування для комерційного використання нині виглядає так: JS, TypeScript, Python. Також активно користуються Java, C# та PHP.

Для отримання більш ґрунтовного розуміння потреб освітньої сфери та ІТ індустрії, було також проаналізовано результати опитування серед професіоналів у сфері ІТ та викладачів комп'ютерних наук. На основі зібраних даних, виявлено, що Python, JavaScript, TypeScript та C# мають значну популярність та високий потенціал для застосування в навчальному процесі. Тенденція свідчить про зростання важливості мов програмування, що підтримують швидку розробку, масштабованість проєктів та легкість вивчення. Це підтверджує актуальність включення цих мов у програми _u підготовки майбутніх вчителів інформатики, щоб ^{Риа 1 Р}ейш^нг ^м°в ^пр^ограмуванн^я-2024 [6] забезпечити їх готовність до ефективної роботи в динамічному ІТ -середовищі.

Використовуючи знання про розвиток та оновлення мов програмування, їх спільнот та екосистем, доволі легко визначити і їх потенціал для адаптації до змінних вимог сучасних технологій та ринку праці. Відповідно, і для структуризації процесу розробки у сучасному світі відбувається чітке розмежування ролей програмістів за напрямами програмування. Найпоширенішими напрямами серед розробників є фронтенд, бекенд, фулстек, а також мобільна розробка і розробка ігор. Кожен із цих напрямів вимагає спеціальних навичок та знань у певних технологіях.

Для "бекендерів" на першому місці Java, далі - С#, РНР та Python (рис. 2).

А ось так виглядає рейтинг мов для роботи над фронтендом (рис. 3). Водночас JavaScript поступово переходить у TypeScript.

Рис. 3. Популярність мов програмування залежно від сфери [6]

Розглянемо переваги та недоліки самих популярних мов, для більшого розуміння чому вони потрібні для викладання в закладах освіти.

Для початківців у світі ІТ JavaScript є чудовою відправною точкою. Його синтаксис відносно простий, і він не вимагає складних налаштувань, щоб почати писати код. Ця мова ідеально підходить тим, хто хоче навчитися основним принципам програмування та розробки вебсайтів.

Головні особливості JavaScript:

• Динамічна типізація: JavaScript - це динамічно типізована мова, що означає, що змінним не присвоюється певний тип даних. Ця особливість полегшує розробникам швидке та ефективне написання коду.

• Об'єктно-орієнтована: JavaScript є об'єктно орієнтованою мовою, що означає, що вона використовує об'єкти для представлення даних і функцій. Це полегшує повторне використання коду та логічну організацію даних.

• Подієво-орієнтована: JavaScript - це мова, керована подіями, що означає, що вона реагує на такі події, як клацання миші та натискання клавіш на клавіатурі. Ця особливість робить її ідеальною для створення інтерактивних користувацьких інтерфейсів та анімації.

• Асинхронність: JavaScript є асинхронною мовою, що означає, що вона може обробляти декілька завдань одночасно, не блокуючи основний потік. Ця особливість робить її ідеальною для створення додатків у режимі реального часу, таких як чати та онлайн-ігри.

• Написання сценаріїв на стороні клієнта: JavaScript - це клієнтська мова сценаріїв, тобто вона виконується на комп'ютері клієнта, а не на сервері. Це робить її ідеальною для створення динамічних та інтерактивних веб-сторінок.

JavaScript використовують Facebook, Netflix, LinkedIn [5].

Python - це мова програмування високого рівня, яка за останні роки набула величезної популярності. У 2024 році Python продовжить залишатися популярною мовою серед розробників завдяки своїй читабельності, універсальності та простоті використання.

Python широко використовується в аналізі даних та наукових обчисленнях завдяки широкій бібліотечній підтримці, яка включає такі бібліотеки, як NumPy, SciPy та Pandas. Ці бібліотеки дозволяють розробникам працювати з великими обсягами даних і з легкістю виконувати складні математичні обчислення. Читабельність Python також робить її ідеальним вибором для аналізу даних, оскільки вона дозволяє розробникам писати код, який легко зрозуміти та підтримувати.

Головні особливості Python:

• Читабельність: Чистий і простий синтаксис мови Python робить її легкою для читання і розуміння навіть для початківців.

• Універсальність: Python можна використовувати для широкого спектру додатків, від веб- розробки та наукових обчислень до штучного інтелекту та машинного навчання.

• Інтерпретована: Python є інтерпретованою мовою, що означає, що її не потрібно компілювати перед виконанням. Ця особливість дозволяє розробникам швидше тестувати та налагоджувати код.

• Об'єктно орієнтована: Python є об'єктно-орієнтованою мовою, що означає, що вона використовує об'єкти для представлення даних і функцій. Це полегшує повторне використання коду та логічну організацію даних.

• Велика підтримка бібліотек: Python має широку підтримку бібліотек, яка включає такі бібліотеки, як NumPy, SciPy та Pandas для аналізу даних, а також Django та Flask для веброзробки.

Основні особливості Python роблять його потужною мовою для будь-яких додатків, що входить до топ 5 мов веб-програмування.

Python використовують такі компанії як Instagram, Uber, Spotify [5].

C# використовується для створення широкого спектру додатків, від програмного забезпечення для настільних комп'ютерів до веб- та мобільних додатків. Дана мова програмування особливо популярна в розробці ігор, де вона використовується для створення високопродуктивних ігор для консолей, ПК та мобільних пристроїв. Крім того, C# використовується в розробці корпоративних додатків, де з її допомогою створюють програмне забезпечення для підприємств та організацій.

Головні особливості C# :

• Об'єктно-орієнтована: C# є об'єктно орієнтованою мовою, що означає, що вона використовує об'єкти для представлення даних і функцій. Це полегшує повторне використання коду та логічну організацію даних.

• Збір сміття: C# включає автоматичний збір сміття, що означає, що розробникам не потрібно керувати пам'яттю вручну. Ця функція робить код C# надійнішим і простішим в обслуговуванні.

• Кросплатформеність: C# є кросплатформенною мовою, що означає, що її можна використовувати для створення програмного забезпечення, яке працює на різних операційних системах, включаючи Windows, macOS та Linux.

• Універсальність: C# - це універсальна мова, яку можна використовувати для створення широкого спектру додатків, від програмного забезпечення для настільних комп'ютерів до веб - та мобільних додатків.

• Високопродуктивна: C# - це високопродуктивна мова, яка може ефективно обробляти складні завдання та великі обсяги даних.

Оскільки ця мова є розробкою техногігантa Microsoft то вони і використовують її, а також такі компанії як Unity, Adobe [5].

Стосовно TypeScript, то це радше надбудування над JavaScript, навіть не її діалект. TypeScript додає статичну типізацію, однак, окрім цього, здатна на багато інших цікавих речей, які відсутні у самому JavaScript, зокрема, інтерфейси, оператори тощо. Проте ця мова досить поширена серед тестувальників ПЗ, завдяки своїй швидкодії та гнучкості.

Додаток "Дія" від Міністерства цифрової трансформації, створений завдяки цій мові [5].

Враховуючи вищезазначене, актуальність мов програмування і технологій, що викладаються, має оцінюватись не лише з точки зору поточних потреб ринку, але і з урахуванням потенційного розвитку технологій, змін у галузі та можливості реалізації певних задачі

Наприклад, працюючи з С і C++ти маєш багато робити сам. Це корисно, аби розуміти, як вона функціонує і ти можеш написати швидкопрацюючий код, якщо зрозумієш, що робиш. Однак, для новачка це складно - потрібно дуже багато коду для вирішення простих речей. Окрім того, це низькопродуктивно, якщо потрібно зробити рішення швидко. Такі мови, як JavaScript чи Python популярні завдяки тому, що на них набагато швидше можна розпочати писати код. Вони простіші з точки зору того, що ти можеш написати мінімальний код і він працюватиме, на відміну від Java і С#, де потрібно вивчити значно більший обсяг мови ніж почати робити якісь корисні речі з її застосуванням [8].

Тому розуміння важливості мов програмування та їхніх особливостей є лише початком у підготовці майбутніх фахівців інформаційних технологій. Справжній прогрес та еволюція в сфері IT залежать не лише від знань студентів, а й від компетентності та підготовки їх викладачів. Викладачі, які мають глибоке розуміння не тільки мов програмування, а й алгоритмів, структур даних, і найсучасніших підходів у програмуванні, можуть надати своїм студентам набагато більше, ніж просто основи кодування.

На сьогоднішній день найбільшою проблемою є те, що не всі освітні програми відображають сучасні реалії та потреби IT індустрії. Часто програми навчання застарілі та не враховують швидкого розвитку технологій. Тому підготовка викладачів, які можуть адаптувати свої знання та методики до сучасного технологічного контексту, є критичною. Вони повинні бути не лише передавачами знань, а й наставниками, які здатні надихати та мотивувати студентів до самостійного дослідження та експериментування.

Підвищення кваліфікації викладачів та їх залучення до неперервної освіти у сфері новітніх технологій та методик навчання має стати пріоритетом для освітніх інституцій. Важливо, щоб викладачі не лише слідували програмі, а й могли адаптувати свої курси до поточних тенденцій індустрії, інтегруючи в навчальний процес проєкти з реальним кодуванням, роботу з відкритим кодом, використання сучасних розробницьких інструментів та платформ [1].

Освіта в галузі ІТ повинна бути динамічною, здатною швидко адаптуватися до змін у технологіях і ринку праці. Вона має виховувати не лише кваліфікованих програмістів, а й розробників, які мислять критично, здатних інновувати та впроваджувати нові технологічні рішення. Така підготовка зможе підняти на новий рівень майбутніх фахівців нашої країни, забезпечити їх конкурентоспроможність на міжнародному ринку праці та сприяти розвитку національної економіки [4].

Сучасні технологічні тенденції та потреби ринку праці вимагають від викладачів не тільки глибоких знань у галузі програмування, але й здатності передавати ці знання у формі, що надихає студентів на саморозвиток і дослідження.

Також і не слід забувати, що крім вузькогалузевих знань, майбутні вчителі програмування мають розвивати і власні професійні компетентності. Це важливо, щоб залишатись фахівцями високого рівня, носіями сучасних знань, умінь і навичок у галузі інформаційно-комунікаційних технологій, інноваційних методів, засобів навчання для формування інформаційної культури та інформаційно -комунікаційної компетентності школярів.

Освітні інституції мають відігравати ключову роль у формуванні майбутнього ІТ-спеціалістів, надаючи їм не тільки теоретичні знання, але й практичні навички, які будуть актуальні на ринку праці наступних десятиліть.

У кінцевому рахунку інтегрований підхід до навчання, який охоплює як глибоке розуміння технічних аспектів, так і розвиток м'яких навичок, може створити міцну основу для майбутніх поколінь ІТ - фахівців. Це дозволить нашій країні не лише забезпечити високу кваліфікацію майбутніх працівників у сфері інформаційних технологій, але й сприяти розвитку інновацій та бути конкурентоспроможною.