Аналіз методик навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 378.091.33:004 - 057.21

Аналіз методик навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів

Микола Марчук, аспірант кафедри інформатики і кібернетики

Катерина Осадча, кандидат педагогічних наук, доцент кафедри інформатики і кібернетики Мелітопольського державного педагогічного університету імені Б. Хмельницького

Анотація

візуальний програмування професійний інженер

У статті актуалізовано питання ефективного навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів. Авторами проаналізовано методики навчання візуального програмування С.К. Чанга, М. Скотта, Т.А. Вакалюк, А.Ф. Галімянова й Є.К. Ліпачева. Зроблено висновок про їх переваги та недоліки у аспекті впровадження у процес професійної підготовки майбутніх інженерів-програмістів.

Ключові слова: візуальне програмування, методика навчання, інженер-програміст. Літ. 11.

Аннотация

Annotation

The article actualises the question of an efficient teaching of visual programming of future engineers of software. The authors analyze the visual programming teaching methodology of S.K. Chanh, M. Scott, T.A. Vakalyuk, A.F. Halimyanov and Ye.K. Lipachev. The authors make the conclusion about their advantages and disadvantages in terms of implementation in the process training of future engineer of software.

Постановка проблеми у загальному вигляді. Одним із важливих аспектів професійної підготовки майбутніх інженерів-програмістів є навчання технологіям візуального програмування. Вибір і застосування найбільш ефективної методики навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів дозволить удосконалити їх компетентності у цій галузі, а отже підвищити якість професійної підготовки. Нині в умовах наявності різних методик, технологій та підходів до навчання програмуванню доцільно раціонально підходити до вибору найбільш доцільних з них для досягнення високого рівня професійної компетентності майбутніх інженерів-програмістів.

Одним з перспективних напрямів вирішення цієї актуальної проблеми є впровадження в навчальний процес науково-обгрунтованих методик навчання візуального програмування майбутніх інженерів- програмістів, які у змозі забезпечити адекватність змісту та цілей навчання сучасним стандартам вищої освіти і потребами роботодавців.

Аналіз основних досліджень і публікацій. Однією з новаторських публікацій щодо візуального програмування була книга Н.С. Шу (Nan C. Shu) про те, як використовувати візуальні / графічні комп'ютерні інтерфейси для навчання програмістів, удосконалення людино- комп' ютерної взаємодії і підвищення продуктивності праці. Методологію й універсальне застосування візуальних мов програмування для програмістів, комп'ютерників, інформатиків та технічних керівників подано у працях С.К. Чанга (S.K. Chang) [3; 4]. Практичний підхід до викладання візуальних методів моделювання і галузевого стандарту Unified Modeling Language (UML) пропагує у своїй роботі

[5] Т. Катрані (T. Quatrani), навчаючи аналізу та проектуванню додатків за допомогою UML та як реалізувати додатки у середовищі Rational Rose. У вітчизняній науковій практиці Н.О. Бугаєць висвітлює досвід навчання програмування візуально-орієнтованого інтерфейсу в програмі Maple студентів фізико-математичних спеціальностей

[6] , В.Є. Величко аналізує можливості використання технології візуального програмування в університетській освіті засобами вільного програмного забезпечення [7].

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми. Аналіз праць, присвячених питанням візуального програмування, зокрема підходам до його викладання у вищих навчальних закладах, показав наявність теоретичних і практичних напрацювань та недостатність комплексного підходу до навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів. У зв'язку із тим, що саме поняття розуміється не однозначно, наявна і строкатість підходів до вивчення візуального програмування. Часто автори (І.М. Ахметзянов, В.А. Камаєв, Л.Б. Кащеєв, С.В. Коваленко, В.В. Костеріна, І.К. Ракова та ін.) розглядають візуальні засоби розробки таких середовищ як Borland Delphi, Visual Basic, Visual J++, JBuilder, Visual Studio, Power Builder, Visual FoxPro та Scratch, App Inventor, Google Blockly. Проте інші (К.А. Хайдаров, Б.А. Майерс, Н.С. Шу) вбачають візуальне програмування у використанні таких середовищ, які надають графічні або зображальні елементи, які можуть управлятися користувачем в інтерактивному режимі відповідно до якоїсь конкретної просторової граматики для побудови програм.

Мета статті. Тому ми поставили за мету проаналізувати наявні методики навчання візуального програмування, узагальнити досвід, виділити їх плюси і мінуси.

Виклад основного матеріалу дослідження. Звернемося до поняття “візуального програмування”. На основі аналізу, здійсненого у [1], це поняття ми пропонуємо розуміти як процес представлення програмних структур (алгоритмів і даних) за допомогою багатовимірних елементів (значків (ікон), форм, блоків) з використанням візуальної мови програмування [1, 181], яка розглядається нами як будь-яка мова програмування (не текстуальна), яка дозволяє користувачеві розробити програму в двох (або більше) вимірах [1, 180]. З цих позицій ми будемо аналізувати методики навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів.

Основними компонентами, що виступатимуть об'єктом аналізу методик навчання візуального програмування майбутніх інженерів-програмістів, є мета, завдання, зміст, методи, засоби, форми, очікувані результати навчання.

Проаналізуємо зарубіжні методики, наприклад, С.К. Чанга (S.K. Chang) [9], мета якої полягає у підготовці студентів до проведення досліджень в цих сферах візуальної теорії обчислень і застосування візуальних мов і засобів візуалізації, таких як PEGASUS і GraphLab. Завдання цієї методики забезпечують формування таких компетентностей з візуального програмування: базові знання з основ теорії візуальних мов, знакових і символічних уявлень та семантики і прагматики візуальних мов; здатність до синтаксичного аналізу методів; готовність до використання візуальних систем програмування, візуальних систем виконання запитів, візуальних інформаційних систем і візуальної розробки програмного забезпечення. Зміст методики включає: огляд питань про візуальні обчислення, візуальні мови програмування, графічні засоби візуальних мов; ознайомлення з поняттями інтелект-карт, просторових відносин, символічних проекцій, синтаксичного та семантичного аналізу; основ візуального дизайну, візуального процесу проектування; вивчення засобів візуального програмування та мов програмування, візуальних запитів та поліпарадигмальних баз даних, а також активних мультимедійних систем управління TeleAction Objects.

Слід зазначити, що цій методиці властива чітка структура та різноманітні форми і методи навчання для вивчення широкого кола питань візуального програмування, зокрема метод мозкового штурму, метод вправ та вирішення прикладів, семінари, презентація та захист проектна. У аналізованій методиці перевага віддається проблемним та інтерактивним методам навчання та практико-орієнтованим завданням. Їй властиві використання частково-пошукового та дослідницького методів навчання, що сприяє формуванню високого рівня засвоєння навчального матеріалу, а отже високій професійній компетентності у галузі візуального програмування. Але деякі теми дуже рідко використовуються у сучасних реаліях професійної діяльності інженерів-програмістів, основним завданням професійної діяльності яких є швидка та ефективна розробка програмного забезпечення та інформаційних систем.

Як засоби навчання у цій методиці використовуються словесні та засоби, які автоматизують процес навчання. Оригінальним надбанням методики є застосування такого засобу як Virtual Classroom 4.0, що являє собою симуляцію класу через Інтернет, забезпечуючи зручне середовище спілкування для дистанційних студентів у традиційному стилі класної кімнати “face-to-face”.

Отже, аналіз методики С.К. Чанга засвідчив, що вона містить багатий теоретичний матеріал, практико-орієнтовані завдання та використовує різноманітні методи та засоби навчання, що сприяє навчанню візуального програмування на високому професійному рівні. Проте основна увага у ній приділяється використанню індивідуальної форми навчання, групова форма використовується частково і не у завданнях з програмування, а парну у цій методиці автор не застосовує взагалі.

Проаналізуємо методику М. Скотта (M. Scott) [9], мета якої полягає у навчанні студентів розробці комп'ютерних програм за допомогою візуальних засобів програмування Alice і LabVIEW. Завдання полягає у тому, що студенти мають оволодіти знаннями основних структурних елементів візуальних засобів програмування Alice і LabVIEW та вміннями розробляти і впроваджувати віртуальні світи в Alice і розробляти і здійснювати програми в середовищі LabVIEW.

Зміст методики в основному зосереджено на вивченні засобів роботи з візуальними засобами програмування Alice і LabVIEW і не включають загальної теорії візуального програмування. Зміст поділяється на два модулі. Перший присвячено вивченню мови Alice і містить такі теми: об'єкти та інтерактивності у Alice, етапи розробки анімації (сценарій, розкадрування, початкові сцени, генерація коду), класи, об'єкти і методи рівня віртуального світу, методи рівня класу, інтерактивне програмування, обробники подій, цикли та рекурсія, списки. Другий включає такі питання вивчення графічного середовища розробки додатків LabVIEW: ознайомлення із середовищем, основні поняття (елементи програмування LabVIEW, додавання компонентів, вибір зовнішнього вигляду, бібліотека VI, налагодження програми, списки помилок, покрокове виконання програм, виконання підсвічування, призначення зондів, точки зупинки та з'єднувачів), структури управління в LabVIEW, масиви і кластери, застосування обробників зображень. Наприкінці курсу пропонується часткове ознайомлення з іншими середовищами візуального програмування. Практичні завдання у цій методиці навчання візуального програмування присвячені покроковій розробці різноманітних віртуальних світів.

Методика навчання візуального програмування М. Скотта передбачає використання пояснювально-ілюстративного та репродуктивного методів навчання, а також одноразово - метод кейсів. Отже проблемний, частково-пошуковий та дослідницький методи не достатньо використовуються, що зменшує можливість ефективного оволодіння навчальним матеріалом з візуального програмування на високому професійному рівні. Як засоби навчання у цій методиці використовуються словесні та візуальні, а також засоби, які автоматизують процес навчання: комп'ютери, інформаційні системи, ресурси Інтернет. Серед форм навчання основна увага приділяється використанню індивідуальної форм, а фронтальна, парна та групова форми навчання у цій методиці не застосовуються.

Методика А.Ф. Галімянова та Є.К.Ліпачева [11] має на меті формування у майбутніх ІТ-фахівців практичних навичок з основ візуального та об'єктно-орієнтованого програмування, необхідних для створення складних програмних комплексів; ознайомлення студентів з мовою програмування Object Pascal, а також освоєння ними методик побудови об'єктно-орієнтованих програм. Методика полягає у формуванні таких професійних компетентностей: здатність проектувати організаційну структуру, здійснювати розподіл повноважень і відповідальності на основі їх делегування; здатність ефективно організувати групову роботу на основі знання процесів групової динаміки і принципів формування команди; володіння різними способами вирішення конфліктних ситуацій; здатність до аналізу та проектування міжособистісних, групових і організаційних комунікацій.

У результаті студент повинен знати основні конструкції мови програмування Object Pascal і C ++; засоби об'єктно-орієнтованого програмування, їх можливості, переваги і недоліки; методику об'єктно-орієнтованого аналізу і проектування та вміти розробляти програми на мові Object Pascal, в тому числі з використанням класів; працювати з інструментальної системою програмування Delphi, створювати прості програми в середовищах C ++ Builder і Microsoft Visual C ++. Студент має оволодіти прийомами розробки програм в візуальних середовищах, розробляти програми на мові Object Pascal, в тому числі з використанням класів;працювати з інструментальної системою програмування Delphi, створювати прості програми в середовищах C ++ Builder і Microsoft Visual C ++.

Зміст методики передбачає вивчення таких тем: введення в візуальне програмування (новітні спрямування в області створення технологій програмування, закони та етапи еволюції технології програмування, програмування в середовищах сучасних інформаційних систем, об'єктно-орієнтований підхід до проектування та розроблення програм, конструктори і деструктори, особливості програмування в віконних операційних середовищах), мова програмування Object Pascal, інтегроване середовище розробника додатків системи Delphi, технологія програмування в середовищі Delphi, розробка додатків в середовищі Delphi, порівняльний аналіз існуючих систем візуального програмування (основні особливості Visual Basic, Visual C ++, їх схожість і відмінності від систем Delphi і С ++ Builder).

У цій методиці переважно використовується пояснювально-ілюстративний та частково репродуктивний методи навчання, які реалізуються у вигляді викладу лекційного матеріалу та лабораторних робіт з вказівками, щодо ходу їх виконання. Через те, що вона позбавлена використання частково-пошукового та дослідницького методів навчання, інноваційних форми і засоби навчання, а також не містить загальної теорії з візуального програмування та зосереджена на вивченні візуальних засобів розробки, а не візуальних мов (DRAKON, Prograph, VisSim) чи середовищ (LabVIEW, LabWindows/CVI) програмування вона не є доцільною для вивчення візуального програмування майбутніми інженерами-програмістами.

Методика навчання візуального програмування, запропонована Т.А. Вакалюк [8] для студентів фізико-математичного факультету, має на меті ознайомлення із основними методологіями програмування та висвітлення процесу їх еволюції; загальний огляд основних технологій програмування; розгляд основних положень технології візуального програмування. У завдання методики входить формування таких компетентностей: здатність до практичної роботи із системами, що підтримують принципи візуального програмування; оволодіння системою візуального програмування Delphi; здатність використовувати систему візуального програмування Delphi у власній професійній діяльності.

Зміст методики в основному включає питання щодо системи візуального об'єктно-орієнтованого програмування Delphi. Починаючи з загального надання уявлення про технологію візуального програмування, автор далі пропонує такі теми для вивчення: система візуального об'єктно-орієнтованого програмування Delphi; інтегроване середовище розробки (ІСР) системи Delphi; компоненти та загальний огляд основних властивостей, методів та подій; огляд бібліотеки візуальних компонентів (VCL) системи Delphi; компоненти введення та відображення текстової та чисельної інформації, дати та часу; компоненти відображення графічної та мультимедійної інформації; компоненти - елементи керування, меню та компоненти-панелі, системні діалоги; повторне використання програмного коду; загальний огляд механізмів збереження та повторного використання програмного коду; шаблони та депозитарії.

У методиці використано проблемний метод, який реалізований на за допомогою проблемно-символічних сигналів, що лежать в основі модельно-символічної технології організації розвивального навчання. Проблемна символіка може використовуватися як при викладанні нового матеріалу, так і при узагальненні матеріалу. Автором передбачено обов'язкове виконання індивідуальних завдань як реферативного, так і практичного характеру (конкретні програмні реалізації). Основними методами методики виступають теоретичні, словесні, наочні, пояснювально-ілюстративний, застосовуються словесні й візуальні засоби. Автор реалізує індивідуальну форму навчання і не використовують фронтальну, парну чи колективну. Зміст методики не відповідає нашому уявленню про сутність візуального програмування.

Отже, виходячи з аналізу методики Т.А. Вакалюк, ми можемо зробити висновок, що вона будучи спрямованою на навчання студентів фізико-математичних спеціальностей вищих педагогічних закладів, не сприяє виконанню завдань удосконалення навчання візуальному програмуванню майбутніх інженерів-програмістів.

Висновки з дослідження. Проведений аналіз методик дає змогу зазначити такі спільні їх недоліки: цілі навчання, перелік компетентностей та заплановані результати навчання частково відповідають завданню удосконалення навчання візуальному програмуванню майбутніх інженерів-програмістів; зміст методик, за рідким виключенням, не охоплює теорію візуального програмування, а спрямований на вивчення певних програмних продуктів (мов та середовищ); використання методів навчання обмежується пояснювально-ілюстративним та репродуктивним методами навчання, не часто застосовуються інноваційні засоби навчання та застаріле програмне забезпечення; використання фронтальної, парної чи колективної форм навчання обмежене; розглянуті методики (за виключенням С.К. Чанга) не відображають процес навчання візуального програмування у повному обсязі; лише деякі з методик ґрунтуються на вивченні вільного програмного забезпечення. Також можна виділити і переваги проаналізованих методик: очікувані результати навчання окремих методик достатньо вагомі для того, щоб їх доцільно було б включити у зміст стандарт вищої освіти України у галузі 12 “Інформаційні технології”, зокрема зазначені у методиці С.К. Чанга; зміст методик за умови раціональної його обробки і узагальнення може відображати зміст навчання візуального програмування.

Перспективи подальших розвідок. У подальшому науковому пошуку ми плануємо здійснити аналіз інших методик навчання візуального програмування з метою ґрунтовного дослідження цього питання.

Література

1. Осадча К. Аналіз понятійного апарату парадигми візуального програмування / К. Осадча, М. Марчук // Науковий вісник Мелітопольського державного педагогічного університету. Серія: Педагогіка. - 2016. - № 1. - С. 178 - 182.

2. Shu N.C. Visual programming. - New York: Van Nostrand Reinhold, 1988. - 307 p.

3. Chang S.K. Principles of visual programming systems. - Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1990. - 372 p.

4. Chang S.K. Visual Languages and Visual Programming. - New York-London: Springer Science & Business Media, 2012. - 460 p.

5. Quatrani T. Visual Modeling with Rational Rose 2002 and UML. - Boston: Addison-Wesley Professional, 2003. - 256 p.

6. Бугаєць Н.О. Програмування візуально- орієнтованого інтерфейсу в програмі Maple /Н. О. Бугаєць // Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. Серія 2: Комп 'ютерно-орієнтовані системи навчання. - 2012. - №. 12. - С. 67 - 71.

7. Величко В.Є. Використання технології візуального програмування в університетській освіті засобами вільного програмного забезпечення / В.Є. Величко // Вісник Житомирського державного університету імені Івана Франка. - 2014. - Вип. 4. - C. 51 - 55.

8. Вакалюк Т.А. Візуальне програмування: навч.- метод. посіб. Для студентів фізико- математичного факультету / Т.А. Вакалюк. - Житомир: Вид-во ЖДУ, 2013. - 116 c.

9. CS3650: Visual Languages and Visual Programming [Електронний ресурс]. - Режим доступу: URL: https://people.cs.pitt.edu/~chang/365/ 365.html.

10. CS 320n - Visual Programming University of Texas at Austin [Електронний ресурс]. - Режим доступу: URL: http://www.cs.utexas.edu/~scottm/ cs320n/index.htm.

11. Галимянов А.Ф. Программа дисциплины "Визуальное программирование” /А.Ф. Галимянов, Е.К. Липачев. - Казань, 2014. - [Електронний ресурс]. - Режим доступу: URL: http://kpfu.ru/pdf/ portal/oop/46902.pdf.

1. Osadcha K., Marchuk M. (2016). Analiz poniatiinoho aparatu paradyhmy vizualnoho prohramuvannia [Analysis of the conceptual apparatus of visual programming paradigm]. Scientific Journal of Melitopol State Pedagogical University. Series: Pedagogy, №1, pp. 178 - 182. [in Ukrainian].

2. Shu N.C. (1988). Visual programming. New York: Van Nostrand Reinhold, 307 p. [in English].

3. Chang S.K. (1990). Principles of visual programming systems. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 372 p. [in English].

4. Chang S.K. (2012). Visual Languages and Visual Programming. New York-London: Springer Science & Business Media, 460 p. [in English].

5. Quatrani T. (2003). Visual Modeling with Rational Rose 2002 and UML. Boston: Addison-Wesley Professional, 256 p. [in English].

6. Buhayets N.A. Prohramuvannia vizualno- oriientovanoho interfeisu v prohrami Maple [Programming visually oriented interface program Maple]. Scientific journal NEA Dragomanov. Series 2: Computer-oriented education system. №12, pp. 67 - 71. [in Ukrainian].

Velichko V.E Vykorystannia tekhnolohii vizualnoho prohramuvannia v universytetskii osviti zasobamy vilnoho prohramnoho zabezpechennia [Use of visual programming in university education means free software]. Bulletin Zhytomyr State University named after Ivan Franko. №4, pp. 51 - 55. [in Ukrainian]. DOJRZAJOSC I WIELOSTRONNOSC INTERPRETACJI LITERACKIEGO UTWORU MUZYCZNEGO

7. Vakalyuk T.A. (2013). Vizualne prohramuvannia: navch.-metod. posib. Dlia studentiv fizyko- matematychnoho fakultetu [Visual Programming: Teach method. guidances. For students of Physics and Mathematics]. Zhitomir:ZhDY Publ., 116 p. [in Ukrainian].

8. CS3650: Visual Languages and Visual Programming. Retrieved from: URL: https:// people.cs.pitt.edu/~chang/365/365.html. [in English].

9. CS 320n - Visual Programming University of Texas at Austin. Retrieved from: URL: http:// www. c s . utexas. edu/~scottm/cs3 2 0 n / index.htm. [in English].

10. Galimyanov A.F, Lipachev E.K. (2014). Programma distsipliny "Vizualnoe programmirovanie" [The program of discipline "Visual programming"]. Kazan. Retrieved from: URL: http://kpfu.ru/pdf/portal/ oop/46902.pdf. [in Russian].

Стаття надійшла до редакції 06.02.2017

Размещено на Allbest.ru