Работа с кейсом завершается презентацией результатов перед коллегами.
2. Разработка кейса как средства организации
исследовательской работы по информатике в основной школе
2.1 Подбор задачи для кейса по информатике
Мы понимаем информатику как программирование. Н. Н. Непейвода отмечает, что «практическая цель обучающегося - научиться даже без предварительного языка видеть в нем общие конструкции» и «понимать программы, написанные на нем». Практическую задачу нужно конкретизировать до задачи, смоделировать и сделать алгоритм решения[29].
С. Пайперт указывает, что программирование представляет собой общение с машиной на языке понятном ей, и пользующемуся ею человеку. Также, он выделяет два результата обучения программированию детей: учащиеся могут научиться пользоваться компьютером профессионально и обучение пользоваться компьютером может изменить способ изучения других предметов у учащегося [29]. Для изучения программирования необходимы соответствующие условия: более частый и свободный доступ к компьютеру, чем предполагается в школе.
Было проанализировано 80 работ, которые были представлены на дистанционный этап Краевого форума «Молодёжь и наука» в 2015/16 уч.годах. Из текста работ удалось выделить два вида работ. Первые, при выполнении которых решение поставленной перед учениками задачи известно в культуре, ученику предстояло воспроизвести неизвестное для него действие (переоткрыть знание самому). При выполнении вторых, задача была поставлена, ученики решали ее, самостоятельно обнаруживая закономерности и конструируя принцип действия.
По мнению О. В. Знаменской, Л. А. Рябининой, О. И. Свиридовой, наличие у учащегося второго и третьего уровней говорит о том, что он осмысленно относится к изучению предмета и способен к самостоятельному мышлению; наличие первого - о формальном освоении предмета и необходимости постоянной помощи учителя [18].
Учащиеся осмысленно применяющие правило, успешно справляются с задачей первого уровня, а ученики которые не понимают как работает правило не всегда могут справиться с поставленной задачей без помощи учителя.
В заданиях первого уровня проверяется овладение самим «механизмом» алгоритмом действия. Формулировка задания стандартна и содержит прямое указание на само действие. В качестве материала на этом уровне используются слова, в которых отношение между формой и значением прозрачны.[17]
Исходно в работах описаны задачи 1.1. и 1.2. Однако, они не являются исследовательскими, об этом говорят и тексты учеников - они не столкнулись с затруднениями, они выполняли упражнения. В результатах они описывают, что они "научились" чему-либо.
Задача 1.1. «Создать интерактивные презентации к уроку информатики, используя PowerPoint и его стандартные инструменты». Для того чтобы создать презентацию, ученику потребовалось самостоятельно ознакомиться с инструкцией по созданию мультимедийных презентаций в PowerPoint. Продукт работы - презентация на тему: «Устройство компьютера».
Данную задачу можно квалифицировать как задачу первого уровня по отношению к освоению PowerPoint. Образцы и правила, которые использовал известны - множество видеороликов с пошаговым созданием презентаций, литература, помощники. Самостоятельность ученика проявлялась в выборе цвета, фона презентации, внесение в презентацию своего выбора. Особых требований к ним не предъявлялось.
Задача 1.2. «Создать реляционную базу данных, показать её практическое применение». Ученик прочитал литературу о реляционной базе данных MS Access, в тексте приведены выдержки из стандартных текстов по теме «Работа в MS Access. Создание реляционной базы данных». Провел разработку базы данных совей школы. Cоздал объекты, информацию о которых необходимо сохранять в базе данных, указал их свойства, установил связи между ними. В качестве усложнения были использованы поиск данных с помощью фильтров и запросов. Написал инструкцию по использованию базы данных.
Рассмотрим конструирование задачи первого уровня.
В задаче 1 и задаче 2 используются стандартные программы MSOffice, которые изучаются в школьном курсе информатики. В обе задачи можно внести исследовательский компонент, если ученикам поставить задачу о сравнении нескольких программ, имеющих одно и тоже назначение по каким-либо параметрам. Например, ученик использует PowerPoint и Prezi для создания презентации по одной и той же теме, сформировав базовые композиционные требования. Учителем формулируются критерии, позволяющие определить эффективность, предлагается таблица для заполнения. И совместно с учителем делается вывод о том, в чём сходство и различие программ.
Задания второго уровня требуют конструирования и комбинирования алгоритмов, перевода их в язык программирования. На втором уровне ученик владеет языками программирования. Ученики решающие задачи данного уровня, владеют общим способом, они не ориентируются на правило или образец. Для решения задач данного уровня, необходимо преодолеть такие ситуации, в которых нет прямого использования образца.
Задача 2.1. «Создать калькулятор для подсчета количества информации и перевода единиц измерения информации, используя языки программирования Паскаль и VisualBasic. Калькулятор должен передавать единицы измерения скорости и единицы измерения информации». Для разработки калькулятора необходимо написать программу. Ученик познакомился с языками программирования, пришел к выводу, что калькуляторы создаются средствами объектно-ориентированного программирования. Не смотря на то, что поставленная ученику задача уже решена, он переоткрыл для себя уже известный в культуре способ составления программы, которая считает количество информации. Способ был ранее неизвестен ему. При решении он рассматривал примеры. Ученик продемонстрировал самостоятельные умения переводить их в язык программирования Паскаль и VisualBasic. Для написания программного кода он изучил основы программирования на VisualBasic. Объективно объяснив, почему выбран данный алгоритм.
Задача 2.2. Соединения старого дискового телефонного аппарата с сотовым телефоном. Изначально в работе описана практическая ситуация, где может быть использовано устройство. Для создания сотового дискового телефонного аппарата ученик взял сотовый телефон с поддержкой Java-приложений, укомплектованный минигарнитурой и старый дисковый телефонный аппарат. Часть элементов дискового телефона была подключена к сотовому телефону, а в телефон была загружена созданная им программа для дешифрации сигналов дискового номеронабирателя и совершения вызовов. Суть исследовательской части работы заключается в выборе языка программирования для совмещения разного типа сигналов. Ученик проявил самостоятельность в выборе языка- Java 2 MicroEdition - что подходит для решения данной задачи и соответствует этой проблеме.
Соединения старого дискового телефонного аппарата с сотовым телефоном выполнены маломощным паяльником. Программа для сотового телефона написана учеником на языке программирования Java 2 MicroEdition (создана специально для сложных серверных решений).Для создания программы ученик воспользовался средой разработки мобильных приложений SunWirelessToolkit (бесплатный набор средств разработки программ для мобильных телефонов и других устройств, поддерживающих платформу Java ME.) и текстовым редактором Notepad++ (свободный текстовый редактор с открытым исходным кодом для Windows с поддержкой синтаксиса большого количества языков программирования и разметки) для написания исходного кода приложения.
В данной работе были видны действия второго уровня, но при этом они были близко к третьему уровню. Ученик самостоятельно выбрал для себя язык программирования- Java 2 MicroEdition, подходящий и понятный ему. Сам овладел способом работы с этим языком. При выполнении работы ученик овладел способами и знаниями настолько, что смог применить их. Конструируя, ученик много анализировал материал - перебирал различные варианты действий, проделанную работу фиксировал в дневник, при этом не имея определенного образца. Весь процесс поиска языка, трудности в овладении программой, описаны в дневнике исследователя, в нём ученик рассказывает, как он это делал или планирует делать, в дневнике ученик самостоятельно размышляет и привносит свои идеи учителю.
Ученик, решающий задачи третьего уровня способен сам конструировать задачи, он овладел способами и знаниями на столько, что может применять их для решения разнообразных, в том числе жизненных задач. Иными словами, появляется способность «увидеть» и осуществить действие, в котором способ, "взятый" в известном предмете, востребован и выступает как преобразующий материал другого предмета. В работах был выбран язык из нескольких языков программирования на выбор. В работах учащихся выбирали языки, исходя из уровня сложности, доступности.
Задача 3.1 «Разработать программу, на основе алгоритма определения оптимального расположения точки доступа Wi-Fi для обеспечения максимальной зоны покрытия сети и визуализировал полученные данные.
Для того чтобы разработать программу ученик изучил теоретические аспекты программирования, такие как: алгоритм dfs (поиск в глубину); работа с файлами в с++; работа с 3D графикой php, js, css.
Проявил самостоятельность в реализации разработанного алгоритма в с++ с выводом координат точки доступа в текстовый файл; так же визуализировал полученную информацию средствами php.
В работе дана исходная ситуация, ученик ее моделирует. В своей работе ученик освоил язык программирования, за счет чего самостоятельно построил алгоритм в программе c++. В данной работе был выбран алгоритм создания программы в с++, что подходит для решения данной задачи.
Для ученика выступало прототипом уже существующая модель действия, в интернете много инструкций по расположению точки доступа Wi-Fi. Подобных программ на сегодняшний день несколько и их стоимость составляет от 5000$ и выше. Полный же автоматизированный комплекс стоит более 300 000 руб. Кроме этого, алгоритмы и исходники данных проектов в открытом доступе нет. В этом смысле эта работа по созданию аналога автоматизированной системы становится актуальной задачей.
Задания 3.2. Пропускная система с контролем опозданий на основе Arduino.Создана и запрограммирована электронная часть пропускной системы на базе платформы Arduino (Arduino -торговая марка аппаратно-программных средствдля построения простых систем автоматики и робототехники), выполняющая следующие функции: работа с картой памяти microSD- чтение номеров ключей и ФИО пользователей из файла Excel формата «CSV»;хранение ключей и данных пользователей во внутренней (оперативной) памяти платы для быстрого доступа к информации, что ускоряет работу системы; работа с электронными ключами или картами RFID - слежение за считывателем ключей, чтение данных поднесенного ключа, поиск ключа в базе данных, разрешение или запрет доступа; работа с часами реального времени - определение времени считывания ключа, запись ФИО владельца ключа и времени в файл протокола на microSD в формате «CSV» для последующего открытия в Excel и контроля опозданий; работа с LCD дисплеем - вывод информации о владельце ключа и текущего времени.
Для этого он изучил программирование на Java под Android, изучил все принципы MaterialDesign(дизайн программного обеспечения и приложений операционной системы Android от компании Google), создал свое приложение Voiceoffice(мобильное офисное приложение под ОС Android способное открывать файлы MS Office, TXT и PDF), изучил существующие офисные приложения на GooglePlay, сравнил их с Voiceoffice.
В учебно-исследовательской работе ученик создал офисное приложение, на известном языке программирования Java под Android. Работы в данной сфере уже есть, но приложение Voiceoffice является самостоятельно разработанным. Для этого ученик изучил программирование на Java под Android, изучил все принципы MaterialDesign, создал свое приложение Voiceoffice, изучил существующие офисные приложения на GooglePlay, сравнил их с Voiceoffice.
Для изобретения офисного приложения ученик выполнил конкретные операции Java, что соответствует для создания выбранного приложения. Ученик способен сам конструировать задачи, он овладел известными способами и знаниями на столько, что может применять их для решения своей задачи. Ученик овладел (сам нашел способ решения данной задачи) способом предметного действия и в обучении собственно этому предметному действию не нуждается.
Для дальнейшей работы были выбраны две задачи: «Старый - новый телефон» (задания см. в приложении А) и «Мобильный редактор VisualBasic для ОС Android» (задания см. в приложении Б). Поскольку, в первой задачи требуется «сделать руками» объект, задача программирования не является сложной для ребят, которые уже знакомы с основами программирования. Вторая задача была выбрана, поскольку задача является примером актуальной для современного мира задачей - адаптации старого программного кода для новых условий.
В качестве кейса были выбраны две задачи. Первая, «Старый новый телефон». Мы предполагали, что она будет интересна тем ученикам, которые любят конструировать, мастерить. Вторая задача «Voiceoffice - мобильное офисное приложение с голосовым управлением для ОС Android». Интересна своим результатом. Эти задачи были сложны для тех учеников, которые выполняли их впервые. В нашей ситуации мы знаем, что решение заведомо есть. Мы предполагали, что возможно два варианта развития ситуации: ученики смогут не только создать базовую программу для каждой из задач, но и придумать аналогичную задачу, где смогут явно выделить предмет программирования, поставят задачу о сравнении эффективности двух подходов; или, ученики решат только базовую задачу.
Получившиеся кейсы расположены в Приложении А и Приложении Б.
В качестве образца структуры кейсов мы выбрали сборник кейсов «Тетрадь кейсовых практик: опыт самостоятельных исследований в 7-8 классе», разработанных А.А. Азбель, Л.С. Илюшиным для проекта «Школьная лига РОСНАНО» Структура кейса включает в себя [6].:
Контекст ситуации (хронологический, исторический, контекст места, особенности действия участников ситуации)
Что нужно делать? (Описание ситуации затруднения, описание мини-эксперимента, который предлагается провести участникам, иногда достаточно подробно с указанием таблиц, которые нужно заполнить).
Структура описания эксперимента (что наблюдали, какая гипотеза появилась, обоснование).
Шкала для оценивания того, понравился ли кейс решателю (интересно/неинтересно, трудоёмко/легко, понятно/сложно, полезно/бесполезно). Место для написания заметки о том, «Что более всего удивило тебя при выполнении кейса (факт, идея, процесс, мысль)?»
Комментарии для тьютора. В них указываются ориентиры для консультирования школьников: «основная цель этого кейса - научиться …», пояснение о специфике проведения эксперимента, «До начала кейса имеет смысл поговорить о том, откуда …», область возникновения самостоятельного действия ученика: «если учащийся сформулирует самостоятельную гипотезу исследования относительно использования популярного продукта, это будет хорошей «точкой роста». «Важно, чтобы школьники научились планировать и объяснять ход собственного эксперимента таким образом, чтобы его мог воспроизвести не только автор идеи». исследовательский школьник кейс информатика
Рекомендации для тьютора не были составлены нами, однако в беседе с
учениками придерживались общих правил.
2.2 Результаты апробации
Кейсы для решения предлагалось ученикам 8 класса школы № 5 в рамках факультатива по программированию. Всего в этом году его посещают 10 человек. В прошлом году на него ходило 7 человек. Факультатив предназначен для тех детей, которым интересно программирование. Некоторые из учеников, кто посещает факультатив, хотят связать свою жизнь с программированием и видят себя в этой профессии в будущем. Пообщавшись с обучающимся, я узнала, что они работали и имеют некоторые базовые знания по работе с такими программами VisualBasic и Паскаль (знают о переменных, операторах, разделителях или ограничителях, функциях).
Мной были проанализированы задачи, которые учитель предлагал ученикам во время факультатива. За 2015/16 учебный год обучающиеся научились решать базовые задачи по программированию на языках Паскаль, VisualBasic. По результатам итоговой контрольной за прошлый учебный год ученики показали высокие результаты. В этом году 20016/17обучающиеся 8 кл. изучали темы связанные с основой алгоритмизации, начала программирования (язык программирования Паскаль).
Помимо типовых задач, ученикам предлагались задачи, в которых требовалось установить закономерность. Ученики имеют представление о том, что разработка программы включает в себя три этапа: разработка алгоритма, написание программы на языке программирования, отладка программы.