Дидактические средства развития алгоритмического стиля мышления студентов

Abstract

Introduction. Modern engineers must possess high potential of cognitive abilities, in particular, the algorithmic thinking (AT). In this regard, the training of future experts (university graduates) of technical specialities has to provide the knowledge of principles and ways of designing of various algorithms, abilities to analyze them, and to choose the most optimal variants for engineering activity implementation. For full formation of AT skills it is necessary to consider all channels of psychological perception and cogitative processing of educational information: visual, auditory, and kinesthetic. The aim of the present research is theoretical basis of design, development and use of resources for successful development of AT during the educational process of training in programming. Methodology and research methods. Methodology of the research involves the basic thesis of cognitive psychology and information approach while organizing the educational process. The research used methods: analysis; modeling of cognitive processes; designing training tools that take into account the mentality and peculiarities of information perception; diagnostic efficiency of the didactic tools. Results. The three-level model for future engineers training in programming aimed at development of AT skills was developed. The model includes three components: aesthetic, simulative, and conceptual. Stages to mastering a new discipline are allocated. It is proved that for development of AT skills when training in programming it is necessary to use kinesthetic tools at the stage of mental algorithmic maps formation; algorithmic animation and algorithmic mental maps at the stage of algorithmic model and conceptual images formation. Kinesthetic tools for development of students’ AT skills when training in algorithmization and programming are designed. Using of kinesthetic training simulators in educational process provide the effective development of algorithmic style of thinking and increase the level of understanding and learning of educational material on algorithms and programming. Scientific novelty. The developed tools and methods for developing algorithmic style of thinking during the educational process of training in programming is fundamentally different from existing ones that are aimed at kinesthetic channels of perception and activation of motor-memory area. According to the latest statistics, over 40% of people have kinesthetic sensing of the world; however, researchers have not treated this phenomenon in much detail. On the whole, the use efficiency of the didactic means when training graduates of engineering specialties has been proved in the course of the carried out experiment on kinesthetic tools introduction into educational process with the subsequent diagnostics of the levels of AT skills development, and the quality of training in programming among the students of theSiberianFederalUniversity. Practical significance. The proposed tools and methods for developing algorithmic thinking can be used in the training process in the school course of computer science, as well as university courses of programming of various kinds. The presented kinesthetic tools can be used for other technical and natural-science specialities (e.g. Mathematics) after applying specific content adaptation.

Введение. Для решения сложных технологических профессиональных задач современному инженеру нужно обладать высоким потенциалом когнитивных способностей, в частности алгоритмическим стилем мышления (АСМ). В связи с этим подготовка будущих специалистов технического профиля должна предусматривать наличие у выпускников вузов знаний о принципах и способах построения различных алгоритмов, умений их анализировать и выбирать наиболее оптимальные варианты осуществления инженерной деятельности. Для полноценного становления АСМ у студентов в методиках обучения требуется учитывать все каналы психологического восприятия и мыслительной обработки учебной информации: визуальный, аудиальный и кинестетический. Цель изложенного в публикации исследования состоит в теоретическом обосновании необходимости разработки и использования в учебном процессе комплекса дидактических средств, развивающих алгоритмический стиль мышления у студентов при освоении ими курса программирования. Методология и методики. Методологической основой работы явились ключевые положения когнитивной психологии и информационного подхода к организации образовательного процесса. В ходе исследования применялись такие методы, как анализ; моделирование когнитивных процессов; проектирование обучающих средств, учитывающих ментальность и индивидуальные особенности восприятия информации; диагностика эффективности дидактического инструментария. Результаты. В соответствии со структурой АСМ была спроектирована трехуровневая модель обучения программированию будущих инженеров, представленная тремя компонентами – чувственным, модельным и понятийным. Выделены этапы усвоения учебного материала дисциплины. Показано, что на начальной стадии приобретения навыков и умений построения ментальных алгоритмических схем целесообразно выполнение алгоритмических операций вручную с помощью кинестетических тренажеров; а на этапах формирования у учащихся алгоритмических модельно-понятийных образов продуктивно применение алгоритмической анимации и алгоритмических ментальных карт. Разработаны кинестетические тренажеры, предназначенные для усвоения базовых умений и навыков по алгоритмизации деятельности и закрепления знаний и компетенций в области программирования. Продемонстрировано, каким образом данные дидактические средства облегчают понимание содержания сложных разделов, тем и понятий курса программирования и способствуют формированию алгоритмического мышления будущих инженеров. Научная новизна. Предлагаемые авторами методы развития АСМ принципиально отличаются от существующих тем, что нацелены не только на традиционные для образования визуальный и аудиальный каналы восприятия учебного материала, но и на кинестетические способы обработки информации и активизацию моторной зоны памяти. Согласно имеющейся статистике, кинестетическое постижение окружающего мира преобладает у 40% людей, однако до сих пор на этот факт обращалось мало внимания в методиках преподавания различных дисциплин. Эксперимент по внедрению в учебный процесс кинестетических тренажеров с последующей диагностикой уровней развития АСМ и качества обучения программированию студентов Сибирского федерального университета подтвердили эффективность использования данных дидактических средств при подготовке выпускников инженерных специальностей. Практическая значимость. Кинестетический арсенал методических средств развития АСМ может быть востребован как учителями в школьном курсе информатики, так и вузовскими педагогами, преподающими дисциплины, связанные с программированием. При определенной содержательной адаптации кинестетические тренажеры можно задействовать для лучшего усвоения учащимися других технических и естественнонаучных предметов, например математики.