Совершенствование методики обучени я объектно-ориентированному программир о ванию на основе объектно-ориентированного проектиров а ния (на пример е дисциплины программирование для будущих учителей ин

На правах рукописи

Петров Алексей Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ НА ОСНОВЕ

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

(на примере дисциплины «Программирование»

для будущих учителей информатики)

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика, уровень высшего профессионального образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Московском государственном областном университете, на кафедре вычислительной математики и методики преподавания информатики

Научный руководитель: академик РАО,

доктор педагогических наук, профессор

Роберт Ирэна Веньяминовна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор

Бешенков Сергей Александрович

кандидат педагогических наук, доцент

Шухман Александр Евгеньевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Арзамасский государственный

педагогический институт»

Защита состоится «26» июня 2009 года в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 008.004.01 при Учреждении Российской академии образования «Институт информатизации образования», по адресу: 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии образования «Институт информатизации образования», автореферат размещен на сайте http://www.iiorao.ru.

Автореферат разослан « » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г.Л. Ежова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность темы исследования. На современном этапе развития информационных технологий совершенствуются методология и технология разработки программного обеспечения, которые, в основном, базируются на объектно-ориентированном подходе, что находит отражение в государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования для подготовки будущих учителей информатики в области программирования.

В педагогической науке проблемам методики обучения информатике в профессиональном образовании и отбора содержания обучения посвящены работы Бешенкова С.А., Жданова С.А., Козлова О.А., Кузнецова А.А., Кузнецова Э.И., Лапчика М.П., Матросова В.Л., Панюковой С.В., Роберт И.В. и др.

Теоретические основы объектно-ориентированного программирования (ООП) и объектно-ориентированного проектирования представлены в работах Буча Г., Грэхема И., Кея А., Максимчука Р., Мейера Б., Рамбо Дж., Хьюстона К., Энгла М., Якобсона А., Янга Б. и др. Исходя из основных положений объектной модели, разработанной Бучем Г., под термином «объектно-ориентированное проектирование» будем понимать метод, сочетающий процесс объектно-ориентированной декомпозиции и систему обозначений для представления логической и физической, статической и динамической модели проектирования системы.

Анализ отечественных и зарубежных научно-методических исследований обучения ООП позволил выделить три основных подхода: изучение принципов ООП на примере построения графического интерфейса пользователя (Бабушкина И.А., Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К.); рассмотрение ООП как дополнения к структурному программированию (Аржанов И.Н., Мещерякова Н.А.); обучение ООП на основе объектно-ориентированного проектирования (Бадд Т., Буч Г.).

Первые два подхода рассмотрены в научно-методической литературе, в то время как третий подход обучение ООП на основе объектно-ориентированного проектирования и использование визуального языка моделирования в отечественных исследованиях представлен недостаточно. По мнению зарубежных исследователей (Кларк Д., Мейер Б.) важнейшей целью при изучении ООП является обучение студентов объектно-ориентированной декомпозиции при осуществлении поиска классов объектов, на основе которых строятся программные системы.

Вместе с тем, государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования, в соответствии с которым осуществляется подготовка педагогических кадров по специальности «Учитель информатики» по дисциплине «Программирование», предусматривает изучение ООП и объектно-ориентированного проектирования. Однако, проведенный анализ учебно-методической литературы (Бабушкина И.А., Газейкина А.И, Иванова Г.С. и др.), нормативных документов, учебных программ для подготовки будущих учителей информатики (Андросова Е.А., Жданов С.А., Лучко О.Н., Матросов В.Л. и др.) позволил выявить, что изучение ООП не взаимосвязано с объектно-ориентированным проектированием.

Обучаемые испытывают затруднения при создании объектно-ориентированного программного кода, так как объектно-ориентированные языки программирования не позволяют наглядно представить классы объектов и отношения между ними, не способствуют формированию общего представления о создаваемом программном коде в отличие от унифицированного языка моделирования (UML), являющегося средством объектно-ориентированного проектирования. Язык UML дает возможность создавать и изменять модели программной системы с помощью визуальных элементов, а также использовать специальные инструменты (CASEсредства) для автоматизированного генерирования программного кода на основе диаграмм UML, наглядно реализующих взаимосвязь ООП и объектно-ориентированного проектирования. К таким инструментам относится пакет BlueJ, разработанный Коллингом М. и др. специально для обучения основам ООП.

Таким образом, возникает необходимость совершенствования существующих методических подходов к обучению будущих учителей информатики ООП за счет использования унифицированного языка моделирования и средств автоматического генерирования объектно-ориентированного программного кода, являющихся инструментами объектно-ориентированного проектирования.

Учитывая вышеизложенное, проблема исследования обусловлена противоречием между существующими подходами к изучению объектно-ориентированного программирования, не реализующими методы и средства объектно-ориентированного проектирования, направленные на осуществление объектно-ориентированной декомпозиции, наглядное представление модели проектируемого программного приложения, автоматизацию создания программного кода с использованием специализированных программных инструментов, и современным уровнем разработок в области теории и средств реализации объектно-ориентированного программирования и объектно-ориентированного проектирования.

Актуальность темы исследования определяется необходимостью разработки теоретических аспектов и методических подходов совершенствования методики обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования.

Объект исследования - процесс обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования.

Предмет исследования - теоретические аспекты и методические подходы к обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования.

Цель исследования - теоретически обосновать и разработать модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования, структуру содержания, а также методические рекомендации по обучению объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

Гипотеза исследования: если обучение будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию будет реализовано на основе объектно-ориентированного проектирования, то это обеспечит повышение уровня их обученности в области:

осуществления процесса поиска классов объектов и отношений между ними, с их последующей реализацией в программном коде;

наглядного представления классов объектов и отношений между ними;

автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи исследования:

1. Проанализировать научно-методические подходы к обучению специалистов в области информатики объектно-ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию.
2. Обосновать и сформулировать принципы совершенствования методики обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования, а также требования к уровням обученности будущих учителей информатики.
3. Разработать модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.
4. Разработать структуру содержания обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования, а также обосновать сочетание организационных форм и методов.
5. Разработать методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, а также провести экспериментальную проверку уровня обученности будущих учителей информатики.

Методологической основой исследования являются фундаментальные работы в области: педагогики и психологии (Беспалько В.П., Лернер И.Я., Никандров Н.Д, Фельдштейн Д.И., Дьюи Д., Килпатрик В. и др.); теории и методики обучения информатике (Бешенков С.А., Жданов С.А., Козлов О.А., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И., Лапчик М.П., Матросов В.Л., Панюкова С.В., Роберт И.В. и др.); методологии, средств объектно-ориентированного программирования и объектно-ориентированного проектирования (Бадд Т., Буч Г., Грэхем И., Мейер Б., Рамбо Дж., Страуструп Б., Якобсон А. и др.); методические подходы к обучению объектно-ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию (Аржанов И.Н., Газейкина А.И., Кузнецов А.Б., Мещерякова Н.А., Коллинг М. и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретический анализ и обобщение положений психолого-педагогической науки и информатики; анализ государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования, учебных программ; наблюдение, беседы, анкетирование; педагогический эксперимент.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в: обосновании целесообразности и выявлении условий совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования; обосновании и формулировании принципов совершенствования методики обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования, а также требований к уровням обученности будущих учителей информатики в данной области; создании модели обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием, включающей концептуальный, содержательный, технологический и диагностический компоненты.

Практическая значимость исследования заключается в: разработке блочно-модульной структуры содержания обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования для будущих учителей информатики; разработке программы курса «Программирование», реализующей взаимосвязь объектно-ориентированного программирования с объектно-ориентированным проектированием; обосновании сочетания организационных форм и методов обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования; разработке методических рекомендаций по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

Разработанная блочно-модульная структура содержания обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования может быть использована для повышения квалификации и переподготовки учителей информатики, а также разработки программ элективных курсов в старших классах общеобразовательной школы.

Этапы исследования.

Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе (2005 2006 гг.) анализировались теоретические подходы к обучению объектно-ориентированному программированию и объектно-ориентированному проектированию, изучалась педагогическая, психологическая и специальная литература. Разрабатывались принципы совершенствования методики обучения, требования к уровню обученности будущих учителей информатики и модель обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования.

На втором этапе (2006 2007 гг.) разрабатывалась структура содержания, выявлялись организационные формы и методы обучения объектно-ориентированному программированию на основе объектно-ориентированного проектирования; уточнялось содержание основных компонентов модели обучения объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием и разрабатывались методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

На третьем этапе (2007 2009 гг.) осуществлялась экспериментальная проверка уровня обученности будущих учителей информатики; систематизировались и обобщались полученные результаты, проводился их качественный и количественный анализ, формулировались выводы, оформлялся текст автореферата и диссертации.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись посредством выступлений и публикации материалов на всероссийских и международных научных конференциях: «Применение новых технологий в образовании» в 2007 г. (г. Троицк); «Инновационные технологии» в 2007 г. (г. Нью-Йорк); «Фундаментальные исследования» в 2008 г. (Доминиканская республика); III конференции «Проблемы международной интеграции национальных и образовательных стандартов» в 2008 г. (Чехия  Люксембург Франция); «Актуальные вопросы методики преподавания математики и информатики» в 2008 г. (г. Биробиджан); «Высшее образование для ХХI века» в 2008 г. (г. Москва), а также при обсуждении на заседаниях кафедры вычислительной математики и методики преподавания информатики в Московском государственном областном университете и на Ученых советах Учреждения РАО «Институт информатизации образования».

Обоснованность и достоверность полученных результатов исследования обеспечивается опорой на научно-методические разработки в области обучения объектно-ориентированному программированию и проектированию, совокупностью адекватных проблеме исследования разнообразных методов, подтвержденных результатами педагогического эксперимента, полученными с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная модель обучения будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием, состоящая из концептуального, содержательного, технологического и диагностического компонентов, базируется на принципах наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектирования, реализации объектно-ориентированной декомпозиции в процессе объектно-ориентированного программирования, автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием средств объектно-ориентированного проектирования, а также на требованиях к уровням обученности будущих учителей информатики в данной области.
2. Реализация методических подходов к обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию, представленных в разработанной блочно-модульной структуре содержания, в обоснованном сочетании организационных форм, методов и средств обучения, обеспечит формирование знаний и умений в области реализации взаимосвязи объектно-ориентированного программирования и объектно-ориентированного проектирования.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются объект, предмет, цель, гипотеза, задачи, методологические основы, раскрываются научная новизна исследования, его теоретическая и практическая значимость, описываются этапы и методы исследования, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются научно-методические подходы к обучению ООП и объектно-ориентированному проектированию в педагогическом вузе (Аржанов И.Н., Бабушкина И.А., Баженова Р.И., Баранова Е.В., Газейкина А.И., Иванова И.Д., Кузнецов А.Б., Магомедова Р.М., Мещерякова Н.А., Петрова Ю.А., Ханипова Л.Ю., Туркин О.В. и др.). Анализ научно-методических подходов к обучению специалистов в области информатики показал, что обучение ООП в основном осуществляется через структурное программирование (Аржанов И.Н., Мещерякова Н.А), построение графического интерфейса пользователя (Бабушкина И.А., Иванова Г.С. Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К.) и не направлено на наглядное представление классов объектов и отношений между ними.

Анализ содержания дисциплины «Программирование», представленного в государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования, в соответствии с которым осуществляется подготовка педагогических кадров по специальности 030100 - учитель информатики, показал, что изучение ООП и объектно-ориентированного проектирования реализуется на уровне знакомства с его основными принципами (абстрагирование, инкапсуляция, наследование и полиморфизм). Проведенный анализ нормативных документов и учебных программ для обучения будущих учителей информатики (Андросова Е.А., Жданов С.А., Лучко О.Н., Матросов В.Л. и др.) позволил выявить, что ООП не взаимосвязано с изучением объектно-ориентированного проектирования, а предполагает их последовательное изучение.

Анализ научно-методических подходов к обучению ООП (Бадд Т., Мейер Б., Страуструп Б., Газейкина А.И. и др.) позволил обосновать целесообразность совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обеспечивающей реализацию объектно-ориентированной декомпозиции; наглядность представления классов объектов с использованием унифицированного языка моделирования; автоматизацию создания объектно-ориентированного программного кода с использованием инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования. В связи с этим, были выявлены условия совершенствования методики обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, включающие в себя: доминирование объектно-ориентированной декомпозиции по отношению к алгоритмической декомпозиции, направленное на изменение стиля мышления с алгоритмического на объектно-ориентированный (предполагает формирование умений осуществлять процесс поиска классов объектов и установление отношений между ними); выполнение сюжетных заданий (предполагает использование средств объектно-ориентированного проектирования).

Основываясь на выявленных условиях совершенствования методики обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, а также на исследованиях Бадда Т., Барнса Д., Буча Г., Грэхема И., Коллинга М., обуславливается необходимость совместного использования унифицированного языка моделирования, являющегося средством объектно-ориентированного проектирования, и автоматизированных средств генерирования объектно-ориентированного программного кода. В работе установлено, что язык моделирования позволяет наглядно представить классы объектов и отношения между ними, которые могут быть использованы при создании объектно-ориентированного программного кода. Специальные инструменты (CASEсредства) позволяют создавать программный код на основе диаграмм языка моделирования, в качестве CASEсредства для обучения ООП может использоваться пакет BlueJ, являющийся интегрированной средой разработки и наглядно представляющий модель создаваемой программы на основе элементов диаграммы классов унифицированного языка моделирования.

Анализ теоретических подходов к формированию содержания обучения и общедидактических принципов (Леднев В.Д., Лернер, И.Я., Никандров Н.Д., Пидкасистый П.И. и др.) позволил обосновать и сформулировать следующие частные принципы совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования:

наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектирования, предполагающий использование унифицированного языка моделирования в процессе выполнения учебных заданий;

реализации объектно-ориентированной декомпозиции в процессе ООП, предполагающий осуществление поиска классов и отношений между ними;

автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием средств объектно-ориентированного проектирования, предполагающий применение учебных CASEсредств для генерирования программного кода на основе диаграмм классов языка моделирования;

сочетания организационных форм обучения ООП в условиях реализации метода проектов, предполагающий целесообразное использование индивидуальной, групповой и коллективной форм работы на каждом этапе выполнения проекта по разработке учебных программ.

С целью диагностики обученности будущих учителей информатики ООП на основе системы уровней осознанности и сформированности действий Беспалько В.П. разработаны требования к репродуктивному, адаптивному, эвристическому и творческому уровням обученности. На репродуктивном уровне знание возможностей ООП, умение реализовывать по образцу классы объектов в программном коде. На адаптивном уровне знание взаимосвязи между программным кодом и диаграммой классов языка моделирования, умение создавать по аналогии объектно-ориентированный программный код на основе диаграмм классов языка моделирования. На эвристическом уровне знание принципов ООП, умение осуществлять поиск, определение и «отбраковку» классов объектов, объектно-ориентированную декомпозицию, обосновывать выбор диаграммы языка моделирования, использовать CASE-средства. На творческом уровне знание этапов разработки программного обеспечения, умение самостоятельно моделировать различные системы и процессы, создавать повторно используемый программный код, осуществлять поиск оптимальных проектных решений.

Основываясь на теоретических подходах к построению модели обучения и отбору содержания образования (Никандров Н.Д., Пидкасистый П.И., Селевко Г.К., Хуторской А.В. и др.), на сформулированных принципах совершенствования методики обучения ООП, на требованиях к уровням обученности, в исследовании разработана описательная модель обучения ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием, состоящая из совокупности концептуального, содержательного, технологического и диагностического компонентов.

Концептуальный компонент модели предполагает постановку цели и задач обучения. Определено, что целью обучения является формирование системы знаний об ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием. Поставленная цель может быть достигнута в ходе решения следующих задач: формирование объектно-ориентированного стиля мышления; изучение возможностей ООП при моделировании различных систем и процессов, путей создания повторно используемого программного кода; подготовка к работе над учебными проектами в области ООП; организация самообразовательной и исследовательской деятельности студентов в процессе обучения в вузе.

Содержательный компонент модели предполагает блочно-модульное представление структуры содержания обучения, включающей базовый и профильные блоки, отражающие содержание обучения будущих учителей информатики и разработчиков программного обеспечения.

Технологический компонент модели предусматривает целесообразное использование организационных форм, методов и средств обучения ООП, направленных на реализацию взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.

Диагностический компонент модели предполагает реализацию промежуточного и итогового контроля уровня обученности адекватно сформулированным требованиям.

Таким образом, обоснованные и сформулированные принципы совершенствования методики обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, а также требования к уровням обученности позволили разработать модель обучения ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.

Во второй главе разработана блочно-модульная структура содержания обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обосновано сочетание организационных форм, методов и средств обучения, представлены методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики объектно-ориентированному программированию на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

На основании разработанных принципов совершенствования методики обучения ООП и содержательном компоненте модели разработана блочно-модульная структура содержания обучения, включающая базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно-ориентированного проектирования», отражающий инвариант содержания обучения для специалистов в области информатики, и профильные блоки «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств», отражающие содержание обучения для будущих учителей информатики и разработчиков программного обеспечения соответственно.

Базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно-ориентированного проектирования» включает следующие модули: история и роль объектно-ориентированного подхода; основные положения объектно-ориентированного подхода; обзор объектно-ориентированных языков программирования; принципы ООП; основы объектно-ориентированного проектирования.

Первый профильный блок «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» включает следующие модули: объектно-ориентированное проектирование с использованием унифицированного языка моделирования; виды отношений между классами объектов; подходы к классификации в объектно-ориентированном проектировании; объектно-ориентированное проектирование с использованием языка моделирования; объектно-ориентированная декомпозиция; моделирование различных систем и процессов.

Второй профильный блок «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств» включает следующие модули: автоматизированные средства объектно-ориентированного проектирования; этапы разработки программного обеспечения; создание повторно используемого программного кода в библиотеках классов объектов; объектно-ориентированное конструирование и архитектура программных систем.

На основании разработанной блочно-модульной структуры содержания обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования обосновано сочетание организационных форм и методов обучения будущих учителей информатики, отражающих взаимосвязь ООП и объектно-ориентированного проектирования. Представлены следующие организационные формы обучения: индивидуальная работа по выполнению заданий, включающих использование 12 классов объектов и позволяющих проверить знания синтаксиса языка программирования и нотаций диаграммы классов языка UML; групповая работа по выполнению лабораторных работ, использующих в среднем 310 классов объектов и позволяющих на практике изучать применение принципов ООП; групповая и индивидуальная работа по выполнению кратко- и среднесрочные проектов, использующих 1025 классов объектов и дающих возможность осваивать объектно-ориентированную декомпозицию; коллективная работа по выполнению долгосрочных проектов, организуемых несколькими кафедрами университета, имеющих координационный центр, и направленных на повышение качества обучения, работу над факультетскими исследованиями. В качестве основного метода обучения предложен метод проектов.

В исследовании разработаны методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики ООП на базе унифицированного языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, содержащие: 1) обоснование выбора типа декомпозиции, предусматривающие на начальном этапе обучения реализацию объектно-ориентированной декомпозиции, предполагающую формирование представлений об ООП и объектно-ориентированном проектировании, знаний об этапах разработки программного обеспечения, выработку умений нахождения и определения классов объектов, установления отношений между ними, а на заключительном этапе обучения использовать алгоритмическую декомпозицию; 2) рекомендации по организации и выполнению «сюжетных заданий» (Балл Г.А., Герасименко И.Ф., Фридман Л.М. и др.) содержащие технологию их применения в процессе обучения ООП, направленную на формирование общего подхода к реализации объектно-ориентированного проектирования в разрешении проблемных ситуаций; 3) обоснование выбора объектно-ориентированного языка программирования содержит описание существующих объектно-ориентированных языков программирования (С#, Java, Visual Basic.NET, C++, Object Pascal и др.), а также рекомендации по использованию языка программирования для обучения ООП. При этом отмечена целесообразность обучения нескольким языкам программирования, обеспечивающим знакомство с различными языковыми конструкциями. Представлена технология использования языков Java и Visual Basic.NET в процессе обучения ООП; 4) рекомендации по использованию языка UML и пакета BlueJ, разработанные на основе исследований Барнса Д., Коллинга М., содержат технологию работы со специальными инструментами (CASEсредствами), которые позволяют создавать программный код на основе диаграмм UML, таких, как IBM Rational, Borland Together. Выявлено, что большая часть этих инструментов не соответствует целям обучения основам ООП, в связи с чем для обучения ООП рекомендуется использовать пакет BlueJ. Рассмотрены возможности пакета BlueJ: создание визуальных элементов UML (классов объектов и отношений между ними), компиляция программного кода, выполнение методов классов объектов в процессе их написания, автоматическое создание документации на основе созданного программного кода. Представлена технология работы с пакетом BlueJ.

Педагогический эксперимент для проверки уровня обученности будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования был проведен в три этапа (констатирующий, обучающий и контрольный) в рамках курса «Программирование» для будущих учителей информатики с 2006 по 2008 годы на базе Московского государственного областного университета физико-математического факультета. В эксперименте участвовало 154 студента (77 человек в контрольной группе и 77 человек в экспериментальной группе). Для оценки результатов обучения были выделены следующие уровни обученности ООП: репродуктивный, адаптивный, эвристический и творческий.

Организация педагогического эксперимента осуществлялась таким образом, чтобы значимые факторы (контингент студентов, исходный уровень подготовки в области информатики) не повлияли на результат экспериментальной работы. В процессе педагогического эксперимента проводились оценка результатов деятельности студентов, анкетирование, тестирование, статистическая обработка и анализ полученных данных. Для проверки гипотезы проведена апробация разработанной модели обучения будущих учителей ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием.

На констатирующем этапе в контрольной и экспериментальной группах проводились анкетирование и тестирование студентов по определению уровня обученности в области ООП, которые показали, что на репродуктивном уровне обученности находятся 52 студента (67,5%) контрольной группы и 54 студента (70,1%) экспериментальной группы. Была выдвинута нулевая гипотеза (Н0) уровень обученности будущих учителей информатики одинаков в контрольной и экспериментальной группах. Альтернативная гипотеза (Н1) заключалась в том, что уровень обученности будущих учителей информатики в экспериментальной группе выше, чем в контрольной группе. По критерию Пирсона: , где частота iтой экспериментальной группы выборки; частота iтой контрольной группы выборки, определено = 0,074 и = 7,815 на уровне значимости р<0,05. Значение попадает в область допустимых значений, так как оно меньше значения , поэтому можно принять гипотезу (H0), как более правдоподобную, это означает, что студенты контрольной и экспериментальной групп находятся на примерно одинаковых уровнях обученности.

На обучающем этапе студенты контрольной группы изучали ООП по традиционной методике на основе алгоритмической декомпозиции и на примерах построения графического интерфейса пользователя. Обучение студентов экспериментальной группы осуществлялось по предложенной нами методике обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования.

На контрольном этапе эксперимента проводились тестирование и выполнение учебного проекта, по результатам которых были выявлены достигнутые студентами уровни обученности ООП на основе объектно-ориентированного проектирования. Оценка выполнения учебного проекта основывалась на использовании следующих методик: мотивации к успеху и избеганию неудач Элерса Т., системы интересов Хеннига В., определения уровня рефлексивности Карпова А.В. и Пономаревой В.В.; оценки диаграмм классов UML по критериям качеств, предложенным Чидамбером С. и Кемерером К.; на анализе протоколов реализации студентами объектно-ориентированного проектирования и продуктов учебной деятельности; опросник определения уровня самостоятельной работы студентов, разработанный и апробированный в рамках нашего исследования. В экспериментальной работе был отобран блок показателей по выявлению уровня обученности ООП на основе объектно-ориентированного проектирования будущих учителей информатики. Для определения значимости данных все показатели были сгруппированы в девять блоков: протоколы реализации студентами объектно-ориентированного проектирования, тесты, рефлексия и шесть показателей качества диаграммы классов языка моделирования, предложенные Чидамбером С. и Кемерером К. Присвоение каждому показателю ранга (от 1 до 9) было осуществлено с помощью экспертной группы, состоящей из 10 преподавателей московских вузов. Для выявления согласованности групповых оценок был использован коэффициент конкордации W (общий коэффициент ранговой корреляции для группы экспертов по методике Кендалла). Коэффициент конкордации W вычисляется по формуле: ; , где n число показателей, m число экспертов, S коэффициент вариации относительно среднего ранга, Rij – ранг i-го показателя, присвоенный j-м экспертом. Полученный коэффициент конкордации W = 0,54 соответствует средней согласованности экспертных мнений. Согласно экспертной оценки наиболее значимыми показателями в проводимом исследовании являются качество диаграмм классов языка моделирования и тестирование. На основе данных показателей было определено, что число студентов, достигших эвристического уровня обученности после обучения по предложенной нами методике в экспериментальной группе составило 42 человека (54,5%), а в контрольной группе 26 человек (33,8%), творческого уровня обученности в экспериментальной группе достигли 5 человек (6,5%), а в контрольной группе 1 человек (1,3%). Полученное значение критерия Пирсона  = 20,312 превышает табличное значение = 7,815 на уровне значимости р<0,05, т.е. с вероятностью 95% можно принять выдвинутую в исследовании гипотезу (H1) о том, что уровень обученности будущих учителей информатики в экспериментальной группе выше, чем в контрольной группе.

Таким образом, педагогический эксперимент показал, что обучение будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования повышает их уровень обученности в области осуществления процесса поиска классов объектов и отношений между ними, в области наглядного представления классов объектов и отношений между ними; в области автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Анализ научно-методических подходов к обучению специалистов в области информатики показал, что обучение ООП в основном осуществляется через структурное программирование, построение графического интерфейса пользователя и не направлено на наглядное представление классов объектов и отношений между ними. При этом обучение ООП не взаимосвязано с объектно-ориентированным проектированием. Показана необходимость совместного использования унифицированного языка моделирования, являющегося средством объектно-ориентированного проектирования, и автоматизированных средств генерирования объектно-ориентированного программного кода. Обоснована целесообразность совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, обеспечивающая реализацию объектно-ориентированной декомпозиции, наглядности представления классов объектов с использованием унифицированного языка моделирования и автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования. Выявлены следующие условия совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования: доминирование объектно-ориентированной декомпозиции по отношению к алгоритмической декомпозиции в процессе обучения ООП, направленное на изменение стиля мышления обучаемого с алгоритмического на объектно-ориентированный; выполнение сюжетных заданий, предполагающих использование средств объектно-ориентированного проектирования.
2. Обоснованы и сформулированы принципы совершенствования методики обучения будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования: наглядности представления классов объектов и отношений между ними при использовании средств объектно-ориентированного проектирования; реализации объектно-ориентированной декомпозиции в процессе ООП; автоматизации создания объектно-ориентированного программного кода с использованием средств объектно-ориентированного проектирования; сочетания организационных форм обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования в условиях реализации метода проектов. Сформулированы требования к репродуктивному, адаптивному, эвристическому и творческому уровням обученности будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования.
3. Разработана описательная модель обучения будущих учителей информатики ООП во взаимосвязи с объектно-ориентированным проектированием как совокупность следующих компонентов учебного процесса: концептуального, направленного на постановку цели и задач обучения; содержательного, направленного на отбор содержания обучения и, включающего базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно-ориентированного проектирования» и профильные блоки: «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств»; технологического, направленного на реализацию сочетания организационных форм, методов и средств обучения ООП; диагностического, направленного на выявление уровня обученности будущих учителей информатики в данной области.
4. Разработана блочно-модульная структура содержания обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования, включающая базовый блок «Теоретические основы ООП и объектно-ориентированного проектирования», отражающий инвариант содержания обучения для специалистов в области информатики, и профильные блоки «Объектная модель разработки программного обеспечения с использованием унифицированного языка моделирования» и «Разработка объектно-ориентированного программного кода на базе автоматизированных средств», отражающие содержание обучения для будущих учителей информатики и разработчиков программного обеспечения, соответственно. Обосновано сочетание организационных форм и методов обучения будущих учителей информатики, отражающих взаимосвязь ООП и объектно-ориентированного проектирования. В качестве основного метода обучения выбран метод проектов.
5. Разработаны методические рекомендации по обучению будущих учителей информатики ООП на базе языка моделирования и инструментальных средств объектно-ориентированного проектирования, содержащие: обоснование выбора типа декомпозиции; рекомендации по организации и выполнению сюжетных заданий в ООП; обоснование выбора объектно-ориентированного языка программирования; рекомендации по использованию языка UML и пакета BlueJ.

Осуществлена экспериментальная проверка уровня обученности будущих учителей информатики ООП на основе объектно-ориентированного проектирования. Полученные результаты педагогического эксперимента показали, что после обучения по предложенной методике количество студентов на эвристическом уровне обученности в экспериментальной группе составило 54,5%, а в контрольной группе 33,8%, на творческом уровне обученности в экспериментальной группе составило 6,5% студентов, а в контрольной группе 1,3%. Результаты экспериментального исследования с вероятностью 95% согласуются с выдвинутой в исследовании гипотезой о том, что методика обучения ООП на основе объектно-ориентированного проектирования повышает уровень обученности будущих учителей информатики, о чем свидетельствует полученное значение критерия  Пирсона = 20,312, которое превышает табличное значение = 7,815 на уровне значимости р<0,05.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в публикациях:

Статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК МОН РФ:

1. Петров А.Н. Проблемы обучения студентов объектно-ориентированному программированию. //Вестник университета Российской академии образования. М. 2008 г. – № 3. – С. 99100.

Статьи:

2. Петров А.Н. Основные подходы к обучению студентов объектно-ориентированному программированию и проектированию //Фундаментальные исследования. – М.: «Академия Естествознания». 2008. № 4. – С. 8082.
3. Петров А.Н. Особенности методики обучения студентов объектно-ориентированному программированию и проектированию //Современные наукоемкие технологии. – М.: «Академия Естествознания». – 2008. № 5. – С. 126128.
4. Петров А.Н. Обучение студентов основам объектно-ориентированного проектирования с использованием языка UML и пакета BlueJ //Фундаментальные исследования. Ч. 3. М.: Академия Естествознания». 2007 г. № 12. С. 489491.
5. Петров А.Н. Обучение студентов-информатиков объектно-ориентированному программированию с использованием языка UML //Материалы ХVIII Международной конференции «Применение новых технологий в образовании». 2728 июня 2007, г. Троицк. С. 4344.
6. Петров А.Н. Проблемы обучения студентов объектно-ориентированному программированию. //Материалы Третьей международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы методики преподавания математики и информатики». 16 апреля 2008, г. Биробиджан. С. 110113.
7. Петров А.Н. Совершенствование методики обучения студентов объектно-ориентированному программированию //Высшее образование для ХХI века: V международная научная конференция, Москва, 1315 ноября 2008 г. – М.: Изд-во Моск. гуманит. ун-та, 2008. С. 6166.
8. Петров А.Н. Теоретические основы методики обучения студентов объектно-ориентированному программированию и проектированию. Учебно-методическое пособие. – М.: Компания Спутник +, 2008. – 24 с.