Сама технология тестирования не является новой. Как и многие другие технологии обучения, она зародилась в начале XX века. Специфику технологии тестирования определяет аппарат математического оценивания и моделирования ситуаций. Он постоянно развивается и составляет фундаментальную основу науки тестологии.

Применение новых математических подходов [3, 4, 5, 6] к моделированию разных педагогических ситуаций позволяет на всем протяжении становления и развития тестовых методов относить их к инновационным методикам. Те выводы, которые во многом были раньше получены педагогической наукой интуитивно, в настоящее время с использованием теории современного тестирования являются объективно обоснованными. Явления, которые многократно наблюдались в практике обучения и не могли быть отнесены к технологическим процессам, математический аппарат современной науки описывает с точностью до выбранного количества факторов влияния.

Технология индивидуального тестирования [7] имеет своей фундаментальной базой применение математического аппарата соответствия Галуа [8] и аппарата импликативных матриц [9] к интерпретации результатов обучения и формированию индивидуальной траектории обучения. Данная адаптивная технология есть один из ответов на вызов учебной действительности, когда требуется обучать совместно группу учеников порой с совершенно разными уровнями начальной подготовки. Также при этом необходимо учитывать такие факторы как предметные способности ученика, общие способности, его мотивацию, характер восприятия информации, психологические свойства личности, особенности обучения в коллективе и многие другие причины, в той или иной степени, влияющие на обучаемость и обученность ученика. В тоже время никто не снимает с учителя обязанность всеобщего обучения на уровне не ниже среднестатистических показателей с условием реализации индивидуальных запросов и достижения индивидуально поставленных целей. Обоснованный ответ в режиме реального времени способна предложить только современная педагогическая личностно-ориентированная технология.

Индивидуальное тестирование как технология позволяет учитывать перечисленные факторы и вообще диагностировать любые воздействия в системе обучения. Технология не зависит от предметной области и может быть воспроизведена в обучении на любом его этапе в контексте логически завершенной темы изучения. Она может быть использована как при обучении одному предмету, так и циклу учебных дисциплин и в целом в образовательном процессе.

Применение адаптивного индивидуального тестирования дает возможность выявить характерные особенности обучения предмету в конкретном временном разрезе. Технология позволяет учитывать индивидуальные и групповые свойства с целью рационально организовать мобильное обучение в составе подвижных малых групп [10]. Такая организация учебного процесса направлена на достижение поставленных образовательных задач наиболее эффективным в данный момент способом.

Обучение с использованием технологии индивидуального тестирования строится следующим образом. Предметный материал разбивается на темы. По каждой теме учебного материала выделяются основные элементы знаний. Дробление элементов знаний на более мелкие структурные единицы целесообразно уже в ходе обучения в конкретной группе. Элементы знаний соотносят друг с другом связями, которые играют определяющую роль в оценке усвоения материала. Таким образом, по всем темам изучения в итоге должны быть спроектированы графовые модели знаний [11].

Перед началом обучения на очередной временной период проводится диагностическое исследование. Его целью является выявления индивидуальных запросов учащихся, уровня начальной подготовки и уровня мотивации, а также соотнесение данных показателей друг с другом. Диагностическое исследование носит групповой характер, учащимся предлагается пройти анкетирование и выполнить идентичные наборы индивидуальных тестовых заданий. По результатам данной комплексной диагностики определяются исходные данные для формирования дальнейших индивидуальных траекторий обучения и траекторий обучения в подвижных малых группах.

Собственно обучение строится на трех знаниевых уровнях: базовом, продвинутом и творческом. В некоторой степени такое деление условно, так как при изучении очередной темы ученик может выбрать иной стартовый уровень. Уровень может быть изменен и в самом процессе предметного изучения. В зависимости от выбранного уровня зависит степень глубины и детализации учебного материала, характер его разъяснения. Индивидуальные особенности учащегося влияют на способ и форму изложения материала, количество и степень сложности практических заданий.

После изучения очередного тематического блока учебного материала каждый ученик проходит индивидуальное тестирование. По результатам индивидуальных тестов строится текущая графовая модель знаний учащегося. На графовой модели учебного материала выделяются элементы знания и незнания, еще не изученные элементы. Определяется текущий уровень компетентности ученика. По характеру взаимосвязей областей знания и незнания корректируется в соответствии с результатами исходной диагностики индивидуальная траектория обучения.

Анализ данных индивидуального тестирования всех учащихся позволяет сформировать малые группы для дальнейшего изучения предметной темы. В каждой из таких групп можно выделить одного или нескольких учащихся, по результатам обучения которых можно судить о состоянии обучения в группе в целом. Они выступают в качестве лакмусовой бумаги. Если такой ученик понял суть изучаемого вопроса или наоборот не разобрался в решении поставленной задачи, то и вся малая группа будет иметь схожие показатели на данном этапе обучения.

Выбор таких учащихся строится на моделировании ситуации с использованием соответствий Галуа. После очередного индивидуального тестирования малые группы естественным образом могут измениться. На основе полученных объективных данных общего текущего тестирования формируется их состав и стратегия дальнейшего обучения. До проведения следующего текущего или итогового тестирования изучение материала вариативно для каждого ученика. Количество промежуточных индивидуальных тестирований также выбирает сам ученик самостоятельно в зависимости от своих индивидуальных предпочтений, критериев и показателей обучения.

Математический аппарат импликативных матриц дает возможность ученику формировать наборы индивидуальных тестов в соответствии с выбранными им на данном этапе критериями обучения. Так можно задавать сложность индивидуального теста, сложность тестовых заданий, варьировать количество заданий в тесте, выбирать степень покрытия графовой модели изучаемого материала, определять эти и другие критерии в совокупности. С этой точки зрения технология индивидуального тестирования является адаптивной информационно-образовательной системой [12]. Данный инструментарий педагогической технологии позволяет реализовывать индивидуальную траекторию обучения оптимальным образом. Таким образом, даже в ходе изучения материала в малых группах траектория обучения носит индивидуальный характер.

Во время обучения диагностика и текущий контроль осуществляется промежуточными срезами знаний. После изучения темы учащимся на выходе предлагается общий групповой тест достижений. Данные тестирования показывают успеваемость учащихся, эффективность организации учебного процесса. Результаты данного теста позволяют судить, насколько было оправдано применение выбранных методов обучения при реализации индивидуальной траектории обучения на данном этапе. Сравнительный анализ исходных данных и полученных результатов позволяет оценить качество знаний и обучаемость учащихся, определить дальнейшие перспективы обучения для каждого ученика.

Время, отведенное на изучение учебного материала на базовом уровне, достаточно строго определено федеральными государственными стандартами обучения. Оно может варьироваться в некоторых пределах. В связи с этим, если ученик желает продолжить изучение темы на более высоком для себя уровне, он может самостоятельно по данной технологии осваивать материал в рамках самостоятельной работы по предмету. Также особенно оправдано подобное применение технологии индивидуального тестирования при изучении материала в профильной школе [13].

Изучение новой темы строится по той же схеме. Стоит подчеркнуть, что целесообразно при проектировании графовых моделей учитывать взаимосвязи элементов знаний различных графов друг с другом. Вариативность графовых моделей обеспечивает по необходимости добавление новых вершин знаний или изменение связей у уже имеющихся вершин. Во многих случаях это позволяет своевременно выявлять сущность пробелов в знаниях при изучении учебного предмета. Таким образом при очередном тестировании диагностировать состояние обученности ученика можно с более высокой точностью. Выявление причин незнания дает возможность своевременно корректировать оптимальные индивидуальные траектории обучения. Знание элементов учебного материала расширяет предметные границы, вооружает ученика необходимым инструментом для решения задач творческого уровня.

Применение технологии индивидуального тестирования предполагает внедрение в образовательный процесс автоматизированных программных комплексов [14]. Проектирование подобного рода автоматизированных программных сред, реализующих инновационные технологии, существенным образом расширяет современные возможности организации учебного процесса. Использование достижений новейших информационно-коммуникационных технологий в повседневной практике индивидуального тестирования значительно снижает временные затраты учащихся и учителя. Автоматизированные средства обучения оперативно обеспечивают субъектов учебного процесса комплексной информацией о состоянии обучения отдельных учащихся и класса в целом.

Модели подобных автоматизированных информационных систем поддержки инновационной деятельности подробно описаны в монографии [15]. Инновационные информационно-образовательные ресурсы, такие как программный комплекс «Advanced Tester» [16], эффективно реализуют идеи и возможности индивидуального адаптивного тестирования при построении индивидуальных траекторий обучения учащихся. Автоматизация отдельных элементов построения системы обучения дает положительный мотивационный эффект в контексте информационного общества.

Использование технологии индивидуального тестирования возможно в преподавании практически любого учебного предмета при изучении большинства тем. Это делает данную технологию полипредметной. Применение же в технологии автоматизированных программных комплексов трактует ее как инновационную информационно-образовательную систему обучения. Это в свою очередь позволяет говорить о возможности формирования на базе технологии индивидуального тестирования единого образовательного пространства. Проектирование подобного рода инновационных технологий отвечает запросам информационного общества на современном этапе развития. Внедрение технологии индивидуального тестирования в образовательный процесс позволяет обеспечивать фундаментальную предметную подготовку с учетом индивидуальных запросов оптимальным образом.

Методология программирования в течение последних десятилетий претерпела значительные изменения. Новые возможности вычислительной техники предопределили появление иных, чем были, парадигм программирования. Одним из таких направлений в программировании является объектно-ориентированный подход, являющийся в настоящее время одним из наиболее востребованных при решении разнообразных практических задач. В связи с этим изучение методических особенностей обучения учащихся основам данной методологии в современной школе приобретает особую значимость.

Программирование с самых истоков введения информатики в школьный курс составляет одну из главных дидактических линий данной учебной дисциплины. Изучение основ программирования в школьном курсе информатики составляет фундаментальную основу алгоритмической подготовки учащихся. В тоже время технологии и методы программирования постоянно развиваются, что предполагает поиск новых методологических подходов в преподавании этого раздела информатики. Однако методические особенности изучения основ объектно-ориентированного программирования в школе изучены недостаточно. Это обуславливает важность и своевременность педагогических экспериментальных исследований по изучению основ объектно-ориентированного программирования в школьном курсе информатики.

Современная практика программирования раскрывает перед пользователем вычислительной техники широкий спектр возможностей. В настоящее время существует целый ряд методов программирования от объектно-ориентированной парадигмы до логического и функционального подхода. Однако во многих учебных заведениях при подготовке специалистов по информатике изучается только одно из данных направлений. В школе программирование на базовом уровне либо не изучается вообще, либо рассматривается в ознакомительном плане. При этом предпочтение отдается, как правило, основам структурного программирования.

Идеология объектно-ориентированного подхода в программировании, востребованная при решении многих практических задач, в школьном базовом курсе информатики практически не освещается. В школе данная тема если и изучается, то частично при знакомстве с классификацией подходов в программировании. В профильных курсах предпочтение также отдается изучению основ структурного подхода и рассмотрению на его базе в завершении раздела ряда примеров, иллюстрирующих объектный подход.

Основы ООП рассматриваются в учебниках по информатике Н.Д. Угриновича для 9 класса среднего звена и 10 класса старшей школы, которые в основном и используется в школах. Именно в этих учебниках данная тема представлена отдельным разделом – «Основы объектно-ориентированного программирования». В учебниках по информатике других авторов данная тема отдельно не рассматривается, как правило, о парадигме ООП есть лишь разрозненные упоминания.

ООП является ведущим подходом в программировании и реализуется практически в любом современном языке программирования. Упрощение и сокращение программного кода, простота в изучении и удобства в использовании ООП послужило широкому распространению данного подхода. В связи с этим возникает необходимость внедрения изучения принципов ООП в школе. При этом остается открытым вопрос, как реализовать обучение принципам ООП и какие при этом могут возникнуть трудности.

Кратко опишем основные принципы объектно-ориентированного подхода в программировании.

Объектно-ориентированное программирование – это подход программирования, основанный на работе с объектом, его свойствами и методами, для работы с которыми используются принципы полиморфизма, наследования и инкапсуляции [1]. Объектно-ориентированный подход программирования может реализовываться не только в визуально-ориентированных языках программирования, но и в процедурных языках программирования, например в Object Pascal.

В основе ООП лежит понятие класса, под которым понимают новый тип данных, вводимый разработчиком при решении конкретной задачи. Объект или класс является абстрактным типом данных, создаваемым программистом. Для описания объекта или класса определяются его свойства и методы.

В основе объектно-ориентированного программирования лежат следующие понятия: инкапсуляция, наследование и полиморфизм [2].

Инкапсуляция подразумевает такое объединение свойств и методов класса внутри него, при котором доступ к свойству возможен только путем вызова соответствующего метода. При этом обособленность является важным свойством объекта. Класс разделяется на две части: внутреннюю и внешнюю. Внешняя часть тщательно продумывается исходя из того, каким образом могут взаимодействовать с объектами данного класса другие объекты программы. Внутренняя структура данных и алгоритм их обработки скрыты от пользователя и защищены от непреднамеренных изменений.

Технология ООП позволяет создавать иерархии объектов, то есть объект может иметь наследников (объект, которому доступны методы родительского объекта и обладающий еще своими методами). Использование наследования позволяет брать за основу имеющиеся объекты и создавать от них наследников с требуемыми свойствами. Таким образом, наследование задает отношение между классами, при котором один класс расширяет функциональность другого. Это значит, что он автоматически перенимает все его поля и методы, а также добавляет некоторые свои. Наследование обычно возникает, когда все объекты одного класса одновременно являются объектами другого класса, например, отношение общее/частное.

Для написания более гибкой программы используется понятие «полиморфизм». Полиморфизм дает возможность во время выполнения программы выполнять разные операции с помощью одного и того же имени. Полиморфизм определяет возможность класса выступать в программе в роли любого из своих предков, несмотря на то, что в нем может быть изменена реализация любого из методов. Изменить работу любого из методов, унаследованных от класса-предка, класс-потомок может, описав новый метод с точно таким же именем и параметрами, то есть, переопределив его. При вызове такого метода для объекта класса-потомка будет выполнена новая реализация.

Усвоение фундаментальных принципов объектно-ориентированного подхода составляет базис знаний и умений школьника для дальнейшего изучения данной технологии программирования.

Таким образом, целью проводимой экспериментальной научной работы выступило исследование возможностей изучения и последующего включения темы «Объектно-ориентированное программирование» либо в базовый школьный курс информатики либо в виде факультативного или элективного курса либо базовой составляющей профильного курса информатики.

Экспериментальное исследование заключалось в следующем:

- разработать систему уроков изучения ООП;

- проверить эффективность разработанных учебных материалов;

- провести анкетирование учащихся.

Эксперимент проводился под моим научным руководством студенткой Смоленского государственного университета Т.Н. Рожковой в рамках выполнения выпускной квалификационной работы в 10 классе МБОУ Озерненская СОШ № 1 Смоленской области. Экспериментальная группа состояла из 21 ученика.

С целью выяснения возможности включения темы «Объектно-ориентированное программирование» в школьный курс информатики была совместно разработана специальная система уроков. Она состояла из шести занятий, включающих входное тестирование и итоговую проверку знаний. Для изучения ООП использовался редактор Visual Basic пакета Microsoft Office.

Для выявления результатов изучения ООП было проведено анкетирование учащихся. Оно проводилось во внеучебное время уже после изучения на уроках информатики принципов ООП.

Обучение школьников принципам ООП в рамках эксперимента имело следующие особенности. До изучения принципов ООП, учеников необходимо было познакомить с новым языком программирования. Так же, следовало разобраться, что является объектом, свойствами и методами и как они могут быть представлены в данном языке программирования. В связи с этим три урока необходимы для объяснения принципов ООП (инкапсуляция, полиморфизм и наследование). Интерпретация принципов ООП основывается на примерах из жизни и работы с математическими данными. Последний урок является заключительным. Он предназначен для закрепления и расширения знаний по объектно-ориентированному программированию. Так же, сюда входит выполнение заданий для выявления уровня полученных знаний.

Результаты итогового контроля знаний учеников в сравнении с начальным уровнем подготовки показали положительную динамику (рис. 1).

Рисунок 1 – Сравнительный анализ знаний учащихся

Таким образом, можно сделать вывод, что на уроках информатики в школе можно изучить основные методы ООП с использованием методов структурного программирования на примере языка Visual Basic.

Заключительным этапом экспериментального исследования являлось анкетирование учащихся.

Анкета включала следующие вопросы:

1. Какие языки программирования ты изучал?
2. Какой из них тебе больше всего понравился?
3. До изучения объектно-ориентированного программирования ты что-нибудь слышал о языке программирования Visual Basic?
4. В каком языке программирования легче работать, в процедурном или объектно-ориентированном языке? Почему?
5. Хотелось бы тебе изучить объектно-ориентированный язык программирования Visual Basic более подробно? Почему?
6. Стал ли ты лучше разбираться в программировании после изучения объектно-ориентированного программирования?

В результате анализа данных анкетирования можно сделать следующие выводы.

Ученики знакомы с очень малым количеством языков программирования. Это – Gambas, Visual Basic и Free Pascal. Все учащиеся 10 класса знакомы с языком программирования Gambas (редактор текстового процессора Open Office Writer). 8 человек знакомы с языком программирования Visual Basic. Эти два языка предлагаются для изучения программирования в учебнике по информатике Н.Д. Угриновича. Язык Free Pascal отметили ученики, которые изучали его на дополнительных занятиях по информатике либо самостоятельно (рис. 2).

Рисунок 2 – Результаты анкетирования

Большинству учащихся – 17 школьников – понравился язык программирования Gambas. Важно обратить внимание на то, что ученики, которые были знакомы с несколькими языками программирования, предпочли Gambas. На вопрос «Почему?», ученики отмечали, что синтаксис языка Gambas проще и более понятен (рис. 3).

Рисунок 3 – Результаты анкетирования

До изучения объектно-ориентированного программирования только лишь 12 учеников слышали что-либо о языке программирования Visual Basic (рис. 4).

Рисунок 4 – Результаты анкетирования

Многим ученикам (61 %) легче работать в объектно-ориентированном языке программирования, чем в процедурном языке. Одной из причин выбора объектно-ориентированного языка программирования была простота и удобство работы с объектами (форма, кнопка, поле и надпись). Следует подчеркнуть, что некоторые ученики приравнивали объектно-ориентированные и визуально-ориентированные языки программирования (рис. 5).

Рисунок 5 – Результаты анкетирования

Ученики в ходе исследования отмечали такие преимущества ООП как использование при программировании понятий, близких предметных областей и сокращение длины программного кода. Их оппоненты в качестве причин выбора процедурного языка программирования называли:

- проблемы с выявлением взаимосвязей между теорией и практикой в ООП;

- пустую трату времени на изучение дополнительных методов программирования (полиморфизм, инкапсуляция, наследование);

- сложность кода для умения решать простые задачи по программированию с использованием операторов ветвления и циклов.

Желание учеников изучить более подробно ООП возникло чуть более чем у половины класса (51 %). Таким ученикам было бы интересно увидеть все преимущества ООП и научиться решать более сложные задачи в объектах.

Другие ученики посчитали, что данного курса достаточно для изучения основных принципов ООП. Все принципы объяснены лаконично и ясно, вследствие чего не требуется дополнительно времени для изучения ООП более подробно. Возникновение трудностей при решении задач ООП вызвало нежелание у некоторых учеников продолжать изучение ООП (рис. 6).

Рисунок 6 – Результаты анкетирования

Несмотря на последний факт, 86 % учеников стали лучше понимать программирование. Отсутствие отрицательных результатов изучения ООП говорит о том, что знания в данной области помогает постичь основы программирования (рис. 7).

Рисунок 7 – Результаты анкетирования

Но, учитывая затруднения при решении практических задач, нежелание изучать ООП более подробно, проблемы у учеников с выявлением взаимосвязей между теорией и практикой в ООП, незнание основных понятий программирования, заменить изучение структурного программирования ООП полностью нельзя. В школе для этого требуется дополнительное количество часов на изучение содержательной линии «Алгоритмизация и программирование». В связи с этим изучение вопросов ООП выносится на дополнительные занятия по информатике или элективные курсы.

В данной методике преподавания ООП не рассматривается программирование в объектах. Методологический подход, используемый в экспериментальной деятельности, обоснован тем, что изучение основ объектно-ориентированного программирования на базовом уровне в средней школе направлено на формирование познавательного интереса к этой области знаний. Собственно же обучение методам и приемам ООП, как правило, осуществляется в профильных классах старшей школы. Для учащихся непрофильных классов по информатике может быть организован кружок по программированию, например, при школьном научном обществе.

Вопрос выделения дополнительных часов на изучение объектно-ориентированного программирования в 8-9 классе также может быть частично решен за счет использования в учебном процессе инновационных информационно-образовательных технологий [3, 4]. Так, например, внедрение образовательных автоматизированных систем в процесс обучения позволяет более рационально строить траектории обучения, распределив усилия школьников наиболее оптимальным образом [5, 6, 7]. Применение математических методов при моделировании учебных ситуаций обучения объектно-ориентированному программированию как отдельно взятого ученика [8, 9], так и группы учеников [10, 11] целесообразно и в изучении информатики на базовом уровне и профильной школе [12].

При изучении основ программирования в средней школе также следует учитывать, что не всегда, при решении задач, особенно не очень сложных, методология объектно-ориентированного программирования является самой оптимальной. В профориентационных целях изучения информатики в школе больше внимание уделяется освоению школьниками информационных технологий, чем освоению работы программиста. Поэтому в школе по программированию решение сложных задач практически не рассматривается [13]. Но ООП можно рассматривать как метод изучения программирования в целом. В связи с этим, дальнейшее исследование будет заключаться в изучении ООП в школьном курсе информатики как базовой методологии программирования. В этом случае изучение ООП целесообразно будет начинать на базовом уровне с пятого, а не восьмого класса.

Таким образом, результаты исследования подтверждают востребованность и необходимость изучения ООП в школьном курсе информатики.