Teaching programming in Russian schools at the basic general education level: approaches and development directions

Full Text

Постановка проблемы. В эпоху стремительной цифровизации программирование занимает центральное место в системе школьного образования. Этот навык стал не только важным инструментом профессионального роста, но и необходимостью в повседневной жизни, где требуется умение структурировать и анализировать большие объемы информации. Формирование алгоритмического мышления, освоение работы с данными и базовые навыки программирования - ключевые элементы, которые помогают школьникам адаптироваться к вызовам цифрового общества. В Российской Федерации стратегия развития школьных образовательных программ задается следующими нормативными документами: - Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС)[21]; - Примерная основная образовательная программа (ПООП)[22][23]; - Федеральная рабочая программа (ФРП)[24][25]. Для наглядного понимания функций и задач ключевых нормативных документов можно обратиться к табл. 1. Эти документы формируют основу образовательного процесса, в рамках которого программирование становится важным инструментом развития следующих цифровых компетенций: - алгоритмического мышления; - компьютерной грамотности и информационной культуры;- навыков анализа и обработки данных. Таблица 1 Ключевые нормативные документы и их задачи в образовательном процессе Нормативный документ Основная цель Задача ФГОС Определение образовательных стандартов Определение базовых требований к образовательным результатам ПООП Уточнение содержания образовательного процесса Распределение учебных часов, содержание предметов ФРП Детализация учебного процесса Реализация содержания на практике Источник: составлено К.М. Колосом. Table 1 Key regulatory documents and their roles in the educational process Regulatory document Main goal Problem FGOS Definition of educational standards Establishment of basic requirements for educational outcomes POOP Specification of the educational process content Allocation of study hours and subject content FRP Detailing of the learning process Implementation of the content in practice Source: compiled by Kirill M. Kolos. Цели - анализ существующих подходов к обучению программированию в российских школах; исследование методической базы, лежащей в основе образовательных программ; выявление ограничений действующих подходов и определение направлений их совершенствования. Основное внимание сосредоточено на анализе нормативных документов, определяющих содержание образовательного процесса, а также на изучении программ обучения программированию, представленных на базовом и углубленном уровнях. Рассматриваются как традиционные, так и инновационные подходы, включая личностно ориентированный, проблемный и др. Вопросы методики обучения программированию активно изучаются в современной педагогической науке. Исследователи анализируют различные подходы к обучению, включая традиционный, деятельностный, проблемный и личностно ориентированный [1-4]. В рамках существующих работ особое внимание уделяется развитию алгоритмического мышления, использованию проектной деятельности и созданию условий для персонализации обучения. Однако, несмотря на многообразие исследований, остается ряд нерешенных вопросов. В частности, отсутствует комплексный анализ эффективности сочетания различных подходов, который позволил бы выявить оптимальные стратегии обучения в условиях цифровизации образования. Кроме того, в существующих работах недостаточно изучено использование современных технологий, таких как интерактивная визуализация данных, в качестве инструмента повышения наглядности и вовлеченности учащихся. Главная задача - на основе анализа нормативной базы (ФГОС, ПООП, ФРП), содержания курсов информатики базового и углубленного уровней и современной методической литературы сопоставить традиционный, деятельностный, проблемный и личностно ориентированный подходы к обучению программированию в основной школе, выявить их ограничения и обосновать гибридную модель, дополняющую стандартный курс практико-ориентированными средствами (интерактивной визуализацией данных с использованием библиотек Python), с первичной проверкой ее применимости в школьной апробации. Методология. Нормативная база, регулирующая обучение программированию в российских школах, опирается на два ключевых документа: федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) и примерную основную образовательную программу (ПООП). Эти документы задают общую стратегию развития школьного образования и определяют содержание учебного предмета «Информатика» для базового и углубленного уровней. В рамках ФГОС (п. 45.5.3, 45.5.4) программирование рассматривается как важный элемент подготовки школьников. Основное внимание уделяется развитию алгоритмического мышления, умению анализировать задачи и решать их с использованием компьютерных технологий. Также акцентируется необходимость формирования навыков разбиения сложных задач на подзадачи, их формализации и создания алгоритмов для реализации решений. ПООП, дополняя требования ФГОС, углубляет их детализацию. В документе подчеркивается значимость изучения алгоритмов, программирования и методов обработки данных. ФГОС (п. 45.5.3, 45.5.4) и ПООП (п. 2.1.14) детализируют ожидаемые результаты освоения курса «Информатика» для базового и углубленного уровней обучения. Они охватывают как предметные, так и метапредметные аспекты, направленные на развитие у школьников универсальных навыков работы с информацией и алгоритмами. Базовый и углубленный уровни обучения программированию в рамках школьной программы существенно различаются по содержанию и ожидаемым результатам. Базовый уровень фокусируется на изучении простых алгоритмических конструкций, таких как линейные алгоритмы, ветвления и циклы, а также на освоении основ работы с одномерными массивами и строками. Углубленный уровень охватывает более сложные темы, включая двумерные массивы, рекурсию и основы динамического программирования, с акцентом на применение языка Python для решения сложных задач [5]. Содержание школьных программ по обучению программированию разрабатывается на основе учебников, которые соответствуют требованиям ФГОС и ПООП. Наиболее популярны пособия Л.Л. Босовой и А.Ю. Босовой, включенные в Федеральный перечень учебников (ФПУ)4 для изучения информатики на базовом и углубленном уровнях [6]. Для более детального сравнения содержания, используемых инструментов и планируемых результатов базового и углубленного уровней [6] можно обратиться к табл. 2. Эффективное обучение программированию в школе опирается на определенные подходы, которые в педагогической науке рассматриваются как система концептуальных принципов, задающих логику и структуру образовательного процесса. Они могут классифицироваться в зависимости от целевых установок, методов реализации и содержания обучения. Как отмечает Е.Н. 4 Приказ Министерства просвещения РФ от 21.09.2022 № 858 «Об утверждении федерального перечня учебников, допущенных к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования организациями, осуществляющими образовательную деятельность и установления предельного срока использования исключенных учебников» // Информационно-правовой портал Гарант.ру. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/405490287/ (дата обращения: 25.09.2024). Степанов, в широком смысле подходы формируют общую стратегию педаго гической деятельности, а в узком - определяют конкретные методики работы преподавателя [7]. Таблица 2 Сравнение уровней обучения программированию Критерий Базовый уровень Углубленный уровень Основные темы Линейные алгоритмы; ветвления и циклы; одномерные массивы и строки Двумерные массивы; рекурсия; основы динамического программирования Язык программирования Паскаль Python (расширенное применение для решения сложных задач) Фокус на навыках Развитие алгоритмического мышления; умение разбивать задачи на подзадачи; создание простых алгоритмов Свободное владение алгоритмами различной сложности; разработка и оптимизация сложных программных решений Планируемые результаты Освоение базовых алгоритмических конструкций; написание и отладка простых программ Реализация сложных алгоритмов, включая сортировки и рекурсию; применение Python в прикладных задачах Практическая направленность Ограничена простыми заданиями и теоретическими аспектами Углубленные проектные задачи; применение знаний для решения прикладных проблем Источник: составлено К.М. Колосом. Table 2 Comparison of programming education levels Criterion Basic level Advanced level Main Topics Linear algorithms; branching and loops; one-dimensional arrays and strings Two-dimensional arrays; recursion; basics of dynamic programming Programming language Pascal Python (extensively applied for solving complex tasks) Focus on skills Development of algorithmic thinking; ability to break tasks into subtasks; creation of simple algorithms Proficiency in complex algorithms; development and optimization of advanced software solutions Planned outcomes Mastery of basic algorithmic structures; writing and debugging simple programs Implementation of complex algorithms, including sorting and recursion; application of Python in practical tasks Practical orientation Limited to simple exercises and theoretical aspects Advanced project-based tasks; application of knowledge to real-world problem-solving Source: compiled by Kirill M. Kolos. Следует учитывать, что в педагогике существует проблема разграничения понятий «подход» и «метод». Как указывает Е.Н. Соловова, подход отражает ведущие принципы обучения, тогда как метод представляет собой совокупность конкретных шагов и приемов их реализации. Таким образом, выбор подхода предопределяет используемые методики и инструменты, обеспечивая целостность образовательного процесса [8; 9]. Рассмотрим ключевые подходы к обучению программированию, среди которых выделены традиционный, деятельностный, проблемный и личностно ориентированный. Оценивать их будем точки зрения их влияния на развитие алгоритмического мышления, практических навыков и мотивации учащихся. Результаты и обсуждение. Рассмотрим и проанализируем разнообразные подходы к обучению программированию в современных российских школах. Традиционный подход, преобладающий на базовом уровне, обеспечивает теоретическую основу, но страдает низкой мотивацией учащихся [3; 10]. Деятельностный и проблемный подходы способствуют развитию прикладных навыков и аналитического мышления, однако их внедрение требует значительных ресурсов и квалифицированных преподавателей [11-14]. Личностно ориентированный подход позволяет адаптировать процесс обучения к интересам учеников, однако чаще встречается во внеурочной деятельности, а не в основной программе [15; 16]. Для наглядного представления особенностей подходов к обучению программированию обратимся к табл. 3 [2; 3; 10-16]. Таблица 3 Сравнение подходов к обучению программированию Подход Описание Применение Преимущества Ограничения Традиционный Передача теоретических знаний через объяснение алгоритмов, структуры данных и базовых конструкций Базовый уровень обучения Формирует теоретическую базу Низкая вовлеченность учащихся, ограниченная мотивация Деятель- ностный Практическая деятельность: проекты, реальные задачи, современные языки программирования Углубленный уровень, проектные задания Развивает прикладные навыки, связь с реальными задачами Требует ресурсов и высококвалифицированных учителей Проблемный Задания, требующие нестандартного мышления: оптимизация процессов, работа с данными Мотивированные учащиеся, сложные задачи Развивает аналитическое мышление и интерес к предмету Сложность организации, высокая подготовка учащихся Личностно ориенти- рованный Адаптация материалов к интересам и уровню подготовки учащихся Внеурочная деятельность, кружки Индивидуальный подход, развитие проектов по интересам Ограниченное применение в стандартной программе Источник: составлено К.М. Колосом. Table 3 Comparison of approaches to teaching programming Approach Description Application Advantages Limitations Traditional Transmission of theoretical knowledge through explanations of algorithms, data structures, and basic constructs Basic level of education Establishes a strong theoretical foundation Low student engagement, limited motivation Activity-based Practical activities: projects, real-world tasks, modern programming languages Advanced level, project-based assignments Develops applied skills, connects learning to real tasks Requires resources and highly qualified teachers Problem-based Tasks requiring non-standard thinking: process optimization, data analysis Motivated students, complex problem- solving Enhances analytical thinking and interest in the subject Difficult to implement, requires high student preparedness Student- centered Adapting materials to students’ interests and proficiency levels Extracurricular activities, coding clubs Individualized learning, development of interest-based projects Limited applicability in standard curricula Source: compiled by Kirill M. Kolos. Программирование является обязательным разделом предмета «Инфор матика» и включено в школьную программу для учащихся 8-9 классов. Однако учебные материалы в значительной степени ориентированы на теорию и простые алгоритмические задачи. Несмотря на это, документация ФГОС и ПООП предоставляет основу для развития алгоритмического мышления, хотя, например, темы, связанные с интерактивной визуализацией данных или работой с большими данными, остаются за рамками учебной программы. Что касается уровней обучения информатике, базовый уровень обеспечивает школьникам фундаментальные знания, достаточные для понимания основ программирования. Углубленный уровень, напротив, фокусируется на развитии более сложных навыков и готовит учащихся к решению прикладных задач. Однако ни один из уровней пока не охватывает темы, такие как интерактивная визуализация данных или работа с большими данными, которые могли бы существенно обогатить образовательный процесс. Для дальнейшего совершенствования стандартов и программ необходимо усилить их практическую направленность, расширив содержание за счет изучения современных языков программирования, таких как Python. Этот язык предоставляет широкие возможности для решения разнообразных задач: от анализа больших данных и создания интерактивных визуализаций до работы с нейронными сетями и разработки графических интерфейсов. Однако в программах обучения зачастую не уделяется внимание этим аспектам, что ограничивает возможности учащихся для знакомства с передовыми технологиями. При этом существующие образовательные стандарты не запрещают педагогам использовать современные технологии в преподавании, что открывает возможности для адаптации учебного процесса к актуальным вызовам цифрового общества. Дополнение курса информатики элементами, связанными с интерактивной визуализацией данных, машинным обучением и основами анализа больших данных, могло бы повысить интерес школьников к программированию. Даже краткое знакомство с этими инструментами не только разнообразит образовательный процесс, но и станет мотивационным фактором, способствующим вовлечению учащихся в углубленное изучение предмета, самостоятельную проектную деятельность и участие в олимпиадах. Формирование алгоритмического мышления - одна из ключевых задач курса «Информатика», обозначенная в ФГОС и ПООП. Это умение позволяет учащимся анализировать задачи, формализовать их в виде последовательности шагов и эффективно применять алгоритмы на практике. Развитие алгоритмического мышления осуществляется: - на базовом уровне: через изучение линейных алгоритмов, ветвлений и циклов, разбиение задач на подзадачи и их реализацию в учебных заданиях; - углубленном уровне: через освоение более сложных тем, таких как рекурсия, двумерные массивы и оптимизация алгоритмов [6]. Важным аспектом является способность школьников не только следовать готовым алгоритмам, но и создавать собственные для решения реальных задач. Это развивает логику, критическое мышление и аналитические способности, которые востребованы не только в программировании, но и в других дисциплинах. Алгоритмическое мышление остается универсальным инструментом, помогающим школьникам адаптироваться к современным вызовам цифрового мира. Укрепление образовательного процесса за счет включения актуальных тем, таких как визуализация данных и использование Python в задачах анализа и машинного обучения, обеспечит учащимся лучшее понимание современных технологий и их практического применения. Традиционный подход по-прежнему преобладает в обучении информатике и программированию в российской школе, особенно на базовом уровне, где важно обеспечить системное освоение основ [4]. Деятельностный и проблемный подходы находят применение на углубленных уровнях, способствуя развитию прикладных навыков и критического мышления. Личностно ориентированный подход остается редкостью, несмотря на его высокий потенциал [1; 17]. Анализ представленных подходов к обучению программированию в основной школе (табл. 3) показал, что каждый из них обладает как преимуществами, так и определенными ограничениями. Для повышения эффективности образовательного процесса в условиях стремительного технологического развития целесообразно использовать сочетание различных методик, что позволит объединить их сильные стороны и минимизировать недостатки. Одним из ключевых аспектов модернизации является разработка гибридных подходов, включающих элементы традиционного, деятельностного, проблемного и личностно ориентированного обучения. Такая интеграция способствует повышению мотивации учащихся, формированию алгоритмического мышления и развитию практических навыков, необходимых для работы с цифровыми данными. Определим ключевые критерии выбора наиболее перспективного подхода к обучению программированию: - развитие алгоритмического мышления - наиболее эффективно достигается через деятельностный и проблемный подходы, которые предполагают активное участие учащихся в учебном процессе; - повышение мотивации - достигается за счет интеграции проблемного и личностно ориентированного подходов, предполагающих использование задач, основанных на интересах школьников; - подготовка к современным вызовам - углубленное изучение программирования с применением актуальных технологий формирует фундаментальные знания в области анализа и визуализации данных. С учетом требований современной образовательной среды наиболее перспективными представляются деятельностный и проблемный подходы. Они обеспечивают баланс между теоретической подготовкой и практическими на выками, что делает процесс обучения программированию более осмысленным и прикладным. Однако другие подходы также играют важную роль и остаются неотъемлемой частью образовательного процесса. Традиционный подход необходим для систематизации и глубокого освоения теоретических основ, что позволяет формировать фундаментальные знания, без которых невозможно дальнейшее изучение программирования. Личностно ориентированный подход, в свою очередь, способствует развитию интереса учащихся, учитывает их индивидуальные особенности, повышает мотивацию к обучению, что немаловажно для успешного освоения сложных концепций. Таким образом, для успешной подготовки школьников к вызовам цифрового общества важно расширить использование деятельностных и проблемных подходов, интегрируя их в повседневное обучение и делая процесс изучения программирования более мотивирующим и практико-ориентированным [2; 3]. Наиболее эффективным является не отказ от существующих методик, а их разумная интеграция, при которой традиционные элементы сочетаются с инновационными практиками, обеспечивая комплексное развитие учащихся. Предложенный гибридный подход был апробирован в рамках преподавания учебного предмета «Информатика» среди учащихся 9 «А» класса Школы № 2097 г. Москвы. Это арт-класс, в учебном плане которого предусмотрено увеличенное количество часов информатики (2 часа в неделю). Однако стандартные методики обучения программированию вызывали у учащихся ограниченный интерес, что требовало внедрения новых подходов для повышения вовлеченности и мотивации. В ходе апробации проведено четыре пробных занятия, направленных на изучение инструментов визуализации данных в языке программирования Python и применение их в проектной деятельности. Основной задачей занятий стало создание учащимися собственных визуализаций данных на основе сценариев, сгенерированных нейросетью. Генерируемые искусственным интеллектом данные и описания ситуаций служили основой для построения графиков, диаграмм и других способов представления информации. Итогом работы становился анализ визуализированных данных и формулирование выводов на их основе. Работа носила ознакомительный характер, в связи с чем педагог оказывал учащимся поддержку на каждом этапе проектной деятельности. Несмотря на это, применение нейросетей для генерации данных и возможность их последующего визуального представления непосредственно в среде программирования без использования сторонних приложений вызвали у школьников высокий уровень заинтересованности. По результатам анкетирования, проведенного после завершения занятий, 78 % учащихся положительно оценили свой опыт работы с инструментами визуализации и выразили желание использовать их в дальнейшем изучении программирования. Заключение. Несмотря на очевидные достижения, программы обучения программированию в российских школах все еще сталкиваются с ограничениями, которые снижают их прикладную ценность. Основной акцент по-прежнему сделан на теоретической части, что ограничивает развитие практических навыков. Задачи преимущественно сводятся к выполнению базовых алгоритмов (циклы, ветвления, массивы), реальные кейсы, требующие анализа данных или решения комплексных проблем, не учитываются. В программах отсутствуют актуальные темы: работа с большими данными, интерактивная визуализация, машинное обучение и нейронные сети, что лишает школьников возможности освоить востребованные в современных отраслях инструменты. Интеграция этих направлений, особенно с использованием Python, может повысить интерес учащихся к углубленному изучению программирования. Для повышения эффективности образовательных программ важно: - усилить прикладной характер обучения, включая задачи, связанные с реальными данными из науки, экономики и технологий; - развивать проектную деятельность, позволяя учащимся применять знания на практике, разрабатывать приложения или анализировать данные. Будущее программ обучения программированию должно строиться на сбалансированном гибридном подходе, где теория подкрепляется практикой. Внедрение современных технологий и проектных задач позволит учащимся адаптироваться к вызовам цифрового мира и развить навыки, востребованные на рынке труда.

About the authors

Kirill M. Kolos

School No. 2097

Author for correspondence.
Email: km.kolos@s2097.ru
ORCID iD: 0009-0001-2125-3918
SPIN-code: 3260-4235

PhD Student, Teacher

9 Aerodromnaya St, Moscow, 125363, Russian Federation

References

Supplementary files