Конструктивизм в обучении. Планирование занятий с помощью PRIMM-технологии

образовательный процесс

планирование занятия

программирование

конструктивизм

Существуют разнообразные теории познания, пытающиеся сформулировать эффективный способ приобретения учащимися новых знаний и умений. Среди всех таких теории хочется подробнее остановиться на теории конструктивизма и её использовании в процессе преподавания информатики. Практический пример использования теории - планирование занятия по PRIMM-структуре.

Дата публикации

3 ноября 2023 г.

Содержание конструктивистской теории обучения

Конструктивизм базируется на идее активного участия ученика в процессе обучения. Учащийся строит умственную модель окружающего мира, осмысливает и добавляет новую информацию к уже изученным фактам. Каждый ученик приходит в класс с собственным опытом и будет конструировать новые знания на его основе.

Конструктивизм базируется на следующих принципах¹.

Конструирование знаний. Новые знания создаются на основе существующих. Ученик, кирпичик за кирпичиком, выстраивает новые знания своим уникальным, отличным от остальных, путём. Существующие знания, опыт, убеждения - всё влияет на процесс строительства.
Обучение - активный процесс. Учёба подразумевает взаимодействие с окружающим миром. Пассивное восприятие информации не даст тех же результатов, что и живая беседа, дискуссия или выполнение практического задания.
Обучение - социальный процесс. Общение с учителями, родителями и сверстниками формирует опыт, который затем окажет влияние на процесс обучения. Социальное взаимодействие способствует обучению, а изоляция - нет. Поэтому так важны групповые формы работы и взаимодействие учеников друг с другом.
Контекст важен. Изучаемые факты, теории и формулы не существуют сами по себе в изоляции от окружающей нас действительности. Вещи, которые мы изучаем и запоминаем, связаны с тем, что окружает нас в повседневной жизни.
Мотивация - ключ к обучению. Без мотивации обучение почти невозможно. Преподавателю необходимо увлечь учеников новой темой, чтобы они обратились к своему существующему опыту и знаниям. Они послужат основой для новой информации.

Одной теории определённо не достаточно, чтобы ответить на важный вопрос: каким образом использовать её на практике?

Вот четыре ключевых элемента урока, построенного с учётом теории конструктивизма:

учитель выступает скорее в роли координатора нежели человека единогласно руководящего образовательным процессом;
учитель и ученики обладают как равными полномочиями так и равной ответственностью за организацию эффективной работы;
обучение происходит в малых группах;
учитель и учащиеся делятся знаниями между собой.

Практические задания на уроке делятся на три категории:

ученик знает как их решить;
ученик может решить задачу, но ему нужна помощь учителя;
ученик не знает как решить задачу.

Первый тип задач не продвинет понимание темы и нужен для закрепления изученного. Задачи последнего типа скорее вредны, так как вызовут лишь фрустрацию и потерю мотивации. Оптимальными для обучения будут задачи второго типа.

Рассчитывать на одну лишь способность самостоятельно сделать открытие не стоит. Задания должны быть сконструированы так, чтобы ученик мог справиться с ними либо самостоятельно, либо при поддержке преподавателя. В последнем случае учащийся будет находится в зоне ближайшего развития². С помощью практики и обратной связи, учащийся научится решать такие задачи самостоятельно и расширит зону ближайшего развития. Это подготовит его к решению новых и более сложных задач.

Со временем ученик, с помощью учителя, увеличивает свою зону ближайшего развития

Перейдём к тому, как перечисленные выше теории применить на занятиях по программированию. В публикациях можно встретить следующий тезис: сначала ученики должны научиться читать код, и только потом писать его ³. Примерами заданий на чтения кода можно назвать трассировку и проработанные примеры. Полезными будут те задания, в которых учащиеся встречают часто применяемые паттерны и конструкций - подсчёт количества элементов подходящих под условие, нахождение суммы и произведения, и другие. Получив в своё распоряжение библиотеку таких шаблонов, им будет проще писать собственные программы.

Идеи конструктивизма нашли своё применение в области образовательной робототехники и программирования⁴. Рассмотрим подход к планированию занятия, который объединяет перечисленные выше идеи.

Структура PRIMM-занятия

Вот пять стадий урока:

Предсказать (Predict),
Запустить (Run),
Изучить (Investigate),
Модифицировать (Modify),
Создать (Make).

Как видно, своё название методика получила по первым буквам названий этапов. Рассмотрим каждый из них подробнее⁵.

Предсказать

Учащимся даётся готовая программа либо в распечатанном виде либо демонстрируется через проектор. Учащиеся обсуждают в группах или парах, каким будет результат работы программы. На этом этапе важен результат выполнения программы а не то, как он достигается. Сейчас учащиеся опираются на существующие знания и опыт. Результат работы программы либо зарисовывается, либо записывается на бумаге. По необходимости, ученикам даются примеры входных данных.

Пример

Какую фигуру нарисует программа:

from turtle import *

def mystery():
    fillcolor("Green")
    begin_fill()
    pencolor("Red")
    forward (100) 
    right (90)
    end_fill()
    forward (100) 
    right (90) 
    forward (100) 
    right (90) 
    forward (100) 

mystery()

Свой ответ нарисуйте⁶.

Запустить

Ученики запускают программу на своих компьютерах и проверяют, насколько точными были их предсказания. Вместе с учителем, обсуждают результат запуска программы. В этот момент и может возникнуть диссонанс между ожидаемым и реальным результатами, что создаст внутреннюю мотивацию разобраться в причине такого разногласия.

Важно! Ученики не набирают код программы, а запускают предоставленный учителем файл. Использование готовой программы на первых этапах занятия снимает с учащихся страх чистого листа - необходимости писать код самостоятельно, начиная с пустого окна редактора кода. Постепенно, в ходе занятия, код программы из чужого превращается в свой.

Изучить

Преподаватель даёт ученикам задания с помощью которых они подробнее изучают код программы через трассировку выполнения, объяснение работы отдельных строк кода, расстановку комментариев, указание на очевидные ошибки в коде.

Вопросы на понимание кода программы можно построить воспользовавшись блочной моделью.

Обсуждение происходит в малой группе или в парах. Такая форма работы помогает достичь следующего:

говоря о программе вслух, учащемуся необходимо использовать правильную терминологию, которая должна быть понятна всем участникам обсуждения;
проговаривание вслух сложных моментов помогает сосредоточится на отдельных элементах программы и не спешить;
во время диалога учащиеся задают вопросы и ищут ответы, помогаю друг-другу обмениваться знаниями.

Пример

Ответьте на следующие вопросы

Что означает число 90 в команде right(90)?

Для чего нужна команда forward(100)?

Что произойдёт, если команду right(90) заменить на right(45)?

Для чего используется служебное слово def?

Задания данного этапа подталкивают учащихся к самостоятельному изучению кода.

Модифицировать

Учащиеся редактирует программу-пример, чтобы добавить новые функции. Каждое следующее задание должно быть сложнее предыдущего. Не обязательно требовать добавить новую функцию. Условие задания может подразумевать исправление синтаксических и семантических ошибок, улучшение читаемости кода (расстановка отступов, изменение имён переменных).

Пример

Переименуй функцию mystery() в square(). Измени цвет контура и заливки фигуры. Увеличь длину стороны квадрата.

Создай функцию triangle() на основе функции square().

Создать

Учащиеся создают программу с нуля для решения новой задачи. Для этого они использует те же алгоритмические конструкции и функции, что встречались в примере.

Пример

Создай функцию circle(), и нарисуй два круга, один внутри другого.

Нарисуй фигуру:

PRIMM - методика структурирования занятий по программированию. Она фокусируется на чтении кода перед его написанием, совместном обсуждении и сокращении когнитивной нагрузки на учащихся за счёт изучения структуры программы на разных уровнях - от переменных до фрагментов кода.

Одно занятие не обязательно должно состоять из всех перечисленных выше этапов. На некоторых из них можно остановиться подробнее.

Сноски

Некоторая теория взята из этого блога и сайта-первоисточника.↩︎
Теория социального конструктивизма предложена советским психологом Львом Семёновичем Выготским.↩︎
Orna Muller, David Ginat, and Bruria Haberman: “Pattern-Oriented Instruction and Its Influence on Problem Decomposition and Solution Construction”. In 2007 Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE’07), 2007, doi:10.1145/1268784.1268830.↩︎
Использование теории конструктивизма в робототехнике и программировании широко популяризировались Сеймуром Пейпертом, автором книги Mindstorms. В ней описывается учебный язык программирования Logo. Кстати, платформа Lego Mindstorms получила своё название благодаря этой книге.↩︎
Using PRIMM to structure programming lessons ↩︎
Примеры PRIMM-уроков взял на этом сайте.↩︎