Влияние спецдисциплин на профессиональную подготовку студентов информационного профиля

В современных условиях профессиональная подготовка специалистов информационного профи­ля к будущей производственной деятельности направлена на формирование системы профессиональ­но значимых знаний, умений и навыков, компетентности в решении задач информатизации общества.

Следовательно, в профессиональной подготовке студентов информационных специальностей представляется важной необходимость целенаправленной работы по формированию алгоритмиче­ских знаний, умений и навыков. Понятия и принципы, составляющие в совокупности содержание по­нятия алгоритмической подготовки студентов, за счет своей фундаментальности и большой образо­вательной значимости заняли важное место в системе профессионального образования будущих спе­циалистов информационного профиля. Совершенствование методики алгоритмической подготовки к решению профессионально-ориентированных задач и ее последовательная реализация представляют собой одну из основных задач профессиональной подготовки.

Наиболее полно совершенствовать алгоритмическую подготовку, развивать алгоритмическое мышление, алгоритмическую культуру, необходимые современному специалисту в области инфор­мационных технологий, позволяет освоение основ программирования. В этой связи в учебный про­цесс студентов специальности 050703 «Информационные системы» введен комплекс спецдисциплин по разным аспектам и технологиям программирования с учетом специализированных особенностей разработки алгоритмов решения профессионально-ориентированных задач. Данный комплекс вклю­чает такие дисциплины, как: «Объектно-ориентированное программирование», «Программирование на Delphi», «Алгоритмы и структуры данных», «Программирование под Windows», «Разработка при­ложений средствами стандартных библиотек», «Администрирование баз данных», «Программирова­ние на Visual C++». Данные спецкурсы были разработаны на основе новейшей учебно-методической литературы по НИТ с учетом специфики профессионального образования студентов информацион­ных специальностей.

Данные спецкурсы предлагают к изучению разные технологии программирования, среды про­граммирования, специфические особенности программирования различных ИТ, тем самым форми­руют научные специализированные алгоритмические знания, умения и навыки, алгоритмический стиль мышления, алгоритмическую культуру, необходимые специалисту, компетентному в области НИТ.

Охарактеризуем дисциплины обязательного компонента студентов специальности «Информаци­онные системы» по линии программирования, такие как «Алгоритмизация и языки программирова­ния» и «Технология программирования».

Целью курса «Алгоритмизация и языки программирования» является ознакомление студентов с основами алгоритмизации, способами описания алгоритмов, основными операторами языков высоко­го уровня, элементами структурного программирования, формирование умения составлять неслож­ные линейные, ветвящиеся и циклические алгоритмы для решения типовых учебных задач, неслож­ные программы решения вычислительных задач с использованием простых типов данных.

В результате изучения теоретических и практических материалов данного спецкурса студенты овладевают следующими базовыми алгоритмическими знаниями: о понятии алгоритма, его свойствах и способах представления; об основных алгоритмических конструкциях; о назначении вспомогательных алгоритмов; об основных свойствах величин в алгоритмах обработки информации, о правилах пред­ставления данных на одном из языков программирования высокого уровня; о правилах записи основ­ных операторов ввода, вывода, присваивания, цикла, ветвления; об этапах разработки программы.

Содержание рассматриваемого курса с целью решения профессионально-ориентированных за­дач предоставляет большие возможности для систематического формирования следующих базовых алгоритмических умений и навыков, пользование языком блок-схем, понимание описания алгорит­мов на алгоритмическом языке; пошаговое выполнение (трассировка) алгоритма; составление не­сложных линейных, ветвящихся и циклических алгоритмов для решения типовых учебных задач; вы­деление подзадач; определение и использование вспомогательных алгоритмов; составление неслож­ных программ решения вычислительных задач с использованием простых типов данных; программи­рование простого диалога; работа в среде одной из систем программирования (например, Турбо Пас­каль); осуществление отладки и тестирования программы.

Изучение этого курса приходится на начальный период обучения, когда студенты еще не имеют достаточной математической и тем более специальной технической подготовки. Это накладывает существенный отпечаток на структуру и содержание курса, подбор и изложение материала. В связи с этим в данном курсе основное внимание уделено разработке алгоритмов, как базовых, так и профес­сионально-ориентированных. Курс направлен на повышение уровня алгоритмической культуры сту­дентов, развитие их алгоритмического стиля мышления, развитие способности к алгоритмической деятельности, что является фундаментом профессиональной подготовки.

В курсе уделено внимание решению не менее сложной проблемы оптимального соотношения алгоритмического и творческого подходов в процессе решения задачи, при этом алгоритмическая направленность в большей степени выступает как мощный дидактический фактор.

Содержание дисциплины «Технология программирования» направлено на ознакомление обу­чаемых с основными понятиями и определениями технологий программирования — структурного и объектно-ориентированного. В практической части курса студенты получают навыки составления алгоритмов и их реализации с помощью различных технологий программирования, знакомятся со структурными типами данных, организацией процедур и функций, разработкой модуля, с различны­ми алгоритмами сортировки данных, бинарного поиска и динамическими структурами данных.

Лекционные занятия формируют знания, связанные с практической реализацией алгоритмов ре­шения следующих задач:

• технология программирования и ее роль в реализации алгоритмов;
• методология структурного построения алгоритмов;
• концепция объектно-ориентированного программирования (классы, объекты, события);
• разработка качественного программного обеспечения.
• Лабораторный практикум направлен на формирование умений и навыков составления алгорит­мов и их реализации с помощью различных технологий программирования.

Таким образом, обозначенные дисциплины формируют базовые алгоритмические знания, уме­ния и навыки, которые служат фундаментом для овладения разными способами обработки различных видов информации в современном производстве и системах управления обществом, в решении про­фессионально-ориентированных задач.

Алгоритмическая подготовка формируется на протяжении всего периода изучения спецдисцип- лин с помощью решения практических задач, максимально приближенных к общей профессиональ­ной деятельности будущего специалиста.

Разработка и внедрение спецкурса «Объектно-ориентированное программирование» обоснованны, поскольку объектно-ориентированное программирование в настоящее время является основной парадигмой к созданию и разработке современных пользовательских систем, в связи с чем данный спецкурс позволяет сформировать:

•  теоретические знания по основным понятиям: объекты, классы объектов, наследование, инкап­суляция, полиморфизм;
•  знания принципов программирования через управление событиями;

•  понимание места объектно-ориентированной технологии программирования в содержании теоретической и практической подготовки специалистов и ее неразрывной связи со структур­ным построением алгоритмов решения профессионально-ориентированных задач;

• практические умения составления и реализации алгоритмов решения профессионально­ориентированных задач на языке программирования.

Перечисленные выше профессионально значимые знания, умения и навыки, формируемые в процессе изучения спецкурса — необходимый компонент целостной системы алгоритмической под­готовки студентов к решению профессионально-ориентированных задач, так как способствуют раз­витию алгоритмического стиля мышления для решения поставленных задач с использованием совре­менных объектно-ориентированных средств разработки программного обеспечения.

Концепции, заложенные в объектно-ориентированном программировании, находят свое практи­ческое применение в следующих разработанных спецкурсах:

• «Программирование под Windows»,
• «Программирование на Delphi»,
• «Разработка приложений средствами стандартных библиотек»,
• «Программирование на Visual C++».

Данные дисциплины формируют специализированные знания, умения и навыки по разработке программного обеспечения в среде операционной системы Windows: знания архитектуры операцион­ной системы Windows, принципов ее работы на основе сообщений; умения разрабатывать приложе­ния, управляемые событиями; умения использовать вызовы стандартных функций Windows API (Application Programming Interface — Интерфейс Прикладного Программирования); умения разраба­тывать графические интерфейсы пользователя с помощью прикладных библиотек классов.

Введение разработанного спецкурса «Программирование под Windows» направлено на обучение студентов умениям рационального использования операционной системы Windows для решения профессионально-ориентированных задач. В ходе выполнения лабораторных работ изучается среда программирования Borland C++, базовые компоненты управления и их основные свойства, а также закрепляются практические навыки программирования под Windows.

Система разработанных профессионально-ориентированных задач по «Программированию под Windows», представленная лабораторным практикумом, а также заданиями на СРС, содержит прак­тическую значимость, позволяя сформировать следующие профессиональные умения и навыки:

• использовать предлагаемые ресурсы операционной системы Windows;
• разрабатывать оконные приложения с использованием концепции событийного программиро­вания под Windows;
• реализовывать алгоритмы решения профессионально-ориентированных задач с использовани­ем среды программирования Borland C++ и Builder C++;
• использовать возможность визуальных компонентов для построения интерфейса пользователя.

При выполнении лабораторных работ, решая поставленные перед ним задачи под Windows, сту­дент должен следовать следующему алгоритму:

1)   сделать анализ поставленной задачи;

2)    составить эффективный алгоритм решения задач с описанием обрабатываемых данных;

3) выбрать среду разработки приложений, предоставляющую необходимый инструментарий, с которыми разработчик имеет определенный опыт работы;

4)    загрузить выбранную среду;

5) создать новый проект, используя при этом требуемый «Мастер Приложений», определить па­раметры разрабатываемого приложения;

6) если разрабатывается оконное приложение, то необходимо спроектировать интерфейс взаи­модействия с пользователем, разместив требуемые визуальные компоненты на форме;

7) назначить свойства и определить события, которые требуют обработки при их возникнове­нии;

8) представить реализацию алгоритма решения поставленной задачи кодом выполнения про­граммы;

9) произвести процесс отладки приложения, исправить выявленные синтаксические и логиче­ские ошибки, тестируя программный код при разных исходных данных.

С целью закрепления профессиональных умений и навыков разработки приложений под Windows внедрены и разработаны следующие спецкурсы: «Программирование на Delphi», «Про­граммирование на Visual C++», «Разработка приложений средствами стандартных библиотек», кото­рые предоставляют возможность изучения альтернативных инструментов разработки прикладного и системного программного обеспечения, функционирующего в операционной системе Windows.

Содержание лабораторных практикумов данных спецкурсов позволяет:

• изучить среду визуального программирования;
• освоить технологии создания приложений с использованием предоставляемых возможностей среды программирования;
• сформировать навыки реализации алгоритмов решения профессионально-ориентированных задач на современных версиях языков высокого уровня, к которым относятся Delphi, Visual Basic, Visual С++;
• закрепить механизм разработки приложения под Windows, алгоритм которого изучается в спецкурсе «Программирование под Windows»;
• самостоятельно применить сформированные алгоритмические умения и навыки в решении профессионально-ориентированных задач творческого уровня.

Лабораторные практикумы обозначенных дисциплин содержат комплекс задач разного уровня сложности: базовый — ознакомление с компонентами среды визуального программирования (Delphi, Visual Basic, Visual С++); специальный — реализация алгоритмов обработки данных при разработке Windows-приложений; творческий — разработка собственного проекта выбранной области с исполь­зованием всех изученных возможностей среды визуального программирования. Более сложные зада­чи (творческого уровня) выполняются студентами на заключительной стадии изучения курса, где они проявляют и развивают свои творческие способности в области разработки и реализации алгоритмов решения поставленных профессионально-ориентированных задач.

Необходимость разработки и внедрения в процесс профессиональной подготовки студентов ин­формационных специальностей данных спецкурсов связана с углублением практических умений и навыков программирования под Windows посредством решения профессионально-ориентированных задач в современных системах программирования.

Разработанный и внедренный в учебный план специальности «Информационные системы» спецкурс «Разработка приложений средствами стандартных библиотек» позволяет сформировать умение создавать приложения для операционных систем Windows с использованием средств автома­тизированного программирования (на примере использования MFC AppWizard, MFC ActiveX ControlWizard, ATL COM AppWizard, ClassWizard, AppStudio), навыки программирования в среде Microsoft Visual C++ с использованием библиотеки классов MFC и библиотеки шаблонов ATL. В хо­де выполнения лабораторных занятий изучается библиотека базовых классов MFC, а также закреп­ляются практические навыки программирования приложений для операционных систем Windows. Используются средства автоматизированного создания приложений, включенные в компилятор Microsoft Visual C++, и называются MFC AppWizard, с помощью которого можно создать шаблон приложения для решения поставленной задачи. Генератор приложений создаст приложение, отве­чающее требованиям, и предоставит исходные тексты, куда необходимо внести собственный код об­работки данных, в соответствии с построенным алгоритмом решения задачи.

Без понимания алгоритмов и структур данных современному специалисту информационного профиля невозможно создать сколько-нибудь серьезный программный продукт. В этой связи вклю- чение в учебный процесс профессиональной подготовки студентов информационных специальностей разработанного спецкурса «Алгоритмы и структуры данных» является вполне обоснованным. Акту­альность разработки и внедрения данного спецкурса объясняется тем, что структуры данных и алго­ритмы служат теми материалами, из которых строятся программы. Более того, сам компьютер состо­ит из структур данных и алгоритмов, при этом его работа с любыми данными выполняется только в соответствии с неизменным набором алгоритмов, которые определяются системой команд централь­ного процессора. Следует отметить, что классической стала формула разработки программ, предло­женная Н.Виртом: алгоритмы + структуры данных = программы [1].

Целью данного курса является выработка теоретических представлений по описанию дискрет­ных объектов, как образующих элементов информационных наборов данных, ознакомление с теоре­тическими моделями представления данных, овладение практическими навыками и умениями по соз­данию сложных информационных структур и разработке основных алгоритмов.

Лабораторный практикум данного курса отражает значимость структурного подхода к разработ­ке алгоритмов, позволяет продемонстрировать студентам порядок разработки алгоритмов наиболее интересных разноуровневых задач с профессионально-ориентированным содержанием, содержит достаточно большое количество алгоритмов особенно важных операций, реализованных в виде про­цедур и функций, написанных на Turbo Pascal, которые могут быть применены как «заготовки» в са­мостоятельных разработках студентов и программистов.

Разработка и внедрение спецкурса «Администрирование баз данных» осуществлены в соответ­ствии с требованиями информационного общества к уровню алгоритмической подготовки специали­стов информационного профиля в области баз данных. Спецкурс направлен на формирование знаний о теории реляционных баз данных и алгоритмов доступа к данным. Следует отметить, что специали­зированные алгоритмические знания, умения и навыки в области разработки баз данных являются необходимым компонентом алгоритмической подготовки современных специалистов информацион­ного профиля.

Изучение спецкурса способствует такой организации будущей профессиональной деятельности студентов, которая предполагает решение многих профессионально-ориентированных задач, связан­ных с проектированием, администрированием, моделированием информационных систем, в основе которых лежит построение алгоритма. В спецкурсе раскрываются современное состояние и перспек­тивы развития баз данных, представляются традиционные алгоритмические подходы к организации структурированных данных, излагаются архитектурные основы, концепции и возможности систем управления базами данных, различные алгоритмы обработки данных и алгоритмы криптографии с целью защиты информационной системы, отмечаются специфические особенности механизмов, ис­пользуемых в наиболее распространенных современных серверах баз данных, приводится описание моделей организации баз данных (иерархических, сетевых, реляционных, многомерных). Представ­ляются концепции и возможности СУБД ACCESS, MySQL, Oracle и др., методы физической реализа­ции БД и их использование в различных системах, необходимых в будущей профессиональной дея­тельности.

Таким образом, технология алгоритмической подготовки на базе разработанных спецкурсов на­правлена на формирование алгоритмических знаний, умений и навыков, которые позволят студенту информационных специальностей понимать значение алгоритмического типа деятельности, уметь объяснять его достоинства и недостатки; научиться сложные информационные процессы представ­лять в виде совокупности простых, создавать алгоритмы в различных предметных областях; знать основные типы алгоритмов; овладеть современными языками программирования для решения по­ставленных профессионально-ориентированных задач.

Для учебно-методической поддержки дисциплин, направленных на алгоритмическую подготов­ку, разработано и применяется в учебном процессе учебное пособие «Технология программирования на языке Паскаль с решением типовых задач» [2], в котором рассматриваются специфические вопро­сы курса «Алгоритмизация и языки программирования» и содержится апробированный материал для изучения студентами информационных специальностей, что способствует рациональному формиро­ванию алгоритмических знаний, умений и навыков.

Все разработанные спецкурсы сопровождаются УМК, которые разработаны на основе методиче­ских указаний по их составлению и оформлению [3]. Учебно-методический комплекс представляет собой документ, определяющий концепцию конкретного курса, который разрабатывается с целью совершенствования методики преподавания дисциплины и реализации передового опыта содержания образования в условиях университета.

Составление и использование УМК направлены на решение следующих задач:

• определение места и роли учебной дисциплины в образовательной программе конкретной спе­циальности;
• реализация междисциплинарных логических связей образовательной программы;
• распределение учебного времени по темам и видам учебных занятий;
• организация самостоятельной работы студентов в аудиторное и внеаудиторное время;
• активизация познавательной и творческой деятельности студентов;
• обеспечение взаимосвязи учебного и исследовательского процессов.

Разработанные в соответствии с методическими указаниями [3] УМК по всем спецкурсам со­держат:

• цель и задачи изучаемого курса:
• учебную программу дисциплины (Syllabus);
• тематический план курса;
• список основной и дополнительной литературы (учебники, учебные пособия, интернет- источники);
• тезисы лекционных занятий;
• описание лабораторного практикума;
• систему заданий для самостоятельной работы студентов с методическими указаниями к их вы­полнению;
• график выполнения отчетных работ по дисциплине;
• тестовые задания для самоконтроля;
• тематику письменных работ и перечень экзаменационных вопросов.

Таким образом, учебно-методическое обеспечение является необходимым компонентом алго­ритмической подготовки, что значительно повышает эффективность учебного процесса, так как спо­собствует созданию педагогических условий для прочного усвоения системы алгоритмических зна­ний, умений и навыков студентов информационных специальностей.

В целом алгоритмическая линия в курсе профилирующих дисциплин — это определенным обра­зом ориентированный содержательно-методический компонент обучения, пронизывающий все обу­чение и получающий наибольшее развитие при изучении практических методов алгоритмизации с использованием современных информационных технологий. В процессе обучения студенты приобре­тают навыки эффективного решения профессиональных задач с применением современных систем программирования и средств разработки приложений, таких как Delphi, Visual Basic, Visual C++, C++ Builder и др.

Изучение спецдисциплин должно строиться так, чтобы у студентов постоянно формировалось представление об алгоритмическом характере любых задач и их приложений на практике. Это озна­чает, в частности, что в качестве «продукта» решения задачи, в зависимости от ее характера или практического назначения, студент может получить окончательный результат либо в форме числа, объекта и др., либо в форме алгоритмического предписания, которое может быть представлено как на традиционном «аналитическом» языке (например, в виде формулы), так и на каком-нибудь другом языке программирования.

Содержание разработанных курсов предоставляет большие возможности для систематического формирования алгоритмических знаний, умений и навыков. При этом умелое введение студента в алгоритмическую природу понятий не только помогает более четко уяснить их смысл, но и подготав­ливает к последующему восприятию основных идей использования компьютерной техники, к приме­нению новых информационных технологий в будущей профессиональной деятельности.

Список литературы

1   Вирт Н. Алгоритмы + структуры данных = программы. — М.: Мир, 1985. — 430 с.

2    Антонова Н.А., Горбунов А.В. Технология программирования на языке Паскаль с решением типовых задач: Учеб. пособие. — Караганда: Изд-во КарГУ. — 2003. — 128 с.

3   Кубеев Е.К., Дьяков Д.В., Акыбаева Г.С. Методические указания по составлению и оформлению учебно-методического комплекса дисциплины для студентов, обучающихся по кредитной системе. — Караганды: Изд-во КарГУ, 2004. — 12 с.