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. профессиональный подготовка специалист информационный 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 50 703 «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 спецдисциплин 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 включение 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, интернетисточники);
• · 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.

• 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.