Курсовая работа по Информатика на тему Формирование алгоритмического мышления младших школьников используя язык программирования Scratch

В последнее время особое внимание уделяется раннему обучению детей программированию. С этой целью по всей стране реализуются дополнительные общеразвивающие программы технической направленности в области формирования алгоритмического мышления и раннего обучения детей программированию. Развиваются такие сети клубов, как "Информатикум", "Кванториум", "Школа юных программистов" и др. Однако текущие и потенциальные потребности внутреннего рынка требуют, чтобы почти каждый современный студент овладел программированием [1].
Образовательный стандарт в настоящее время не регулирует изучение информатики в начальных классах, информатика преподается только в некоторых школах. Очень мало учителей, которые уделяют внимание программированию на курсах информатики в начальной школе. Во многих странах программа обучения программированию уже несколько лет включена в программу дошкольного образования. В Великобритании с 2014 года детей с 5 лет учат создавать простейшие программы, в Эстонии в 2012 году была включена программа изучения основ программирования с 1 по 11 классы, а в Австралии визуальные языки программирования изучаются с 3 класса. Изучение любого языка программирования начинается с развитие логики. Логическое мышление - это способность ребенка самостоятельно строить логические умозаключения, логические операции, рассуждения.
На базовом уровне выпускник должен:
• обладать навыками алгоритмического мышления и осознавать необходимость формального описания алгоритмов;
• уметь понимать программы, написанные на высокоуровневом универсальном алгоритмическом языке, выбранном для изучения;
• знать основные конструкции программирования;
• уметь анализировать алгоритмы с использованием таблиц;
• владеть стандартными приемами написания программ на алгоритмическом языке для решения стандартных задач с использованием базовых программных конструкций и отладки таких программ;
• используйте готовые компьютерные приложения для выбранной специализации. На продвинутом уровне выпускник должен:
• владеть универсальным языком программирования высокого уровня (необязательно), иметь представление об основных типах данных и структурах данных;
• уметь использовать базовые структуры управления;
• обладать навыками и опытом разработки программ в выбранной среде программирования, включая тестирование и отладку программ;
• обладать элементарными навыками формализации прикладной задачи и документирования программ. Для того чтобы поддерживать интерес детей на протяжении всего урока, учителю необходимо организовать активную умственную деятельность школьников. Интерактивные методы обучения должны помочь учителю в этом, их применение актуально в современной начальной школе, и 7 они станут хорошим помощником учителя в развитии мотивации школьников к обучению [2].
Интерактивное обучение - это такая организация учебного процесса, при которой практически все учащиеся вовлечены в процесс познания. Информационные и компьютерные технологии являются незаменимым инструментом при использовании этих методов, они развивают интерес учащихся к изучаемым предметам [3].
Существует три этапа освоения детьми программирования: Ключевой этап
1 (дети 5-6 лет): Дошкольники изучают простейшие алгоритмы, создают и отлаживают простые программы, развивают навыки логического мышления и делают первые шаги в овладении основами программирования. Ключевой этап
2 (7-11 лет): Дети младшего школьного возраста будут создавать, отлаживать более сложные программы с конкретными целями и фиксировать концепции, включая переменные, условия, циклы. Учащиеся продолжают развивать свои навыки логического мышления и учатся пользоваться веб-сайтами и другими интернет-сервисами. Ключевой этап
3 (11-14 лет): после поступления в старшую школу дети будут использовать два или более языков программирования – "по крайней мере, один из которых основан на тексте" – для создания своих собственных программ. Школы и учителя свободны в выборе конкретных языков и инструментов программирования. Студенты изучат простую логику (например, операторы AND, OR и NOT), работу с двоичными числами и узнают, как совместно работают компьютерное оборудование и программное обеспечение.
1.2 Языки программирования для детей начальной школы

В начале изучения программирования преподаватель сталкивается со сложной задачей выбора языка. Существует множество сред визуального программирования для обучения детей начальной школы. Давайте перечислим некоторые из них:
1. Язык программирования "Logo" Визуальный язык программирования "Logo" - один из самых первых языков, разработанных для обучения основам языка программирования маленьких детей. Этот язык был разработан в 1967 году учителем Сеймуром Папертом и ученым Гоусом Харелом. Главной особенностью среды является использование метода "черепахи", которая при заданном алгоритме движения оставляет след, тем самым рисуя различные фигуры на экране. Наблюдая за поведением черепахи, ученик понимает смысл каждой написанной им команды, осваивая не только язык программирования в целом, но и основы алгоритмизации. Изначально платформа Logo была доступна только в английской версии, но сегодня среда была переведена и доступна на русском языке [4].

На рисунке 1 изображен интерфейс программы. Рис. 1. Среда программирования логотипа
2. Игровая платформа Kodu Game Lab Игровая платформа Kodu game lab - это визуальная среда программирования, разработанная Microsoft для обучения детей программированию и алгоритмизации. Благодаря этой среде программирования дети получают возможность создавать свою собственную игру для персонального компьютера или консолей Xbox, создавая свой собственный мир и программируя различных персонажей. Главной особенностью является наличие трехмерной графики, благодаря которой у детей есть возможность окунуться в виртуальный мир, созданный своими руками, интерфейс программы показан ниже на рисунке 2.

Рис. 2. Среда программирования Kodu Game Lab
3. Визуальная объектно-ориентированная среда программирования Scratch Scratch - это бесплатная визуальная среда программирования для детей начальной школы, которая позволяет создавать свои собственные мультфильмы, анимации, игры и презентации. Основным преимуществом программы является простой интерфейс, показанный на рисунке 3, а также возможность создавать программу из готовых команд. Детям не нужно учить служебные слова, синтаксис языка программирования и писать программный код, им достаточно собрать из готовых блоков, как в конструкторе Lego, алгоритм действий для своего персонажа. Scratch был разработан в 2006 году под руководством Митчела Резника группой Lifelong Kindergarten в медиа-лаборатории Массачусетского технологического института [5].

Рис. 3. Среда визуального программирования Scratch
4. Игровая среда Codmonkey Codmonkey – это игровая среда для детей школьного возраста, которая позволяет детям программировать действия обезьяны. Игра разделена на несколько уровней, в которых пользователю необходимо взять банан, преодолеть различные препятствия. Действия обезьяны программируются путем выбора команд и ввода их в программную среду. Единственным недостатком игровой среды является бесплатный доступ только к первым 30 уровням, за последующие уровни взимается плата. На рисунке 4 показан скриншот игры, где видно, как пользователь прописывает алгоритм управления обезьяной.

Рис. 4. Игровая среда программирования Code monkey 11
5. Игровая платформа "Лига игровых шоу" Tynker – это игровая платформа, которая позволяет программировать персонажей с помощью готовых командных блоков. Главным преимуществом этой платформы является возможность плавного перехода детей от составления программы с использованием готовых блоков к изучению языков программирования JavaScript и Python. Tinker включает в себя онлайн-курсы и мобильные версии. На рисунке 5 показан скриншот платформы. Существенным недостатком Tinker является отсутствие русскоязычной версии.

Рис. 5. Игровая платформа Tinker
6. Образовательный ресурс code.org Code.org – это образовательная среда, целью которой является обучение маленьких детей программированию. Сайт содержит множество уроков по информатике и программированию, а также различные практические задания для закрепления пройденного пользователями материала. Одна из задач показана на рисунке 6, пользователь составляет алгоритм действий из готовых блоков команд для решения конкретной задачи. Code.org Каждый год проводится акция "Час кода", чтобы заинтересовать детей и подростков в изучении языков программирования, а также дать детям возможность бесплатно испытать свои силы в 12 фреймворках программирования. Кампания проводится в 180 странах, с прошлого года в ней принимает участие и Россия [3].

Рис. 6. Образовательный ресурс code.org
7. Акция "Час кода" "Час кода" включает в себя 10 уровней сложности, на которых ученик получает возможность выполнять различные задания, управляя роботами. Чтобы управлять роботами, вам нужно написать программу, позволяющую им перемещаться по ячейкам и выполнять определенные действия. Каждый уровень сопровождается сюжетной линией, которая позволяет повысить интерес ребенка к изучению программирования. На рисунке 7 показан один из уровней, на котором пользователю необходимо создать алгоритм, с помощью которого робот сможет резать все деревянные предметы [11].

Рис. 7. "Кодовый час"
8. Игровая платформа Lightbot Lightbot - это игра по программированию, с помощью которой учащиеся изучают основы программирования, заставляя робота подсвечивать все синие ячейки на игровом поле. Игра предназначена для детей от 4 до 8 лет, широко используется в школах для обучения программированию. На рисунке 8 показан интерфейс программы. Недостатком игры является отсутствие бесплатной версии, пользователю предлагается всего час свободного времени для ознакомления с игрой.

Рис. 8. Игровая платформа Lightbot
9. Модуль игровой платформы Kodable - это игровая платформа для детей от 5 до 8 лет, представляющая собой лабиринт, состоящий из 105 уровней сложности. На рисунке 9 показан один из уровней игры, где пользователь должен пройти по предоставленному ему лабиринту, программируя персонажа. Игра позволяет ребенку освоить язык программирования, алгоритмизацию, условия, циклы и так далее.