На протяжении длительного периода обучения программированию, в том числе разработки баз данных и приложений к ним, в содержании основной образовательной программы (ООП) для профиля обучения «Информатика и информационные технологии в образовании» предполагалось использование объектно-ориентированного языка программирования – Object Pascal (среда разработки Delphi 7) и соответствующих СУБД, имеющих полную интеграцию и поддержку с языком разработки. В таких условиях, акцент делался на десктопных информационных системах, общий срок обучения, начиная с введения в программирование, составлял 5 семестров [1]. Это позволяло сформировать прочные умения и навыки в области программирования и разработки баз данных и алгоритмической компетентности студентов.
Аналогичный подход реализовывался в рамках стандарта 2004 года для школы, ФГОС 2010-2012 годов и нашел отражение в материалах итогового оценивания (ОГЭ/ЕГЭ). Однако, начиная с 2020 года, вслед за стремительным развитием систем искусственного интеллекта (ИИ), в том числе машинного обучения и нейронных сетей, произошел переход к изучению интерпретируемого языка программирования Python, как ведущего языка программирования с низким порогом вхождения. Это оказало влияние на ФГОС для основной и старшей школы, принятой в 2021 году. В учебно-методических материалах для учеников и учителей при переходе к компьютерному варианту ЕГЭ по информатике язык Python может быть использован для решения 70% заданий.
Перечисленные аспекты привели к трансформации в содержании обучения программированию, в методах обучения и требований к цифровым ресурсам, отражающих изменения. С этой целью были сформулированы условия, которые позволят определить успешность трансформации.
В первую очередь необходимо учитывать актуальные направления науки, которые влияют на внедрение в образовательный процесс новых цифровых инструментов и технологий. Важно включить в новую модель учебно-методическую базу, которая использовалась на предыдущих этапах обучения, поскольку она гарантирует сформированность соответствующих компетенций в области программирования. Язык программирования Python, за счет многогранности своих возможностей, выбран в качестве основного языка. Кроме того, в модели предусмотрено использование проектной деятельности квази-профессиональной направленности, в рамках учебной-практики (предметно-содержательной). Метод проектов «по ролям» призван укрепить ранее сформированные умения и навыки
Преимуществами языка Python являются: поддержка парадигмы объектно-ориентированного программирования, большое число встроенных и разработанных библиотек для решения традиционных задач (математических, статистических, обработки сложных структур данных и т.д.). Использование библиотек позволяет разрабатывать модульные приложения без написания дополнительного кода, таким образом, не демонстрируя весь процесс построения решения задач. В Python сохранены основные управленческие конструкции, такие как линейные, разветвленные и циклические. Особое значение в языке Python имеют списки и словари. Это расширяет классы задач при обучении программированию, в том числе и при проектировании баз данных. Опыт показывает, что это позволяет школьникам и студентам достаточно быстро освоить язык и решать практически все задачи школьного курса информатики.
К недостаткам Python можно отнести: медленную производительность, в сравнении с другими языками программирования, применяемых, например, в машинном обучении – C++ и Java; отсутствие статической типизации, затраты времени для оптимизации с целью повышения производительности, отсутствие общей среды разработки, что может приводить к проблемам с совместимостью [5]. Кроме того, существуют риски, что при таком переходе, могут быть не сформированы умения решать типовые задачи без использования языка Python. Могут возникнуть сложности развития умений решать разнообразные классы заданий, в том числе по программированию, предполагающих разработку детализированного алгоритма в новой учебной ситуации. Существует вероятность, что у студентов не будет в достаточной мере развито когнитивное мышление, а также сложности в развитии группы умений, предложенных в требованиях ФГОС для основной и старшей ступени образования (личностных и метапредметных).
В рамках трансформации обучения будущих учителей информатики предполагается использование языка Python при изучении работы с системами управления базами данных (СУБД) и основ проектирования информационных систем и веб-ресурсов. Общие идеи модели обучения описаны в статье Беленкевского Д.С. и тезисе Беленкевского Д.С., Симоновой И.В. [2, 4].
Трансформация содержания обучения базам данных состоит в переходе от изучения среды разработки Delphi 7, построенной на основе языка программирования Object Pascal, к языку Python, с сохранением всех ранее сформированных навыков и умений, и использованию СУБД Firebird. Эта СУБД интегрируется с языком программирования Python через библиотеку fdb [6]. В процессе обучения студенты знакомятся с историей развития систем управления базами данных, изучают основные модели баз данных, работают с реляционными БД, учатся проектировать базы данных и писать запросы на языке SQL. Примерные варианты работы с БД на языке программирования Python описаны в [8].
Прикладной значимостью курса является введение в разработку информационных систем. Практическая часть обучения предусматривает работу над созданием «прототипов» БД-приложений, имеющих аналоги в реальном мире. Среда разработки Delphi 7 позволяет создавать простые представления базы данных с использованием БД-компонентов, встроенных в пакет InterBase (рисунок 1). Подобные образцы возможно реализовать на языке Python и GUI-библиотеки Tkinter (рисунок 2).

Рисунок 2 – Представление таблицы «Товары» написанной с использование библиотеки Tkinter на языке Python

Разница подходов заключается в проектировании интерфейса приложения, среда разработки Delphi 7 позволяет самостоятельно настраивать форму отображения, «мануально» определять компоненты БД в пространстве; разработка интерфейса на языке Python предполагает написание кода, который задает компоненты Tkinter и их расположение на форме. Разработка табличного представления БД может занять больше времени на языке Python, однако это не является недостатком, поскольку такой вариант позволяет организовать детальную работу с кодом, познакомиться подробнее с GUI-библиотекой и в будущем применять навыки в профессиональной деятельности.
Кроме того, использование языка Python, в рамках изучения СУБД, позволяет организовать переход от проектирования десктопных-приложений к изучению основам веб-программирования и проектированию веб-приложений. В рамках обучения, студенты уже знакомы с языком разметки HTML и языком стилей CSS, эти знания позволят организовать визуальную составляющую проекта (frontend), а полученные знания в проектировании баз данных и программировании на языке Python – внутреннюю, программно-аппаратную часть (backend).
В качестве основы для разработки веб-проектов, принято решение использовать микрофреймворк Flask, который предоставляет широкие возможности для создания веб-приложений. Выбор данного инструмента обусловлен легкостью проектирования, возможностью адаптации и расширяемости с помощью использования дополнительных библиотек.
Одним из условий трансформации обучения является использование метода проектов в учебной практике, итоговым оцениваемым результатом которой является создание студентами проекта, построенного в соответствии с требованиями к информационным системам и веб-ресурсам.
Для гибкости и удобства проектирования предлагается разделение студентов по ролям, каждая роль имеет функциональную значимость при работе, а также позволяет провести параллель между полученными знаниями, умениями и навыками и проверить уровень их сформированности. Подобная концепция является реализацией квази-профессиональной деятельности и моделью, которая реализуется в IT-компаниях. За успешную реализацию IT-проекта отвечают: менеджер проекта – человек ответственный за проект, frontend-разработчик – разработчик визуальной части и интерфейса, backend-разработчик – разработчик баз данных, алгоритмов, логики проекта.
Каждая роль выполняет свой функционал, роль «менеджера проекта» подразумевает под собой: взаимодействие с «заказчиком» (преподавателем), организацию работы команды, коммуникацию внутри нее, грамотное распределение времени, соответствие итогового продукта с изначально выданным техническим заданием (ТЗ). Главное обязанностью в рамках роли является организация работы с одногруппниками, постановка целей, информирование преподавателя о текущем состоянии проекта, и следование намеченному графику. Frontend – разработчик создает интерфейс продукта с использованием языка разметки HTML и языком стилей CSS, также, при необходимости, студенты могут воспользоваться применением языка программирования JavaScript для гибкой работы интерфейса ресурса, но это не является основным требованием. Backend – разработчик создает структуру базы данных в соответствии с требованиями к проекту, реализует логику взаимодействия с информацией, осуществляет алгоритмы работы приложения.
Преимуществами данного подхода являются: реализация индивидуального подхода к обучению, сохранение мотивации к изучению нового за счет ухода от традиционного формата обучения, развитие навыков коммуникации и сотрудничества, развитие творческого мышления. Кроме того, исследования показывают положительное влияние метода проектной деятельности на успеваемость студентов при изучении дисциплин, связанных с информационными технологиями [7]. Недостатком является проблема в объективной выборке при формировании «групп» студентов. Опыт показывает, что существует разница процентного соотношения студентов и их интересов, есть риск, что желающих являться «лидером» группы будет больше, чем желающих разрабатывать пользовательский интерфейс или алгоритмическую часть проекта. Для решения подобных споров предлагается поочередное исполнение ролей проектной деятельности при переходе к новому проекту.
Помимо этого, важно учитывать особенности студентов, влияющих на успешность прохождения курса: уровень информационной культуры, опыт работы с базами данных, преимущественный стиль восприятия информации, мотивация обучения. Подобные характеристики рассматривались в рамках обучения пользователей вуза, описанных в работе [4]. Уточнения, проведенные в рамках исследования, позволят сформулировать структуру будущего информационного ресурса для обучения бакалавров.

Литература:

1. Баранова Е. В. Развитие профессиональных компетенций бакалавров по направлению педагогического образования в области информатики в условиях цифрового образования / Баранова Е. В., Симонова И. В. // Известия Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена. — Санкт-Петербург, 2018. — N 190. - С. 116-124. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36642699.
2. Беленкевский Д. С. Модель обучения базам данных будущих учителей информатики с использованием современных систем управления базами данных / Беленкевский Д. С. // Методика преподавания в современной школе: актуальные проблемы и инновационные решения : материалы II Российско-узбекской научно-практической конференции, Ташкент, 15-16 ноября 2024 года / Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена / Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. — Санкт-Петербург, 2024. — С. 180-185. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=75175470
3. Беленкевский Д. С. Цифровой образовательный ресурс в поддержку развивающейся информационно-образовательной среды вуза = Development and Use of a Digital Educational Resource to Support Users of University Information Systems / Беленкевский Д. С., Симонова И. В. // Международный научно-исследовательский журнал. — 2024. — N 8 (146). - Статья 50. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=68887266. — DOI: 10.60797/IRJ.2024.146.39.
4. Беленкевский, Д. С. Модель содержания обучения и организация проектной деятельности студентов педагогического образования при освоении технологий разработки баз данных с использованием языка Python / Д. С. Беленкевский, И. В. Симонова // Региональная информатика (РИ-2024) : Материалы XIX Санкт-Петербургской международной конференции, Санкт-Петербург, 23–25 октября 2024 года. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургское Общество информатики, вычислительной техники, систем связи и управления, 2024. – С. 236-238. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=79449533&pff=1
5. Давыдов А. В., Жусупова А. К., Салыкова О. С. Сравнение различных языков программирования, применяемых в машинном обучении // Вестник науки. 2023. №2 (59). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnenie-razlichnyh-yazykov-programmirovaniya-primenyaemyh-v-mashinnom-obuchenii (дата обращения: 30.01.2025)
6. Документация к библиотеке FDB для СУБД «FireBird». URL: https://fdb.readthedocs.io/en/v2.0 (дата обращения: 11.08.2024)
7. Малик К.М., Чжу М. Способствуют ли проектное обучение, практические занятия и комбинированное преподавание усвоению учащимися вводных теоретических курсов по вычислительной технике? Образование и информационные технологии, 2023. – Выпуск 28 – 3581-3604 с.
8. Химич А. В. К вопросу о реализации баз данных в языке программирования python // Ученые записки Брянского государственного университета. 2020. №2 (18). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-realizatsii-baz-dannyh-v-yazyke-programmirovaniya-python (дата обращения: 13.02.2025)