Днес (8.07.2023) защитих дипломната си работа в Пловдивския университет и станах за втори път магистър, този път по педагогика и това ми дава учителска правоспособност, т.е. мога вече и официално да съм учител по програмиране в училище. По-интересното, обаче, е проектът с който защитих, а именно разработката на безплатно учебно съдържание за преподаване на програмиране и ООП в български училища. В тази статия ще обясня защо този проект представлява особено важна кауза в помощ на училищното ИТ образование и как той помага на българските ИТ учители и на цялата ИТ индустрия и технологичната екосистема в България.

Дипломна работа: Учебно съдържание по обектно-ориентирано програмиране (ООП) в профилираната подготовка по информатика

Ще споделя първо тялото на дипломната работа, тъй като то съдържа цялостна и доста изчерпателна информация за разработения проект в помощ на българските ИТ учители:

В дипломната работа са разработени и предоставени за безплатно ползване за българските ИТ учители учебни програми и учебно съдържание (пълен комплект учебни ресурси, презентации, демонстрации, упражнения, проекти, изпити, тестове) с високо качество, на български език, за преподаване в “Модул 1. Обектно-ориентирано проектиране и програмиране” от профилиращ предмет “Информатика” от профил “Софтуерни и хардуерни науки” в профилираните гимназии.

Специализираната учебна подготовка по профилиращите предмети в българските профилирани гимназии се извършва във втори гимназиален етап от средното образование (в 11 и 12 клас). Един от най-търсените профили в днешно време е профил “Софтуерни и хардуерни науки”, в който учат около 20 000 ученика в над 150 училища, където програмиране и ИТ преподават над 300 учителя.

В профил “Софтуерни и хардуерни науки” водещите профилиращи учебни предмети са информатика и информационни технологии (ИТ). Задължителното обучение по информатика според наредбите на МОН се състои от най-малко 4 модула, от които първият и най-важен модул е “Модул 1. Обектно-ориентирано проектиране и програмиране (ООП)”. В него учениците усвояват основите на програмирането, работата с класове и обекти и принципите на ООП. Дали един ученик ще поеме успешно по пътя на програмирането и софтуерната разработка, зависи именно от този първо модул: дали ще успее да се запали по програмирането, да му стане интересно, да намери смисъл в него, за да има мотивация да учи още и още.

Презентация: дипломна работа – учебно съдържание за модул ООП – д-р Наков – ФМИ на ПУ

От какво имат нужда българските ИТ учители?

В края на 2022 г. д-р Светлин Наков и фондация “Софтуерен Университет”, проведоха мащабно проучване сред 373 учители по информатика и ИТ в България с цел анализ на проблемите, с които се сблъскват учителите в работния процес и ресурсите, от които се нуждаят, за да оптимизират работата си. От Фондацията знаехме, че ИТ учителите страдат и искахме да им помогнем. искахме да разберем какви са им болките и какво можем да направим за тях.

В проучването участваха 373 ИТ учителя от цяла България (от малки населени места и големи градове, от малки и големи училища, начални, основни, средни, гимназии, с най-разнообразен учителски опит и с различна специализация). Учителите категорично заявиха, че най-големият им проблем е липсата на качествено учебно съдържание по програмиране и ИТ, по което да преподават в клас:

Оказа се, че ИТ учителите имат най-остра нужда от качествено учебно съдържание за модулите от гимназиален профил “Софтуерни и хардуерни науки”, а именно: “Модул 1: ООП”, “Модул 2: Структури от данни и алгоритми”, “Модул 3: Релационни бази данни” и “Модул 4: Програмиране на информационни системи”:

Това е мотивацията да стартираме проект в СофтУни Фондацията за изготвяне на качествено учебно съдържание със свободен лиценз за преподаване на Модул “ООП“ в българските училища. С две думи: изготвяме и подаряваме качествени учебни материали на българските ИТ учители, за да могат децата на България да учат ефективно, съвременно и адекватно на днешните технологии, за да захранят с добре подготвен талант технологичната ни индустрия, която непрестанно расте и вече генерира почти 5% от брутния вътрешен продукт на страната ни (източник: БАСКОМ).

От анкетата на СофтУни Фондацията си направихме извода, че недостигът на качествено учебно съдържание за преподаване на програмиране и ИТ в училище е сериозен и повсеместен. Разбира се, учебни материали има най-различни (например учебници или записки), но повечето са набързо събрани от ентусиасти и качеството им не е достатъчно добро, според нуждите на учителите. Има огромна разлика между някакви учебни материали (правени за 2-3 дни от някой начинаещ) и старателно разработени учебни материали с високо качество, които съдържат учебна презентация за всеки урок и детайлно разписани упражнения с постъпкови насоки за работа, с автоматизирано оценяване, с материали за изпити и въпроси за държавен изпит. Такива материали се изготвят за половин година, с около 500-600 часа усилена работа на добре подготвен експерт по учебно съдържание, с дълбоки познания по програмиране и методика на ИТ образованието.

Учителите най-често споделят, че имат нужда от по-съвременно, по-добре структурирано съдържание, в по-удобен за ползване формат (презентации + примери + упражнения), имат нужда от много и разнообразни упражнения за различно напредналите ученици и практически проекти, с които да разпалят страстта на учениците да програмират. Ето с това се захванахме във фондацията в края на 2022 г. и след половин година усърдна работа вече сме готови с Модул “ООП” и продължаваме напред със следващите модули. За момента финансираме проекта вътрешно със средства на СофтУни и Фондацията и лични дарения от д-р Светлин Наков и Ангел Георгиев от СофтУни.

Безплатни учебни материали за обучение по програмиране в Модул “ООП”

Какво свършихме заедно с моя екип по учебното съдържание за учители в СофтУни Фондацията за Модул “ООП” от профилираната подготовка по информатика в гимназиите? Ето я статистиката за свършеното:

• 650 слайда: 20 учебни презентации, общо 110 страници
• 224 задачи (задания + напътствия + автоматична проверка), 25 упражнения, общо 235 страници
• 4 проекта с напътствия, общо 97 страници
• 2 примерни изпита: 6 изпитни задачи, общо 7 страници
• 3 теста за ДЗИ, 45 въпроса, общо 16 страници
• Общо: 465 страници учебни материали
• 45 доволни учителя вече използват материалите
• Около 400 часа работа на екип от добре обучени експерти по учебно съдържание
• 1000+ GitHub commits, реализирани за около 8 месеца
• Всичко това е базирано на учебно съдържание от СофтУни, което е създавано и развивано в продължение на години от д-р Наков и негови колеги

Най-важното е, че постигнахме наистина високо качество на учебните материали, а това означава, че вдигаме съществено шансовете на учениците да се запалят по програмирането и да се научат да програмират на добро ниво още в училище и вдигаме чувствително качеството на преподаване в 150 училища! Можете да изтеглите свободните учебни материали по програмиране и ООП от GitHub хранилището на проекта:

https://github.com/BG-IT-Edu/School-Programming/tree/main/Courses/Software-Sciences/Module-1-OOP

Учебна програма по ООП в три варианта

Нашата учебна програма за ООП модула е разработена в 3 варианта (базов – за 72 учебни часа, разширен – 108 учебни часа и експерт – 144 учебни часа). По учебен план за профил “Софтуерни и хардуерни науки” програмиране и ООП трябва да се изучават минимум в 72 часа, но от Фондацията препоръчваме двойно повече часове, ако учениците нямат предишен опит с програмирането.

Недостигът на часове по програмиране в профилираните гимназии е отделен въпрос, който сме дискутирали в дипломната работа и сме предложили препоръки и решения. Накратко: в много профилирани гимназии в профил “Софтуерни и хардуерни науки” се отделят по-малко от необходимите учебни часове по програмиране за сметка на повече часове по математика, физика и чужди езици, и така обучението по програмиране става неефективно и в крайна сметка учениците завършват профила със слаба подготовка по най-важния учебен предмет: информатика.

Какво съдържат безплатните учебни материали по ООП?

Учебните материали се състоят от всички учебни ресурси, от които един ИТ учител има нужда, за да преподава качествено и ефективно модул “ООП”: добре обмислена учебна програма + обучителни слайдове (презентации за всеки урок) + живи примери (code demos) + упражнения с насоки за решаване (задачи за работа в клас + домашни) + инструкции и постъпкови ръководства + автоматизирана проверка на решенията (online judge система) + авторски решения (за ориентация на учителите) + практически проекти (учене чрез правене) + изпитни теми (за контролна и класна работа) + въпроси за ДЗИ (за подготовка за матурата по Информатика в 12 клас).

Учебни презентации за преподаване на ООП

Ето няколко примера как изглеждат презентациите на практика:

Задачи за упражнения

Задачите за упражнения са не по-малко важни от презентациите. Чрез тях учениците придобиват умения, които в програмирането са по-важни от теорията. Нашите задачи са с нарастваща сложност и с детайлни насоки и подсказки за първите няколко задачи и почти без насоки за последните. Така учениците постепенно и последователно изграждат и вдигат нивото на уменията си. Ето няколко примера как изглеждат заданията за упражнения на практика:

Система за автоматична проверка

Автоматизираната проверка на решения на задачи от упражнения и изпити, написани от учениците, спестява много време и усилия на учителите. Повечето задачи, които сме подготвили в учебните ресурси, идват заедно с линк към online judge система, където след изпращане на кода за съответната задача, се получава автоматична оценка (на базата на поредица от тестове):

Задачи за практически изпити

Като част от учебното съдържание за обучение в Модул 1 “ООП” са разработени задачи за контролни изпитвания в клас (изпити). Те са ориентировъчни и дават на учителя примерна структура на изпита, типовете задачи, които може да се подготвят и примерни задачи, съответстващи на учебния материал. За да се избегне преписване, препоръчваме на учителите да разработят свои задачи за всяко практическо изпитване, вместо да взимат примерните задачи наготово. Ето как изглеждат указанията към учителите за всяко контролно изпитване:

Изпитни тестове във формат ДЗИ

Като част от учебното съдържание за обучение в Модул 1 “ООП” са разработени и примерни изпитни тестове. Те съдържат въпроси за подготовка за теоретичен тест по модела на ДЗИ (Държавен Зрелостен Изпит по “Информатика” за профил “Софтуерни и хардуерни науки”).

• Въпросите са в типичния за ДЗИ формат и обхващат целия учебен мате­риал от настоящия модул (основи на програмирането и ООП).
• Всеки въпрос съдържа описание, няколко реда код и въпрос с няколко възможни отговора, измежду които трябва да се избере правилният.

Ето пример как изглеждат въпросите от теста за ДЗИ на практика:

Практически проекти

Практическите проекти имат за цел да предоставят на учениците възможност да затвърдят знанията и уменията си чрез създаването на цялостно приложение на C#, което решава някаква интересна задача (най-често реализира игра). Те се състоят от детайлно задание + постъпкови инструкции за изграждане на приложението. Опитът ни показва, че много ученици се запалват и мотивират да работят по проектите, защото те са им по-интересни от задачите в упражненията. Ето как изглеждат тези задания за проекти с постъпкови инструкции:

Оценката на учителите за учебното съдържание по ООП

На 17 май 2023 г. д-р Светлин Наков и Александрина Механджийска проведоха семинар с ИТ учители от гимназии в цялата страна с цел дискусия на постигнатия прогрес и получаване на обратна връзка относно разработените учебни материали за Модул “ООП” от профилиращ предмет “Информатика” за гимназиален профил “Софтуерни и хардуерни науки”. Анкетата за обратна връзка попълниха 45 ИТ учителя, които споделиха доста позитивни мнения:

• Учебните материали са структурирани добре и са изключително полезни на учителите. Десетки анкетираните учители ги ползват постоянно.
• Разделянето на темите на три варианта с по-малък и по-голям хорариум предоставя гъвкавост спрямо наличните учебни часове и нивото на учениците.
• Презентациите са оценени много високо и форматът им много се харесва на учителите. Подходът с малко текст, много примери и анимирано показване на всяка следваща част от слайда се харесва на учителите.
• Упражненията като цяло се одобряват. Учителите харесват, че има много задачи, измежду които да си избират. Ползват ги и за упражнения в клас и за домашни. Харесват методиката и логиката на упражненията. Харесват възможността за автоматична проверка в онлайн judge системата. Харесват, че има и трудни и лесни задачи, за различно напреднали ученици.
• Наличието на практически проекти дава възможност на учениците да използват наученото за разработка на приложения и игри, като по този начин им дава мотивация да продължат да развиват уменията си в областта на програмирането. Харесват се от учителите и учениците.
• Има училища, в които се очаква от следващата учебна година да се направи преход от Java към C#, за да може да се използват предоставените учебни материали от СофтУни Фондацията.

Ето и няколко извадки от анкетата с обратна връзка от учители по ООП:

Планове за напред: още учебно съдържание за ИТ учителите

От СофтУни Фондацията вярваме, че най-ефективното място, в което да насочим усилията си за подобряване на българското ИТ образование, са учителите. Когато помогнем на учителите да преподават програмиране и ИТ по-ефективно, по-съвременно, по-практически и по-вдъхновяващо, ефектът се мултиплицира: един учител преподава на стотици ученици и така достигаме до десетки хиляди ученици.

Проучванията сред ИТ учителите показват, че те имат най-голяма нужда от качествено учебно съдържание за преподаване на програмиране и ИТ. Това важи и в гимназиалните профили, и в професионалните паралелки и в основното образование. На база на мащабно допитване до учителите от СофтУни фондацията идентифицирахме недостиг на качествено учебно съдържание за следните курсове в училище:

• Информатика: ООП – 11 клас – курсът е 100% завършен (към юли 2023)
• Информатика: Структури от данни и алгоритми – 11 клас – курсът е завършен на 80% (към юли 2023)
• Информатика: Релационен модел на бази от данни – 12 клас – стартирахме работа (от юли 2023)
• Информатика: Програмиране на информационни системи – 12 клас – планиран за 2023 г.
• Компютърно моделиране и информационни технологии – 5 клас – работим по курса от юни 2023 г.
• Компютърно моделиране и информационни технологии – 6 клас – планиран за 2024 г.
• ИТ: Уеб дизайн – 12 клас – планиран за 2024 г.
• ИТ: Решаване на проблеми с ИКТ – 12 клас – планиран за 2024 г.
• ИТ: Обработка на анализ на данни – 11 клас – планиран за 2024 г.
• ИТ: Мултимедия – 11 клас – планиран за 2024 г.

За първите 8 месеца от работата на екип “свободно учебно съдържание за учители” в СофтУни Фондацията успяхме да разработим почти изцяло учебните материали за двата най-важни курса от профил “Софтуерни и хардуерни науки”. Стартирахме работа и по курсовете “Компютърно моделиране” за 5 клас и модул “Бази данни” за 11 клас. За да се случи всичко това д-р Наков отделя по 3-4 часа всяка седмица, а ръководителят на проекта Александрина Механджийска отделя болшинството от времето си, за да наставлява екипа.

За следващите 16 месеца планираме да разработим учебно съдържание за изброените по-горе учебни курсове, като ще опитаме да привлечем финансиране от публична fund raise кампания в допълнение с лични дарения за каузата.

Чувствам се особено добре, когато задвижваме с колегите кауза с толкова позитивно и значимо въздействие върху образованието на младото поколение ИТ специалисти и технологични лидери. Тази кауза ми припомня, че човек трябва да дава своя принос към обществото според възможностите си и според способностите си, за да правим всеки ден България и света по-добро място за живеене. Аз вярвам в тези принципи и така живея. Така възпитавам и децата си.