Сколько лекций по карате нужно прослушать, чтобы уверенно противостоять нескольким хулиганам в тёмном переулке? Звучит нелепо, правда? Тогда сколько лекций по информатике нужно прослушать, чтобы научиться пользоваться компьютером? Компьютером в широком смысле — аппаратной частью, существующими программами и создавать свои программы под конкретные задачи. И может оказаться, что информатика не учит программировать, особенно если студента или учащегося не готовят именно как программиста. А ведь всё могло бы быть иначе.

Старый конспект

Я учился в техническом вузе на специальности не связанной с программированием. Два семестра у нас была информатика: в первом мы изучали основы работы с ОС Windows и офисными программами Word и Excel, а второй семестр был посвящён основам программирования. Полезный предмет? Очень полезный: на протяжении всех пяти курсов приходилось много считать и расчёты с помощью специально написанной программы выполнялись бы быстрее и точнее (меньше риск случайной ошибки в расчётах). Вот только подавляющее большинство студентов сдав экзамен по информатике почему-то никогда не писало программы. Почему?

Я нашёл свой старый конспект по информатике за второй семестр. Помнится, лекции проходили раз в 2 недели, потому их было мало. И вот их краткое содержание.

• Лекция 1 посвящена понятию алгоритма, свойствам и видам алгоритмов, способам составления блок-схем и приводит пример составления блок-схемы для конкретной задачи

• Лекция 2 рассматривает разные виды циклов и снова приводит примеры составления блок-схем для задач, оперирующих циклами

• Лекция 3 знакомит с языком программирования: лексемы, разделители, специальные символы, идентификатор, метка, типы данных, старшинство операций

• Лекция 4 описывает структуру программы, операторы присваивания, ввода/вывода данных и (наконец-то!) приводит первый пример полноценной программы с ветвлением

• Лекция 5 описывает несколько полноценных примеров программ с циклами

• Лекция 6 посвящена описанию работе с массивами и содержит 2 примера программ

Понимаете, прошла половина семестра и только в четвёртой лекции появился первый код, который можно скомпилировать и запустить. Почему только в четвёртой? Знаете, это как с электродрелью: нельзя начинать сверлить, не изучив досконально что такое дрель, как она работает, каких видов бывает и (самое главное!) не законспектировав руководство пользователя целиком. А это занимает не менее трёх лекций. Ладно, я (почти) шучу.

Задачи и ещё раз задачи

Понять причины такого преподавания можно. Например, так устроены многие учебники по программированию: длинное вступление, знакомство с блок-схемами, переход к языку и его синтаксису, введение в ветвление и циклы и только затем появляются полноценные примеры программ. Кажется логичным повторить это порядок в учебном процессе и подробно начать с основ, а далее «сколько успеем».

Но есть и другие примеры. В свою бытность студентом мне повезло принять участие в нескольких межвузовских олимпиадах как по профильному предмету, так и по информатике. И знаете, что там было? Правильно — задачи и ещё раз задачи. В отличие от экзамена, на олимпиаде не спрашивали знание свойств алгоритма и понимания блок-схем, а оценивали решения поставленных учебных задач. А ведь в жизни тоже так: специалист ценится не за абстрактные знания, а за умение применять эти знания на практике.

Тогда почему подготовка к олимпиаде отличается от обычного обучения? Пока одни учатся решать задачи (навык), все остальные получают побольше «знаний» — вдруг пригодится? Вот только «знания» довольно быстро забываются, а навыки остаются. И если мы говорим о программировании, то это инструмент, работе с которым нужно обучать так же, как и с любым другим инструментом, даже если обучаются не программисты.

Как могла бы выглядеть лекция, обучающая программированию как инструменту? Как демонстрация его практического применения: преподаватель показывает задачу и демонстрирует её решение, набирая код и поясняя каждый свой шаг, каждую написанную строку. Затем запускает набранный код и объясняет результат (здесь будет полезным проектор или большой экран, а не классическая доска). В код можно сразу вносить дополнения и изменения с объяснением их влияния на результат. А ниже я приведу возможный вариант первой лекции для не программистов.

Пример лекции

Возьмём простую задачу о полёте пушечного ядра. Вылетая с начальной скорость V₀ (м/с) под углом α (радиан) ядро преодолевает горизонтальное расстояние L (м):

где g ≈ 9,81 м/с² — ускорение свободного падения.

Если нужно посчитать L для V₀ = 300 м/с и α = 35°, то достаточно воспользоваться обычным калькулятором, не забывая преобразовать градусы в радианты: умножить значение угла на π/180. Но если нужно считать L для разных значений V₀ и α, то идея с калькулятором уже не выглядит такой привлекательной и становится проще написать несколько строк кода, например, на Python:

mport math

V0 = 300
a = 35

a *= math.pi / 180
L = (V0 ** 2) * math.sin(2 * a) / 9.81
print(L) # 8621.033218219342

По крайней мере, теперь можно только менять значения V0 и a, остальное посчитает сама программа. Однако правильнее будет не задавать значения V0 и a заранее, а вводить их с клавиатуры:

V0 = float(input("V0 = "))
a = float(input("Angle = "))

Здесь функция input() возвращает ввод пользователя в виде строки, а float() преобразует введённую строку в число с плавающей точкой (если введено именно число). Небольшой пример для понимания различий между строкой и числом:

print(11.1 + 11.1)		# 22.2
print("11.1" + "11.1")	# "11.111.1"
print(float("11.1") + float("11.1")) # 22.2

Если же нужно проверить значения от и до с одинаковым шагом, то может пригодиться цикл:

mport math

V0 = 300

for i in range(5, 90, 10): # от 5 до <90 с шагом 10
	a = i * math.pi / 180
	L = (V0 ** 2) * math.sin(2 * a) / 9.81
	print("a =", i, "L =", L)

Также необходимые для проверки значения можно поместить в массив (или «список» в терминах Python):

import math

V0 = 300
A = [15, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 75]

for a in A:
	grad = a
	a *= math.pi / 180
	L = (V0 ** 2) * math.sin(2 * a) / 9.81
	print("a =", grad, "L =", L)

И так далее. Как говорили древние, exemplis discimus (мы учимся на примерах).

Некоторые пояснения

Как видно, лекция сразу начинается с задачи, которую можно решить и без программирования (посчитать на калькуляторе), но тут же приводится аргумент: если задачу решать много раз, то написание программы даёт преимущества. Студенты должны увидеть эти преимущества и получить первое представление о программировании именно как об инструменте для снижения трудоёмкости вычислений. А блок-схемы можно показать для общего понимания, но не требовать их знания перед началом «использования инструмента».

Для одной и той же задачи показано несколько вариантов программы, которые отличаются в основном способом ввода исходных данных: в виде констант, ввода с клавиатуры, цикла с параметром и массива (в смысле, списка) с его обходом в цикле. В процессе также показаны различия типов данных (float vs. str). Сами примеры дают базовое представление об импорте модулей (math), использовании констант и функций (pi, sin, input), операций умножения, деления и возведения в степень (*, /, **), а также сложения (чисел) и конкатенации (строк). А ещё о выводе данных (print) и комментировании кода (#).

Что дальше? Рассмотренная здесь задача не даёт представления о ветвлении и циклах с предусловием. Но вокруг ещё так много интересных и разнообразных задач, что хватит на все лекции. Каждая лекция может начинаться с примера решения очередной задачи, а уже после этого можно дополнительно дать практичные советы и справочные материалы (например, список полезных функций из модуля math). Чем больше разнообразных примеров и практических советов попадёт в конспект студента, тем выше вероятность, что хоть что-то из этого конспекта ему когда-то пригодится в дальнейшей учёбе или работе.

Заключение

На самом деле вопрос не только в информатике, а в подходах к преподаванию в целом. Есть предметы, явно посвящённые решению какой-то одной задачи и там из лекции в лекцию рассматриваются все возможные аспекты и способы решения этой задачи. К таким предметам претензий нет. Но есть много предметов общего назначения (не только информатика) без чётко выраженных целей и задач. Такие предметы легко превращаются в «лекции по карате»: что-то изучается, а как этим пользоваться — непонятно. И ладно бы они были совсем уж бесполезными (для культурного развития, так сказать), но часто их реальная польза просто не показана или не раскрыта в полной мере.

Полезность лекции можно оценить, ответив на несколько вопросов. Во-первых, какую задачу эта лекция решает и какой полезный навык она даёт? Во-вторых, сколько из лекции можно выкинуть без фактического ущерба для решаемой задачи и получаемого в процессе навыка? В-третьих, насколько сильно поменяется формат лекции, если она будет направлена на подготовку к олимпиаде? И если вдруг лекция окажется просто «подготовкой к экзамену», то это не смертельно — студенты всё равно чему-то научатся. Но если целью является подготовка специалиста, то надо готовить именно специалиста, независимо от того, какой предмет при этом преподаётся.