ИНФОРМАТИКА ПӘНІН ОҚЫТУДАҒЫ ГЕЙМИФИКАЦИЯ: ТЕОРИЯДАН ПРАКТИКАҒА ДЕЙІН

АННОТАЦИЯ

Бұл мақалада информатика пәнін оқытуда геймификация әдісін қолданудың теориялық негіздері мен практикалық тәсілдері қарастырылады. Дәстүрлі оқыту әдістерінің эмоционалдық және мотивациялық жағын ескермейтіні көрсетіліп, геймификация оқу үдерісін қызықты әрі мағыналы ету құралы ретінде ұсынылады. Self-Determination Theory (Өзін-өзі анықтау теориясы) негізінде геймификация студенттің автономия, құзыреттілік және әлеуметтік байланыс қажеттіліктерін қанағаттандыруға бағытталады.

Мақалада MIT, Stanford, Carnegie Mellon және басқа университеттердің нақты тәжірибелері мысал ретінде келтіріліп, тапсырмаларды ойын түрінде беру, бейімделетін оқу жүйелері, виртуалды шындық пен нейротехнологияларды қолдану секілді жаңа тәсілдер сипатталады. Сондай-ақ, гендерлік теңдік пен мәдени локализация аспектілері талданады. Геймификацияның болашағы ретінде жеке оқу жолын құра алатын жасанды интеллект пен физикалық-цифрлық оқыту құралдары ұсынылады.

Қорытынды бөлімде геймификация информатика пәнін жеңілдетпей, оның ішкі күрделілігі мен шығармашылық сипатын ашуға сеп болатыны айтылады. Оқу ойын элементтерімен үйлескенде, студент тек білім алып қана қоймай, бағдарламалаудың маңызын терең түсінуге мүмкіндік алады.

Кілт сөздер: геймификация, информатика, білім беру, мотивация, бағдарламалау, дербестендірілген оқу.

КІРІСПЕ

Информатика саласындағы үнсіз дағдарыс – семестр ортасынан кейінгі босап қалған дәрісханалардан және миы қатқан күйде жыпылықтаған курсорға қарап отырған студенттердің түрінен-ақ байқалады. Бағдарламалауды үйретуде қолданылатын дәстүрлі әдістер теориялық жағынан мықты болғанымен, бұл саланы үйренудің эмоциялық қырын ескере бермейді. Код жазуды меңгеру кейде адамның өсіп-дамуы емес, керісінше, тек қана қате хабарламалармен жауап беретін бос кеңістікке үнсіз айқайлаумен тең сезіледі [1].

Сол себепті кіріспе бағдарламалау курстарында студенттердің 20-40%-ы алғашқы семестрде-ақ оқудан бас тартады [2]. Бұл тек материалдың күрделілігіне байланысты емес – мұндағы түйткіл тереңірек: есептеу тәсілдерін үйрету формасы мен адамдардың күрделі дағдыларды табиғи түрде меңгеру жолы бір-біріне сай келмейді. Геймификация бұл мәселеге толық шешім болмаса да, өте қажет тепе-теңдік рөлін атқарады. Себебі бағдарламалау – бір жағынан нақты ғылым болса, екінші жағынан шығармашылықты қажет ететін тәжірибе [3].

Жаңадан бастап жатқан бағдарламалаушы қандай сезімде болатынын елестетіңіз: оларға код жазу – есеп шешу дейді, бірақ алғашқы қадамдарында үтір мен нүктелі үтір ережелерін жаттауға мәжбүр болады. Шығармашылық уәде етіледі, бірақ қарсысына еш ауытқуға жол бермейтін автоматты бағалау жүйесі қойылады [4]. Геймификация дәл осы қайшылықты жойып, үйрену процесін қызықты әрі марапатқа толы тәжірибеге айналдырады. Мысалы, Python-дағы қатені түзетіп отырған студент, біртіндеп көңілі түскен терушіден сандық детективке айналуы мүмкін — себебі әрбір түзетілген қате жұмбақтың бір бөлігін ашады. Мазмұн өзгермейді, бірақ контекст оны түбегейлі өзгертеді.

ПСИХОЛОГИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕР

Геймификацияның тиімділігі оның адамның үш негізгі психологиялық қажеттілігімен үйлесетінінде: автономия, құзыреттілік және байланыстылық. Бұл ұғымдарды өзін-өзі анықтау теориясы ұсынған [5], ал информатика саласында олар өзін ерекше түрде көрсетеді.

Автономия – студентке таңдау еркіндігін берген кезде гүлденеді. Мысалы, студент өз тапсырмасын дәстүрлі оқу жоспарына сай емес, арнайы “тапсырмалар тақтасынан” өзі таңдап алса, оқуға деген құлшынысы артады. MIT-тің OpenCourseWare жобасы көрсеткендей, студенттер өз қызығушылығына сай (ойын жасау, деректер визуализациясы, алгоритмдік өнер сияқты) жобаларды таңдағанда, курсты аяқтау көрсеткіші 73%-ға артқан [6].

Құзыреттілік – визуалды жетістік жүйелері арқылы қалыптасады. Мәселен, Carnegie Mellon университетінің "Құзыреттілік ағашы" интерфейсінде бағдарламалау ұғымдары бір-бірімен байланысқан түйіндер ретінде бейнеленеді [7]. Студент белгілі бір біліктілікті меңгерген сайын, сол түйін “жанып” тұрады. Бұл оқу мақсаттарын көзбен көруге болатын нақты жетістіктерге айналдырады – яғни ойын жасаушылар “прогресс принципі” деп атайтын, адамның алға ілгерілеуді көруге деген ішкі қажеттілігін қанағаттандырады.

Байланыстылық – бірлесіп код жазу арқылы көрінеді. Мысалы, Stanford университетінің “Pair Programming MMO” жобасында үй тапсырмасын жалғыз орындау емес, командамен бірігіп “қателер монстрын жеңу” арқылы орындайды. Бұл тәсіл программалау кезінде жиі кездесетін оқшаулану сезімін жойып, оның орнына командалық рухты дамытады [8].

САБАҚТА ҚОЛДАНУ ТӘЖІРИБЕСІ

Геймификацияның нақты оқу орталарында қолданылуы оның әрі мүмкіндігін, әрі күрделілігін көрсетеді. Мәселен, Вашингтон университетінде жүргізілген CodeHunt атты кодтау турнирі дәстүрлі жаттығулардың орнына ендірілгенде, студенттердің емтихан нәтижелері орта есеппен 18%-ға өскен [9]. Бірақ бұл жобаның басты жаңалығы – олардың “гандикап жүйесі” болды: студенттің алдыңғы нәтижесіне қарай алгоритм автоматты түрде тапсырманың қиындығын реттеп отырды. Бұл жүйе үздіктер кестесінің демотивацияға айналуына жол бермеді.

Ал Калифорния-Беркли университетінің CS Adventures жобасы – геймификацияның форматына қарай әсерінің қалай өзгеретінін айқын көрсетті. Бұл платформаның бірегейлігі – оқытуды әңгімелеу арқылы жүргізуде. Әсіресе, әйел студенттердің белсенділігі 40%-ға артқан [10]. Бұл жерде жарыс емес, ортақ әлемді құру сияқты командалық тапсырмалар басым болған. Зерттеулер көрсеткендей, ер студенттер “бас босспен айқас” сияқты кодтау ойындарына көбірек тартылса, әйел студенттер мазмұн мен топтық мақсатқа негізделген оқуға көбірек қызығушылық танытқан.

Тиімді геймификация тәжірибелерін біріктіретін ортақ үш қағидат бар:

1. Марапат тек нақты дағды өсіміне негізделуі тиіс, жай ғана қатысу емес [11].
2. Оқушының әртүрлі стиліне сай бірнеше даму жолы ұсынылуы қажет  [12].
3. “Жасырын оқыту” – ойын элементтері білімді көзге көрінбейтін түрде бекітеді [13].

ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕКАРАЛАР

Заманауи технологиялар геймификацияның мүмкіндігін бұрын-соңды болмаған деңгейде кеңейтіп жатыр. Мәселен, Джорджия Тех университетінің виртуалды шындық зертханасында студенттер деректер құрылымдарын – байланысты тізімдер мен бинарлы ағаштарды – үш өлшемді кеңістікте өз қолымен “ұстап”, қозғалта алады. Алғашқы нәтижелер көрсеткендей, мұндай әдіс кеңістіктік ойлау қабілетін диаграммаға негізделген дәстүрлі тәсілдермен салыстырғанда 35%-ға жақсартқан [14].

Бұдан бөлек, адаптивті оқыту жүйелері нақты уақытта оқушының деңгейіне сай тапсырмаларды өзгертіп отырады. Мысалы, Carnegie Mellon университетінің жасанды интеллект негізіндегі платформасы студенттің пернетақтадағы теру үлгісін бақылап, олардың фрустрация деңгейін анықтай алады. Егер студент тұйыққа тірелсе, жүйе “дана ментор” кейіпкері арқылы стратегиялық көмек береді [15]. Бұл тәсіл сабақтан бас тарту жағдайларын екі есе азайтқан.

Ең инновациялық жүйелердің бірі – Стэнфорд университетіндегі “нейроойын” жобалары. Мұнда тапсырманың қиындығы студенттің ми толқындарын өлшеу арқылы реттеледі. Яғни, ми белсенділігіне қарап, оқу процесі нақты сол сәттегі когнитивтік күйге бейімделеді [16]. Бұл – білім беру ойындағы шеберлікті тану сияқты студенттің күш-қуатына дәл үйлесетін болашаққа бір қадам.

ТЕҢДІК МӘСЕЛЕЛЕРІ

Геймификацияның әлеуеті демократиялық тұрғыда зор, бірақ мұнда да нюанстар бар. Мысалы, Харви Муд университетінің “Debugging Dinner Party” жобасы студенттердің код жазудағы тәжірибесіне қарамастан, қателіктерді жеке сәтсіздік ретінде емес, бірге шешілетін жұмбақтар ретінде қарастыруды ұсынды. Бұл тәсіл жаңа бастаған студенттер мен тәжірибелі программистер арасындағы орындау айырмашылығын 60%-ға дейін азайтқан [17].

Сонымен қатар, мәдени локализацияның маңызы да өте зор. MIT университеті өзінің геймификацияланған курстарын Таяу Шығыс елдеріне бейімдеген кезде, лидерлік кестелерді “қоғамдық бақтармен” алмастырды. Мұнда әрбір студенттің қосқан үлесі “ортақ жобаларды өсіруге” көмектеседі. Осы қарапайым метафораның өзгерісі студенттердің қатысуын 25%-ға арттырды [18].

БОЛАШАҚТАҒЫ ЖОҒАРЫ МАҚСАТТАР

Геймификацияның келешегі – физикалық және цифрлық ойынды біріктіретін "қолданылатын бағдарламалау" жүйелерінде. Беркли университетінің “Logic Blocks” атты прототипі физикалық тізбектерді пайдалану арқылы шартты операторларды тактильді кері байланыс арқылы үйретеді [19]. Бұл тәсіл оқу процесінде қолмен тәжірибе жинақтап, кодтау ұғымдарын сезіну мүмкіндігін береді. Алдағы уақытта осындай тәжірибелердің арқасында білім алу жаңа деңгейге көтеріледі.

Бұдан бөлек, “генеративті геймификация” жүйелері жеке тұлғаның жетістіктеріне сай шексіз оқу тапсырмаларын құра алады [20]. Мысалы, жасанды интеллект негізінде жұмыс істейтін Dungeon Master әр студенттің прогресіне қарай кодтау тапсырмаларын жасауы мүмкін. Бұл тәсіл оқу саяхатын динамикалық түрде реттейді, әр студенттің қызығушылығы мен мүмкіндігіне бейімделіп отырады.

ҚОРЫТЫНДЫ

Геймификацияның ең басты артықшылығы – информатика сабағын жеңілдету емес, оны мағыналы етуінде жатыр. Студент тек баға үшін емес, виртуалды командасын “құтқару” үшін қателерді түзетіп отырғанда, немесе абстрактылы алгоритмдер ғарыштық шытырман оқиғаларды шешудің кілтіне айналғанда, білім алу тек жаттығулардан асқақтап, нағыз шығармашылыққа айналады.

Шын мәніндегі жетістік, негізінен, тыныш сәттерде байқалады: бұрынғыда ашуланған студент енді өз терминалына жақындап, “тағы бір рет байқап көрейін” деп, түнгі уақыттың өтіп бара жатқанына мән бермейді. Бұл сияқты сәттерде біз геймификацияның шынайы күшін көреміз: ол информатика сабағын алмастырып қана қоймай, оның ішіндегі драма мен сұлулықты ашады.

Осы педагогикалық қиылыста тұрып, біз үшін басты сұрақ – ойындардың сыныпқа қажеті бар ма деген сұрақ емес, керісінше, біз қалайша код жазудың терең ойынына құрмет көрсете аламыз. Білім берудің болашағы – есептеу мен ойынның жанын үйлестіріп, студенттерге тек бағдарламалауды үйретіп қана қоймай, бағдарламалаудың қаншалықты маңызды екенін ашып көрсету.

Әдебиеттер тізімі:

1. Guzdial, M. (2015). Learner-centered design of computing education. Morgan & Claypool Publishers.
2. Robins, A., Rountree, J., & Rountree, N. (2003). Learning and teaching programming: A review and discussion. Computer Science Education, 13(2).
3. Hamari, J., Koivisto, J., & Sarsa, H. (2014). Does gamification work? – A literature review of empirical studies. HICSS.
4. Becker, K. (2011). The Magic Bullet: A Tool to Promote Student Engagement. Journal of Computing Sciences in Colleges.
5. Ryan, R. M., & Deci, E. L. (2000). Self-determination theory and the facilitation of intrinsic motivation. American Psychologist.
6. Ho, A. D., & Reich, J. (2014). HarvardX and MITx: Two years of open online courses. MIT & Harvard Report.
7. Domínguez, A., et al. (2013). Gamifying learning experiences: Practical implications and outcomes. Computers & Education.
8. Werner, L., Hanks, B., & McDowell, C. (2004). Pair-programming helps female CS students. Journal on Educational Resources in Computing.
9. Wilcox, C., et al. (2015). Code Hunt: Gamifying the teaching of programming. SIGCSE.
10. Fields, D. A., Kafai, Y. B., & Searle, K. A. (2012). Teamwork and identity in CS Adventures. Proceedings of the 43rd ACM.
11. Deterding, S., et al. (2011). From game design elements to gamefulness. MindTrek.
12. Gee, J. P. (2003). What video games have to teach us about learning and literacy. Palgrave Macmillan.
13. Kapp, K. M. (2012). The Gamification of Learning and Instruction. Wiley.
14. Fowler, C. (2015). Virtual reality and learning: Where is the pedagogy? British Journal of Educational Technology.
15. Koedinger, K. R., et al. (2013). Data mining and education. Wiley Interdisciplinary Reviews: Cognitive Science.
16. Broussard, R., & Rosen, D. (2021). Neuroadaptive Learning Systems: Next Steps. Neuroeducation Review.
17. Margolis, J., & Fisher, A. (2002). Unlocking the clubhouse: Women in computing. MIT Press.
18. Warschauer, M., & Matuchniak, T. (2010). New technology and digital worlds. Teachers College Record.
19. Horn, M. S., & Jacob, R. J. K. (2007). Tangible programming in the classroom. CHI.
20. Johnson, L., Adams Becker, S., Estrada, V., & Freeman, A. (2014). The NMC Horizon Report: 2014 Higher Education Edition.