ОСВIТНЯ ПРОГРАМА підвищення кваліфікації педагогічних працівників «С++ для вчителів інформатики»

ЗМІСТ ПРОГРАМИ

Програма містить два модулі, зміст яких спрямований на формування та розвиток інформаційно-цифрових компетентностей педагогічних працівників, проектувальної компетентності щодо конструювання цифрового освітнього середовища та організації дистанційної форми навчання на основі ідей та цінностей Нової української школи, універсального дизайну. 

Програма ґрунтується на компетентнісному, діяльнісному та інтегрованому підходах. Передбачає опанування педагогами засад сучасної цифрової дидактики, розвиток цифрової культури та враховує вимоги Державних стандартів загальної середньої освіти і зміст Професійного стандарту «Вчитель закладу загальної середньої освіти».

МОДУЛЬ 1. Інструменти ШІ та методичний дизайн в інформатичній освіті НУШ

Тема 1.1. Трансформація змісту інформатики в НУШ: компетентнісний підхід, обчислювальне мислення та цифровий простір.

Цифрова трансформація освіти в Україні та її безпосередній вплив на зміст навчання інформатики в сучасній школі. Особливості стратегічного та поточного планування інформатичної освіти в умовах реалізації другого циклу базової середньої освіти НУШ. Поняття сучасного електронного освітнього середовища закладу освіти. Європейські рамки цифрової грамотності педагогів (DigCompEdu) та критерії визначення цифрової зрілості сучасного ліцею. Нормативно-правове забезпечення цифровізації суспільства та освіти в Україні та за кордоном. Правові та етичні норми використання цифрових технологій в освіті, забезпечення безбар'єрності та рівного доступу.

Можливості, ключові переваги та реальні виклики створення адаптивного цифрового освітнього середовища. Психолого-педагогічні умови організації освітнього процесу в НУШ з урахуванням когнітивних особливостей учнів. Детальний огляд та порівняльний аналіз основних модельних навчальних програм з інформатики для 7-9 класів, основні методичні підходи та особливості викладання складних алгоритмічних розділів. Відповідальна й безпечна поведінка в цифровому просторі. Комплексний захист цифрових пристроїв, збереження персональних даних учнів та педагогів, захист від шкідливого та небажаного контенту в мережі Інтернет.

Тема 1.2. Практика використання ШІ у НУШ: виклики, можливості, генерація завдань та академічна доброчесність.

Використання генеративного штучного інтелекту для автоматизації підготовки високоякісних навчальних матеріалів, дидактичних посібників, поурочних планів та систем диференційованих завдань з кодування. Широкі можливості сучасного штучного інтелекту для генерації структурованого тексту, навчальних зображень, відеоінструкцій та працездатного коду на мові С++. Інноваційні цифрові помічники вчителя на основі великих мовних моделей для побудови траєкторій персоналізованого навчання та надання оперативного зворотного зв'язку здобувачам освіти.

Використання спеціалізованих цифрових інструментів, зокрема засобів аналізу текстів та інтелектуальних платформ типу NotebookLM для організації ефективної навчальної взаємодії, спільного пошуку рішень та продуктивної групової роботи учнів. Етичні аспекти використання систем штучного інтелекту в закладах освіти, збереження академічної доброчесності під час виконання учнями творчих та індивідуальних завдань. Розвиток критичного ставлення учасників освітнього процесу до результатів роботи штучного інтелекту, верифікація даних. Ризики, пов’язані з автоматизованими рішеннями ШІ, проблема галюцинацій моделей. Методика конструювання та диференціації дослідницьких завдань за допомогою ШІ.

МОДУЛЬ 2. Програмування мовою С++ та візуалізація алгоритмів

Тема 2.1. Базовий синтаксис С++, типи даних, керівні структури (розгалуження, цикли) та функції.

Введення у мову програмування С++. Встановлення, налаштування та ефективне використання сучасних середовищ розробки компіляторного типу (зокрема MS Visual Studio, Code::Blocks або CLion). Базові можливості, структура програми на С++ та правила синтаксису. Концепція компіляції та виконання коду. Поняття змінної, оголошення та ініціалізація. Фундаментальні типи даних у С++: цілі числа, числа з плаваючою точкою різної точності, символьний та логічний типи. Оператори: арифметичні, логічні, побітові, оператори порівняння. Вирази та пріоритети виконання операцій.

Організація введення та виведення даних за допомогою стандартних потоків cin та cout. Алгоритми та базові алгоритмічні структури в С++. Реалізація складних умовних конструкцій та багатоальтернативних розгалужень за допомогою операторів if, else та switch. Організація ефективних циклічних процесів: класичні цикли while, do-while та лічильний цикл for. Точне керування виконанням циклічних процесів за допомогою операторів переривання та пропуску ітерації break і continue. Проєктування та створення користувацьких функцій: оголошення прототипів, визначення тіла функції, передача аргументів за значенням, за посиланням та за покажчиком. Області видимості змінних, поняття локальних та глобальних змінних. Налагодження коду, аналіз помилок компіляції та виправлення логічних дефектів у програмах.

Тема 2.2. Складні структури даних (масиви, рядки, покажчики) та Стандартна бібліотека шаблонів (STL).

Робота зі складними та структурованими даними у С++. Статичні одновимірні та багатовимірні масиви: оголошення, ініціалізація та методи обходу елементів. Робота з текстовою інформацією: класичні С-рядки (масиви символів) та сучасні безпечні рядки класу std::string, методи та функції роботи з текстом. Фундаментальне поняття покажчика (pointer) та посилання (reference) в С++, робота з адресами в оперативній пам'яті. Динамічне виділення та звільнення пам'яті за допомогою операторів new та delete, запобігання критичним витокам пам'яті.

Введення до Стандартної бібліотеки шаблонів С++ (Standard Template Library - STL). Вивчення та практичне застосування послідовних контейнерів, зокрема динамічних масивів std::vector, двонаправлених списків std::list. Асоціативні контейнери для збереження унікальних даних та пар "ключ-значення": std::set та std::map. Використання стандартних ітераторів для навігації по контейнерах. Базові алгоритми бібліотеки STL: швидке сортування елементів контейнера, ефективний бінарний та лінійний пошук, реверс, підрахунок та копіювання даних. Організація надійної роботи з файловою системою: читання даних з текстових файлів та запис результатів у файли за допомогою потоків ifstream та ofstream. Сучасна обробка виключних ситуацій та помилок часу виконання за допомогою конструкцій try, catch, throw.

Тема 2.3. Основи об'єктно-орієнтованого програмування в С++: класи, об'єкти, інкапсуляція, успадкування.

Глибоке вивчення об’єктно-орієнтованого підходу як провідної парадигми сучасного промислового програмування. Фундаментальні поняття об’єкта, його внутрішнього стану та зовнішньої поведінки. Ключові елементи теорії ООП: класи як користувацькі типи даних, створення об'єктів екземплярів класів. Спеціальні методи класів: конструктори за замовчуванням, конструктори з параметрами, конструктори копіювання, роль деструкторів у своєчасному очищенні динамічних ресурсів. Реалізація принципу інкапсуляції даних: специфікатори доступу до членів класу private, public, protected, створення методів доступу (гетерів та сетерів).

Реалізація принципу успадкування класів для повторного використання коду та побудови логічних ієрархій: створення базових та похідних класів, особливості одиночного та множинного успадкування. Основи поліморфізму в С++: перевантаження функцій та операторів, механізм віртуальних функцій (virtual), використання абстрактних класів та чистих віртуальних функцій для проєктування гнучких інтерфейсів. Методика доступного та наочного викладання складних засад об'єктно-орієнтованого програмування у шкільному курсі інформатики, подолання психологічних бар'єрів учнів перед ООП.

Тема 2.4. Розробка комплексних проєктів на С++ та методика викладання алгоритмізації у шкільному курсі.

Впровадження методу проєктів при вивченні об'єктно-орієнтованого програмування на уроках інформатики в старшій школі. Повний життєвий цикл розробки програмного забезпечення: від аналізу вимог до фінального тестування та релізу. Командна розробка учнівських проєктів, розподіл ролей у групі, використання систем контролю версій. Створення навчальних комплексних консольних проєктів та базових графічних додатків (наприклад, інтерактивний проєкт "Система обліку успішності ліцею", математичний тренажер або текстова ігрова стратегія).

Ефективне використання математичних, логічних та користувацьких функцій у комплексних розробках, проєктування вкладених алгоритмічних конструкцій та перевірка складних складених умов. Особливості організації дослідницької та науково-проєктної діяльності учнів на уроках інформатики та в позаурочний час (у межах підготовки робіт МАН). Роль учителя як фасилітатора, модератора та ментора учнівських розробницьких команд. Ознайомлення з платформами автоматизованої перевірки олімпіадних завдань (Eolymp) та специфіка підготовки обдарованих дітей до змагань з програмування мовою С++.

 

Орієнтовний перелік практичних завдань. 

Контрольні заходи в межах зазначеної Програми спрямовані на оцінювання рівня засвоєння теоретичних знань та практичних навичок, необхідних для успішної реалізації Державного стандарту базової середньої освіти на другому циклі. Вони мають на меті визначити готовність педагогів до впровадження нових підходів, методів та інструментів навчання, зокрема компетентнісного підходу. Також ці заходи дозволяють ідентифікувати прогалини у знаннях або навичках учасників, щоб у подальшому скоригувати навчальний процес або надати додаткову підтримку. Успішне проходження контрольних заходів є підтвердженням кваліфікації та права педагога на роботу за оновленою програмою.

Практичні завдання спрямовані на формування й удосконалення професійних умінь і цифрових навичок педагогічних працівників, компетентностей з організації освітнього процесу за дистанційною/змішаною формами навчання, перенесення теоретичних знань у практику професійної педагогічної діяльності.

Результати роботи (посилання на розроблені цифрові продукти) фіксуються у таблиці просування. Практичні завдання слухачі курсу самостійно завантажують в персональну папку на Google Диску. 

Практична робота: Детальне ознайомлення з інтерфейсами професійних середовищ розробки С++. Налаштування компилятора, створення першого проєкту. Розробка базових лінійних програм, використання стандартних функцій введення та виведення інформації.

Практична робота: Програмування складних розгалужених та циклічних алгоритмів. Розв'язання практичних задач на використання конструкцій if-else, switch, циклів for, while та операторів керування break/continue.

Практична робота: Робота зі структурованими колекціями даних. Написання алгоритмів швидкого пошуку та сортування у статичних та динамічних масивах (vector), створення асоціативних карт (map) для збереження структурованих даних.

Практична робота: Створення розгалуженої системи користувацьких функцій, робота з різними механізмами передачі аргументів, реалізація надійних механізмів обробки виключних ситуацій та потокова робота з файловою системою.

Практична робота: Інтеграція сучасних генеративних ШІ-сервісів для автоматизованої генерації, пошуку логічних помилок та рефакторингу програмного коду на С++, розробка різнорівневих дидактичних завдань для учнів.

Лабораторна робота: Проєктування та архітектура власних класів в С++. Реалізація конструкторів, деструкторів, методів інкапсуляції, створення об'єктів та організація взаємодії між ними.

Лабораторна робота: Реалізація комплексного об'єктно-орієнтованого проєкту "Учнівська база даних" з використанням механізмів успадкування класів, віртуальних функцій та динамічних контейнерів STL.

Лабораторна робота: Створення та тестування алгоритмічного модуля для розв'язання олімпіадних задач з автоматичною перевіркою коректності та оптимізацією часу виконання.

Перелік тем для самостійної роботи слухачів

Глибокий аналіз європейських рамок цифрової компетентності педагогів (DigCompEdu) та проведення самооцінювання власного рівня інформаційно-цифрової грамотності.

Правові та юридичні аспекти використання відкритого освітнього контенту, надійний захист авторських прав та суворе дотримання засад академічної доброчесності під час використання стороннього коду та ШІ-генерацій.

Ефективні методики візуалізації складних алгоритмічних структур, покрокового виконання коду та динамічних структур даних за допомогою сучасних цифрових сервісів та інтерактивних середовищ.

Етичні ризики, загрози та потенційні виклики при масовому використанні генеративного штучного інтелекту в сучасній середній освіті.

Складання індивідуального маршрутного листа персоналізованого навчання для учня засобами ШІ з диференціацією складних завдань з програмування на С++ за рівнями складності.

Особливості диференційованого підходу до поглибленого вивчення С++ на шкільних факультативах, у гуртках та специфіка якісної підготовки учнів до Всеукраїнських олімпіад з інформатики.

 

 

Очікувані результати навчання

Слухачі курсу після успішного завершення навчання повинні продемонструвати такі результати у трьох вимірах:

Знання і розуміння:

Сучасної методології предметної спеціалізації «Інформатика», фундаментальних методів розробки складних алгоритмів, конструювання надійного програмного забезпечення та динамічних структур даних.

Принципів функціонування генеративного штучного інтелекту та великих мовних моделей, а також конкретних можливостей їх інтеграції в освітній процес НУШ для глибокої персоналізації та інтенсифікації навчання.

Правових, етичних та деонтологічних норм використання цифрових технологій, захисту інтелектуальної власності, авторських прав та високих стандартів академічної доброчесності у шкільному середовищі.

Уміння:

Вільно використовувати мову програмування С++ для розв'язування прикладних та олімпіадних задач, реалізації алгоритмів сортування та пошуку, роботи з динамічною пам'яттю та контейнерами STL.

Застосовувати інструменти генеративного штучного інтелекту (типу ChatGPT, Claude, NotebookLM) для автоматизації підготовки різнорівневих завдань, написання базових шаблонів коду, розроблення планів інтегрованих уроків інформатики.

Ефективно планувати освітній процес, здійснювати об’єктивну діагностику навчальних досягнень учнів за допомогою хмарних систем тестування, забезпечувати якісний та швидкий зворотний зв'язок.

Диспозиції (цінності, ставлення):

Здатність критично та виважено оцінювати достовірність, точність та надійність інформаційних джерел і результатів автоматизованої генерації коду системами ШІ.

Відповідальне ставлення до впровадження інтелектуальних систем в освіту, чітке розуміння пріоритетності педагогічного досвіду, емпатії та професіоналізму вчителя над будь-якими автоматизованими рішеннями ШІ.

Критерії оцінювання результатів підвищення кваліфікації

Система оцінювання успішності за Програмою базується на об'єктивній 100-бальній шкалі та включає механізми як формувального, так і підсумкового оцінювання. Загальний розподіл балів здійснюється таким чином:

Виконання практичних та лабораторних робіт: передбачено 4 комплексних практичних завдання, кожне з яких оцінюється максимально у 15 балів (у сумі максимум – 60 балів).

Підсумкове комп'ютерне тестування: містить 20 тестових питань з теоретичного та практичного матеріалу курсу, де кожна правильна відповідь приносить 2 бали (у сумі максимум – 40 балів).

Єдиною підставою для успішного завершення курсу та отримання офіційного свідоцтва про підвищення кваліфікації встановленого зразка є накопичення слухачем не менше 60 підсумкових балів (що становить 60% від загальної суми), за умови обов’язкового подання всіх практичних робіт та успішного подолання порогу у фінальному тесті. Оцінювання практичних завдань здійснюється за чіткими критеріями: відповідність виконаної роботи заданій темі, технічна грамотність використання мовних конструкцій С++, оптимальність алгоритму, відсутність витоків пам'яті, суворе дотримання принципів академічної доброчесності та реальна можливість безпосереднього практичного застосування розроблених матеріалів у шкільному курсі інформатики.