Просмотр исходного текста страницы IDE для изучения Python (Николай Попов, OSEDUCONF-2015)

== Аннотация ==
;Докладчик: {{Speaker|Николай Попов}}
<blockquote>
Язык Python все глубже проникает в российскую систему образования.
С 2015 года в контрольно-измерительные материалы ЕГЭ включены примеры программ на Python’е, а на факультете компьютерных наук НИУ ВШЭ именно этот язык является первым изучаемым языком программирования.
При изучении программирования на языке Python, как впрочем, и на любом другом языке программирования, немаловажной задачей является обеспечение ученика (студента) подходящей средой разработки (IDE). Учебная IDE должна, с одной стороны, предоставлять  всю  необходимую  функциональность,  которая  потребуется  при
решении учебных задач, и в то же время, – быть максимально простой, поскольку является лишь инструментом, а не субъектом изучения.
Ввиду отсутствия (на момент начала проекта) подобной IDE для языка  программирования  Python,  мы  начали  ее  создавать  на  платформе Кумир-2.
Целевой аудиторией Кумир-Python являются старшие классы школы и высшие учебные заведения.
</blockquote>

== Видео ==

{{vimeoembed|118003781|800|450}}
{{youtubelink|kbgYwaibF9k}}
{{oseduconf-2015-draft}}


<!-- pollholder --> 










== Слайды ==
[[File:IDE для изучения Python (Николай Попов, OSEDUCONF-2015).pdf|left|page=-|256px]]

== Тезисы ==
=== Предпосылки разработки ===

Среда разработки на языке программирования (в дальнейшем — IDE) должна предоставлять возможность редактирования и проверки программ, их выполнения и пошаговой отладки.
В качестве IDE можно использовать связку из обычного текстового редактора и терминала, в котором запускаются интерпретатор и инструменты для
проверки синтаксиса.
Эта комбинация достаточно часто используется при написании небольших программ, однако у этого решения, помимо удобства использования, есть существенный недостаток: нет возможности наглядной пошаговой отладки программ.

С другой стороны, существуют полноценные IDE, например [http://jetbrains.ru/products/pycharm/ PyCharm], созданная на базе IntelliJ IDEA, которая обладает всей необходимой функциональностью.

Использование подобных сред разработки оправдано в производственных целях, но для учебных задач их возможности не просто избыточны, но и создают существенные неудобства, такие как необходимость освоения среды, или создание и настройка проекта перед тем, как написать даже самую простую программу.

Существуют также специализированные системы, разработанные специально для образовательных целей.

Классическими примером такой IDE можно считать систему с открытым исходным кодом Кумир, разрабатываемую в НИИСИ РАН, которая использует учебный Aлгоритмический Язык и предназначена для использования в школьном курсе программирования. Эта среда разработки имеет простой интерфейс, редактор кода, совмещенный с анализатором ошибок и возможность пошагового выполнения программ с отображением текущих значений переменных как на полях редактора, так и в отдельном окне.

Мы решили использовать наработки и исходный код<ref>http://gitorious.org/kumir2</ref> системы Кумир для создания учебной IDE для языка [https://www.python.org/ Python 3.x].

Система Кумир спроектирована таким образом, что позволяет заменить русский алгоритмический язык программирования на любой другой<ref>http://0x1.tv/Kumir-20, А. Г. Кушниренко,   М. А. Ройтберг,   Д. В. Хачко,   В. В. Яковлев   Кумир 2.0: комплилятор и среда выполнения. VIII Конференция «Свободное программное обеспечение в высшей школе», М.: Альт Линукс, 2013.</ref>.
В то же время, можно использовать такие особенности системы, как отображение синтаксических ошибок на полях редактора, или систему курсов<ref>Д. В. Хачко,       Д. П. Кириенко,       А. Г. Кушниренко,       А. Г. Леонов, М. А. Ройтберг.  Поддержка  курсов  в  системе  КуМир.  VI  Конференция   «Свободное   программное   обеспечение   в   высшей   школе», М.: Альт Линукс, 2011.</ref>.

Работа над созданием среды Кумир-Python началась в 2013 году, когда в свободном доступе не было ни одной полнофункциональной среды разработки для Python, которую можно рекомендовать студентам. В конце 2013 года были появилась бесплатная редакция PyCharm Community Edition, а совсем недавно — специализированная редакция [https://www.jetbrains.com/pycharm-educational/ PyCharm Educational Edition] для образовательных учреждений. Основной особенностью этой редакции является поддержка курсов с возможностью автоматизированной проверки заданий, как и в Кумир. Тем не менее, для использования в школах, даже эта редакция PyCharm является достаточно сложной средой.

=== Интеграция интерпретатора ===
В системе Кумир-Python интерпретатор используется в адресном пространстве IDE, а не отдельным процессом.
Это позволяет добиться очень тесной интеграции интерпретатора со средой разработки, что, в частности, позволяет реализовать не только полнофункциональный отладчик, но и вмешиваться в работу интерпретатора во время выполнения программ. Это необходимо, например, для написания тестирующих алгоритмов при реализации автоматизированной проверки заданий.

С  другой  стороны,  использование  такого  подхода  накладывает ряд ограничений на возможность использования некоторых сторонних библиотек. Например, становится невозможным использование библиотеки  PyQt  (PySide)  в  программах,  которые  запускаются  из IDE, а также появляется риск падения системы при использовании сторонних модулей Python, реализованных на C/C++. Мы считаем, что для учебных задач эти ограничения не существенны, поскольку как использование Qt, так и написание C/C++ модулей для Python, предполагает более высокую квалификацию, чем та, на которую ориентировано начальное обучение.

Отметим, что отдельный экземпляр интерпретатора, именуемый «Песочница» (от англ. Sandbox), доступен для использования в качестве калькулятора, или быстрой проверки конструкций языка, без написания программ.

=== Проверка программ во время редактирования ===
Язык Python является динамическим языком программирования, поэтому семантический и синтаксический анализ программ для этого языка затруднен. Тем не менее, значительную часть ошибок в программе (но не все ошибки) можно найти с помощью специализированных анализаторов кода.

Для проверки программ мы используем упорядоченный по приоритетам набор различных анализаторов:
* 1.  Анализатор ошибок [http://www.pylint.org/ PyLint].
* 2.  Анализатор ошибок [https://pypi.python.org/pypi/pyflakes PyFlakes].
* 3.  Анализатора стиля кода [https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/ PEP-8], использование которого является опциональным (пункт в настройках), поскольку, вывод результатов его работы может испугать любого неподготовленного пользователя. Но в некоторых случаях его использование может быть обязательным формальным требованием.
* 4.  Предполагается реализация дополнительного анализатора, который будет проверять совместимость типов величин в вычисляемых выражениях и аргументах функций. Помимо обнаружения ошибок, результаты работы этого анализатора необходимы для реализации семантического автодополнения кода.

Если несколько анализаторов нашли ошибку, которая относится к одному и тому же участку кода, то принимается та из них, которая найдена анализатором с более высоким приоритетом.
Экспериментально было установлено, что наиболее адекватную диагностику выдает анализатор PyLint, поэтому он имеет наивысший приоритет.

=== Дополнительные возможности ===
Система Кумир-Python наследует важные для организации процесса обучения возможности системы Кумир. Выделим две такие возможности.

Во-первых,   возможно   использование   графических   исполнителей системы Кумир в школьном курсе информатики, как обычных Python-модулей.

Единственное отличие от системы программирования Кумир — это использование англоязычных имен модулей и функ-
ций.  В  настоящее  время  реализованы  исполнители  Робот  (модуль robot) и Рисователь (модуль painter), работа с которыми описана в школьных учебниках<ref>
* Информатика: 7–9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учр. А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, Я. Н. Зайдельман. М.:Дрофа, 2003. 335 с.
* Информатика. 10 класс. Углубленный уровень. В 2 частях (комплект из 2 книг). К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. М.: Бином, 2014. 648 с.
* Информатика.   11 класс.   Углубленный   уровень.   Части   1–2   (комплект). К. Ю. Поляков, Е. А. Еремин. М.: Бином, 2014. 532 с.
</ref>

Во-вторых,  реализована  поддержка  курсов. 
Автоматическая проверка заданий реализуется функциями <tt>__pre_test__</tt>, <tt>__pre_run__</tt>
и <tt>__post_run__</tt>, которые находятся в не отображаемой системой Кумир «скрытой» части программы.
Она отделяется в текстовом файле программы от основной части Python-комментарием специального вида.
В процессе проверки заданий можно вмешиваться в работу интерпретатора, например, принудительно изменять значения переменных, или имитировать ввод данных из стандартного потока ввода.

=== Выводы ===
В настоящее время система Кумир-Python позволяет редактировать и выполнять программы, использовать пошаговый отладчик и входящие в поставку «исполнители» системы Кумир.

Сообщения используемых анализаторов об ошибках в редактируемых программах отображаются на поля, но пока только на исходном (английском) языке. В дальнейшем предполагается выполнить как перевод этих сообщений на русский язык, так и уточнить их классификацию на предмет того, какие из сообщений являются действительно ошибками, а какие — предупреждения о потенциальных ошибках.

Незавершенными на данный момент остаются части синтаксического  анализатора,  которые  выполняют  подсветку  синтаксиса,  построение списка имен для семантического автодополнения, и проверку совместимости типов величин.

Исходные тексты доступны в [http://gitorious.org/kumir2 git-ветке python] репозитория разработки системы Кумир. В комплект поставки входит пример реализации курса по языку Python.

Опытную эксплуатацию среды предполагается начать в 2015–2016 учебном  году. 
Целевой  аудиторией  Кумир-Python  являются  старшие классы школы.

Ввиду появления свободно доступных редакций PyCharm, целесообразность использования Кумир-Python в высших
учебных заведениях остается под вопросом, ответ на который может быть получен по результатам опытной эксплуатации.

===Литература


{{----}}

== Примечания и отзывы ==
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

<references/>

[[Category:OSEDUCONF-2015]]
[[Category:IT-образование]]
[[Category:Open-source projects]]
[[Category:Python]]

<!-- topub -->
{{stats|disqus_comments=6|refresh_time=2017-12-21T17:25:43.079352|vimeo_comments=0|vimeo_plays=170|youtube_comments=0|youtube_plays=522}}