Методика преподавания курса информатики в системе педагогических знаний
Информатика как наука и учебный предмет в школе
Появление и начальное становление информатики как науки относится ко второй половине прошлого века. Область интересов информатики — это структура и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами поиска, сбора, хранения, преобразования, передачи и использования информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Обработка огромных объемов и потоков информации немыслима без автоматизации и систем коммуникации, поэтому электронные вычислительные машины и современные информационные и коммуникационные технологии являются и фундаментальным ядром, и материальной базой информатики. Термин «информатика» (в том смысле как он применен в первом абзаце) в отечественной литературе используется сравнительно недавно, к тому же его толкование до настоящего времени еще нельзя считать установившимся и общепринятым. Терминологические и понятийные трудности, связанные с сущностью самого понятия «информатика» (равно как и производных понятий) не преодолены до сих пор. Обратимся к истории вопроса, восходящей ко времени появления электронных вычислительных машин. После второй мировой войны получила бурное развитие кибернетика как общая наука об управлении и связи в системах различной природы — искусственных, биологических, социальных. Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием в 1948 г. американский математиком Норбертом Винером книги «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Развиваясь одновременно с прогрессом электронных вычислите машин, кибернетика со временем превращалась в более с науку о преобразовании информации. Под информацией в кибернетике понимается любая совокупность сигналов, воздействий сведений, которые некоторая система воспринимает от окружающей среды (входная информация X), выдает в окружающую (выходная информация У), а также хранит в себе (внутренняя внутрисистемная информация 2) .
Воодушевляющие перспективы применения кибернетики в народном хозяйстве возбудили предложения широкого применения математических методов и ЭВМ для целей глобального планирования и управления. Сформулированные крупными учеными, эти предложения нашли отражения в партийных и правительственных решениях. В государственные планы включались программы создания автоматизированных систем управления (АСУ) во всех звеньях народного хозяйства от предприятия до отрасли. АСУ должны были стать базой структурной перестройки управления народным хозяйством: с АСУ должны были взаимодействовать автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), над АСУ предполагалось создать автоматизированные системы плановых расчетов (АСПР). Все автоматизированные системы планировалось реализовать на единой общегосударственной сети вычислительных центров. Однако по ряду причин были доведены до практической реализации лишь » отдельные фрагменты системы управления, общая же идея достижения глобальной цели управления не была осуществлена. Вскоре вслед за появлением термина «кибернетика» в мировой науке стало использоваться англоязычное «Computer Science» (компьютерная наука); этот термин и сейчас достаточно широко распространен в Соединенных Штатах Америки, в Канаде и некоторых странах латиноамериканского континента в качестве наименовав как для научной, так и учебной дисциплины, изучающих процессы обработки, хранения и передачи информации при помощи компьютеров и телекоммуникационных систем . Чуть позже, на рубеже 60-х и 70-х гг. XX века, французы ВВЕЛИ термин «informatique» (информатика), образованный, судя по ВСЕму, как производное от двух французских слов — «informatione (информация) и «avtomatique» (автоматика). Новый термин получил впоследствии распространение в СССР (следовательно России и странах СНГ) и странах Западной Европы. Надо сказать, что в русском языке наиболее раннее (примерно с середины 1960-х гг.) употребление термина «информатика» было связан узко-конкретной областью научно-технической информации и, кументалистики. Согласно определению, данному в Большой советской энциклопедии, информатика рассматривалась как «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создан! преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности». Подобное определение связывало информатику с библиотековедением, библиографией, методами поиска информации в массивах документов. С этой целью 1952 г. был создан Институт научной информации АН СССР, позже преобразованный в ВИНИТИ — Всесоюзный институт научно I технической информации. Параллельно с этим Направлением (и независимо от не развивалось другое толкование термина «информатика», которое, как считал академик А. П. Ершов, начиная со второй половины 1970-х гг. стало широко закрепляться в отечественной литературе после появления перевода с немецкого (под ред. А. П. Ершова) учебного пособия и задачника по вузовскому курсу информатики. Поясняя значение термина «информатика» (в связи' с открытием с 1983 г. в составе Академии наук СССР нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации), А. П. Ершов утверждал, что этот термин вводится в, русский язык «...как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. При таком толковании информатика оказывается более непосредственно связанной с философскими и общенаучными категориями, проясняется и ее место в кругу «традиционных» академических научных ДИСЦИПЛИН».
Предмет информатики определяется многообразием ее приложений. Различные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управление производственным процессом, системы проектирования, финансовые операции, образование и т.п.), имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой. Тем самым образуются различные «предметные» информатики, базирующиеся на разных наборах операций и процедур, различных видах кибернетического оборудования (во многих случаях наряду с компьютером используются специализированные приборы и устройства), разных информационных носителях и теп.
• теория алгоритмов (формальные модели алгоритмов, проблемы вычислимости, сложность вычислений и т.п.);
• базы данных (структуры данных, поиск ответов на запросы, логический вывод в базах данных, активные базы и т.п.);
• искусственный интеллект (представление знаний, вывод на знаниях, обучение, экспертные системы и т.п.);
• бионика (математические модели в биологии, модели поведения, генетические системы и алгоритмы и т.п.);
• распознавание образов и обработка зрительных сцен (статистические методы распознавания, использование призрачных пространств, теория распознающих алгоритмов, трехмерные сцены и т.п.);
• теория роботов (автономные роботы, представление знаний о мире, децентрализованное управление, планирование целесообразного поведения и т.п.);
• инженерия математического обеспечения (языки программирования, технологии создания программных систем, инструментальные системы и т.п.);
• теория компьютеров и вычислительных сетей (архитектурные решения, многоагентные системы, новые принципы переработки информации и т.п.);
• компьютерная лингвистика'(модели языка, анализ и с текстов, машинный перевод и т.п.);
• числовые и символьные вычисления (компьютерно-орированные методы вычислений, модели переработки информации в различных прикладных областях, работа с естественно-языковыми текстами и т.п.);
• системы человеко-машинного взаимодействия (модели курса, распределение работ в смешанных системах, организация коллективных процедур, деятельность в телекоммуникационных системах и т. п.);
• нейроматематика и нейросистемы (теория формальных нейронных сетей, использование нейронных сетей для обучения нейрокомпьютеры и т.п.);
• использование компьютеров в замкнутых системах (модели реального времени, интеллектуальное управление, системы мониторинга и т. п.).
Школьный учебный предмет информатики не может включать всего того многообразия сведений, которые составляют содержание активно развивающейся науки информатики. В то же время школьный предмет, выполняя общеобразовательные функции должен отражать в себе наиболее общезначимые, фундаментальные понятия и сведения, раскрывающие существо науки, вое жать учащихся знаниями, умениями, навыками, необходимыми для изучения основ других наук в школе, а также подготавливающими молодых людей к будущей практической деятельности и жизни в современном информационном обществе. Среди принципов формирования содержания общего образования современная дидактика выделяет принцип единства и противоположности логики науки и учебного предмета. Как отмена этой связи Б.Т.Лихачев, «идея единства и противоположно логики науки и логики конструирования учебного предмета обусловлена тем, что наука развивается в противоречиях. Она пробивает себе дорогу сквозь толщу предрассудков, совершает скачки вперед, топчется на месте и даже отступает. Педагогическая логика содержания учебного предмета учитывает логику развития основных категорий, понятий данной науки. Вместе с тем педагоги и психологи руководствуются необходимостью учета возрастных особенностей освоения материала школьниками, организуют его на основе как восхождения от абстрактного к конкретному, так и от конкретного к абстрактному». В связи с этим обстоятельством приходится констатировать, что на процессе формирования школьного учебного предмета информатики сказывается чрезвычайно малая временная станция между возникновением информатики как самостоятельной отрасли науки и включением в практику массовой общеобразовательной школы соответствующего ей нового учебного предмета — около 10— 15 лет. По этой причине определение содержания школьного курса информатики является очень непростой дачей, на решении которой продолжает активно сказываться процесс становления самой базовой науки информатики. Проблема же и в том, что даже целесообразность введения в школу отдельного предмета информатики не является бесспорной — существуют аргументы (выдвигаемые как зарубежными, так и отечественными специалистами), которые показывают, что такой путь не является единственным и бесспорным. Вопрос в конечном итоге заключается в следующем: чего в новом общеобразовательном знании больше — того, что должно составить отдельный учебный предмет для общеобразовательной школы, или то что может (или должно) быть неразрывно связано с содержанием и технологией изучения всех школьных предметов? Для ответа на этот вопрос обратимся к общедидактическому анализу проблемы развития содержания общего среднего образования, данному В. С. Ледневым. В результате длительного теоретического и экспериментального исследования, начатого еще в начале 60-х гг. прошлого века, было установлено, что фундаментальные основы кибернетического знания должны стать составной частью содержания общего школьного образования и что для решения этого вопроса требуется введение в систему школьных дисциплин отдельного учебного курса. Основываясь на общекибернетической природе нового знания, с самого начала своего исследования В.С.Леднев для наименования нового школьного предмета использует термин «кибернетика», однако, для данного рассмотрения это обстоятельство можно считать непринципиальным. Рассмотрим суть проблемы подробнее. Появление кибернетики как науки, изучающей общие закономерности информационных процессов управления, стало важнейшим шагом в познании окружающего мира. Как подчеркивал А. П. Ершов, «понимание единой природы информации вслед за установлением единой природы вещества и энергии стало важнейшим шагом к постижению материального единства мира». Основываясь на этих же общенаучных представлениях о двух типах организации материальных систем — физическом (вещественно-энергетическом) и кибернетическом (антиэнтропийным), В.С.Леднев анализирует два ряда наук:
• науки, изучающие вещественно-энергетическую организацию материи (химия, космология, физика);
• науки, изучающие кибернетическую (антиэнтропийную) организацию материи (кибернетика, биология, комплекс антропологических наук, обществознание, техникознание
При этом физика и кибернетика (каждая из них в своей группе) относятся к категории аспектных наук, т.е. наук, исследующих наиболее общие закономерности соответственно вещественно-энергетического и кибернетического подходов к исследованию действительности. На этой же основе складывается и концепция структуры содержания общего среднего образования. Согласно этой концепции, в частности, выделяются две группы общеобразовательных учебных дисциплин, которые изучают два основных аспекта организации окружающего мира: вещественно-энергетический и кибернетико-информационный. Каждая их этих групп предметов является системой со своим системообразующим элементом. В случае вещественно-энергетического аспекта таким системообразующим предметом является физика, в случае кибернетико-информационного аспекта — кибернетика (информатика). Кибернетико-информационная картина мира формируется практически всеми школьными предметами, однако только курс кибернетики (информатики) способен подытожить и обобщить полученные учащимися знания, т.е. выступить в качестве системообразующего фактора. Таким образом, основываясь на описанной выше конце научной картины мира и исходя из того, что набор обязательных учебных предметов предопределяется двумя факторами — с щенной структурой деятельности и структурой объекта изучения, В. С.Леднев делает основополагающий выв обязательном перечне учебных общеобразовательных предметов в число которых включается и кибернетика. При этом указа выше два фактора носят объективный характер, что объясняет стабильность структуры общего среднего образования. Появление в этой структуре новых устойчивых учебных предметов может вызвано лишь существенными изменениями в научной кар мира и сменой доминирующего вида деятельности. Весьма примечательно, что курс кибернетики (информатики) – единственно новый общеобразовательный учебный предмет, родившийся веке, все остальные учебные предметы для сферы общего образования – продукт XIX века. Важным в рассматриваемой проблеме является вопрос о том, как изучать информатику в общеобразовательной школе – отдельном учебном курсе, как дисциплину в составе одного и: имеющихся курсов или целесообразнее рассредоточить учеб материал по информатике среди ряда учебных дисциплин. Рассматривая этот же вопрос применительно к общеобразовательному курсу кибернетики, В. С.Леднев приводит следующие аргументы в пользу отдельного учебного курса, «Если учебный материал по кибернетике распределить между различными учебными курсами, то в этом случае сведения области действительности, изучаемой кибернетикой и не входя составной частью в предметы других наук, будут систематизированы не по основным признакам, по которым они систематизируются в науке, а по второстепенным, так как будут излагаться в логике другого учебного курса» Это неизбежно влечет за собой формирование у учащихся неполных и даже искаженных представлений области действительности, изучаемой кибернетикой. Более того такой путь исключает возможность формирования основных, фундаментальных понятий кибернетики в рамках и логике понятийного и методического аппарата, выработанного этой наукой, является эффективным дидактическим средством формирования понятий. Понятия кибернетики, изучаемые в логике других учебных курсов, оказываются инородными в их понятийной системе и будут восприняты учащимися как второстепенные, не имеющие принципиального значения. Поэтому наиболее целесообразным решением вопроса о путях изучения кибернетики в средней школе является выделение для ее изучения отдельного учебного курса.
Методическая система обучения информатике в средней общеобразовательной школе.
Общая характеристика ее основных компонентов (цели, содержание обучения, методы, формы и средства обучения)
Как новый раздел педагогической науки и учебный предмет подготовки учителя информатики введение в 1985 г. в среднюю школу отдельного общеобразовательного предмета «Основы информатики и вычислительной техники» дало старт формированию новой области педагогической науки, объектом которой является обучение информатике. Следуя официальной классификации научных специальностей, этот раздел педагогики, исследующий закономерности обучения информатике на современном этапе ее развития в соответствии с целями, поставленными обществом, в настоящее время получил название «Теория и методика обучения и воспитания (информатике; по уровням образования)». Даже при очевидной неудобочитаемости приведенной трактовки научного направления видно, что строка классификатора демонстрирует явное стремление к максимальной цельности и полноте этого раздела педагогической науки. Из приведенной формулировки следует, что к теории и методике обучения информатике нужно относить исследование процесса обучения информатике везде, где бы он ни проходил и на всех уровнях: дошкольный период, школьный период, все типы средних учебных заведений, высшая школа, самостоятельное изучение информатики, дистанционные формы обучения и т.п. Каждая из перечисленных областей в настоящее время ставит свои специфические проблемы перед современной педагогической наукой. Нас в данном случае в первую очередь будет интересовать та область методики информатики, которая рассматривает обучение информатике в средней школе в рамках общеобразовательного предмета информатики. Понятно, что определение методики информатики как н. об обучении информатике само по себе еще не означает существования этой научной области в готовом виде. Теория и методика обучения информатике в настоящее время интенсивно развивается; школьному предмету информатики уже более полутора десятка лет, но многие задачи в новой педагогической науке никли совсем недавно и не успели получить еще ни глубоко теоретического обоснования, ни длительной опытной проверки. В соответствии с общими целями обучения методика преподавания информатики ставит перед собой следующие основные задачи: определить конкретные цели изучения информатики, а же содержание соответствующего общеобразовательного предмета и его место в учебном плане средней школы; разработать предложить школе и учителю-практику наиболее рациональные методы и организационные формы обучения, направленные на достижение поставленных целей; рассмотреть всю совокупи средств обучения информатике (учебные пособия, программ средства, технические средства и т.п.) и разработать рекомендации по их применению в практике работы учителя. Говоря иными словами, перед методикой преподавания информатики, как и перед всякой предметной школьной методикой, ставится традиционная триада основных вопросов:
• зачем учить информатике?
• что надо изучать?
• как надо обучать информатике?
Методика преподавания информатики — молодая наука она формируется не на пустом месте. Опережающие фундаментальные дидактические исследования целей и содержания оби кибернетического образования, накопленный отечественной и школой еще до введения предмета информатики практический о преподавания учащимся элементов кибернетики, алгоритмизации и программирования, элементов логики, вычислительной и дискретной математики, проработка важных вопросов общеобразовательного подхода к обучению информатике имеют в общей сложности почти полувековую историю. Будучи фундаментальным разделом педагогической науки, методика информатики опирается в своем развитии на философию, педагогику, психологию, информатику (в том числе школьную информатику), а также обобщенный практический опыт средней школы. Из всей совокупности методико-педагогических знаний, объединяемых методикой информатики, выделяется учебный предмет «Теория и методика обучения информатике», который согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования входит в образовательно-профессиональную программу подготовки учителя по специальности «Информатика». Впервые учебный курс «Методика преподавания информатики» был введен в учебные планы педвузов в 1985 г. в связи с организацией подготовки учителей по дополнительной специальности «Информатика» на базе физико-математических факультетов. Вскоре появилось и первое учебное пособие по этому курсу. В 1993 г. был сделан первый набор на учительскую специальность «Информатика» как основную (Омский педуниверситет). С 1995 г. действует Государственный стандарт высшего педагогического образования по специальности «Информатика». В казахстанских педвузах стала расширяться подготовка «профильных» учителей информатики. В то же время справедливо отмечалось, что в течение весьма длительного периода содержание методической подготовки будущего учителя информатики – наиболее слабая часть (и наиболее слабо обеспеченная часть) его профессиональной подготовки. В настоящее время появились издания других учебных книг по методике информатики, хотя в течение долгого времени кафедрам и студентам приходится делать основной упор на периодику. Официальным ориентиром в методической подготовке будущих учителей информатики служат рекомендованные Министерством образования и науки РК учебные программы. Содержание этого учебного предмета составляет рассмотрение общих теоретических основ методики преподавания информатики, совокупности основных программно-технических средств, а также методов изучения конкретных тем школьного курса информатики на пропедевтическом, базовом и профильном этапах обучения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите основные цели обучения информатике.
2. Каково основное содержание обучения информатике?
3. Назовите основные методы, формы и средства обучения?
4. Какова связь информатики и кибернетики?
5. Расскажите об основных этапах становления информатики как науки.
6. Перечислите основные аспекты организации окружающего мира.
7. Перечислите «предметные» информатики.