Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА ПЕРВАЯ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ 14
1.1. Гносеологические основы процесса алгоритмизации в обучении младших школьников 14
1.2. Логические обоснования алгоритмизации в обучении младших школьников 24
1.3. Генезис идей и современное состояние алгоритмизации в обучении 40
1.4. Использование при алгоритмизации в обучении младших школьников различных видов логики 54
Выводы к первой главе 83
ГЛАВА 2. ОПЫТНО - ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВЫЯВЛЕННЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ АЛГОРИТМИЗАЦИЮ В ОБУЧЕНИИ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ 87
2.1 Обучение младших школьников мыслительным операциям. (1-ая серия эксперимента) 87
2.2. Оперирование с внеконтекстными, базовыми понятиями (2-я серия экспериментов) 110
2.3. Алгоритмический подход к обучению младших школьников (3-я серия эксперимента) 126
2.4. Результаты опытно-экспериментальной работы 143
Выводы ко второй главе 153
- Гносеологические основы процесса алгоритмизации в обучении младших школьников
- Обучение младших школьников мыслительным операциям. (1-ая серия эксперимента)
- Оперирование с внеконтекстными, базовыми понятиями (2-я серия экспериментов)
Введение к работе
Актуальность проблемы исследования. В настоящее время очень большой интерес проявляется к вопросам интенсификации обучения. Происходит это потому, что изменяются, расширяются и усложняются задачи, выдвигаемые обществом перед своими членами. Другими стали объем, характер и условия обучения. Другими стали и дети, которые поступают в первый класс. Они уже приходят, с определенным багажом знаний, умений и навыков. Ребята уже готовы под руководством учителя применять эти знания. Сейчас учащиеся младшего школьного возраста понимают смысл различных таблиц, схем; они знают, что такое компьютер (многие дети ещё до школы играли в различные компьютерные игры); они имеют представление о различных науках, так как их достижения показывают по телевизору; они знакомы (пусть даже в элементарной форме), с задачами которые стоят перед учеными в освоении космоса и о том, как они пытаются их решать.
Изменились не только дети, но и взрослые, работники различных рангов. Им предъявляются исключительно высокие требования с точки зрения отточености их мышления и рациональной организации их труда. Эти требования предполагают умение проводить сложные рассуждения, осуществлять логический анализ данных различных задач. На этой основе работник должен уметь принимать соответствующие решения и реализовывать их в практических действиях. Успешный поиск неисправности в сложном оборудовании, например, уже не может осуществляться лишь на основе интуиции или слепого поиска. Современная техника требует от работника владения эффективными регулярными приемами рассуждений, действий, применение которых позволяет в любой (предусмотренной данным приемом) ситуации достичь требуемой цели. Современное производство (и современная педагогика) предъявля-
ет настойчивые требования к любому работнику (в области образования - к любому учителю), чтобы он умел находить наилучшие пути и средства решения стоящей перед ним задачи. Иными словами, чтобы в любой современной сфере деятельности (в том числе учительской) работники владели алгоритмическими приемами мышления, т.е. такими приемами, которые дают человеку единый общий метод решения целой серии однородных задач, отличающихся друг от друга лишь значениями некоторых параметров, характеризующими начальные условия и ход решения задачи.
Использование алгоритмических приемов в практической деятельности стало требованием эпохи, мимо которого школа пройти не может, и начинать обучать школьников алгоритмическим приемам мышления необходимо с самого раннего возраста, с первого класса школы. Это необходимо еще и потому, что обучение простейшим алгоритмам и использование их в процессе обучения дисциплинирует школьника, приучает к порядку и организованности мышления. Более того, с полным основанием можно утверждать, что оно вырабатывает особый стиль мыслительной деятельности: мышление перестает быть чем-то неопределенным, аморфным, оно приобретает четкие формы, становится управляемым.
Внедряя новые методы в педагогику, можно исходить из различных предпосылок. Возможен подход, который во главу угла ставит теоретико-информационные идеи. Возможен подход, при котором интересы исследователя группируются вокруг современной логики в ее педагогическом аспекте. Возможен - и ныне широко используется подход -, при котором главное внимание уделяется прикладным вопросам программированного обучения, относящимся к разработке программированных учебников и обучающих машин. Однако, имеется подход, который позволяет удачно синтезировать отмеченные выше подходы и в разумной мере сочетать тео-
ИІШН И В ИТМряЩИИМрчрртММКТ^Р' шш »»«»» »-» - ""|П —— —- —»——»— - - "—- » —« ііттимимииччмиміїїиішші
ретические и практико-прикладные аспекты новых методов. Это -подход, основанный на идее алгоритмизации обучения.
Разработка проблем, связанных с применением идеи алгоритмизации предполагает привлечение понятий и элементарного аппарата математической логики, так как эффективные регулярные приемы в обучении - алгоритмы обучения -требуют логических операций.
Алгоритмизация в обучении младших школьников представлена в виде:
разработки алгоритмов определенных классов и обучения
школьников этим алгоритмам; построения алгоритмов самого процесса обучения, т.е. алгоритмов, используемых преподавателем в своей работе.
Алгоритмизированное обучение выступает как синтез, результат тесного взаимодействия данных групп алгоритмов, и тем самым стимулирует дальнейший поиск методов, которые позволили бы определить рациональность тех или иных применяемых в обучении алгоритмов.
Процесс обучения по своей структуре неоднороден и не может представлять объект для полной и абсолютной алгоритмизации. В нем весьма важную роль играют эвристические, проблемные, индивидуализированные и иные подходы. Однако, в случае использования в учебном процессе автоматизированных систем, компьютер реализует обучающую программу только алгоритмического типа, т.е. работает в строгом соответствии с заложенным в него алгоритмом обучения. В этом случае можно говорить о программированном обучении как определенном ответвлении алгоритмического.
Широкое внедрение в обучение ЭВМ и микропроцессорной техники делают актуальной проблему теоретической и практиче-
ской реализации обучения как на общедидактическом, так и на прикладном уровнях. А вторжение ЭВМ в область современного информационно-избыточного, непрестанно обновляющегося содержания образования еще более актуализирует проблему поиска нетрадиционных, комбинированных методов в отборе, структурировании и алгоритмизации ; этого содержания. Особенно актуальна проблема алгоритмизации обучения в начальной школе, которая в этом направлении делает первые робкие шаги. Этот крайне небольшой опыт отражен в некоторых журнальных статьях (А.Я. Рожнев, Е.Ю. Левина и др.). Работа, в которой бы специально рассматривалась проблема алгоритмизации обучения в начальной школе, нами не обнаружена. А ведь большая часть программы школьного курса «Основы вычислительной техники» в средних классах школы посвящена составлению алгоритмов. И сразу же возникают вопросы: как готовить к этой деятельности младших школьников? Как развить у них алгоритмическое мышление? Возможно ли обучение алгоритмам не только на уроках математики, но и на уроках по другим предметам? Если - да, то как объяснить понятие «алгоритм» детям, и много других понятий, связанных с понятием «алгоритм»?
Или: известно, что есть пять способов научить человека решать задачи, для которых существует алгоритм и которые невозможно решить, не осуществив алгоритмического процесса:
обучать алгоритмам решения;
обучать алгоритмам поиска алгоритмов;
обучать общим методам поиска неалгоритмического характера;
обучать отдельным правилам действий, указывая школьникам, какие операции можно применять в процессе решения;
не обучать ни алгоритмам, ни методам неалгоритмического характера, ни правилам, а ставить человека в проблемную ситуацию, сталкивать его с задачами, рассчитывая на совершенно самостоятельное нахождение (открытие) алгоритмического процесса (алгоритмической процедуры) в ходе самообучения. Сразу возникают вопросы: а каким из 5-ти способов учить детей в начальной школе? А может всем пяти способам?
На эти и другие вопросы алгоритмизации обучения в начальных классах мы не найдем ответа в психолого-педагогической литературе.
В свете сказанного особый интерес приобретает тема «Алгоритмизация в обучении младших школьников».
Выбор данной темы обусловлен как ее теоретическим значением, так и потребностями педагогической практики в обновлении методов организации и структурирования учебного материала в условиях алгоритмизированного обучения. Возможность разработки этой темы обеспечивается наличием целого ряда фундаментальных работ по теории и практике алгоритмизации обучения А.Берга, В. Беспалько, П. Гальперина, Б. Гнеденко, Л. Ительсона, Л. Ланды, А. Леонтьева и др.
Возможность исследования избранной темы обеспечивается и накопленным опытом педагогов-новаторов: Ш.А. Амонашвили, И.П. Волкова, С.Н. Лысенковой, Е.Н. Потаповой, С.Л. Рябцевой и др.
Противоречие между большой значимостью темы исследования для педагогической практики начального образования и недостаточной ее разработанностью в педагогической теории позволила
сформулировать проблему исследования: каковы педагогические условия, обеспечивающие алгоритмизацию в обучении младших школьников?
Решение этой проблемы, установление дидактических возможностей алгоритмизации в обучении младших школьников составляет цель исследования.
Объектом исследования является процесс обучения в начальной школе.
Предметом исследования избрана алгоритмизация в обучении младших школьников.
Нами выдвинута следующая гипотеза: алгоритмизация в обучении младших школьников зависит от педагогических условий её реализации. К таким условиям относятся следующие:
обучение младших школьников мыслительным операциям - сравнению (сходства, различия), сопоставлению, выявлению главных и второстепенных признаков предметов и явлений, доказательству и др.; обучение младших школьников оперированию с внекон-текстными базовыми понятиями - узнавание термина, определения понятия, раскрытия содержания и объема данного понятия, установление связи с вышестоящими, нижестоящими и рядом расположенными понятиями; алгоритмический подход к обучению младших школьников, при котором возникает принципиально новый тип мышления, который обеспечивает определенное развитие личности младшего школьника, формирует умения и навыки практической деятельности.
Постановка проблемы, определение объекта, предмета, цели и гипотезы позволили сформулировать следующие задачи исследования:
Разработать понятийно-терминологический аппарат исследования.
Изучить генезис и современное состояние проблемы на основе материалов исследований отечественных и зарубежных авторов.
Раскрыть гносеологическую сущность и логическое основание алгоритмизации в обучении младших школьников.
Исследовать применение различных видов логики при алгоритмизации в обучении младших школьников.
Определить педагогические условия, обеспечивающие алгоритмизацию в обучении младших школьников.
Провести экспериментальную проверку эффективности выявленных педагогических условий, обеспечивающих алгоритмизацию в обучении младших школьников.
Методологию исследования составляют основные положения философии о связи, взаимозависимости явлений реального мира, о социальной деятельности и творческой сущности личности, многофакторном ее формировании, о целостном подходе к человеку как к высшей ценности и самоцели общественного развития.
Для решения поставленных задач применены следующие методы научно-педагогического исследования:
теоретические (анализ и синтез, сопоставление и обобщение исследований по проблеме, систематизация, экстраполяция, логические доказательства); эмпирические (наблюдения, сравнения, измерения и эксперимент);
теоретико-эмпирические (абстрагирование, индукция и дедукция, моделирование). некоторые методы математической статистики.
Научная новизна исследования заключается в том, что: описаны дидактические возможности алгоритмизации в обучении младших школьников;
обоснованы необходимость и возможность алгоритмизации в обучении младших школьников по гуманитарным учебным предметам;
выявлены педагогические условия, обеспечивающие реализацию алгоритмизации в обучении младших школьников; обучение младших школьников мыслительным операциям; алгоритмический подход к обучению; обучение младших школьников оперированию с внеконтекстными базовыми понятиями.
Научная значимость исследования состоит в приращении теоретического и прикладного инструментария перехода от методологического и теоретического представления о структуре содержания учебного материала технологии конструирования его на основе алгоритмизации обучения.
Практическая значимость исследования заключается в разработанности темы до уровня ее внедрения в учебный процесс начальной школы, практической реализации в качестве инновационной педагогической технологии структуры учебного материала, осуществляемой алгоритмическим методом, который позволяет адаптировать ее в любой конкретный учебный предмет. На защиту выносятся следующие положения: 1. Системный анализ обучения с позиций кибернетики, математики и математической логики, проводимый на основе понятия об алгоритмах, доказывает необходимость и возможность алгорит-
мизации в обучении всем учебным предметам начальной школы, не только при решении математических и грамматических задач, но и гуманитарных учебных предметов.
Обучение учащихся логическим структурам признаков распознаваемых явлений ведет не только к более быстрому и качественному усвоению ими знаний, умений и навыков, но и к развитию умственных способностей учащихся, - существенно повышает эффективность обучения в целом.
В различных ситуациях и в различных предметах школьного курса уровень алгоритмизации в обучении младших школьников определяет не просто учитель, а система, по которой или в которой работает учитель.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены исходными методологическими позициями, использованным комплексом методов научно-педагогического исследования, адекватных его объекту, цели, задачам и логике; достаточной длительностью во времени и возможностью повторения опытно-экспериментальной работы, позволивших провести тщательный количественный анализ ее хода и результатов; статистической значимостью экспериментальных данных; контрольным сопоставлением полученных результатов с массовым педагогическим опытом.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе проведения опытно-экспериментальной работы в Весело-Вознесенской средней сельской школе Неклиновского района Ростовской области, где автор работает 10 лет.
Материалы исследования обсуждались на заседаниях кафедры педагогики Таганрогского государственного педагогического института, на научных конференциях, проводимых Международных
педагогических конференциях в 1996, 1997, 1998 г.г. в г. Геленджике.
Этапы исследования.
Первый этап (1991-1993 г.г.) - проблемно-поисковый, заключающийся в анализе исследований, систематизации научных данных по проблеме в области философии, дидактики, информатики, кибернетики, психологии, педагогики. В результате этого определились тема, проблема, объект, предмет и задачи работы. Параллельно велись наблюдения за процессом преподавания учебных предметов в начальных классах в Весело-Вознесенской средней сельской школе Неклиновского района Ростовской области; выполнялись пилотажные исследования, целью которых была отработка методики и инструментария эксперимента.
Второй этап (1993-1995 г.г.) - теоретико-проектировочный. В условиях расширяющегося литературного контекста осуществлялись поиски логических методов организации учебного материала, составления алгоритмов. Процедура поиска алгоритмизации в обучении осуществлялась одновременно на теоретическом и прикладном уровнях, что нашло отражение в трех сериях обучающего эксперимента.
Третий этап (1996-1998 г.г.) - экспериментальное обучение с использованием алгоритмов в школе, где все эти годы работал автор, и обработка полученных результатов, анализ и математическое доказательство эффективности экспериментального обучения.
Структура диссертации отражает логику, содержание и результаты исследования. Она состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы, приложения.
Во введении обосновывается актуальность темы исследования и поставлена его проблема; рассматриваются основные характери-
стики научного аппарата: цель, объект, предмет, задачи, гипотеза и методы исследования, определена его методология, раскрыты организация и этапы исследования, научная новизна, Теоретическая и практическая значимость.
В первой главе «Теоретические основы алгоритмизации в обучении младших школьников» обоснованна совокупность положений, составляющих гносеологическую сущность и логические основания алгоритмизации в обучении младших школьников, анализируются различные виды логики под углом зрения их использования при алгоритмизации в обучении младших школьников, аргументируется необходимость и возможность, своеобразие их применения с учетом возрастных особенностей младших школьников.
Во второй главе «Опытно-экспериментальная проверка выявленных педагогических условий, обеспечивающих алгоритмизацию в обучении младших школьников» рассматриваются следующие педагогические условия:
обучение младших школьников мыслительным операциям;
алгоритмический подход в обучении младших школьников;
оперирование внеконтекстными базовыми понятиями в обучении младших школьников.
В заключении обобщены результаты исследования и изложены его основные выводы.
Список литературы насчитывает 154 источника, из них на иностранных языках 14, схем 12, таблиц 8, рисунков 6.
В приложении (1 - 15) приводятся материалы опытно-экспериментальной работы 1-ой, 2-ой, 3-ей серий экспериментов.
В приложении 16 - составленный нами понятийный словарь по проблеме.
Гносеологические основы процесса алгоритмизации в обучении младших школьников
Среди необходимых условий успешного решения задач, направленных на радикальную перестройку общественно-политических и социально-экономических систем нашего общества, преодоления кризисного состояния образования является алгоритмизация обучения. Хотя сама по себе эта проблема не нова, она не получила до сих пор удовлетворительного решения и остается одной из актуальных проблем дидактики. И происходит это потому, что учителя, и в первую очередь учителя начальной школы, не получают необходимой психолого-педагогической подготовки в той области знаний. По мнению Н.Ф. Талызиной, имеет место эмпирический путь [113]. Это путь внедрения алгоритмизации в практику обучения школы должен быть отвергнут с самого начала как неэффективный.
Процесс алгоритмизации должен быть поставлен на прочную научную основу. Внедрение алгоритмизации, не самоцель. Применение алгоритмизации оправдано только при условии повышения эффективности учебного процесса хотя бы по одному из его критериев: качеству обучения, затратам времени и сил преподавателем и учащимися, финансовыми расходами.
Чтобы с помощью алгоритмизации повысить качество обучения (главный критерий эффективность учебного процесса) важно добиться соответствия алгоритмизации природе учебного процесса, его закономерностям. Только путем научно обоснованного анализа учебного процесса можно получить надежные ответы на такие первостепенной важности вопросы:
При выполнении каких функций учитель и учащиеся нуждаются в помощи алгоритмов? Какие требования предъявляются к алгоритмам и к той программе, которую они должны реализовать в учебном процессе?
Алгоритмизация в обучении младших школьников приведет к положительным результатам при условии учета современной теории обучения и учения, на основе которых должна быть создана модель учебного процесса.
Разработка алгоритмов с ориентацией на существующую ныне практику обучения не может быть признана правильной, дао в ней многое не соответствует современным научным данным. Но именно этим путем идет большинство учителей, занимающихся внедрением алгоритмов в практику обучения в начальной школе, что и объясняет малую эффективность проделанной ими работы по критерию качества усвоения.
Обратимся к анализу учебного процесса. Известно, что основу процессов учения и преподавания составляет та или иная деятельность. Невозможно усвоить знания без включения их в определенные виды деятельности. Учитель решает две основные задачи: сообщает учащимся информацию в виде знаний и соответствующих умений, подлежащих усвоению, а также управляет процессами овладения умениями и включенными в них знаниями.
Анализ различных сторон и звеньев учебно-познавательной деятельности преследует достижение планируемых конкретных задач по реализации образовательной, развивающей и воспитывающей функции обучения. Однако всякое педагогическое исследование включает и общетеоретические аспекты, из которых исходит педагог или которые он стремит ся выявить и описать. Отсюда попытки ученых обосновать теоретические положения, которые являются общими для учебного процесса, протекающего в различных конкретных условиях.
Одним из самых значительных являются научные исследования М.А. Данилова. Его работа "Процесс обучения в советской школе" [37] представляет собой описание теоретических основ процесса обучения. В ней выделены фундаментальные теоретические вопросы, позволившие систематизировать и углубить общую теорию обучения, которая была отражена в книге "Основы дидактики" [36]. Эти работы как бы подводят итог развития дидактики того периода [9].
Обучение младших школьников мыслительным операциям. (1-ая серия эксперимента)
Исходные позиции опытно - экспериментальной работы. В первой главе были изложены результаты теоретического исследования проблем обучения младших школьников общим методам мышления, в частности алгоритмам, и были показаны способы построения алгоритмов. Данная глава посвящена описанию опытно-экспериментальной проверке выявленных в первой главе педагогических условий, обеспечивающих алгоритмизацию в обучении младших школьников.
В организации опытно-экспериментальной работы мы исходили из современных теоретических и прикладных представлений о педагогической технологии и технике педагогической деятельности. На основе анализа работ Л.Ю. Гордина, Н.В. Кузьминой, Д.С. Подимовой, В.А. Сластенина и др. под педагогической технологией мы понимаем систему профессиональных знаний, призванную помочь педагогу в решении стратегических, тактических, оперативных задач и реализуемую на практике через систему методов и приемов, предполагающих оптимальное взаимодействие учителя и учеников в организованном образовательном процессе. Под педагогической техникой понимаются разнообразные виды личного взаимодействия учителя и учащихся. На первом этапе опытно-экспериментальной работы (1996 - 1998гг.) проводилось обобщение и осмысление предшествующего личного опыта диссертанта; анализ передового педагогического опыта по алгоритмизации в обучении младших школьников; констатирующий эксперимент; внесение в традиционный учебный процесс таких новых компонентов, как идеи:
а) обучения младших школьников умственным операциям;
б) обучения младших школьников оперированию с внетекстовыми базовыми понятиями;
в) алгоритмический подход в обучении.
В опытно-экспериментальной работе определялись 3-А класс в качестве экспериментального класса (30 человек), а в качестве контрольного - 3-Б класс (32 человек). Сравнивались ход и результаты опытно-экспериментальной работы по качеству усвоения учебного материала.
В экспериментальном 3-А классе (30 человек) занятия проводились в соответствии с целью, содержанием и логикой учебного процесса, исходящими из концепции настоящего исследования.
В контрольном 3-Б классе (30 человек) занятия проводились в традиционном плане.
Опытно-экспериментальная проверка педагогических условий, специальная обработка полученных данных и методические рекомендации по внедрению полученных данных могут быть представлены следующей схемой, в которой конечным результатом эксперимента является внедренческий компонент проведенного нами научного исследования. (См. схему с. 91). В эксперименте проверялась разработанная нами в первой главе теоретическая модель алгоритмизации в обучении младших школьников. (См. схему c.2S).
Разработанная теоретическая модель дала возможность раскрыть цель, задачи, способы, позиции учителя и ученика, стратегию и тактику деятельности, технологию, педагогические условия алгоритмизации в обучении, выявить основные тенденции, определить научные подходы, принципы, методы и методику экспериментальной работы.
Оперирование с внеконтекстными, базовыми понятиями (2-я серия экспериментов)
Описанные выше упражнения по обучению младших школьников мыслительным операциям носят необходимый, но пропедевтический характер по научению младших школьников алгоритмам и построению самого алгоритма.
Не менее важно научить школьников оперировать понятиями. Тем не менее в большинстве анализируемых нами исследований, поиски нетрадиционных методов обучения являются наиболее значимыми попытками, равнодействующая которых должна привести в движение активный от природы мозг обучаемого, и направлено на формирование у обучаемых нового понятия. Между тем формирование понятия не является самоцелью, важнейшее место занимает проблема обучения школьников оперированию с понятиями. Формирование умений оперировать понятиями означает умение говорить на языке изучаемой науки. Метод операций с базовыми понятиями состоит из трех основных частей:
1. Метода операций с базовыми понятиями.
2. Дескрипторного описания терминов.
3. Метода терминологических моделей.
1. Метод операций с базовыми понятиями включает в себя как простейшие операции, так и сложные. К числу элементарных относятся пять операций:
9 узнавание термина;
определение понятия;
9 раскрытие содержания и объема данного понятия;
установление связи его с вышестоящими, нижестоящими и рядо положенными понятиями;
в раскрытие практических действий, отражаемых данным понятием.
2. Метод дескриптивного описания терминов представляет собой выполнение операций, совпадающих с установленным ГОСТом (Тезаурус, информационно - поисковый. ГОСТ 183 83-73. М, 1974) характеристиками дескрипторно информационно - поисковых языков. В их числе описание синонима понятию, нахождение ассоциативных понятий, и, наконец, определение рубрикатора, под которым хранятся библиографические материалы, близкие данному понятию.
3. Метод терминологических моделей состоит в построении из заданных наборов терминов терминологических графов, блок - схем, моделей, где отражаются логические смысловые взаимоотношения базовых понятий.
Отсюда следует, что обучение с помощью данной методики предполагает использование понятий, взятых вне связи их с конкретным текстом, т.е. вне текста. В таком случае учащийся держит все, что связывает интересующее его понятие с текстом, в подсознании. Такая работа предполагает довольно высокий уровень сформированности мыслительных операций, в частности абстрагирования, сравнения, анализа, синтеза. В процессе применения метода внетекстовых операций можно варьировать уровень сложности операций в зависимости от уровня развитости мышления учащегося, ибо, как пишет Дж Брунер, «... умственная деятельность везде является той же самой, на переднем ли фронте науки или в 3 классе школы... . Различие здесь в степени, а не в роде» [17].
