Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные методологические установки, составляющие основу обучения информатике, обеспечивающего реализацию межпредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла 20
1.1. Анализ современных концепций курса информатики в школе с точки зрения отражения в них проблемы межпредметных связей информатики с другими дисциплинам 20
1.2. Методологические аспекты межпредметных связей школьного курса информатики 23
1.3. Информатика в интегрированных курсах. Особые отношения между математикой и информатикой 33
1.4. Информатика и компьютерное дело 41
1.5. Локализация курса информатики, использующего моделирование как базовый компонент конструирования курса 43
Глава 2. Развитие системы понятий и конструирование модели содержания курса информатики на основе межпредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла 49
2.1. Система базовых понятий как ядро курса информатики 49
2.2. Понятия "модель", "информационная модель" и "модель обработки информации" 60
2.3. Модели языка и языковые модели. Распознаваемые языки и языки программирования 70
2.4. Типы и структуры данных. Объекты 88
2.5. Понятия "формальный исполнитель" и "универсальный исполнитель" 99
2.6. Понятие "модель поведения" 109
2.7. Информация и количество информации 117
2.8. Эвристики и стратегии 126
2.9. Особенности системы базовых понятий информатики 129
Глава 3. Конструирование общеобразовательных курсов информатики, обеспечивающих межпредметные связи с естественнонаучными дисциплинами 132
3.1. Концепция конструирования курса информатики, предусматривающего реализацию методологического потенциала информатики в других дисциплинах 132
3.2. Концепция "сквозного" курса информатики 138
3.3. Проектирование программ курсов информатики на основе системы сквозных содержательных линий курса 146
3.4. Курс информатики для классов естественнонаучного профиля 170
3.5. Информатика в классах с углубленным изучением математики 176
3.6. Предпрофессиональный курс информатики программистская специализация 177
3.7. Конструирование курсов информатики на основе сквозных содержательных линий 182
Глава 4. Разработка программного обеспечения компьютерных курсов 184
4.1. Общие положения об использовании компьютера как дидактического средства 184
4.2. Разработка программного обеспечения курса информатики 190
4.3. Системы развивающихся компьютерных исполнителей 198
4.4. Краткое описание развивающегося исполнителя Паркетчик 201
4.5. Разработка электронного программно-методического комплекса по курсу информатики для классов естественнонаучного профиля 205
4.6. Результаты экспериментальных исследований по созданию учебных программных средств для компьютерных курсов информатики 209
Глава 5. Особенности методики при преподавании курса информатики, реализующего межпредметные связи через информационное моделирование 211
5.1. Некоторые особенности методики в курсах, ориентированных на межпредметные связи
с информатикой 211
5.2. Методические установки преподавания курсаинформатики 218
5.3. Педагогические особенности учебника по компьютерному курсу 252
5.4. Особенности методики изучения информационного моделирования в курсе информатики в свете его межпредметных связей с другими дисциплинам 259
Заключение. Основные результаты исследования 261
Литература 263
Приложение 1. Тематическое планирование сквозного курса информатики 278
Приложение 2. Содержание курса информатики для классов с углубленным изучением математики 288
- Анализ современных концепций курса информатики в школе с точки зрения отражения в них проблемы межпредметных связей информатики с другими дисциплинам
- Система базовых понятий как ядро курса информатики
- Концепция конструирования курса информатики, предусматривающего реализацию методологического потенциала информатики в других дисциплинах
Введение к работе
В 1985/86 учебном году в общеобразовательную школу был введен новый учебный предмет "Основы информатики и вычислительной техники". Первоочередной задачей на этом этапе стояло обеспечение всеобщей компьютерной грамотности молодежи. Была создана методическая система обучения, адекватная задачам и условиям первого этапа внедрения информатики в среднюю школу, и проведен анализ основных направлений ее совершенствования. Эти исследования и реальная практика внедрения курса информатики в общеобразовательную школу стали плацдармом, с которого были развернуты обширные исследования, имеющие своей целью выявить общеобразовательный потенциал информатики, основные инварианты курса, его место в общей структуре школьного образования и т.п.
В данной диссертации рассматриваются результаты исследования ряда вопросов, связанных с разработкой обучения общеобразовательному курсу информатики, раскрывающего межпредметные связи информатики с другими дисциплинами естественнонаучного профиля.
Актуальность исследования обусловлена, прежде всего, требованиями практики обучения, запросами общеобразовательной школы, в которой курс информатики является непрерывно меняющимся как по целям и содержанию, так и по методам и средствам его преподавания. Такой динамизм объективно обусловлен высокими темпами информатизации общества в целом и школы в частности. Он не является неожиданностью и прогнозировался большинством исследователей, начиная с первых шагов информатики в общеобразовательной школе. В первую очередь это касается
вопросов целеполагания и, как следствие, приводит к пересмотру содержания материала, подлежащего изучению.
Как известно, на начальном этапе внедрения курса информатики была создана методическая система обучения, отвечавшая тому уровню возможностей, которыми располагала система образования. Эти возможности ограничивались слабой оснащенностью школ компьютерной техникой, слабой подготовленностью учительского корпуса к внедрению такой техники в учебный процесс, а главное отсутствием у учителей общеобразовательной школы методического опыта работы в специфических условиях преподавания компьютерного курса. На первый план в этот период выдвигалась задача обеспечения компьютерной грамотности молодежи. При этом овладение компьютерной грамотностью в указанный период сосредотачивалось в заключительном звене школьного образования и содержало в себе формирование алгоритмической культуры через обучение простейшим навыкам программирования и использования прикладного программного обеспечения; сюда же входило знание общих принципов устройства ЭВМ и применения вычислительной техники в разных сферах производственной деятельности человека.
Проблема исследования. Уже в прогностических исследованиях конца восьмидесятых годов отмечался временный характер указанного выше положения информатики, обосновывалась необходимость поэтапного перехода от компьютерной грамотности к формированию информационной культуры. А.А.Кузнецов в своей докторской диссертации провел анализ условий и путей совершенствования методической системы обучения информатики для осуществления такого перехода. Однако пути такого перехода разными специалистами конструировались по-разному. Как
отмечено в докладе С.А.Бешенкова и А.А.Кузнецова о состоянии и
перспективах развития курса информатики в общеобразовательной школе,
сделанном ими на заседании Бюро Отделения общего среднего образования
РАО в 1998 г., в общеобразовательной школе возобладало прикладное
направление изучения информатики, основанное на изучении
программирования и устройства ЭВМ. Это произошло вопреки тому, что еще до введения курса информатики в общеобразовательную школу благодаря теоретическим исследованиям В.С.Леднева, проведенным в 60-е годы, была показана необходимость включения основ кибернетики (информатики) в учебный план средней школы в качестве базового (обязательного) компонента общего образования человека. Практической реализацией этого подхода явился курс "Основы кибернетики" (В.С.Леднев, А.А.Кузнецов), рекомендованный в 1975 году Минпросом СССР сначала в качестве факультативного. Можно сказать, что в упомянутом докладе в соответствии с идеями В.С.Леднева был вновь поставлен вопрос (с учетом современного состояния курса информатики) об общем кибернетическом образовании в средней школе, ядро которого составляет курс информатики. Такая постановка предполагает исследования, направленные, с одной стороны, на изучение проблем содержания и методики преподавания курса информатики как самостоятельной общезначимой школьной дисциплины, с другой стороны, на изучение механизмов взаимодействия информатики с другими дисциплинами с позиций кибернетического подхода.
За прошедшие годы были проведены исследования, направленные на выявление и уточнение различных аспектов в разработке школьного курса информатики, позволяющего реализовать ее общеобразовательный потенциал. В основном это касалось первого круга упомянутых проблем. В
работах В.К. Белошапки, С.А. Бешенкова, А.С. Лесневского и др. было
показано, что изучение алгоритмизации не может быть признано главной
(хотя у авторов некоторых учебников она объявлена чуть ли не
единственной) целью обучения информатике, роль изучения
программирования в курсе информатики будет неуклонно снижаться,
необходима возрастная и профильная дифференциация
общеобразовательного курса и т.д. В выше упомянутом докладе прямо указывается, что "явный уклон курса информатики в сторону изучения прикладных вопросов породил тенденцию его интегрирования с математикой или включения в образовательную область «Технология»." В исследованиях Н.В.Апатовой, А.С.Лесневского и др. с позиций реализации общеобразовательного потенциала курса информатики вскрыта структура содержания и представлена соответствующая система понятий этого курса. Значительное количество работ посвящено методике преподавания такого курса. Обобщающим результатом таких исследований явился проект Федерального компонента государственного образовательного стандарта начального общего, основного общего и среднего (полного) образования образовательной области "Информатика".
Переход ко второму этапу обучения информатике, сменяющему начальный этап внедрения курса в общеобразовательную школу, характеризуется по мнению большинства исследователей (и мы полностью с этим солидарны) тем, что отбор учебного материала, изучаемого на этом этапе, связан с его генерализацией на основе фундаментальных понятий и теорий информатики, с развитием понятия школьников о формах представления информации, формирования при изучении информатики представлений об основных положениях кибернетики, с более полным
раскрытием сущности методов научного познания — моделирования, модельного и реального экспериментов и т.д.).
Обоснованное этим развитием повышение общеобразовательного потенциала курса информатики не может не касаться такого важного аспекта как взаимодействие данного курса с другими дисциплинами и прежде всего в рамках его межпредметных связей. Тем не менее, вопрос об изменении характера реализации межпредметных связей в свете повышения общеобразовательного потенциала информатики и рассмотрения его как ядра общего кибернетического образования оставался фактически вне поля зрения исследователей.
Это определило проблему данного исследования: наличие противоречия между современным состоянием курса информатики с преобладанием в нем технологической составляющей и необходимостью реализации общеобразовательного потенциала курса, определенного в предшествующих теоретических исследованиях и соответствующего тенденции фундаментализации образования в области информатики, в аспекте межпредметных связей информатики с другими дисциплинами общеобразовательной школы.
Исходя из сказанного, целью данного исследования явилось научное обоснование содержания обучения информатике, обеспечивающего реализацию межпредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла, и построение системы курсов, реализующих это содержание.
Объектом исследования является содержание обучения основам информатики в общеобразовательной школе.
Предметом исследования выступают компоненты содержания, обеспечивающие эффективную реализацию межпредметных связей информатики с дисциплинами естественнонаучного цикла.
Как отмечено выше, расширение общеобразовательного потенциала информатики связано прежде всего с формированием у школьников знаний о формах представления информации (структурах данных) и представлений об основных положениях кибернетики, с более полным раскрытием сущности методов научного познания (моделирование, модельный и реальный эксперимент и т.д.). Можно сказать, что речь идет в первую очередь об освоении учащимися понятий и методов информационного моделирования. Это позволяет в рамках поставленной проблемы исследования акцентировать внимание на информационном моделировании как средстве реализации межпредметных связей информатики с дисциплинами естественнонаучного цикла и высказать следующую гипотезу исследования:
если в основу разработки инвариантной части содержания курса информатики положить идеи и методы информационного моделирования, то будут возможны
построение содержания курса, обеспечивающее более эффективную реализацию общеобразовательного потенциала курса и его фундаментального компонента в аспекте взаимодействия с дисциплинами естественнонаучного цикла;
применение методов и средств обучения, обеспечивающих более эффективную реализацию межпредметных связей курса информатики с дисциплинами естественнонаучного цикла;
— построение вариативной части (проблемной, предметной и
практической подготовки) с большей ориентацией на принципы
профессиональной направленности.
Цель и гипотеза исследования определили задачи исследования:
исследовать общеобразовательные аспекты информатики, связанные с процессами формализации и моделирования, и проанализировать их с точки зрения возможностей реализации межпредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла;
выделить и обосновать систему понятий на основе идей и методов информационного моделирования, связывающих курс информатики с другими предметами естественнонаучного цикла;
сконструировать модели содержания курса информатики, адекватно отражающие современные представления об общеобразовательном потенциале информатики в аспекте реализации межпредметных связей с дисциплинами естественнонаучного цикла;
— разработать и апробировать систему курсов информатики,
обеспечивающих межпредметные связи с дисциплинами
естественнонаучного цикла, для различных вариантов дифференциации
обучения.
Методологическая основа исследования — фундаментальные работы в области философии образования и методологии психолого-педагогической науки (Бабанский Ю.К, Давыдов В.В., Загвязинский В.И., Краевский В.В., Лернер И.Я., Скаткин М.Н., Рубцов В.В., Шахмаев Н.М.), создания и использования средств обучения (Леднев B.C., Полат Е.С., Прессман Л.П.), методологии, теории и практики информатизации образования (Антипов
И.Н., Бешенков С.Г., Борк А., Ваграменко Я.А., Велихов Е.П., Ершов А.П., Кузнецов А.А., Кузнецов Э.И., Лапчик М.П., Лесневский А.С., Пейперт С.)
Применение тех или иных методов исследования определялось задачами и содержанием конкретных этапов исследования. Среди этих методов отметим
— теоретический анализ и синтез при исследовании и обобщении
литературных источников, при разработке концепции исследования, при
обосновании методики конструирования содержания общеобразовательных
курсов информатики;
методы экспертных оценок, анкетирование, интервьюирование в ходе выявления педагогических особенностей преподавания компьютерных курсов;
экспертно-аналитический метод оценки содержания учебного курса;
методы моделирования в процессе разработки дидактической модели информационных средств обучения, в ходе моделирования содержания учебных дисциплин;
— экспериментальная работа в процессе апробации разработанных
курсов информатики и методики их преподавания, выявления специфики
подготовки учителей для преподавания компьютерного курса.
Научная новизна и теоретическая значимость проведенного исследования состоят в следующем:
— обосновано введение в курс информатики информационного
моделирования как необходимого условия обеспечения межпредметных
связей с дисциплинами естественнонаучного цикла;
— разработана и обоснована система понятий курса информатики,
обеспечивающая его межпредметные связи с дисциплинами
естественнонаучного цикла на основе изучения информационного моделирования;
разработано содержание, реализующее иерархию методологических, дидактических и методических требований к курсу информатики;
разработана методика изучения курса информатики с опорой на межпредметные связи с другими дисциплинами естественнонаучного цикла.
Практическая значимость1 исследования заключается в том, что 1) под руководством автора диссертации
теоретически разработаны, созданы и практически реализованы курсы информатики для 8-9 и 10-11 классов средней школы как систематические курсы обучения школьников информатике в соответствии с триадой "модель - алгоритм - компьютерный эксперимент";
теоретически разработан, создан и апробирован базовый курс информатики для 7-9 классов общеобразовательной школы;
— теоретически разработан, создан и практически реализован
профильный курс информатики для 8-11 классов с углубленным изучением
информатики и программирования;
теоретически разработан, создан и апробирован профильный курс информатики для 10-11 классов естественнонаучного профиля;
теоретически разработан, создан и модульно апробирован сквозной курс информатики для 1-11 классов общеобразовательной школы;
1 Необходимо отметить, что практические результаты исследования являются плодом коллективного труда группы исследователей, что отражает современную тенденцию к коллективному проведению крупных исследований. Поэтому мы считаем необходимым здесь и везде далее в диссертационной работе указывать свой вклад в получение практических результатов.
2) при активном участии автора диссертации
— теоретически разработан, создан и практически реализован курс
информатики для 10-11 классов гуманитарного профиля;
— теоретически разработан, создан и практически реализован новый тип
средств информатизации образования - компьютерный курс экологического
содержания ("Основы экологии и природопользования" для 9-10 классов
средней школы).
Практическая значимость состоит также в массовом использовании в практике общеобразовательных учреждений разработанных при активном участии автора и изданных массовым тиражом:
учебной программы по курсу основ информатики и вычислительной техники для 10-11 классов средней школы, утвержденной Гособразованием СССР (1991);
учебной программы по курсу основ информатики и вычислительной техники для 8-9 классов средней школы, утвержденной Министерством образования Российской Федерации (1992);
учебной программы по курсу основ информатики и вычислительной техники для 8-11 классов с углубленным изучением информатики, утвержденной Министерством образования Российской Федерации (1992);
учебной программы "Информатика" для 7-9 классов, утвержденной Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации (1998);
учебной программы "Информатика" (естественнонаучный профиль) для 10-11 классов, утвержденной Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации (1998);
— учебной программы "Информатика и программирование" (физико-
математический профиль) для 10-11 классов, утвержденной Министерством
общего и профессионального образования Российской Федерации (1998);
учебной программы "Основы информатики и вычислительной техники" для 10-11 классов общеобразовательной школы, утвержденной Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации (1998);
учебной программы "Основы экологии и природопользования" (компьютерный курс для специализированных общеобразовательных школ), утвержденной Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации (1998);
— учебника по курсу основ информатики и вычислительной техники для
10-11 классов средней школы, рекомендованного Министерством
образования Российской Федерации (восемь изданий, 1989, 1991-1998 гг.);
— учебника по курсу информатики для 8-9 классов средней школы,
рекомендованного Министерством образования Российской Федерации
(пять изданий 1994-1999);
учебника по базовому курсу информатики для 7-9 классов общеобразовательной школы, рекомендованного Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации (два издания, 1998, 1999);
учебного пособия по курсу информатики для 8-9 классов с углубленным изучением информатики, рекомендованного Министерством образования Российской Федерации (1995);
— учебного пособия по компьютерному курсу основ экологии и
природопользования для 9-10 классов средней школы, рекомендованного
Министерством образования Российской Федерации (1995);
— учебного пособия по информатике и информационным технологиям
для гуманитарных факультетов педагогических вузов (1995);
— учебника по информатике для 7 класса общеобразовательных
учреждений, рекомендованного Министерством общего и
профессионального образования Свердловской области (1999);
— учебника по информатике для 10-11 классов естественнонаучного
профиля общеобразовательных учреждений, рекомендованного
Министерством общего и профессионального образования Свердловской
области (2000);
а также рекомендованного к тиражированию для распространения в массовую школу Гособразованием СССР программно-методического комплекса по курсу основ информатики и вычислительной техники (1991).
К практически значимым результатам исследования относятся разработанные при активном участии автора методические пособия по преподаванию информатики, компьютерного курса основ экологии и природопользования, используемые в высших педагогических учебных заведениях, в системе повышения квалификации учителей.
Апробация результатов работы. Теоретические положения и результаты исследования внедрены в практику обучения в виде подготовленных и изданных учебных программ, учебников, учебных и методических пособий, статей, программно-методических комплексов для обучения информатике, основам экологии и природопользования, методических рекомендаций по их использованию, выполненных автором
лично и в соавторстве. Они излагались и были одобрены на следующих международных, всесоюзных, республиканских совещаниях, конференциях, симпозиумах, семинарах:
— научно-практических и методологических конференциях и семинарах
АПН и АН СССР "Компьютер и образование" (1989 г.), Гособразования
СССР (1989, 1990, 1992 гг.), Минобразования РФ (1994 г.), ВДНХ СССР
(1988,1990 гг.);
— лекционных и семинарских занятиях со слушателями повышения
квалификации при ИУУ и ИПКРО (Москва, 1992, 1993, 1994 гг.; Абакан,
1993, 1994 гг.; Владивосток, 1990, 1993 гг.; Екатеринбург, 1991, 1993, 1995,
1997, 1998 гг.; Новосибирск, 1993 г.; Челябинск, 1994 г.; Сочи, 1995, 1999
гг.; Нижний Новгород, 1999 г.; Иркутск, 2000 г., Великий Новгород, 2000 г.);
— Всесоюзной конференции "Школьная информатика" (Ленинград, 1989
г.);
— Всесоюзной научно-практической конференции "Психолого-
педагогические вопросы компьютеризации обучения в средней школе"
(Симферополь, 1989 г.);
— Всесоюзной научно-практической конференции "Разработка и
применение программных средств в учебном процессе" (Симферополь, 1991
г.);
советско-французском семинаре по информатизации начального образования (Переславль-Залесский, Москва, 1992 г.);
IV, V и IX Международных конференциях "Применение новых компьютерных технологий в образовании" (Троицк, 1993, 1994, 1998 гг.);
— российско-американском семинаре "Гуманизация и гуманитаризация
педагогического образования" (Екатеринбург, 1993 г.);
— Международная конференция "Computer Technologies in Education"
(Киев, 1993 г.);
республиканских научно-практических конференциях "Информатизация образования" (Екатеринбург, 1993, 1994 гг.; Ставрополь, 1995 г.);
российско-американской конференции "Гуманизация педагогического образования" (Екатеринбург, 1994 г.);
— Российской научно-практической конференции "Новые
информационные технологии в образовании" (Ижевск, 1994 г.)
I Международной научно-методической конференции "Новые информационные технологии в университетском образовании" (Новосибирск, 1996 г.);
II Российском философском конгрессе: секция "Философские основания математики и информатики" (Екатеринбург, 1999);
III Международной конференции памяти академика А.П.Ершова "Перспективы систем информатики" (Новосибирск, 1999);
— VII Межрегиональной научно-практической конференции
преподавателей математики и информатики (Иркутск, 2000).
Основные положения, выносимые на защиту:
— понятие информационной модели является системообразующим для
осуществления межпредметных связей курса информатики с дисциплинами
естественнонаучного цикла;
— система понятий курса информатики, связанных с изучением
информационного моделирования, позволяет на достаточном уровне
обеспечить его межпредметные связи с дисциплинами естественнонаучного
цикла;
— структурные модели содержания курса, построенные на основе
современных представлений об общеобразовательном потенциале
информатики как учебного предмета, являются действенным средством
создания методики реализации межпредметных связей этого курса с
дисциплинами естественнонаучного цикла;
— одной из наиболее эффективных организационных форм реализации
межпредметных связей информатики с дисциплинами естественнонаучного
цикла является система профильных курсов информатики,
спроектированных для различных вариантов дифференциации обучения.
Эти положения реализованы в целом ряде учебно-методических и программных средств, которые также можно рассматривать как предмет защиты. К их числу относится методическое обеспечение действующих курсов информатики (программы, учебные и методические пособия и т.д.), а также компьютерное программное обеспечение курсов в виде соответствующих учебных компьютерных сред.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации 300 страниц (из них 277 страниц основного текста), в том числе 18 рисунков, 2 таблицы, список литературы (232 наименования) и 2 Приложения.
Анализ современных концепций курса информатики в школе с точки зрения отражения в них проблемы межпредметных связей информатики с другими дисциплинам
Не будем повторять приведенного во Введении описания положения курса информатики на начальном этапе его внедрения в общеобразовательную школу. Напомним лишь, что на первый план в этот период выдвигалась задача обеспечения компьютерной грамотности молодежи. Само овладение компьютерной грамотностью было сосредоточено в заключительном звене школьного образования и содержало в себе формирование алгоритмической культуры через развитие простейших навыков программирования и использования прикладного программного обеспечения. Кроме того, сюда входило знание общих принципов устройства ЭВМ и применения вычислительной техники в разных сферах производственной деятельности человека. Но и в то время в прогностических исследованиях указывалось на временный характер такого положения информатики. Академик А.П.Ершов в [Ершов 1] указывал на необходимость поэтапного перехода от компьютерной грамотности к формированию информационной культуры. В своей докторской диссертации А.А.Кузнецов [КузнецовЗ] провел анализ условий и путей совершенствования методической системы обучения информатики для осуществления такого перехода.
В последующее десятилетие были проведены исследования, направленные на уточнение различных аспектов такого перехода и разработки школьного курса информатики, позволяющего реализовать ее общеобразовательный потенциал, (см. работы [Белошапка4, Белошапкаб, Бешенков, Бешенкові, Лесневский2, Первин2] и др.). Обобщающим результатом таких исследований явился проект Федерального компонента государственного образовательного стандарта начального общего, основного общего и среднего (полного) образования образовательной области "Информатика" (см. [Федеральный]).
Говоря о втором этапе обучения информатике, сменяющим начальный этап внедрения курса в общеобразовательную школу, А.А.Кузнецов ([КузнецовЗ], с. 36) отмечал, что "отбор учебного материала, изучаемого на этом этапе, связан с его генерализацией на основе фундаментальных понятий и теорий информатики, с развитием понятия школьников о формах представления информации (структурах данных), формирования при изучении информатики представлений об основных положениях кибернетики, с более полным раскрытием сущности методов научного познания (моделирование, модельный и реальный эксперимент и т.д.)". Это перекликается с определением информатики как науки, заключающей в себе триаду "модель — алгоритм — программа", высказанном академиками А.А.Дородницыным и А.А.Самарским на первом Всесоюзном совещании по информатике (в современном прочтении элемент "программа" в этой триаде должен, на наш взгляд, пониматься как та или иная компьютерная реализация алгоритма, подразумевающая компьютерный эксперимент с построенной моделью). В условиях, когда происходит кардинальное изменение содержания деятельности непрофессионального пользователя компьютера, роль программистских навыков неуклонно снижается. Тем не менее, алгоритмический стиль мышления остается востребованным и в этом случае — после построения модели неизбежно следует этап описания процесса решения получившейся формализованной задачи, и это описание, как правило, состоит в организации подходящих структур данных и в разработке соответствующего алгоритма их обработки средствами, предоставляемыми той или иной компьютерной средой. Роль понятия "модель" в информатике неоднократно обсуждалась А.П.Ершовым: "Информатика как отдельная наука вступает в свои права, когда для изучаемого фрагмента мира построена так называемая информационная модель... Информационная модель — это то сопряжение, через которое информатика вступает в отношения с частными науками, не сливаясь с ними и в то же время не вбирая их в себя" (см. [Ершов2]). А в работе [Ершовб] им высказано требование: "Понимание необходимости и способности к построению информационной модели должно стать ... глубинной составляющей инженерно-технического мышления специалиста".
Рассмотрев эти положения, мы можем сделать следующие выводы:
— развитие общеобразовательного курса информатики необходимо включает в себя освоение учащимися модельного аспекта этой науки;
— изучение компьютерного моделирования не исключает, а поддерживает линию освоения алгоритмического мышления при общей тенденции снижения доли элементов программирования в общеобразовательном курсе информатики; — модельный аспект является принципиальным связующим звеном между информатикой и другими школьными дисциплинами, в первую очередь естественнонаучного цикла.
В последующих параграфах данной главы мы намерены с разных сторон детализировать эти положения.
Система базовых понятий как ядро курса информатики
Вопросам формирования у учащихся научных понятий посвящена довольно обширная литература. За последние 5 лет только в отечественной печати опубликовано свыше тысячи работ в этом направлении (см. [Формирование]). Активно ведутся эти исследования и для информатики. Назовем только несколько работ последнего времени. Н.В.Апатовой в [АпатоваЗ] приведен сравнительный анализ систем формируемых понятий для школьных учебников с 1960 по 1990 г.; в [Гейн4] изложена позиция автора данной диссертации, которую он занимал к 1994 г. (из монографии [Гейні] видно, что к 1996 г. она несколько изменилась); специально вопросу становления системы понятий информатики в школьном образовании посвящена докторская диссертация А.С.Лесневского [Лесневский2].
Прежде всего, отметим общеметодологическое положение, что система понятий учебного предмета обладает спецификой по отношению к понятийной системе базовой науки. Эти две системы не могут отождествляться друг с другом ввиду известного соотношения между предметом науки и объектом соответствующей учебной дисциплины, а также отсутствия аналога предмета изучения в науке, при этом последний определяется как учебным объектом, так и целями образования (см. [Ледневі], с. 182). Это положение, сформулированное В.С.Ледневым, носит для давно сложившихся школьных дисциплин скорее констатирующий характер, объясняя почему имеет место разница между, скажем, системой понятий науки и системой понятий соответствующей школьной дисциплины, а также позволяя прогнозировать тенденции к изменению этой системы. Для информатики — школьной дисциплины, становление которой вряд ли можно считать закончившимся — данное положение играет особую роль. Согласно этому положению предмет изучения (содержание) характеризуется, во-первых, предметом науки и, во-вторых, особенностями изучения этой области, предопределяемыми целями образования. Надо сразу отметить, что в большинстве существующих сегодня курсов информатики не выполнено уже первое условие — предмет изучения весьма далек от предметной области информатики. Нередко это прикрывается выпячиванием общеобразовательной задачи подготовки выпускника к жизни в информационном обществе, понимая под этим подготовку в узко технологическом смысле. Но и в тех случаях, когда курс информатики выстраивается с методологических позиций, определенных, скажем, проектом Федерального стандарта (их обсуждение см. выше в 1.1 и 1.2), мы можем наблюдать проявление данного положения в наличии того разнообразия содержаний, которое встречается в курсах информатики, сконструированных различными авторами. Образно говоря, содержание курса информатики находится как бы в области "бифуркации", где довольно близкое понимание авторами, что представляет собой система понятий информатики как науки, и принятие ими практически одинаковых целевых установок образования в области информатики (центральная из которых — подготовка учащихся к жизни в информационном обществе), приводят тем не менее к весьма различным общеобразовательным курсам информатики. Пути преодоления подобной "бифуркации" и выявления тенденций в развитии курса школьной информатики ряд исследователей (например, [АпатоваЗ, Лесневский2]) видят в сравнительном анализе содержания и, в частности, систем используемых понятий в различных уже реализованных курсах информатики. Можно, по-видимому, считать, что такой поход некоторая разновидность экспертного метода, в котором (коллективным) экспертом выступает авторский коллектив. Реализованность курса здесь представляется принципиальным моментом, поскольку она доказывает, что данное содержание не гипотетично, а реально и, соответственно, так или иначе задает предмет изучения в его дуальной ипостаси.
Для рассматриваемой нами проблемы построения курса информатики с опорой на межпредметные связи соблюдение условия отражения в содержании предмета науки важно еще и тем, что ставит информатику в один ряд с традиционными фундаментальными дисциплинами естественнонаучного цикла (в которых данное положение безоговорочно выполнено), препятствуя превращению информатики в технологическую "служанку". Поэтому не пренебрегая результатами уже выполненных исследований и в ряде случаев опираясь на них, мы изберем несколько иной путь.
Концепция конструирования курса информатики, предусматривающего реализацию методологического потенциала информатики в других дисциплинах
Термин концепция мы понимаем как системное представление объекта, процесса или явления, направленное на выявление руководящих идей его построения или функционирования. Базовой руководящей идеей при конструировании курса информатики является опора на принятые в современной дидактике положения о научном обосновании обучения как "способе реализации опережающей функции науки по отношению к педагогической практике" ([Краевский], с. 11), а также о неразрывной связи теории и практики в области педагогики, реализуемой посредством ряда структурных звеньев, осуществляющих две ее функции — научно-теоретическую и конструктивно-техническую (там же, с. 43). Мы разделяем точку зрения В.В.Краевского (там же, с.57), что по отношению к научному обоснованию в целом обучение выступает, в частности, как объект конструирования.
Ведя речь о конструировании обучения информатике, мы в качестве базового объекта рассматриваем курс информатики, поскольку понятие "курс" отражает, по В.В.Краевскому (там же, с.49), конкретное, наиболее близкое к педагогической действительности представление о деятельности обучения определенному предмету, охватывающее как процессуальную, так и содержательную сторону обучения.
Важной особенностью курса информатики является наличие в нем компьютерной составляющей. Степень включенности этой составляющей может быть весьма различной, вплоть до построения курса информатики как компьютерного курса. В связи с этим мы считаем необходимым прежде всего уточнить смысл термина "компьютерный курс", употребляемого в ряде работ без специальной расшифровки (см., например, [Концепция], [Роберт2], [Шоломийі] и др.), что порой приводит к значительным разночтениям у разработчиков учебного программно-методического обеспечения. Ряд авторов склонны относить к компьютерным курсам традиционно выстроенные курсы, в которых использование компьютера сведено к иллюстративно-справочной функции, другие авторы отводят компьютеру контрольно-тренирующую роль и уже на этом основании считают курс компьютерным, третьи — под компьютерным курсом понимают использование электронных учебников и т.д. Такое использование компьютеров мы (в соответствии с терминологией монографии И.В.Роберт [Роберт2]) считаем целесообразным называть организацией компьютерной поддержки курса. Это одна из форм компьютеризированного обучения (computer-assisted instruction) — обучения с использованием компьютера как одного из средств обучения (см. [Системы]).
На самом деле использование информационных технологий в их полную силу всегда приводит к изменению дидактики учебной дисциплины. Исследователи, правда, обычно отмечают влияние применения информационных технологий на содержание учебной дисциплины (см., например, [Апатова2], с. 111). На самом деле, использование информационных технологий меняет не только содержание, но и учебную деятельность обучаемых. Это приводит к дидактическим изменениям в структуре содержания учебного предмета. Связаны эти изменения, прежде всего, с теми шестью аспектами влияния курса информатики на другие дисциплины, речь о которых шла выше. Поэтому компьютерным мы будем называть такой курс, дидактика которого не осуществима в безкомпьютерном варианте. В данном случае мы предлагаем применение термина компьютерное обучение (computer-based instruction) — обучение с использованием компьютера как основного средства обучения [Системы]. Это, в частности, согласуется и с точкой зрения В.В.Давыдова, В.В.Рубцова и др. (см. [Логико]), согласно которой эффективное применение компьютерных учебных средств и соответственно новых технологий обучения внутренне связано с изменением содержания образования, выраженным в появлении целостных интегральных областей знания, создании интегральных учебных предметов. По мнению тех же авторов, это позволит "преодолеть эмпиризм узкотематического проектирования школьных дисциплин путем передачи в обучении опыта различных форм и видов деятельности, опыта эмоционально-ценностного отношения к миру, опыта общения и т.д." (там же, с. 4). Позже, в 4.1, когда будет сформирован соответствующий понятийный аппарат, мы вернемся к более глубокому обсуждению понятий компьютерной поддержки курса и компьютерного курса. На наш взгляд, однако, влияние информатики на изменение дидактики других дисциплин связано не только с применением изучаемых в информатике компьютерных технологий, на которое указывается в перечисленных выше работах и многих других.
