Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Развитие содержания обучения информатике на основе анализа предметной области "Информатика" 12
1.1. Анализ образовательной области "Информатика". Необходимость синтеза теоретических основ информатики на единой основе 12
1.2. Место курса "Теоретические основы информатики" в подготовке учителя информатики и учителей других специальностей 26
1.3. Сравнительный анализ вариантов системного подхода к методике обучения 34
Глава II. Проектирование методической системы фундаментальной подготовки по информатике в педагогическом вузе 46
2.1. Моделирование методической системы обучения теоретическим основам информатики 46
2.2. Системно-деятельностный подход к отбору содержания фундаментальной подготовки по информатике в педагогическом вузе 60
Глава Ш. Методическое обеспечение учебно-познавательной деятельности студентов в процессе реализации методики обучения теоретическим основам информатики на современном этапе для физико-математических, экономических, естественнонаучных специальностей педагогических вузов 76
3.1. Методика проектирования курса "Теоретические основы информатики" 76
3.2. Учебно-методическое обеспечение курса "Теоретические основы информатики" для физико-математических специальностей 83
3.3. Учебно-методическое обеспечение курса "Теоретические основы информатики" для экономических специальностей 88
3.4. Учебно-методическое обеспечение курса "Теоретические основы информатики" для естественнонаучных специальностей 92
3.5. Опытно-экспериментальное исследование обучения теоретическим основам информатики стуцентов различных специальностей... 96
Заключение 107
Приложения 109
Литература 155
- Анализ образовательной области "Информатика". Необходимость синтеза теоретических основ информатики на единой основе
- Моделирование методической системы обучения теоретическим основам информатики
- Методика проектирования курса "Теоретические основы информатики"
Анализ образовательной области "Информатика". Необходимость синтеза теоретических основ информатики на единой основе
Информатика - сравнительно новая научная дисциплина. Своим появлением она обязана развитию глобального процесса информатизации общества, который в свою очередь является проявлением общей закономерности развития цивилизации. Сегодня этот процесс приобрел общепланетарный характер и охватывает практически все развитые страны мира, в том числе и Россию. Разработка научных основ курса информатики потребовала выработки некоторого соглашения о предмете информатики. В последнее время, особенно в связи с организацией в Академии наук отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации, имела место довольно оживленная дискуссия по этому вопросу [16, 20, 30, 31, 38, 68, 83 и др.].
В самом общем смысле под информатикой понимают научную дисциплину, изучающую вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Современный поток информации порождается компьютерами и воспринимается с помощью компьютеров, которые осуществляют автоматическую обработку информации.
В 1978 году на Международном конгрессе в Японии была сделана попытка дать более широкое определение информатики: «Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия».
В книге "Методическая система фундаментальной подготовки в области информатики" [68] В.В. Лаптев, М.В. Швецкий рассматривают современные подходы к выявлению предмета информатики как отрасли науки и определяют, какой из них следует положить в основу построения шкального и вузовского учебного предмета. Анализируя содержание аспектов определения информатики, авторы этой книги замечают, что "каждый из них связан с определенным аспектом формализма. Задача сбора и хранения информации связана с задачей ее знакового представления. Преобразование информации основано на возможности формального преобразования знаковых систем. Наконец, коммуникативный аспект информации связан с задачей интерпретации этих систем"[68]. Исходя из содержания аспектов определения информатики, рассматривая определение, данное С.А. Бешенковым, в котором она не сводится к некоторому технологическому, "пользовательскому1 курсу, а является фундаментальной учебной дисциплиной ("Основой учебной дисциплины информатика должно быть целенаправленное изучение знаковых систем"), В.В. Лаптев, М.В. Швецкий дают следующее определение: "Информатика - это фундаментальная естественная наука, предметом которой являются алгоритмы и структуры данных (информационные модели), представляющие собой формализованное описание процессов накопления, передачи и обработки информации (информационных процессов). Исследование информационных моделей предполагает рассмотрение их теории, проектирования, анализа, эффективной реализации с помощью вычислительных систем, социальных, естественнонаучных и теоретических приложений".
Несмотря на достаточно большое количество определений информатики, до настоящего времени термин «информатика» не является установившимся и общепринятым. На формирование этого понятия огромное влияние оказывают процессы, происходящие в обществе на современном этапе развития.
Доминирующей тенденцией современной цивилизации является переход передовых стран мира от постиндустриального к информационному обществу, в котором объектами и результатами труда большей части занятого населения станут информационные ресурсы и знания научного, технологического, практического плана. і
По мнению А.И. Ракитова [105, 106], общество считается информацион-ным, если:
- любой индивид, группа лиц, предприятие или организация в любой точке страны и в любое время могут получить за соответствующую плату или бесплатно на основе автоматизированного доступа и систем связи любую информацию и знания, необходимые для их жизнедеятельности и решения личных и социально значимых задач;
- в обществе производится, функционирует и доступна любому индивиду, группе или организации современная информационная технология;
- имеются развитые инфраструктуры, обеспечивающие создание национальных информационных ресурсов в объеме, необходимом для поддержания постоянно убыстряющегося научно-технологического и социально-исторического прогресса;
- происходит процесс ускоренной автоматизации и роботизации всех сфер и отраслей производства и управления;
- происходят радикальные изменения социальных структур, следствием которых оказывается расширение сферы информационной деятельности и услуг;
- сфера производства, хранения, использования и обработки информации становится ведущей сферой деятельности человека.
Развитие глобального процесса информатизации общества, который сегодня охватывает все развитые и многие развивающиеся страны мирового сообщества, в том числе и Россию, приводит к формированию новой информационной среды обитания людей и нового информационного уклада их жизни и профессиональной деятельности. Все это ставит перед системой образования принципиально новую глобальную проблему подготовки миллионов людей к жизни и деятельности в совершенно новых условиях информационного общества [51]. Для решения этой проблемы необходима более широкая трактовка содержания предмета "Информатика", чем та, которую ввел академик А.П. Ершов: "компьютерная грамотность", ставшая тем критерием необходимости, определенным научно-технической революцией. В качестве цели компьютерная грамотность содержала потребность в специальной общеобразовательной подготовке человека по выработке особого стиля мышления, ориентированного на работу с ЭВМ. На первом этапе это было оправданным. Однако серьезные изменения, происходящие в обществе под влиянием процесса информатизации, показали, что такая трактовка предмета информатики является слишком узкой. На втором этапе информатизации образования изучение информатики должно способствовать формированию не только информационной грамотности, но и информационной культуры, научно-информационного мировоззрения, которое основано на понимании определяющей роли информации и информационных процессов в природных явлениях, человеческом обществе, в также в обеспечении жизни и деятельности самого человека. Таким образом, под влиянием информатизации общества происходит смена "лозунгов" в обучении информатике:
Компьютерная грамотность
Информационная культура
Научно-информационное мировоззрение
Информационная грамотность, согласно А.П. Ершову, - "начала" информационной культуры, овладение знаниями, фактами, представлениями, понятиями, законами, умениями, символами, правилами и нормативами в сфере компьютеризации и информатизации. Информационная культура - это "степень совершенства человека, общества или определенной его части во всех возможных видах работ с информацией: ее получении, накоплении, кодировании и переработке любого рода, в создании на этой основе качественно новой информации, ее передаче, практическом использовании [29].
Формирование научно-информационного мировоззрения общества требует принципиально новых подходов к проблеме информатизации образования (см. рис. I), которая становится стратегически важным направлением развития системы образования, фундаментальной научной проблемой.
В составе содержательного направления развития информатизации образования К.К, Колин выделяет следующие четыре наиболее важные задачи [50].
1. Подготовка специалистов для профессиональной деятельности в информационной сфере общества, владеющих новыми информационными технологиями.
2. Формирование в обществе новой информационной культуры.
3. Фундаментализация образования за счет его существенно большей информационной ориентации и изучения фундаментальных основ информатики.
4. Формирование у людей нового, информационного мировоззрения.
Для достижения целей фундаментализации образования представляется необходимым [50]:
1) переместить фокус внимания преподавателей и учащихся с проблемы изучения прагматичесісих знаний на проблемы развития общей культуры человека на основе познания лучших достижений цивилизации, а также на формирование научных форм системного мышления;
2) изменить содержание и методологию учебного процесса таким образом, чтобы помимо изучения истории развития культуры, общества и процесса формирования современной науки, которые, безусловно, необходимы для общего развития каждого человека, значительная часть времени уделялась выработке современных представлений о целостном содержании системы наук, перспективах ее дальнейшего развития.
Моделирование методической системы обучения теоретическим основам информатики
Как показал проведенный в первой главе сравнительный анализ вариантов системного подхода к методике обучения информатике, наиболее перспективной является модель методической системы обучения информатике, разработанная А. В. Могилевым [89], который рассматривает ее как "мягкую" открытую систему с размытыми границами и нечетко определенными компонентами; открытость системы проявляется в сильном влиянии контекста социального, образовательного и технологического плана на функционирование ее компонентов, нечеткость компонентов выражается в их существенном взаимопроникновении и интеграции.
Применим общий подход к модели методической системы обучения информатике, предложенный в докторской диссертации А.В. Могилева [89], к моделированию методической системы обучения теоретическим основам информатики (см. рис. 8).
Модель методической системы обучения теоретическим основам информатики будем рассмотрнваеть как открытую систему с нечеткими границами пяти взаимосвязанных компонентов (целей, содержания, методов, организационных форм и средств обучениях погруженную в методический контекст обучения и интенсивно взаимодействующую с его компонентами (см. рис. 9). Открытость методической системы проявляется в сильном влиянии контекста социального, образовательного и технологического плана на функционирование ее компонентов.
Основным системообразующим компонентом любой методической системы являются цели обучения. Именно на них ориентируются все остальные компоненты методической системы.
Воспользуемся профессионально-педагогическим подходом [68] к отбору целей обучения теоретическим основам информатики будущих учителей, основанном на том, что, во-первых, любая методическая система функционирует на определенном социальном и культурном фоне, оказывающем на нее решающее воздействие, причем наиболее явным образом это воздействие направляется на цели обучения; во-вторых, обучение теоретическим основам информатики должно иметь свои цели сообразно с профилем приобретаемой специальности; в-третьих, придя в школу, выпускник педагогического вуза должен уметь реали-зовывать цели школьного образования по информатике, среди которых использование методов информатике при изучении других предметов.
Перечислим основные цели методической системы обучения теоретическим основам информатики, которые получились при отборе, основанном на профессионально-педагогическом подходе.
1. Формирование научного мировоззрения об информации как об одном из сновополагающих понятий (вещество, энергия, информация), на основе которых строится научная картина мира.
2. Обеспечение прочного и сознательного овладения студентами основами знаний о процессах преобразования, передачи и использования информации и раскрытие на этой основе значения информационных процессов в формирова нии современной научной картины мира, роли информационных технологий и вычислительной техники в развитии современного общества.
3. Развитие у студентов таких форм мышления, как формально-логическое, операционное («оптимизационное») и творческое.
4. Овладение методами информатики, включающими, прежде всего, четкое выделение основных абстракций, сознательную идеализацию и формализацию.
5. Овладение «языком информатики» - языком основных понятий, столь общих, что с их помощью могут быть выражены многие факты действительно 50 ста (примерами таких понятий служат понятия множества, информации, алгоритма и т. п.); к этому примыкают основные понятия логики, уточняемые посредством математической логики.
б. Овладение минимумом сведений по теоретическим основам информатики, нужных для того, чтобы можно было самостоятельно:
а) применять теоретические знания по информатике к исследуемому кругу явлений;
б) читать литературу по приложениям информатики к изучаемой области знания;
в) заниматься повышением своей квалификации по информатике.
Системообразующим фактором модели является содержание обучения теоретическим основам информатики, обуславливающее направленность всех ее компонентов на достижение сформированное необходимого уровня общенаучных знаний, основными критериями оценки которого являются умения студентов использовать общенаучные методы познания в своей учебно-познавательной деятельности.
При отборе содержания фундаментальной подготовки будущих учителей мы будем основываться на методических принципах, перечисленных ниже.
1. Принцип соответствия целям обучения. Цели обучения определяют его содержание. При этом учтем, что одни и те же цели могут быть достигнуты при помощи различного содержания.
2. Принцип дидактической изоморфности, предложенный А.Г. Мордкови-чем в [90]. Это положение означает, что основные структурные элементы и смысловые единицы соответствующего раздела теоретических основ информатики переходят в учебную дисциплину переосмысленные в дидактическом плане.
3. Принцип единства содержания обучения [124]. Данное положение выражает необходимость объединения в содержании обучения отдельных учебных предметов между собой в целях создания в итоге обучения в сознании будущего учителя целостной научной картины, служащей основой его последующей педагогической деятельности.
4. Принцип перспективности [124]. В содержание обучения следует включать не только те разделы информатики, которые важны сейчас, но и те, относительно которых можно дать прогноз, что они будут развиваться в ближайшем будущем или станут основой новых разделов науки.
5. Принцип научности обучения [68]. Согласно которому содержание образования должно: 1) соответствовать уровню современной науки; 2) включать сведения, необходимые для создания у студентов представления о частных и общенаучных методах познания; 3) показывать студентам важнейшие закономерности процесса познания.
6. Принцип фундаментальности. Суть этого положения заключается в том, что фундаментальная подготовка должна содержать базисные системные знания, обеспечивающие непрерывное дообучение и переподготовку в течение всей жизни. Фундаментальные знания не устаревают с течением времени, помогают ориентироваться в любой новой среде, обеспечивают человеку возможность адаптироваться в широкой сфере профессиональной деятельности и являются универсальными по существу.
7. Принцип проблемности. Данный принцип реализуется путем рассмотрения в процессе обучения проблемных вопросов, которые побуждают студентов к самостоятельной исследовательской активности.
При формировании системы подготовки, служащей ориентиром для создания конкретных учебных планов, целесообразно выделить несколько разделов в курсе "Теоретические основы информатики". Краткое описание этих разделов приводится в следующем параграфе, а подробное описание содержания курса приведено в учебных программах (см. приложения настоящего исследования).
Однако, как показали наши исследования и опыт практической работы, активизация познавательной деятельности обучающихся требует предоставления им возможности адаптации содержания учебного материала к своим индивиду 52 альным особенностям, личностно значимым целям и задачам деятельности, уровню сформированности системы знаний и умений, психологическим особенностям и предпочтениям.
Организация обучения должна быть ориентирована на удовлетворение познавательных потребностей обучающихся, должна строиться с учетом психолого-педагогических особенностей учебно-познавательной деятельности обучающихся, так как обучающий и обучаемый - два взаимосвязанных структурных компонента системы. Их взаимодействие и взаимное влияние друг на друга обусловлены тем, что обучаемый является не только объектом, на который направлены воздействия обучающего, но и субъектом деятельности, организуемой обучающим.
Методика проектирования курса "Теоретические основы информатики"
В этой главе разрабатывается учебно-методическое обеспечение предмета "Теоретические основы информатики" для физико-математических, экономических, естественнонаучных специальностей педагогических вузов.
Учебный предмет является ведущим средством реализации содержания образования со всеми его основными элементами. В связи с этим» определим учебный предмет как некоторую систему, целью которой является развитие мыслительных способностей обучающегося, а структура ее - изоморфна структуре методической системе обучения (см. рис. 10). Информационной моделью методической системы обучения является учебная программа. Учебная программа - это документ, в котором в соответствии с требованиями к личности будущего специалиста, в соответствии с требованиями стандарта образования определено содержание обучения и наиболее целесообразные способы организации его усвоения обучающимися. Поскольку учебная программа является моделью определенной методической системы, то в ней должны отображаться основные элементы методической системы: цели обучения и воспитания, реализуемые изучением данного учебного предмета, раскрыто содержание предмета, которое направлено на выполнение целей обучения, указаны рекомендуемые дидактические процессы и предпочтительные организационные формы обучения.
Учебная программа должна соответствовать образовательному стандарту высшего специального образования, принятого Министерством образования РФ в 2000 г., так как стандарт является нормативной базой подготовки учителей. В стандарте [23] для учителей информатики раздел "Теоретические основы информатики" выделен в отдельный блок; для учителей специальностей "математика-информатика", "физика-информатика", "экономика", "география", "экология" курс "Теоретические основы информатики" необходимо выделить из состава дисциплины "Информатика", которая отнесена к блоку общематематических и естественнонаучных дисциплин. Таким образом, курс "Теоретические основы информатики" может быть включен в программу подготовки учителей физико-математических, экономических, естественнонаучных специальностей как самостоятельный предмет.
Методика изучения теоретических основ информатики в рамках образовательной области "Информатика" включает два взаимосвязанных и последовательно реализуемых этапа.
1. Этап проектирования процесса формирования у студентов знаний по теоретическим основам информатики, включающий анализ исходных данных и условий, отбор и структурирование учебного материала, определение содержания обучения, проектирование совместной деятельности студентов и преподавателя, разработку форм контроля, отбор программно-методических средств.
2. Этап реализации процесса формирования у студентов знаний по теоретическим основам информатики включает постановку учебных задач, управление процессом формирования знаний и умений студентов, осуществление контроля качества усвоения учебного материала, анализ результатов функционирования методической системы в целом и каждого из этапов в отдельности.
Основными особенностями методики организации процесса изучения теоретических основ информатики являются:
. непрерывность и поступательность процесса формирования общенаучных знаний; интегрированность процесса формирования общенаучных знаний, связанная с изучением понятий, являющихся общими и системообразующими для ряда учебных дисциплин;
. гуманитаризация педагогического процесса, связанная с изменением содержания обучения информатике, использованием методов обучения, активизирующих учебно-познавательную деятельность, обеспечивающих ее дифференциацию и индивидуализацию в процессе формирования общенаучных знаний;
, технологичность процесса формирования общенаучных знаний, которая обеспечивается управляющей системой - преподавателем с помощью тестовых форм контроля деятельности студентов, позволяющих судить об эффективности применяемых форм и методов обучения и в связи с этим корректировать данный процесс;
. ориентация на развитие и совершенствование процесса формирования общенаучных знаний у студентов, создание новых методических приемов, позволяющих активизировать данный процесс, что в конечном итоге приведет к фундаментализации вузовского курса информатики.
В основу концепции курса "Теоретические основы информатики" положены следующие цели обучения:
повышать системность знаний студентов, ориентировку в фундаментальных вопросах информатики и направлениях ее развития;
способствовать формированию информационного компонента научного мировоззрения личности:
способствовать развитию умений логически мыслить, оперировать с абстрактными объектами, корректно использовать математические понятия и символы для выражения количественных и качественных отношений.
Для достижения поставленных целей при построении курса для физико-математических специальностей в него были включены следующие разделы: информационные, математические и логические основы информатики, формальные языки и грамматики, лингвистические основы информатики, формализованные алгоритмы, алгоритмическая теория информации А.Н. Колмогорова; для экономических и естественнонаучных специальностей в содержании курса были сделаны акценты на освоении студентами фундаментальных понятий информатики: информация, алгоритм, формальный язык и др.; на изучении язык логики предикатов первого порядка как универсальное средство представления и обработки информации.
В предлагаемом курсе "Теоретические основы информатики" для физико-математических специальностей рассматривались не только обязательные вопросы программы, но и проблемные вопросы, среди которых: связь алгоритмической теории информации с семантикой, новый семантический подход к проблеме определения количества информации, исследованные автором диссертации в работах [128-131].
