Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Цели и задачи общего образования в области информатики 17
1.1 .Эволюция целей обучения информатике в общеобразовательной школе 17
1.2. Особенности современного этапа 30
1.3. Формирование системы непрерывного образования в области информатики 36
1.4. Классификация целей образования в области информатики 42
Глава 2. Построение структуры базового информатики 49
2.1. Основы научного подхода к определению места, целей и содержания информатики в системе общего образования 49
2.2. Методология проектирования курса: общедидактические принципы 55
2.3.Методология проектирования курса: специфические для информатики принципы 62
2.4. Анализ предметной и образовательной областей информатики 70
2.5. Анализ содержательной структуры «Обязательного минимума» по информатике 78
2.6. От задач общего образования к содержанию базового курса 87
2.7. Трехуровневая структура содержания информатики 91
Глава 3. Построение содержания и основ методики преподавания базового курса информатики 97
3.1. Источники содержания курса и методические подходы 97
3.2. Базовая система понятий и план построения содержания курса 105
3.3. Построение линии «Информация и информационные процессы». 108
3.3.1. Определение и измерение информации 109
3.3.2. Представление информации 121
3.3.3. Информационные процессы 135
3.4. Построение линии «Компьютер (ЭВМ)» 144
3.4.1. Устройство ЭВМ 144
3.4.2. Программное обеспечение ЭВМ 164
3.4.3. Представление данных в ЭВМ 177
3.5. Построение линии «Информационное моделирование» 189
3.5.1. Модели объектов и процессов 190
3.5.2. Модели знаний 207
3.6. Построение линии «Информационные основы процессов управления» 213
3.6.1. Управление и кибернетика 214
3.6.2. Алгоритмы и исполнители 220
3.6.3. Программирование 243
3.7. Построение линии «Информационные технологии» 263
3.7.1. Технологии работы с текстовой информацией 265
3.7.2. Технологии работы с графической информацией 270
3.7.3. Технологии баз данных 276
3.7.4. Технологии табличных вычислений 296
3.7.5. Сетевые технологии 312
3.7.6. Мультимедийные технологии 324
3 3.8. Построение линии «Информация и общество» 326
3.9. Линия «человекознания» в базовом курсе информатики 334
3.10. Полное описание содержания базового курса информатики 339
3.11. Итоговая система знаний и умений учащихся 345
Глава 4. Учебно-методическое обеспечение базового курса информатики 353
4.1. Методологический подход к разработке учебно-методического обеспечения курса 353
4.2. Состав учебно-методического комплекса базового курса 355
4.3. Учебник по базовому курсу информатики 360
Q 4.3.1. Структура и план учебника 361
4.3.2. Логика раскрытия содержания курса 362
4.3.3. Сравнительный анализ учебниковтт программ 3 64
4.4. Программа изучения базового курса 370
4.5. Методическое пособие для учителя 382
4.6. Задачник-практикум по информатике 387
Заключение 392
Библиография 396
Приложения 410
- .Эволюция целей обучения информатике в общеобразовательной школе
- Основы научного подхода к определению места, целей и содержания информатики в системе общего образования
- Источники содержания курса и методические подходы
Введение к работе
Датой рождения школьной информатики в нашей стране принято счи
тать 1985 год - год введения в общеобразовательную школу нового учебного
предмета «Основы информатики и вычислительной техники». Однако науч
ные исследования в области поиска общеобразовательного содержания
предмета и методики его преподавания начались приблизительно на 15 лет
раньше. Большое значение для формирования содержания и методики буду
щего общеобразовательного курса информатики имели работы
С.И.Шварцбурда, И.Н.Антипова, В.М.Монахова, А.П.Ершова,
Г.А.Звенигородского, В.С.Леднева, А.А.Кузнецова, В.Н.Касаткина,
М.П.Лапчика. Введение курса ОИВТ в школьную программу интенсифицировало этот процесс. Значительное влияние на развитие новой школьной дисциплины оказали исследования С.А.Бешенкова, В.К.Белошапки, А.С.Лесневского, Н.В.Апатовой, и др.
Сложность задач, решаемых в этом направлении, связана со множеством причин. Основным источником проблем (который, очевидно, никогда не иссякнет) является динамизм самой предметной области информатики, требующий постоянного «подтягивания» содержания соответствующей образовательной области к уровню развивающейся на>ки и практики.
Одна из главных задач общеобразовательной средней школы состоит в передаче учащимся базовых знаний и умений по каждой из программных дисциплин, которые необходимы для формирования их научного мировоззрения, для будущей профессиональной деятельности, для продолжения образования, для общего интеллектуального и культурного развития. И если для традиционных, много лет существующих в школе, дисциплин (таких, как математика, физика, химия, история и пр.) представление о базовом содержании в своих основных составляющих давно сложилось, то для информатики такое представление лишь формируется.
Начиная с 1992 года, российская система общего среднего образования вступила в новый период развития, связанный с принятием закона «Об образовании», в котором применительно к содержанию образования провозглашается концепция образовательных стандартов. Согласно этой концепции содержание образования по любой учебной дисциплине, изучаемой в школе, определяется требованиями образовательного стандарта. Началась активная деятельность по разработке образовательных стандартов, в том числе и стандарта по информатике.
Для школьной информатики этот процесс имел (и имеет) очень большое положительное значение. Разработка стандарта потребовала глубокого анализа содержания и структуры предметной области информатики, что стало основой для определения содержания соответствующей образовательной области. В свою очередь, для определения содержания школьной информатики, описанного в форме образовательного стандарта, потребовалось найти решение не менее сложной задачи: из обширной образовательной области информатики выделить общеобразовательное ядро, которое должно изучаться в школе. По аналогии с устоявшимся понятием «элементарная математика» предстояло сформировать «элементарную информатику». В последние годы, применительно к информатике, в том ж^ смысле закрепилось другое наименование - «базовый курс информатики».
В настоящее время, до принятия и утверждения на законодательном уровне образовательного стандарта по информатике, основным нормативным документом, определяющим содержание школьного предмета, является Обязательный минимум содержания образования по информатике, утвержденный приказом Минобразования РФ от 30.06.99 № 56 . Фактически этот документ представляет собой проект будущего стандарта, и поэтому его содержание открыто для анализа, обсуждения и доработки со стороны специалистов.
Актуальность исследования. Настоящее исследование осуществлялось автором с начала описанного выше периода (1993 г.). Из сказанного следует, что важнейшими задачами этого периода явилась разработка образовательного стандарта по информатике и определение содержания базового курса информатики.
Другой актуальной задачей для данного периода стала переориентация содержания курса и методики его преподавания на уровень базовой школы: 7-9 классы. Как известно, до 1993 г. предмет ОИВТ преподавался только в старших классах (10 - 11 кл). Стало очевидным, что это обстоятельство является тормозом, как для развития самого учебного предмета, так и для процесса информатизации школьного образования в целом. Постепенно осознается тот факт, что информатика приобретает статус метадисциплины, что получаемые учащимися в рамках предмета знания, умения и навыки с необходимостью должны применяться при изучении других школьных дисциплин. Решением Коллегии Минобразования РФ №4/1 от 22.02.95г. был определен период преподавания базового курса информатики в диапазоне от 7 до 9 класса. И хотя базисный учебный план от 1998 года вновь вернул информа-
тику в старшую школу, тем не менее, во многих школах и целых регионах продолжалось преподавание базового курса в основной школе за счет часов регионального или школьного компонента базис лого учебного плана.
В проекте концепции преподавания информатики в 12-летней школе предлагается вернуться к реализации трехэтапного изучения предмета (пропедевтический, базовый и профильный курсы), обеспечив этот процесс учебным временем в федеральном базисном учебном плане. Место базового курса - в 7 - 9 классах.
С введением в школу общеобразовательного предмета ОИВТ началось формирование новой отрасли педагогической науки - теории и методики преподавания информатики. Развитие содержательной концепции предмета неизбежно тянет за собой развитие общей методической концепции и частных методик его преподавания. В последнее время выходит множество публикаций по методике преподавания отдельных тем и разделов информатики, но они не выстраивались в методическую систему обучения полному курсу, отвечающему современным требованиям. Показательным в этом отношении является тот факт, что после выхода в 1987 году учебника по методике преподавания информатики для педвузов М.П.Лапчика, вплоть до 2001 года не появлялось другого подобного издания, рекомендованного Министерством образования РФ (СССР).
Проблема исследования. Практически сразу же вслед за внедрением в школу курса ОИВТ появились научные работы, исследующие пути его развития. В 1988 году в своей докторской диссертации А.А.Кузнецов провел анализ и дал описание методической системы обучения информатике (МСО), включающей цели, содержание, средства, методы и организационные формы обучения. Отмечая необходимость изменения в целеполагании (по сравнению с первым курсом ОИВТ), А.А.Кузнецов выделяет два вида целей: достижение компьютерной грамотности учащихся и знакомство с основами информатики как фундаментальной науки.
Поиску фундаментального содержания школьной информатики посвя
щены научные исследования В.К.Белошапки, А.С.Лесневского,
С.А.Бешенкова и др. В их работах было доказано, что изучение алгоритмиза
ции не может быть главным фундаментальным содержанием школьного кур
са. Новыми составляющими такого содержания должны стать элементы тео
ретической кибернетики, основы системологии и системно-
информационного моделирования, теории языков как знаковых систем и др.
вопросы. Иначе говоря, содержание информатики как общеобразовательного
предмета должно быть приближено к содержанию современной научной области информатики.
Закрепление позиций информатики в школе как общеобразовательного предмета возможно только в том случае, если ее постановка будет подчинена решению трех главных задач, свойственных для любой общеобразовательной области:
формированию основ научного мировоззрения;
развитию учащихся;
подготовке выпускников школы к труду, к будущей профессиональной деятельности, к продолжению образования.
Используемые в школе учебники и учебные программы по информатике, как правило, не в полной мере были подчинены решению всех трех задач. Главной целью учебного курса А.П.Ершова, В.М.Монахова и др. была провозглашена компьютерная грамотность, т.е. третья задача. Курс А.Г.Кушниренко и др. ориентировался на развитие алгоритмического мышления учащихся (вторая задача). Приоритетами курса информатики В.А.Каймина и др. были компьютерная грамотность и развитие логического мышления (вторая и третья задачи). Учебный курс А.Г.Гейна и др. ориентировался на межпредметные связи информатики с другими областями через математическое моделирование и, безусловно, на компьютерную грамотность, которая формировалась по пути к главной цели. Во всех перечисленных курсах информатики основным содержанием компьютерной грамотности оставалось владение программированием. Анализ перечисленных курсов показывает, что в их содержании недостаточно сбалансировано отражены основные содержательные линии информатики. Преимущественную часть объема курса составляет линия алгоритмизации и программирования.
В современной учебной литературе по информатике произошла переориентация концепции компьютерной грамотности с программистского направления на пользовательское. Для базового курса информатики важно, поддерживая эту тенденцию, не свестись к изучению информационных технологий как к самоцели.
В середине 90-х годов публикуются результаты академических исследований структуры и содержания предметной области (Национальный доклад Российской Федерации на II Международном конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика» ) и образовательной области (работы К.К.Колина) информатики. В это же время формируется концепция непрерывного обучения информатике в школе. В решении Коллегии Минобразования РФ №4/1
от 22.02.95 рекомендованы три этапа такого обучения: пропедевтический курс (1-6 классы), базовый курс (7-9 классы), профильный курс (10 - 11 классы). Ядром школьного образования по информатике является базовый курс, поскольку именно он должен обеспечить выполнение требований образовательного стандарта.
Новый импульс развитию школьной информатики придает принятая Правительством РФ в декабре 2001 года «Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года». В этом документе отмечается роль образования как важнейшего фактора формирования нового качества экономики и общества. Важный признак этого нового качества - «переход к постиндустриальному, информационному обществу». Одним из узловых направлений в процессе модернизации образования выступает его информатизация. Подчеркивается необходимость сохранения фундаментального характера образования с выработкой у выпускников школ ключевых компетенций: универсальных знаний, умений и навыков, а также опыта самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся. Эти положения в полной мере относится к новому подходу в постановке обучения информатике в школе.
В связи с принятием концепции модернизации образования еще большее значение приобрело решение вопросов, которые в последние годы являлись постоянным предметом дискуссий: каковы цели и место информатики в системе современного школьного образования? В ходе дискуссии ставился вопрос: а нужен ли вообще такой предмет в школе? Не достаточно ли ограничится обучением школьников основам информационных технологий? Выделять ли информатику в отдельную образовательную область или объединять ее либо вместе с математикой, либо вместе с информационными технологиями? Есть ли в теоретической информатике вопросы, которые обязательно должны изучаться в системе общего образования? Процесс построения содержания базового курса информатики связан с необходимостью выработки ответов на перечисленные вопросы.
Модернизация школьного образования связана с необходимостью разработки образовательных стандартов, отвечающих новым требованиям. Стандартизация обучения базовому курсу информатики осложняется тем обстоятельством, что в различных регионах России уровень обеспеченности средних школ вычислительной техникой, как по количеству, так и по качеству, существенно различается. Была и остается открытой проблема разработки такой версии базового курса информатики, которая могла бы быть применимой во всех школах, независимо от уровня технического и программного
обеспечения. Будучи инвариантным к моделям ЭВМ и версиям программного обеспечения, такой курс, тем не менее, должен давать методическую ориентацию на использование в учебном процессе любых конкретных моделей ЭВМ и версий программ.
Еще одним источником проблем является отсутствие единого базисного учебного плана (БУП). За счет наличия региональной и школьной компонент, место информатике в БУП в разных регионах и отдельных школах различается. Отсюда вытекает необходимость создания средств обучения, ориентированных на возможность многовариантной постановки преподавания информатики.
Проблема исследования вытекает из описанной выше современной ситуации в школьной информатике.
Оставался и до сих пор остается предметом научного поиска вопрос о целях обучения информатике в школе и, как следствие, вопрос о содержании его ядра - базового курса информатики.
Отсутствовала научно-обоснованная система дидактических и методических принципов построения базового курса информатики, позволяющая реализовать информатику как полноценный общеобразовательный предмет, учитывающая специфику содержания предмета и условий его изучения, делающая его изучение общедоступным в российской школе.
Отсутствовал учебно-методический комплекс по базовому курсу информатики, ориентированный на основную школу (7-9 кл.), в котором были бы сбалансировано отражены все основные содержательные линии курса, а также обеспечена возможность многоуровневого обучения.
Целью исследования является научное обоснование содержания базового курса информатики, выработка основных дидактических и методических принципов его построения и создание на этой основе полного комплекса учебно-методического обеспечения.
Объектом исследования является курс информатики в общеобразовательной школе.
Предметом исследования является методическая система обучения базовому курсу информатики, ориентированному на 7 - 9 классы общеобразовательной средней школы.
Гипотеза исследования: при построении базового курса информатики необходимо исходить из следующих положений:
содержание базового курса информатики должно опираться на систему понятий, в основе которой лежат фундаментальные знания из научной области информатики, а системообразующим элементом является понятие информации;
система научно-методических принципов построения содержания и методики преподавания базового курса информатики должна включать в себя наряду с общими принципами дидактики ряд специальных требований, вытекающих из специфики предметной области, а также условий обучения информатике в российских школах; к ним относятся требования:
инвариантности курса по отношению к уровню технического и программного обеспечения школы;
построение курса по многоуровневому принципу;
обеспечение сбалансированности содержания по основным тематическим линиям.
В результате реализации сформулированных положений станет возможным построение курса, решающего три основные задачи общего образования: мировоззренческую, развивающую и прагматическую; общедоступного в условиях современной российской школы; полноценно раскрывающего основные содержательные линии информатики; ориентированного на возможность многоуровневого изучения; являющегося основой непрерывного образования в области информатики и информационных технологий; перспективного с точки зрения его дальнейшего развития.
Само название «Базовый курс информатики» должно быть связано с определенными качествами, которые в совокупности можно назвать базовым характером курса и раскрыть через следующие положения:
в основе курса лежат фундаментальные (базовые) знания из научной области информатики - науки об информации и информационных процессах;
данный курс является базой для продолжения образования в области информатики, а также для будущей практической деятельности учащихся в информационной среде современного общества;
курс ориентирован на изучение в основной школе, которую также принято называть базовой.
Задачи исследования.
Сформулированные выше проблемы, цель и гипотеза порождают систему задач исследования. Три основные задачи: описание содержания БКИ на нормативном уровне, разработка принципов построения курса и разработка учебно-методического комплекса - порождают ряд подзадач второго уровня. Так проектирование содержательной структуры курса невозможно без рассмотрения вопроса о целях и задачах общего образования в области информатики. Разработка дидактических и методических принципов построения курса требует анализа специфики как образовательной области информатики, так и существующих условий обучения информатике в школе. Нормативное описание содержания, а также разработка учебной литературы требует построения системы основных понятий курса. Кроме того, согласно известному в дидактике принципу взаимозависимости содержания и методов преподавания учебной дисциплины необходимо параллельно с содержанием курса разрабатывать основы методики его преподавания. Требование повышения сбалансированности содержания курса по основным содержательным линиям приводит к необходимости проведения сравнительного анализа созданного курса с другими вариантами курса информатики, разработанными другими авторами.
Таким образом, задачи исследования представляются следующим списком:
Исследовать проблему целей обучения информатике в школе.
Разработать систему дидактических и методических принципов построения базового курса информатики (БКИ).
Построить систему основных понятий БКИ.
Спроектировать содержательную структуру БКИ.
Разработать основы методики преподавания БКИ.
Спроектировать структуру и содержание учебно-методического комплекса БКИ.
Доказать выполнение принципа сбалансированности по основным содержательным линиям разработанного базового курса информатики.
Методологическая основа и методы исследования. Методологическая основа исследования — фундаментальные работы в области философии образования и методологии психолого-педагогической науки (Бабанский Ю.К, Гершунский Б.С., Давыдов В.В., Загвязинский В.И., Краевский В.В., Лернер И.Я., Скаткин М.Н., Рубцов В.В., Шахмаев Н.М.), содержания общего образования (Леднев B.C., Краевский В.В.); создания и
использования средств обучения (Беспалько В.П., Зуев Д.Д., 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., Лес-невский А.С., Пейперт С, Роберт И.В.)
Для решения задач исследования использовались следующие методы:
теоретический анализ и синтез при исследовании и обобщении литературных источников, при разработке концепции исследования, при обосновании методики конструирования содержания общеобразовательного курса информатики;
методы системного анализа при формировании системы понятий базового курса информатики;
методы моделирования при построении методической системы обучения базовому курсу;
методы математической статистики при сравнительном анализе различных учебников и учебных программ по информатике;
экспертно-аналитический метод оценки содержания учебного курса;
экспериментальная работа с учащимися школ и с учителями информатики в процессе апробации разработанного курса и методики его преподавания.
Научная новизна исследования состоит в том, что в нем впервые решается комплекс научно-методических задач построения базового курса информатики, ориентированного на основную школу (7-9 кл.), обеспечивающего требования образовательного стандарта, являющегося фундаментом в системе непрерывного образования в области информатики, полноценно решающего три основные задачи общего образования: формирование научного мировоззрения учащихся, интеллектуальное развитие учащихся, получение учащимися необходимых практических навыков.
Теоретическая значимость проведенного исследования состоят в следующем:
на основе анализа содержания образовательной области информатики выделены общеобразовательные компоненты;
разработана и обоснована система понятий, ориентированная на приоритет фундаментальной составляющей в содержании базового курса информатики;
разработана система дидактических и методических принципов построения базового курса информатики;
разработана структура комплекса учебно-методического обеспечения базового курса информатики; определены основные требования к ее компонентам;
разработана методика преподавания базового курса информатики.
Практическая значимость исследования заключается в том, что
на его основе и под руководством автора диссертации теоретически разработан, создан и апробирован базовый курс информатики для 7-9 классов общеобразовательной школы;
при активном участии автора диссертации теоретически разработан, создан и практически реализован учебный курс методики преподавания информатики в школе для педагогических вузов;
под руководством автора диссертации теоретически разработан, создан и практически реализован профильный курс информатики для 10-11 классов общеобразовательной средней школы, являющийся прямым продолжением базового курса, построенный на основе тех же дидактических и методических принципов, что и базовый курс.
Практическая значимость состоит также в массоьом использовании в практике общеобразовательных учреждений разработанных под руководством или при активном участии автора и изданных массовым тиражом:
учебной программы по базовому курсу информатики для 7-9 классов средней школы;
учебника по базовому курсу информатики для 7-9 классов, рекомендованного Министерством образования РФ (1998 - 2001);
задачника-практикума по информатике для 7—11 классов, рекомендованного Министерством образования РФ (1999 - 2001);
методического пособия для учителя информатики «Преподавание базового курса информатики в средней школе» (2000);
учебника по методике преподавания информатики для педвузов, рекомендованного Министерством образования РФ (2001);
учебника по профильному курсу информатики для 10-11 классов.
На зашиту выносятся следующие основные положения:
1. Системообразующим понятием базового курса информатики, полноценно решающего основные задачи общего образования, должно выступать понятие информации. Понятие информации является центральным понятием курса по определению предмета информатики. Курс следует строить так, чтобы реализация данного принципа была отчетливо видна во всех компонентах его обеспечения. Любая тема должна выстраиваться та-
ким образом, чтобы было ясно видно, какое отношение она имеет к понятию информации; к представлению информации; к хранению, обработке или передаче информации.
Система научно-методических принципов построения базового курса информатики должна включать в себя как общи і положения дидактики, так и положения, учитывающие специфику содержания информатики и условия ее преподавания. К числу принципов, положенных в основу построения курса, относятся: принцип научности, деятельностный подход, принцип единства содержания и методов обучения, принцип историзма, принцип системного подхода, принцип инвариантности к аппаратным и программным средствам, принцип ориентации на многоуровневое изучение, принцип сбалансированности по основным содержательным линиям, принцип наследования, принцип развития навыков самообучения, методический подход «виртуального исполнителя» (при изучении информационных технологий).
Нормативное описание содержания базового курса информатики должно быть построено по принципу трехуровневой иерархии. Первый уровень структуры составляет перечень содержательных линий курса. Перечень содержательных линий должен быть инвариантным; названия содержательных линий должны отражать наиболее общие понятия информатики, которые затрагиваются при изучении курса по любому варианту программы. Содержательные линии должны быть сквозными по отношению к учебному курсу, т.е. не сводится к отдельным темам. Содержательные линий должны допускать разный уровень наполнения, быть перспективными в плане отражения развития предметной области во всех основных направлениях.
Каждая содержательная линия подразделяется на тематические линии -второй уровень структуры. Тематическая линий может носить сквозной характер для всего курса, но может быть и локальной, т.е. излагаться в отдельном разделе программы (учебника).
Третий уровень детализации содержания курса - это перечень отдельных тем, вопросов, понятий, изучаемых в рамках каждой тематической линии. Это локальные учебные темы, излагаемые в отдельном разделе учебника, изучаемые на одном или нескольких последовательных уроках.
4. Нормативное описание итоговой системы знаний и умений учащихся
по базовому курсу информатики целесообразно дифференцировать по двум
уровням усвоения учебного материала: минимальному и углубленному.
5,. Наиболее целесообразный состав учебно-метооического комплекса базового курса информатики включает в себя учебник, задачник-практикум, методическое пособие для учителя, учебную программу и приложения. Теоретическое содержание курса в инвариантной форме излагается в учебнике. Содержание учебника должно быть ориентировано на два уровня изучения за счет двухчастной структуры: основная часть и дополнение к основной части. Материал для практической работы выносится в задачник-практикум. За счет широкого спектра тем и дифференциации заданий по уровням сложности, задачник-практикум позволяет реализовать многоуровневое изучение курса. Учебная программа должна ориентировать процесс обучения как минимум на два варианта учебного плана (в работе построены программы, рассчитанные на 68 и 136 часов). Основная ориентация содержания пособия для учителя - реализация системной методики обучения, раскрытие методических подходов к изложению фундаментального содержания курса, методическая помощь в организации практической работы учащихся, дидактические материалы для реализации модульно-рейтинговой технологии обучения базовому курсу. Одной из реализованных форм приложения является структурированный конспект, отражающий содержание базового курса в форме схем и таблиц.
6. Использование выделенных дидактических и методических принципов построения базового курса информатики позволило разработать курс, в котором основные содержательные линии представлены в достаточно сбалансированном соотношении. Вопрос о «весе» каждой содержательной линии решается путем анализа учебной программы (временная составляющая) и текста учебника (объемно-знаковая составляющая). Вывод об улучшении сбалансированности исходит из сравнительного анализа авторского курса с курсами информатики других авторов школьных учебников.
Разработанный подход реализован в целом ряде учебно-методических изданий, которые также можно рассматривать как предмет защиты. К их числу относятся издания, составляющие учебно-методический комплекс базового курса информатики, а также учебник для педвузов по методике преподавания информатики.
Апробация результатов работы
Теоретические положения и результаты исследования внедрены в практику обучения в виде подготовленных и изданных учебных программ, регионального образовательного стандарта, учебников, учебных и методических пособий, методических статей для обучения базовому курсу информатики в
школе, курсу методики преподавания информатики в педагогических вузах, курсу информатики для старших классов гуманитарного профиля. Они излагались и были одобрены на следующих международных, республиканских и региональных совещаниях, конференциях, симпозиумах, семинарах:
- республиканской конференции «Региональные проблемы информатизации
образования» (Пермь 1993, 1999 г.г.);
всероссийской научно-методической конференции «Информатика и информационная культура в современной школе». (Самара, 1994,1995 г.г.);
всероссийской и международной конференции-выставке «Информационные технологии в образовании» (Москва 1994, 1998, 1999, 2000, 2001 г.г.);
региональной научно-практической конференции "Информатизация образования -95" (Ставрополь, 1995);
международной конференции «Euro Education» (Дания, Аалборг, 1998 г.);
межрегиональной научно-практической конференции преподавателей математики и информатики (Иркутск, 2001);
теоретическом семинаре в лаборатории теории и методики преподавания информатики ИОСО РАО (Москва, 2002);
лекционных и семинарских занятиях со слушателями повышения квалификации при ИПКРО (Н.Тагил, 1999, 2000 гг; Самара 1999 г; Челябинск 2000 г; Магнитогорск, 2000; Иркутск, 2001; Омск - 2002; Липецк - 2002; Пермь 1993-2002).
Материалы исследования используются автором при чтении курса лекций по методике преподавания информатики для студентов механико-математического факультета Пермского госуниверситета (1996 - 2002 гг) и Пермского регионального института педагогических информационных технологий (1998 - 2002 гг).
.Эволюция целей обучения информатике в общеобразовательной школе
Предыстория школьной информатики. Проникновение информатики в отечественную систему образования началось с высшей школы. С началом распространения ЭВМ в науке и производстве (50-е, 60-е годы XX столетия) на ряде специальностей вузов начинается изучение программирования для ЭВМ. Поначалу это были специальности лишь физико-математического и технического профиля. Очевидно, что задачей такого обучения ставилось достижение необходимого уровня профессиональной подготовки в области использования ЭВМ по профилю специальности, получаемой выпускником вуза. С появлением в вузах специальностей и целых факультетов, ориентированных на информатику и компьютерную технику (например, специальность «Прикладная математика» в университетах) создается система обучения по подготовке широко образованных специалистов в области информатики, обладающих глубокими фундаментальными знаниями, а также подготовленных к применению этих знаний в различных прикладных областях. В программы обучения включаются такие предметы, как «Дискретная математика», «Численные методы», «Исследование операций», «Кибернетика» (общая и прикладная), «Математическое моделирование», «Архитектура ЭВМ» и др.
В среднюю школу информатическое образование начинает проникать в 60-х годах в связи с проводимой в ту пору в СССР школьной реформой, ориентированной на политехнизацию среднего образования. В стране появляются школы с математической специализацией, в которых предусматривается предпрофессиональная подготовка вычислителей-программистов. Широкую известность в тот период получил опыт работы в этом направлении С.И.Шварцбурда [208, 209, 210] в московской школе №425. На основе данного опыта и опыта других школ в 1961 году Министерство просвещения РСФСР утвердило учебный план, программы изучаемых дисциплин, квалификационную характеристику выпускников по данной специализации [209]. Программа обучения включала два предмета: «Математические машины и программирование» и «Вычислительная математика». Автор настоящей диссертационной работы сам проходил обучение по данной программе с 1961 по 1964 г.г. в средней школе №102 г.Перми. Базовой организацией являлся Вычислительный центр Пермского госуниверситета.
В середине 60-х годов в среднюю школу вводится система факультативных занятий. В частности, ставилось целью совершенствования через эту систему школьного математического образования и его приложений. В перечень рекомендованных школе факультативных курсов были включены избранные темы: «Системы счисления и арифметические устройства ЭВМ» (7 класс), «Алгоритмы и программирование» (8 класс), «Основы кибернетики» (9, 10 классы), «Языки программирования» (10 класс). Решение методических проблем, связанных с преподаванием перечисленных факультативных курсов, нашли отражение в работах В М.Монахова [104,105,106], И.Н.Антипова [3, 4], В.С.Леднева и А.А.Кузнецова [76, 74, 72, 86, 88, 87], В.Н.Касаткина и др. [63, 59, 60, 62], М.П.Лапчика [80, 82, 83] в ряде других разработок.
Следует признать, что в школьной практике преподавание перечисленных факультативов не нашло широкого распространения прежде всего из-за отсутствия достаточного числа подготовленных преподавателей, а также проблем с доступом к вычислительной технике.
В 70-х годах в советской школе внедряется организация производственного обучения старшеклассников через систему учебно-производственных комбинатов - УПК. В том числе осуществляется подготовка по специальностям, связанным с обслуживанием и применением вычислительной техники: оператор ЭВМ, оператор устройства подготовки данных для ЭВМ, электромеханик по ремонту и обслуживанию внешних устройств ЭВМ, регулировщик электронной аппаратуры, программист-лаборант, оператор вычислительных работ.
Первые подходы к концепции общеобразовательного курса. С появлением в 70-х годах микропроцессорной техники перспектива компьютеризации школы приобретает реальные очертания. Академик А.П.Ершов писал по этому поводу: «Сейчас, после появления микропроцессоров, вопрос о том, быть или не быть ЭВМ в школе, уже становится схоластикой. ЭВМ уже есть в школах и будут приходить туда в нарастающих количествах, и от нас требуется очень активная интеллектуальная и организационная работа, чтобы придать этому процессу управляемый и педагогически мотивированный характер» [31, с.64].
Во второй половине 70-х годов активизируются исследования по проблеме внедрения ЭВМ и программирования в школу. Одним из ведущих центров таких исследований и их практического применения становится новосибирский Академгородок, ВЦ СО АН СССР. Здесь под руководством А.П.Ершова, при активном участии Г.А.Звенигородского, Ю.А.Первина разворачивается деятельность «сибирской группы школьной информатики». Отдел информатики ВЦ СО АН СССР стал инициатором и центром проведения Всесоюзных заочных олимпиад школьников по информатике, организатором летних школ юных программистов и других форм работы с учащимися, в том числе и раннего подросткового возраста (А.П.Ершов, Г.А.Звенигородский, Ю.А.Первин, Н.А.Юнерман и др. [32, 45]). Г.А.Звенигородский возглавил разработку первой отечественной специализированной программной системы, ориентированной на школьный учебный процесс - системы «Школьница». Результаты деятельности сибирской группы имели большое значение для последующей разработки концепции и содержания общеобразовательного курса информатики.
Своеобразным манифестом сибирской группы школьной информатики стала публикация «Школьная информатика (концепция, состояние, перспективы)», вышедшая в 1979 году [33]. В ней отражены взгляды авторов на проблемы содержания, методики преподавания, всех компонент обеспечения общеобразовательного школьного курса. В частности, по поводу целей, в концепции говорится об ориентации на развитие определенного стиля мышления учащихся, определенных навыков умственной деятельности «наиболее явно обнаруживаемых сегодня у профессиональных программистов». К числу таких навыков относятся:
- умение планировать структуру действий, необходимых для достижения заданной цели при помощи фиксированно о набора средств;
- умение строить информационные структуры для описания объектов и систем;
-умение организовать поиск информации, необходимой для решения поставленной задачи;
- дисциплина и структурированность языковых средств коммуникаций;
- привычка своевременно обращаться к ЭВМ при решении задач из любой области;
- технические навыки взаимодействия с ЭВМ.
Основы научного подхода к определению места, целей и содержания информатики в системе общего образования
Основные факторы содержания образования. В педагогической науке проблема содержания образования (как в целом, так и по отдельным образовательным областям) решается, исходя из следующей трактовки понятия «образование»: образование — процесс развития и становления трех составляющих личности человека: развитие функциональных механизмов психики, усвоение опыта личности, воспитание типологических свойств личности. Таким образом, понятие образования раскрывается как образование личности.
В последние годы на первый план выдвигается именно личностный аспект образования, в отличие от общественного аспекта, который превалировал в советской педагогике. Образование - триединый процесс, объединяющий обучение, развитие, воспитание. Процесс обучения непосредственно направлен на усвоение учащимися опыта, при этом воспитание и развитие осуществляются опосредованно.
Определяющим обстоятельством для структуры общего образования является «исторически осознанная необходимость формирования качеств личности, не зависящих от конкретных предметов деятельности» [85]
Содержание общего образования определяется, исходя из двух факторов:
структуры деятельности;
структуры объекта изучения. Применительно к общему образованию в первую очередь речь должна идти о видах деятельности, инвариантных предмету, относящихся к базисной стороне образования. К ним относятся:
познавательная деятельность (сфера - наука);
ценностно-ориентировочная (мораль, этика);
преобразовательная (практика, трудовая деятельность);
коммуникативная (социальные коммуникации);
эстетическая (искусство);
физическая (физкультура, спорт) Согласно деятельностной концепции образования (Л.С.Выготский, П.Я.Гальперин, В.В.Гузеев, В.В.Давыдов и др.), становление личности учащихся происходит в процессе их деятельности. Для школьников ведущим видом деятельности является учение. Следовательно, учебная деятельность школьника должны включать в себя все перечисленные выше инварианты.
Процесс учебной деятельности школьников в значительной своей части связан с работой с информацией. Прежде всего, это относится к познавательной и коммуникативной составляющей. Обучение навыкам организации работы с информацией — важная задача общего образования. Эта задача носит общий характер. Поэтому можно говорить об информационном виде деятельности, как о деятельностном инварианте. Информационная деятельность - важная составляющая учебной и будущей практической деятельности выпускника школы. Информационная деятельность человека сводится к осуществлению основных видов информационных процессов: хранению, передаче и обработке информации. С появлением современных средств информационных технологий она приобрела особую интенсивность и значение. Внедрение компьютерных информационных технологий в учебный процесс интенсифицирует и расширяет границы некоторых видов деятельностных инвариантов: познавательного, коммуникативного и др.
Из сказанного следует вывод о том, что исходя из деятельностной концепции, в содержании общего образования должно быть включено обучение методологии работы с информацией (организации, систематизации, поиску информации), а также умению использовать средства компьютерных информационных технологий.
Второй важнейший фактор, определяющий содержание общего образования - структура объекта изучения. По этому поводу у В.С.Леднева сказано: «Предметной областью общего образования, не имеющего в познавательном смысле предельных ограничений, выступает вся объективная реальность, включая и самого человека» [85, с.84].
Структура окружающей человека действительности отражена в предметной структуре научного знания. Поэтому определение содержания общего образования должно отталкиваться от общепризнанной структуры наук. «Установлению того, что должно составлять содержание всестороннего образования, может послужить рассмотрение методологически правильно обоснованной классификации наук»- отмечал М.Н.Скаткин [192, с.78].
Специфика и сложность такого подхода к определению содержания школьного образования состоит в том, что нереально ставить целью изучение основ всех наук. Следует исходить из стратегической задачи: формирования научного мировоззрения учащихся. Поэтому в содержании школьного образования должны найти отражения только те стороны научного знания, которые имеют мировоззренческое значение, доступны для понимания учеников и складываются в единую систему знаний - основу мировоззрения. Соблюдение такого подхода является сутью фундаментальности общего образования.
Вместе с тем, важным моментом для общего образования является практическая ориентация обучения. Существенными составляющими результатов образования является система умений и навыков, приобретаемых учащимися. Это обстоятельство связано и с деятельностным принципом обучения, и с решением задачи подготовки учащихся к практической деятельности после окончания школы.
Какое место занимает предмет исследования информатики в системе современных научных знаний? Этот вопрос решается в работах Н.Н.Моисеева, А.П.Ершова, В.С.Леднева, А.А.Кузнецова и других ученых. Их выводы сводятся к следующему. Структура материального мира представляется в виде иерархического ряда объектов и систем, начиная от элементарных частиц, атомов, молекул и т.д. до звезд, галактик и пр. космических систем. На молекулярном уровне в этом ряду возникает ответвление - формируется линия живой природы: живая клетка, растительный и животный мир, человек, общество. Еще одним ответвлением уже в этом ряду являются продукты деятельности человека: технические и живые системы. Если придерживаться научного представления о том, что информатика изучает процессы получения, передачи, преобразования, хранения и использования информации, т.е. информационные процессы, то ответ на поставленный выше вопрос о предметной области информатики следующий: это вся живая природа, т.е. биологические объекты, человек, общественные системы и технические системы (информационная техника). Информатика не изучает материальную природу этих систем - это предмет биологии, антропологии, общественных дисциплин и пр., информатика изучает информационные процессы, происходящие в этих системах. Академик Н.Н.Моисеев отмечает: «Информатика ... буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе» [103, с.34].
Источники содержания курса и методические подходы
Первый уровень представления системы знаний, который будет нами рассмотрен, приведен на рис.3.3. Данная схема не является учебным материалом. Ее скорее можно назвать планом конструирования содержания базового курса информатики, в рамках данного исследования. Схема обладает следующими свойствами, отражающими основные положения методики построения курса.
1. Вершинами графа являются основные понятия, раскрываемые в содержании курса.
2. Стрелки (ребра) указывают на логическую последовательность раскрытия понятий курса. Поэтому отношение «исходный-порожденный» следует интерпретировать как связь между понятиями, используемыми в определении и определяемым понятием.
3. Данный граф представляет собой сеть с корневым элементом. Единственной корневой вершиной (т.е. не имеющей исходных) является «Информация». Это обстоятельство иллюстрирует базовый принцип методики о том, что системообразующим понятием курса является понятие информации. Граф полностью связанный. К любому некорневому элементу есть путь (пути) от корня — информации. Сетевая топология схемы иллюстрирует взаимосвязанность всех содержательных линий, исходящих от корневой вершины «информация».
4. Вершины, расположенные в верхней половине графа, относятся к фундаментальным понятиям базового курса. Нижняя половина содержит прикладные понятия (объекты, темы). Таким образом, граф в явном виде отражает связь между теоретической и прикладной частью курса. Это обстоятельство иллюстрирует первый принцип признак базового характера курса: в основе курса лежат фундаментальные знания из научной области информатики (науки об информации и информационных процессах);
5. Сеть на рис.3.3. имеет конечные элементы, т.е. элементы, не имеющие порожденных. На схеме они выделены заливкой. Конечные элементы обозначают ряд понятий, относящиеся к приложениям информатики: компьютерная графика, численный эксперимент, информационные системы и пр. На схеме эти элементы далее не детализируются, хотя в базовом курсе определенные сведения по этим темам будут присутствовать. Дальнейшая детализация сделала бы схему чересчур громоздкой. Кроме того (и это главное), выделенные конечные элементы обозначают выходы из базового курса на различные варианты продолжения информатического образования в форме профильных курсов в старших классах или специализированных курсов профессионального обучения. Это обстоятельство иллюстрирует второй признак базового характера курса: данный курс является базой для продолжения образования в области информатики, а также для будущей практической деятельности учащихся в информационной среде современного общества.
Подведем итог выполненной выше разработки принципов построения содержания базового курса информатики. Обозначим правила, которых будем придерживаться в последующих разделах работы.
1. Первая цель последующих разделов данной главы диссертации — в дальнейшей детализации содержательной структуры базового курса, описанной в разделе 2.7. Теперь детализация будет происходить на третьем уровне -уровне тем, вопросов, понятий.
2. Вторая цель - построение содержания каждой тематической линии. Описание процесса построения будет производиться по единому плану, состоящему из следующих пунктов:
- теоретическое содержание
- практическое содержание
- граф системы знаний
В тех разделах, где автор считает необходимым проанализировать подходы к изложению темы в существующих школьных учебниках информатики, будет присутствовать еще один пункт:
- подходы к раскрытию темы в учебной литературе {принцип на следования)
3. Третья цель - в формулировке требований к знаниям и умениям учащихся в результате изучения базового курса информатики. Для каждой тематической линии эти требования должны быть дифференцированы по двум уровням обучения: минимальный-обязательный и углубленный уровень {принцип многоуровневости).
4. Использование принципа научности в построении содержания базового курса проявляется, прежде всего, в построении научно-обоснованной системы знаний для каждой тематической линии в разделе «теоретическое содержание».
5. Использование деятелъностного подхода проявляется в четкой формулировке в разделе «практическое содержание» перечня умений, которые должны приобрести учащиеся, изучив данную тему.
6. Использование принципа системности проявляется, во-первых, в следовании системной методике построения содержания базового курса, в основе которой лежит схема на рис.3.3; во-вторых, в разработке системных средств отображения содержания курса, представленных в разделах «граф системы знаний». Совокупность этих графов образует единую иерархическую структуру знаний курса {логическая схема структурно-методического типа) с корнем в вершине «Базовый курс информатики».
7. Использование принципа инвариантности проявляется в отсутствии привязки содержания базового курса к конкретным моделям ЭВМ, версиям программного обеспечения общего назначения, а также к конкретным учебным программным продуктам.
8. Построение содержания базового курса происходит с расчетом на определенный период изучений: 7 — 9 классы, с учетом психоинтеллектуальных особенностей этого возраста. В частности, это проявляется в рекомендациях использования определенных методических приемов: метода аналогии, метода наглядности, индуктивного подхода к раскрытию общих понятий и пр.
9. Решение поставленной задачи построения основ методики преподавания базового курса происходит не только путем раскрытия общеметодических принципов, сформулированных выше, но также и путем описания логики изучения отдельных тем и понятий курса и методических рекомендаций по организации практической работы учащихся. В связи с этим стиль некоторых материалов в последующих разделах близок к методическим указаниям. Тесная связь между содержанием и методикой школьного курса уже подчеркивалась раньше.
