Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ КУРСОВ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАТИКИ
1.1. Место информатики как учебной дисциплины в современной общеобразовательной школе 11
1.2. Тенденции в области образования. Перспективы и возможности курса информатики на современном этапе 15
1.3. Интеграция и развитие научного познания 22
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ' ИНТЕГРИРОВАННОГО КУРСА НА ОСНОВЕ ИНФОРМАТИКИ В РАМКАХ ТЕОРИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
2.1. Некоторые аспекты прогнозирования в области образования 27
2. 2. Формирование системы задач объекта 34
2.3. Анализ прогнозируемого объекта 43
2.3.1. Теоретические аспекты анализа прогнозируемого объекта 43
2. 3.2. Анализ прогнозного фона: интеграционные связи информатики 53
2. 3. 3. Анализ существующих интегрированных курсов 65
2.3.4. Определение основных функциональных звеньев прогнозируемой структуры интегрированного курса 88
2.4. Основные содержательные аспекты функциональных звеньев прогнозируемой структуры
2.4.1. Системные основы: роль системного знания и место системного подхода в современном научном познании, интегральное измерение явлений. 92
4.2. Организация семантической сети как инструмент познания 108
2. 4.3. Моделирование 110
2. 4. 4. Алгоритмическое представление 111
2.4.5. Компьютер как инструмент познания: не которые практические аспекты использования баз данных, крупноформатных электронных таблиц, экспертных систем и средств мультимедиа 114
2. 4. б. Компьютеры и конструктивистские модели обучения 124
2. 4. 7. Методологические основы интегрированного курса информатики 127
2.4.8. Блок постановки задач 131
2.4.9. Блок развития объекта 133
2.5. Моделирование прогнозируемого объекта 134
2. 5.1. Теоретические аспекты моделирования в рамках теории прогнозирования 134
2.5.2. Построение предпрогнозных графов 137
2. 5.3. Некоторые аспекты синтеза знаний и построение прогнозного графа 145
2. 5. 4. О результатах педагогического эксперимента, проведенного в целях исследования влияния интегрированного обучения на развитие продуктивного мышления учащихся 149
2.5.5. О проблеме верификации 151
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОЙ СТРУКТУРЫ ИНТЕГРИРОВАННОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ
3.1. Проблема перехода к интегрированным курсам в обучении как проблема появления нового 153
3.2. Исследование целостного объекта как сложной системы. Взаимное влияние структурного целого и элементов 157
3.3. О развитии полученной структуры курса 157
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 172
ЛИТЕРАТУРА 174
- Место информатики как учебной дисциплины в современной общеобразовательной школе
- Некоторые аспекты прогнозирования в области образования
- Проблема перехода к интегрированным курсам в обучении как проблема появления нового
Введение к работе
Диссертация посвящена проблеме построения интегрированных курсов информатики как основной формы продолжения базового образования в области информатики и профильного обучения, дифференцированного по объему и содержанию в зависимости от интересов и направленности допрофессиональной подготовки школьников.
Указанной проблемой занимались В. К. Белошапка, С. А. Бешен-ков, А. Г. Гейн, С. Г. Григорьев, А. А. Кузнецов, А. С. Лесневский, Е. К. Хеннер, А. П. Шестаков и др. , однако остаются неразрешенными следующие противоречия, определяющие актуальность исследования.
В настоящее время все еще преобладает технократический подход к курсу информатики, противоречащий общему направлению образования на его гуманизацию, поэтому необходима дальнейшая работа по совершенствованию структуры и содержания школьного курса информатики.
Рассмотрение материала из области образовательной информатики показывает, что перспективы ее развития связываются с интеграцией. В отношении содержания интегрированных курсов накоплен значительный опыт, однако, форма преподавания остается все еще традиционной, приемлемой для преподавания одной конкретной дисциплины.
На сегодняшний день не существует единой концепции построения интегрированных курсов.
Таким образом, наблюдается противоречие между формой и содержанием, которое разрешается в определенный момент, когда данному содержанию начинает соответствовать какая-то форма, структура. В нашем случае, это структура учебного курса.
Встает необходимость смены формы или содержания, что приводит к новому качеству либо формы, либо содержания. Отсюда формируется проблема, состоящая в построении единой структуры интегрированного курса, на основе которой преподаватели различных направлений могли бы создавать авторские версии, максимально используя при этом возможности информатики, богатство личного опыта и основываясь на принципе научности.
3. Современная теория прогнозирования, позволяет научно предвидеть различные явления и процессы в природе, обществе, технике.
Однако, при наличии мощного методологического аппарата прогнозирования не существует конкретных методик применения рассматриваемой теории для проектировании интенсивно развивающихся учебных курсов.
Все это определяет целесообразность проектирования структуры и содержания интегрированного курса информатики на осноеє ключевых положений теории прогнозирования.
Объект исследования - процесс обучения информатике в средней школе.
Ш^Д**^ исследования - структура и содержание интегрированного курса информатики в классах различной профессиональной ориентации средних общеобразовательных щкол, лицеев, гимназий.
Цель исследования - разработать модель структуры и содержания интегрированного курса информатики различной профессиональной ориентации.
Гипотеза, исследования : если применить методологию совре- - 7 -менной теории прогнозирования к проектированию интегрированного курса, то можно определить перспективы дальнейшего развития курса информатики и на основе этого создать единую структуру интегрированного курса, не противоречащую всеобщей схеме информатизации, основанную на идеях формализации, структурном и системном подходах и обеспечивающую высокую эффективность обучения информатике в классах различной профессиональной ориентации.
Исходя из цели и гипотезы в работе ставились следующие задачи исследования:
Анализ перспектив развития информатики как образовательной области.
Анализ интеграционных связей информатики как научной области.
Анализ структур и содержаний существующих интегрированных курсов информатики различной профессиональной ориентации.
Разработка методики использования основных приемов прогнозирования в области образования на примере построения интегрированного курса информатики.
Построение графа структуры интегрированного курса информатики.
Проведение педагогического эксперимента в целях апробации основных положений, выдвинутых в диссертации.
Верификационное исследование полученной структуры интегрированного курса информатики.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в следующем:
1. Определены основные функциональные звенья и содержа- - 8 -тельные аспекты интегрированного курса информатики.
Построена модель единой структуры интегрированного курса информатики в виде графа, не противоречащая всеобщей схеме информатизации, основанная на идеях формализации, структурном и системном подходах и обеспечивающая высокую эффективность обучения информатике в классах различной профессиональной ориентации.
На примере информатики разработана и обоснована методика прогнозирования структуры и содержания интенсивно развивающегося учебного курса.
Показана возможность применения методологических основ моделирования, философского, системного и структурного подходов при проектировании и анализе учебных курсов.
Систематизирована информация об интеграционных связях информатики как науки в виде таблицы, содержание которой основано на методах, подходах и идеях как основных звеньях интеграции различных дисциплин.
Щяким&з&я значимость исследования состоит в том, что использование созданной модели единой структуры интегрированного курса информатики дало возможность педагогам-предметникам наполнять ее индивидуальным содержанием, что в конечном счете повысило эффективность преподавания не только информатики, но и других дисциплин в школе.
Апробация результатов. Основные положения и результаты исследования обсуждались на научных конференциях Нижнетагильского пединститута в 1995-1997 г.г., на кафедре информатики Уральского государственного педагогического университета (1996-1997), на региональном совещании-семинаре преподавателей педагогических вузов и учителей математики (1996), на курсах - 9 -повышения квалификации при областном Институте развития регионального образования (1995-1996), на областных семинарах учителей различной профессиональной направленности (1996-1997), на семинарах учителей г. Нижний Тагил Свердловской области.
Публикации. Основные результаты исследования нашли отражение в 4 публикациях.
Краткое содержание работы
Диссертация состоит из трех глав, заключения и введения.
Во введении представлены основные положения, выдвинутые в диссертации.
В первой главе "Основные предпосылки создания интегрированных курсов на основе информатики" содержится обзор основных предпосылок концептуального, статистического и функционального уровней.
Направляющим документом при рассмотрении информатики как учебной дисциплины явился Проект федерального компонента государственного образовательного стандарта по информатике (авторы Кузнецов А. А. , Лесневский А. С. , Бешенков С. А.).
Отмечено, что в основе профильного этапа обучения должна лежать взаимосвязь, т.е. интеграция различных предметов, и, следовательно, речь должна идти об интегрированных курсах.
При рассмотрении концептуального уровня предпосылок отводится место одной из форм интеграции знания - созданию междисциплинарных методов, теорий и направлений исследования.
Во второй главе м Проектирование структуры интегрированного курса на основе информатики в рамках теории прогнозирования" отмечается целесообразность ведения исследования в рамках - 10 -указанной теории, определеляются требования к объекту прогнозирования, условия его функционирования, строятся графы задач., рассматриваются основные аспекты прогнозирования, проводится анализ прогнозного фона.
Анализ прогнозного фона представляет собой детальное рассмотрение существующих интегрированных курсов. Для уточнения прогнозного фона систематизирована информация об интеграционных связях информатики как науки в виде таблиц.
В результате анализа определены основные функциональные звенья прогнозируемой структуры С"методологические основы", "системные основы", "моделирование", "алгоритмизация", "компьютер как инструмент познания", "блок постановки задач" и "блок развития объекта"), их содержательные аспекты.
Значительное место отводится системному подходу как в процессе обучения, так и при формировании структуры курса.
Построены предпрогнозные графы, задающие основные тенденции развития объекта по различным направлениям.
В результате синтеза информации и в соответствии с выделенными ранее функциональными блоками построен окончательный прогнозный граф структуры интегрированного курса информатики.
Приведены данные педагогического эксперимента по оценке эффективности интегрированного преподавания.
В третьей главе "Анализ полученной структуры интегрированного курса информатики" полученная структура проанализирована с точки зрения понятий части и целого, структуры и элемента, взаимного влияния элементов и структуры, особенностей развития структуры как целого. Внимание также акцентируется на рекурсивной организации полученной структуры учебного курса.
В заключении приводятся основные результаты исследования. _ -1 4 - J. JL
Место информатики как учебной дисциплины в современной общеобразовательной школе
В настоящее время информатика - одна из фундаментальных отраслей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации; стремительно развивающаяся и постоянно расширяющаяся область практической деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий.
Необходимо отметить, что информатика - наука очень молодая, ей не исполнилось и полвека. "Для науки это младенческий возраст. Поэтому не настало время написания полных, фундаментальных курсов, излагающих ее законы и методы." С50. Сб.]
В последнее время в рамках различных семинаров специалистов по преподаванию информатики выдвигаются идеи нового уровня понимания задач обучения школьников курсу информатики. Отмечается, что процесс становления информатики как фундаментальной методологической науки был обусловлен математикой, но, "вместе с тем, в информатике вырабатывались методологические подходы, проникновение которых в другие научные отрасли, в том числе и в математику, оказало существенное влияние на стиль и технику научных исследований. Больше того, информатика оказалась способной играть системообразующую роль в различных областях человеческой деятельности" С 88. С, 9. ]
Идеи нового подхода к курсу информатики были высказаны еще в 1988 году академиком Ершовым A. IL на международном конгрессе по математическому образованию (Будапешт, август 1988). Образовательная информатика определена как обширная номенклатура многих видов деятельности, пронизывающих всю систему образования в целом.
"Построение знаковых систем, схематизация конкретных объектов путем выделения их свойств, атрибутов и отношений, построение моделей, дедукция, редукция и рекурсивное мышление, выделение и поддержание уровней абстракции, прогнозирование поведения, анализ законов, установлений и правил, наконец, конструирование огромного количества алгоритмов и их оценка - 13 -все это становится оружием современного интеллекта, каркасом информационной культуры". [45. С. 27-28. ]
В настоящее время на территории России действует целый ряд авторских программ курса информатики, в соответствии с которыми разработаны учебные пособия. Заметное влияние в послед-нее время стал оказывать Проект федерального компонента госу-дарственного образовательного стандарта по информатике (авторы Кузнецов А. А., Лесневский А. С. , Бешенков С. А.) [105], в котором выделены основные содержательные линии данной образовательной области.
АВТОРЫ проекта в результате анализа опыта преподавания основ информатики и вычислительной техники, основываясь на новом понимании целей обучения информатике в школе, связанном с углублением представлений об общеобразовательном, мировоззренческом потенциале этого учебного предмета, пришли к необходимости выделения трех этапов овладения основами информатики и формирования информационной культуры на уровне школы.
Первый этап назван пропедевтическим СI - IV классы). Он связан с первоначальным знакомством с компьютером на основе простейших игровых и обучающих программ.
Второй этап (VII - IX) - базовый курс, обеспечивающий обязательный общеобразовательный минимум подготовки школьников по информатике. "Он направлен на овладение учащимися методами и средствами информационной технологии решения задач, формирование навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем профессиональной деятельности". [Там де. С. 3. ]
Содержательные линии базового курса отражают важнейшие аспекты общеобразовательной значимости информатики. К ним прежде всего относятся:
- мировоззренческий аспект, "связанный с формированием представлений о системно-информационном подходе к анализу окружающего мира, о роли информации в управлении, специфике самоуправляемых систем, общих закономерностях информационных процессов в системах различной природы" [Там же. С. 5.3;
- "пользовательский" аспект, связанный с формированием компьютерной грамотности школьников, подготовкой их к конкретной практической деятельности в условиях широкого использования информационных технологий;
- алгоритмический аспект, связанный в большей степени с развитием мышления школьников.
Наблюдения показывают, что перспективы базового курса информатики на сегодняшний день вполне сложились. Успех его будет зависеть от конкретных условий преподавания.
В содержание предмета периодически с некоторым упреждением вносятся коррективы, претерпевает изменения и сама технология преподавания, так как изучение предмета работает теперь на решение общеучебных задач.
Для нас наиболее интересен третий этап обучения информатике, выделяемый указанными выше авторами.
Он рассматривается как продолжение образования в области информатики в виде профильного обучения, дифференцированного по объему и содержанию в зависимости от интересов и направленности допрофессиональной подготовки школьников.
"В частности, для школ и классов математического профиля возможно углубленное изучение программирования и методов вычислительной математики" , для школ естественнонаучного профиля курс информатики можно связать с "применением компьютера -для моделирования, обработки данных эксперимента", для школ и гимназий гуманитарного профиля - "с представлением о системном подходе в языкознании, литературоведении, истории и т.п.". для сельских школ - с "формированием умений применять информационную технологию для решения задач организации и экономики сельскохозяйственного производства и т.д." [Там же. С. 5-6.3
В соответствии с этим, в основе третьего этапа обучения информатике должна лежать взаимосвязь, т.е. интеграция различных предметов, и, следовательно, речь идет о различных интегрированных курсах.
Некоторые аспекты прогнозирования в области образования
Прогнозирование означает специальное научное исследование, предметом которого выступают перспективы развития явления, в данном случае содержания школьного курса информатики. Понятие "прогнозирования" тесно связано с понятием "предуказания", которое подразумевает собственно решение проблем с использованием информации о зероятном будущем.
Предуказание выступает в формах целеполатания, планирования, программирования, проектирования, вообще решений. Делепо-лагание - это установление идеально предположенного результата деятельности. Планирование - проекция в будущее человеческой деятельности для достижения предустановленной цели при определенных средствах, преобразование информации о будущем в директивы для целенаправленной деятельности. Программирование в этом ряду понятий означает установление основных положений, которые затем развертываются в планировании, либо последовательности конкретных мероприятий по реализации планов. Проектирование - создание конкретных образов будущего, конкретных деталей разработанных программ. Эти термины могут быть определены и как процессы разработки прогнозов, целей, планов, программ, проектов. [93. С. 7-8.3
Научное прогнозирование сводится по существу к формирова нию вероятностных суждений о путях развития науки.
В области науки основными объектами прогнозирования являются состав актуальных перспективных проблем, возможные пути и эффективность их решения, потенциальные сферы использования научных достижений, вероятные сроки решения проблем, практическое применение, необходимое ресурсное обеспечение, структурные изменения в науке и т. д..
В выборе методов прогнозирования важным критерием является глубина упреждения прогноза. Если глубина упреждения укладывается в рамки эволюционного цикла, что характерно для данной работы,то действенными являются формализованные методы прогнозирования, в частности, построение моделей. Данная работа посвящена построению модели интегрированного курса "информатика - "другая" дисциплина".
Методологической основой педагогического прогнозирования является прежде всего диалектический подход к оценке развития педагогических систем, процессов, явлений, рассмотрение их в генетическом плане с учетом противоречивости и неравномерности развития, широкой социально-экономической детерминированности. [Там же. С. 346-348. ]
Сложность объектов прогноза в педагогике, самого процесса обучения и воспитания обусловливает ведущее место в методиках прогнозирования перспектив развития отдельных подсистем образования, системного подхода, углубленного анализа предпосылок и характера развития, критического отношения к нормативам. Период упреждения ограничивается здесь максимум 15 - 20 годами.
Среди методов разработки прогнозов в педагогике необходимо выделить:
- теоретические расчеты и моделирование развития каждой конкретной подсистемы и ее компонентов по этапам в виде описательных графических и математических моделей;
- опытно-экспериментальное моделирование,, когда отдельные элементы прогноза проверяются на практике (здесь прогнозирование во многом фактически сливается с поисковой экспериментальной научно-исследовательской работой);
- координационное уточнение прогнозов, их корректировка с позиций смежных наук.
Исключительно важным зтапом педагогического прогнозирования являются теоретическая обработка исходных данных., постановка целей и задач прогноза, уточнение понятийного аппарата, определение формы и вида конечного прогноза, особенностей использования поисковых и нормативных материалов (прогноз почти всегда выходит далеко за пределы официальных нормативов текущего периода).
В настоящее время в области педагогического прогнозирования развернута довольно широкая работа по различным общим направлениям и подсистемам образования, гзо, 361
Педагогическое прогнозирование представляет собой сложнейшую, фактически новую отрасль педагогики.
Предлагаемая модель интегрированного курса выступает в виде своеобразного предуказания. Предуказание как правило связано с описанием возможных или желательных перспектив, решений проблем будущего и с собственно решением этих проблем, с использованием информации о будущем для целенаправленной деятельности личности и общества.
Проблема перехода к интегрированным курсам в обучении как проблема появления нового
Проблему возможного перехода к интегрированным курсам в обучении можно рассматривать и как проблему появления нового. Рассмотрим с этой точки зрения основные аспекты, касающиеся нашей темы.
В задачи данной части работы также входит параллельное рассмотрение понятия "структуры" образовательного курса. На современном этапе становления информатики как образовательной области оно является, на наш взгляд, особенно важным, в отличие от содержания, в отношении которого уже накоплен опыт.
"Освещение философских закономерностей перехода от предшествующего качественного состояния к последующему зависит от того, что именно выбирается как объект изменения. Общее, не-расчлененное бытие или мир как множество отдельных предметов, появляющихся и исчезающих,- дилемма, которая обсуждалась уже древними философами. Если в первом случае наибольшее внимание привлекало противоречие между движением и покоем, то во втором - идея вечной смены состояний, перехода от одних конечных вещей к другим". [44. С. 99. ]
Эта идея смены состояния наиболее характерна и для настоящей работы: в ней конечные вещи из уже сложившихся дисциплин, взаимодействуя, переходят друг в друга, в результате чего может появляться новое знание.
По вопросу об общих закономерностях возникновения НОВОГО интересными кажутся размышления современных философов Серебрянникова 0. Ф. и Уемова А. И. [ 963, Славина А. В. [ 97], Елфи-мова Г. М. С 44].
Согласно данным авторам, первое условие, которое должно быть учтено - это представление объекта как сложного образования, расчлененного на взаимосвязанные части. Второе условие -анализ объектов, в которых можно было бы с достаточной достоверностью обнаружить динамику существующих отношений.
Применение теории прогнозирования, элементов системного подхода, теории моделирования вполне соответствовало, как нам кажется, этим условиям. При использовании этих теорий, смысл которых был уточнен ранее, выполняется требование связи философского и конкретного знания, в котором раскрывается смысл общефилософских положений, основных закономерностей объективной действительности.
Соотношения философского и системного подходов довольно сложны. С одной стороны, системный подход подчеркивает философское положение о всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости. С другой стороны, при системном подходе эта взаимосвязь, наполненная конкретным, вполне определенным содержанием, все же остается более специфичной, чем при философском, во всяком случае в рамках нашей задачи. Поэтому системный подход был предпринят для построения ПРОГНОЗНОЙ модели структуры конкретного интегрированного курса, в частности, курса информатики, а философский подход будет использован для выяснения проблемы возникновения такой структуры как новой.
Перед тем, как перейти к анализу полученной "новой" спрогнозированной структуры интегрированного курса информати - 155 -ки, стоит сделать некоторые теоретические замечания относительно основных понятий, которые будут активно использоваться далее - "форма", "структура" и "содержание".
Гегель, описывая отношения мелду формой и содержанием, обращал внимание на их неразрывный характер: "Форма и содержание представляют собой пару определений, которыми рефлектирующий рассудок часто пользуется и преимущественно так, что содержание рассматривается им как существенное и самостоятельное, а форма, напротив, как несущественная и несамостоятельная. Против этого следует, однако, заметить, что на деле оба одинаково существенны и что нет бесформенного содержания, точно так же как нет бесформенного вещества..." [33. С. 298-299. ] Здесь подчеркивается сложный и целостный характер объектов и одновременно проводится идея о невозможности существования простых элементов, некоторого нерасчленеиного начала.
Современная философия дает следующее толкование. "Форма -философская категория, выражающая: а) способ существования определенного содержания в его различных модификациях; б) внутреннюю организацию содержания, его структуру; в) внешний облик предмета, внешнюю форму как продолжение внутреннего единства формы и содержания. Отрыв формы от содержания и ее абсолютизация неминуемо приводят к формализму". [99. 0.84.1
"Содержание - философская категория, выражающая внутреннее единство всех элементов, сторон, свойств и т. п. в их взаимодействии, образующих данный предмет. Тесно связано с формой; в их единстве содержание представляет наиболее подвижную динамичную сторону целого. Противоречие между формой и содержанием, которое существует всегда, на определенном этапе разрешается: происходит "сбрасывание" старой формы и переделка старо - 156 -го содержания, возникает новая форма, адекватная изменившемуся содержанию. Последнее может использовать и старые формы, но, как правило, в измененном виде и приспособленные к новым условиям". [Там же. С. 71.3
Этому противоречию вполне соответствуют современные тенденции в развитии курса информатики. Для него характерно весьма частое "сбрасывание" форм и наполнение в связи с этим новым содержанием. Постепенно школьная информатика прошла путь от дисциплины, изучающей приемы алгоритмизации и программирования, к дисциплине мировоззренческой, а авторы данной работы в перспективе предполагают следующий этап - этап интеграции.
Наряду с понятием "форма" используется также понятие "структура" в значении внутренней организации явлений.
"Структура - общенаучное понятие, выражающее совокупность устойчивых связей объекта, которые обеспечивают его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях. В современной науке обычно соотносится с понятиями функции, системы, организации и служит основой для развертывания структурно-функционального анализа". [Там же. С. 74. ]
