Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ 23
1.1. Развитие методической системы обучения 23
1.2. Методология исследования: определение понятий "методическая теория" и "методическая теория задач по информатике" 29
1.3. Элементы концептуального базиса методической теории обучения информатике 45
1.3.1. Понятийный аппарат исследования, относящийся к понятию "информатика" 46
1.3.2. Понятийный аппарат исследования, относящийся к теории задач 74
1.3.3. Понятие "метод обучения", классификация методов обучения и специальные методы
обучения информатике 82
1.4. Концептуальный каркас методической теории обучения информатике 108
1.5. Логика методической теории обучения информатике 113
Выводы по главе 1 122
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И РАЗВИТИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОБУЧЕНИЯ ФУНДАМЕН ТАЛЬНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА ИНФОРМАТИКИ 127
2.1. Фундаментализация образования как фактор развития содержания обучения информатике 127
2.1. 1. Компоненты оснований информатики 128
2.1.2. Фундаментальность образования в
области информатики 137
2.2. Уточнение содержания обучения фундаментальным разделам курса информатики 146
2.2.1. Основные компоненты содержания обучения фундаментальным разделам курса информатики . . 151
2.2.2. Отбор содержания обучения основам семиотики 175
2.2.3. Математические основания информатики как элемент содержания обучения 189
2.2.4. Взаимосвязь математических оснований информатики с содержанием курсов "Элементы диск
ретной математики" и "Теория алгоритмов" .... 210
2.3. Использование логико-семиотического анализа для коррекции содержания обучения фундаментальным разделам курса информатики 216
2.4. Классификация задач по информатике в фундаментальной подготовке 226
Выводы по главе 2 235
ГЛАВА 3. СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ НАДСТРОЙКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МЕТОДИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ 240
3.1. Цели обучения 240
3.2. Содержание обучения 247
3.2.1. Концептуальные линии 248
3.2.2. Структура содержания обучения как результат оптимизации учебной программы методами теории графов 251
3.2.3. Содержание теоретического и задачного материала курса "Теоретические основы информатики" 265
- 4 -3.2.4. Отбор содержания раздела "Архитектура компьютерных систем" как пример развития одного из разделов существующей методической системы фундаментальной подготовки .. . 287
3.3. Генетический метоб как метод обучения формальной математике и элементам теоретической информатики 299
3.4. Связи фундаментальной подготовки и развиваю
щего обучения информатике 308
Выводы по главе 3 313
ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 315
4.1. Общая характеристика исследования 316
4.2. Анализ состояния и проблемы фундаментальной подготовки будущих учителей информатики по вопросам теоретической информатики 322
4.3. Исследование основных направлений в содержании обучения элементам теоретической информатики будущих учителей информатики 329
4.4. Использование анализа контрольных работ для корректировки содержания системы упражнений по математическим основаниям информатики 339
4.5.- Проверка сформированности фундаментальных знаний у будущих учителей информатики по элементам теоретической информатики 355
Выводы по главе 4 371
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 374
БИБЛИОГРАФИЯ 377
ПРИЛОЖЕНИЯ 403
- Развитие методической системы обучения
- Фундаментализация образования как фактор развития содержания обучения информатике
- Структура содержания обучения как результат оптимизации учебной программы методами теории графов
- Анализ состояния и проблемы фундаментальной подготовки будущих учителей информатики по вопросам теоретической информатики
Развитие методической системы обучения
Важнейшей проблемой методики обучения является разработка конкретных направлений развития методической системы обучения данной учебной дисциплине.
Известно, что методические системы обучения являются интеллектуальными абстрактными системами (по [Дружинин, Конторов,1976, с.139]). Интеллектуальные системы могут создаваться на основании формальных, действующих в пределах данной модели законов и могут служить источником новой информации, средством познания. В каком-то смысле интеллектуальные системы играют роль системы более высокого порядка по отношению к образам реальных систем, которые объединяются с интеллектуальными системами. Отображения реальной системы, "проникнув" в интеллектуальную систему в виде идеи, перестраивает интеллектуальную систему, заставляя её "продуцировать" новые идеи (таким образом, первичным источником интеллектуальной системы является чувственное восприятие реальности).
Вначале остановимся на трактовке термина "развитие".
Развитие [Большой, 1998] - это направленное, закономерное изменение; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры. В.В.Дружинин и Д. С.Конторов [1976,с.176] называют уазвитием системы процесс повышения её сложности и эффективности. В нашем исследовании мы будем придерживаться определения П.В.Алексеева и А.В.Панина [1999, с. 450]: уазвитие системы - это качественные, необратимые, направленные изменения системы, обусловленные её противоречиями.
Развитие методической системы обучения подчиняется принципам развития, определяющим направления изменений методической системы. Эти принципы возникли как итог теоретического обобщения конкретного педагогического и методического материала.
Мы выделяем следующие принципы развития методической системы обучения, описывающие модель ее развития.
1. Принципы, связанные с внешними связями методической системы обучения: (а) принцип указания метасистемы (или принцип указания методо логии построения методической системы обучения). В предлагаемой нами модели развития данный принцип является основным, т.е. раз витие методической системы обучения предлагаем начинать с постро ения метасистемы, названной нами "методической теорией" (см.
1.2), один из элементов которой содержит методическую систему обучения; (б) принцип сохранения фундаментальности подготовки: (в) пуиниип профессионального развития - совершенствование ме тодической системы обучения информатике в педагогическом вузе должно осуществляться в направлении усиления профессионально-пе дагогической направленности всех её компонентов, учитывая при этом постоянно растущие требования к уровню профессионального мастерства учителя информатики; (г) принцип преемственности - развитие методической системы обучения должно основываться на сложившейся в педагогическом вузе системе обучения и органично входить в нее.
Эти принципы основываются на том, что развитие системы является следствием её взаимодействия со средой; при этом составляющие развития черпаются из среды и "усваиваются" системой после соответствующей обработки, которая должна превратить компоненты среды
- 25 в компоненты, ценные для системы. Таким образом, методическая система обучения функционирует на определенном социальном и культурном фоне, оказывающем на нее решающее воздействие. Подобного рода воздействия могут испытывать как все, так и отдельные компоненты методической системы (наиболее явным образом указанное воздействие направляется на цели обучения как системообразующий компонент системы).
Фундаментализация образования как фактор развития содержания обучения информатике
Согласно энциклопедическому словарю [Советский, 1979,с.1448], слово "фундаментальный" означает "большой, крепкий, прочный, основательный, глубокий, капитальный". Следовательно, словосочетание "фундаментальное образование" подразумевает приобретение основательных и глубоких знаний в той или иной научной области.
Однако сразу же возникает естественный вопрос: что же такое "основательные и глубокие знания?". Общепринятым считается, что фундаментальные знания - это наиболее стабильные и универсальные, общетеоретические знания, содержание которых отличается максимальной обобщённостью, структурировано определенным образом, раскрывает и определяет многообразие внутренних и внешних связей указанных знаний. Фундаментальные знания являются методологической базой конкретной предметной области.
Для дальнейшей детализации в данном параграфе ответим на следующие вопросы.
(1) Какие модели знания существуют? В частности, что такое "фундаментальная модель знания" {"фундаментальные знания")? Каковы условия, позволяющие отнести то или иное знание к фундаментальному?
(2) Является ли достаточным и конструктивным понимание термина "фундаментальность" как синонима понятий "основательность", "прочность" и "стабильность", или же его следует понимать более широко? Что такое "фундаментальное образование"?
(3) Какая модель знания характерна для информатики? Что представляет собой фундаментальная модель знания в области информатики1?
(4) Что такое "фундаментальное образование в области информатики"?
Ниже мы покажем, что фундаментализация образования подразумевает включение в содержание образования компонентов, относящихся к основаниям конкретной науки.
Структура содержания обучения как результат оптимизации учебной программы методами теории графов
В содержании обучения элементам теоретической информатики мы выделяем две части, каждая из которых включает в себя модули и темы. Под модулем будем понимать последовательность тем курса, которую можно либо переместить, либо вынести учебный материал модуля на самостоятельное изучение студентами, либо удалить из содержания обучения курса вообще, если студенты уже изучали понятия данного модуля в других курсах. Каждая тема каре а. входящая в состав того или иного модуля, рассматривается нами как единица учебного материала (другими словами, учебная единица содержания обучения), которая, во-первых, позволяет раскрыть логическую организацию и трактовку взаимосвязанных между собой вопросов (основных понятий темы) с позиций математики, семиотики и информатики, а также выяснить уровень строгости рассматриваемых фактов; во-вторых, выделить и сформулировать цели изучения основных понятий, очертить возможные варианты средств и методов обучения этим понятиям, продумать систему контроля и оценки системы знаний и умений.
Исходя из целей обучения элементам теоретической информатики, а также принципов отбора содержания обучения математическим основаниям информатики, выделим набор модулей и тем. Укажем содержание каждого из модулей первой и второй частей курса "Теоретические основы информатики", в которых предлагается рассмотрение только вопросов математических оснований информатики, причем с позиций семиотики формальных языков. Заметим, что указанная дисциплина может включать и другие вопросы, относящиеся к теоретической информатике, например, вопросы теории информации, физические основы организации компьютера и т.д. Их содержание может быть добавлено в содержание обучения данной дисциплины в качестве дополнительных частей и модулей. Но рассмотрение этих аспектов не входит в предмет нашего исследования, поэтому остановимся на перечислении тем и модулей, определяющих содержание обучения математическим основаниям информатики.
Анализ состояния и проблемы фундаментальной подготовки будущих учителей информатики по вопросам теоретической информатики
Первой задачей опытно-экспериментального исследования было изучение состояния фундаментальной подготовки будущих учителей информатики по вопросам теоретической информатики и существующих подходов к отбору и структуризации содержания курсов, рассматривающих теоретические основы информатики, а также математические основания информатики и вопросы формализации как предмет изучения. Для этого был выполнен анализ соответствующих действующих учебных программ, учебных пособий для педагогических вузов, а также государственных стандартов высшего профессионального образования и межправительственной модульной программы по обучению компьютерной науке отделения высшего образования Международной федерации по обработке информации (IFIP); кроме этого, проведено собеседование с преподавателями информатики и прикладной математики вузов.
В результате исследования можно сделать следующий вывод: в педагогических вузах преобладающим является "содержательный" подход, при котором рассматриваются эпизодически: 1) вопросы изучения формальных языков, лежащих в основаниях информатики; росы построения формальных аксиоматических теорий, необходимых для формализации содержательных математических теорий и теорий предметной области "Информатика"; 3) вопросы исследования свойств указанных теорий. Ведущую роль при таком подходе играют вопросы некоторых разделов дискретной математики и теории алгоритмов, вопросы реализации алгоритмов и элементы доказательства правильности программ, рассматриваемых с позиций содержательной математики, а не на формальном уровне.
Данные выводы подтверждаются не только контент-анализом научно-методической литературы, но и результатами анкетирования пре-Ф подавателей информатики и прикладной математики как педагогических вузов, так и преподавателей других высших и специальных учебных заведений (всего 20 человек). Анкета была составлена с учетом требований, опубликованных в работе [Психологическая,1995], включала 6 вопросов (см. Анкета 1, Приложение 2). Результаты анкетирования были сведены в таблицу (см. Таблица 16).
