Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Основные вопросы мировоззрения, мышления, обучения 29
1.1. Развитие земной цивилизации во времени 29
1.2. Научная картина мира 31
1.3. Живая и неживая природа 3 5
1.4. Мир естественный и искусственный 38
1.5. Мышление человека 41 1.5.1. Мышление и интеллект 41
1.5.2. Мышление, речь, язык 49
1.5.3. Смысл, понимание, сведения и сообщения 53
1.5.4. Объектно-ориентированное мышление 57
Выводы по главе 1 61
Глава 2. Теоретические основы интеграции синтаксического и семантического подходов к информации и информационным процессам 63
2.1. Основные противоречия существующих определений 63
2.2. Математическая теория связи 66
2.3. Виды взаимодействий в системе «источник-адресат» 69
2.3.1. «Человек - человек» 70
2.3.2. «Человек - устройство» 73
2.3.3. «Устройство - человек» 76
2.3.4. «Устройство - устройство» 77
2.4. Использование понятия «информация» в некоторых науках 78
2.4.1. Кибернетика 7 8
2.4.1.1. Информация в кибернетике. 79
2.4.1.2. Обратная связь 83
2.4.1.3. Синергетика и информация 85
2.4.2. Философия 88
2.4.3. Физика 92
2.4.4. Биология 96
2.4.5. Психология. Когнитивная психология 100
2.4.6. Информатика 104
2.5. Определение термина «информация» 110
2.6. Знание как высший вид информации 115
2.7. Информационные процессы 121
2.7.1. Существующие представления об информационных процессах 121
2.7.2. Информационный процесс как взаимодействие людей 123
2.8. Информационные системы 129
2.9. Процессы и системы в педагогике 134
2.9.1. Основная парадигма обучения 134
2.9.2. Состояние терминологии в педагогике 138
2.9.3. Взаимосвязь информационных и образовательных процессов 139
2.9.3.1. Процесе общения (общение) 142
2.9.3.2. Образовательный процесе 143
2.9.3.3. Педагогический процесс 145
2.9.3.4. Процесс обучения и учебный процесс 146
Системы, в которых протекают образовательные процессы 148
2.9.4. Экспертные обучающие информатические системы 150
2.9.4.1. Экспертная система и искусственный интеллект 150
2.9.4.2. Особенности экспертных систем 155
2.9.4.3. Экспертные системы в применении к процессу обучения 156
2.10. Информационные ресурсы 158
2.10.1. Интеллектуальные ресурсы 160
2.10.2. Информатические ресурсы 163
2.11. Информационные технологии 164
2.12. Информатизация образования 167 Выводы по главе 2 170
Глава 3. Развитие содержания обучения информатике в педвузе на основе интеграции синтаксического и семантического подходов к информационным процессам, системам, технологиям 173
3.1. Процессы познания и обучения 174
3.1.1. Общая схема познания 174
3.1.2. Языки познания, образования, искусственных систем 178
3.1.3. Сходство и различие между управлением, познанием, обучением 188
3.2. Моделирование 190
3.2.1. Методы познания 191
3.2.2. Моделирование, модель, теория 193
3.2.3. Общая классификация моделей 196
3.2.4. Классификация моделей по способу моделирования 203
3.2.5. Лингвистические знаковые модели 206
3.2.6. Классификация информатических моделей 209
3.2.7. Информатические модели и информатические системы 212
3.2.8. Методология информатического моделирования 217
3.2.9. Язык UML 219
3.3. Формализация 221
3.3.1. Формализация в информатике: определения 221
3.3.2. Основные исторические этапы формализации 227
3.3.3. Автоформализация знаний 229
3.3.4. Математический формализм 231
3.4. Алгоритмизация '235
3.4.1. История применения термина «алгоритм» 23 5
3.4.2. Интуитивные определения алгоритма 237
3.4.3. Алгоритмический процесс 239
3.4.4. Исчисления 241
3.4.5. Математические определения алгоритма 242
3.4.6. Алгоритмически неразрешимые задачи 243
3.4.7. Понятие алгоритма в курсах информатики 244
3.4.8. От алгоритма к программе 247
3.4.9. Основные понятия моделирования, формализации и алгоритмизации 247
3.5. Информатика 248
3.5.1. Мировоззренческий аспект 248
3.5.2. Информационное и информатическое общество 251
3.5.3. Информационная и информатическая культура 256
3.5.4. Информатика 260 Выводы по главе 3 266
Глава 4. Методический комплекс по основам информатики 269
4.1. Толковый словарь по информатике 272
4.1.1. Методика составления словаря 273
4.1.2. Методика количественной оценки важности термина 274
4.2. «Спринт-Информ» (Web-сайт) 276
4.3. Методика использования словаря и «Спринт-Информ» в учебной работе 278
4.4. Учебный курс «Основы информатики» 279
4.5. Компьютерное методическое пособие для изучения языка VBA 281
4.6. Автоматизированная система тестирования АИС «Тест» 282
4.7. Обучающая экспертная система 285
4.8. Методика проведения педагогического эксперимента 286
Выводы по главе 4 295
Заключение 296
Приложение 1. Термины и понятия, введенные или уточненные в диссертации 300
Приложение 2. Учебно-методический комплекс по курсу «Основы информатики» 303
Приложение 3. Учебно-методический комплекс по курсу «Введение в информатику» для школьников 10-11кл 306
Используемая литература 308
Введение к работе
Начало XXI в. характеризуется существенными переменами как во всем мире, так и в России. Человечество движется от индустриального к информационному обществу. Меняется общество, следовательно, должно измениться образование, как один из основополагающих его институтов. В стране идет модернизация школьного образования, так как «устаревшее и перегруженное содержание школьного образования не обеспечивает выпускникам общеобразовательной школы фундаментальных знаний, важнейших составляющих стандарта образования наступившего века: математики и информатики ...» [132]. Модернизация школьного образования может быть осуществлена только с помощью учителя, которого готовят педагогические вузы.
В «Стратегии модернизации содержания общего образования», разработанной в рамках программы Минобразования России и Национального Фонда подготовки кадров «Совершенствование и развитие системы государственных образовательных стандартов и тестирования» отмечается: «В настоящее время уже практически всем стала очевидна необходимость серьезной модернизации содержания (Здесь и далее выделение в цитатах полужирным шрифтом мое, выделение авторов цитат будет оговорено отдельно -А. Ф.) школьного образования. За последние 10 лет в стране в целом произошли серьезнейшие изменения. Россия стала страной, открытой миру, демократическим обществом, строящим рыночную экономику и правовое государство, в котором на первое место должен быть поставлен человек, обладающий значительно большей, чем ранее, мерой свободы и ответственности. [262].
В работе рассматривается развитие вузовского курса информатики с точки зрения модернизации обучения в школе и в соответствии с положениями «Стратегии модернизации содержания общего образования».
Школьная и педвузовская информатика в значительной мере отличаются друг от друга, отмечает Е.А. Ракитина: «...сложную проблему представляет «сопряжение» вузовского и школьного курсов информатики (выделение Е. А. Ракитиной). Если судить по монографиям и учебным пособиям, то при переходе от школьного курса к вузовскому «меняется» не только основной объект изучения, но и понимание назначения и роли самой базовой для курса науки в общей сфере научной деятельности. Это, в частности, служит косвенным свидетельством глубоких проблем в области преемственности преподавания информатики при переходе от общего образования к высшему» [237, с.33-34].
В «Стратегии модернизации содержания общего образования» утверждается, что: «... основным результатом деятельности образовательного учреждения должна стать не система знаний, умений и навыков сама по себе, а набор ключевых компетентностей в интеллектуальной, гражданско-правовой, коммуникационной, информационной и прочих сферах. При этом в содержании образования должна занять важное место коммуникативность: информатика, иностранные языки, межкультурное взаимопонимание» [262].
Под компетенцией понимаются умения человека осуществлять действия по освоению четырех типов опытов: 1) «опыта познавательной деятельности, фиксированного в форме ее результатов - знаний; 2) опыта осуществления известных способов деятельности - в форме умения действовать по образцу; 3) опыта творческой деятельности - в форме умения принимать эффективные решения в проблемных ситуациях; 4) опыта осуществления эмоционально-ценностных отношений- в форме личностных ориентации» [262]. Следует обратить внимание на принципиальные моменты в этой цитате. Во-первых, происходит смена приоритетов: от системы, ее изучения и построения («не система знаний ...»), к процессу («способности осуществлять действия ...»), его изучению и организации; во-вторых, среди четырех опытов, которые необходимо освоить современному человеку, два (первый и третий) должны основываться на научном мировоззрении.
В последние годы стало заметно, что у большинства населения отсутствует научное мировоззрение, в котором значительное место занимают такие неоднозначно трактуемые понятия, как информация, система, модель, информационное общество, информационная культура и пр. Роль школы, школьного учителя в становлении научного мировоззрения трудно переоценить. Известно, насколько несуразными, неграмотными, мягко говоря, бывают публикации в средствах массовой информации. Постоянные выступления колдунов, магов, экстрасенсов, представителей лженауки и отношение к ним населения показывают состояние образованности населения.
Академик Э.П. Кругляков, возглавляющий Комиссию РАН по борьбе с лженаукой, в докладе на Президиуме РАН 27.05.03 бьет тревогу: «Идет систематическое преднамеренное оболванивание населения через СМИ. ... Дикая отрава, которую скармливают людям, ведет к одичанию общества, к планомерному воспитанию людей обреченных, для которых все заранее предопределено. Людей отучают мыслить критически, но приучают слепо верить. Кстати, такие же попытки предпринимаются и в сфере образования» [135]. Об этом же пишет лауреат Нобелевской премии академик В.Л. Гинзбург [58].
Значительное место в лженауке занимают разные домыслы об информации, основанные на ее нечетком понимании (см., например, [363]). В обществе идут дискуссии о том, как противостоять лженауке. По нашему мнению, запретами проблему не решить, самым действенным сопротивлением любым проявлениям лженауки является повышение образованности населения, в первую очередь, через школу, следовательно, через формирование научного мировоззрения у будущих учителей.
В связи с этим информатика может сыграть решающую роль в становлении системного научно обоснованного мировоззрения.
Когда в «Стратегии...» говорится о модернизации содержании образования, то представители естественных наук подразумевают, что в преподавании устоявшихся предметов (математики, физики, химии и др.) речь идет в основном о том, какие элементы и темы предмета включать в план обучения. Представители гуманитарных наук (истории, литературы и др.) в этом случае обсуждают вопросы современного отношения к тем или иным понятиям. Информатика с точки зрения внутреннего содержания хотя и принадлежит к естественным наукам, но многие области ее применения (в т. ч. педагогика) -это гуманитарные науки, что оказывает существенное влияние на информатику. Без учета этого влияния, без нахождения единого языка между гуманитариями, пользователями достижений информатики, и разработчиками информационных систем, без интеграции технического и гуманитарного подхода к информатизации, невозможно говорить об успешной информатизации образования, о вхождении в информационное общество, о повышении информационной культуры.
Академик РАН Н. А. Кузнецов считает: «В последние годы, наряду с традиционными направлениями исследований информационных процессов в технических системах (телекоммуникационные системы, компьютерные сети и т.д.), развиваются исследования информационных процессов в живой природе и обществе. В связи с этим возникает вопрос об уточнении (расширении) традиционных понятий «информация», «сообщение» и «управление». Хотя эти понятия сегодня уже привычно связываются с техническими системами, следует помнить, что эти системы создавались для реализации функций живых организмов и всегда в той или иной мере моделировали их организацию, поведение и т.д. Значимость подобных исследований постоянно возрастает, и накопленный потенциал требует создания целостной системы описания ранее разделенных в научном сознании предметов и процессов, т.е. научного синтеза в этой области знаний. Результатом этого подхода может быть разработка научных представлений об информационном взаимодействии объектов различной природы, т.е. по существу формирование нового направления науки - «информатики взаимодействия»» [141].
«Главной целью образования, - считает академик РАО А.А. Кузнецов, -становится формирование целостного мировоззрения, предполагающего новый способ мышления и деятельности человека. Роль изучения информатики в формировании такого мировоззрения трудно переоценить» [137, с. 33].
В преподавании информатики можно выделить четыре этапа становления методической системы, соответствующих развитию самой предметной области - информатики. Под методической системой обучения (по A.M. Пышкало [233]) понимается совокупность пяти взаимосвязанных компонентов: целей, содержания, методов, организационных форм и средств обучения.
Первый этап (1960 -1985 гг.) - время появления компьютеров в высших учебных заведениях и введения в программу обучения таких дисциплин, как кибернетика, вычислительная техника, вычислительная математика и программирование. В школах вводятся факультативные курсы (B.C. Леднев [158, 159], СИ. Шварцбурд [351], В.М. Монахов [196], И.Н. Антипов [11], А.А. Кузнецов [161], М.П. Лапчик [155] и др.), содержание которых освещает некоторые вопросы кибернетики.
Второй этап (1985 - 1995 гг.) - это введение в школах предмета информатики и вычислительной техники как обязательного. Тогда же в педагогических вузах началась подготовка учителей информатики. Особую роль в становлении предмета информатики в этот период сыграл коллектив под руководством А.П. Ершова [78, 235]. Основой содержания методической системы явилось программирование.
Третий этап (1996 - 2000 гг.) - этап постепенного отказа от программирования как основы обучения информатике и переход к обучению компьютерным технологиям (информационным и коммуникационным технологиям).
Четвертый этап (с 2001 г.) характеризуется признанием общеобразовательной значимости информатики как дисциплины, формирующей научное мировоззрение (системность, фундаментальность, материалистичность). B.C. Леднев, А.А. Кузнецов, С.А. Бешенков так формулируют на этом этапе «основные цели обучения информатике в общеобразовательной школе. 1. Формирование основ научного мировоззрения. 2. Формирование общеучебных и общекультурных навыков работы с информацией. 3. Подготовка школьников к последующей профессиональной деятельности ...» [162].
Четвертый этап связан с фундаментальностью образования. «Именно фундаментальность образования является необходимым условием истинной свободы личности, которая умеет создавать, а не только пользоваться уже готовыми продуктами» [138]. В.Г. Кинелев считает, что «необходимость фун-даментализации содержания образования» возникает в связи с осознанием «мировым сообществом того, что образованный человек является важнейшим приоритетом общества знаний» [120].
М.П. Лапчик, И.Г. Семыкин, Е.К. Хеннер утверждают: «Будущее школьного предмета информатики в развитии ее фундаментальной компоненты, а не в «погружении» в область информационных технологий» [156, с. 63]. Далее прямо указывается на необходимость дальнейших научных исследований: «Информатика как самостоятельный учебный предмет с явно выраженной фундаментальной компонентой - вот на что должна ориентироваться школа, но для этого требуется активное продолжение научного поиска, переосмысливание общеобразовательной роли этого предмета как части фундаментального образования» [там же, с. 64].
Под фундаментальностью образования будем понимать определение В. Садовничего: «Фундаментальность высшего образования - это соединение научного знания и процесса образования, дающее понимание образованным человеком того факта, что все мы живем по законам природы и общества, которые никому не дано игнорировать. Их нарушение малограмотным или невежественным в науках человеком опасно для окружающих. Эталонным образованием может быть только фундаментальное научное образование, главная цель которого - распространение научного знания как неотъемлемой составляющей мировой культуры» [247, с. 11].
В.Г. Кинелев справедливо отмечает, что «фундаментальные знания нельзя механически усвоить или же пассивно впитать от наставников-учителей. Они вырабатываются самой личностью как результат внутренней творческой активности, как продукт эволюции и самоорганизации мышления. Роль наставника-учителя - активизировать интеллект учащегося и дать ему образцы целостного мышления. Новую образовательную парадигму можно сформулировать в виде логически связанной триады: «От целостной картины мира к целостному знанию и через него к целостной личности» [120].
Многие учебники информатики, замечает В.А. Бубнов, перегружены изучением быстро устаревающими версиями программных продуктов, поэтому рекомендуется использовать «принцип сбалансированности объема фундаментальных теоретических знаний с практическими кратковременными навыками» [39, с. 206].
В диссертационной работе рассматривается в основном один из компонентов методической системы обучения информатике в педагогическом вузе - «содержание». Вопросы современного содержания школьного курса информатики достаточно подробно рассмотрены в работах А.А. Кузнецова, С.А. Бешенкова, Е.А. Ракитиной [138, 139]. Предложенная ими концепция уже внедряется в общем образовании, но для ее полномасштабной реализации необходимо соответственно перестроить обучение студентов в педагогических вузах.
Ввиду взаимосвязанности всех компонентов методической системы в диссертационной работе в той или иной степени затрагиваются цели, формы, методы и средства обучения информатике.
Информатика изучает информационные процессы, системы, ресурсы, технологии и прочие вопросы, как правило, с точки зрения их автоматизации. Подход к изучению этих вопросов, при котором основной акцент делается на изучение их формальных составляющих, может быть назван синтаксическим (техническим) подходом. Под синтаксисом будем понимать формальные кон струкции информатики, правила их построения, основывающиеся на том, что информация - это результат взаимодействия объектов материального мира, физическая составляющая сигнала (то, что передается по каналу связи). В то же время существуют аспекты информационных процессов, которые не поддаются формализации и связаны с семантикой сигнала. Подход, при котором рассматриваются вопросы смысла информации, информационных процессов, систем, ресурсов и технологий, будем называть семантическим (гуманитарным) подходом. Этот подход основывается на том, что информация -это смысл (интерпретация, понимание), образующийся у человека в аппарате мышления при получении какого-либо сигнала. Под аппаратом мышления человека понимается часть нервной системы человека, в которой протекает мышление.
Синтаксический подход поддерживается теориями, адекватно описы- j вающими реальные процессы, и устройствами, обеспечивающими надежное функционирование систем управления и связи. Семантический подход не имеет в настоящее время достаточно проработанной теории. На синтаксическом подходе базируется большинство курсов информатики как для средней, , , так и высшей школы (работы М.П. Лапчика, Н.В. Макаровой, А.В. Могилева, Н.И. Пака, СВ. Симоновича, Е.К. Хеннера и др. авторов). В стандарте среднего общего образования по информатике и ИКТ [260] рассматривается синтаксический подход, в котором термин «информация» синонимичен термину «данные». Это подтверждается «Методическим письмом ...» [184], в котором дается рекомендация: «Понятие «информация» первоначально вводится безотносительно к технологической среде, но сразу получает подкрепление в практической работе по записи изображения и звука» [184, с. 5]. На основе семантического подхода к информации разработаны учебники для средней школы (в т. ч. С.А. Бешенкова и Е.А. Ракитиной [26, 28]) и работы по социальной информатике К.К. Колина [125 - 127] и А.Д. Урсула [279].
Расширить понятие «информация», сложившееся в теории самоуправляемых систем, за счет объединения в некотором смысле с понятием «знание» предлагают B.C. Леднев, А.А. Кузнецов, С.А. Бешенков [162].
Выбор синтаксического или семантического подхода к информации или их интеграция меняет представления об информационных процессах, информационных системах, информационных ресурсах, информационных технологиях.
Для разделения синтаксических и семантических аспектов в обучении информатике необходимо ввести и новые понятия: информатические и интеллектуальные процессы, информатические и интеллектуальные системы, соответствующие ресурсы и технологии, информатическая и интеллектуальная культура.
Действующий Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по информатике не в полной мере учитывает специфику семантического подхода к основным понятиям информатики.
В настоящее время большое внимание уделяется информатизации общества. Принята государственная программа информатизации «Электронная Россия», при ее реализации виден явный крен в сторону техники. «На закупку техники тратится 72.7 %, на строительство локальных сетей - 18.1 %, на подключение к Интернету - 5.5 %, на закупку программного обеспечения -1.9 %, а на обучение персонала - всего 1.8 %. В результате Интернет и локальные сети почти не используются, документы циркулируют в бумажном виде» [157]. Если техникой будут пользоваться необученные люди, если не будут разработаны технологии и методы использования этой техники, то деньги, затраченные на приобретение техники - выброшенные деньги. В образовании сложилась аналогичная ситуация, в школах и педвузах в последнее время «ситуация кардинально улучшилась в части технического оснащения и лишь незначительно, в части содержательной деятельности» [42, с. 22].
Перекос в сторону большего внимания к синтаксическим (техническим, формальным) вопросам информатики в ущерб семантическим (гуманитар ным) вопросам очевиден. Однако такой перекос заметен не только в информатике. П. Рабардель отмечает, что: «В настоящее время концепции, рассматривающие место человека с точки зрения его деятельности, разработаны недостаточно и, во всяком случае, гораздо меньше, чем концепции, ориентированные на технику» [234, с. 18].
Из сказанного выше вытекает актуальность исследования, обусловленная необходимостью разработки содержания обучения информатике студентов педагогических вузов, обеспечивающего формирование целостного научного мировоззрения у будущих учителей информатики.
Проблема исследования определяется противоречием в состоянии дел с преподаванием мировоззренческой, системной и фундаментальной составляющих информационной подготовки в педагогическом вузе и перспектив развития методической системы обучения информатике и формулируется следующим образом: какие изменения надо внести в содержание информати-ческих дисциплин, чтобы оно в достаточной мере обеспечивало формирование у будущих учителей информатики научной картины мира, системного мышления и информационной культуры?
Цель исследования - обоснование и построение нового содержания обучения информатике в педагогическом вузе на основе современных научных представлений об информации как семантическом свойстве высокоорганизованной материи. Цель должна быть достигнута за счет интеграции синтаксического и семантического подходов к информационным процессам, системам, ресурсам и технологиям. Интеграция должна обеспечить необходимую научность, фундаментальность, системность и информатизацию образования.
Объект исследования - содержание обучения дисциплинам информационного цикла учителя информатики в педагогическом вузе и обеспечение этого процесса соответствующими ресурсами для повышения качества обучения.
Предмет исследования — развитие компоненты «содержание» методической системы обучения информатике при подготовке учителя информатики на основе интеграции синтаксического и семантического подходов к информации, информационным процессам, системам, технологиям, формирование личностно-ориентированных информационных ресурсов учителя информатики.
Гипотеза исследования - обучение информатике будет в большей степени соответствовать целям и приоритетным направлениям развития современного образования в части повышения фундаментальности образования, формирования научного мировоззрения и интенсификации информатизации образования, если:
В основу содержания обучения информатике будет положена концепция интеграции синтаксического и семантического подходов к информации, информационным процессам, системам, ресурсам, технологиям.
Будут уточнены, в соответствии с предлагаемой концепцией, основные понятия, на которых базируется курс информатики:
информационные процессы, в которых выделяются интеллектуальные (смысловые) и формальные (синтаксические) процессы. Такая детализация позволит многие понятия и факты гуманитарной и естественнонаучной областей рассматривать с единой, информационной точки зрения;
информационные системы, в которых выделяются интеллектуальные и информатические системы, поддерживающие интеллектуальные и формальные процессы. Такое уточнение позволит повысить качество проектирования информационных систем, в том числе и систем обучения;
информационные ресурсы, в которых выделяются интеллектуальные и информатические ресурсы, необходимые для обеспечения функционирования информационных систем, что позволит включить в информационные ресурсы не только документы и технические средства, но и интеллект учителя, преподавателя, разработчика;
моделирование, которое рассматривается как информационный процесс, состоящий из двух этапов. На первом этапе происходит создание умозрительной модели, неотчуждаемой от человека (информационной модели); на втором этапе происходит отчуждение модели от человека в виде натурных и знаковых моделей. Модель рассматривается как информационный ресурс, обеспечивающий проектирование и функционирование систем, а также процесс обучения;
информационные технологии, рассматриваемые как необходимый элемент грамотного и эффективного проектирования и использования информационных ресурсов;
информационная культура, понимаемая как неформальная характеристика, определяющая качество функционирования и проектной проработки информационных процессов, систем, ресурсов и технологий.
В целом такое уточнение основных понятий информатики придает системность всей информационной подготовке будущих учителей.
Для более адекватного описания процесса обучения, в том числе для информатизации обучения, будет применена парадигма «ученик - информа-тический ресурс - учитель - информатическая среда - информационная среда» вместо известной парадигмы обучения «ученик - учебник - учитель» (Е.С. Полат).
Будут структурированы процессы, участвующие в формировании личности человека за счет разработки модели взаимосвязи процессов: информационный процесс — процесс общения образовательный процесс — педагогический процесс — учебный процесс — дидактический процесс.
К традиционным интеллектуальным ресурсам: знания, умения, навыки, компетентность, инициатива, творчество, саморегуляция, уникальность склада ума, ответственность за собственную судьбу (М.А. Холодная, А.А. Орлов) - будет добавлен такой ресурс, как стремление к действию, что позволит повысить мотивацию обучения.
6. Представить информатические ресурсы учителя информатики в виде методического комплекса, позволяющего будущему учителю создать собственный ресурс для преподавания информатики.
Задачи исследования определяются целью и сформулированной гипотезой:
выявить возможности интеграции синтаксического и семантического подходов к определению информации для формирования у студентов педагогического вуза современного научного мировоззрения;
проанализировать существующий понятийно-терминологический аппарат преподавания информатики в высших учебных заведениях и обосновать необходимость его уточнения для более точного описания предметной области информатики при ее изучении за счет:
построения модели информационного процесса, создающей целостное представление о процессах, происходящих в естественных и искусственных системах;
выделения интеллектуальных и информатических составляющих процессов, систем, ресурсов и технологий на основе анализа существующих подходов к информационным процессам, системам, ресурсам, технологиям в дисциплинах предметной подготовки учителя информатики;
детального рассмотрения роли моделирования и формализации в разработке информационных ресурсов и выяснения различий между информационными, знаковыми и математическими моделями;
выявления роли информатики в становлении понятий информационное общество и информационная культура;
• разработать содержание и структуру курса «Основы информатики)} для педагогических вузов, в котором рассматриваются мировоззренческие и системные аспекты информатики;
обосновать необходимость перехода от парадигмы образования «ученик -учебник —учитель» к парадигме «ученик — информатический ресурс -учитель - информатическая среда — информационная среда», позволяющей построить более адекватную модель обучения;
обосновать необходимость разработки модели взаимосвязи процессов, участвующих в формировании личности: информационный процесс процесс общения —»• образовательный процесс —» педагогический процесс — учебный процесс — дидактический процесс - для адекватного описания реального образовательного процесса;
обосновать и добавить к традиционным интеллектуальным ресурсам: знания, умения, навыки, компетентность, инициатива, творчество, саморегуляция, уникальность склада ума, ответственность за собственную судьбу - такой ресурс, как стремление к действию, что позволит повысить мотивацию обучения;
разработать и внедрить в учебный процесс дидактический комплекс информатических ресурсов для изучения дисциплин предметной подготовки на основе объектно-ориентированного подхода к разработке систем (учебный толковый словарь, учебный Web-сайт, учебный курс, электронные учебные пособия, контролирующие приложения, экспертная система обучения).
Методологической основой исследования явились фундаментальные работы по философии и физике (Л. Бриллюэн, П.Л. Капица, И. Пригожий, Р. Фейнман, Е.П. Велихов, А.Д. Урсул, А.В. Штофф и др.); исследования по психологии мышления (П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Ж. Пиаже, С.Л. Рубинштейн, М.А. Холодная и др.); исследования по теории образования и методологии психолого-педагогической науки (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, В.В. Давыдов, В.В. Краевский, B.C. Леднев, М.Н. Скаткин, И.И. Логвинов, А.А. Орлов, Е.С. Полат, В.М. Полонский и др.); исследования по кибернетике, теории информации, системному анализу (Н. Винер, В.М. Глушков, А.П. Ершов, А.Н. Колмогоров,
Н.А. Кузнецов, A.A. Ляпунов, H.H. Моисеев, Дж. фон Нейман, Г. Саймон, А. Тьюринг, К. Шеннон, У Эшби, и др.); исследования по теории и методики обучения информатике (В.К. Белошапка, С.А. Бешенков, Т.А. Бороненко, В.А. Бубнов, Я.А. Ваграменко, А.Г. Гейн, С.Г. Григорьев, А.П. Ершов, С.А. Жданов, В.А. Каймин, В.Г. Кинелев, К.К. Колин, А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, К.И. Курбаков, А.Г. Кушниренко, М.П. Лапчик, B.C. Леднев, Н.В. Макарова, В.Л. Матросов, А.В. Могилев, В.М. Монахов, Н.И. Пак, Ю.А. Первин, Е.А. Ракитина, И.В. Роберт, И.А. Румянцев, А.Л. Семенов, Е.К. Хеннер, С.А. Христочевский и др.).
Методы, используемые для решения поставленных задач, были комплексными, взаимодополняющими и адекватными теме:
анализ философской, физической, психолого-педагогической, математической, информатической и методической отечественной и зарубежной литературы, связанной с процессами мышления, познания, управления, обучения, с их системным обеспечением, с моделированием и разработкой информационных ресурсов;
анализ государственных технических и образовательных стандартов, вузовских и школьных программ, учебников и учебных пособий по информатике, информационным технологиям и смежным дисциплинам;
системно-структурный анализ с использованием элементов дискретной математики, общей теории систем;
моделирование взаимосвязи основных терминов информатики;
анализ результатов применения учениками, студентами, учителями разработанных автором методических материалов с использованием методов эмпирического исследования: наблюдение, тестирование, анкетирование, собеседование, метод экспертных оценок; статистические методы обработки данных.
Этапы исследования:
На первом этапе (1990 - 1997 гг.) проведен сбор эмпирического материала для теоретического анализа, анализ философской, математической, физической, психолого-педагогической, информатической и методической литературы с целью определения степени изученности проблемы; изучение и обобщение содержания дисциплин предметной подготовки учителя информатики, связи вузовской и школьной информатики. В результате этого изучения выявлена актуальность, сформулирована цель, гипотеза и задачи исследования.
На втором этапе исследования (1998 - 2000 гг.) уточнены проблема, цели, гипотеза и задачи исследования. Исследованы основные термины и понятия, требующие уточнения с учетом действующих государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования и перспектив информатизации образования. Разработаны определения основных терминов информатики для преподавания. Разработана методика формирования информатических ресурсов. Начата разработка основных ресурсов преподавателя информатики.
На третьем этапе исследования (2001 - 2004 гг.) разработаны отдельные модули дидактического комплекса информатических ресурсов для изучения дисциплин предметной подготовки учителя информатики, внедрены в практику преподавания основные идеи интеграции синтаксического и семантического подходов к информации и информационным процессам, проведена экспериментальная проверка и обработка результатов. Окончательно сформулированы результаты исследования, издана монография и учебные пособия, оформлена диссертационная работа.
Научная новизна исследования состоит в том, что разработана концепция интеграции синтаксического и семантического подхода к понятиям информации, информационного процесса, информационной системы, информационных ресурсов и технологий при изучении информатики, позволяющая совершенствовать подготовку будущих учителей информатики на основе формирования у них современного научного мировоззрения. В том числе:
показана необходимость четкого разделения понятия «информация» на «смысл {понимание)» и «данные», позволяющее систематизировать базовые понятия языка преподавания информатики;
разработана модель информационного процесса, обеспечивающая логически-стройную связь синтаксического и семантического подходов к преподаванию информатики, за счет выделения из информационного процесса интеллектуальных процессов и процессов обработки данных (информатиче-ских процессов). На основе модели информационного процесса уточнен и расширен состав обобщенных понятий информатики: информационные, интеллектуальные я информатические системы; информационные, интеллектуальные и информатические ресурсы; информационные, интеллектуальные и информатические технологии; информационная, интеллектуальная и информатическая культура; информационное, интеллектуальное и информа-тическое общество. На базе этих обобщенных понятий строится курс «Основы информатики» для студентов педагогических вузов;
обоснована необходимость перехода от парадигмы образования «ученик - учебник - учитель» к парадигме «ученик - информатический ресурс -учитель - информатическая среда - информационная среда», позволяющей построить более адекватную модель обучения, в том числе и для информатизации обучения;
разработана модель взаимосвязи процессов, участвующих в формировании личности: информационный процесс — процесс общения — образовательный процесс — педагогический процесс — учебный процесс — дидактический процесс для адекватного описания процесса формирования личности человека;
обосновано расширение традиционных интеллектуальных ресурсов: знания, умения, навыки, компетентность, инициатива, творчество, саморе
гуляция, уникальность склада ума, ответственность за собственную судьбу - за счет добавления такого ресурса, как стремление к действию, что позволяет, при его развитии, повысить мотивацию обучения;
• разработан и внедрен в учебный процесс методический комплекс ин- форматических ресурсов для изучения дисциплин предметной подготовки учителя информатики на основе концепции интеграции синтаксического и семантического подходов к информационным процессам, системам, технологиям.
Теоретическая значимость исследования состоит в уточнении и расширении обобщенных понятий информатики, позволяющих построить эффективную методику обучения студентов;
в разработке модели информационного процесса, интегрирующей синтаксический и семантический подходы к обобщающим понятиям информатики, позволяющий детализировать процесс, упростить понимание зако- номерностей его протекания. Модель информационного процесса может стать основой теории информационных процессов;
в разработке модели взаимосвязи процессов, участвующих в формировании личности человека, учитывающей роль информационных процессов • в процессе обучения. Данная модель может быть использована в построении теории обучения;
в разработке парадигмы «ученик - информатический ресурс - учитель - информатическая среда - информационная среда», позволяющей построить более адекватную модель обучения, в том числе и для информатизации обучения;
в расширении перечня интеллектуальных ресурсов за счет добавления к уже известным интеллектуальным ресурсам - стремления к действию;
в разработке методики выявления основных понятий информатики на основе количественного анализа обратных ссылок на термины в толковых словарях по информатике.
Практическая значимость исследования определяется возможностью использования разработанной концепции интеграции синтаксического и семантического подходов к информации и информационным процессам для модернизации вузовского и школьного образования по информатике в целях повышения качества обучения;
внедрением в практику преподавания, разработанного понятийного аппарата и базирующегося на нем учебного курса, что приводит к формированию у обучаемых научного и системного мировоззрения, повышению их информационной культуры;
разработкой общедоступного (открытого) методического комплекса информатических ресурсов для учителя информатики в составе учебного толкового словаря по информатике, справочной интерактивной системы по информатике и информационным технологиям («Спринт-Информ») в виде Web-сайта с возможностью сетевого тестирования, электронной тетради для изучения языка Visual Basic for Applications, автоматизированной инструментальной системы проверки знаний (АИС «Тест»);
возможностью каждого пользователя при помощи методического комплекса информатических ресурсов самостоятельно добавлять и изменять ресурсы, входящие в систему, в соответствии со своими желаниями и возможностями, в связи с открытостью системы.
Апробация результатов исследования проводилась на опытно-экспериментальной базе Тульского государственного педагогического университета им. Л. Н. Толстого (ТГПУ); Института повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования Тульской области (ИПК и ППРО); Тульского представительства Российского государственного гуманитарного университета (РГГУ); Тульского представительства Московского государственного университета экономики, статистики и информатики (МЭСИ); Тульского института экономики и информатики; двух средних общеобразовательных школ.
Монография «Информатика: процессы, системы, ресурсы» [294] отмечена Фондом развития отечественного образования как одна из лучших научных книг 2003 года. Разработанный Web-сайт «Спринт-Информ» [341] отмечен в 2003 г. дипломом Федерации Интернет Образования.
Апробация результатов исследования осуществлялась путем участия в работе международных, всероссийских, межвузовских и региональных научных конференций по информатике, проблемам обучения информатике и информационным технологиям с публикацией тезисов и статей, размещением материалов в Интернет, в том числе на 75 международных конференциях и семинарах: «Проблемы становления и развития ценностных ориентации учителя на рубеже XXI века (Тула, 1997), «Словарь в современном мире» (Иваново, 1999), «Педагогика как наука и как учебный предмет» (Тула, 2000), «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2000, 2001, 2002), «Интернет. Общество. Личность» (Санкт-Петербург, 2000), «Образование в информационную эпоху» (Москва, 2001), «Информационные технологии в открытом образовании» (Москва, 2001), «Язык. Культура. Словари» (Иваново, 2001), «Новые инфокоммуникационные технологии в социально-гуманитарных науках и образовании» (Интернет-конференция на портале www.auditorium.ru, 2002), «Информационные технологии в образовании» (Болгария, 2002), «Теоретическая лексикография» (Иваново, 2003), «Современные проблемы преподавания математики и информатики» (Тула, 2004), «Демократия в информационном обществе: перспектива для России в свете международного опыта» (Интернет-конференция, на портале www.adenauer.ru. 2004); на 20 всероссийских конференциях: «Психолого-педагогические проблемы разработки и реализации новых образовательных технологий в подготовке учителя» (Тула, 1994), «Интегративные процессы в психолого-педагогической, культурологической и предметно- методической подготовке учителя» (Тула, 1996), «Технологии информационного общества -Интернет и современное общество» (Санкт-Петербург, 2000, 2001, 2003, 2004), «Проблемы научно-методического и организационного обеспечения единого образовательного пространства» (Москва, 2001), «Проблемы информатизации образования» (Тула, 2001), «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках» (Интернет-конференция www.tsureports.chat.ru, Тамбов, 2001) «Электронные учебники и электронные библиотеки в открытом образовании» (Москва, 2001, 2002), «Проблемы научного обеспечения модернизации российского образования» (Тула, 2002), «Стандартизация терминологии, новые методы и результаты исследования терминолексики разных областей знания» (Москва, 2002), «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании» (Москва, 2003), «Информационные технологии в высшей и средней школе» (Нижневартовск, 2003), «Технологические стандарты в образовании», (Москва, 2003), «Информационные технологии и гуманитарное образование» (Интернет-конференция на портале www.auditorium.ru, 2003), «Качество педагогического образования: молодой учитель» (Тула, 2003), «Интернет - на службу обществу» (Саратов, 2003), «Реинжиниринг бизнес-процессов на основе современных информационных технологий. Системы управления знаниями (РБП-СУЗ-2004)» (Москва, 2004); на межвузовских и региональных конференциях и семинарах: «Электронные учебники и учебно-методические разработки в открытом образовании» (Москва, 2001), «Образование в информационную эпоху» (Ярославль, 2001), «Информатизация сельской школы» (Анапа, 2003).
Кроме этого, результаты работы докладывались: на семинаре Координационного общественного научно-методического объединения-совета Минобразования РФ по информатике, прикладной информатике, информационным системам (по областям применения) (КОС-ИНФ); на заседании ученого совета Института информатики при Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов исследования обусловлены:
системой методологических принципов и научных теорий, которые использовались в работе;
современной научной картиной мира, на которую опирается исследование;
системным подходом к решению проблемы исследования;
общей тенденцией к интеграции технических и гуманитарных проблем и их комплексному решению;
• практикой применения результатов выполненной работы. Основные положения, выносимые на защиту:
Фундаментальность образования будущего учителя информатики, его мировоззрение будут соответствовать современному состоянию науки и обеспечивать его участие в информатизации образования, если в основу обучения информатике будет положена концепция интеграции синтаксического и семантического подходов к информации, информационным процессам, системам, ресурсам и технологиям;
Предметная область информатики будет адекватно описана и воспринята учащимися, если преподавание информатики будет основано на уточненном современном понятийно-терминологическом аппарате и добавленных новых понятиях, отражающих интеграцию синтаксических и семантических аспектов информатики, в частности:
a. представление информационных процессов как совокупности интеллектуальных и информатических процессов позволит многие понятия и факты гуманитарной и естественнонаучной областей рассматривать с единой, информационной, точки зрения;
b. рассмотрение информационных систем как совокупности интеллектуальных и информатических систем, в которых протекают интеллектуальные и информатические процессы, позволит расширить типы решаемых с их помощью задач;
c. представление о том, что информационные ресурсы должны обеспечивать функционирование интеллектуальных и информа- тических систем, позволит включить в информационные ресурсы не только документы и технические средства, как это сделано в официальных документах и существующих учебных материалах, но и интеллект учителя, преподавателя, разработчика;
d. понимание того, что моделирование — это в первую очередь информационный процесс, модель - это информационный ресурс, а формализация - одно из главных свойств модели, позволит расширить представление об информационной составляющей процесса обучения, что является важным для будущих учителей;
e. выделение из информационных технологий интеллектуальных и информатических технологий позволит четко определить, что может быть алгоритмизировано, а что имеет творческое начало при разработке конкретных информационных ресурсов.
В целом такое уточнение основных понятий информатики придает системность всей информационной подготовке будущих учителей.
Модернизированное содержание методической системы обучения информатике студентов педагогических вузов позволит обеспечить преемственность школьного и вузовского образования в области информатики.
Применение информационной парадигмы образования («ученик - ин-форматический ресурс - учитель - информатическая среда — информационная среда») позволит понять и учесть тот факт, что только образование может компенсировать негативное влияние внешней среды на человека.
Построение модели взаимосвязанных процессов, участвующих в формировании личности: информационный процесс —» процесс общения —• образовательный процесс — педагогический процесс — учебный процесс —» дидактический процесс, позволит проектировать системы адекватные этим процессам.
6. Выявление такого интеллектуального ресурса как стремление к действию и целенаправленное его развитие позволит повысить мотивацию обучения школьников и студентов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 327 страниц машинописного текста состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть работы изложена на 299 страницах и содержит 27 схем и графиков, 7 таблиц. Список литературы включает 366 источников.
Предопределяемые понятия
В работе часто используются слова: «понятие», «термин», «объект». Приведем их толкования.
«Понятие - целостная совокупность суждений, т. е. мыслей, в которых что-то утверждается в отличительных признаках исследуемого объекта, ядром которой являются суждения о наиболее общих и в то же время существенных признаках этого объекта» [130, с. 393].
«Термин - слово или словосочетание, являющееся точным названием строго определенного понятия науки, техники и др. Одним из главных качеств научного термина должна быть устойчивая однозначность» [130, с. 398].
Объект - это то, на что направлено познание или деятельность человека, это может быть прямая или опосредованная объективная реальность или умозрительное построение [288]. Другое определение см. в разделе 1.5.4.
«Система (греч. systema - составленное из частей, соединенное) - совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность» [288, с. 408]. (См. раздел 2.8).
«Процесс (от лат. processus - прохождение, продвижение) - закономерное, последовательное изменение явления, его переход в другое явление» [288, с. 373]. Взаимосвязь понятий «система» и «процесс» см. в разделе 2.9.
«Ресурсы (фр. Resources) - средства, запасы; источники средств, доходов» [172, с. 243].
«Содержание - определяющая сторона целого, совокупность частей (элементов) предмета» [257 с. 1246].
«Смысл - содержание, сущность, суть, значение чего-нибудь» [206,с. 737].
Глава 1. Основные вопросы мировоззрения, мышления, обучения
Будем исходить из того, что вселенная существует объективно. Законы природы, известные и неизвестные человеку, равно действуют там, где человек есть и там, где его нет. Человек является активной частью природы. Наблюдая и познавая мир, человек существенно воздействует и на природу. Рассматривается только та часть мировоззрения, которая касается научных представлений о мире, связанных в некоторой степени с информатикой: живое и неживое; естественное и искусственное; мышление, интеллект и язык; смысл и понимание; объектно-ориентированное мышление.
1.1. Развитие земной цивилизации во времени
Особый интерес представляет рассмотрение развития мировоззрения в историческом плане, соотнесение времен происходящих перемен. Для этого рассмотрим основные вехи развития жизни на Земле, достижений цивилизации, приведенные в табл. 1. Таблица составлена, в основном, по сведениям из энциклопедии [226].
Сложно сопоставить четыре миллиарда лет существования Земли со средней продолжительностью жизни одного человека. Для наглядности представим, что от момента возникновения Земли до 2000 года прошло всего сто лет. Тогда относительные времена будут находиться в таблице в графах (4) -(8), что равносильно счету в процентах (поэтому в скобках стоит знак про цента). В случаях, когда данные не представляют интереса, ячейки таблицы не заполнены.
Из таблицы видно, что если принять время существования Земли за 100 лет, то человек появился всего 7.5 часов назад, а компьютер был создан 38 секунд тому назад. Если же за начало отсчета взять время появления человека разумного (homo sapiens) и допустить, что 40 000 лет соответствуют 100 годам, то письменность и счет появились 10-8 лет назад, а компьютер - 52 дня назад.
Из этого анализа следует, что чем ближе время к сегодняшнему дню, тем стремительнее развивается наука и техника, а аппарат мышления человека, по данным антропологов, за 40 тыс. лет практически не изменился, «человеческий гений никак не зависит от технического уровня нашей цивилизации» [76, с. 530]. Под аппаратом мышления человека понимается часть нервной системы человека, в которой протекает мышление.
Технический прогресс человечества выражен явно, интеллектуальное же развитие человека происходит значительно медленнее. Это означает, что человечество развивается за счет передачи накопленного опыта и образование вносит существенный вклад в развитие общества. Это же объясняет, почему синтаксический подход в преподавании информатики преобладает над семантическим подходом.
1.2. Научная картина мира
Человечество существует многие тысячелетия и всегда человек познавал природу, но наука, в современном понимании, имеет трехсотпятидесятилет-нюю историю, если отсчет вести от И. Ньютона (1643 - 1727 гг.).
Выдающийся физик и физико-химик современности, лауреат Нобелевской премии И. Пригожий (1917 - 2003 гг.) так описывает развитие научного мировоззрения: «Мы можем указать два момента, когда наука привела нас к определенной картине природы физического существования.... В первом случае картину мира создал Ньютон - мира, образуемого неизменными субстанциями и состояниями движения. В ньютоновской картине мира материя, пространство и время разобщены: пространство и время выступают как пассивные «вместилища» материи.
Во втором случае картину мира создал Эйнштейн. Величайшим достижением общей теории относительности следует считать то, что пространство-время перестало в ней быть независимым от материи, оно порождается материей. Однако с точки зрения Эйнштейна идея локализации в пространстве-времени является важной составной частью теории.
Мы находимся на третьей стадии, когда само понятие локализации в пространстве-времени становится предметом тщательного анализа. ... необратимость как деятельность, протекающая в пространстве времени, приводит к изменению его структуры. На смену статического двуединства пространства и времени приходит более динамичное двуединство «овремененного» пространства» [230, с. 252 - 253].
Развитие третьей стадии связано с работами И. Пригожина и его последователей. Разработанная ими теория в очень упрощенном виде сводится к следующему: 1) некоторые части Вселенной могут действовать как механизмы, такие части составляют лишь малую долю Вселенной; 2) практически все естественные системы открыты, то есть обмениваются энергией или веществом с внешней средой; 3) в открытых системах главную роль играют «неустойчивость и неравновесность»; 4) открытые системы постоянно находятся под влиянием случайных воздействий; 5) иногда случайные воздействия настолько сильны, что прежняя организация системы не выдерживает и разрушается (этот момент называется точкой бифуркации); 6) «в этот переломный момент принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности или организации»; 7) Пригожий подчеркивает возможность спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации [231, с. 17-18].
Это представление о Мире назовем современной картиной Мира.
Не следует понимать сегодняшние представления о развитии мира, как нечто законченное и полностью понятное и проверенное опытом. Сошлемся опять на высказывание И. Пригожина: «То, что возникает в настоящее время, представляет собой «промежуточное» описание, лежащее где-то между двумя непохожими друг на друга образами детерминистского мира и произвольного мира чистой случайности. Физические законы приводят к новой форме познаваемости, выражаемой несводимыми к траекториям статистическим представлениям» [229, с. 163 - 164].
Невозможность однозначного предсказания не означает возможности нарушения основных установленных законов природы.
Современную картину мира следует понимать как некоторую модель, которая достаточно хорошо описывает известные закономерности. Сегодня наука имеет больше загадок, чем ответов на поставленные вопросы. Однако, нам необходима опора для дальнейшего рассмотрения таких понятий, как «информация», «информационный процесс», «информационный система», «информатика» и других.
Рамки этого исследования не позволяют детально рассмотреть существующие воззрения на картину Мира, которые описаны в работах академиков Н. Моисеева [193 - 195] и И. Пригожина [229 - 231].
Картину мира рисует наука. Некоторые считают, что наука уже почти все открыла, о чем свидетельствует снижение темпа новых открытий, наступает время технологий. И. Пригожий придерживался другого мнения: «Я глубоко убежден, что мы находимся в важном поворотном пункте истории науки. Мы подошли к концу пути, проложенному Галилеем и Ньютоном, которые нарисовали нам картину детерминистической Вселенной с обратным временем. Ныне мы стали свидетелями эрозии детерминизма и возникновения новой формулировки законов физики» [229, с. 7]. «На наших глазах, - продолжает И. Пригожий, - рождается наука, не ограничиваемая более идеализированными и упрощенными ситуациями, а отражающая всю сложность реального мира, наука, рассматривающая нас и нашу деятельность как неотъемлемую часть фундаментального «тренда» на все уровнях природы» [229, с. 14].
Исходя из этой третьей стадии понимания развития человечества можно, «считать возникновение жизни естественным этапом саморазвития земной материи» [193, с. 30], (см. раздел 1.3). Возникнув, живое вещество стало относительно быстро эволюционировать и следующим крупным этапом стало появление человека разумного. «Мозг человека и мозг животного, особенно высших млекопитающихся, состоит из одних и тех же нейронов. Но, несмотря на это, наш мозг рождает способность познавать сам себя, видеть себя со стороны, познавать окружающий мир, задумываться о тайне своего происхождения» [193, с. 33 - 34].
Практически о том же написано в книге под редакцией СВ. Симоновича: «Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует, и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств - это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами - при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные. Данные - это зарегистрированные сигналы» [90, с. 11]. Отметим, что в этой цитате отсутствует важное положение: интерпретацией сигнала и данных занимается только живое существо, в нашем исследовании - человек. «Сигнал (от лат. signum -знак), знак, физический процесс (или явление), несущий сообщение (инфор манию) о каком-либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления, указания, оповещения и т. д.» [257, с. 1216].
В работах [143, 144] ставится равенство между сигналом и информацией: «Передача информации (т. е. некоторого слова) по каналу связи представляет собой цепочку дискретных возмущений, физическая основа которых не имеет значения».
В этом разделе показано, что современная картина мира вполне описывается физическими взаимодействиями. При описании физических процессов важное место занимает случайные процессы.
1.3. Живая и неживая природа
Известно, что «... и живая, и неживая природа образуется из атомов одинакового типа. Лягушки сделаны из того же материала, что и камни, но только материал этот по-разному использован. У нас есть атомы - и ничего больше, а атомы однотипны и однотипны повсюду» [285, с. 163 - 164].
Именно поэтому провести грань между живым и неживым достаточно трудно. Вот как описаны отличия и сходство объектов живой и неживой природы у К. Вилли: «Всем живым организмам в большей или меньшей степени свойственны определенные размеры и форма, обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение и приспособляемость. Хотя этот перечень кажется вполне четким и определенным, граница между живым и неживым довольно условна, и будем ли мы называть, например, вирусы живыми или неживыми, зависит от того определения жизни, которое мы примем. Неживые объекты могут обладать одним или несколькими из перечисленных свойств, но никогда не проявляют всю совокупность этих свойств одновременно ... Большинство биологов согласно с тем, что все разнообразные проявления жизни в конечном счете можно объяснить на основании тех же физических и химических законов, которым подчиняются неживые системы. Представление о том, что все жизненные явления можно свести к физике и химии, называют механистической теорией жизни. Из этой теории следует, что если бы мы достаточно хорошо знали химическую и физическую основу жизненных явлений, то мы, возможно, были бы в состоянии синтезировать живое вещество. Противоположный взгляд, который был широко распространен среди биологов до начала этого века (ХХ-го века - А.Ф.), состоял в том, что жизнь обусловливают и контролируют силы особого рода, необъяснимые в понятиях физики и химии. Точка зрения, согласно которой живые и неживые системы различны в самой основе и подчиняются различным законам, называется витализмом. Многие явления жизни, казавшиеся такими таинственными при их первом открытии, удалось понять без привлечения особой «жизненной силы», и разумно будет предположить, что и другие проявления жизни при их дальнейшем исследовании окажутся объяснимыми на научной основе» [47, с. 24].
При этом всегда существовал вопрос, каким образом из неживой материи происходит живая? Попытки ответить на этот вопрос можно найти в работах И. Пригожина и его учеников: «Мы начинаем понимать, каким образом, исходя из химии, можно построить сложные структуры, сложные формы, в том числе и такие, которые способны стать предшественниками живого. В сильно неравновесных явлениях достоверно установлено весьма важное и неожиданное свойство материи: впредь физика с полным основанием может описывать структуры как формы адаптации системы к внешним условиям. Со своего рода механизмом предбиологической адаптации мы встречаемся в простейших химических системах. На несколько антропоморфном языке можно сказать, что в состоянии равновесия материя «слепа», тогда как в сильно неравновесных условиях она обретает способность воспринимать различия во внешнем мире (например, слабые гравитационные и электрические поля) и «учитывать» их в своем функционировании. Разумеется, проблема происхождения жизни по-прежнему остается весьма трудной, и мы не ожидаем в ближайшем будущем сколько-нибудь простого ее решения. Тем не менее, при нашем подходе жизнь перестает противостоять «обычным» законам физики, бороться против них, чтобы избежать предуготованной ей судьбы - гибели. Наоборот, жизнь предстает перед нами как своеобразное проявление тех самых условий, в которых находится наша биосфера, в том числе нелинейности химических реакций и сильно неравновесных условий, налагаемых на биосферу солнечной радиацией» [231, с. 55].
