Системы учебных задач как элемент методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики

Актуальность исследования. Исторический возраст школьного курса информатики миновал двадцатилетний рубеж. Изначально «базовый» уровень курса был обозначен выпускными классами школы. И это имело, в первую очередь, экономические, но не дидактические объяснения. «Безмашинный» вариант курса можно было реализовать только в старших классах, поскольку курс для младших школьников однозначно должен поддерживаться компьютерными приложениями.

Вместе с тем, практически с первых лет обучения школьников информатике, благодаря инициативе и энтузиазму, в первую очередь, педагогов практиков, апробировался и развивался пропедевтический курс, то есть разрабатывался курс для начальной школы и младших классов среднего звена. Пакет «Роботландия» фактически стал базовым для младших школьников, в первоначальной версии для Ямахи и УКНЦ, а затем для 1ВМ-совместимых компьютеров, появившихся в школах с 1990 г.

За прошедшие годы разработаны, апробированы и внедрены в практику несколько курсов раннего обучения информатике. Широко известны разработки отдельных авторов и авторских коллективов под руководством С. А. Бешенкова, Л. Л. Босовой, А. В. Горячева, А. А. Дуванова, Н. В. Макаровой, Н. В. Матвеевой, А. В. Могилева, Ю. А. Первина, А. Л. Семёнова, С. Н. Тур.

Методике раннего обучения информатике посвящены исследования В. С. Абловой, Л. Л. Босовой, Н. Н. Булгаковой, А. В. Горячева, С. В. Ильчеико, И. В. Левченко, Т. В. Николаевой, Н. Б. Тихоновой. Большой вклад в разработку программ обучения сделан Ю. А. Аверкиным, Г. А. Андриановой, Н.К.Конопа-товой, Л. П. Панкратовой, С. Ф. Сопруновым, А. В. Хуторским, Е. Н. Челак, Е. И. Яковлевой.

Методика обучения пропедевтическому курсу информатики вошла составной частью в вузовские учебники курса «Теория и методика обучения информатике» авторов М. П. Лапчика, И. Г. Семакина, Е.К.ХеннераН.В.Софроновой. Системное рассмотрение вопроса проведено в монографии Ю. А. Первина, посвященной методике раннего обучения информатике.

Необходимо отметить новые методические формы для пропедевтического школьного курса информатики. С 2006 г. появилась постоянная рубрика «Началка» в методической газете «Информатика». Создан (в 2005 г.) и активно работает Большой Московский семинар по методике раннего обучения информатике, который, благодаря своему сайту в Интернете, доступен практически любому учителю.

Значительно расширил возможности в сфере образования Интернет. Не только учителя, но и младшие школьники имеют возможность участвовать в дистанционном обучении и творческой деятельности. Роботландский сетевой университет, ежегодный дистанционной конкурс ТРИЗформашка, центр дистанционного обучения «Эйдос» — это только отдельные примеры реализованных идей и начинаний энтузиастов раннего обучения информатике.

Однако отсутствие единого, цельного, непрерывного школьного курса информатики в федеральном БУПе говорит о проблеме, которая ждет своего разрешения. Понимание того, что информатика служит целенаправленному развитию операционного стиля мышления человека, являющемуся фундаментом освоения любой технологии, должно возобладать над идеями быстрого и легковесного «научения компьютеру».

Современный операционный стиль мышления включает в себя (с некоторой долей условности) несколько составляющих: планирование, моделирование, поиск, общение, инструментирование. Развитие одной из частейпланирования определяется, в первую очередь, алгоритмическими разделами курса. При этом влияние планирования на остальные составляющие, безусловно, велико.

Необходимо отметить, что алгоритмические разделы, разработанные разными авторами, имеют существенные различия. Государственный стандарт начального общего образования по информатике не принят.

Содержание курсов имеет отличие во введении отдельных понятий, трактовках, подходах. Но даже для общепонятных и общепризнанных элементов, например, управляющих структур, не существует достаточных разработок, обеспечивающих качественное обучение, позволяющее не только изучать ту или иную тему, но и применять полученные знания при обучении другим предметам и на практике. Недостаточно упражнений, задачного материала.

Назрела необходимость в системной, методической и научно обоснованной разработке содержания обучения алгоритмизации в курсе раннего обучения информатике.

Таким образом, актуальность избранной темы исследования определяется недостаточной теоретической и методической разработанностью процесса обучения алгоритмизации младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Все выше изложенное составляет проблему исследования: каковы методические основы разработки систем типизированных учебных задач для качественного и контролируемого формирования базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в начальном курсе информатики?

Цель исследования — разработать и обосновать системы типовых учебных задач для качественного и контролируемого формирования базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Объект исследования: процесс обучения младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Предмет исследования: методика обучения алгоритмизации младших школьников на основе систем типовых учебных задач в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Гипотеза исследования. В существующих программах обучения содержание обучения младших школьников алгоритмическим разделам в рамках пропедевтического школьного курса информатики имеет различия. Мы предположили, что необходима конкретизация содержания обучения алго-ритмике и разработка соответствующей задачной поддержки в виде систем типовых учебных задач. Качественное и контролируемое формирование базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в начальном курсе информатики будет достигнуто, если.

— осуществлять обучение элементам алгоритмизации в обоснованной последовательности (следование, вспомогательный алгоритм, цикл, ветвление, рекурсия);

— включать в содержание обучения системы типовых учебных задач, разработанные для каждого из перечисленных элементов, обеспечивающие учет актуального уровня развития учащихся и их подготовки, а также возможность развития ума, воображения, творческих процессов;

— осуществлять поэтапный процесс формирования алгоритмических умений младших школьников на основе систем типовых задач, используя различные формы наглядного представления последовательности действий: без использования компьютера (предметную, театрализованную, изобразительную, текстовую, словесную) и с использованием программных исполнителей;

— осуществлять пошаговую работу с алгоритмом на компьютере, используя командный режим программного исполнителя или пошаговое исполнение в программном режиме.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методические основы обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики.

2. Разработать системы учебных типовых задач для обучения основным алгоритмическим структурам и умениям (следование, вспомогательный алгоритм, цикл, ветвление, рекурсия) в пропедевтическом школьном курсе информатики, содержащие три уровня сложности с постепенным усложнением по количеству необходимых действий.

3. Разработать технические задания на проектирование программной поддержки обучения с учетом методических основ, которые стали базой разработанных систем задач.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: работы в области формирования содержания образования (В.В.Краевский, И. Я. Лернер, П. И. Пидкасистый, А. И. Пискунов, А.В.Хуторской), теории и методике обучения (Ю.М.Бабанский, В. И. Загвязинский, И. Я. Лернер, М.И.Мах-мутов, И.С.Якиманская), психического развития младших школьников и подростков (Л.В.Выготский, П. Я. Гальперин, В. В. Давыдов, А. З. Зак, Н.С.Лей-тес, Ж. Пиаже), психологических основ педагогики (Бадмаев Б.Ц., Дж. Брунер,.

B.П.Зинченко, Э. В. Ильенков, В. А. Крутецкий, Я. А. Пономарев, В.С.Ротен-берг), результаты исследований по информатизации образования и методике преподавания информатики (С.А.Бешенков, А. П. Ершов, А. А. Кузнецов,.

A.Г.Кушниренко, М. П. Лапчик, Г. В. Лебедев, А. В. Могилев, С. М. Окулов,.

C.Пейперт, Ю. А. Первин, И. Г. Семакин, А. Я. Фридман, Е.К.Хеннер), работы по основным положениям теории учебных задач (В.В.Гузеев, Л. Л. Гурова,.

B.И.Крупич, Д. Пойа, Д. Толлингерова, А. В. Усова, Л.М.Фридман), работы в области построения и анализа алгоритмов, программирования и технологии разработки программ (Ф.Брукс, Н. Вирт, Р. Грэхем, Э. Дейкстра, А. П. Ершов, Д. Кнут, Т. Кормен, О. Паташник, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест, А. Л. Семёнов, В.А.Успенский).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

— сравнительный анализ психолого-педагогической, научной, учебно-методической литературы по проблематике исследования;

— метод моделирования для разработки систем учебных задач и технических заданий для создания программной поддержки процесса обучения;

— анализ, систематизация и обобщение для выработки методики обучения основам алгоритмизации;

— метод экспертного моделирования оценки педагогической эффективности обучения на основе систем задач.

Исследование проводилось на базе педагогического факультета Тверского государственного университета, физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического факультета, МОУ Тверская гимназия № 6, МОУ гимназия № 10 г. Твери с 2002 года по 2006 год и включало три этапа.

I этап. 2002;2004 гг. Проведен анализ психолого-педагогической, научной и учебно-методической литературы, сформулирована гипотеза, цель и задачи исследования. Разрабатывались системы задач для освоения линейной последовательности действий (задачи на перевозы и переливания), для обучения методу последовательного уточнения (задачи на сортировку железнодорожного состава) и апробировались первоначальные варианты методики их использования.

II этап. 2004;2005 гг. Проведена корректировка систем учебных задач с позиции единого методологического подхода к их содержанию и структуре. Разработана и теоретически обоснована методика обучения алгоритмическим разделам пропедевтического курса информатики. Разработаны технические задания на создание программной поддержки для каждой из систем задач. Продолжалась апробация методики.

III этап. 2005;2006 гг. Проверена гипотеза о качественном и контролируемом процессе формирования базовых алгоритмических понятий и представлений на основе систем учебных задач в начальном курсе информатики путем экспертной оценки. В качестве экспертов выступили студенты третьего курса педагогического факультета Тверского государственного университета, четвертого и пятого курсов физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического университета имени К.Д.Ушин-ского. Проведена экспертная оценка систем учебных задач и технических заданий на разработку программного обеспечения. По результатам экспертизы была проведена корректировка систем задач, методических рекомендаций и технических заданий. Сформулированы выводы, завершено оформление диссертации.

Достоверность результатов исследования обеспечена методологической обоснованностью исходных позиций, многоаспектным и концептуальным единством рассмотрения проблемы, опорой на результаты современных психолого-педагогических исследованийиспользованием разнообразных методов исследования, адекватных цели, предмету и поставленным задачамапробацией систем задач в группах экспертов, объективно сформированных для этой цели.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

— обоснована последовательность освоения алгоритмических структур и конструкций (следование, вспомогательный алгоритм, повторение, ветвление, рекурсия);

— предложена классификация оценки сложности алгоритмических учебных задач: тематическая, содержательная, деятельностная;

— разработаны системы типовых учебных задач для обучения младших школьников алгоритмике в начальном курсе информатики, расположенные на трех уровнях сложности, с постепенным усложнением по количеству необходимых действий;

— разработаны технические задания на создание программной поддержки систем учебных задач.

Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:

— расширено и обосновано представление о системах учебных задач и их использовании как элемента методики обучения алгоритмизации в курсе раннего обучения информатике;

— результаты исследования предоставляют теоретические основы для дальнейшей экспериментальной работы в области обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

— разработано и впервые апробировано методическое обеспечение процесса обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики на основе систем учебных задач;

— результаты исследования могут быть использованы в обучении младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики;

— сформулированные технические задания позволяют разработать программное обеспечение в виде программных исполнителей, реализующих предложенные системы учебных задач.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методическими основами обучения младших школьников алгоритмическим разделам в пропедевтическом школьном курсе информатики являются частнометодические принципы: a. формирование базовых конструкций из представления последовательных действийb. пошаговая работа с алгоритмом на компьютереc. методическое структурирование базовых конструкций, а также оценка сложности учебных алгоритмических задач на основе тематического, содержательного, деятельностного подходов.

2. Системы учебных типовых задач, разработанные в соответствии со сформулированными методическими основами, на трех уровнях сложности, с постепенным усложнением по количеству необходимых алгоритмических элементов, способствуют качественному и контролируемому процессу обучения алгоритмизации младших школьников в раннем курсе информатики.

3. Для успешного формирования алгоритмических умений младших школьников необходимо использование программных исполнителей, соответствующих разработанным системам учебных задач, первой ступенью разработки которых являются выработанные технические задания.

Выводы.

В рамках существующих стандартов, федерального базисного учебного плана конструктивно осуществить педагогический эксперимент, статистически доказывающий фундаментальность и эффективность алгоритмической линии раннего курса информатики не представляется возможным. Постановку подобного исследования и его решение можно рассматривать в перспек.

Для доказательства гипотезы исследования проведено экспертное моделирование и дана оценка педагогической эффективности методического принципа тематических систем алгоритмических задач для формирования операционного стиля мышления школьников. Для проведения экспертизы решена дополнительная задача — разработан и проведен спецкурс для студентов педагогического факультета классического университета и студентов физико-математического факультета педагогического университета.

Правильность создания и использования систем задач в методике обучения алгоритмизации пропедевтического школьного курса информатики подтверждена высокими экспертными оценками. По результатам экспертизы устранены отдельные недочеты, неточности, системы задач доработаны. Принято решение о двухвариантном подходе к использованию систем задач в алгоритмическом разделе курса: базовом и расширенном.

Дано положительное заключение экспертов на использование систем задач как необходимый элемент методики обучения алгоритмизации. Влияние алгоритмических разделов на формирование операционного стиля мышления подтверждено.

Таким образом, гипотеза исследования подтверждена, цель исследования достигнута, проблема разрешена.