Содержание и методика углубленного изучения информатики в средней школе: (На прим. 
раздела «Методы решения задач на ЭВМ»)

Широкое внедрение современных вычислительных средств во все отрасли народного хозяйства, в том числе и в образование, стало жизненной необходимостью. Это связано, в первую очередь с возрастающим объемом информации, фиксация и качественная обработка которой в разумные сроки практически невозможна без средств вычислительной техники. На 25-ой сессии Генеральной конференции ЮНЕСКО было отмечено, что «направленное и расширяющееся воздействие информатики, микроэлектроники и компьютерной техники на образование, науку и технику, культуру и коммуникации представляют собой одну из важнейших меж-дистиплинарных проблем и вызовов нашего времени» /134, с.115/.

Новые информационные технологии становятся основной движущей силой развития общества. Информатизация общества предполагает прежде всего информатизацию образования, которое осуществляет процесс подготовки человека к полноценному существованию в современных условиях. Специалисты любой отрасли народного хозяйства должны уметь пользоваться в своей деятельности методами и средствами информатики.

Наличие развитого прикладного программного и математического обеспечения расширяет сферы применения ЭВМ, ускоряет процесс информатизации общества. В свою очередь развитое программное обеспечение невозможно без качественно подготовленных специалистов в области его проектирования, разработки и эксплуатации. Существенную помощь в этом может и должна оказать средняя школа при организации изучения программирования как одного из возможных направлений углубленного изучения информатики. «Программисты будущего — это сегодняшние школьники и уровень квалификации завтрашних программистов определяется тем, чему их научат сегодняшние учителя» / 62, с.159/. Но «обучение программированию, — как отмечал академик А. П. Ершов, — это условное название прикладной педагогической деятельности, направленной на овладение школьниками старших классов основами информатики и вычислительной техники в режиме профессиональной и предвузовской подготовки» / 48, с.7/ и поэтому не может быть обеспечено в рамках общеобразовательного предмета «Основы информатики и вычислительной техники», где обучение проводится по единой программе в старших классах без учета выбора школьниками будущей профессии, что, как показывает практика, недостаточно эффективно. Формирование готовности к использованию ЭВМ в конкретных предметных областях является задачей профессионального обучения. В общеобразовательной школе этому способствуют факультативные курсы, курсы по выбору, классы с углубленным изучением информатики и другие формы углубленной подготовки. Особенностью обучения информатике при таких условиях является то, что здесь объединены учащиеся с одними и теми же интересами к одной и той же будущей профессиональной деятельности, что создает положительный мотивационный фон для углубленного изучения ее основных разделов, в том числе и программирования.

Обучение программированию может проходить в четыре этапа: нулевой этап — это знакомство с основами алгоритмизации через специализированные практйкумы (например, Е-практикум) — первый этап — языковыйсуть его состоит в рассмотрении отдельных конструкций и свойств языка программирования и средств отладки программ. Второй этап-алгоритмическийздесь внимание акцентируется на изучении методов решения различного класса задач на ЭВМ, дополнительные возможности языка программирования изучаются в той мере, насколько он необходим для кодирования составленных алгоритмов для конкретных задач. Третий этаппрактическийучащиеся выполняют задания для нужд школы и производства, тем самым закрепляя полученные на первом и втором этапах знания и умения. В этом случае нулевой и первый этапы охватывают общеобразовательный уровень, второй и третий профессиональный уровень обучения программированию.

Тема нашего исследования связана с алгоритмическим этапом обучения программированию, содержание которого можно отразить в разделе «Методы решения задач на ЭВМ». Данный этап выступает в качестве необходимого этапа предпрофессиональной подготовки учащихся в области программирования. «Программирование — вторая грамотность, но овладение ею возможно лишь на основе глубокого изучения вопросов алгоритмов, на основе овладения учащимися принципов моделирования, умением планировать свои умственные действия» / 112, с. 2 /. Алгоритмический этап — это не только необходимое условие предпрофессиональной подготовки учащихся в области программирования, наличие его вызвано также и опасениями специалистов, связанных с тем, что выпускников школ придется отучать от плохих программистских привычек и навыков, таких, например, как устойчивый навык только лишь к решению математических задач, а также из-за того, что детей основательно знакомят с элементами какого-либо языка, но не обеспечивают возможностей усвоения современных приемов программирования, разнообразных методов (алгоритмов) решения задач на ЭВМ.

В дальнейшем под содержанием раздела будем понимать тематическое его изложение, а также соотвествуюидай состав знаний и умений по каждой теме/ 125 /.

Прохождение второго этапа обучения программированию возможно не только в классах с углубленным изучением информатики, но и на курсах по выбору и факультативных занятиях при обязательном предварительном прохождении языкового этапа, что может обеспечить и общеобразовательный предмет «Основы информатики и вычислительной техники» ;

В развитых странах различают 3 модели обучения информатике: «программистская, деловая и пользовательская». «Программистская» модель предполагает, что основным. содержанием курса является язык программирования. В «пользовательской» модели основным содержанием курса является прикладное программное обеспечение. В «деловой» модели изучаются и язык программирования, и прикладные программы.

Потребности общества «в появлении „компьютернограмотно-го“ поколения молодых людей в связи с массовым внедрением вычислительной техники в виде ПЭВМ и встроенных микропроцессо-ров» /48,с.7/, обладающих навыками общения с персональными компьютерами, умеющих пользоваться наиболее распространенными пакетами прикладных программ, а также имеющих необходимые знания в области вычислительной математики и программирования, явились основанием для разработки в Республике Беларусь эспериментальной программы углубленного изучения информатики в средних школах республики с ориентацией на «деловую» модель обучения информатике (авторы: Павловский А. И., Гращенко П.Л.) / 104 /. Программа курса включала в себя следующий цикл предметов: основы информатики и вычислительной техники (8−9 классы), программирование (10—II классы), информатика и научно-технический прогресс (II классы). Углубленное изучение информатики в рамках предлагаемой программы было ориентировано на предпрофессиональную подготовку специалистов в области программирования и информатизации. В рамках разработанной программы можно выделить два уровня: общеобразовательный и профессиональный. В обучении учащихся в области программирования в данном курсе реализована идея поэтапного подходапоследовательно осуществляется прохождение четырех выше названых этапов. Нулевой и первый этапы относятся к общеобразовательному уровню, второй и третий — к профессиональному. На нулевом этапе учащиеся знакомятся с основами алгоритмизации в среде Е-практикум, первый уровень предполагает знакомство с основами программирования на языке Паскаль. В данном предмете изучаются также неструктурированный язык программирования Бейсик и язык логического программирования Пролог.

Изучение информатики в современных условиях связано с массовым внедрением микропроцессорной техники в среднюю школу, с переосмыслением накопленного опыта, разработкой долгосрочной программы использования ВТ в сфере образования, с представлением «о единой непрерывной системе подготовки в области информатики, включающей в себя общеобразовательную основу и проводимое на его основе профессиональное обуче-Ние» /66,С.8/, с перспективой переноса общеобразовательного курса информатики в 8−9 классы, с появлением нового общеупотребительного понятия «новая информационная технология обуче-ния'ЧНИТО).

Информатизация образования является не только следствием, но и стимулом развития новых информационных технологий, которые, примененные в образовании, способствуют:

— раскрытию, сохранению, развитию у обучаемых присущих каждой личности индивидуальных особенностей и способностей;

— постоянному динамическому обновлению содержания, форм и методов обучения и воспитания;

— формированию у учащихся умений и навыков, необходимых для информатизации общества.

Эти факты подтверждают актуальность темы исследованияалгоритмический этап обучения программированию в условиях новых информационных технологий обучения.

Определение содержания раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию и поиск эффективной методики изучения методов решения задач на ЭВМ в условиях новых информационных технологий обучения составляют проблему нашего исследования.

Объект исследованияпроцесс формиро-ния знаний и умений учащихся при углубленном изучении информатики в средней школе.

Предмет исследования — содержание раздела «Методы решения задач на ЭВМ», методы и организационные формы формирования знаний и умений учащихся при изучении методов решения задач на ЭВМ в классах с углубленным изучением информатики, на курсах по выбору и факультативных занятиях в условиях новых информационных технологий обучения.

Цель исследования заключается в разработке содержания раздела «Методы решения задач на ЭВМ», теоретической разработке и практической реализации эффективной методики обучения учащихся методам решения задач на ЭВМ в классах с углубленным изучением информатики, на курсах по выбору и факультативных занятиях в условиях новых информационных технологий обучения.

В исследовании мы исходили из основной гипотезы, «то рассмотрение раздела «Методы решения задач на ЭВМ» в качестве одного из направлений углубленного изучения информатики и разработка соответствующей методики изучения методов решения задач на ЭВМ, как составляющих компонентов раздела, основанной на идее поэтапного планомерного формирования умственных действий (П.Я.Гальперин, Н.Ф.Талызина) и использовании новых информационных технологий обучения:

— повышает не только теоретическую направленность курса информатики, но и прикладную;

— способствует более эффективному формированию знаний и умений учащихся при изучении методов решения задач на ЭВМ в сравнении с традиционными подходами;

— является важным фактором развития способностей школьников, их творческого мышления и познавательной активности.

Задачи исследования:

— проанализировать состояние предпрофессиональной подготовки учащихся в области программирования в системе окольного образования с целью выявления ее соответствия современным требованиям программирования и основных подходов к изучению методов решения задач на ЭВМ в этой системе;

— обосновать и разработать содержание (состав знаний и умений) раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию в классах с углубленным изучением информатики, на курсах по выбору и факультативных занятиях;

— обосновать возможность создания и разработать методику единого подхода к изучению методов решения задач на ЭВМ как составлякхцих раздела «Методы решения задач на ЭВМ» ;

— разработать программно-методический комплекс по отдельным темам раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение методики единого подхода к изучению раздела «Методы решения задач на ЭВМ» и апробировать его в ходе педагогического эксперимента .

В процессе работы над диссертацией для решения поставленных задач использовались следующие методы иссле-в, а н и я:

— изучение и анализ психолого-педагогической и специальной литературы по проблематике исследования;

— анализ учебных программ, пособий и методических рекомендаций по основам информатики и вычислительной техники, диссертаций, монографий, материалов конференций с целью выявления состояния и определения путей решения проблемы;

— изучение и анализ педагогического опыта работы учителей информатики, наблюдение за ходом учебного процесса, деятельностью учащихся с точки зрения исследуемой проблемы;

— беседы с учителями и учениками;

— анкетирование;

— педагогический эксперимент.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоит в том,.

— что:

— проведен анализ состояния обучения учащихся методам решения задач на ЭВМ в системе школьного образования;

— проведено обоснование отбора содержания (состав знаний и умений) раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию в классах с углубленным изучением информатики, на курсах по выбору и факультативных занятиях;

— теоретически обоснована методика единого подхода в обучении учащихся методам решения задач на ЭВМ, основанная на идее поэтапного планомерного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин, Н.Ф.Талызина) и использовании новых информационных технологий обучения.

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

— разработано содержание (состав знаний и умений) раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию в классах с углубленным изучением информатики, на курсах по выбору и факультативных занятиях;

— предложена конкретная методика обучения учащихся методам решения задач на ЭВМ как составляющих раздела «Методы решения задач на ЭВМ» ;

— разработан программно-методический комплекс (пакет «Методы») по следующим темам раздела «Методы решения задач на ЭВМ»: методы сортировки (сортировка простыми включениями, сортировка простым выбором) — методы поиска (бинарный поиск) — линейное программирование (симплекс-метод) с успешной апробацией его в ходе педагогического эксперимента- - программно-методический комплекс (пакет «Методы») допускает адаптацию к условиям применения в школе различных вычислительных средств без утраты практической ценности занятий на его основе;

— разработанный программно-методический комплекс (пакет «Методы») может успешно использоваться в системе повышения квалификации учителей информатики.

— исследование соответствует новой концепции обучения информатике в республике Беларусь — перенос базового курса информатики в 8−9 классы и продолжение изучения информатики в условиях профильного (специализированного) обучения в IQ-II классах). i, а защиту выносятся:

— содержание (состав знаний и умений) раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию;

— методика обучения учащихся методам решения задач на ЭВМ как составляющих компонентов раздела «Методы решения задач на ЭВМ» ;

— программно-методический комплекс (пакет «Методы») по следующим темам раздела «Методы решения задач на ЭВМ»: методы сортировки (сортировка простыми включениями, сортировка простым выбором) — методы поиска (бинарный поиск) — линейное программирование (симплекс-метод).

Апробация и внедрение в практику результатов исследования осуществлялось в ходе их экспериментальной проверки, которая проводилась в 1987;1993гг. в школах г. Минска, Минской и Могилевской областей, обсуждалась на республиканских семинарах-совещаниях по проблемам углубленного •изучения информатики в средних школах республики Беларусь. Результаты исследования нашли отражение в тезисах выступлений на Всесоюзном семинаре-совещании «Совершенствование организационных форм и методов преподавания математики, информатики и вычислительной техники в школах и педвузах’Чг.Гулистан, 1990), на Всесоюзной научной конференции «Компьютерные технологии в учебном процессе в школе и вузе» (г.Свердловск, 1990 г.), в ма-гериалах научно-методической конференции «Интегрирующая роль информатики в учебном процессе педвуза и школы» (г.Минск, 1992 г.), на международной конференции «Образование XXI века. 1роблемы повышения квалификации работников образования» (г. Иинск, 1993 г.), в сборнике методических статей «Использование ЭВМ в средней школе’Чг.Гродно, 1991 г.), в программе «Углубленное изучение информатики в средних школах БССР» .Минск, ИВЦ MHO ЗССР, 1989, — 16с.

Программно-методический комплекс (пакет «Методы») использу-этся более чем в 300 школах республики, оснащенных КУВТ «Корвет» и КУВТ «Немига». В настоящее время ведутся аналогичные разработки для. IBM и IBM — совместимой техники. В перспективе 1редполагается дополнение пакета «Методы» новыми разработками ю методам вычислительной математики, представленных в разделе «Методы решения задач на ЭВМ» .

2.4. Выводы по второй главе.

1. В предложенном нами подходе к организации познавательной деятельности учащихся через систему ориентиров и подориенти-ров для вычислительных и невычислительных методов в условиях новых информационных технологий обучения прослеживается следующая методическая линия: от компьютерной демонстрации механизма обработки информации согласно методу к формальному описанию сущности методаот формального представления сущности метода через адекватное выполнение умственных действий в среде тренажера к ее осознаниюот осознанной сущности метода через ее детализацию к записи алгоритма и оценке его сложности, а через решение задач по образцу и контроль знаний и умений учащихся по теории метода к решению творческих задач.

2. При изучении невычислительных методов пакет «Методы» может эффективно использоваться на этапе теориидля вычислительных методов — как на этапе теории, так и на этапе практики.. Н этапе практики предполагается эффективное использование режим «вычисления» для автоматизации решения различного класса вь числительных задач.

3. Методические рекомендации по каждой теме раздела «Метод решения задач на ЭВМ» по своей структуре могут быть представ лены следующим образом: тема, содержание, цели, требования знаниям и умениям учащихся, предварительная подготовка учащих ся, оборудование, основные понятия, введение для учителя, ме тодические указания. В методических указаниях отражена систем уроков по изучению указанной темы. Каждый урок представлен п следующей схеме: тема, содержание, цели, знания и умения, фор мы организации учебной деятельности, организация и проведени урока.

5. Положительные результаты педагогического эксперимента пред полагают перспективную разработку програмной поддержки дл. других вычислительных и невычислительных методов, в частности для ряда методов сортировки и поиска, методов решения уравне ний и систем уравнений.

6. По-прежнему остается проблема создания тематического задач ника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе исследования были выполнены все поставленные задачи исследования и подтверждена гипотеза исследования.

1. Разработано содержание раздела «Методы решения задач на ЭВМ» как отражение алгоритмического этапа обучения программированию в классах с углубленным изучением информатики (математики), на курсах по выбору и факультативных занятиях.

2. Теоретически обоснована и разработана методика единого подхода к изучению методов решения задач на ЭВМ, основанная на идее поэтапного планомерного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин, Н.Ф.Талызина) и использовании новых информационных технологий обучения.

3. Разработан программно-методический комплекс (пакет «Методы») по следующим темам раздела «Методы решения задач на ЭВМ»: методы сортировки (сортировка простыми включениями, сортировка простым выбором) — методы поиска (бинарный поиск) — линейное программирование (симплекс-метод) с успешной его апробацией в ходе педагогического эксперимента.

Положительные результаты педагогического эксперимента позволяют нам проводить дальнейшие работы в этом направлении. В ходе теоретического исследования мы определили структуру раздела «Методы решения задач на ЭВМ», наполнили его определенным содержанием. Но это еще не окончательный вариант. Предусматривается последующее тематическое дополнение данного раздела, разработка соответствующей методической и программной поддержи. Несомненно, мы будем учитывать и опыт других исследований, проводимых в области углубленного изучения информатики (А.Г.Гейн, В. А. Каймин, Э. И. Кузнецов и др.). Во многом выбор тем будет определяться и их возможной задачной под держкой, что по-прежнему составляет проблему в курсе информс тики. С 1994 года в средних школах Республики Беларусь изуч&euroние базового курса информатики переносится в 8 — 9-е классы ориентацией на пользовательскую модель обучения информатике В 10 — 11-х классах предусматривается углубленное изученк информатики в различных направлениях на курсах по выбору, т факультативных занятиях, в специализированных классах, что подтверждает актуальность дальнейших исследований в выбраннс нами направлении.