Информатика и образование, № 8-2002, с.2-8
Н. В. Макарова,
доктор пед. наук, профессор, проректор по информатизации, зав. кафедрой информационных систем и технологий Международного банковского института, академик МЛН ВШ и ЛИО
СИСТЕМНО-ИНФОРМАЦИОННАЯ КОНЦЕПЦИЯ КУРСА ШКОЛЬНОЙ ИНФОРМАТИКИ
Концепция учебно-методического комплекта
Одним из важнейших видов деятельности человека в современном обществе становится оперативная и качественная работа с информацией на базе компьютерных технологий. Квалифицированная работа с информацией требует и соответствующего уровня информационной культуры человека, фундамент которой должен закладываться в школе. Проблема формирования должного уровня информационной культуры приводит к необходимости расширения границ целевых установок школьной образовательной системы, а также разработки соответствующей методической системы обучения.
Представляется, что наиболее полно реализовать поставленную цель по формированию необходимого уровня информационной культуры призвана образовательная область «Информатика». Она аккумулирует в себе огромный потенциал знаний, сформированный под воздействием бурно развивающейся компьютерной индустрии.
Позиция автора состоит в том, что для школьной информатики надо отобрать такой учебный материал и разработать такие методики, которые бы способствовали развитию интеллектуального и творческого потенциала ребенка, созданию фундамента информационной культуры. Методическая система обучения информатике должна базироваться на идеях педагогики развивающего обучения.
В предлагаемой концепции преподавания информатики выделены те направления информатики, которые послужат развитию учащихся, будут способствовать формированию их системного мировоззрения, позволят им овладеть современными информационными технологиями и применять их в реальных задачах из конкретных предметных областей.
Предлагаемая концепция школьного курса информатики названа системно-информационной. Она базируется на идеях системного анализа, реализуемых на базе компьютерных технологий. Целью является не изучение всевозможных компьютерных технологий, а освоение базовых с целью их дальнейшего использования для решения конкретных задач. Первостепенное значение придается сформированным в результате обучения информатике способности оценивать ту или иную проблему с системных позиций и умению ее представить в формализованном виде в виде информационной модели. Выбранная ориентация в школьном курсе информатики на обучение детей целенаправленной работе с информацией на основе системного подхода и породило название данной концепции.
В то же время не менее важным является и знание компьютерной технологии, так как это служит средством решения формализованной на основе системного подхода рассматриваемой проблемы или задачи. Здесь в качестве небольшого отступления хотелось бы выразить свое несогласие с теми, кто отстаивает точку зрения превращения предмета информатики в предмет информационных технологий. В таком случае изучение разных технологий становится самоцелью. И процесс этот бесконечен, так как идет постоянное обновление и замена старых технологий новыми. Роль информатики в другом — развитие, развитие и еще раз развитие ребенка с использованием при этом его естественного интереса к компьютеру.
Системно-информационная концепция определяет интегрирующую роль информатики среди всех школьных дисциплин. За счет организации межпредметных связей, реализуемых в процессе решения на уроках информатики разноплановых задач, появляется возможность закреплять и углублять знания, полученные на других предметах. При этом акцент делается на развитие мышления, которое определяет способность человека оперативно обрабатывать информацию и принимать обоснованные решения. Следует заметить, что развитием мышления занимаются практически во всех школьных предметах, но на базе системного подхода нигде — только на информатике. Информатика, позволяющая аккумулировать знания из разных предметных областей, именно та дисциплина, где реально можно воплотить идею развития системного мышления у каждого учащегося.
Известно, что системный анализ — это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой обеспечивается представление объекта в виде системы. Изучение и использование свойств системы становятся определяющими и решающими для успешной практической деятельности. Одним из современных инструментов системного анализа и синтеза систем является информационное (абстрактное) моделирование, проводимое на компьютерах. Информационные модели могут имитировать существенные черты объектов-оригиналов и достаточно точно воспроизводить их поведение.
Таким образом, выделив ключевые слова, лежащие в основе системного подхода, а именно: объект, система, информация, цель, модель, моделирование, мы приходим к необходимости раскрытия и изучения этих понятий с использованием современных компьютерных технологий. Следствием этого является расширение системы понятий на основе тезауруса компьютерной области. К таким понятиям относятся: компьютер, аппаратное обеспечение, программное обеспечение (системное, прикладное, инструментарий программирования), информационные технологии и системы, алгоритм, программа и др.
Уровень развития школьника прямо пропорционально зависит от поставленной преподавателями цели при передаче знаний и умений. Эта цель должна включать обучение системному и логическому мышлению при постановке любой проблемы, самостоятельному принятию решения, формированию достаточного кругозора в данной предметной области, развитие навыков владения необходимым инструментарием и выработку понятия того, как и когда его применять. Можно перечислять еще множество различных аспектов цели, но важно одно — требуется сформировать определенный уровень профессиональной культуры в данной области знаний, названной информационной, а не работать по шаблону «делай как мы», очень распространенному при передаче знаний из областей точных наук.
Учитывая все вышесказанное, в качестве основных целей информатики выделяются следующие:
-
формирование информационной культуры школьника, под которой понимается наличие знаний и умений для целенаправленной работы с информацией и использования для этого возможностей компьютера;
-
обучение системному подходу к исследованию структуры информационных объектов и их взаимосвязей, которые являются моделями реальных объектов и процессов.
-
развитие логического мышления, творческого и познавательного потенциала школьника, его коммуникативных способностей с использованием для этого богатейшего компьютерного инструментария.
Концепция предусматривает выделение инвариантного ядра содержания обучения, независимого от конкретного программного инструментария компьютерной технологии, и вариативной составляющей содержания обучения, определяемой уровнем развития компьютерной области и, соответственно, программного обеспечения в настоящий момент.
Инвариантное ядро содержания обучения школьного курса информатики определяется системно-информационным подходом к познанию окружающего мира. Такой подход базируется на системном анализе явлений, процессов и объектов окружающего мира, разработке их информационных моделей, технологии компьютерного моделирования. Поэтому в базовом курсе информатики дополнительно к рекомендуемому Министерством образования РФ обязательному минимуму содержания образования вводится раздел «Информационная картина мира», где излагаются основные теоретические аспекты предлагаемой концепции.
Методы системного анализа позволяют выявить характерные свойства изучаемых объектов, провести необходимую формализацию при постановке проблемы и разработать информационную модель. При этом объект в зависимости от цели исследования может рассматриваться с двух позиций: и как автономный объект, и как система более простых взаимосвязанных объектов. Далее, используя возможности компьютера, учащийся учится моделировать и проводить исследование в соответствии с поставленной целью. Технология моделирования осваивается на задачах из разных предметных областей, что позволяет более основательно понять учебный материал других дисциплин.
В состав инвариантного ядра входят также и традиционные темы компьютерной области, содержание которых не зависит от конкретной модели компьютера или конкретного вида программного продукта. К этим темам относятся: представление об информационной системе и технологии, техническая часть компьютера, классификация программного обеспечения, понятие алгоритма, основы кодирования и др.
Вариативная составляющая содержания обучения школьного курса информатики определяется современным уровнем развития компьютерной технологии. Конкретная программная среда рассматривается с позиций приобретения учащимися технологических навыков работы с программным инструментарием и использования его как при моделировании, так и при создании информационных продуктов. Изучению различных программных сред должно быть уделено достаточно много внимания, но это не должно быть основным направлением и целью обучения. Недопустимо в школьном курсе информатики изучать только технологию работы в различных программных средах. Следует познакомить учащихся с широким спектром разноплановых задач, где эффективно может применяться компьютерная технология.
С внедрением в школьную программу данной концепции обучения информатике появляется возможность на уроках информатики закреплять и углублять знания, полученные на других предметах. На практических занятиях может быть реализован принцип межпредметных связей. Это достигается в процессе решения многочисленных задач из разных предметных областей. При этом
используются два методических подхода: один — на основе методики освоения программной среды, а другой — на основе методики моделирования.
Знание базового инструментария конкретной программной среды определяет первый квалификационный уровень учащегося для работы на компьютере и формируется на основе методики освоения программной среды. В данной методике, независимо от специфики программного продукта, на основе деятельностного подхода реализуется принцип «от простого к сложному» с пошаговым освоением технологических операций. Прежде всего необходимо сформировать у учащихся правильное представление о назначении данной среды и о классе заданий (задач), которые могут быть в ней реализованы. Выделяются основные объекты, с которыми придется работать обучаемому, с расстановкой для них приоритетов первоочередности изучения. Аналогично надо подойти и к пониманию технологических операций, но уже с позиций выделенных объектов. Надо отранжировать базовые технологические операции по интенсивности использования при работе с объектами компьютерного документа.
Рассмотрим это положение на примере текстового процессора. Эта среда предназначена для создания текстовых документов разной степени сложности. Здесь важно понятие макета документа и его объектов. В текстовом документе выделяются основные объекты (символ, строка, абзац, текст, таблица, векторный рисунок) и внедренные объекты (формула, диаграмма, рисунок, таблица и пр.). На основе анализа свойств этих объектов выделяются базовые технологические операции по работе с ними. Далее можно непосредственно перейти к работе на компьютере в среде текстового процессора с теми заданиями, которые предлагаются в нашем учебном пособии [5].
Особенность методики состоит в формировании комплекса заданий. Сначала предлагаются простейшие задания, для выполнения которых необходимо освоить элементарные технологические операции. Затем предлагается выполнить более сложные задания, которые требуют привлечения дополнительного программного инструментария. Усложнение задания влечет за собой усложнение технологии.
Так при изучении среды текстового процессора первое задание посвящается освоению различных вариантов редактирования текста на примере конкретного текста. В учебнике приводится пооперационная технология редактирования набранного текста. Следующие задания посвящены изучению технологии форматирования применительно к тексту, созданному и отредактированному в предыдущем задании. После выполнения этого задания на экране будет отображен красиво оформленный текст. Далее приводится задание по работе с таблицей, что требует привлечения дополнительного программного инструментария и т. д.
Таким образом, освоение любой программной среды осуществляется в процессе реализации (решения) конкретной задачи. Целью является получение результата, а для этого учащемуся предлагается необходимый компьютерный инструментарий и тщательно разработанная пошаговая методика его освоения.
На развитие системного мышления и приобретение интеллектуальных умений работы с информацией направлена реализованная в учебнике [4] и задачнике [6] методика моделирования. Авторами учебника разработана схема моделирования, где каждый шаг исследования имеет определенную цель. Предложенная схема имеет жесткую структуру в виде нескольких этапов и подэтапов. Моделирование любой задачи проводится по этой схеме. По сути, это шаблон моделирования. Многократно апробированная на задачах из разных предметных областей эта схема запоминается учениками, как таблица умножения. Входящий в комплект задачник содержит порядка 30 задач с объяснением каждого шага исследования, а также задачи для самостоятельного исследования. Все задачи сгруппированы с ориентацией на конкретную программную среду: графического редактора, текстового процессора, табличного процессора, базы данных. Тематика многих задач определяется исходя из тематики школьных предметов, таких как физика, математика, биология, русский язык, рисование, химия.
Подобный тренинг на основе однотипной схемы способствует лучшему пониманию сути решаемой задачи, осознанию того, что надо сделать, чтобы провести исследование. Так формируются устойчивые навыки системного анализа объектов, разработки информационных моделей объектов, проведения компьютерного эксперимента, анализа результатов моделирования.
Системно-информационная концепция изучения информатики в школе рассчитана на три уровня.
На первом уровне, названном пропедевтическим, учащийся знакомится с основными понятиями информатики непосредственно в процессе создания какого-либо информационного продукта, будь то рисунок или программа. Этот уровень не является обязательным в школьной программе и ориентирован на учащихся V — VI классов. Методической поддержкой этого уровня служит учебник [1] и рабочие тетради [2, 3].
На изучение пропедевтического курса отводится 68 часов. Приблизительно половину аудиторного времени составляет практическая работа на компьютере. Курс состоит из трех разделов:
-
«Учимся работать на компьютере», где изучаются основные приемы работы в Windows, Блокноте, Калькуляторе;
-
«Компьютерная графика», где изучается инструментарий среды графического редактора Paint, выполняются творческие работы;
-
«Среда программирования ЛогоМиры», где изучаемый инструментарий используется как средство развития алгоритмического и логического мышления.
Второй уровень, названный базовым, полностью отражает содержание базового минимума, рекомендуемого Министерством образования РФ. С опорой на концепцию системно-информационного подхода нами был введен дополнительный раздел, связанный с изучением свойств объекта и разработкой его информационной модели. Методической поддержкой этого уровня служат учебники [4 — 6].
Базовый уровень ориентирован на учащихся VII — IX классов и является обязательным. Используя учебники [4 — 6], можно приступить к изучению информатики непосредственно с этого уровня. Однако, если в школе есть возможность начать изучение информатики с V или VI класса, мы всячески это рекомендуем, так как пропедевтический курс создает хорошую стартовую площадку для изучения базового курса.
На изучение базового курса отводится 204 часа по 68 часов (2 часа в неделю) в каждом классе. При этом более 2/3 учебного времени составляет работа на компьютере.
В базовом курсе выделено три структурных единицы: теоретическая, практическая по технологии, практическая по моделированию. Теоретической составляющей является инвариантная часть курса информатики, которая представлена в учебнике [4] пятью разделами:
-
«Информация. Информационные процессы»;
-
«Информационная картина мира»;
-
«Программное обеспечение информационных технологий»;
-
«Техническое обеспечение информационных технологий»;
-
«История, современное состояние и перспективы развития компьютерной техники».
Практическая составляющая разделяется на две части. Одна часть, посвященная освоению базовых программных сред компании Microsoft, составляет содержание учебного пособия [5]. Другая часть, посвященная моделированию, составляет содержание учебного пособия [6].
Третий уровень, определяющий предпрофессиональную подготовку школьника, ориентирован на X — XI классы общеобразовательных учреждений и является продолжением базового курса по информатике. Рекомендуется в классах гуманитарного и экономического профилей. Методической поддержкой этого уровня служит учебное пособие [7]. Для школ с углубленным изучением физики, математики, информатики рекомендуется дополнительно включать темы по современным системам программирования, используя для этого специальную литературу. В тематическом планировании содержания обучения информатике в X — XI классах, представленном в [8], отражено три варианта изучения тем на протяжении двух лет:
а) по 1 часу в неделю — всего 68 часов;
б) по 2 часа в неделю — всего 136 часов;
в) более 2 часов в неделю — более 136 часов.
В программе для X класса рекомендуется выделить некоторый объем времени для освоения клавиатуры десятипальцевым методом. Может быть использована любая доступная методика, включая компьютерный тренажер.
Для каких классов уже созданы учебники? Какие учебники разрабатываются сейчас?
К настоящему времени создан учебно-методический комплект для учащихся с V — XI классы. В состав комплекта входят следующие учебники и учебные пособия, поддерживающие три уровня обучения информатике:
Для пропедевтического уровня (V — VI классы):
-
Информатика. 5 — 6 класс. Начальный курс. /Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2001.
-
Рабочая тетрадь для 5-го класса/Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2002.
-
Рабочая тетрадь для 6-го класса. /Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2002.
Для базового уровня (VII— IX классы):
-
Информатика. 7 — 9 класс. Базовый курс. Теория/Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2001.
-
Информатика. 7 — 9 класс. Базовый курс. Практикум по информационной технологии/Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2001.
-
Информатика. 7 — 9 класс. Базовый курс. Практикум-задачник по моделированию/Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2001.
Для предпрофессионального уровня (X — XI классы):
7. Информатика. 10—11 класс/Под ред. Н. В. Макаровой. СПб.: Питер, 2001.
Для учителей:
8. Макарова N. В. Программа по информатике. Системно-информационная концепция. 5—11 класс. СПб.: Питер, 2001.
О преемственности нового варианта учебно-методического комплекта.
Новый вариант учебно-методического комплекта пришел на смену предыдущему благодаря широкой апробации их в учебном процессе школ России и стран ближнего зарубежья. Первый вариант состоял из трех учебников информатики для VI — VII, VII — VIII и IX классов. Концепция преподавания осталась прежней. Учебный материал переработан с учетом сделанных замечаний. За счет переструктурирования материала выделен пропедевтический курс для V — VI классов, куда перешло изучение графического редактора и программы ЛогоМиры. В новом комплекте, также и в предыдущем, используется модульный принцип представления учебного материала.
По сравнению с предыдущим вариантом существенной доработке подверглись темы теоретических разделов «Информация. Информационные процессы» и «Информационная картина мира». Появились новые темы, связанные с формированием представления о системе и ее информационной модели. Существенно переработаны темы по
классификации. В разделе «Программное обеспечение информационных технологий» кардинально переработаны темы по алгоритмизации и программированию. Раздел «Техническое обеспечение информационных технологий» расширен за счет введения новых тем по кодированию информации в компьютере и логическим основам компьютера.
Учебное пособие «Информатика. 10 — 11 класс» сохранилось без изменений.
Творческие планы авторского коллектива достаточно обширны и касаются многих не решенных в школьной информатике проблем. Среди них необходимо выделить наиболее актуальные на сегодняшний день задачи, которые требуют наискорейшего решения. Первоочередной задачей авторы считают разработку методического пособия для учителей для всех уровней обучения, над созданием которого уже началась работа. Издание этого пособия планируется в 2002 г. К числу первоочередных задач мы также относим и разработку учебных программ для разных профилей обучения в X — XI классах, для которых необходимо создавать учебники. К настоящему времени уже сформирована основная концепция многопрофильности обучения информатики в старшей школе и разработаны соответствующие примерные программы. На 2003 г. мы планируем создание учебников для всех профилей обучения в X — XI классах, которые будут являться методической поддержкой этих программ.