Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3.ПРАКТИКА / SEM1 / LITERATURA / ИНФО_№12_2003

.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
74.75 Кб
Скачать

3

Информатика и образование, № 12-2003, с.108-111

С. М. Окулов,

канд. техн. наук, доцент, декан факультета информатики Вятского государственного гуманитарного университета

КОГНИТИВНАЯ ИНФОРМАТИКА

В предлагаемой статье рассматривается проблема, которую можно было бы сформу­лировать следующим образом: «как деятель­ность, связанная с изучением программирова­ния и информатики в целом, влияет на раз­витие интеллекта школьника» (этой пробле­ме посвящена одна из последних работ авто­ра [1]). Решение указанной проблемы позво­лит в определенной степени уточнить цели и задачи курса информатики.

Естественно, что при любом обучении любому предмету интеллект так или иначе развивается, но это малопродуктивное утверждение. Возможна ли целенаправлен­ная деятельность на развитие интеллекта с учетом тех результатов, которые получены в смежных с информатикой науках, и потен­циала самого предмета? Этот вопрос возник не сегодня, он является закономерным ито­гом процесса развития образовательной ин­форматики. Характеризуя ее нынешнее со­стояние, академик РАО А. А. Кузнецов ут­верждает: «Главной целью образования ста­новится формирование целостного мировоз­зрения, предполагающего новый способ мыш­ления и деятельности человека (курсив мой. — С. О.). Роль изучения информатики в формировании такого мировоззрения труд­но переоценить. Именно поэтому формиро­вание научной картины мира и становится сейчас приоритетной задачей в системе задач изучения информатики в школе. Не замечать эту тенденцию или сводить мировоззренче­ские аспекты изучения информатики к роли информационных технологий в развитии об­щества (как это пытаются делать некоторые авторы) уже нельзя» [2]. Итак, требуется фор­мировать новый способ мышления, соответ­ственно развивать мышление (интеллект в действии), и осмысление этого положения, на наш взгляд, первоочередная задача педа­гогической науки и практики. Выскажем сле­дующую гипотезу: уточнение целей образова­ния школьников в области информатики будет происходить (с учетом всех предыду­щих достижений — и в этом заключается диалектика процесса) в направлении целена­правленного развития интеллекта школьни­ка. Не отвергать предыдущие достижения (алгоритмическую культуру, математическое моделирование, информационные техноло­гии и т. д.), а отрицать, использовать их в новом качестве на новом витке развития. Используя прием М. П. Лапчика [3], изобра­зим схематично эволюцию целей образова­ния школьников в области информатики: алгоритмическая культура => компьютерная грамотность => информационная культура + развитие интеллекта.

Понятие «интеллект» как одну из пре­дельных абстракций трудно определить. Оно имеет длительный процесс эволюции, начи­ная с Платона. Против рассмотрения интел­лекта как некой «фиксированной величины», которую можно измерить в лабораторных ус­ловиях, возражал один из выдающихся пси­хологов XX столетия — Л. С. Выготский. Наилучшим показателем интеллекта, с его точки зрения, является то, как люди осваи­вают новое, а не уровень знаний, которые они накопили к определенному моменту вре­мени. Считается, что интеллект есть некая суперпозиция всех его многообразных форм: сенсомоторных, образных, вербальных, знаково-символических, дискурсивных и др. С интеллектом связаны способности форми­ровать понятия, рассуждать, решать задачи (в том числе и творческие), запоминать и воспринимать (высшие формы познания человеком действительности). Однако опре­делять нечто через его свойства, конечно, допустимо, но, в соответствии с современ­ной трактовкой рассматриваемого понятия когнитивными психологами, считаем, что интеллект есть некая психическая реальность и обладает как нечто целое определенными связями, структурой, которые не определя­ются отдельными свойствами.

Когнитивные психологи исследуют принципы и методы, которыми управляется феномен человеческого познания. Познание охватывает ментальные процессы, такие, как восприятие, мышление, память, оценка, пла­нирование и организация. Когнитивная пси­хология — это не есть нечто единое, сцемен­тированное, скорее она объединяет в себе множество теорий, общей базой которых яв­ляется «картография» структуры интеллекта.

Исследования когнитивных психологов приобрели совершенно новое звучание, после того как А. Ньюэллом и Г. Саймоном в 1958 г. была высказана гипотеза о том, что интеллект можно рассматривать как систему обработки информации, подобную компью­теру (компьютерная метафора). Эта гипотеза породила лавину исследований и теоретиче­ских формулировок, основанных на компью­терных моделях (см., например, [4, 5]). Не вдаваясь в анализ научной (и не очень) дис­куссии на тему «могут ли машины мыслить», отметим самую суть. Для того чтобы осущест­влять компьютерное моделирование работы интеллекта, требуется понять, как работает интеллект. При этом создание модели и ее

«прокатка» вносят новое в понимание того, что собой представляет интеллект. И дейст­вительно, за последние десятилетия когни­тивные психологи, используя достижения информатики, продвинулись далеко вперед в понимании природы интеллекта.

А теперь сделаем мысленно обратный ход и посмотрим, можно ли, используя ре­зультаты когнитивных психологов, понять, как деятельность в информатике, точнее — обучение информатике, влияет на развитие интеллекта. Учитывая, что построения ког­нитивных психологов носят в определенной степени редукционистский характер, созна­тельно уменьшим область рассмотрения только интеллектом и не будем рассматри­вать теории личности в целом. Возникает во­прос: если в результате будет построена сис­тема обучения информатике, учитывающая достижения когнитивных психологов в облас­ти понимания природы становления (разви­тия) интеллекта, отражающая (на фунда­ментальном уровне) состояние настоящей информатики, то имеем ли мы право назвать эту систему «когнитивной информатикой»?

Не останавливаясь на обзоре различных теорий интеллекта (это сделано в работе ав­тора [1]), считаем (основываясь на исследо­вании М. А. Холодной [6], в котором интел­лект рассматривается как некая цельная пси­хическая структура), что интеллект есть форма организации ментального (умственно­го) опыта. Понятие опыта мы здесь рассмат­риваем не как чувственно-эмпирические формы познания действительности и не сво­дим к полученным знаниям, умениям, навы­кам. Ментальный опыт трактуется как сфор­мированные психические образования (структуры) человека, обеспечивающие хра­нение, упорядочения и преобразования на­личной и поступающей информации; осо­знанную и неосознанную регуляцию дея­тельности человека (планирование, предвос­хищение, оценку, «притормаживание», выбор стратегии); выбор направления поиска при решении творческих проблем. Итак, если будет создана среда обучения для эффектив­ного формирования ментального опыта школьника, то можно ли говорить о том, что в результате мы формируем его интеллект?

Результативность среды, ее действитель­ная эффективность, обеспечивается в том случае, если она работает в реальном масшта­бе времени (временных задержек между любым действием школьника и реакцией среды на действие быть не должно); имеет дело с динамическими моделями (програм­ма — это динамическая модель конкретной задачи); создает условия для реализации про­хождения любого познавательного процесса, как последовательного восхождения по схо­дящейся спирали [7] (процесс отладки про­грамм, ее последовательное уточнение ими­тирует этот процесс).

В содержательном наполнении среды должен отражаться исторический процесс развития одной из сфер деятельности челове­ка и ее научного осмысления. Программиро­вание, видимо, одна из ключевых информа­ционных технологий. Понимание этого по­ложения отражено в образовательных стан­дартах высшей школы [8], но, к сожалению, в школьной информатике ему уделяется все меньше внимания. Хотя, безусловно, про­граммирование является одной из немногих сфер деятельности человека, в которой ему, не вставая из-за рабочего стола, приходится иметь дело со сверхсложными системами [9].

Попытаемся выделить особенности про­граммирования как учебного вида деятельно­сти. Есть задача, проблема. Ученику требуется найти решение путем разработки соответ­ствующей программы. Если путь нахождения решения известен (прорешивались аналогич­ные задачи), то задействуется ассоциативная составляющая интеллекта и работа сводится к набору программы и ее отладке. Если реша­ются творческие задачи, то в этом случае за постановкой задачи следует выдвижение ги­потезы и разработка первого варианта про­граммы. Затем программа подвергается иссле­дованию, экспериментальной проверке с по­мощью системы тестов, ожидаемые результа­ты сравниваются с полученными. Ученику мысленно следует предсказать, предвидеть ре­зультаты работы программы. Наступает фаза или экспериментального опровержения, или экспериментального подтверждения.

Итак, программирование можно рас­сматривать как разработку плана будущих действий по решению задачи (проблемы). Необходимо предвидеть эти будущие дейст­вия во всем многообразии возникающих ва­риантов. Адекватный этому предвидению тип мышления называют алгоритмическим, но правильнее было бы говорить о творческом мышлении. Алгоритмический аспект — это управление действиями (в психологии это называют процедурными знаниями), но по­нятие «программа» более широкое, чем набор управляющих конструкций.

Деятельность при программировании ха­рактеризуется:

Готовностью к планированию. Есть два типа школьников: одни при получении зада­ния сразу «хватаются за компьютер» и начи­нают что-то делать; вторые приступают к ра­боте только после продумывания, составле­ния плана (хотя бы в общих чертах). «Дурные» привычки у школьников первого типа быстро изживаются, ибо постоянно приводят к отри­цательному результату — получить работо­способную программу им удается достаточно редко. Второй тип деятельности характерен для профессионалов в программировании.

Гибкостью. Отсутствие гибкости (ригид­ность) и догматизм характеризуют «ограни­ченный ум». Гибкая позиция — это готовность рассматривать новые варианты, пы­таться сделать что-то иначе, менять свою точку зрения. Программирование в своей сути обязывает не торопиться с окончатель­ным решением, проверить программу при еще одних исходных данных и при еще одних и т. д. Программирование обязывает четко определить допустимую область значений ис­ходных данных, при которых данный вариант программы работоспособен. Формируются качества, если так можно выразиться, откры­того ума, способного подождать с вынесени­ем суждений, собрать больше информации, прояснить для себя более сложные моменты.

Настойчивостью. Здесь тоже можно го­ворить о двух типах учеников в зависимости от их отношения к решению задач, разработ­ке программы. Даже простая программа тре­бует отладки, и вот ученики первого типа бросают доведение любой программы до ра­ботоспособного состояния, если она сразу не выдала какой-то результат, или могут исправ­лять только простейшие типы ошибок. Уче­ники второго типа получают удовольствие от процесса тестирования программы и поиска ошибок. Исследуя проблему, они обычно со­здают несколько вариантов программы. В процессе обучения первый тип плавно перетекает во второй, ибо этого требует среда — необходимы способность доводить дело до конца, терпение и настойчивость.

Готовностью исправлять свои ошибки (контролируемостью). «Два раза наступать на одни и те же грабли» — признак дурного тона в мышлении. Заниматься процессом оправда­ния своих ошибок бессмысленно, ибо для компьютера это не имеет никакого значе­ния, — ошибки следует исправлять и не по­вторять. Ученикам приходится отвергать свои решения, как бы они ни были влюблены в них. Такой опыт учит гибче относиться к мнению окружающих, к противоположным точкам зрения — искать в них рациональное зерно, т. е. совершенствовать свое мышление.

Осознанием (метапознанием). При про­граммировании четко прослеживается: что я как действующий за компьютером знаю, что я понимаю. Без сосредоточения на собствен­ном мыслительном процессе, на результатах собственного мышления, другими слова­ми — на критической оценке полученных результатов, программу (решение) просто-напросто не сделать. Заметим, что дидакти­ческий потенциал этапа тестирования про­грамм пока еще не оценен. Это один из мощнейших инструментов формирования ментального опыта школьника.

Поиском различных вариантов решения задач. Это естественное качество работы про­граммиста, ибо у каждой программы есть ограничения и она создается с использова­нием ограниченного инструментария. На­пример, изменение размерности входных данных требует, как правило, поиска других методов решения. Отметим еще одну воз­можность (не индивидуальную) при написа­нии программ. Если задача решается в клас­се, то происходит обмен идеями, методами между школьниками. Ищется наилучший ва­риант решения, оценивается время его рабо­ты и т. д. Развиваются умения слушать и слышать другого, коммуникативные навы­ки. Практика программирования первой пришедшей на ум идеи уходит в прошлое уже через полгода работы.

Несколько слов о структурном принципе деятельности в программировании. Принцип структуризации лежит в основе любой интел­лектуальной деятельности, т. е. он универса­лен. Выскажем утверждение о том, что любая деятельность может быть описана с помощью ограниченного числа структурных конструк­ций, логических инвариантов этого вида де­ятельности. Программа обязана иметь хоро­шую структуру, хороший гештальт, что облег­чает ее понимание как сверхсложной систе­мы и упрощает работу с ней. Мы получаем укрупнение оперативных единиц восприятия (семантически целостностных образований, обеспечивающих возможность практически одноактного восприятия объектов внешнего мира независимо от числа содержащихся в них признаков). Эта мысль, начиная с работ классиков, пронизывает все развитие технологий программирования. Исторически программирование — первый тип деятель­ности, к которому был применен в явном виде принцип структуризации. В чем его суть? Человеческие знания, выраженные с помощью любого письменного языка, можно разбить на две части — императивные и декларативные. Императивные (процедур­ные, алгоритмические, операторные) знания содержат сведения о последовательности действий. Декларативные (дескриптивные, атрибутивные, описательные) — это знания не о действиях, а об описаниях информаци­онных объектов. Если на втором витке раз­вития технологий программирования речь шла о структуризации императивных знаний (в основном), императивной части програм­мы, то начиная с объектно-ориентированных технологий идет структуризация по данным, а затем и по интерфейсу.

Структурированная программа, ее фраг­менты воспринимаются как нечто целое, а не на уровне отдельных управляющих конструк­ций или типов данных. Элементы структуры (в частности, процедуры, функции) воспри­нимаются и как некий единый языковой знак, и как некий наглядный образ, и как некое действие (или действия). Развитие ин­теллекта, как отмечал Дж. Брунер, осуществ­ляется по мере овладения этими тремя фор­мами представления информации [10]. Мы уходим только от вербальной формы подачи информации (как в обычном традиционном обучении) и работаем в системе трех модальностей — через знак, через образ и на сенсор­ном уровне. Структурный принцип деятель­ности обеспечивает как улучшение понимаемости (когнитивное качество) программы, так и уменьшение интеллектуальных усилий (принцип Р. Декарта*), требуемых на ее со­здание, получение результата решения про­блемы. Еще один аспект. При структурном программировании достигается определенная согласованность когнитивных характеристик восприятия человеком информации и текста программы, достигается как бы взаимная адаптация, что, безусловно, влияет на продук­тивность работы интеллекта, на его развитие. Деятельность при программировании можно назвать направленной на получение желаемого результата. Она не просто активна, она сверхактивна, и мы видим возможность реализации концепции развивающего обуче­ния в полном объеме. Обеспечивается не только управление мыслительными процес­сами школьника извне, но и рациональное самоуправление познающего субъекта в про­цессе учебной деятельности (no H. А. Менчинской [11]). Развивается культура внутрен­них процессов (по С. Л. Рубинштейну [12]). Происходит процесс осознанной саморегуля­ции субъекта — основа становления общих умственных способностей человека, его ода­ренности (по Н. С. Лейтесу [13]). Деятель­ность при программировании показывает школьнику прежде всего, как он должен ду­мать, а не что он должен думать, хотя и это, естественно, подразумевается. Проблема (за­дача) постигается не через ее наглядное, внешнее сходство с другими (ассоциативная теория), а через ее скрытые конкретные вза­имосвязи, через противоречивый путь ее внутреннего развития (по Д. Б. Эльконину и В. В. Давыдову [14]), естественно, при со­ответствующем построении курса обучения. И, резюмируя, при обучении программиро­ванию есть возможность создать условия, обеспечивающие эффективное формирова­ние того, что когнитивные психологи назы­вают ментальным опытом человека.

Итак, термин «когнитивная информати­ка» введен для обозначения нового подхода к обучению информатике, в рамках которого осуществляется целенаправленная деятельность по развитию интеллекта школьника. Данная методика обучения информатике не появилась на пустом месте, она сформирова­лась в результате конкретной, практической работы, по результатам которой изданы книги [15, 16]. Она внедрена в физико-мате­матическом лицее г. Кирова, ученики кото­рого в течение 10 последних лет получают дипломы 1-й степени на российских олимпи­адах по информатике. И главное — они зани­мают достойное место в жизни (независимо от выбранной специальности), соответствую­щее уровню развития их интеллекта.

Литература

  1. Окулов С. М. Когнитивная информати­ка. Киров: Изд-во ВятГГУ, 2003.

  2. Кузнецов А. А. О концепции содержа­ния образовательной области «Информатика» в 12-летней школе//Информатика и образование. 2000. № 7.

  3. Лапчик М. П., Семакин И. Г.,Хеннер Е. К Методика преподавания информатики: Учебное пособие. М.: Академия, 2001.

  4. Сергин В. Мозг как вычислительная система//Информатика и образование. 1987. № 6.

  5. Усольцев А. П. Информационная модель мышления//Информатика и образование. 2002. №4.

  6. Холодная М.А. Психология интеллекта. Парадоксы исследования. СПб.: Питер, 2002.

  7. Авдеев Р. Ф. Философия информацион­ной цивилизации. М.: Владос, 1994.

  1. Окулов С. М. Стандарты по информатике в вузе: пути совершенствования//Стандарты и мониторинг в образовании. 2002. № 1.

  2. Буч Г. Объектно-ориентированное проек­тирование с примерами применения. М.: Кон­корд, 1992.

  1. Брунер Дж. Психология познания. М.: Прогресс, 1977.

  2. Менчинская И. А. Проблема учения и умственного развития. М.: Педагогика, 1989.

  3. Рубинштейн С. Л. Основы общей психо­логии. СПб.: Питер, 1999.

13. Лейтес N. С. Умственные способности и возраст. М.: Педагогика, 1971.

  1. Давыдов В. В. Теория развивающего обу­чения. М.: Педагогика, 1996.

  2. Окулов С. М. Основы программирова­ния. М.: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002.

  3. Окулов С. М. Программирование в алго­ритмах. М.: БИНОМ, 2002.

* Р. Декарт писал в своем философском учении: «Под методом же я разумею достоверные и легкие правила, строго соблюдая которые человек никогда не примет ничего ложного за истинное» и сможет добывать новое знание — все, что он способен познать, — «без излишней траты умственных сил». Для сферы образования это положение Р. Декарта можно сформулировать как требование минимизации умственных усилий учащегося, затрачиваемых на единицу прочно усваиваемых знаний, умений и навыков. Декарт утверждал, что в основании всех наук лежит одна и та же тождественная себе человеческая мудрость, относящаяся к разным наукам, как солнце к различным освещаемым предметам. Для образования, следовательно, было бы гораздо полезнее, чем обучать «многознанию», обратиться к обучению, хотя бы в рамках отдельных предметов, законам самой этой мудрости. На современном языке мудрость — это разум, интеллект. Так что лучше было бы сказать не на единицу знаний, умений, навыков, а на единицу развития интеллекта. Правда, «линейки» для измерения второго, вероятно, нет, если не рассматривать методы факторного анализа интеллекта, результаты которого носят относитель­ный характер.

Соседние файлы в папке LITERATURA