Формы и методы обучения информатике

Основной формой организации учебно-воспитательной работы с учащимися по всем предметам в средней школе является урок. Школьный урок образует основу классно-урочной системы обучения, характерными признаками которой являются [6]:

• постоянный состав учебных групп учащихся;

• строгое определение содержания обучения в каждом классе;

• определенное расписание учебных занятий;

• сочетание индивидуальной и коллективной форм работы учащихся;

• ведущая роль учителя;

• систематическая проверка и оценка знаний учащихся.

Классно-урочная система организации учебного процесса, восходящая от выдающегося чешского педагога Я. А. Коменского (1592—1670), является основой структурной организации отечественной школы на протяжении почти всей истории ее существования. Как показывает весь (пока незначительный) опыт, который накопила наша школа после введения курса ОИВТ, преподавание основ информатики, без сомнения, наследует все дидактическое богатство отечественной школы — урочную систему, домашние задания, лабораторную форму занятий, контрольные работы и т. п. Все это приемлемо и на уроках по информатике.

Вместе с тем следует заметить, что со времен Я. А. Коменского и до наших дней взгляды на формы организации учебного процесса в мировой практике не оставались неизменными. Зарубежный педагогический опыт от начала XIX в. до современного периода накопил целый ряд подходов, получивших широкую известность. Среди них белль-ланкастерская форма организации занятий, мангеймская система, дальтон-гшан, план Трампа [6, 11]. В условиях внедрения в учебный процесс школы кабинетов вычислительной техники (КВТ) и поисков новых эффективных форм организации обучения на основе информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) весь известный опыт должен быть подвергнут критическому анализу, с тем чтобы все прогрессивное стало достоянием нашей практики. Применение ИКТ может существенно изменять характер школьного урока, что делает еще более актуальным поиск новых организационных форм обучения, которые должны наилучшим образом обеспечивать образовательный и воспитательный процесс.

Классификацию типов уроков (или фрагментов уроков) можно проводить, используя различные критерии. Главный признак урока — это его дидактическая цель, показывающая, к чему должен стремиться учитель. Исходя из этого признака, в дидактике выделяются следующие виды уроков:

1) уроки сообщения новой информации (урок-объяснение);

2) уроки развития и закрепления умений и навыков (тренировочные уроки);

3) уроки проверки знаний умений и навыков.

В большинстве случаев учитель имеет дело не с одной из названных дидактических целей, а с несколькими (и даже со всеми сразу), поэтому на практике широко распространены так называемые комбинированные уроки. Комбинированный урок может иметь разнообразную структуру и обладать в связи с этим рядом достоинств: обеспечивая многократную смену видов деятельности, они создают условия для быстрого применения новых знаний, обеспечивают обратную связь и управление педагогическим процессом, накопление отметок, возможность реализации индивидуального подхода в обучении.

Важнейшая особенность постановки курса информатики на базе КВТ — это систематическая работа школьников с ЭВМ. Поэтому учебные фрагменты на уроках информатики можно классифицировать также по объему и характеру использования ЭВМ. Так, например, уже самая первая программа машинного варианта курса ОИВТ [20] предусматривала три основных вида организационного использования кабинета вычислительной техники на уроках — демонстрация, фронтальная лабораторная работа и практикум.

Демонстрация.Используя демонстрационный экран, учитель показывает различные учебные элементы содержания курса (новые объекты языка, фрагменты программ, схемы, тексты и т.п.).

При этом учитель сам работает за пультом ПЭВМ, а учащиеся наблюдают за его действиями или воспроизводят эти действия на экране своего компьютера. В некоторых случаях учитель пересылает специальные демонстрационные программы на ученические компьютеры, а учащиеся работают с ними самостоятельно. Возрастание роли и дидактических возможностей демонстраций с помощью компьютера объясняется возрастанием общих графических возможностей современных компьютеров. Очевидно, что основная дидактическая функция демонстрации — сообщение школьникам новой учебной информации.

Лабораторная работа(фронтальная). Все учащиеся одновременно работают на своих рабочих местах с программными средствами, переданными им учителем. Дидактическое назначение этих средств может быть различным: либо освоение нового материала (например, с помощью обучающей программы), либо закрепление нового материала, объясненного учителем (например, с помощью программы-тренажера), либо проверка усвоения полученных знаний или операционных навыков (например, с помощью контролирующей программы). В одних случаях действия школьников могут быть синхронными (например, при работе с одинаковыми педагогическими программными средствами), но не исключаются и ситуации, когда различные школьники занимаются в различном темпе или даже с различными программными средствами. Роль учителя во время фронтальной лабораторной работы — наблюдение за работой учащихся (в том числе и через локальную сеть КВТ), а также оказание им оперативной помощи.

Практикум(или учебно-исследовательская практика). Учащиеся получают индивидуальные задания учителя для протяженной самостоятельной работы (в течение одного-двух или более уроков, включая выполнение части задания вне уроков, в частности дома). Как правило, такое задание выдается для отработки знаний и умений по целому разделу (теме) курса. Учащиеся сами решают, когда им воспользоваться компьютером (в том числе и для поиска в сети), а когда поработать с книгой или сделать необходимые записи в тетради. Учитывая гигиенические требования к организации работы учащихся в КВТ, учитель должен следить за тем, чтобы время непрерывной работы учащихся за компьютером не превышало рекомендуемых норм (см. об этом дальше). В ходе практикума учитель наблюдает за успехами учащихся, оказывает им помощь. При необходимости приглашает всех учащихся к обсуждению общих вопросов, обращая внимание на характерные ошибки.

С распространением технологий компьютерного обучения, использующих интерактивные педагогические средства, которые берут на себя все больше и больше педагогических функций, становится актуальным вопрос о возможных изменениях роли и обязанностей учителя. Не вдаваясь здесь в детали дискуссии, которую ведут специалисты, отметим, что равнодействующая всех мнений вполне устойчиво сводится к главному тезису: ведущая роль учителя сохраняется и в условиях компьютерного обучения, а роль компьютера во всех случаях остается в том, чтобы быть надежным и дружественным помощником учителя и ученика. Компьютер, вооруженный хорошими педагогическими программными средствами, помогает учителю совершенствовать стиль работы, перенимая на себя многие рутинные функции и оставляя учителю наиболее творческие, истинно человеческие задачи обучения, воспитания и развития. К тому же, например, такие важные компоненты учебно-воспитательного процесса, как ведение дискуссий, поощрение рассуждений, поддержание дисциплины, выбор необходимого уровня детализации при объяснении материала для различных учащихся, учитель еще долго (если не всегда) будет делать значительно лучше компьютера. Не говоря уже о том, что компьютер никогда не заменит личностного общения учителя с учеником и родителями.

Остановимся сейчас на некоторых дидактических особенностях уроков по информатике, вытекающих из специфического характера учебного материала предмета информатики. Эти особенности были подмечены Ю.А. Первиным уже в ходе экспериментальной работы по преподаванию программирования школьникам в период, предшествующий введению курса информатики в шко-лу [17].

Обучение школьников в условиях постоянного доступа к ЭВМ обычно проходит при повышенном эмоциональном состоянии учащихся. Объясняется это, в частности, тем, что при правильном формулировании заданий для ПЭВМ школьник очень скоро обнаруживает состояние власти над «умной машиной». Это придает ему уверенности, у школьника возникает естественное стремление поделиться своими знаниями с теми, кто ими не обладает. Возникает благодатная почва для воссоздания на уроках по информатике такой организации обучения и контроля знаний, при которой определяемые учителем наиболее успешно работающие учащиеся начинают выполнять роль помощников учителя (в белль-ланкастерской системе взаимного обучения этих учеников — помощников учителя — называют мониторами). Элементы такой организации обучения, при которой руководить занятием малой группы может не только учитель, но и некоторые из наиболее сильных в знаниях по данной теме учеников, являются составной частью имеющей распространение в школе США педагогической системы, именуемой планом Трампа [6, 11]. Творческое применение этого подхода демонстрирует и передовой опыт учителей-практиков по разным школьным предметам (см., например, [24]).

Причины явно проявляющегося феномена передачи знаний, обусловленные, очевидно, спецификой самого предмета информатики, требуют более глубокого и детального осмысления. При этом отмечается важное обстоятельство: наиболее благоприятной сферой для проявления этого феномена являются различные формы внеклассных занятий по информатике со школьниками (летние школы юных программистов, олимпиады, компьютерные клубы и т.п.), для которых характерна большая, чем на обычных уроках, свобода общения и перемещения школьников. В этих условиях широко наблюдается развитие межвозрастных контактов учащихся, при этом нередко возникают ситуации, когда младший школьник консультирует старшего, ученик консультирует студента, а студент консультирует преподавателя. Возникающая при этом демократическая система отношений сплачивает коллектив в достижении общей учебной цели, а фактор обмена знаниями, передачи знаний от более компетентных к менее компетентным начинает выступать как мощное средство повышения эффективности учебно-воспитательного процесса и интеллектуального развития учащихся.

Важный обучающий прием, который может быть особенно успешно реализован в преподавании раздела программирования, — копирование учащимися действий педагога. Принцип «Делай как я!», известный со времен средневековых ремесленников, при увеличении масштабов подготовки потерял свое значение, ибо, вмещая в себя установки индивидуального обучения, стал требовать значительных затрат временных, материальных и кадровых ресурсов. Возможности локальной сети КВТ, наличие демонстрационного экрана позволяет во многих случаях эффективно использовать идею копирования в обучении, причем учитель получает возможность одновременно работать со всеми учащимися при кажущемся сохранении принципа индивидуальности.

Специфические особенности учебного продукта в разделе алгоритмизации и программирования курса информатики — программы для ЭВМ — позволяют эффективно использовать готовый программный модуль, изготовленный квалифицированным программистом, для всевозможных обучающих экспериментов. Например:

а) модуль запускается учащимися с различными исходными данными, а получаемые при этом результаты анализируются;

б) учитель вводит в модуль ряд искусственных ошибок, предлагая ученику отыскать их и исправить;

в) в модуле «урезаются» некоторые из возможностей, которые ученик должен восстановить и сравнить затем результат своей работы с образцом.

Можно привести немало других конкретных примеров учебного применения образцов готовых программ. Главное здесь в том, что ученик имеет возможность скопировать лучшие стороны готового программного продукта, который предъявляет ему учитель. Учителю же не составляет никакого труда преобразовать одно «учебное пособие» в другое, для этого лишь требуется необходимым образом отредактировать предъявляемую учащимся программу-образец. Подобный материал, концентрирующий в себе методические находки учителя, может постепенно накапливаться в ходе работы. При этом не следует забывать, что конечный замысел образовательного процесса заключается в том, чтобы от принципа «Делай как я!» осуществлялся переход к установке «Делай сам!».

Традиционные формы организации учебного процесса плохо способствуют развитию коллективной учебной деятельности учащихся, при которой:

• цель осознается как единая, требующая объединения усилий всего коллектива;

• в процессе деятельности между членами коллектива образуются отношения взаимной ответственности;

• контроль за деятельностью частично (или полностью) осуществляется самими членами коллектива. Как отмечал М. Н. Скат-кин, «классно-урочную систему критикуют также и за то, что она в основном организует индивидуальную познавательную деятельность учеников и в ней почти совсем не находится места для подлинно коллективной работы» [22].

Между тем некоторые особенности содержания курса информатики, так же как и новые возможности организации учебного процесса, предоставляемые локальной сетью КВТ, позволяют придать коллективной познавательной деятельности учащихся новый импульс развития. Как отмечалось выше (см. гл. 3 — 4), вместе с введением курса информатики в школе стало возможным формирование у учащихся представлений об этапах решения задачи по примеру того, как это делается в реальной практике: от точной постановки задачи до анализа полученных результатов. Возможность рассмотрения таких задач обусловлена появлением на уроке ЭВМ, выступающей в качестве инструмента их решения. Однако введение в учебный процесс по курсу информатики «больших» задач обусловлено не только указанными выше целями курса информатики (в конце концов, рассмотрение полной совокупности этапов решения большой задачи является предметом лишь одной содержательной линии базового курса). Дело в том, что понятие «большой» учебной задачи может возникать даже на отдельном этапе ее решения, например на этапе разработки программы, если программа достаточно объемна и требует при разработке использования знаний и навыков, формируемых при изучении целого раздела (или темы) курса. Так или иначе, учитель может при организации соответствующих учебных ситуаций с успехом воспользоваться подходами, отработанными и испытанными в условиях производственного программирования: задачи разрабатываются на ряд подзадач, решение которых поручается отдельным учащимся (или группам учащихся). Такие задачи должны, следовательно, составлять целенаправленный компонент учебного обеспечения курса. Участие в коллективном решении задачи вовлекает школьника в отношения взаимной ответственности, заставляет их ставить перед собой и решать не только учебные, но и организационные проблемы. Все это чрезвычайно актуально с педагогической точки зрения, ибо современный школьный учебный процесс должен нацеливать на формирование не только образованной, но и социально активной личности, умеющей действовать, планировать и оптимально организовывать свои действия.

Выше рассмотрены лишь некоторые дидактические возможности, которые могут быть реализованы в ходе конструирования конкретной методической схемы преподавания учебного материала в условиях школьного урока. Но урок не является единственно целесообразной формой организации учебной работы по школьному курсу информатики. По большому счету поиск новых подходов и форм организации учебной работы с учащимися диктуется стремлением современной школы к развитию личности и интеллекта школьника в такой степени, чтобы выпускник школы был способен не только самостоятельно находить и усваивать ранее сгенерированную и обработанную информацию, но и сам генерировать новые идеи. Одним из направлений поиска решения этой проблемы является деятелъностный подход к обучению и, в частности, так называемый метод проектов, который применительно к обучению информатике (говоря точнее — обучению компьютерной технологии) может с успехом использоваться как на пропедевтическом этапе обучения, так и в старших звеньях средней школы (см., например, [2, 5, 15, 25] и др.).

Учебный проект (УП) как педагогический феномен впервые появился в России в 20-х гг. прошлого века в сфере учебно-ремесленной подготовки. Основанный на концепции «учения через деятельность» метод проектов успешно использовался для быстрого освоения (в основной своей массе неграмотными выходцами из деревень) рабочих профессий. Позднее метод УП был подвергнут резкой критике за то, что он не обеспечивал системности образования. В настоящее время интерес к проектному методу организации учебного процесса вновь проявляется как на Западе, так и в России. Во многом этот феномен объясняется тем, что в условиях внедрения информационных и коммуникационных технологий в учебный процесс, когда часть функций обучения передается средствам ИКТ или не может быть реализована без поддержки средств ИКТ, деятельность учителя, организующего учебный процесс, т.е. целенаправленную и сложную по структуре работу ученика при получении, закреплении или контроле знаний, содержательно соответствует деятельности разработчика автоматизированных информационных систем, проектирующего новое рабочее место. Другими словами, учитель должен не только понимать, какие знания и в каком виде передаются ученику, как можно проверить полноту знаний, какую роль должны и могут сыграть средства ИКТ, но и продумать и организовать сам процесс общения учеников со средствами ИКТ, сопоставить функции средств ИКТ и действия ученика, виды представления и способы подачи учебного материала с помощью средств ИКТ. В этом случае и идет речь о разработке учебного проекта, понимаемого как определенным образом организованная целенаправленная деятельность. Проектом может быть и компьютерный курс изучения определенной темы, и логическая игра, и макет лабораторного оборудования, смоделированный на компьютере, и тематическое общение по электронной почте и многое другое [2]. В простейшем случае (как, например, при использовании этого метода в начальной школе) в качестве «сюжетов» для изучения компьютерной графики привлекаются задачи проектирования рисунков животных, строений, симметричных узоров и т.п. [25]. В завершение укажем полученный на основе конкретного опыта ряд условий, которые необходимо учитывать при использовании метода проектов [15]:

1. Учащимся следует предоставить достаточно широкий набор проектов для реализации возможности реального выбора. Следует отметить, что проекты могут быть как индивидуальными, так и коллективными. Последние, помимо прочего, способствуют освоению учеником коллективных способов работы.

2. Поскольку школьник не владеет проектным способом работы, он должен быть снабжен инструкцией по работе над проектом. При этом важно учитывать индивидуальные способности разных школьников (одни лучше усваивают материал, читая текст, другие — слушая объяснения, третьи — непосредственно пробуя, ошибаясь и находя решения в процессе практической работы).

3. Для ребенка важна практическая значимость полученного им результата и оценка со стороны окружающих. Поэтому УП должен предполагать для исполнителя законченность и целостность проделанной им работы, желательно в игровой или имитационной форме. Очень важно, чтобы завершенный проект был презентован и получил внимание взрослых и сверстников.

4. Как показывает практика, необходимо создать условия, при которых школьники имеют возможность обсуждать друг с другом свои успехи и неудачи. При этом происходит взаимообучение, что полезно как для обучаемого, так и для обучающего.

5. Метод проектов ориентируется главным образом на освоение приемов работы с компьютером (ИКТ).

Обязательным компонентом процесса обучения является контроль, или проверка результатов обучения. Суть проверки результатов обучения состоит в выявлении уровня освоения знаний учащимися, который должен соответствовать образовательному стандарту по учебной дисциплине. Надо сказать, что введение образовательного стандарта по информатике (см. проект [21]) вносит значительные изменения в методику проверки и оценки знаний и умений учащихся, которые направлены на повышение качества обучения. Исходя из того, что образовательным стандартом в соответствии с Законом РФ «Об образовании» «...нормируется лишь минимально необходимый уровень образованности, а именно тот, без которого невозможно развитие личности, продолжение образования», в нем реализуются как бы четыре ступени, постепенно приближающие к тем результатам обучения, которыми должен овладеть учащийся [10]:

• общая характеристика образовательной области или учебной дисциплины;

• описание содержания курса на уровне предъявления его учебного материала школьнику;

• описание самих требований к минимально необходимому уровню учебной подготовки школьников;

• «измерители» уровня обязательной подготовки учащихся, т.е. проверочные работы и отдельные задания, включенные в них, по выполнению которых можно судить о достижении учащимися необходимого уровня требований.

Принципиальным новшеством предусматриваемой проектом стандарта по информатике процедуры оценивания уровня обязательной подготовки учащихся является то, что в основу процедуры оценки кладется критериально-ориентированная система, основанная на использовании дихотомической шкалы («зачет» — «незачет»). В то же время для оценки достижений школьника на Уровне, превышающем минимальные требования стандарта, целесообразно использовать аналог традиционной (нормированной) системы. В соответствии с этим проверка и оценка знаний и умений школьников должна вестись на двух уровнях подготовки: обязательном и повышенном. При этом возможны различные технологии такого контроля: включение в текущую проверку заданий обоих уровней, разделения этих видов контроля в процессе обучения и на экзамене (см., например, [14]).

Изучаемые вопросы:

ª Определение алгоритма.

ª Свойства алгоритма.

ª Типы алгоритмических задач.

Определение и свойства алгоритма.В учебника [6] дано следующее определение алгоритма: «Алгоритм — понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к искомому результату».

В этом определении содержатся основные понятия, связанные с алгоритмом и его главные свойства. Взаимосвязь понятий отражена на рис 11.1.

Рис. 11.1. Схема функционирования исполнителя алгоритмов

Центральным объектом в этой системе является ИСПОЛНИТЕЛЬ алгоритмов. Исполнитель — это тот объект (или субъект), для управления которым составляется алгоритм. Основной характеристикой исполнителя, с точки зрения управления, является система команд исполнителя (СКИ). Это конечное множество команд, которые понимает исполнитель, т.е. умеет их выполнять.

Для выполнения всякой работы, решения поставленной задачи исполнитель на входе получает алгоритм и исходные данные, а на выходе получаются требуемые результаты. Алгоритм может включать в себя только команды, входящие в СКИ. Это требование к алгоритму называется свойством понятности.

Другое свойство алгоритма — точность. Всякая команда должна быть сформулирована так, чтобы определить однозначное действие исполнителя. Например, кулинарный рецепт можно рассматривать как алгоритм для исполнителя-повара по приготовлению блюда. Но если одним из пунктов в нем будет написано: «Положить несколько ложек сахара», то это пример неточной команды. Сколько ложек? каких ложек (чайных, столовых)? Каждый повар может это понимать по-своему, и результаты будут разными. Пример точной команды: «Положить 2 столовые ложки сахара».

Работа исполнителя состоит в последовательном формальном выполнении команд алгоритма. Отсюда следует вывод о возможности создания автоматических исполнителей. В частности, таким автоматическим исполнителем алгоритмов по обработке информации является компьютер.

Еще одно свойство, которое отражено в определении алгоритма — конечность. Оно формулируется так: исполнение алгоритма и, следовательно, получение искомого результата должно завершиться за конечное число шагов. Здесь под шагом подразумевается выполнение отдельной команды. Это свойство является предупреждением ситуации, которую программисты называют зацикливанием. Бесконечно исполняемый алгоритм безрезультатен. Поэтому свойство конечности называют еще результативностью алгоритма.

В учебной литературе встречается описание еще двух свойств алгоритмов: дискретности и массовости. «Дискретность состоит в том, что команды алгоритма выполняются последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения одной команды и начала выполнения следующей» [20]. Однако (с нашей точки зрения) это свойство можно не выделять, поскольку требование последовательного выполнения команд заложено в определении алгоритма.

«Свойство массовости выражается в том, что алгоритм единым образом применяется к любой конкретной формулировке задачи, для решения которой он разработан» [20]. Другими словами, это можно назвать универсальностью алгоритма по отношению к исходным данным решаемой задачи. Заметим, что данное свойство не является необходимым свойством алгоритма, а скорее определяет качество алгоритма: универсальный алгоритм лучше неуниверсального (алгоритм решения частной задачи — тоже алгоритм!).

Основные типы учебных алгоритмических задач. Для закрепления основных понятий, связанных с определением алгоритма, полезно рассмотреть с учениками несколько заданий следующего содержания:

1) выполнить роль исполнителя: дан алгоритм, формально исполнить его;

2) определить исполнителя и систему команд для данного вида работы;

3) в рамках данной системы команд построить алгоритм;

4) определить необходимый набор исходных данных для решения задачи.

В качестве примера задачи первого типа можно использовать алгоритм игры Ваше, рассматриваемый в учебниках [6, 8, 15]. В книгах [8, 15] правила игры определены так: в игре используются 7, 11, 15, 19 предметов. За один ход можно брать 1, 2 или 3 предмета. Проигрывает тот игрок, который берет последний предмет. Предлагается алгоритм выигрыша для первого игрока. В книге [6] правила несколько другие. В игре используются 11, 16, 21, 26,... предметов. За один ход можно брать от 1 до 4 предметов. Рассматривается алгоритм, благодаря которому всегда выигрывает игрок, берущий вторым.