uzluga.ru
добавить свой файл

Лекция 4. Особенности формирования понятий школьного курса информатики


Согласно стандарту по информатике: для всего школьного курса ключевыми понятиями являются: информация, единицы измерения информации, носитель информации, знак, символ, модель, код и др. Однако простым изучением этих понятий учителю нельзя ограничиваться – необходимо показывать и изучать элементарные действия с ними – такие как обобщение, ограничение, выделение существенных признаков у понятий, запоминание и др.

Для этого учителю необходимо использовать соответствующие методы и средства обучения. Процесс формирования понятий школьного курса информатики занимает – ведущую роль в обучении.  Формирование понятия предполагает:

а) формирование системы операций по установлению необходимых и достаточных признаков понятий;

б) усвоение общелогической системы операций по подведению объектов под понятие, по получению следствий из принадлежности объекта понятию. Операционная сторона и составляет психологический механизм понятия.

В наиболее общем случае процесс формирования понятий у учащихся осуществляется по схеме: предметы и связанные с ними ощущения восприятие     представление    понятие     определении  систематизация и классификация. Данная схема очень абстрактна и требует уточнений. Понятие связано с классами объектов, которые оно охватывает – объем понятия – и с перечнем тех свойств (существенных и несущественных), которыми обладают объекты данного класса – содержание понятия. Существенные свойства – это такая совокупность необходимых свойств, которыми должны обладать все объекты данного класса. Именно на этапе представления у учащихся формируется система этих свойств.

Формирование основных понятий курса информатики является достаточно длительным процессом, особенностью которого является постоянное обращение к ранее изученному материалу. Такая цикличность в обучении основным понятиям, возвращение к ним каждый раз на новой, более высокой ступени познания, позволяет достигнуть надежного усвоения их смысла и содержания. При этом учителю следует всегда иметь в виду главные цели изучения информатики – это общеобразовательные, развивающие и практические. Достижению этих целей будет способствовать следование следующим методическим принципам.

1) Принцип системности. В ходе изучения курса необходимо выстраивать в сознании учащихся взаимосвязанную систему понятий. Им должна быть видна структура курса, место каждого раздела и понятия в общей структуре. Как говорится, учащиеся должны «за деревьями видеть лес», состоящий из всей системы понятий информатики.

2) Принцип параллельности в освоении фундаментальной и практической составляющих курса. Реализация этого принципа означает, что необходимо параллельно и одновременно изучать как фундаментальные, основные понятия, так и те понятия, которые составляют содержание практического компонента курса информатики. Также при изучении информационно-коммуникационных технологий в содержании обучения должна обязательно присутствовать и система фундаментальных понятий.

3) Принцип самообучения и взаимообучения учащихся. Информатика является молодой и быстроразвивающейся наукой. Особенно быстро развиваются информационные технологии. Поэтому человеку, работающему на компьютере, приходится постоянно учиться как новым средствам, приёмам работы и технологиям, так и новым понятиям. Следовательно, необходимо обучать учащихся методике самообучения и взаимообучения. При этом следует учить пользоваться справочной литературой, быстро находить в ней нужную информацию, пользоваться встроенными в программы электронными справочными системами. Отдельно стоит задача обучения пользоваться справочными ресурсами Интернет.

Разумеется, перечисленные принципы не отвергают общедидактические принципы, установленные педагогической наукой ещё со времён Коменского, они лишь их дополняют применительно к изучению нового учебного предмета, каким является информатика.

Возвращаясь к процессу формирования понятий, выделим следующие методические требования и рекомендации. Начальным этапом формирования понятий является мотивация. Цель данного этапа – подчеркнуть  важность и значимость изучения того или иного понятия. Второй этап – выявление существенных признаков (свойств) понятия, которые входят в определение этого понятия. На этапе усвоения определения понятия каждых существенный признак становится объектом изучения. Важно научить детей выделять из всех признаков именно существенные. Это необходимо для полного понимания и усвоения определения понятия.

На следующем этапе идет использование понятия на практике в конкретных ситуациях. На данном этапе учитель может четко определить насколько данное определение понятно ученикам, а если возникли трудности, то найдет их источник.

Понятие «информация» является центральным в курсе информатики, с этим термином связано название предмета. Однако если проанализировать существующие учебники и учебные пособия, то возникает вывод, что далеко не в каждом из них это обстоятельство находит отражение. Тому есть две причины.

Первая заключается в том, что в авторских концепциях ряда учебников на первое место ставится отнюдь не информация. В большей степени это относится к учебникам первого [Ершов] и второго [Гейн, Кушниренко, Каймин] поколения. В них главными понятиями и объектами изучения выступают «алгоритм» и «компьютер». Информация упоминается лишь вскользь и в основном определяется на интуитивном уровне.

Вторая причина – в объективной сложности самого понятия «информация». Это понятие относится к числу фундаментальных в науке, носит философский характер и является предметом постоянных научных дискуссий.

Для истории литературы по школьной информатике значительным событием стал выход в 1994 г. книги «Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих». В ней впервые было отражено все разнообразие предметной области информатики, ее научное содержание. В статье «Информация» дано следующее определение: «Информация – это содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сигнале или памяти». В этом определении делается попытка объединить «человеческую» и «техническую» позиции по отношению к информации.

В учебниках третьего поколения следующая ситуация. В учебнике А.Г. Гейна и др. на протяжении четырех глав (из шести) вообще обходятся без какого-либо определения информации. В 5-й главе практически повторяется определение из книги второго поколения.

В учебнике И.Г. Семакина и др. раскрываются два подхода к понятию информации. Первый можно назвать субъективным подходом, при котором информация рассматривается с точки зрения ее роли в жизни и деятельности человека. С этой позиции информация – это знания, сведения, которыми обладает человек, которые он получает из окружающего мира с помощью органов чувств.

Второй подход можно назвать кибернетическим, поскольку развитие он получил в кибернетике. Именно этот подход позволяет создавать машины, работающие с информацией. С этой точки зрения информация – это содержание последовательностей символов (сигналов) из некоторого алфавита. В таком случае все виды информационных процессов (хранение, передача, обработка) сводятся к действиям над символами, что и происходит в технических информационных системах.

^ Субъективный подход. При раскрытии понятия «информация», с точки зрения субъективного (бытового, человеческого) подхода следует отталкиваться от интуитивных представлений об информации, имеющихся у детей. Целесообразно вести беседу в форме диалога, задавая ученикам вопросы, на которые они в состоянии ответить.

Таким образом, учитель вместе с учениками приходит к определению: информация для человека – это знания, которые он получает из различных источников. Далее на многочисленных известных детям примерах следует закрепить это определение.

Вопрос о классификации знаний (а стало быть, информации) очень сложный. В науке существуют различные подходы к нему. Особенно много занимаются этим вопросом специалисты в области искусственного интеллекта. В рамках базового курса достаточно ограничиться делением знаний на декларативные и процедурные. Описание декларативных знаний можно начинать со слов: «Я знаю, что...». Описание процедурных знаний – со слов: «Я знаю, как...». Нетрудно дать примеры на оба типа знаний и предложить детям придумать свои примеры.

Учитель должен хорошо понимать пропедевтическое значение обсуждения данных вопросов для будущего знакомства учеников с устройством и работой компьютера.

^ Вероятностный подход к определению понятия «информация» используется в теории об информации: Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределённости и неполноты знаний.

^ Коммуникативный подход к определению понятия «информация» является самым популярным на сегодняшний день. Данная концепция рассматривает информацию как сферу общения и сферу общенаучной рефлексии. Важно знать, как происходит обмен информацией между людьми. Что происходит в процессе взаимодействия между людьми.

Представим ситуацию: встретились два человека, один – строитель, другой – заказчик, желающий построить себе дом. Для строителя дом вызывает определенные ассоциации. А заказчик уже представил дом свой мечты. И каждый из них прав по-своему. Потому что с одним словом связаны различные образы, которые порой и мешают нам понять друг друга. Используем одинаковые слова, а смысл вкладываем совершенно разный. Поэтому и получается, если я называю слово, то в памяти моего собеседника возникает не тот образ, который есть у меня.

Поэтому коммуникативный аспект рассмотрения информации можно отнести, по определению Л.В.Высоцкого, к бытовым, житейским понятиям. В бытовом представлении информация есть знания, сведения, сообщения и т.д. Подобное представление сохранялось вплоть до 20-х годов ХХ века. Интересными являются определения, данные в словаре С.И.Ожегова, где информация определяется как сведения об окружающем мире; сообщения о положении дел, состоянии чего-либо. И закономерно возникает вопрос: если информация, сведения, сообщения суть одно и то же, зачем использовать разные понятия для объяснения одного и того же явления? Это означает, что мы используем понятия не по назначению.

^ Фцункциональный подход к определению понятия «информация» популярен в научных кругах. В рамках данной концепции информация стала определяться как форма отражения, которая связана с самоуправляемыми системами. Т.Г. Лешкевич отмечает, что «в данном контексте информация интерпретируется как особенность живых, самоуправляемых систем или же сознательных существ, как основная предпосылка и условие оптимального управления». Самоорганизующаяся система – это система управления, способная постоянно поддерживать свою качественную определенность, осуществлять целенаправленное (программное) функционирование и саморазвитие, самосовершенствование (в плане видоизменения своих программ и способов функционирования).

При данном подходе информация тесно связана с понятием «сигнал». Говоря о самоорганизующихся системах, следует отметить единство законов для биологических, технических и социальных систем, но в отношении понятия «информация» существуют ограничения в использовании ее в кибернетических системах, не достигших уровня психического развития. В этом случае информация и сигнал слиты воедино. Система, обладающая способностью психического управления, выделяет информацию из сигнала. Сигнал выступает в качестве формы, а информация является содержанием. В конечном счете, для самоорганизующихся систем важным является содержание сообщения, хотя физические свойства носителя информации накладывают определенные ограничения на отображение действительности и адекватное управление ею.

 ^ Кибернетический подход. Между информатикой и кибернетикой существует тесная связь. Основал кибернетику в конце 1940-х гг. американский ученый Норберт Винер. Можно сказать, что кибернетика породила современную информатику, выполнила роль одного из ее источников. Сейчас кибернетика входит в информатику как составная часть.

Кибернетику определяют как науку об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах.

Для описания сложных систем в кибернетике используется модель «черного ящика». Термины «черный ящик» и «кибернетическая система» можно использовать как синонимы. Главные характеристики «черного ящика» – это входная и выходная информация. И если два таких черных ящика взаимодействуют между собой, то делают они это только путем обмена информацией.

Информация между кибернетическими системами передается в виде некоторых последовательностей сигналов. Выходные сигналы одних участников обмена являются входными для других.

С точки зрения кибернетики, информацией является содержание передаваемых сигнальных последовательностей.

^ Атрибутивный подход к определению понятия «информация»: информация – «отражение разнообразия в любых объектах и процессах, как в живой, так и в неживой природе». При этом информация определяется как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и во времени.  Данная концепция учитывает отражательную способность материи. Под отражением будем понимать способность взаимодействующих тел воспроизводить особенности друг друга.

Различают четыре формы материи: физическую, химическую, биологическую и социальную; соответственно, если информация является атрибутом материи, она должна существовать на всех ее уровнях. Можно условно выделить три уровня:

– потенциальную информацию как форму отражения в неорганической природе, или элементарные уровни отражения;

– информацию как активно используемое отражение, то есть биологическую форму отражения;

– информацию как целенаправленно используемое активное отражение, или социально-психическую форму отражения сознания, связанное с мышлением человека.


^ Контрольные вопросы и задания (30/36 б.)

1. Охарактеризуйте методические принципы обучения информатике в школе (3 б.).

2. Сформулируйте методические требования и рекомендации к процессу формирования понятий школьного курса информатики (5 б.).

3.  Охарактеризуйте существующие подходы к определению понятия «информация» (3 б.).

4. Как (в какой последовательности) существующие подходы к определению понятия информации должны быть реализованы в школьном курсе информатики (5 б.)?

5. Приведите пример реализации какого-либо подхода к определению понятия информации. Укажите уровень изучения материала (модуль 1), класс, способы введения понятия, упражнения на его усвоение, другие виды аналитической и практической деятельности учащихся по освоению данного понятия (10 б., каждый студент выбирает свой подход и уровень изучения материала).

6. Охарактеризуйте подходы и способы введения других понятий школьного курса информатики (20 б.)