О роли и месте программирования в обучении информатике

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ

    Школьный  курс информатики может быть построен по-разному в зависимости от специализации  школы, ее оснащенности компьютерной техникой. Учитель при этом имеет возможность выбирать учебные пособия и программные средства из достаточно большого списка. Данный курс обучения построен на использовании интегрированной среды "ЛогоМиры". В настоящее время существует целое семейство Лого-сред, в том числе и для самой современной техники. Все они основаны на единых принципах и широко используются педагогами во всем мире.

    Лого - это язык программирования, разработанный  специально для развития мышления, творческих и исследовательских способностей детей и подростков. Создатель Лого С. Пейперт - американский математик, кибернетик, психолог и замечательный публицист.

    В основу Лого-сред положена целая система  педагогических идей. Любознательность, стремление к исследованию мира присущи ребенку. Очень многое он постигает самостоятельно, в разнообразной деятельности.

    Нередко подросток, увлекшийся, скажем, каким  то предметом, самостоятельно приобретает в заинтересовавшей его области глубокие познания. Такой процесс обучения, когда движущей силой является собственный познавательный интерес и учащийся сам ставит себе цели, приносит не только прочные знания, но и радость удовлетворение. Подобная учебная деятельность формирует растущие потребности в познании, развивает личность.

    С. Пейперт и его последователи  показали, что эти качества мышления эффективно развиваются у детей и подростков, занимающихся программированием на Лого. Несколько упрощая, можно сказать, что Лого как язык программирования значительно ближе к человеческому образу мышления, чем к устройству компьютеров. Простой и естественный синтаксис плюс наглядность объектов и процессов позволяют работать с Лого всем, даже "слабым" ученикам. В то же время, используя Лого, можно целенаправленно формировать культуру мышления и познавательную самостоятельность школьников. При этом программирование рассматривается как искусство интеллектуального моделирования, а обучение программированию является средством формирования и развития эффективных способов мышления и учения. Все особенности языка Лого связаны именно с таким его предназначением.

    Цель  исследования: изучить среду ЛогоМиры как фактор развитие познавательной деятельности учащихся.

    Объект  исследования: процесс развития познавательной деятельности учащихся 6 класса.

    Предмет исследования: Уроки программирования посредством ЛогоМиры.

Для достижения целей поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать   психолого-педагогическую   литературу   по   теме исследования.
2. Изучить  теоретические  основы  о  проектно-ориентированной  среде ЛогоМиры.

    3) Разработать    систему    уроков    программирования    по развитию познавательной деятельности на уроках информатики.

    Гипотеза: Если выбрать среду ЛогоМиры как  средство обучения начального языка программирования, то значительно повысится познавательная деятельность учащихся, сформируются основные понятия базового курса информатики, так как среда программирования ЛогоМиры позволяет детям самим управлять процессом обучения.

    Практическая  значимость нашей работы состоит  в том, что разработанные занятия по развитию самостоятельной познавательной деятельности могут использовать учителя информатики в 6 классах.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ

1.1 Психолого-педагогические основы формирования познавательной

деятельности  учащихся

    Проблема  приемов познавательной деятельности, способов решения задач давно привлекает внимание психологов и методистов. В исследованиях, касающихся формирования специфических приемов познавательной деятельности, авторы часто обращаются к математике.

    Некоторые исследователи связывают проблему формирования познавательных умений с усвоением знаний. Понимая это, многие ученые стремятся выявить условия, способствующие формированию, у учащихся соответствующих умений. Положительно оценивая такие исследования, необходимо в то же время указать, что сами умения при этом - их структура и содержание - остаются неизвестными, процесс их формирования остается скрытым.

    Большое число работ посвящено разработке правил, указаний, помогающих ученикам найти нужный прием мышления. Но характерной особенностью и этих исследований является то, что в них само умение не анализируется. Больше того, в них негласно предполагается, что учащиеся способны выполнить необходимую деятельность. Считается, что мышление уже сформировано и задача заключается лишь в том, чтобы заставить его работать в нужном направлении. Лишь в отдельных работах говорится не только о необходимости формировать обобщенные интеллектуальные умения, но и выделять компоненты этих умении. Можно привести в пример исследования Л.Н.Ланды [24], проведенное на материале геометрического доказательства. Однако и здесь проблемы формирования отдельных операций, действий и приема решения остались нерешенными.

    Наконец, авторы значительного числа работ  предлагают учащимся запомнить выделенные частные приемы решения различных задач. Парадоксальность положения заключается в том, что способ мышления, пусть даже частный, предлагается усваивать на уровне памяти. Важно также отметить, что в этих приемах указывается лишь исполнительная часть действий, а это приводит к тому, что учащиеся далеко не всегда понимают, почему надо действовать так, а не иначе. Например, при обучении шахматной игре в рекомендуемых приемах указывается, какой ход следует сделать в ответ на тот или иной ход противника, но не раскрываются ни смысл этого хода, ни общие основания, которыми должен руководствоваться играющий, выбирая тот или иной ход. При таком обучении ученику остается лишь механически запомнить последовательность ходов, которые по какой-то не понятной ему и скрытой от него логике приводят к цели.

    Совершенно  аналогичные приемы нередко даются и в математике. Например, ученику дается конкретный способ деления отрезка пополам. В нем указываются следующие операции: а) сделай раствор циркуля больше половины отрезка; б) поставь ножку циркуля в начальную точку отрезка; в) сделай засечку над отрезком и под отрезком (или проведи дугу); г) поставь ножку циркуля в концевую точку отрезка и сделай засечки; д) точки пересечения засечек соедини прямой. Точка пересечения этой прямой с отрезком и будет серединой последнего. После этого доказывается, что отрезки действительно равны. Однако весь процесс деления отрезка - чисто механическая работа для ученика. Он не понимает, почему надо делать именно так, а не иначе. Естественно, что такой способ действия думать не учит, его можно только запомнить.

    Проблема  формирования приемов познавательной деятельности решена в деятельносткой теории учения. При деятельностном подходе мышление понимается не как некая готовая функция, которая применяется при решении арифметических задач, при выполнении геометрических доказательств и т.д.

Мышление  рассматривается как содержательная система различных видов деятельности, формирующихся в процессе решения  соответствующих задач и становящихся умственными в результате прохождения ряда закономерно сменяющих друг друга этапов. Усвоение общих приемов мышления может идти двумя путями.

     1. Приемы мышления не выступают как специальные предметы усвоения, их становление идет лишь по ходу усвоения знаний, в процессе решения задач, где они занимают место средств и поэтому не осознаются. В результате процесс формирования  интеллектуальных  умений  растягивается,  далеко  не  всегда приводит к желаемому результату. Но даже и там, где формируются приемы мышления, они остаются, как правило, недостаточно осознанными, недостаточно обобщенными, а в результате этого - ограниченными в своем применении теми частными условиями, в которых они были усвоены.

    2. Интеллектуальные   умения   выступают   как   предметы специального усвоения.   Управление   процессом   формирования познавательных   приемов способствует их качественному усвоению в короткое время. Кроме того, эти приемы строятся на основе ориентировочной основы третьего типа, т.е. носят не частный, а общий характер. Именно такой путь движения мы и рассмотрим.

    Первая  задача обучающего состоит в установлении содержания приема. С этой целью в каждом умении выделяются составляющие его действия, анализируются их отношения и на основе этого составляется общее предписание, обеспечивающее применение данного умения к решению задач соответствующего класса. Если содержание приема неизвестно, то необходимо провести специальное исследование для его выявления.

    Как правило, вначале формируются отдельные  действия, слагающие умение, а после этого - умение в целом. Умения обычно планируются с теми же качествами, что и действия, лежащие в их основе. Принципиальной разницы по сравнению с действиями в управлении процессом формирования умения также нет.

    Специфические приемы формируются в процессе работы с соответствующими предметами. Математические приемы можно сформировать при работе с математикой, исторические - при изучении истории и т.д. Учитель должен иметь полную программу тех познавательных действий, которые необходимо формировать при изучении каждого учебного предмета. Вместе с тем успешность усвоения, глубина проникновения в науку, отраженную в предмете, определяются тем, как усвоил ребенок главные из этих действий.

    Однако  учителю необходимо уметь не только формировать новые виды познавательной деятельности, но и оценивать  уровень сформированности уже имеющихся ее видов. Особенно важно это уметь делать в случае отставания учащихся. Если ученик испытывает затруднения в решении тех или иных задач, то учитель, естественно, стремится помочь такому ученику. Но для того, чтобы помощь была эффективной, она должна быть направлена именно на те звенья познавательной деятельности, которые не сформированы или не деформированы. В этом случае перед учителем встает диагностическая задача.

    Решение системы диагностических задач, связанных с обследованием личностного и умственного развития учащихся, требует специальной психологической подготовки. Эти задачи решают психологи. Что касается диагностики уровня сформированности отдельных познавательных действий (отдельных видов познавательной деятельности), то эту работу должен уметь выполнять и учитель. Главное, на что мы хотим обратить внимание, -необходимость получать информацию о состоянии деятельности учащегося, составляющей умение решать задачи того или иного класса.

    Вместе  с тем существующие в практике диагностические методики, прежде всего традиционные тесты, позволяют фиксировать лишь конечный результат выполненной ребенком деятельности.

    Не  имея возможности раскрыть подробно требования к диагностике различных видов познавательной деятельности, укажем их в общей форме:

    1. Нужно   проводить   диагностику  не   только   операционального,   но   и мотивационно-целевого компонентов действия.

    2. Следует предварительно выявить объективное содержание (операционный состав) диагностируемого действия.

    3. Необходимо разработать два вида диагностических заданий. Первый должен быть рассчитан на применение действия в целом. Однако возможна ситуация,  когда  испытуемый  не  в  состоянии  выполнить диагностируемое действие даже в генетически исходной (материальной или материализованной) форме. Это не означает, что он не владеет ни одной из входящих в это действие операций; возможно, он не справляется с заданием из-за отсутствия у него лишь одной из операций, составляющих данное действие. Поэтому в такой ситуации и используются задания второго вида (субзадания), каждое из которых рассчитано на использование одной из составляющих действие операций. Такой диагноз особенно важен для определения путей коррекционной работы (какие операции у     ребенка нужно     деформировать,     чтобы     обеспечить  владение     им диагностируемым действием).

    4. Задания обоих видов должны варьироваться по форме, в соответствии с чем должна варьироваться и форма выполнения действий. В качестве основных форм должны быть обеспечены материальная (материализованная), перцептивная, внешнеречевая   и   умственная.    В    последнем   случае   предполагается,   что испытуемый в состоянии держать полученное вербальное задание в уме и весь процесс его выполнения совершать про себя.

    5. Оба   вида   заданий   должны   также   варьироваться   но   предметному содержанию,    условиям    применения   действия   (операции)-    что    позволит диагностировать   меру   обобщенности   этого   действия (операции).   Данные вариации,   как   и   вариации   по   форме,   позволяют   получить   сведения   об обобщенности как действия в целом, так и отдельных его операций.

    6. Для определения состояния действия по мере автоматизированное даются задания на совмещение этого действия с другим действием, о котором заведомо известно, что оно не автоматизировано: возможность совмещения этих двух действий позволяет получить представление о степени автоматизированное интересующего нас действия. Для определения меры осознанности (рефлексии) выполняемого действия испытуемым предлагается проговорить или прописать последовательность выполнения задания и обосновать необходимость выполнения названных шагов. Скорость выполнения действия определяется общепринятым путем: через фиксацию определенных временных интервалов.

    В настоящее время мы еще не можем диагностировать состояние действия по всей системе характеристик. Объясняется это тем, что еще не найдены соответствующие диагностические пути и недостаточно изучены и дифференцированы сами характеристики. Наиболее точный и полный диагноз может быть получен по форме действия.

    7. Последовательность диагностики  отдельных операций действия  должна быть следующей а) вначале  проводится диагностика центральной  операции; в каждом действии (приеме) имеется операция (действие), от сформированности которой, прежде всего, зависит успешность выполнения действия (приема); она и называется центральной; б) в дальнейшем диагностика операций проводится в порядке, обратном формированию; это требование направлено на то, чтобы избежать при диагностике обучающего эффекта; в) диагностика формы ведется от умственной формы к внешнеречевой и материальной; г) при диагностике обобщенности действия в начале следует давать задания на менее привычном для испытуемых материале, а затем - на более знакомом.

1.2. О роли и месте программирования в обучении информатике

     Многие  проблемы в преподавании информатики  связаны с нечётким целеполаганием. К сожалению, стандарт по информатике  не был своевременно принят. Возможно поэтому основной целью изучения образовательной области "Информатика" считается подготовка школьников к практической деятельности, а развитие мышления и формирование основ научного мировоззрения как бы отступают на второй план.

    Изучение  программирования позволяет внести свой вклад в достижение этих целей. В первую очередь следует рассматривать программирование как средство развития мышления школьника. Профессиональной подготовкой занимаются специализированные учреждения. Поэтому лучше сразу отказаться от невыполнимой задачи: изучить язык программирования, каким бы простым он не был. Знание языка как и владение любым другим инструментом само по себе ничего не даёт, куда важнее умение им пользоваться, а на это, как правило, времени и не остаётся (причём, это общая проблема школьного образования). Только при самостоятельном решении задач можно говорить о развитии у школьников способности принятия решения и ответственности за его последствия.

    Другой  важной целью является "понимание  единства информационных принципов  строения и функционирования самоуправляемых  систем различной природы", процессов управления в природе, технике, социуме. При правильном подборе учебных задач эта цель не кажется надуманно-недостижимой.

    Но "правильный подбор" ещё не гарантирует  достижения результата. Важна и форма организации учебной деятельности, и методика преподавания. Вот здесь и открываются широкие возможности реализации стратегической линии образования на развитие личности, внедрения эвристических методов в образовательный процесс. Другими словами, можно отказаться от традиционного построения курса, когда учащимся сообщается большое количество готовых знании, в надежде, что немногим "сильным" ученикам удастся самостоятельно выстроить закономерности и постигнуть общие принципы изучаемой дисциплины. Это но силам будет немногим. Гораздо труднее для учителя инициировать на занятиях самостоятельную познавательную деятельность учащихся, заставлять их постоянно задумываться "над природой вещей", сообщив лишь небольшое количество исходной информации.    Именно   эта   задача   гораздо   важнее    "зубрёжки"   и   имеет положительный результат в долгосрочной перспективе.

1.3 Методические аспекты выбора  среды ЛогоМиры как начального  языка  программирования

    Программная среда Лого (ЛогоМиры) была разработана  и реализована под руководством американского психолога С. Пейперта в 1989 г. в Массачусетсом технологическом институте. Она была создана не просто как формализованный язык программирования, а как среда, в которой дети могли бы научиться естественному общению с компьютером. ЛогоМиры -универсальная учебная компьютерная среда на базе языка Лого. Эта среда интегрирует графику, мультипликацию, звуки, программирование и позволяет осуществлять проектный подход к занятиям по всем направлениям учебного плана, а также обеспечивает возможность осуществлять межпредметные связи с другими дисциплинами на уроках информатики.

Основные характеристики языка ЛОГО, входящего в состав среды

• синтаксис, близкий к естественному языку,
• приспособленность к интерактивному режиму работы,

    -ориентация  на формирование самых общих  представлений о программировании,

- необязательность глубоких знании архитектуры ЭВМ, 
-возможность обработки графических объектов.

    Среда обучения Лого является примером новых  технологий обучения, направленных на освоение средств, при помощи которых учащиеся могут самостоятельно добывать знания. Пейперт, создавая Лого, основывался на учении швейцарского психолога Жана Пиже о стихийном непринужденном обучении ребенка при взаимодействии со средой. Среда Лого позволяет так построить процесс обучения, что овладение языком программирования становится таким же естественным процессом, как и изучение родного языка.

    Слова «компьютерное обучение» обычно означают, что компьютер учит («программирует») ребенка. Занятия в среде Лого переворачивают традиционную ситуацию компьютерного обучения. В среде Лого ребенок сам учит и программирует компьютер и, делая это, овладевает основами предмета.

    Лого  реализует новые подходы к  обучению, направленные не на заучивание правил, а на формирование процесса мышления. В ситуации традиционного обучения наблюдать за мыслительной деятельностью ребенка просто невозможно. Среда Лого является тем окном, которое позволяет заглянуть в мыслительные процессы ребенка. У учителя появляется возможность проанализировать накопленные в памяти компьютера, данные о том, как ребенок думает, как он понимает задачу, расчленяет ее и т.п.

    В среде Лого ребенок сам управляет  процессом обучения. Как и в  реальной жизни, он сам ставит себе задачу, и сам находит пути ее решения. Вместо привычного ожидания, чтобы ему сказали, как надо правильно сделать, ребенок попадает в ситуацию, управлять которой может только он сам. Из постоянно ждущего помощи от других он превращается в человека, самостоятельно ищущего и находящего решения. На собственном опыте ребенок учится делать выводы и обобщения.

    В Лого первоначально заложены принципы конструктивного обучения. Согласно этим принципам в процессе создания реального продукта (для реализации конкретной задачи) значительно повышается эффективность обучения. Это возможно только потому, что Лого - полноценный язык программирования, допускающий возможность создания настоящих, графически оформленных, работоспособных программ.

    Важную  роль в новых направлениях обучения играет отношение к ошибкам и их устранение. Отладка программы (поиск и исправление в ней ошибок) обычно является трудоемким процессом. Язык Лого значительно упрощает его. Решение разбивается на множество мелких шагов, каждый из которых может быть проверен отдельно. Если допущена ошибка, то «Черепашка» просто не выполнит задания или выполнит его не так, как следовало. Так как ученики могут самостоятельно найти ошибку, исправить и снова попробовать, то они перестают бояться ошибок. Школьники чувствуют себя исследователями, не боящимися творить. Они обретают уверенность в своих силах и могут выразить свое знание предмета в форме, отличной от вербальной.

    Графические возможности Лого позволяют использовать его для освоения машинной графики, тем более что все современные  языки программирования включают в себя элементы Лого - графики.

    Лого  объединяет в себе черты многих языков программирования, Изучение Лого как начального языка значительно облегчает дальнейшее обучение профессиональных языков программирования.

    Так же, как и школьный алгоритмический  язык, Лого является интерпретатором, обеспечивающим диалоговый характер общения с пользователем, превращающим компьютер в мощный калькулятор в режиме непосредственных вычислений. Структурное построение программы роднит Лого и Паскаль.

    Ни  для кого не секрет, что сегодня  гипертекстовые системы есть нечто необычное. В среде ЛогоМиры гипертекст дает возможность просматривать «мультфильмы», отвечать на вопросы, не только получать, но и создавать информацию, дают возможность быть активным, действовать самостоятельно.

    Объектно-ориентированный  подход (ООП) [6] является одним из наиболее эффективных и удобных средств, используемых сегодня. Окружающий нас мир состоит из целостных объектов, которые обладают определенными свойствами и поведением. В технологии объектного ориентирования объекты сохраняют свою целостность, все свойства объекта и его поведение описываются внутри самого объекта. Объектами ЛогоМиров являются рисунок, текст, бегунок, кнопки и т.д. В системах объектного - ориентирования обычно используется графический интерфейс. Появляется возможность создавать объекты, задавать им свойства и поведение с помощью мыши. Объектно-ориентированное программирование - это создание приложений из объектов, подобно тому, как из блоков и различных деталей строятся дома.

    В ранних версиях языка мы имели  черно-белый экран, одну треугольную черепашку и англоязычный вариант записи команд для нее. В настоящее время самой популярной в России версией Лого для компьютеров ШМ является система Logo Writer. Эта система двуязычна - можно использовать как русские, так и английские имена команд. Программная среда ЛогоМиры обладает широким спектром возможностей. Даже по сравнению со средой LogoWriter для IBM PC ЛогоМиры явно выигрывает. Здесь есть встроенный графический редактор, позволяющий нарисовать пейзаж (мир), в котором живет черепашка. Поле Форм содержит много красочных, а не контурных форм. Некоторые формы представляют фазы движения одного объекта и могут быть использованы для создания мультипликационных сюжетов. Мир черепашки можно заполнить звуками. Встроенный Музыкальный редактор позволяет записать любую мелодию и, сохранив ее под каким-нибудь именем, пополнить тем самым словарь черепашки. Исполнение мелодии можно поручить одному из шести музыкальных инструментов: пианино, скрипка, арфа, бутылка, ксилофон, орган. Кроме того, есть возможность озвучить черепашку системными или записанными с микрофона звуками.

    Есть  огромное множество задач, которые  можно решать при помощи Лого. При работе в среде ЛогоМиры круг задач существенно расширяется. Кроме традиционного круга задач учащиеся способны принять участие в разработке обучающих проектов, наподобие всем известной «Роботландии». И эти проекты, довольно просто реализуемые в ЛогоМирах, можно использовать для уроков развивающей информатики в младшей школе.

В заключение приведем аргументы в пользу ЛогоМиров:

    -ЛогоМиры  удовлетворяют требованиям начального  языка программирования;

• ЛогоМиры являются пропедевтикой языков программирования;
• Философия ЛогоМиров - истинное достижение в методике обучения;
• В среде ЛогоМиры можно работать с гипертекстом;
• ЛогоМиры - объектно-ориентированная среда;

    -ЛогоМиры  включает в себя одновременно  графический, текстовый и музыкальный редакторы.

    Кроме того, обучение в среде Лого вызывает у учащихся повышенный интерес к предмету, развивает математическую интуицию и геометрические представления, является своеобразным математическим тренажером, формирует алгоритмический и комбинаторный типы мышления.

    При введении ЛогоМиров в курс информатики  преследуются следующие цели:

1. Пропедевтика основных понятий базового курса информатики.
2. Развитие операционного мышления.
3. Развитие творческих способностей при конструировании.
4. Развития самостоятельной познавательной деятельности

Задачи:

• научить создавать и редактировать графические изображения;
• изучить технологию создания, просмотра и редактирования текста; 
  -подготовить   учащихся   к   изучению   таких   понятий   базового   курса

информатики, как: процедура, ветвление, цикл, файл, создание объекта, виды объектов и их свойства;

    -осуществить  помощь ученикам в создании  проектов в среде ЛогоМиры по различным темам с привлечением учителей-предметников.

    При изучении ЛогоМиров по методике Пейперта основной формой организации учебной деятельности учащихся является проект. Главная цель проекта - создание законченного фрагмента. Основным методом является исследовательская деятельность, направленная на развитие познавательных интересов, на развитие творческих способностей ребенка. Ребенок учится анализировать учебную проблему, ищет пути исправления собственных ошибок и, как следствие, создает собственный проект. На уроках информатики применяются как индивидуальные, так и коллективные проекты. В коллективном проекте учитель имеет возможность дать более слабым ученикам задание попроще, не обижая детей и предоставляя им возможность активно реализоваться в общей работе. В тоже время творчески активные дети могут не только делать более сложные элементы, но и создавать по несколько элементов, или, закончив свою работу, помогать товарищам, у которых что-то не получается. Ведь здесь все делают одно общее дело, а значит, заинтересованы в выполнении не только своего задания - это важный воспитательный момент коллективного проекта. Далее работа проходит по следующему плану: