В статье обсуждаются вопросы и проблемы формирования алгоритмического и логического мышления в рамках базового курса информатики. Проводится анализ учебных материалов и подходов различных авторов для эффективного развития этих мыслительных навыков.
Ключевые слова: информатика, логическое мышление, алгоритмическое мышление, алгоритмическая культура, алгоритм, исполнитель, программа, алгоритмические конструкции, язык программирования, учебно-методический комплекс.
Информатика как учебный предмет в школе призвана не только для овладения компьютерной грамотностью учащимися, а прежде всего для формирования и развития алгоритмического и логического мышления у учащихся.
В современном стандарте (ФГОС) отражены цели, содержание курса информатики и предметные результаты освоения основной образовательной программы основного общего образования для единой предметной области «Математика и информатика» [7, с. 14–15]. Приведем положения, которые большей частью относятся к формированию и развитию логики и алгоритмизации:
— «…В результате изучения предметной области «Математика и информатика» обучающиеся развивают логическое и математическое мышление…»;
— «…Предметные результаты изучения предметной области «Математика и информатика» должны отражать: …
- формирование информационной и алгоритмической культуры;
- формирование представления об основных изучаемых понятиях: информация, алгоритм, модель — и их свойствах;
- развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе; развитие умений составить и записать алгоритм для конкретного исполнителя; формирование знаний об алгоритмических конструкциях, логических значениях и операциях; знакомство с одним из языков программирования и основными алгоритмическими структурами — линейной, условной и циклической;
- формирование умений формализации и структурирования информации, умения выбирать способ представления данных в соответствии с поставленной задачей — таблицы, схемы, графики, диаграммы, с использованием соответствующих программных средств обработки данных; …».
Как следует из новых стандартов, формирование алгоритмического и логического мышления является одной из ключевых целей предмета. Мы также убеждены, что без полноценного развития этих видов мышления невозможно сформировать универсальные учебные действия (УУД).
Существует множество различных определений мышления и его типов, стилей. После анализа педагогических и психологических словарей и энциклопедий мы заключили, что в рамках нашего исследования наиболее точными и детализированными будут следующие утверждения:
По С. Л. Рубинштейну мышление — это основанное на раскрытии связей, отношений, опосредований и обобщенное познание объективной реальности [5]; представляет собой высшую форму познавательной активности человека, которая включает в себя такие процессы, как синтез и анализ, обобщение и абстрагирование, умение выделять конкретные признаки и отличать существенное от несущественного.
Логическое мышление — вид мышления, сущность которого в оперировании понятиями, суждениями и умозаключениями с использованием законов логики [4].
Изучение информатики направлено на то, чтобы развить у учащихся логическое мышление через анализ, синтез, сравнение, классификацию, обобщение и решение задач с помощью алгоритмических и проблемно-поисковых методов, используя информационно-коммуникационные технологии для автоматизации обработки информации. Формирование умений по созданию алгоритмов помогает развивать логику, позволяя ученикам анализировать информацию, проводить сравнения, делать выводы, планировать действия и выражать свои мысли последовательно и структурированно.
Алгоритмическое мышление, наряду с образным и логическим, определяет умственные способности и творческий потенциал человека. Оно подразумевает умение планировать свою деятельность и детально описывать шаги выполнения этой деятельности. Такое мышление не только развивает навыки создания алгоритмов для решения разнообразных задач, но и формирует общие мыслительные умения, полезные во многих учебных дисциплинах и науках. Это основа алгоритмической культуры, которая включает в себя понимание сути алгоритма, его характеристик и способов представления, владение методами записи решений задач на алгоритмическом языке, осознание природы языков программирования как инструментов для записи и выполнения алгоритмов, а также умение решать задачи с использованием конкретного языка программирования.
Как упоминалось ранее, развитое алгоритмическое мышление означает способность человека планировать и подробно описывать собственную последовательность действий. Это ключевой аспект новых ФГОС. В числе универсальных учебных действий, которые входят в метапредметные результаты обучения, особо выделяют группу регулятивных УУД. В неё включаются: действия, обеспечивающие организацию обучающимся своей учебной деятельности: целеполагание, планирование, прогнозирование, коррекция [1, с. 10]. Все эти компоненты учебной деятельности отражают умения по составлению алгоритмов для любого исполнителя или для программ на современных языках программирования высокого уровня.
Проанализировав методологические подходы авторских коллективов Семакина И. Г. и Босовой Л. Л. к преподаванию содержательной линии базового курса информатики «Алгоритмизация и программирование», мы пришли к выводу, что концепция Босовой Л. Л. выглядит предпочтительнее. Она предусматривает введение понятий алгоритма, исполнителя, программы и других важных тем начиная с пропедевтического курса (6 класс, раздел «Алгоритмика», 10 часов) и продолжает их изучение вплоть до окончания базовой школы (8–9 классы). Такой подход обеспечивает непрерывность, системность, логическую последовательность и глубину освоения данной темы.
Так, Босова Л. Л. уделяет разделу «Основы алгоритмизации» в базовом курсе информатике в 8 классе 10 часов, делая логический переход к теме «Начала программирования», которую сложно освоить без знаний и представлений об алгоритме, исполнителе и базовых алгоритмических конструкций [2, с. 35]. Придерживаясь концепции непрерывного изучения основ алгоритмизации и программирования, автор возвращается к этой теме и в 9 классе, уделяя для ее изучения 8 учебных часов, переходя к сложным понятиям массива и вспомогательного алгоритма [2, с. 36].
Автором были выделены ожидаемые результаты изучения информатики в части алгоритмизации, которые описывают набор учебных действий, связанных с приобретением знаний, умений и навыков, достигаемых мотивированными и способными учениками. Эти результаты могут быть включены в материалы итогового контроля. Важно, чтобы выпускник школы мог не только понимать смысл понятий «алгоритм», «исполнитель», «система команд исполнителя», но и уметь разрабатывать в среде определенного исполнителя алгоритмы, содержащие базовые алгоритмические конструкции и вспомогательные алгоритмы для решения поставленной задачи [2, с. 59–60].
Изучая УМК Семакина И. Г. и др. базового курса информатики для 7–9 классов, нетрудно определить, что содержательная линия «Алгоритмизация и программирование» раскрыта только в 9 классе, на изучение которой авторами отведено 27 часов учебного времени. Такой подход обусловлен, скорее всего, сложностью темы и материала [6, с. 32–33]. На наш взгляд, программа Семакина И. Г. для девятиклассников чрезмерно усложнена большим объемом часов, отведенных на программирование, особенно учитывая необходимость серьезной подготовки по другим предметам и к ОГЭ. Без постепенной предварительной подготовки полноценно освоить этот раздел смогут лишь ученики с высоким уровнем обученности.
Любой алгоритм разрабатывается для исполнителя. Эта взаимосвязь отражена в самом определении алгоритма: это четкое и понятное указание исполнителю выполнить определенную последовательность шагов, ведущих к конкретному результату.
Учебные исполнители алгоритмов служат дидактическими инструментами при изучении алгоритмов и развитии логического и алгоритмического мышления. Чтобы достичь образовательных целей, рекомендуется выбирать исполнителей, соответствующих таким критериям: они должны функционировать в своей среде и моделировать управление каким-либо реальным объектом (например, погрузчик, робот, черепаха); система команд исполнителя должна включать все основные управляющие структуры (линейные, условные операторы, циклы), а также возможность использования вспомогательных алгоритмов (процедуры).
Авторы учебно-методических комплексов по информатике едины во мнении, что основная цель раздела алгоритмизации состоит в том, чтобы научить учащихся структурному методу построения алгоритмов, т. е. последовательному созданию алгоритмов с использованием базовых конструкций. Какой бы исполнитель ни был выбран учителем для обучения основам алгоритмизации, важно сосредоточиться на его ключевых характеристиках: среде, режимах работы, системе команд и данных. Эту совокупность характеристик принято называть архитектурой исполнителя.
Стоит подчеркнуть, что в учебно-методических комплексах (УМК) Л. Л. Босовой нет жесткой зависимости от конкретного исполнителя. Автор предлагает использовать в качестве примеров формальных исполнителей для всестороннего изучения линии алгоритмизации в пропедевтическом и базовом курсах информатики такие инструменты, как Черепаха, Кузнечик, Водолей, Чертёжник, Робот и другие, входящие в состав системы КуМир (Комплекта учебных МИРов) либо доступные как отдельные модули этой системы. КуМир представляет собой бесплатную кроссплатформенную русскоязычную среду для начального обучения программированию.
В учебнике Семакина И. Г. представлен гипотетический учебный исполнитель под названием ГРИС — Графический Исполнитель, работающий в условиях отсутствия величин. На базе ГРИС объясняются базовые концепции алгоритмизации и вводится учебный алгоритмический язык. В составе авторской коллекции цифровых образовательных ресурсов (ЦОР) имеется исполнитель Стрелочка, полностью соответствующий языку исполнителя ГРИС [3, с. 21–26].
Создание алгоритмов для рисования различных изображений с использованием графических исполнителей (таких как Черепаха, Чертежник, ГРИС, Стрелочка и др.), а также решение логических задач с помощью исполнителей вроде Кузнечика, Водолея, Робота и прочих способствует развитию логического и алгоритмического мышления. Кроме того в подспорье учителю информатики предлагаются виртуальные лаборатории из Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов в виде интерактивного компьютерного задачника при изучении основ моделирования, алгоритмизации и программирования, математической логики [8, с. 4].
Как можно заметить, в базовом курсе информатики значительное время уделено теме «Алгоритмизация и программирование». Здесь рассматриваются основные алгоритмические конструкции и основы программирования как на учебных исполнителях, так и на одном из высокоуровневых языков программирования. Язык программирования, выбираемый учителем, должен быть учебным, универсальным, поддерживать принципы структурного подхода к программированию, обладать простым синтаксисом и минимальными требованиями к оборудованию, а также активно использоваться на практике. Чаще всего в школах выбирают язык Pascal ABC.net, соответствующий этим требованиям.
Существуют и другие альтернативные учебные ЯП, такие как Python, C#, С++ и т. п. Например, язык программирования Python привлекает учащихся своим кратким, несложным и интуитивно понятным синтаксисом. C++, будучи популярным языком для создания операционных систем, драйверов, приложений и игр, также пользуется большой популярностью среди учащихся. Более того, эти языки программирования не только вошли в задания ЕГЭ по информатике, но и стали часто использоваться школьниками при решении олимпиадных задач по программированию.
Тем не менее, чтобы дать ученикам представление об альтернативных языках программирования и расширить их навыки программирования на нескольких языках для решения реальных задач, нужно задействовать возможности и ресурсы внеурочной деятельности.
Таким образом, сегодня для развития логического и алгоритмического мышления в базовом курсе информатики учитель располагает не только учебно-методическими комплексами, рекомендованными Министерством образования и науки РФ, но и увлекательными курсами, интерактивными учебными исполнителями, современными системами программирования, позволяющими создавать интересные, познавательные и практикоориентированные уроки.
Литература:
- Асмолов А. Г., Бурменская Г. В., Володарская И. А. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Система заданий: пособие для учителя. М.: Просвещение, 2015.-159 с.
- Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика. Программа для основной школы: 5–6 классы. 7–9 классы.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.-88 с.
- Семакин И. Г. Информатика. 9 класс: учебник / И. Г. Семакин, Л. А. Залогова, С. В. Русаков, Л. В. Шестакова. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2016. — 208 с.: ил.
- Словари и энциклопедии на Академике: Современный образовательный процесс: основные понятия и термины . —. : Компания Спутник . М. Ю. Олешков , В. М. Уваров . 2006 . [Электронный ресурс] URL: https://current_pedagogy.academic.ru/966
- Словари и энциклопедии на Академике: Толковый словарь психиатрических терминов [Электронный ресурс] URL: https://psychiatry.academic.ru
- Цветкова М. С. Информатика. УМК для основной школы. Методическое пособие для учителя/ Авторы-составители: М. С. Цветкова, О. Б. Богомолова. — Эл. изд. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.- 184 с.
- Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования, приказ № 1897 Министерства образования и науки РФ от 17 декабря 2010 г. [Электронный ресурс] URL: https://docs.edu.gov.ru/document/8f549a94f631319a9f7f5532748d09fa/
- Цветкова М., Курис Г. Интерактивный задачник по информатике для младших школьников. Методические рекомендации для учителя. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. 259с.
