Системы учебных задач как элемент методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики

Шумилина, Нина Дмитриевна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Системы учебных задач как элемент методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики

Автореферат

Автор научной работы: Шумилина, Нина Дмитриевна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Ярославль
Год защиты: 2006
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Системы учебных задач как элемент методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики"

На правах рукописи

Шумилина Нина Дмитриевна

СИСТЕМЫ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ КАК ЭЛЕМЕНТ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ АЛГОРИТМИЗАЦИИ В ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОМ ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (информатика, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук

Ярославль 2006

Работа выполнена на кафедре Ярославского государственного К.Д. Ушииского.

теории и методики обучения информатике педагогического университета имени

Научный руководитель

доктор педагогических наук, профессор

Первин Юрий Абрамович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Семёнов Алексей Львович

кандидат педагогических наук, доцент

Пннаев Владимир Николаевич

Ведущая организация

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Защита состоится " 27 " декабря 2006 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.307.05 по защите диссертаций на соискание учёной степени кандидата педагогических наук при Ярославском государственном педагогическом университете им. К.Д. Уши некого по адресу: 150000, г. Ярославль, ул. Республиканская, д. 10S, к. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского: 150000, г. Ярославль, ул, Республиканская, д. 108.

Автореферат разослан ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного Трошина Т.Л.

совета

Общая характеристика исследования

Актуальность исследования. Исторический возраст школьного курса информатики миновал двадцатилетний рубеж. Изначально «базовый» уровень курса был обозначен выпускными классами школы. И это имело, в первую очередь, экономические, но не дидактические объяснения. «Безмашинный» вариант курса можно было реализовать только в старших классах, поскольку курс для младших школьников однозначно должен поддерживаться компьютерными приложениями.

Вместе с тем, практически с первых лет обучения школьников информатике, благодаря инициативе и энтузиазму, в первую очередь, педагогов практиков, апробировался и развивался пропедевтический курс, то есть разрабатывался курс для начальной школы и младших классов среднего звена. Пакет «Роботландия» фактически стал базовым для младших школьников, в первоначальной версии для Ямахи и УКНЦ, а затем для IBM-совместимых компьютеров, появившихся в школах с 1990 г.

За прошедшие годы разработаны, апробированы н внедрены в практику несколько курсов раннего обучения информатике. Широко известны разработки отдельных авторов и авторских коллективов под руководством С.А.Бешенкова, Л.Л.Косовой, А.В.Горячева, А.А.Дуванова, Н.В.Макаровой, Н.В.Матвеевой, А.В.Могилёва, Ю.А.Первина, А.Л.Семёнова, С.Н.Тур.

Методике раннего обучения информатике посвящены исследования В.С.Абловой, Л.Л.Босовой, Н.Н.Булгаковой, А.В.Горячева, С.В.Ильченко, И.В.Левченко, Т.В.Николаевой, Н.Б.Тихоновой. Большой вклад в разработку программ обучения сделан Ю.А.Аверкиным, Г.А.Андриановой, Н.К.Коно-патовой, Л.П.Панкратовой, С.Ф.Сопруновым, А.В.Хуторским, Е.Н.Челак, Е.И.Яковлевой.

Методика обучения пропедевтическому курсу информатики вошла составной частью в вузовские учебники курса «Теория и методика обучения информатике» авторов М.ПЛапчика, И.Г.Семакина, Е.К.Хеннеро; Н.В.Со-фроновой. Системное рассмотрение вопроса проведено в монографии Ю.А.Первина, посвященной методике раннего обучения информатике....

Необходимо отметить новые методические формы для пропедевтического школьного курса информатики. С 2006 г. появилась постоянная рубрика «Началка» в методической газете «Информатика». Создан (в 2005 г.) и активно работает Большой Московский семинар по методике раннего обучения информатике, который, благодаря своему сайту в Интернете, доступен практически любому учителю.

Значительно расширил возможности в сфере образования Интернет.. Не только учителя, но и младшие школьники имеют возможность участвовать в дистанционном обучении и творческой деятельности. Роботландский сетевой университет, ежегодный дистанционной конкурс ТРИЗформашка, центр дистанционного обучения «Эйдос» — это только отдельные примеры реализованных идей и начинаний энтузиастов раннего обучения информатике.

Однако отсутствие единого, цельного, непрерывного школьного курса

информатики в федеральном БУПе говорит о проблеме, которая ждет своего разрешения. Понимание того, что информатика служит целенаправленному развитию операционного стиля мышления человека, являющемуся фундаментом освоения любой технологии, должно возобладать над идеями быстрого и легковесного «научения компьютеру».

Современный операционный стиль мышления включает в себя (с некоторой долей условности) несколько составляющих: планирование, моделирование, поиск, общение, инструментирование. Развитие одной из частей — планирования определяется, в первую очередь, алгоритмическими разделами курса. При этом влияние планирования на остальные составляющие, безусловно, велико.

Необходимо отметить, что алгоритмические разделы, разработанные разными авторами, имеют существенные различия. Государственный стандарт начального общего образования по информатике не принят.

Содержание курсов имеет отличие во введении отдельных понятий, трактовках, подходах. Но даже для общепонятных и общепризнанных элементов, например, управляющих структур, не существует достаточных разработок, обеспечивающих качественное обучение, позволяющее не только изучать ту или иную тему, но и применять полученные знания при обучении другим предметам и на практике. Недостаточно упражнений, задачного материала.

Назрела необходимость в системной, методической и научно обоснованной разработке содержания обучения алгоритмизации в курсе раннего обучения информатике.

Таким образом, актуальность избранной темы исследования определяется недостаточной теоретической и методической разработанностью проблемы процесса обучения младших школьников алгоритмическим разделам с целью качественного и контролируемого формирования базовых алгоритмических понятий и представлений в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Все выше изложенное составляет проблему исследования: каковы методические основы разработки систем типизированных учебных задач для качественного и контролируемого формирования базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в начальном курсе информатики?

Цель исследования - разработать и обосновать системы типовых учебных задач для качественного и контролируемого формирования базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Объект исследования: процесс обучения младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Предмет исследования: методика обучения алгоритмизации младших школьников на основе систем типовых учебных задач в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Гипотеза исследования. В существующих программах обучения содер-

жание обучения младших школьников алгоритмическим разделам в рамках пропедевтического школьного курса информатики имеет различия. Мы предположили, что необходима конкретизация содержания обучения алгоритм ике и разработка соответствующей заданной поддержки в виде систем типовых учебных задач. Качественное и контролируемое формирование базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в начальном курсе информатики будет достигнуто, если

— осуществлять обучение элементам алгоритмизации в обоснованной последовательности (следование, вспомогательный алгоритм, цикл, ветвление, рекурсия);

— включать в содержание обучения системы типовых учебных задач, разработанные для каждого из перечисленных элементов, обеспечивающие учет актуального уровня развития учащихся и их подготовки, а также возможность развития ума, воображения, творческих процессов;

— осуществлять поэтапный процесс формирования алгоритмических умений младших школьников на основе систем типовых задач, используя различные формы наглядного представления последовательности действий: без использования компьютера (предметную, театрализованную, изобразительную, текстовую, словесную) и с использованием программных исполнителей;

— осуществлять пошаговую работу с алгоритмом на компьютере, используя командный режим программного исполнителя или пошаговое исполнение в программном режиме.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методические основы обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики,

2. Разработать системы учебных типовых задач для обучения основным алгоритмическим структурам и умениям (следование, вспомогательный алгоритм, цикл, ветвление, рекурсия) в пропедевтическом школьном курсе информатики, содержащие три уровня сложности с постепенным усложнением по количеству необходимых действий.

3. Разработать технические задания на проектирование программной поддержки обучения с учетом методических основ, которые стали базой раз* работанных систем задач.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: работы в области формирования содержания образования (В.В.Краевский, И.Я.Лернер, П.И.Пидкасистый, А.И.Пискунов, А,В.Хуторской), теории и методике обучения (Ю.М.Бабанский, В.И.Загвязннскнй, И.Я.Лернер, М.И.Махмутов, И.С.Якиманская), психического развития младших школьников и подростков (Л.В.Выготский, П.Я.Гальперин, В.В.Давыдов, А.З.Зак, Н.С.Лейтес, Ж.Пиаже), психологических основ педагогику (Б.Ц.Бадмаев, Дж.Брунер, В.П.Зинченко, Э.В.Ильенков, В.А.Крутецкий, Я.А.Пономарев, В.С.Ротенберг), результаты исследований по информатизации образования и методике преподавания информатики (С.А.Бешенков, А.П.Ершов,

А.А.Кузнецов, А-Г.Кушниренко, МПЛапчик, Г.В.Лебедев, А,В.Могилёв, СМ.Окулов, С.Пейперт, Ю.А.Первин, И.Г.Семакин, А.Я.Фридман, Е.К.Хеннер), работы по основным положениям теории учебных задач (В.В.Гузеев, Л.Л.Гурова, В.И.Крупич, Д.Пойа, Д.Толлингерова, А.В.Усова, Л.М.Фридман), работы в области построения и анализа алгоритмов, программирования и технологии разработки программ (Ф.Брукс, Н.Вирт, Р.Грэхем, Э.Дейкстра, А.П.Ершов, Д.Кнут, Т.Кормен, О.Паташник, ЧЛеЙзерсон, Р.Ривест, А.Л.Семёнов, В.А.Успенский).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- сравнительный анализ психолого-педагогической, научной, учебно-методической литературы по проблематике исследования;

- метод моделирования для разработки систем учебных задач и технических заданий для создания программной поддержки процесса обучения;

- анализ, систематизация и обобщение для выработки методики обучения основам алгоритмизации;

- метод экспертного моделирования оценки педагогической эффективности обучения па основе систем задач.

Исследование проводилось на базе педагогического факультета Тверского государственного университета, физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического факультета, МОУ Тверская гимназия № б, МОУ гимназия № Ю г. Твери с 2002 года по 2006 год и включало три этапа.

I этап. 2002-2004 гг. Проведен анализ психолого-педагогической, научной и учебно-методической литературы, сформулирована гипотеза, цель и задачи исследования. Разрабатывались системы задач для освоения линейной последовательности действий (задачи на перевозы и переливания), для обучения методу последовательного уточнения (задачи на сортировку железнодорожного состава) и апробировались первоначальные варианты методики их использования.

II этап. 2004-2005 гг. Проведена корректировка систем учебных задач с позиции единого методологического подхода к их содержанию и структуре. Разработана и теоретически обоснована методика обучения алгоритмическим разделам пропедевтического курса информатики. Разработаны технические задания на создание программной поддержки для каждой из систем задач. Продолжена апробация методики.

III этап. 2005-2006 гг. Проверена гипотеза о ^качественном и контролируемом процессе формирования базовых алгоритмических понятий и представлений на основе систем учебных задач в начальном курсе информатики путем экспертной оценки. В качестве экспертов выступили студенты третьего курса педагогического факультета Тверского государственного университета, четвертого и пятого курсов физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического университета имени К.Д.Ушин-ского. Проведена экспертная оценка систем учебных задач и технических заданий иа разработку программного обеспечения. По результатам экспертизы

была проведена корректировка систем задач, методических рекомендаций и технических заданий. Сформулированы выводы, завершено оформление диссертации.

Достоверность результатов исследования обеспечена методологической обоснованностью исходных позиций, многоаспектным и концептуальным единством рассмотрения проблемы, опорой на результата современных психолого-педагогических исследований; использованием разнообразных методов исследования, адекватных цели, предмету и поставленным задачам; апробацией систем задач в группах экспертов, объективно сформированных для этой цели.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

— обоснована последовательность освоения алгоритмических структур и конструкций (следование, вспомогательный алгоритм, повторение, ветвление, рекурсия);

— предложена классификация оценки сложности алгоритмических учебных задач: тематическая, содержательная, деятельностная;

— разработаны системы типовых учебных задач для обучения младших школьников алгоритмике в начальном курсе информатики, предусматривающие три уровня сложности, с постепенным усложнением по количеству необходимых алгоритмнческих элементов для решения задачи;

— разработаны технические задания на создание программной поддержки систем учебных задач.

Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:

— расширено и обосновано представление о системах учебных задач и их использовании как элемента методики обучения алгоритмизации в курсе раннего обучения информатике;

— результаты исследования предоставляют теоретические основы для дальнейшей экспериментальной работы в области обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Практическая значимость исследования состоит в том, что;

— разработано и впервые апробировано методическое обеспечение процесса обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики на основе систем учебных задач;

— результаты исследования могут быть использованы в обучении младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики;

— сформулированные технические задания позволяют разработать программное обеспечение в виде программных исполнителей, реализующих предложенные системы учебных задач.

Личный вклад автора в исследование состоит в самостоятельной разработке систем типовых учебных задач, разработке на их основе методики обучения младших школьников алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики, проведении экспертного оценивания разработанных систем задач, опытной апробации задач в условиях педагогического процесса, интерпретации и обобщении полученных результатов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методическими основами обучения младших школьников алгоритмическим разделам в пропедевтическом школьном курсе информатики являются частнометодические принципы:

a. формирование базовых конструкций in представления последовательных действий;

b. пошаговая работа с алгоритмом на компьютере;

c. методическое структурирование базовых конструкций,

а также оценка сложности учебных алгоритмических задач на основе тематического, содержательного, деятельностного подходов.

2. Системы учебных типовых задач, разработанные в соответствии со сформулированными методическими основами, на трех уровнях сложности, с постепенным усложнением по количеству необходимых алгоритмических элементов, способствуют качественному и контролируемому процессу обучения алгоритмизации младших школьников в раннем курсе информатики.

3. Для успешного формирования алгоритмических умений младших школьников необходимо использование программных исполнителей, соответствующих разработанным системам учебных задач, первой ступенью разработки которых являются выработанные технические задания.

" Апробациям внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на региональных, всероссийских и международных научных семинарах и конференциях таких, как курсы повышения квалификации, семинары и научно-методические конференции учителей информатики г.Твери (2003-2006 гг.); Ш научно-методическая телеконференция «Информационные технологии в общеобразовательной школе" (Новосибирск, 2003 г.); Международная конференция «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2003-2005 гг.); научно-практическая конференция студентов и преподавателей педагогического факультета по итогам научно-исследовательской работы Тверского государственного университета (Тверь, 2004,2005 гг.); И Международная научно-прак-ическая конференция "Интеллектуальные технологии в образовании, экономике и управлении" (Воронеж, 2005 г.); Большой Московский семинар по методике раннего обучения информатике ИТО-РОИ-2006.

По теме исследования опубликовано 17 работ.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы из 179 наименований.

Основное содержание диссертации

Во Введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы проблема, цель, объект и предмет исследования, выдвинута гипотеза, сформулированы задачи, указаны методы исследования, обоснованы его научная новизна, теоретическая и практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния методик обучения алгоритмизации в

пропедевтическом школьном курсе информатики» проведен обзор и сравнительный анализ алгоритмических разделов широко известных курсов раннего обучения информатике. Проанализированы средства управления процессом обучения алгоритмике в восьми пропедевтических курсах авторов (или авторских коллективов): ЛЛ.Босовой, А.В.Горячева, А.А.Дуванова, Н.В.Макаровой, А.В.Могилёва, Ю.А.Первина, АЛ.Сембнова, С.Н.Тур, рассмотрен курс информатики для 4 класса, разработанный под рук. Н.В.Матвеевой, факультативные курсы «Алгоритмика» (авт. А.К.Звонкин, АТ.Кулаков, СХЛандо, А.Л.Семёнов, А.Х.Шень) и «Азы программирования» (авт. А.А.Дуванов, А.В.Рудь, В.П.Семенко).

Дня сравнительного анализа были выделены следующие компоненты:

1. Авторы, название курса.

2. Общие характеристики (классы, нагрузка на ученика в неделю, часть общего курса (%) и абсолютное значение времени обучения алгоритмнке).

3. Содержательные элементы алгоритмических разделов (порядок изучения тем, результат обучения, контроль).

4. Методы обучения и методические приемы.

5. Средства обучения (учебники, тетради, задачники, методические пособия, электронная поддержка).

6. Организационные формы обучения.

Процентное выражение доли алгоритмических разделов в курсах обучения информатике разнится достаточно сильно. Если не рассматривать факультативные курсы, которые целиком посвящены вопросам алгоритмизации, то диапазон составляет от 20% до 60%. В эту долю не входит время для проведения проектной деятельности. Сравнение с долей времени, отводимого на раздел алгоритмизации в Стандарте образования (18%), показывает, что начальное звено требует большую долю времени для алгоритмики.

Большинство курсов предусматривает нагрузку на ученика в объеме I час в неделю. Большинство авторов планируют изучение алгоритмических разделов в 3, 4 классах. Нижняя граница качала изучения алгоритмики (1-ый класс) соответствует курсу под рук. А.В.Могилева.

Сравнение по содержанию и требованиям к уровню подготовки проводилось по темам, которые выделены из Стандарта основного общего образования и для которых возможна пропедевтика на уровне начальной школы.

Алгоритм. Способы записи алгоритмов. Алгоритмические конструкции. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм.

В результате изучения информатики и информационно-ксшмуникаци~ онных технологий ученик должен знать/понимать:

основные свойства алгоритма, типы алгоритмических конструкций: следование, ветвление, цикл; понятие вспомогательного алгоритма;

уметь:

выполнять и строить простые алгоритмы.

Объяснение того, что такое алгоритм, сформулировано (или показано на примере) во всех курсах. В курсе авторов А.Л.Семёнов, Т.А.Рудченко используется термин «программа», в курсе «Алгоритмика» оговорено, что «ал-

горитм» и «программа» синонимы. Если ограничиться формулировкой «План решения задачи», непонятна необходимость введения нового понятия с достаточно непростым (для младшего возраста) названием. Вопрос введения термина «алгоритм» связан с разбором отличия понятия плана от алгоритма. В курсе под рук. А.В.Могилёва сделан шаг в сторону представления этих отличий. В других курсах на первых этапах чаще всего понятие алгоритма подменяется понятием плана.

Одно из главнейших понятий курса информатики должно быть введено, но сделать это следует очень корректно. Удовлетворительна формулировка «Формальный план решения задачи», предлагаемая Ю.А.Первиным. Она кратка и достаточно точна. Кроме того, она закладывает связь с понятием исполнителя, чрезвычайно важным для начального курса.

Понятие алгоритма напрямую связано с понятием проектирования «сверху вниз», методом последовательного уточнения. Можно составить план работы, не зная в деталях его реализации. Разбиение задачи на подзадачи продолжается до тех пор, пока не получен четкий, ясный и однозначный ответ на вопрос: «Что следует делать для получения требуемого результата?»

Поэтому метод проектирования «сверху вниз» или разбиение задачи на подзадачи однозначно должен быть рассмотрен в начальном курсе. Анализ показал, что авторы (Л Л.Босов а, Н.В.Матвеева, А.В.Могилёв, С.Н.Тур) не включили его в содержание своих курсов.

. В процессе анализа обозначилась проблема использования примеров алгоритмов с «житейским» сюжетом. Примеры эти важны, так как они обращаются к непосредственному опыту ребенка, но бывают очень неоднозначны, если анализировать их с точки зрения классических свойств алгоритма.

Дня аккуратного введения понятия алгоритма необходимо понятие Исполнителя с установленной системой команд. Только в таком случае можно говорить о формальном плане решения задачи, С этим согласны многие авторы. Отличия есть в курсе А.В.Горячева, а также Л.Л.Босовой, Н.В.Матвеевой. В первом случае понятие исполнителя не вводится, во втором понятие исполнителя сводится к компьютеру и человеку, что является обеднением понятия исполнителя алгоритмов.

Спорным является вопрос освоения свойств алгоритма. Пример ознакомления со свойствами алгоритма демонстрируют курсы Н.В.Матвеевой, А.В.Могилёва, однако, с нашей точки зрения, в пропедевтическом курсе имеет смысл сосредоточиться на пропедевтике главных, ключевых понятий и методов. Свойства алгоритма можно (и необходимо!) демонстрировать, но сами формулировки и обобщение можно сделать в базовом курсе.

Необходимость освоения основных алгоритмических конструкций (следование, цикл, ветвление) на начальном этапе ни у кого из авторов не вызывает сомнения, однако порядок их освоения требует дополнительного рассмотрения.

Отдельного внимания требует способ записи алгоритма. Наблюдаются разные подходы к этому вопросу. Обозначились две проблемы: использование блок-схем как одного из способов записи алгоритма и нумерация шагов

алгоритма при строчной записи. Нумерация строк алгоритма на уровне линейного алгоритма ни у кого не вызывает сомнений. Однако при переходе к ветвящимся или циклическим структурам нумерация в большинстве изложений прекращается или некорректна (А.В.Горячев). Блок-схемы широко используются в практике. Но столь часто упоминаемая их «наглядность» может быть воспроизведена более простым изображением, без введения специальных обозначений. Таким образом, для раннего обучения информатике требуется выработка методических рекомендаций по способам записи алгоритмов.

Для обеспечения усвоения знаний и формирования алгоритмических умений школьников важнейшим компонентом является система учебных заданий и задач. Проведенный анализ показал большой разброс в подходах авторов и поэтому потребовал отдельного дополнительного анализа.

Говоря о необходимости развития мышления ребенка и реализации его творческих способностей и потребностей, следует признаггь, что для этого необходимо создавать ему соответствующие условия и предоставлять возможности в виде, например, проектной деятельности. Как показал анализ, это направление работы пока представляется достаточно сложным для многих авторов и ждет своей дальнейшей разработки. Эта линия целенаправленно и плодотворно развивается в курсе А.Л.Семёнова, Т.А.Рудченко.

Значительные различия выявлены в программной поддержке курсов.

Таким образом, дополнительного аналитического рассмотрения потребовали вопросы задачной и программной поддержки курсов.

Проведенный анализ и сравнение комплексов алгоритмических задач, используемых в курсах раннего обучения информатике, потребовал определенной классификации всего множества задач, предлагаемых авторами. Сложность предлагаемых задач можно характеризовать тремя показателями.

Первый, показатель тематической сложности, связан с последовательностью изучаемых в курсе тем; линейные, циклические, ветвящиеся структуры, вспомогательные алгоритмы. По этому показателю курсы имеют значительные отличия.

Второй показатель характеризует содержательную сложность задач внутри темы: количество команд линейного алгоритма, количество и вложенность циклов, количество и вложенность ветвлений, комбинацию всех структур. По второму показателю подходы авторов курсов сходны. Но констатировать, что последовательности задач всех курсов выстроены в полном соответствии с принципом постепенного повышения сложности, нельзя.

Третий, показатель деятеяъностной сложности, демонстрируется на одном алгоритме, но в разной постановке задания: от выполнения до определения алгоритма методом «Черного ящика». Полученные задания (в рамках одной задачи) будут иметь разную сложность, и будут располагаться по усложнению следующим образом:

1. выполнить; 2. упорядочить; 3. обработать; 4, разработать (определить) алгоритм.

Возможны некоторые перекрытия указанных групп задач по сложности. Для исполнителя житейских задач (важных на начальном этапе освоения noli

нятия алгоритма) имеет смысл выделить задачи второй группы. Для фор-: малыюго исполнителя с точно сформулированной системой команд задачи второй группы могут смысла не иметь (при хаотически перемешанных командах) или попадают по характеру в третью группу (исправить ошибку при небольшом количестве перестановок). В целом сложность задач от 1-го до 4-го типа возрастает. Для разных задач сравнение сложности на основе указанных типов заданий может оказаться некорректной. Однако соотношения типов заданий дает представление о характере выполняемых заданий учащимися. Задания 1-го и 2-го типов, носят преимущественно репродуктивный характер, 3-го и 4-го продуктивный.

Соотношение этих показателей может служить, с одной стороны, ориентиром соотношения задач разной степени сложности, с другой — продуктивной направленности заданий курса. При этом необходимо отметить, что начальный этап обучения, безусловно, должен содержать задания всех типов. Сравнение показало либо равновесие характера заданий в курсах, либо перевес в сторону продуктивной направленности. Некоторое отличие от других курсов показал курс А.В.Горячева (30% заданий 3 и 4 типов).

Отмечается значительная разница по уровню разработки контрольных мероприятий: от отсутствия проверки умений до запланированной проектной деятельности. Этот показатель, безусловно, связан с задачами конкретного курса и отражает его цель.

Программная поддержка в преподавании алгоритм нки тесно связана с понятием исполнителя и его программной реализацией. С момента становления школьной информатики система исполнителей названа фундаментом программного обеспечения курса раннего обучения информатике. Дня формирования алгоритмического мышления школьников необходимо выработать у них различные умения работы с алгоритмами. Наиболее эффективно эта работа может быть построена с использованием компьютерных исполнителей, поскольку их может быть много (различных или однотипных). Они позволяют решать задачи, наблюдать допущенные ошибки, исправлять их. Кроме инструментальных следует учитывать и методические преимущества:

• возможность сглаживания и уменьшения противоречий, присущих классно-урочной системе обучения,

• повышение эффективности процесса обучения за счет его интенсификации и индивидуализации.

Поэтому использование компьютера (и программных исполнителей) является не целью обучения, а служит средством эффективного обучения.

Курс, в котором изначально не было электронной поддержки (А.ВТорячев), в настоящее время предлагает сочетание с занятиями по ин-* формационным технологиям. Однако, на наш взгляд, для алгоритмических разделов такая поддержка недостаточна.

Первым этапом обучения алгоритмизации, безусловно, должен быть непосредственный, командный режим работы с исполнителем. Этот подход прекрасно реализован в алгоритмических этюдах пакета «Роботландия».

Представляется, что именно это качество является причиной частого использования программ «Роботландии» в практике и учителей и других авторов.

Программный режим работы исполнителей связан с освоением алгоритмического языка. Это более высокий уровень освоения алгоритмических навыков. Нельзя пренебрегать последовательностью освоения режимов работы с программными исполнителями для полноценного, постепенного освоения алгоритмических конструкций. С этой точки зрения, только система исполнителей пакета «Роботландия» обладает свойством полноты и постепенного усложнения. Однако, при безупречной методической разработке курса и его программной поддержки, 008-реализация «Роботландии» уже недостаточна для современного уровня разработки программных продуктов.

Необходимо отметить совершенно новое направление в программной поддержке курсов начального обучения (и соответственно алгоритмических разделов), разрабатываемое в последние годы. Курс «Азы иформатики» А.А.Дуванова имеет бумажный и электронный вариант. Электронный учебник — это гипертекстовый аналог бумажного учебника, дополненный испытательными стендами, программными исполнителями, зачетными уроками. Мультимедийные возможности компьютеров стимулировали появление нового элемента обучения - мультимедийных лекций (курс под рук. А.В.Могилева). Это способствует самостоятельной работе с материалами курса, и, следовательно, служит индивидуальному подходу в обучении. Таким образом, программно разрабатывается не только задачная часть курсов, но и традиционно теоретическая.

Во шторой главе «,Построение методики обучения алгоритмизации е пропедевтическом школьном курсе информатики на основе систем учебных задач» предложены и сформулированы: методические основы обучения алгоритмизации, тематические системы учебных задач и методика их использования, а также технические задания для разработки программных поддержек всех предлагаемых систем задач.

Решением первой задачи исследования явились методические основы обучения алгоритмическим разделам раннего курса информатики в виде трех частнометодических принципов:

• формирование базовых конструкций из представления последовательных действий,

• пошаговая работа с алгоритмом,

• методическое структурирование базовых конструкций.

Сформулированные принципы задают последовательность изучения алгоритмических конструкций: следование, вспомогательный алгоритм (на основе метода последовательного уточнения), повторение, ветвление, рекурсия; требования к разрабатываемой программной поддержке: реализацию командного или пошагового режима работы исполнителя для возможности отслеживания выполнения каждой команды алгоритма; структурированную запись алгоритма как рекомендуемый способ представления алгоритма при раннем обучении информатике.

Третий принцип оказал влияние на содержательные особенности разра-

ботанных технических заданий (присутствие на экране структурной записи алгоритма как образца записи).

Схема ознакомления с основными алгоритмическими элементами в начальном курсе информатики представлена ниже:

Решением второй задачи исследования явилось построение восьми систем типовых учебных задач по плану: I) цель системы задач; 2) историческая справка; 3) методические особенности работы; 4) система задач.

Предлагаются два варианта планирования обучения: базовый и расширенный, в зависимости от имеющегося объема учебного времени.

Для базового варианта цель работы с задачами формулируется с учетом следующих положений:

• ознакомление с понятием алгоритма;

• формирование навыка записи алгоритма,

• ознакомление с последовательностью выполнения команд алгоритма,

• фиксация уровня освоения конструкции,

• специфические положения.

Для расширенного варианта цель работы с задачами включает дальнейшее формирование понятий и навыков трех первых пунктов.

Все задачи распределены по трем уровням содержательной сложности: ознакомление, усвоение, повышенная сложность. Количество задач каждой системы составляет 20 — 25 с примерным распределением количества задач по уровням: ознакомительные задачи (3); задачи основного уровня (10), которому соответствуют отдельно сформулированные задачи для проверки усвоения темы (4); задачи повышенной сложности (б).

Для базового варианта разработаны 4 системы задач.

Следование. Переправы; Вспомогательный алгоритм. Машинист+; Повторение. Повторяйка; Ветвление. Взвешивание (фальшивая монета 1, определение наличия фальшивой монеты).

Система задач Машинист+ содержит задачи и для базового, и для расширенного варианта обучения.

Расширенный вариант реализует дидактическую спираль в обучении и содержит две ступенн освоения: базовую и дополнительную, содержащую следующие 4 системы задач:

Следование. Переяивашка+; Ветвление. Взвешивание (фальшивая монета 2, определение фальшивой монеты); Цикл с условием. Автомат*; Рекурсия. Ханойские башни+.

В рамках определенной системы задач учитель может реализовать задания различной деятельностной сложности, ориентируясь на уровень класса, на возможности и достижения отдельных детей: I) выполнить заданный алгоритм; 2) расставить приведенные команды алгоритма по порядку; 3) обработать (дописать, исправить, сравнить, в том числе, составить обратный) алгоритм; 4) разработать (составить, установить методом «Черного ящика») алгоритм.

Примеры задач (основного уровня сложности) н записи их решений.

Следование. Переправы

В доме работает лифт, который может вместить или двух детей или одного взрослого. Пустой лифт не едет. Запишите алгоритм спуска с верхнего этажа мамы и двух девочек. Сколько переездов сделает лифт?

Решение: запись в виде пронумерованных команд серединного столбца.

Верхний этаж Нижний этаж

нач. мдд

I М дцА

ЛЛ

2 м ..........ДТ... Л

Н?.{

3 л М д

мл

4 л ........дТ... 1А

№

5 дц4. М

кон. МДД

Ответ: 5 переездов. Вспомогательный алгоритм. Машинист*

Дано: Надо:

ВЦПМ

15 цпвм

Алгоритм: Программа:

1) Цистерну и платформу переставить на нижний путь ЦПМ1 ППНВСВ

2) Локомотив переставить на верхний путь мТ ООНВСВ

3) Вагон переставить на нижний путь вщ ПНВСВО

Решение: запись серединного столбца (укрупненные команды как пропедевтика вспомогательного алгоритма) и программа (запись с помощью команд исполнителя).

Цикл N раз. Поеторяйка

В доме работает лифт, который может вместить двух людей. Пустой лифт не едет. Лифта ожидают 4 человека (А) внизу (для подъема наверх) и 4 человека (Б) вверху (для спуска вниз). Лифт находится внизу. Запишите алгоритм переезда людей с помощью команды повторения.

Решение: запись всех команд алгоритма (серединный столбец), выделение повторяющихся, свернутая запись циклической команды.

Нижний этаж Верхнийэтаж

нач. .А А А Л г; я г: г;

I Л А ААТ

л л ¡; т. г; н

2 .■ / Б Б-1- /■ л ¡; и

А А Ь К

3 К К ААТ А Л В у.

л л л а г; т;

4 иг; Б Б 4- А Л Л Л

кон. г? гт г, г; А а Л Л

Ответ: Повтори 2 (А А Т; Б Б 4)

Ветвление. Взвешивание (фальшивая монета 1)

Среди группы внешне одинаковых монет может быть одна фальшивая, вес которой незначительно отличается от настоящих монет. Ее нельзя определить, взяв в руки, но в распоряжении имеются чашечные весы. Определить, есть ли фальшивая монета среди 5 монет. Саму монету находить не требуется. Сколько взвешиваний необходимо сделать?

Решение основано на предварительном получении и постоянной доступности текста общего алгоритма решения:

1, Если число четное,

то Оделим пополам, взвешиваем) иначе ^одну откладываем,

делим пополам, взвешиваем. Если равенство весов,

то ('проверяем отложенную)).

2. Дать ответ (есть или нет).

Решение:

1. одну откладываем,

2. делим пополам, сравниваем.

N слева справа Есть Нет

1 2 2 о =

если я

2 1 настоящая 1 отложенная <> =

На весах указано количество монет.

Ответ: есть, если весы показали < >, иначе нет. 2 взвешивания. Следование. Переливашка

Как отлить 7 л хлебного кваса, находящегося в двенадцатилитровом сосуде, воспользовавшись для этого двумя пустыми сосудами: 8-литровым и 3-литровым? Ответ:

N Действие А(12л) Б(8л) В(3л)

0 12 0 0

1 А-Б 4 0

2 Б-В 4 5 3

3 В-А 7 5 0

Условный цикл. Автомат +

Получить по правилам Автомота число 9 за наименьшее число ходов. Решение. Детям доступен алгоритм решения, совместно полученный ранее:

Пока не получен 0, повторять: {Если число четное,

то (разделить на 2) иначе (вычесть 1

разделить на 2))

Решение;

Экран Действие Шага

9 + 5

8 X 4

4 X 3

, 2 X 2

] + 1

Условный цикл + Ветвление. Взвешивания (фальшивая монета 2) Есть 5 внешне одинаковые монеты. Известно, что одна из них фальши-

вая, она легче. Как определить, пользуясь чашечными весами, фальшивую монету? Внесите в таблицу результаты взвешиваний, если первое взвешивание задано. За сколько взвешиваний точно можно найти фальшивую монету? _

N слева справа 1 2 3 4 5

1 1,2 3,4

Решение.

N слева справа 1 1 2 3 4 5

1 1,2 3,4 |

2 1 2

ши- 3 4 | №

Ответ: 2 взвешивания.

Для левой и правой чашек весов указываются условные номера положенных монет. Для заданного варианта взвешивания поочередно для каждой монеты решается вопрос: если эта монета фальшивая, то можно ли это определить для указанного взвешивания? Обобщенный алгоритм решения задач этой системы, получаемый и используемый в процессе обучения:

1. Пока не найдена фальшивая монета, повторять:

(разделить монеты на 3 группы (Х+Х+У), взвесить 2 группы монет {X, X). Если равенство весов,

то (фальшивая в У), иначе (фальшивая среди более легких). Выбрать группу с фальшивой монетой)

2. Дать ответ.

Рекурсия. Ханойские башни+■

Перенести 3 кольца с 1 на 2 стержень: записать алгоритм Монах 123. Решение:

1—2

Монах 1 3 2= 1—3

2 — 3

Монах 12 3 = 1—2 1 —2

3—1

Монах 3 2 2« 3—2

1—2

Решения задач для 3-х и 4-х колец записываются в подготовленных (заранее распечатанных) таблицах-шаблонах, которые раздаются детям на уроке. Запись осуществляется по столбцам слева направо.

Решением третьей задачи исследования является разработка восьми технических заданий, являющихся основой для создания приложений, поддерживающих предложенные системы задач и адекватных этим системам. Задания предполагают единство приложений в методических особенностях и

интерфейсных подходах.

В третьей главе «Обоснование правильности разработки систем задач в методике обучения алгоритмизации пропедевтического школьного курса информатики» дано обоснование и осуществление доказательства верности исследования методом экспертного моделирования и результатами апробации систем задач в образовательном процессе.

Схема, демонстрирующая совокупность представлений, знаний, умений и навыков применения, входящих в алгоритмическую составляющую операционного стиля мышления учащихся после завершения пропедевтического курса информатики, и соответствующая предложенному задачному подходу, приведена на рис.

Представления, знания и умения школьников после пропедевтического курса информатики

Операционный стиль мышления школьника

Планирование

(Усвоение упржляющ их структур на основе методического принципа \tcnOib' зования тс щтических сис-пи'Ы 'У¡4

Им ггпь лрсдстапеч и* (О да^шщ Способах записи аязгбрЛТ"-МафексгЙЙнй йркк^рироврднмй, ^абдичньЗр, гщ игр графический); О -неталепоагедовательного утг»"и невкя *4цмето*е решения задач ¡рэзбиегае задачи на псдаицмиХ Йрекур¥мвн1)малто(нпме;

Знать

Уолкфиййё приятия <ялгорп»|»' Понятия: ■«исло*явг^»^ор»г™а1|

кСКИ» (Систем» КошйдйиШня,

геля), «программа»,^____

Сошишпеннс 110)1 Т1ИЙ ¿1.^1X1 р*тм»> н (Игрогредмая^

Порядок в упрайяюивй

ктаструкциЯх; слсдои|Швь1ч>4т1>-; рейке, ветвление, ронятне^«вспомогатед^л1Ый!'»лГ!Й ритме;

Улгеод

Нджввё дёишй (^свмНда^кгастсмй Записи, яотаакн (исполнителя): внпсшот. алгоритмы, «хЛавлен^ ныесйсто^ть^омвием упралгспо^ рих кояс^кци В, млоиогвтИгьнси равгори^а;

Мставяго. к эш^кыбвть.'мсдо^ы? адгорнп««^ (нещшьзуя Ьдйн— ута^летбщ'-----

Щан -гЩбяЩи.

......

^ Применять Г&уфШ знаивгйумеан*'»: вйе йыпамипт.

В рамках существующих стандартов, федерального базисного учебного

плана, не предусматривающего непрерывного школьного курса информатики, конструктивно осуществить педагогический эксперимент, статистически доказывающий фундаментальность и эффективность алгоритмической линии раннего курса информатики не представляется возможным. Постановку подобного исследования и его решение можно рассматривать в перспективе. При этом необходимо рассмотрение длительного (5-7 лет) эксперимента, демонстрирующего результат раннего обучения алгоритмнке к моменту начала базового курса информатики.

Апробация систем учебных задач в текущем образовательном процессе начальной школы на протяжении 5 лет показала хороший уровень усвоения учебного материала: примерно 75% учащихся составляли верную последовательность действий для решения контрольных задач, используя принятые обозначения. Наблюдалась заинтересованность в освоении материала, в стремлении к достижению решения, в составлении детьми собственных задач. Одним из положительных показателей является желание детей возврата к материалу, связанному с алгоритмикой и продолжение работы с задачами. Однако следует отметить, что апробация методики носила фрагментарный характер, так как происходила в условиях отсутствия полноценной программной поддержки систем задач.

Для доказательства гипотезы исследования проведено экспертное моделирование и дана оценка педагогической эффективности методического принципа тематических систем алгоритмических задач для формирования операционного стиля мышления школьников. Для проведения экспертизы решена дополнительная задача - разработан и проведен спецкурс для студентов педагогического факультета классического университета и студентов физико-математического факультета педагогического университета.

Правильность создания и использования систем задач в методике обучения алгоритмизации пропедевтического школьного курса информатики подтверждена высокими экспертными оценками. Каждую систему задач, методические рекомендации, технические задания оценили 62 эксперта. По результатам экспертизы устранены отдельные недочеты, неточности, системы задач доработаны. Принято решение о двухвариантиом подходе к использованию систем задач в алгоритмическом разделе курса: базовом и расширенном вариантам.

Дано положительное заключение экспертов на использование систем задач как необходимый элемент методики обучения алгоритмизации. Гипотеза исследования подтверждена.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты исследования по решению поставленных задач.

Теоретические результаты

Сформулированы частнометодические принципы обучения младших школьников алгоритмическим разделам в пропедевтическом школьном курсе информатики:

• формирование базовых конструкций из представления последовательных действий,

• пошаговая работа с алгоритмом на компьютере,

•методическое структурирование базовых конструкций.

Сформулированные принципы задают последовательность изучения алгоритмических конструкций: следование, вспомогательный алгоритм (на основе метода последовательного уточнения), повторение, ветвление, рекурсия; требования к разрабатываемой программной поддержке: реализацию пошаговой отладки или командного режима работы исполнителя; структурированную запись алгоритма как предпочтительный способ представления алгоритма при раннем обучении информатике.

Дано понятие сложности алгоритмической задачи через показатели: тематической (отражающей последовательность изучаемых алгоритмических конструкций), содержательной (отражающей количество необходимых команд) сложности, деятелъностной (отражающей задание в диапазоне от выполнения до разработки или определения алгоритма с помощью, например, метода «Черного ящика») сложности.

Практические результаты

Разработано 8 систем учебных задач для ознакомления с основными управляющими структурами, рекурсией и методом последовательного уточнения в двух вариантах обучения: базовом и расширенном.

Каждая система задач характеризуется совокупностью следующих общих признаков. Общее количество задач системы находится в диапазоне от 20 до 25, что достаточно для осуществления фронтальной, групповой и индивидуальной работы. Каждая система содержит задачи на трех уровнях сложности: ознакомления, усвоения, повышенной сложности. Сложность задач одного уровня постепенностью возрастает, в соответствии с увеличением количества необходимых алгоритмических элементов для решения задачи. В каждой системе сформулированы задачи для проверки усвоения изучаемой структуры.

Для базового варианта разработаны 4 системы задач.

Следование. Переправы.

Вспомогательный алгоритм. Машинист+.

Цикл N раз. Повторяйка.- ■■■■-■■ .....- - .......

Ветвление. Взвешивание (фальшивая монета 1, определение наличия фальшивой монеты).

Система задач Машинист+ содержит задачи и для базового и для расширенного вариантов обучения.

Расширенный вариант предполагает освоение систем задач базового варианта и дополнительно четырех систем задач.

Следование. Переливашка+.

Условный цикл. Автомат + . ,

Цикл ■+ Ветвление. Взвешивание (фальшивая монета 2, определение фальшивой монеты).

Рекурсия. Ханойские башни*.

Разработаны 8 технических заданий, являющихся основой для создания приложений, поддерживающих предложенные системы задач и адекватных

этим системам. Задания предполагают единство приложений в методических особенностях и интерфейсных подходах.

Правильность предлагаемых решений подтверждена качественными результатами апробации систем задач в образовательном процессе и результатами экспертизы, проведенной с помощью подготовленной группы экспертов (студентов Тверского и Ярославского университетов). Для подготовки экспертов был разработан и проведен спецкурс объемом 32 часа.

Основное содержание диссертации представлено в следующих публикациях автора.

Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации:

1. Шумилина Н.Д. Урок во II классе на тему «Рекурсия вокруг нас»: Кон-курс ИНФО 2004/2005 «Нетрадиционный урок информатики в начальной школе» (IIместо) // Информатика и образование.— 2005. — № 9 . — С. 20-28.

Остальные публикации:

2. Шумилина Н. Д. Переливашка: задачи для "шустриков" и "мямликов". //3-я научно-методическая телеконференция «Информационные технологии в общеобразовательной школе". — Новосибирск. — НООС. http://www.websib.ru/ites/2002/02a-01.htiri-2003 г.

3. Шумилина Н.Д, Развитие алгоритмического стиля мышления школьников на базе комплексов задач-разного уровня сложности. Диплом за лучший доклад секции «Опыт преподавания» II XIII Международная конференция «Информационные технологии в образовании»: Сб. трудов участников конференции. Часть НГ. - М.: Просвещение, 2003. — С. 155-156.

4. Шумилина Н.Д. Переправа, переправа... (Задачи разного уровня сложности) Н Информатика в школе: Прил. к журналу «Информатика и образование»,-2003. -JA б.-С. 78-111.

5. Шумилина Н.Д Переливашка и Водолей (Задачи разного уровня сложности) // Информатика в школе: Прил. к журналу «Информатика и образование»,-2004. - №3.-С 49-89.

6. Шумилина Н.Д. Комплексы задач разного уровня сложности для формирования алгоритмического стиля мышления школьников // Фестиваль педагогических идей «Открытый урок»: Сб. тезисов, 2003/2004 учебный год. -М.: ООО Издательство «Первое сентября», ООО «Чистые пруды». — 2004. -С. 322.

7. Шумилина Н.Д., А.П.Гординская, Г.А.Крылова, И.В.Садовая Алгоритмический язык стрелок: Сборник задач // ВНТИЦ, 2004. - №¡50200400692. -20 с.

8. Шумилина Н.Д. Обучение школьников методу последовательного уточнения на основе комплекса задач разнога уровня сложности // XIV конференция «Информационные технологии в образовании»: Сб. трудов участников конференции. Часть II.-М.: МИФИ, 2004.-С. 141-143.

9. Шумилина Н.Д. Машинист (Задачи разного уровня сложности) // Информатика в школе: Прил. к журналу «Информатика и образование».- 2004.

- № 7. — С. 37-54.

10. Шумшшна Н.Д. Методика использования тематических наборов алгоритмических и комбинаторных задач в начальном курсе информатики // Традиции и новации в профессиональной подготовке будущего педагога: Материалы н.-практ. конф. студ. и преп. пед. фак. по итогам н.-и. работы за 2004 год - Тверь: ТГУ, 2005. - С. 208-209.

11. Шумилина Н.Д., Первин Ю.А. Методика использования, тематических наборов алгоритмических и комбинаторных задач в подготовке студентов педагогических вузов по пропедевтическому курсу информатики // XV конференция-выставка «Информационные технологии в образовании»: Сб. трудов участников конференции. Часть II. — М.: «БИТ про», 2005. —С. 225-226.

12. Шумилина Н.Д. Методика обучения младших школьников основам алго-ритмики с использованием тематических коллекций задач II Материалы II Международной научно-практической конференции «Интеллектуальные технологии в образовании, экономике и управлении» — 2005. - Воронеж: ВИЭСУ, Воронежская областная типография — Изд-во им. Е.А.Болхо-витинова. -2005. - С. 245-247.

13. Шумилина Н.Д. Тематические коллекции — основа обучения алгоритмическим разделам в начальном курсе информатики // Традиции и новации в профессиональной подготовке будущего педагога: Материалы н.-практ, конф. студ. и преп. пед. фак. по итогам н.-и. работы за 2005 год. — Тверь: ТГУ, - 2006. - С. 255-257.

14. Шумилина Н.Д. Исполнитель Автомат — так ли все просто? //Информатика. - 2006. ~Л°3.-С. 31-34.

15. Шумшшна Н.Д. Исполнитель Автомат. Задачи разного уровня сложности. Большой Московский семинар по методике раннего обучения информатике ИТО-РОИ-2006 / Публикации

http://ito.edu.ni/sp/pubI ¡/риЫ ¡-0-5 ЬитШпаКО. Ь1т I - 2006 г.

16. Шумилина Н.Д, Алгоритмическая гимнастика: человечки «бумажные» и заводные. //Информатика. — 2006, — Яа 18. — С. 32-36,

17. Шумилина Н.Д. Методика обучения алгоритмике в пропедевтическом курсе информатики. Большой Московский семинар по методике раннего обучения ищформатике ИТО-РОИ-2006/ Публикации: устное выступление и публикация }1Кр://Ио.ес1и.гц/5р/5Р/ЗР-0-200б ,09 26.html -2006 г.

Технический редактор Н.М. Петрив Подписано в печать 20.11.2006. Формат 60 х 84 '/| 6. Бумага типографская № 1. Печать офсетная. Усл.печл. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 781. Тверской государственный университет Редакционно-издательское управление Адрес: Россия, 170000, г. Тверь, ул. Желябова, 33. Тел. РИУ: (4822) 35-60-63.

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Шумилина, Нина Дмитриевна, 2006 год

Введение

Оглавление

Глава 1. Анализ существующих методик обучения младших школь- 10 ников алгоритмизации

1.1. Средства управления учебным процессом обучения младших 15 школьников алгоритмизации. Сравнительный анализ

1.2. Учебные задачи в методиках обучения младших школьников ал- 58 горитмизации. Сравнительный анализ

1.3. Программная поддержка в методиках обучения младших школь- 74 ников алгоритмизации. Сравнительный анализ

Глава 2. Построение методики обучения младших школьников алго- 82 ритмизации на основе систем учебных задач

2.1. Методические основы обучения младших школьников алгорит- 82 мизации

2.2. Разработка систем учебных задач для обучения младших школь- 94 ников алгоритмизации

2.3. Разработка технических заданий на создание программной под- 149 держки обучения младших школьников алгоритмизации на основе систем учебных задач

Глава 3. Обоснование правильности разработки методики, предна- 187 значенной для обучения младших школьников алгоритмизации на основе систем учебных задач

Введение диссертации по педагогике, на тему "Системы учебных задач как элемент методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики"

Вместе с тем, практически с первых лет обучения школьников информатике, благодаря инициативе и энтузиазму, в первую очередь, педагогов практиков, апробировался и развивался пропедевтический курс, то есть разрабатывался курс для начальной школы и младших классов среднего звена. Пакет «Роботландия» фактически стал базовым для младших школьников, в первоначальной версии для Ямахи и УКНЦ, а затем для 1ВМ-совместимых компьютеров, появившихся в школах с 1990 г.

За прошедшие годы разработаны, апробированы и внедрены в практику несколько курсов раннего обучения информатике. Широко известны разработки отдельных авторов и авторских коллективов под руководством С.А.Бешенкова, Л.Л.Босовой, А.В.Горячева, А.А.Дуванова, Н.В.Макаровой, Н.В.Матвеевой, А.В.Могилева, Ю.А.Первина, А.Л.Семёнова, С.Н.Тур.

Методике раннего обучения информатике посвящены исследования В.С.Абловой, Л.Л.Босовой, Н.Н.Булгаковой, А.В.Горячева, С.В.Ильчеико, И.В.Левченко, Т.В.Николаевой, Н.Б.Тихоновой. Большой вклад в разработку программ обучения сделан Ю.А.Аверкиным, Г.А.Андриановой, Н.К.Конопа-товой, Л.П.Панкратовой, С.Ф.Сопруновым, А.В.Хуторским, Е.Н.Челак, Е.И.Яковлевой.

Методика обучения пропедевтическому курсу информатики вошла составной частью в вузовские учебники курса «Теория и методика обучения информатике» авторов М.П.Лапчика, И.Г.Семакина, Е.К.Хеннера; Н.В.Софроновой. Системное рассмотрение вопроса проведено в монографии Ю.А.Первина, посвященной методике раннего обучения информатике.

Значительно расширил возможности в сфере образования Интернет. Не только учителя, но и младшие школьники имеют возможность участвовать в дистанционном обучении и творческой деятельности. Роботландский сетевой университет, ежегодный дистанционной конкурс ТРИЗформашка, центр дистанционного обучения «Эйдос» - это только отдельные примеры реализованных идей и начинаний энтузиастов раннего обучения информатике.

Однако отсутствие единого, цельного, непрерывного школьного курса информатики в федеральном БУПе говорит о проблеме, которая ждет своего разрешения. Понимание того, что информатика служит целенаправленному развитию операционного стиля мышления человека, являющемуся фундаментом освоения любой технологии, должно возобладать над идеями быстрого и легковесного «научения компьютеру».

Современный операционный стиль мышления включает в себя (с некоторой долей условности) несколько составляющих: планирование, моделирование, поиск, общение, инструментирование. Развитие одной из частей -планирования определяется, в первую очередь, алгоритмическими разделами курса. При этом влияние планирования на остальные составляющие, безусловно, велико.

Таким образом, актуальность избранной темы исследования определяется недостаточной теоретической и методической разработанностью процесса обучения алгоритмизации младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Объект исследования: процесс обучения младших школьников в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Гипотеза исследования. В существующих программах обучения содержание обучения младших школьников алгоритмическим разделам в рамках пропедевтического школьного курса информатики имеет различия. Мы предположили, что необходима конкретизация содержания обучения алго-ритмике и разработка соответствующей задачной поддержки в виде систем типовых учебных задач. Качественное и контролируемое формирование базовых алгоритмических понятий и представлений у младших школьников в начальном курсе информатики будет достигнуто, если

- осуществлять обучение элементам алгоритмизации в обоснованной последовательности (следование, вспомогательный алгоритм, цикл, ветвление, рекурсия);

- включать в содержание обучения системы типовых учебных задач, разработанные для каждого из перечисленных элементов, обеспечивающие учет актуального уровня развития учащихся и их подготовки, а также возможность развития ума, воображения, творческих процессов;

- осуществлять поэтапный процесс формирования алгоритмических умений младших школьников на основе систем типовых задач, используя различные формы наглядного представления последовательности действий: без использования компьютера (предметную, театрализованную, изобразительную, текстовую, словесную) и с использованием программных исполнителей;

- осуществлять пошаговую работу с алгоритмом на компьютере, используя командный режим программного исполнителя или пошаговое исполнение в программном режиме.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методические основы обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики.

3. Разработать технические задания на проектирование программной поддержки обучения с учетом методических основ, которые стали базой разработанных систем задач.

Теоретико-методологическую основу исследования составили: работы в области формирования содержания образования (В.В.Краевский, И.Я.Лернер, П.И.Пидкасистый, А.И.Пискунов, А.В.Хуторской), теории и методике обучения (Ю.М.Бабанский, В.И.Загвязинский, И.Я.Лернер, М.И.Мах-мутов, И.С.Якиманская), психического развития младших школьников и подростков (Л.В.Выготский, П.Я.Гальперин, В.В.Давыдов, А.З.Зак, Н.С.Лей-тес, Ж.Пиаже), психологических основ педагогики (Бадмаев Б.Ц., Дж.Брунер,

B.П.Зинченко, Э.В.Ильенков, В.А.Крутецкий, Я.А.Пономарев, В.С.Ротен-берг), результаты исследований по информатизации образования и методике преподавания информатики (С.А.Бешенков, А.П.Ершов, А.А.Кузнецов,

A.Г.Кушниренко, М.П.Лапчик, Г.В.Лебедев, А.В.Могилев, С.М.Окулов,

C.Пейперт, Ю.А.Первин, И.Г.Семакин, А.Я.Фридман, Е.К.Хеннер), работы по основным положениям теории учебных задач (В.В.Гузеев, Л.Л.Гурова,

B.И.Крупич, Д.Пойа, Д.Толлингерова, А.В.Усова, Л.М.Фридман), работы в области построения и анализа алгоритмов, программирования и технологии разработки программ (Ф.Брукс, Н.Вирт, Р.Грэхем, Э.Дейкстра, А.П.Ершов, Д.Кнут, Т.Кормен, О.Паташник, Ч.Лейзерсон, Р.Ривест, А.Л.Семёнов, В.А.Успенский).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

- анализ, систематизация и обобщение для выработки методики обучения основам алгоритмизации;

- метод экспертного моделирования оценки педагогической эффективности обучения на основе систем задач.

Исследование проводилось на базе педагогического факультета Тверского государственного университета, физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического факультета, МОУ Тверская гимназия № 6, МОУ гимназия № 10 г. Твери с 2002 года по 2006 год и включало три этапа.

III этап. 2005-2006 гг. Проверена гипотеза о качественном и контролируемом процессе формирования базовых алгоритмических понятий и представлений на основе систем учебных задач в начальном курсе информатики путем экспертной оценки. В качестве экспертов выступили студенты третьего курса педагогического факультета Тверского государственного университета, четвертого и пятого курсов физико-математического факультета Ярославского государственного педагогического университета имени К.Д.Ушин-ского. Проведена экспертная оценка систем учебных задач и технических заданий на разработку программного обеспечения. По результатам экспертизы была проведена корректировка систем задач, методических рекомендаций и технических заданий. Сформулированы выводы, завершено оформление диссертации.

Достоверность результатов исследования обеспечена методологической обоснованностью исходных позиций, многоаспектным и концептуальным единством рассмотрения проблемы, опорой на результаты современных психолого-педагогических исследований; использованием разнообразных методов исследования, адекватных цели, предмету и поставленным задачам; апробацией систем задач в группах экспертов, объективно сформированных для этой цели.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

- обоснована последовательность освоения алгоритмических структур и конструкций (следование, вспомогательный алгоритм, повторение, ветвление, рекурсия);

- предложена классификация оценки сложности алгоритмических учебных задач: тематическая, содержательная, деятельностная;

- разработаны системы типовых учебных задач для обучения младших школьников алгоритмике в начальном курсе информатики, расположенные на трех уровнях сложности, с постепенным усложнением по количеству необходимых действий;

- разработаны технические задания на создание программной поддержки систем учебных задач.

Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:

- расширено и обосновано представление о системах учебных задач и их использовании как элемента методики обучения алгоритмизации в курсе раннего обучения информатике;

- результаты исследования предоставляют теоретические основы для дальнейшей экспериментальной работы в области обучения алгоритмизации в пропедевтическом школьном курсе информатики.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

- разработано и впервые апробировано методическое обеспечение процесса обучения младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики на основе систем учебных задач;

- результаты исследования могут быть использованы в обучении младших школьников алгоритмическим разделам пропедевтического школьного курса информатики;

- сформулированные технические задания позволяют разработать программное обеспечение в виде программных исполнителей, реализующих предложенные системы учебных задач.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методическими основами обучения младших школьников алгоритмическим разделам в пропедевтическом школьном курсе информатики являются частнометодические принципы: a. формирование базовых конструкций из представления последовательных действий; b. пошаговая работа с алгоритмом на компьютере; c. методическое структурирование базовых конструкций, а также оценка сложности учебных алгоритмических задач на основе тематического, содержательного, деятельностного подходов.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы

В рамках существующих стандартов, федерального базисного учебного плана конструктивно осуществить педагогический эксперимент, статистически доказывающий фундаментальность и эффективность алгоритмической линии раннего курса информатики не представляется возможным. Постановку подобного исследования и его решение можно рассматривать в перспек

Правильность создания и использования систем задач в методике обучения алгоритмизации пропедевтического школьного курса информатики подтверждена высокими экспертными оценками. По результатам экспертизы устранены отдельные недочеты, неточности, системы задач доработаны. Принято решение о двухвариантном подходе к использованию систем задач в алгоритмическом разделе курса: базовом и расширенном.

Дано положительное заключение экспертов на использование систем задач как необходимый элемент методики обучения алгоритмизации. Влияние алгоритмических разделов на формирование операционного стиля мышления подтверждено.

Таким образом, гипотеза исследования подтверждена, цель исследования достигнута, проблема разрешена.