ИТО-РОИ-2006 / Публикации : устное выступление и публикация 

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ АЛГОРИТМИКЕ В ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

Шумилина Нина Дмитриевна 

Тверь, учитель гимназии №6

задать вопрос автору

Главной целью курса раннего обучения информатике с первых лет существования школьной информатики было обозначено развитие алгоритмического (впоследствии установился термин «операционного») стиля мышления. Операционный стиль мышления представляется совокупностью навыков умственных действий, которые необходимы каждому современному образованному человеку, а именно: умение планировать структуру действий, умение строить информационные модели, умение организовать поиск информации, умение дисциплинировать и структурировать общение, умение инструментировать свою деятельность.

Одно из центральных умений операционного мышления – планирование структуры действий, в простейших случаях – планирование действий, безусловно, формируется под влиянием алгоритмических разделов курса. На бытовом уровне и дети, тем более взрослые понимают и вкладывают определенный смысл в слова «цикл», «циклические действия», в высказывания типа «если …, то …, иначе …». Однако это не означает, что любой человек представляет существо базовых алгоритмических структур и модель их работы. Сформировать такое обобщение – значит, вооружить человека определенным инструментарием. Для этого необходимо движение от конкретных знаний и умений к абстрактному обобщенному знанию, к  дальнейшему применению его на практике, т.е. переносу знаний в иные сферы деятельности.

Поэтому естественно предполагать пропедевтику понятия алгоритма, нисходящего проектирования алгоритмов, базовых алгоритмических структур с самых первых лет обучения информатике в начальной школе.

Был проведен сравнительный анализ алгоритмических разделов нескольких широко известных курсов раннего обучения информатике. Этот анализ высветил проблему: построение системы задач для освоения младшими школьниками алгоритмических разделов и использование ее для научно обоснованного варианта методики обучения алгоритмизации в пропедевтическом курсе информатики.

Рассмотрим результаты анализа и предложения по преодолению обозначенной проблемы.

Методика раннего обучения алгоритмике рассмотрена в рамках курсов нескольких широко известных авторских коллективов:

  1.  «Информатика в играх и задачах», авторский коллектив под рук. А.В.Го-рячева, 1- 4 классы,
  2. ПМК «Мир информатики», авторский коллектив под рук. А.В.Могилева, 1-4 классы.
  3. ПМК «Роботландия», авторы Ю.А. Первин, А.А. Дуванов, Я.Н. Зайдельман, М.А. Гольцман, 2 года, 2 часа в неделю.
  4. Курс «Информатика для начальной школы», А.Л. Семенов, Т.А. Рудченко, 2-4 классы
  5. УМК «Информатика», авторы С.Н. Тур, Т.П. Бокучава, с 2005 года УМК по информатике, 2-4 классы.
  6. УМК по курсу Информатика и ИКТ, автор Босова Л.Л., 5, 6 классы.
  7. УМК «Информатика. 5-6 класс. Начальный курс», авторы Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф., Симонова И.В.

Рассмотрен курс «Азы программирования» (автор А.А.Дуванов). Особое его положение связано с тем, что он рассчитан на 5 лет школьного обучения и еще не завершен. Вместе с тем, первые книги и курсы не только изданы, но и активно используются в практике школ.

В сравнительном анализе учтены два курса, которые целиком посвящены освоению основ алгоритмизации, поэтому их скорее можно считать факультативными. Но рассчитаны они на работу с детьми близкого возраста, начиная с 5 класса. Поэтому рассмотрение методов их работы, безусловно, будет полезным.

  1. А.А.Дуванов, А.В.Рудь, В.П.Семенко «Азы программирования», факультатив-ный курс, 5-9 классы.
  2. Курс «Алгоритмика 5-7», авторы Звонкин А.К., Ландо С.К., Семенов А.Л., Шень А.Х.

Проведен анализ методических особенностей каждого указанного курса, имеющихся комплексов задач и упражнений и программной поддержки задач, разработанной и применяемой в том или ином курсе.

Анализ методических особенностей

Методическая система обучения алгоритмическим разделам информатики рассмотрена в виде совокупности компонент:

  1. Общие характеристики (классы, нагрузка на ученика в неделю, часть курса (%) и абсолютное значение времени обучения алгоритмике, как показатель важности раздела для авторов).
  2. Содержательные элементы алгоритмических разделов (порядок изучения тем, результат обучения; контроль).
  3. Методы обучения и методические приемы.
  4. Средства обучения (учебники, тетради, задачники, методические пособия, электронная поддержка).
  5. Организационные формы обучения (урок, домашняя работа, внеурочные и внеклассные формы, организация учебной деятельности учащихся на уроке, самостоятельная работа учащихся в обучении).

Приведем некоторые результаты сравнительного анализа.

Процентное выражение доли алгоритмических разделов в курсах обучения информатики разнится достаточно сильно: 20%-60%.

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

Говоря о необходимости развития мышления ребенка и реализации его творческих способностей и потребностей, следует признать, что для этого необходимо создавать ему соответствующие условия и предоставлять возможности в виде, например, проектной деятельности. Следует отметить, что полная, методически разработанная система проектной деятельности представлена в единственном курсе (авторы А.Л.Семенов, Т.А.Рудченко). Как показал анализ, проектное направление пока представляется достаточно сложным для многих авторов.

Анализ задачной поддержки.

Полученные результаты показали большое разнообразие характера задач и их сложности в сравниваемых курсах. Сложность предлагаемых заданий можно охарактеризовать тремя показателями.

Первый связан с последовательностью тем, изучаемых в курсе: линейные, цикли-ческие, ветвящиеся, рекурсивные алгоритмические конструкции, разбиение задачи на подзадачи. По этому показателю курсы имеют значительные отличия. Введем понятие показателя тематической сложности. Обозначим этот показатель как показатель те-матической сложности.

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

Третий  показывает деятельностную сложность постановки задания для одного и того же алгоритма: от выполнения до определения алгоритма методом «Черного ящика».

Один и тот же алгоритм может служить основанием для формулировки нескольких заданий. Полученные задания (в рамках одной задачи) будут иметь разную сложность, и будут располагаться по усложнению следующим образом:

  1. Выполнить заданный алгоритм.
  2. Расставить приведенные команды алгоритма по порядку.
  3. Обработать (дописать, исправить, сравнить) алгоритм.
  4. Разработать (составить, установить методом «Черного ящика») алгоритм.

Анализ показал, что целенаправленная разработка заданий всех типов не характерна для каждого курса.

Анализ программной поддержки.

Программная поддержка в преподавании алгоритмики тесно связана с понятием исполнителя и его программной реализацией. Курсы, в которых нет электронной поддержки, предлагают сочетание с занятиями по информационным технологиям. Однако следует согласиться, что для алгоритмических разделов такая поддержка недостаточна.

Курс «Азы информатики» А.А. Дуванов, имеет бумажный и электронный вариант. Электронный учебник – это гипертекстовый аналог бумажного учебника, дополненный испытательными стендами, программными исполнителями, Зачетными уроками.

Мультимедийные возможности компьютеров стимулировали появление совершенно нового элемента обучения – мультимедийных лекций. Это способствует самостоятельной работе с материалами курса, и, следовательно, служит индивидуальному подходу в обучении. Курс «Мир информатики», разработанный под руководством А.В. Могилева, продемонстрировал первый опыт поддержки теоретической части в виде мультимедийных лекций.

Таким образом, программно разрабатывается не только задачная часть курсов, но и традиционно теоретическая.

На основе проведенного анализа разработаны методические рекомендации, которые можно представить в виде трех частнометодических принципов.

Пропедевтика основных алгоритмических структур – это формирование, вычленение в абстракцию основных конструкций из понятной и естественной линейной (во времени) последовательности действий.

Полная последовательность обучения основным алгоритмическим конструкциям следующая:

- следование;
- вспомогательный алгоритм;
- цикл;
- ветвление;
- рекурсия.

Предлагаются два варианта обучения – базовый и расширенный. Расширение достигается за счет второго «витка» изучения тех же тем на более высоком уровне, а также изучения рекурсии. Концентрическое построение соответствует большим временным возможностям конкретной школы.

Следствием первого принципа является всеми принятый метод пошаговой отладки, позволяющий локализовать ошибку в программе (алгоритме). Для раннего обучения алгоритмике этот инструмент должен присутствовать в программной реализации курса и должен быть хорошо понят детьми.

Исполнение алгоритма во времени, соответствующее последовательности действий, записываемое в статическом виде с помощью базовых конструкций, не рекомендуется представлять графически, с помощью блок-схем. Для структурирования используется запись с правыми смещениями программных блоков, показывающая включение действий в одну или другую ветвь в команде ветвления или в тело цикла.

Осуществлена разработка систем задач для алгоритмических разделов раннего курса информатики на основе классических алгоритмических задач. Во многом тематические идеи задачной поддержки базировались на фундаменте Роботландии – исторически первого цельного курса раннего обучения информатики.

Предлагаются задачи на трех уровнях сложности: минимальном, общем и продвинутом уровнях планируемых результатов обучения. В каждом из уровней сложность задач непрерывно нарастает. Приводится достаточно задач для тренажа в классе и дома, для индивидуальных и групповых заданий разной направленности, для самостоятельной деятельности учащихся, для контроля. Обеспечено возрастное соответствие задач по содержанию.

В базовом варианте предлагаются следующие системы задач:

Следование. Переправы.

Вспомогательный алгоритм. Машинист+.

Повторение. Повторяйка.

Ветвление. Фальшивая монета 1 (определение наличия фальшивой монеты).

В расширенном варианте добавляются задачи:

Следование. Переливашка+.

Условный цикл. Автомат+

Ветвление. Фальшивая монета 2 (определение конкретной монеты).

Рекурсия. Ханойские башни+.

Для каждой системы задач создано техническое задание для разработки поддерживающего приложения.

Практика использования

Описанные системы задач использовались автором и коллегами на уроках информатики во 2, 3, 4 классах. В процессе работы они исправлялись, дополнялись, дорабатывались.

В 2005-2006 уч.году в Ярославском государственном педагогическом университете им.К.Д.Ушинского для студентов 4 и 5 курсов Ю.А.Первиным, а также в Тверском государственном университете для студентов 3 курса, Н.Д.Шумилиной был прочитан спецкурс «Методика обучения алгоритмике в пропедевтическом курсе информатики».

Студенты выступили в роли экспертов по оценке систем задач и проектов программной поддержки к ним. Результаты экспертизы позволяют сказать о положительной оценке систем задач, при этом были высказаны замечания и пожелания, которые были учтены в окончательной редакции задач.

Материалы по теме в период с 2003 по 2006 год были опубликованы в журнале «Информатика и образование» и приложениях к нему, в газете «Информатика», на сайте Большого Московского семинара по методике раннего обучения информатике, докладывались на конференциях «Информационные технологии в образовании», научно-практических конференциях педагогического факультета Тверского университета, на городских семинарах тверских учителей. Последняя публикация «Алгоритмическая гимнастика – человечки «бумажные» и заводные» ждет читателей «Информатики» во втором сентябрьском номере газеты (№ 18).