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

КУРС «ИНФОРМАТИКА 2-4» СЕМЕНОВ А.Л., РУДЧЕНКО Т.А.: ОБЩИЕ ПОДХОДЫ, АВТОРСКИЕ ИДЕИ, ОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ

Архипова Екатерина Сергеевна  

Учитель математики в i-школе на базе Московского института новых технологий образования (ИНТ)

задать вопрос автору

Современную цивилизацию по праву можно назвать информационной. Действительно, широта и плотность информационных потоков в современном мире чрезвычайно велика. Еще 100 лет назад семья могла дать ребенку почти все знания и навыки, необходимые в течение его жизни. Несколько десятков лет назад с той же задачей еще могли справиться семья и образовательные учреждения (д/сад, школа, институт и т.д.). В настоящее время становится ясно — невозможно так организовать образование (как государственное, так и частное), чтобы оно давало каждому ребенку все необходимые знания и навыки. Слишком много информации приходится усваивать современному человеку в течение всей его жизни, в том числе осваивать совершенно новые сферы деятельности и все новые технические средства. На передний план сегодня выходит не столько приобретение определенной суммы знаний и навыков, сколько приобретение умения перерабатывать новую информацию и обучаться новым умениям. Какими же должны быть цели современного, в частности школьного, образования, чтобы оно успешно подготавливало наших детей к жизни в условиях информационной цивилизации? На наш взгляд основная  цель — это научить детей учиться, дать ребятам не только необходимые знания, но и широкий набор интеллектуальных умений, позволяющих усваивать, перерабатывать и создавать новую информацию. В этом смысле изучение информатики, как науки об информации, должно войти в ядро современного образования, ведь информационные знания и умения становятся для ребенка столь же необходимы, как умение читать, писать, считать. Именно поэтому мы считаем, что изучение информатики необходимо начинать как можно раньше, лучше всего в начальной школе.

Целью изучения информатики в начальной школе мы ставим обучение ребят наиболее общим приемам и способам работы с информацией, то есть информационной культуре. Информационная культура — это система общих знаний, представлений, установок, стереотипов поведения, позволяющих человеку правильно строить свое поведение в информационной области: искать информацию в нужном месте, воспринимать, собирать, представлять и передавать ее нужным образом.

Если считать приобретение информационной культуры необходимым результатом обучения в начальной школе, то существенно расширяется понятие грамотности, традиционно включающее в себя умения читать, писать и считать. С точки зрения информатики, чтение рассматривается не просто как навык, но как умение активного поиска, восприятия и анализа всех видов информации. Письмо рассматривается в общем смысле, как создание информационных объектов различных типов, установление связей между различными информационными объектами, организация информационных объектов в соответствующие информационные структуры. Счет предполагает вообще оценку числовых параметров информационных объектов и процессов, анализ их логической структуры и представление в графических и телесных моделях. В результате  можно ставить целью обучения в начальной школе формирование грамотности нового уровня или новой грамотности. 

Новая грамотность — сочетание осваиваемых детьми основных логико-вычислительных, лингвистических и коммуникативных навыков, умения работать с определенными материалами, орудиями умственного и физического труда, способности выполнять операции и процедуры.

На первый взгляд может показаться, что обучение информационной культуре и новой грамотности —  слишком сложные задачи для начальной школы, но это не так. Анализируя информационные процессы, которые имеют место в различных науках и сферах практической деятельности людей, можно заметить, что все они протекают по схожим законам. В частности, становится ясно, что типов структурной организации информации не так уж много, а свойства информационных структур часто не зависят от специфики входящих в них элементов. Информационные методы также являются универсальными и не зависят от специфики и степени сложности объектов. Это означает, что информационные структуры и методы могут усвоить даже дети начальной школы, если в качестве самых простых информационных объектов взять доступные для восприятия детей элементы. При таком подходе оказывается вполне реально овладеть основными информационными знаниями и умениями, освоить информационные методы и структуры, обучиться основам формальной логики (по законам которой чаще всего протекают информационные процессы).

Основные идеи, реализованные в курсе

Итак, мы считаем, что информатику в начальной школе изучать можно и нужно. Описанный подход к изучению информатики реализован в нашем курсе при помощи следующих основных идей:

В правила игры входят: правила работы с учебником (листами определений и задачами) и тетрадью проектов, набор основных элементов и совокупность всех допустимых действий. Явное введение правил игры дает сразу несколько положительных результатов обучения. Первый (и самый важный) — учитель и ученик на уроке могут быть одинаково компетентны в рамках любой обсуждаемой проблемы (теоретического вопроса или задачи). Таким образом, в отличие от традиционной формы обучения, где ученик часто напоминает сосуд, который учитель наполняет знаниями, в нашем курсе учитель и ученик могут быть коллегами, равноправными участниками общей деятельности. Поскольку работа учащегося в рамках курса регламентирована правилами игры, то учащийся может не только правильно решить задачу, но и грамотно проверить свое решение, компетентно доказать свою точку зрения, опираясь на правила игры. Отсюда вытекает второй важный результат явного введения правил игры — повышение мотивации, самостоятельности и активности учащегося на уроке. Третий результат — создание в рамках курса искусственной среды, где учащийся работает только по оговоренным правилам. Опыт такого рода оказывается для учащихся очень полезным не только в качестве пропедевтики темы «Исполнители» (Робот, Черепашка и др.), но и для понимания работы реальных исполнителей (телефона, телевизора, компьютера, стиральной машины и т.д.).

Создание в рамках курса искусственной среды требует не только явного перечисления основных элементов и допустимых операций, но и указания законов построения системы в целом. Обычно информационные системы функционируют по законам формальной логики. Именно поэтому в курсе настолько весомую роль играет логическая составляющая, без этого невозможно достичь исчерпывающих договоренностей и одновременно глубины изучения информационных процессов и структур. Так, в ходе решения задач ребята используют логические кванторы общности (все, каждый) и существования (есть), определяют значения истинности утверждений, строят отрицания. 

Все понятия в курсе вводятся на наглядных визуальных примерах. Одновременно с этим мы отказываемся от формальных определений для заучивания. Это полностью соответствует уровню психического развития детей начальной школы. Как известно, у детей начальной школы преобладает наглядно-действенное мышление и механическая память. Понять словесные формулировки детям оказывается достаточно сложно, и определения часто заучиваются наизусть. Мы считаем такую практику вредной, поскольку она не развивает мышление ребенка, и предлагаем другой путь усвоения понятий. В нашем курсе  сначала дети знакомятся с новым понятием на листе определений с помощью наглядных графических примеров — в основном рисунков, а также таблиц, схем и т.д. Затем с опорой на лист определений дети многократно и разносторонне работают с новым понятием в ходе решения задач. Не последнюю роль в этом процессе играют телесные решения, в ходе которых дети производят непосредственные действия с изучаемыми объектами: вырезают, передвигают, складывают, наклеивают и т.д. Таким образом, процесс усвоения материала базируется на наглядных визуальных образах и включение ребенка в деятельность.

Работа с графическими и телесными объектами вкупе с исчерпывающими правилами игры дает ребенку возможность работать с учебником полностью самостоятельно. Действительно, простые и наглядные визуальные примеры листов определений делают теоретический материал полностью понятным для ребенка. Листы определений не требуют традиционного объяснения учителя или каких-либо пояснений с его стороны. А явное введение всех договоренностей относительно словоупотребления делает полностью понятными ребенку условия всех задач. Таким образом, в качестве основной формы проведения уроков мы предлагаем самостоятельную работу учащегося с материалами курса. Учитель при этом играет роль индивидуального или группового консультанта в сложных случаях, организует общее обсуждение, поддерживает активность и мотивацию учащихся на должном уровне. Именно учитель организует процесс обучения так, чтобы работа с курсом каждого из учащихся всегда находилась в зоне его ближайшего развития.

Следующая важная идея, реализованная в курсе, — использование языка, как наиболее близкой ребятам информационной среды. При этом мы, конечно, понимаем, что язык — довольно многоплановая, открытая и «живая» система, которая во всем ее многообразии никак не может играть роль искусственной среды с формальными правилами. Поэтому мы в курсе используем лишь те аспекты языка, которые можно изучать с точки зрения информатики с ребятами начальной школы. Так в качестве учебной лексики используется ограниченная система понятий, каждое из которых употребляется только в значении, явно установленном правилами игры. В качестве объектов курса слова рассматриваются в основном как цепочки букв. Это позволяет отделить слова от их порой неоднозначного языкового контекста и проводить их анализ как последовательностей по формальным правилам. Один из важных результатов изучения курса — обучение ребят использованию различных информационных источников. Наиболее естественным языковым справочным источником являются словари. На примере работы со словарями ребята учатся искать, обрабатывать, использовать нужную информацию.

Проектная деятельность —  особый вид работы учащихся в рамках курса, который отличается спецификой задач и организацией учебного процесса. На обычных уроках материал вводится последовательно, ученик обладает всей информацией необходимой для решения и может работать самостоятельно. На проектных уроках ребятам предлагаются задачи с практическим содержанием, часто большого объема. Проектные задачи представляют собой выход в реальный мир, не допускают полной формализации, не содержат обучающих подсказок, а пути их решения дети должны выбирать сами, подчас методом проб и ошибок. Таким образом, дети попадают в ситуацию проблемной информационной задачи, которые часто ставит перед человеком профессиональная и практическая деятельность. В процессе решения проектных задач дети вынуждены актуализировать все свои информационные знания и умения, активно вступать в межличностную коммуникацию, организовывать согласованные действия группы. Решение таких задач очень показательно. Они позволяют проверить: насколько дети способны осуществить перенос полученных в курсе знаний на новое содержание, применить информационные методы в необычной ситуации; насколько дети готовы к сотрудничеству в процессе решения задачи; насколько дети способны ставить вопросы и искать на них ответы, используя дополнительные источники информации. 

Объем и варианты изучения курса

Курс рассчитан на три года в объеме 34 часа в год и предполагает возможность изучения при отсутствии компьютеров в школе. Однако, если оснащенность школы позволяет, можно сочетать изучение информатики в рамках этого курса с занятиями по информационным технологиям. Эти занятия также могут проводиться до 34 часов в год и программа таких занятий разработана. Независимость этих частей друг от друга дает возможность реализовать различные варианты изучения курса, в зависимости от технических возможностей и желания школы. В случае, если оснащенность школы позволяет ученикам начальной школы посещать компьютерный класс, а плотность расписания не дает возможности проводить больше одного урока информатики в неделю (34 часов в год), можно организовать уроки смешанного типа. В таком случае часть урока ребята могут изучать теоретическую часть, а остальное время быть за компьютером. При таком типе уроков время для изучения теоретической части можно экономить за счет проведения уроков, интегрированных с другими предметами.

Комплект учебных материалов

В материалы курса каждого года обучения входит учебник-тетрадь, тетрадь проектов и методическое пособие для учителя.

Учебник-тетрадь содержит страницы, где даются определения понятий, — листы определений и страницы с заданиями, которые выполняются детьми прямо в учебнике-тетради. На листе определений вводится новый объект, свойство, дается определение нового понятия. Страницы с заданиями содержат задачи по темам, представленным на листах определений. Разумеется, блоки задач не всегда однородны — часто встречаются задачи на повторение и обобщение, многие задачи — комплексные, использующие большинство уже пройденных тем. Вынимаемый вкладыш учебника-тетради содержит необходимый дополнительный рабочий материал: контрольные работы в двух вариантах, листы вырезания, запасные поля для решения задач и пр.

В тетради проектов собраны материалы, которые потребуются при проведении проектных уроков — задания для детей, карточки со словами, рабочие тексты и прочие раздаточные материалы.

Пособие для учителя содержит, помимо описания курса и общих советов по проведению занятий, обсуждение каждой новой темы и блока задач, относящегося к этой теме, а также комментарии к контрольным работам. В отдельной главе пособия приведены подробные описания работы в проектах.

Курс информатики как ядро начального образования

Мы считаем, что информатика должна входить в ядро начального образования и поддерживать изучение большинства предметов начальной школы.  Курс поддерживает другие дисциплины начального образования на трех уровнях:

Содержательная поддержка заключается в том, что структуры, изучаемые в курсе (мешок, цепочка, дерево) находят свое отражение в большинстве наук. Это позволяет детям осуществлять перенос информатических знаний на содержание различных дисциплин. Методы, применимые к задачам курса (метод перебора, метод проб и ошибок, метод деления задач на подзадачи и т.д.) также являются универсальными и могут использоваться при решении самых разных задач. Кроме того, курс поддерживает большинство дисциплин, последовательно и целенаправленно формируя общеучебные знания, умения и навыки, например:

Курс характеризуется наличием обширных межпредметных связей. Наиболее тесно курс связан курсами математики и русского языка. Практически все объекты, изучаемые в курсе, аналогичны некоторым математическим объектам, то есть проявляют те же свойства и допускают те же операции. Кроме того, курс имеет с курсом математики общую терминологию и формально-логическую базу. Много пересечений имеется и с русским языком. В частности, в курсе, ребята работают с буквами, словами и текстами. В ходе выполнения заданий дети повторяют алфавитный порядок и знаки препинания, знакомятся с внутрисловными знаками, работают со словарями и разбираются в правильности толкований слов, учатся составлять связный рассказ-выступление по итогам своей работы и прочее. Кроме того, в учебнике встречаются задачи связанные с биологией, историей, географией. Решая их, учащиеся анализируют родословное дерево царской семьи, знакомятся с географической картой, работают с фигурками животных. Изучая курс, ребята работают с буквами латинского алфавита, словами, а иногда и фразами нескольких иностранных языков. Отметим, что все задачи, использующие объекты из других дисциплин, не требуют от ребят никаких специальных знаний. Как и остальные задачи учебника, их можно решить, используя только информацию из учебника (или явно указанный дополнительный информационный источник).

Развивающий характер курса

Курс способствует повышению уровня эрудированности и общей осведомленности детей. Так, в ходе изучения курса, ребята знакомятся с информационными процессами, протекающими в различных сферах деятельности людей, и обогащаются новыми интересными знаниями. Встречаются в курсе и общеразвивающие задачи с объектами, взятыми из жизни. В процессе решения таких задач ребята составляют расписание уроков, разбираются с графиком работы магазинов, работают со знаками дорожного движения, восстанавливают часть схемы метрополитена и проч.

Кроме того, курс способствует развитию креативного и логического мышления учащихся. Одна из важных составляющих учебника — серия нестандартных и сложных задач. Такие задачи побуждают ребенка идти новым путем, придумывать неожиданные решения, пробовать разные варианты, строить сложные рассуждения по законам формальной логики. Проектные задания также требуют применения не только информатических знаний, но и нетривиальных мыслительных операций, фантазии, логики и смекалки.

Общее содержание курса

Первый год обучения (2 класс) начинается для ребят со  знакомства с правилами игры, в частности допустимыми операциями: раскрась, обведи, соедини, нарисуй в окне, вырежи и наклей в окно. Далее учащиеся знакомятся с базисными объектами: фигурками, бусинами, буквами (русским и латинскими), цифрами, свойствами бусин — цветом и формой, одинаковыми и разными объектами. Следующий объект, изучаемый в курсе — цепочка (аналог конечной последовательности в математике). Здесь ребята знакомятся с порядком бусин в цепочке, работают с понятиями «следующий», «предыдущий», «идти раньше», «идти позже» для бусин цепочки. В этом же году дети знакомятся с понятием «мешок» (аналог конечного мультимножества — неупорядоченной совокупности, в которой могут встречаться одинаковые объекты), а также с одинаковыми и разными мешками, мешком бусин цепочки, одномерной таблицей для мешка. Далее дети знакомятся с понятием «область» и учатся считать число областей на картинке.  Логическая составляющая программы второго класса — истинность, ложность, неопределенность значений утверждений для выделенного объекта, а также ситуации, когда утверждение не имеет смысла для объекта. Кроме того, ребята во втором классе начинают работать с такими понятиями как «все», «каждый», «есть», «нет». В языковую составляющую первого года обучения входит знакомство с понятиями алфавитная цепочка, алфавитная линейка, слово (как любая цепочка букв), имена объектов. Кроме того, ребята учатся работать со словарем на примере рабочего словарика, приведенного в учебнике. Во втором классе ребята выполняют два проекта. Первый (выполняется группой) заключается в поиске одинаковых объектов (фигурок) в большом массиве с использованием алгоритма разбиения задачи на подзадачи. Второй (выполняется индивидуально) посвящен исследованию и подсчету знаков в русском тексте.  

На втором году обучения (3 класс) ребята знакомятся с формальным исполнителем на примере Робота, который передвигается по полю, состоящему из клеток, и умеет выполнять 4 команды. Далее ребята работают с программами для Робота, в том числе, содержащими конструкцию повторения. В третьем классе ребята продолжают работать с цепочками, в частности, знакомятся с понятиями «перед каждой бусиной», «после каждой бусины», а также «длина цепочки», «цепочка цепочек», «цепочка мешков». Кроме того, учащиеся осваивают две операции с цепочками — склеивание цепочки цепочек и раскрытие цепочки мешков. В третьем классе вводится новый объект — дерево и связанные с ним понятия: листья, корневые бусины, уровни дерева, путь дерева. Ребята учатся находить мешок всех путей дерева, а также использовать деревья для решения задач, в том числе для раскрытия цепочки мешков. Также учащиеся продолжают классифицировать объекты в мешке, но уже по двум признакам и строят двумерную таблицу для мешка. Языковую компоненту программы третьего класса составляют — анализ букв и знаков в русском тексте, словарный порядок, толкование слов. В частности, ребята занимаются расстановкой слов в лексикографическом порядке, работают с различными типами толкований слов, в том числе неполным и избыточным. В третьем классе ребята выполняют пять проектов. Проект «Словарный порядок» посвящен работе с настоящими, большими словарями. В проекте «Сортировка слиянием» ребятам необходимо расположить в словарном порядке большое количество слов. По ходу проекта дети осваивают различные методы сортировки, в том числе метод сортировки слиянием. В проекте «Одинаковые мешки» ребята учатся использовать классификацию для поиска двух одинаковых мешков в ситуации большого числа мешков и объектов в них. В проекте «Генеалогическое дерево» учащиеся строят родословное дерево своей семьи, а в проекте «Турниры и соревнования» учатся проводить турниры и фиксировать их результаты в виде таблиц.

На третьем году обучения (4 класс) учащиеся решают более сложные задачи про Робота и знакомятся с понятием цепочка выполнения программы. Также продолжается работа с деревьями и активное использование деревьев для решения различных задач. В 4 классе ребята обучаются строить дерево выполнения программы, дерево игры и ветку из дерева игры, дерево всех слов данной длины состоящих из элементов данного мешка, дерево вычисления арифметического выражения.

Значительная часть программы 4 класса посвящена анализу игр с полной информацией, на примере игр: Крестики-нолики, Камешки, Ползунок, Сим, Слова и Города. Сначала ребята знакомятся с понятиями: правила игры, ход, позиция игры, цепочка позиций игры. Затем от анализа отдельных позиций игры (как выигрышных или проигрышных) ребята переходят к анализу игры целиком и построению выигрышной стратегии (если такая существует). Для этого ребята используют числовую линейку, дерево игры, ветку из дерева игры. Естественно, по ходу дела дети учатся использовать выигрышные стратеги в реальных играх. Языковую компоненту программы 4 класса составляют лингвистические задачи. В этом году учащиеся выполняют два проекта. В первом проекте  ребята на примере анализа игры «Угадай задуманную букву» и аналогичных игр знакомятся с методом половинного деления и учатся применять его для решения задач. Во втором проекте ребята занимаются поиском выигрышной стратегии с помощью полного дерева игры.