Рейтинг@Mail.ru

СИСТЕМОЛОГИЯ – КЛЮЧЕВАЯ ПОЗИЦИЯ ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ

Плаксин М.А.

доцент кафедры бизнес-информатики Пермского филиала Высшей школы экономики и кафедры вычислительных систем Пермского госуниверситета, к.ф.-м.н., член-корреспондент Академии информатизации образования РФ

задать вопрос автору

1. Две из проблем современного образования

Толчком к разработке данной тематики послужили две большие проблемы, стоящие перед современной школой. Это

Обе эти проблемы имеют объективное обоснование.

В основе первой проблемы – проблемы перегрузки учащихся – противоречие между лавинообразным ростом объема знаний, который должны усвоить учащиеся, и ограниченностью их возможностей.

Стремительный рост объема знаний – объективная необходимость, результат развития науки и усложнения окружающего мира.

В настоящее время главный путь, предлагаемый для решения этой проблемы – это путь экстенсивного развития. Последние 15 лет в школьную программу активно вводились новые дисциплины. Ежедневное число уроков в старших классах увеличилось до 8. В результате перегрузок под угрозой оказалось здоровье подрастающего поколения. Для смягчения проблемы предлагался переход от 11-летнего образования к 12-летнему. После того, как это предложение было отвергнуто, идея экстенсивного развития получила «инвертированное» воплощение. Сейчас речь идет о 25-ти процентном сокращении объема учебных программ.

Очевидно, что экстенсивный путь – путь тупиковый. Потребность в увеличении объема знаний – результат объективных процессов. Остановить ее невозможно, поскольку невозможно остановить развитие науки и глобализацию мира. Утверждается, что объем накопленной человечеством информации удваивается каждые 2 года. Это значит, что к тому времени, когда нынешние первоклашки окончат школу, объем накопленных знаний возрастет от 16 до 32 раз. Понятно, что никакой 12-й класс такое возрастание компенсировать не сможет.

Вторая проблема – несоответствие направленности школьного образования нуждам современного общества – имеет исторические корни. Она связана с тем, что современная школа создавалась для удовлетворения нужд индустриального общества, а в настоящее время происходит переход к обществу информационному. Соответственно, меняются требования к людям, живущим и работающим в таком обществе.

Машинное капиталистическое производство потребовало работника, достаточно грамотного, чтобы управлять техникой и разбираться в инструкциях по ее применению. Именно потребность в таких работниках привела к появлению массовой школы. Индустриальному обществу был нужен работник, умеющий, в первую очередь, строго соблюдать технологическую дисциплину. Информационному обществу нужен «решатель задач». Причем задач еще неизвестных в тот момент, когда это будущий решатель учится в школе.

Смена типов общества, переход от общества аграрного к индустриальному, а в настоящее время – к информационному связан с ускорением развитий технологий.

В аграрном обществе продолжительность «технологического поколения» могла во много раз превышать продолжительность «поколения биологического». Многие поколения людей могли работать по одной и той же технологии. В индустриальном обществе продолжительность «технологического поколения» была сравнима с продолжительностью «биологического поколения». И в том, и в другом случае человек, единожды научившись, мог пользоваться этими знаниями всю жизнь или значительную ее часть. В информационном обществе смена «технологических поколений» во много раз обгоняет смену поколений биологических. Работнику в течение всей жизни приходится постоянно осваивать новые технологии, приходится «бежать со всех ног только для того, чтобы остаться на месте».

Достаточно долгое время в качестве основного инструмента для решения указанных проблем почитались «новые информационно-коммуникативные технологии». Многие уповают на них и сейчас. Однако, интенсификация информационной деятельности в современном обществе такова, что специалист, даже эффективно использующий информационные технологии, не справляется с существующими потоками информации. Он «захлебывается» в ней, потому что ему не хватает интеллектуальных возможностей.

В области организации информации машина является инструментом, который может усилить возможности человека, но не может их заменить. По отношению к знаниям и умениям человека ЭВМ выступает в роли масштабного множителя, а не в роли слагаемого. Если человек умеет организовать хранение и обработку информации, компьютер многократно усилит эти его умения. Но если человек этого не умеет, то никакая ЭВМ ему не поможет. Если пользователь не в состоянии представить информацию в виде таблицы, то ему все равно, Excel перед ним или SuperCalc, Pentium или XT.

2. Предлагаемые пути решения

Для решения названных проблем необходимо:

Для достижения этих целей «Пермская версия» предлагает включить в школьную программу курсы логики, системного анализа и ТРИЗ / РТВ (теории решения изобретательских задач / развития творческого воображения). Поскольку сделать это в виде отдельных предметов в настоящее время не представляется возможным, мы решили пойти по пути интеграции новых курсов в уже существующие. В качестве базового был выбран курс информатики.

3. Системология в пропедевтическом курсе информатики

Идея о необходимости изучения в школе основ системного анализа была высказана 15 лет назад [1-4]. 10 лет назад (в «Задачнике-практикуме» по информатике, подготовленном группой пермских авторов [7]) мы впервые «вбросили» в учительское сообщество методики преподавания школьникам системного анализа. Теперь, в частности, усилиями издательства «Бином», глава по системологии стала почти обязательным атрибутом учебников информатики старших классов. Понятие «система» рассматривается как одно из изучаемых понятий.

Пермская версия пропедевтического курса информатики направлена на дальнейшее развитие этой тематики. Наша цель:

  1. сместить введение в системологию из старших классов в младшие;
  2. сделать понятие «система» базовым понятием, через которое будут объяснены большая часть других понятий курса;
  3. постепенно усиливать понятие «система» традиционного системного анализа за счет механизмов, разработанных ТРИЗ.

Для нас понятие «система» – одно из системообразующих понятий, обеспечивающих концептуальное единство курса. Таких понятий мы предлагаем четыре: «информация», «система», «алгоритм», «компьютер».

В настоящее время подготовлены учебники для двух первых лет курса. Согласно нынешним учебным планам это время приходится на III и IV классы. Их содержание рассматривается далее более подробно, содержание V-VII классов – кратко.

Программа первого года обучения (III класс) включает в себя следующие разделы:

  1. Понятие информации. Виды информации. Физиологические и интеллектуальные возможности получения информации (физиологические: через органы чувств и внутренние ощущения, интеллектуальные: через наблюдение, задавание вопросов, экспериментирование, рассуждение, фантазирование).
  2. Компьютер как универсальное автоматическое устройство для обработки информации.
  3. Система. Системный эффект. Функции системы. Структура системы. Всеобщая системность мира. Противоречивость свойств системы. Черный ящик как инструмент исследования функций системы.
  4. Понятие алгоритма.
  5. Книги как системы для хранения и поиска информации. Словари.

Здесь мы только вводим понятие системы, знакомим с ним детей. Поэтому используется оно относительно мало. Но уже здесь мы обращаем внимание на то, что такие знакомые всем вещи, как обычная книга, учебник, словарь являются системами. И оказывается, что интересны они нам именно потому, что являются системами, потому, что в них возникает системный эффект. Мы анализируем, как устроены книга и словарь, что делает их системой, за счет чего создается системный эффект. Что касается порядка изучения разделов, то тема «Системы» представляется более важной, нежели тема «Компьютер», но ученики младших классов на информатику идут в первую очередь для знакомства с компьютером.

Особого внимания заслуживает тема «Противоречия». Вводится оно в четыре этапа.

1.Сравнение двух альтернативных систем (третьеклашкам таких слов мы, разумеется, не говорим) с точки зрения выполнения ими своей главной функции. Оказывается, что при сравнении двух систем никогда не бывает так, что одна система во всем лучше, а другая — во всем хуже. Обязательно в чем-то лучше одна, в чем-то — другая.

2.Анализ свойств одной системы («сравнение системы с самой собой»). Оказывается, что нет на свете такой системы, в которой было бы или только хорошее, или только плохое. В любой системе всегда есть что-то хорошее и что-то плохое.

3.Одно и то же свойство может быть и хорошим, и плохим в зависимости от обстоятельств. Учащиеся осваивают схему «Если – то – но»:

Если у объекта есть свойство __________________

то, это хорошо, потому что ________________,

но это плохо, потому что __________________.

4.«За удовольствие надо платить». При исправлении недостатка всегда появляется другой недостаток. Исправлять недостатки надо так, чтобы новые недостатки были нам менее важны, чем старые.

Мы не вводим её явно ТРИЗовскую классификацию противоречий, хотя и подходим к ней достаточно близко. Считаем, что не стоит утяжелять учебник третьего класса понятиями, которые потребуют времени для освоения, но не будут подкреплены практикой.

Надо отметить, что введение понятия «противоречие» в курс информатики вызывает наибольшие споры. Мы считаем его совершенно необходимым и аргументируем это следующим образом.

Переход от репродуктивного обучения к компетентностному требует воспитывать человека, который будет уметь не только решать задачи, но и ставить их. Однако для грамотной постановки и решения задач формальной логики недостаточно. Нужна логика диалектическая, умение выделить противоречия и разрешить их. А для этого необходимо воспитывать диалектическое мировосприятие. Противоречия должны стать рабочим инструментом мышления.

Противоречия рассматриваются нами как методологический принцип и как источник развития системы. Вначале (в III классе) мы учим детей противоречия осознавать. Позже начнем учить их противоречия разрешать. Для этого будет использован инструментарий ТРИЗ. В частности, в III классе изучается один из ТРИЗовских инструментов – «техническое противоречие», выражаемое схемой «Если – то – но». Суть его в том, что, улучшая некоторый параметр системы, мы обязательно ухудшаем какой-то ее другой параметр.

Многогранный анализ системы, включающий рассмотрение заложенных в нее противоречий, позволят получить о системе максимум информации, которая может быть использована для постановки и решения задач.

Крайне интересно оценить введение понятия «противоречие» с точки зрения государствен-ного образовательного стандарта. (Далее выделение в цитатах из стандарта – мое. М.П.).

Согласно стандарту начального общего образования

«Приоритетом начального общего образования является формирование общеучебных умений и навыков

Среди общих учебных умений, навыков и способов деятельности перечислены следующие:

Познавательная деятельность

…Соотнесение результатов с целью наблюдения, опыта (ответ на вопрос «Удалось ли достичь поставленной цели?»).

Умение решать творческие задачи …, проявлять оригинальность при решении творческой задачи, создавать творческие работы.

Речевая деятельность и работа с информацией

обоснование высказанного суждения.

Организация деятельности

Определение способов контроля и оценки деятельности (ответ на вопросы «Такой ли получен результат?», «Правильно ли это делается?»); определение причин возникающих трудностей, путей их устранения; предвидение трудностей (ответ на вопрос «Какие трудности могут возникнуть и почему?»), нахождение ошибок в работе и их исправление.

Все эти пункты имеют непосредственное отношение к теме «Противоречия».

Что значит оценить, удалось ли достичь поставленной цели? Такой ли получен результат? Правильно ли это делается? Для грамотного ответа на эти вопросы необходимо определить, какие существуют альтернативные возможности достижения цели, оценить, до какой степени удается достичь цели при выборе каждой из альтернатив и чего это будет стоить. Чтобы оценить возникающие трудности, найти пути их устранения, а уж тем более их предвидеть, необходимо понять, какие противоречия заложены в систему, найти пути их устранения, оценить стоимость этого устранения и значимость проблем, кои (неизбежно) будут при этом порождены.

Именно эти вопросы и рассматриваются в теме «Противоречия».

Стандарт требует учить обоснованию суждений. Именно этим мы и занимаемся.

Что касается роли противоречий в творчестве, достаточно указать на два факта. В технике критерием того, является ли новое техническое предложение изобретением (т.е. результатом творческого акта), служит вопрос: решает ли это предложение какое-либо из существующих в технической системе противоречий. В драматургии (области гуманитарной, технике противоположной) основой любого произведения служит конфликт, т.е. то же противоречие. Зритель будет смотреть пьесу до тех пор, пока на сцене между героями будут противоречия.

Т.о. изучение противоречий не только никоим образом не противоречит стандарту. Мы считаем, что без изучения противоречий требованиям стандарта в полной мере удовлетворить невозможно.

Да, в стандарте эта тема не названа явно. Но стандарт не является ЗАКРЫТЫМ перечнем учебного материала, запрещающим давать что-либо еще. Мы покрываем стандарт и даем важный материал, явно в стандарте не названный. Достаточно сказать, что в стандарте не упоминается и понятие «система» со всеми сопутствующими ему понятиями.

Что касается контекстной связи темы «Противоречия» с остальным учебным материалом, данные параграфы выполняют следующие функции:

  1. углубление понимания понятия «функция системы»;
  2. получение опыта рассуждений как метода приобретения знаний;
  3. освоение технологии ведения рассуждений;
  4. получение опыта выделения свойств объекта, важных в данном конкретном случае;
  5. освоение метода исследования объектов через выделение содержащихся в нем противоречий (выделение разных точек зрения, взгляд на одну и ту же систему с разных позиций);
  6. рассмотрение противоречий, существующих в различных системах представления информации.

В полной мере понятие «система» разворачивается на второй год обучения, в IV классе. Программа второго года включает в себя следующие разделы:

  1. Повторение: информация, системы, противоречия, черный ящик (в параграфе про черный ящик появляется новый материал).
  2. Алгоритмы.
  3. Кодирование информации.
  4. Систематизация информации: таблицы.
  5. Обработка и хранение информации в компьютере.
  6. Систематизация информации: таблицы решений, карты с краевой перфорацией, классификация, родовидовые определения.
  7. Логика (понятие суждения, суждения простые и сложные, таблицы истинности).

Практически все изложение ведется на базе понятия система. Этот прием сразу же позволяет применить набор очень сильных инструментов: понятийный аппарат системного анализа. Рассмотрение алгоритма как системы позволяет говорить о структуре алгоритма. Кодирование информации раскрывается через понятие кодовых систем, имеющих определенную функцию: представление смысла информации с некоторой целью.

Мы вводим понятие систематизации информации, после чего все хранилища информации рассматриваются как инструменты для ее систематизации. Любой большой набор сведений интересен нам постольку, поскольку мы можем этими сведениями воспользоваться. Но для того, чтобы отыскать нужные сведения в большом наборе, необходимо этот набор упорядочить, т.е. превратить в систему. Простота доступа к информации – это системный эффект, возникающий в результате систематизации информации. В качестве вариантов систематизации рассматриваются:

Понятие систематизации позволяет неожиданно просто объяснить организацию хранения информации на компьютере. Файл рассматривается как специальная система для хранения информации. Естественно, что файлы, предназначенные для хранения информации разных видов, имеют разную структуру.

Большой набор файлов должен быть систематизирован. В дополнение к уже известным способам упорядочивания (линейному в словарях и двумерному в таблицах) рассматривается еще один – древовидное (иерархическое).

Понятие кодовой системы позволяет связать между собой разные разделы курса. Например, оказывается, что выбор из колоды карт с краевой перфорацией, операции над множествами и логические операции – это различные кодовые системы, выражающие один и тот же смысл.

Каждое из четырех базовых понятия курса – информация, система, алгоритм, компьютер – влияет на освоение учащимися остальных понятий. Традиционные информатические понятия (информация, алгоритм, компьютер) дают наполнение для весьма абстрактного понятия системы. С другой стороны, постоянное акцентирование системности позволяет обогатить традиционные понятия:

Мы еще не требуем от детей анализа любого объекта с помощью 9-ти экранного системного оператора, но учителю предлагаем ориентироваться именно на эту методику.

  Прошлое Настоящее Будущее
Надсистема НС - НС НС +
Система С – С С +
Подсистема ПС – ПС ПС +

Интересно сравнить разные разделы по объему соответствующих им частей учебника:

Раздел 3 класс 4 класс
Параграфы

Страницы,

%
Параграфы

Страницы,

%
Кол-во % Кол-во %
Всего. 32 100 100 29 100 100
Информация 6 19 18 4 14 8
Компьютер 5 16 18 3 10 5
Алгоритм 2 6 8 3 10 8
Системы 8 25 25 3 10 10
Противоречия 4 13 10 1 3 2
Организация информации: книги, словари, таблицы, таблицы решений, карты с краевой перфорацией, классификация 7 22 23 12 41 56
Логика 0 0 0 3 10 13

Планируется, что в следующих классах (V-VII) системологические темы будут выглядеть так.

V класс:

  1. Черные ящики. Порядок исследования мира. Исследование процесса падения. Экспериментальное исследование мира.
  2. Организация информации. Словари. Многотомные словари. Толковые словари.
  3. Организация информации. Таблицы. Построение таблиц типа «Объекты-объекты-несколько».

Планируемая продолжительность изучения названных тем – 14 уроков (из 34 уроков в год).

VI класс в основном посвящен компьютерным технологиям. Однако и здесь под системологические темы выделяется 9 уроков (из 34). Кроме повторения тем «Системы», «Черные ящики», «Словари», «Таблицы», «Классификация». Эти уроки посвящаются понятию модели, моделированию свойств объекта, его структуры и функций.

Зато в VII классе системологическое направление играет первую скрипку – занимает почти ¾ курса (24 час из 34). Оно включает в себя:

  1. Повторение тем «Системы», «Модели», «Таблицы» (включая построение таблиц типов «Объекты-объекты-одно» и «Объекты-объекты-несколько»).
  2. Построение таблиц типа «Объекты-свойства-объекты» (ОСО) и вычислительных таблиц (включая вычислительные таблицы типа «ОСО»).
  3. Структурирование информации в виде диаграмм. Построение диаграмм разного вида (круговых, столбиковых, линейных).
  4. Освоение ряда важнейших ТРИЗовских понятий и приемов таких как: понятие «Идеальная техническая система», формула для оценки степени идеальности системы и ее применение для определения пути совершенствования систем, противоречия и способы их разрешения.

При изложении всех вопросов делается упор на их практическую применимость. В частности, понятие идеальности технической системы рассматривается как способ подойти к формуле оценки идеальности технической системы. А она в свою очередь, рассматривается как руководство к усовершенствованию последней. Для того, чтобы улучшить систему, мы должны четко зафиксировать, какую именно пользу она приносит и с какими именно затратами связано ее создание и использование. После этого есть два пути улучшения системы: либо увеличивать ее полезность, либо сокращать затраты. Одна из сложностей введения данного понятия связана с тем, что большинство современных школьников (прежде всего, городских) не осознают степени идеальности технических систем, с которыми они постоянно сталкиваются в повседневной жизни (освещение, водоснабжение, отопление, транспорт и т.д.).

4. Некоторые особенности «Пермского курса»

В заключении выделим некоторые особенности «Пермского курса».

Оригинальные компоненты УМК: комиксы + «Самообучалка»

Кроме традиционного набора компонент (учебник + задачник (рабочая тетрадь) + компьютерный практикум + пособие для учителя) УМК «Пермского курса» включает в себя компоненты нетрадиционные:

комплект комиксов по сложным темам;

«Самообучалку» – тренажер типа «курс в вопросах и ответах», который построен таким образом, что может использоваться как детьми для самостоятельной работы, так и учителем для контроля знаний при устном или письменном опросе.

Конкурс «ТРИЗформашка»

Для популяризации описанной идеологии и поощрения учащихся ежегодно в марте (время выбрано в честь дня рождения Ю.А.Первина) проводится межрегиональный дистанционный конкурс по информатике, системному анализу и ТРИЗ «ТРИЗформашка» для учащихся I – XI классов.

Преподавание на базе стандартных офисных программ, автоматически перенастраиваемых на учебные нужды

Курс может преподаваться как в машинном, так и в безмашинном вариантах. В случае использования ЭВМ преподавание курса не требует освоения специального программного обеспечения. Оно может вестись на базе стандартных редакторов (Word для работающих в Windows и Writer для работающих на СПО). Вместе с УМК поставляются специальные настройщики, которые в начале урока превращают обычные редакторы в учебные (выбрасывают из меню и панелей все излишние возможности, оставляя только то, что необходимо для текущего урока), а по окончании возвращают привычный «взрослый» вид меню и панелей. Для каждой темы заготовлена специальная настройка редактора, нацеленная на изучение именно этой темы. В частности, знакомство с графикой дается через графические возможности Word'а.

Требования к уровню подготовки учителя

Авторы считают, что лучше, если в начальной школе все уроки будет вести учитель начальной школы. Для упрощения работы учителя при преподавании данного курса предложен ряд средств, которые будут особенно полезны учителю-новичку. По мере накопления опыта, учитель сможет принять осознанное решение о том, нужно ли использовать те или иные средства.

Список использованных источников:

  1. Плаксин М.А. Подходы к построению сквозного курса информатики с 1-го по 11-ый класс. Информатика в начальной школе и на первой ступени основной общеобразовательной школы. Бюллетень N 3 Лаборатории информатизации образования. Пермь, 1995. – 114 с.
  2. Плаксин М.А. Построение курса внекомпьютерной информатики для младших классов на базе понятий "информация" и "система". //Научно-методический сборник тезисов докладов IV Международной конференции-выставки "Информационные технологии в образовании" (ИТО-95). Москва, 1995.
  3. Плаксин М.А. "Информатика и системология" - сквозной курс информатики с 1-го по 11-ый класс ("Пермская версия"). //Всероссийская научно-практическая конференция по новым информационным технологиям в образовании "Черноземье-95". Воронеж, 20-23 ноября 1995 г. Тезисы докладов. Воронеж, 1995. с.167-169.
  4. Плаксин М.А. Безмашинный курс информатики для младших школьников на базе понятий "информация" и "система". //там же, с.169-171.
  5. Плаксин М.А. Развитие концепции школьной информатики в 1985-2005 годах: алгоритмика – компьютерика – информациология – системолология – ТРИЗ. //"Современные технологии в начальном образовании. (Совтех'99)". Материалы первой международной научно-практической конференции, 29-31 марта 1999 г.Москва. с.19-20.
  6. Плаксин М.А. От информациологии к системному анализу и решению изобретательских задач. //Регинформ-99. Материалы Всероссийской научно-практической конференции "Региональные проблемы информатизации образования", 6-8 апреля 1999, Пермь. с.66-68.
  7. Залогова Л.А., Плаксин М.А., Русаков С.В., Русакова О.Л., Семакин И.Г., Хеннер Е.К., Шестаков А.П., Шестакова Л.В., Шеина Т.Ю., Южаков М.А. Информатика. Задачник-практикум в 2 т. /Под ред. И.Г.Семакина, Е.К.Хеннера: Том 1. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999 г. - 304 с.: илл.; Т.2 - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999 г. – 280с.: илл.
  8. ПлаксинМ.А. «Пермская версия» начального курса информатики. //Информатика в начальной школе, 2002, №3, с.3-53.
  9. ПлаксинМ.А. Теория решения изобретательских задач в начальной школе. //Информатика и образование. 2002. №6. С.82-91.
  10. ПлаксинМ.А. ТРИЗформатика. //Академия информатизации образования. Сб. научно-методич. Трудов. Пермский выпуск. М.-Пермь: изд-во ПРИПИТ. 2002. С.45-63.
  11. Плаксин М.А. Курс ТРИЗформатики для начальной и средней школы: содержание курса, состав учебно-методического комплекта, меры популяризации. //Труды международной конференции «MA TRIZ Fest – 2005. Развитие ТРИЗ: достижения, проблемы, перспективы. Санкт-Петербург, 3-4 июля 2005. – СПб: РОО «ТРИЗ-Петербург», 2005. С.221-227.
  12. Иванова Н.Г., Плаксин М.А., Русакова О.Л. Информатика + ТРИЗ + Системология = ТРИЗформатика. //«Прикладная диалектика» и педагогика: теоретические и практические аcпекты интеграции. Межвузовский сб. науч. трудов /Под ред. Н.В.Акинфиевой, В.А.Ширяевой. Саратов: Изд-во «Научная книга», 2006. С.66-73.
  13. Плаксин М.А. Продвижение ТРИЗ в среднюю школу через «скрещивание» его со школьными предметами. //Сборник докладов международной конференции «TRIZ Fest – 2007. Теория и практика решения изобретательских задач. Москва, 9-12 июля 2007. – М: Международная ассоциация ТРИЗ, 2007. С.211-218.
  14. Плаксин М.А., Русакова О.Л. О необходимости переориентации образования с репродуктивного на проблемно-исследовательское. //Университет в системе непрерывного образования: материалы Междунар. науч.-метод. конференции (Пермь, Перм. гос. ун-т, 14-15 октября 2008 г.) / Перм.. гос. ун-т.– Пермь, 2008. С. 395- 397.