|
Дидактический материал
Педагогические аспекты начала курса
Значимость первых уроков курса, представляющих его основные понятия и структуру, учителя умеют оценить. На содержание и методику первых уроков курса раннего обучения информатики полезно взглянуть с разных точек зрения. Не углубляясь в изучение имеющих важное самостоятельное значение психологических и физиологических аспектов проблемы, рассмотрим более внимательно педагогическое, дидактическое значение начала курса и некоторые практические рекомендации организации этих занятий в курсе раннего обучения информатике.
Теоретические вопросы. Начало дидактической спирали школьного курса информатики
В основе методического построения большинства школьных дисциплин, изучаемых в течение десятилетнего периода, лежит понятие дидактической спирали. Смысл ее состоит в том, что некоторые важнейшие понятия или темы неоднократно включаются в содержание предмета в разные годы школьного учебного цикла. Каждое очередное возвращение к этому понятию или теме учитывает новый, возросший уровень знаний школьников, позволяя тем самым многосторонне и глубоко усвоить ключевые методологические моменты изучаемого предмета.
Обратите внимание, как устроены, например, предметы биологического цикла. В начальной школе в рамках предмета, называемого природоведением, школьники учатся воспринимать окружающую природу в конкретных наблюдениях природных явлений с использованием простых учебных текстов. В центральных классах средней школы многие из знакомых уже объектов естествознания встречаются им на уроках по «предметным» циклам биологических дисциплин — ботаника, зоология, анатомия. Конкретные знания, полученные в этих предметах, позволяют затем нарисовать учащимся общую картину биологической эволюции, происхождения и развития жизни.
Таким же образом — от элементарных и увлекательных текстов и простых географических обозначений — дети позднее переходят к объектам физической географии, а в более старших классах названия уже известных географических объектов осознанно используются при изучении экономической и политической географии.
Школьная методика истории описывается такой же дидактической спиралью: в начальной школе — материал для чтения в виде рассказов из разных периодов человеческой (в первую очередь, отечественной) истории, позднее — более развернутый и хронологически последовательный курс истории родной страны, наконец, широкий, в несколько учебных лет курс мировой истории, который при изучении новой и новейшей истории в старших классах, хотя и возвращается к изучавшимся ранее историческим событиям и личностям, претендует на широту изложения и мировоззренческие обобщения.
Понятие дидактической спирали неизбежно возникает, когда обсуждаются проблемы сквозного курса непрерывного информатического образования, начинающегося, как было отмечено ранее, с порога школы, с первых лет начальной школы. Вот несколько примеров.
Понятие алгоритма предстает перед школьниками достаточно рано. В курсе раннего обучения «Роботландия» это понятие появляется на третьем по счету уроке (рассказ об алгоритме перевоза через реку, исполнитель Перевозчик). Далее это понятие развивается на примерах линейных алгоритмов и закрепляется в ходе анализа алгоритмов в теме «Черные ящики». Пропедевтика ветвлений тоже относится к числу ранних методических приемов (например, упражнения с исполнителем Машинист). Позднее, при изучении элементов программирования, подробно обсуждаются ветвящиеся, циклические и рекурсивные алгоритмы.
Характерно знакомство с такой важной информационной технологией, как обработка текстовой информации. В начале дидактической спирали стоит строковый редактор, встраиваемый в ряд исполнителей, изучаемых на первых уроках курса. В частности, с его помощью происходит формирование навыков корректировки клавиатурных ошибок, закрепляемых чтением ветвящихся сказок и наполнением простого компьютерного органайзера (календарь плюс записная книжка).
При сформированных первичных клавиатурных навыках и устойчивом осознании понятия информации и, в частности, ее символьного представления (спустя не менее чем полгода) школьники начинают знакомство с учебным адаптированным текстовым редактором Микрон. На определенном этапе работы с приложениями ограничения простейшего редактора становятся ощутимыми. Такие ограничения установлены в редакторе умышленно: речь идет не столько об упрощении первых этапов знакомства с обработкой текстовой информации, сколько о стимулировании перехода к более сложным технологиям. Так, на новом витке дидактической спирали в курсе информатики может появиться редактор МикроМир. Он, как и Микрон, тоже оперирует моноширинными шрифтами, но возможности редактирования текстовой информации здесь возрастают многократно (МикроМир — это практически уже производственный текстовый редактор), более того, с его помощью обеспечивается естественный переход к другим информационным технологиям — базам данных, электронным таблицам, компьютерным коммуникациям.
Наконец, в старших классах средней школы должно быть предусмотрено достаточно серьезное изучение производственных текстовых редакторов, активно использующих пропорциональные шрифты (сегодня наиболее популярным из таких редакторов является Word). В большинстве школ этот раздел школьного курса информатики сложился стихийно под давлением настойчивых потребностей современного информационного общества. (Пример дидактической спирали в теме текстового редактирования в школьной практике часто реализуется с уменьшенным числом витков спирали: из-за недостатка времени приходится жертвовать таким важным промежуточным звеном, как МикроМир).
Учитель, имевший опыт преподавания информатики детям разных возрастных категорий, без труда продолжит список примеров, наглядно иллюстрирующих проявление дидактической спирали в методике школьной информатики.
В обсуждаемом сегодня материале важно то обстоятельство, что первые уроки курса раннего обучения информатики впервые вводят основные понятия этой дисциплины, располагаясь в самом начале дидактической спирали. Тем самым, определяется высокая ответственность учителя как специалиста по методике преподавания информатики: уроки самого первого витка спирали должны сочетать увлекательность формы с фундаментальностью содержания и стимулировать заинтересованность учащихся в их возвращении к изученным понятиям на новых этажах знаний.
Параллелизм педагогических линий курса раннего обучения информатики
В предыдущей теме отмечалось, что курс раннего обучения информатике имеет несколько направлений, различающихся своими педагогическими целями.
Среди этих четырех направлений — теоретическое (информационное), практическое (компьютерное), алгоритмическое и исследовательское (творческое) — нельзя выделить главные и второстепенные: все они с одинаковой эффективностью вносят свой вклад в главную задачу школьной информатики — формирование у школьников операционного стиля мышления. Поэтому движение по всем четырем направлениям должно осуществляться параллельно. Это требование определяет структуру уроков в курсе раннего обучения информатике и, прежде всего, первых его уроков. Если на более поздних этапах возможно «крупноблочное» поурочное планирование, при котором весь урок посвящается некоторой единой теме, то в первых уроках неизбежно структурирование урока на отдельные фрагменты, в каждом из которых превалирует педагогическая задача одного из направлений. Это определяется, во-первых, психологическими особенностями контингента обучаемых: новая учебная информация, предъявляемая учащимся начальной школы, должна быть порционирована на некрупные фрагменты, обозреваемые и усваиваемые младшими школьниками; во-вторых, важность первичных навыков по каждому из направлений столь важна для успешного продвижения по курсу, что планирование их параллельного формирования становится важной и специфической особенностью методики первых уроков курса.
Большинство уроков построены из нескольких фрагментов, каждый из которых может быть связан с разными направлениями курса. Так, в первой части урока может быть предложена беседа об информационных процессах (информационное направление), следующий пункт плана урока представлен лабораторной работой на отработку клавиатурных навыков (компьютерное направление), наконец, завершает урок обсуждение алгоритма задачи (алгоритмическое направление), которую предстоит решать дома.
При этом два фрагмента одного урока, относящихся к разным направлениям, взаимно дополняют друг друга, и, наоборот, программное обеспечение одного фрагмента урока используется для достижения целей другого педагогического направления, рассматриваемого на том же уроке.
Примеры
Исполнитель Перевозчик, поставленный на одном из первых уроков для того, чтобы обсудить понятие алгоритма (алгоритмическое направление), построен так, что требует для своего управления минимальный набор клавиш (две горизонтальные стрелки ВЛЕВО и ВПРАВО, клавиша пробела и, как всегда, клавиша выполнения). Столь простое клавишное управление связано с тем, что Перевозчик располагается в том месте курса, где начинает постепенно расширяться набор осваиваемых клавиш (практическое, компьютерное направление): программа, использованная ранее (Меню), оперировала лишь со стрелками ВВЕРХ и ВНИЗ, клавишами перехода (Esc) и выполнения (Enter).
Другой пример — исполнитель Конюх. На двух уроках, проводимых с участием этого программного исполнителя, решается сразу несколько педагогических задач из разных направлений. Во-первых, рассматриваются две логические задачи с достаточно сложными алгоритмами (алгоритмическое направление). Во-вторых, закрепляются только что введенные (на предыдущем уроке) навыки работы с новым набором клавиш и новым, латинским регистром (практическое направление). В-третьих, школьники учатся оперировать информацией, представляемой символами разных алфавитов (теоретическое, информационное направление). Наконец, решается важная прикладная задача — пропедевтика фундаментального математического понятия координат (в данном случае — обозначений полей шахматной доски).
Параллелизм педагогических линий внутри курса позволяет обосновать и практически реализовать ранее не декларировавшийся дидактический принцип — принцип взаимо-обусловленного изучения тем или разделов. Например, понятно, что для обучения ребенка чтению в первом классе полезно использовать компьютер. С другой стороны, даже первые навыки общения с компьютером необходимо опираются на умение читать (различать символы). Специально спроектированные для этой задачи программные средства (минимизация клавиатурного управления, активное использование графических объектов), позволяют использовать компьютер для более скорого и более прочного одновременного усвоения как умения читать, так и клавиатурных навыков общения с компьютером.
Компьютерная насыщенность первых уроков
Интерес младших школьников к курсу раннего обучения информатике подогревается участием компьютеров в уроках. Не случайно, что постановка курса раннего обучения информатики стала возможной только при адекватном техническом обеспечении. Если первые исторические шаги школьной информатики и допускали так называемые «безмашинные» варианты курса, то реализуемость таких вариантов лишь в старших классах была очевидной. Конкретика компьютерных (программных) реализаций алгоритмов, исполнителей, информационных моделей представляется необходимым условием курса раннего обучения информатике.
У малышей компьютер должен включаться на каждом уроке. Время функционирования компьютера на уроке может варьироваться в широких пределах, однако урок без компьютера (и уж тем более серия нескольких последовательных бескомпьютерных уроков) существенно подрывает мотивацию внимания и заинтересованности детей.
Из этого важного обстоятельства непосредственно следует практический вывод: план каждого урока строится так, чтобы хотя бы одна из частей урока (повторение, закрепление, предъявление новой учебной информации, упражнения) предусматривала работу у компьютерного экрана. Косвенно это же обстоятельство определяет и состав учебных программ курса, являясь, тем самым, обязательным требованием технического задания для проектировщиков программного обеспечения курса.
Формы игровой деятельности и их динамика в курсе раннего обучения информатике
Переход от дошкольного воспитания в детском саду или семейной обстановке к школьным урокам — это, прежде всего, смена форм деятельности ребенка. Такая смена не может происходить мгновенно и осуществляется постепенно. Дидактика начального образования рекомендует не резкую смену игровой формы деятельности на учебную, а постепенное вытеснение: большинство программ для малышей так или иначе облечены в форму компьютерной игры, для старшеклассников такой «игровой» подход к учебному материалу делает предмет непривлекательным и скучным.
Малыши привыкли играть. Что касается современных малышей, то многие из них еще до школы сумели оценить, что компьютер — это привлекательнейшая из игрушек. Поэтому они с интересом и увлечением играют с компьютером в школьном кабинете информатики. Учитель начальной школы, если он хочет добиться успеха, не должен сдерживать это стремление, а, наоборот, поощрять детей, которые готовы увидеть в каждой программе игру. Понятно, что дети могут предложить поиграть в Конюха (этот исполнитель можно условно назвать «мини-шахматами»). Но они считают игрой и головоломки Мудрого Крота, и лингвистические упражнения Правилки, и даже клавиатурные операции тренажера-Курсора.
Искусство учителя, работающего в кабинете информатики, состоит, в частности, в том, чтобы уловить момент, когда следует отказаться от подчеркивания игрового характера учебных программ. Определение такого момента — это составная часть индивидуального подхода к учащимся.
Педагогические аспекты начала курса (окончание)
Компьютерный фрагмент урока — кульминация
Компьютер в школе не отменяет и не заменяет другие, традиционные формы учебного процесса. Хотя информатизация образования способна оказать влияние на «классические» формы урока — проверка домашних заданий, фронтальный опрос, контрольные работы и проч., компьютеризованный фрагмент урока на любом уровне информатизации образования останется лишь одной из форм, лишь частью урока.
Длительность компьютеризованного фрагмента урока варьируется от занятия к занятию, от темы к теме. В практике курса «Роботландия» эта длительность колеблется от 5-7 до 20-25 минут на одном уроке. Никогда не возникает необходимости в проведении всех 45 минут школьного урока у экрана.
И дело здесь не в санитарно-гигиенических ограничениях, которые год от года сокращаются в силу повышения качества персональных компьютеров и, в первую очередь, мониторов. Принципиальными являются дидактические требования разнообразия форм урока, позволяющие эффективно использовать все информационные каналы, по которым передается учебная информация. Таким образом, независимо от степени компьютерной оснащенности на уроке всегда останется место творчески мыслящему и действующему учителю. Более того, при любом количестве компьютеров и при любых их технических характеристиках ответственность за планирование, подготовку, проведение и анализ урока никогда не будет снята с живого человека — учителя.
Определяя место компьютеризованного фрагмента урока среди иных форм учебного процесса, надо вернуться к неоднократно отмечавшейся педагогической эффективности компьютера как дидактического инструмента. Поэтому рациональным следует признать такое планирование урока, при котором учитель прорабатывает с классом учебный материал, используя все традиционные формы учебного процесса, и только после этого просит детей включить компьютеры. В таких условиях компьютер поможет:
- дать еще одну (возможно, новую) форму представления учебной информации;
- обеспечить индивидуальный и эффективный контроль за усвоением изучаемого материала;
- гарантировать высокую активность школьников при выполнении закрепляющих или контролирующих упражнений. Представление информации, выдаваемой на ученические экраны, на экран учителя или на демонстрационный экран класса, может быть сконструировано разработчиком (или учителем) в форме, удобной для обобщающих обсуждений.
Таким образом, компьютеризованный фрагмент урока по праву претендует на роль кульминационной точки урока. Перед тем, как подойти к этой точке, учитель, например, показывает учебный материал на плакатах, проводит беседу, включающую свой рассказ и коллективное обсуждение, возможно, организует в классе игру-инсценировку и только после этого приглашает учащихся выполнить компьютерные упражнения, органически вплетающиеся в тему урока и специально для этого урока подготовленные. И хотя такое построение урока использует характерное для современного ребенка увлечение компьютером, методическое использование этого увлечения — отнюдь не лукавство, а объективно-обусловленная оценка ответственной роли компьютеризованного фрагмента в уроке.
Коллективизм и соревновательный характер форм учебной деятельности
С огорчением приходится отмечать, что социальные изменения последних лет в России привели к изменению системы моральных ценностей (чаще всего, не в лучшую сторону). В частности, превалирование индивидуализма над коллективизмом сегодня воспринимается в обществе нормой поведения. Не только классики советской педагогики, но и большинство современных российских педагогов относятся к такой тенденции негативно, ибо индивидуализм адекватен сегодняшнему кризисному состоянию российского общества, тогда как коллективизм представляется естественной системой человеческих отношений в стабильном (к сожалению, перспективном) обществе.
И если в целом справедлив тезис о том, что содержание школьного обучения призвано отражать наиболее устоявшиеся явления в жизни общества, то, с точки зрения воспитательной компоненты школьного образования, школу надо ориентировать не идти на поводу у общества, находящегося в состоянии кризиса, а, ломая конъюнктурные социальные требования, формировать моральную и интеллектуальную силу, способную изменить опасные для человечества тенденции.
Эти суждения представляются здесь уместными потому, что такая естественная (не социальная!) дисциплина, как информатика, располагает богатым методическим арсеналом для формирования коллективизма:
- творческие коллективные работы в области издательской деятельности: выпуск книжки детских сочинений и стенгазет средствами учебного текстового редактора;
- «почтовые» уроки (во всем многообразии общения: сначала — обмен записками, потом — передача дискет, далее — пересылки файлов в локальной сети, наконец, — использование Интернета),
- коллективные действия по подготовке и проведению вернисажей (графические конструкторы и редакторы — от простейшего конструктора пиктограмм через Раскрашку к Художнику) и концерты (музыкальный редактор Шарманщик);
- командные соревнования (конструирование лабиринтов Мудрого Крота, турниры «черных ящиков»);
- уроки-игры (Тайны Кухоморья).
Далеко не полный перечень приведенных здесь примеров умышленно ограничен рамками только одной системы — программной поддержки курса раннего обучения информатики Роботландия. В перечень включены только программы, специально ориентированные на коллективное использование в рамках школьных уроков. Кроме того, многие «обычные» программы могут использоваться с той же целью формирования навыков коллективной работы и воспитания взаимной ответственности не путем специально встроенных в них программных механизмов, а благодаря методическим приемам использования этих программ на школьных уроках.
Коллективные, командные соревнования как форма компьютеризованных фрагментов уроков (начиная с самых первых) — это еще один из путей воспитания коллективизма и взаимной ответственности. Правда, чтобы получить необходимые педагогические результаты, недостаточно ориентироваться на программные механизмы «коллективизма»; значительная (если не исключительная) часть успеха определяется в таких компьютерных соревнованиях методической подготовкой учителя и его гуманитарной философской позицией.
Генератор отметок: компьютер или учитель
В исторически первые учебные программы часто «встраивались» легко реализуемые автоматизированные средства выставления отметок: достаточно было включить в программу счетчик ошибок, и после этого простейшая арифметическая функция вырабатывала отметку, которую можно было напечатать или вывести на экран. По нашему глубокому убеждению, компьютер (компьютерная программа) не имеет права на выставление отметки учащемуся. Более точно, «компьютерная отметка» имеет право на существование, но она, в любом случае, является предварительной, не окончательной, и не заменяет отметку учителя. Контролирующая программа, безусловно, должна оповестить ученика о верном или неверном результате, подсказать место ошибки и даже пояснить ее. Учитель может получить от машины полный список ошибок ученика, более того, можно запрограммировать рекомендации компьютера по выставлению отметки. Однако в любом случае отметку должен выставлять только учитель, несущий ответственность за урок, за усвоение темы классом и отдельным учащимся.
Дело в том, что в отметке зачастую должен присутствовать субъективизм, который не может быть обеспечен компьютером:
- например, единственная ошибка в упражнении по-разному отмечается учителем в дневнике круглого отличника (не имеющего права на единственную ошибку) и заядлого троечника (для которого единственная ошибка — большая победа);
- например, сиюминутное психологическое состояние ученика заставит учителя так или иначе использовать предложенную компьютером рекомендацию по выставлению оценки.
Поэтому в роботландских программах отсутствует, как правило, выставляемая компьютером отметка. Вместо нее (в тех случаях, когда это необходимо) ученик в конце упражнения получает от компьютера присваиваемое ему звание (при этом зачастую для ученика оказывается неважным ранг звания: он одинаково радуется и высокому званию Профессора и укорительному званию Торопыжки). Да и информация о верном или не верном решении представляется не в виде цифровой отметки, а, например, в виде розочки или кактуса (программы пакета Классификаторы).
Некоторые практические рекомендации к проведению первых уроков в курсе раннего обучения информатике, представление об информации
Перекличка
Этот раздел несколько условно назван «перекличкой». Если на первый урок информатики в класс пришел учитель, хорошо знающий класс (например, классный руководитель), то в перекличке, конечно, нет необходимости.
Вместе с тем, урок-то, действительно, первый, открывающий новый школьный предмет. Поэтому важно не столько произнести фамилию и имя ученика, зафиксировать, на какой парте он сидит, сколько в общей беседе с детьми, где обязательно должен высказаться каждый, определить априорный уровень представлений детей о компьютерах и их применениях. Этот уровень у разных детей может оказаться различным. Поэтому важно, например, выяснить, кто из учащихся располагает домашним компьютером (эта информация будет необходимой для установления индивидуальных требований к ученикам), кто из родителей непосредственно соприкасается с компьютерами и их применениями (помощь родителей часто становится неоценимой).
Поэтому, готовя первую беседу с детьми, учитель должен продумать серию неповторяющихся вопросов, которые позволили ли бы высказаться каждому ребенку, сохранили обстановку в классе интересной для всех детей, удержали беседу в русле темы «Компьютеры и их применения». В этой серии вопросов могут фигурировать и впечатления от новых компьютерных игр, и рассказы родителей о машинах, установленных в их офисах, и названия компьютерных устройств, стоящих тут же, в кабинете информатики.
Учителю, впервые знакомящемуся с классом, информацию, полученную в детских высказываниях, потребуется совместить с именами и фамилиями учеников, их лицами, их местом в классе.
«Информационная минутка»
Во всех версиях программно-методической системы Роботландия уделялось серьезное внимание так называемым информационным минуткам — выступлениям учеников по отражаемым в средствах массовой информации (в первую очередь, местных) оперативным событиям, так или иначе связанным с разными
применениями вычислительных машин, компьютерных программ, информационных сетей.
Важность такого фрагмента урока в начальной школе и сегодня остается актуальной: внимательно продуманные и четко организованные «информационные минутки» учат детей искать, находить, классифицировать, отбирать и преподносить информацию в повседневной действительности (а не только на страницах учебника), видеть место изучаемой дисциплины в окружающем сегодняшнем мире. Трудность информационных минуток состоит в их импровизационном содержании. Поэтому для учителя они не столь просты, как могло бы показаться с первого взгляда.
Роль учительской импровизации ответственна: ему надо не только следить за содержанием ученических выступлений на информационных минутках, в которых сегодня все в большей степени находят отражения телевизионные впечатления школьников, но и самостоятельно отбирать литературу, рекомендуемую для детского чтения. Преобладание телевизионных впечатлений может привести к тому, что в сегодняшних условиях трудно будет организовать выпуск альбома газетных и журнальных вырезок. Его можно заменить альбомом рисунков на компьютерные темы, детских стихотворений или прозаических сочинений.
Техника безопасности
Более консервативным фрагментом урока (самого первого) осталась единовременная беседа о техники безопасности. По жанру эта беседа отличается от привычной для взрослых лекции, является коллективным обсуждением описанных в учебнике ситуаций, где персонажи — это сверстники учеников, а их характеры списаны с типовых нарушителей правил техники безопасности.
Информация. Понятие алгоритма, методика его представления
Меню как механизм выбора
Несмотря на нагруженность самого первого урока — представление предмета, перекличка, рассказ о школьном кабинете информатики, беседа о технике безопасности, на нем обязательно предусматривается время и для первого включения компьютера. Вообще говоря, включение компьютера можно продемонстрировать уже в ходе беседы о технике безопасности. Здесь, однако, речь идет не о «техническом» включении машины, а о содержательном ее использовании на уроке, без которого детская неудовлетворенность уроком была бы оправдана.
Методическая последовательность изучаемых клавиатурных тренажеров определяется постепенным наращиванием числа вводимых клавиш. С этой точки зрения, простейшим тренажером может рассматриваться программа Меню. Однако установка тренажера Меню в самое начало курса объясняется не столько количеством используемых клавиш, сколько отрабатываемым с его помощью фундаментальным механизмом выбора, который работает в подавляющем большинстве современных программ. Этот механизм называется меню.
Несмотря на простоту программы Меню, упражнения с нею составляют компьютерные фрагменты двух первых уроков: на первом рассматривается режим Простое меню, на втором — Сложное меню. Эти уроки достаточно подробно описаны в методических пособиях по Роботландии — учебнике и учительском пособии.
«Клавишное» и функциональное обучение
Программный объект первых уроков — тренажер Меню — может рассматриваться как начальный этап клавиатурного тренажа. В ней действуют только четыре клавиши: стрелки ВВЕРХ и ВНИЗ, клавиша выполнения (Enter) и клавиша перехода (Esc). И хотя первый рассказ о клавишах имеет право на подробности, всюду в курсе следует стремиться к тому, чтобы школьники оперировали содержательными действиями, а не операциями нажатия тех или иных клавиш. Так, нажатие клавиши выполнения означает передачу компьютеру команды — войти в выбранную позицию меню, выполнить сделанный выбор. Точно так же нажатие клавиши перехода — это возврат, переход к предшествующему состоянию программы. И если при первой операции входа в меню указание дается словами «нажмите клавишу выполнения», то, начиная со следующей такой операции, учитель настаивает на формулировке — «войти в выбранную позицию меню».
Те же замечания относятся и ко всем позднее вводимым клавишам: важно привить детям умение мыслить категориями действий и операций, а не названиями нажимаемых клавиш.
Последовательность дискретных и непрерывных операций в освоении клавиатурных навыков
Несмотря на то, что в большинстве современных программ заметно преобладание «мышиного» интерфейса над «клавиатурным», в первых программах курса раннего обучения информатике все операции выполняются исключительно нажатиями клавиш. Более того, в программах Курсор, Перевозчик, Монах, Конюх и др. возможность «мышиного» управления исключается не только на уровне методических рекомендаций: она не допускается реализацией соответствующих программ.
В освоении навыков общения с компьютером клавиатурный интерфейс не случайно стоит на первом месте. При работе с клавишами акцент ставится на дискретность операций управления. Дискретные операции легче осваиваются малышами в силу того, что мелкие мышцы кисти, которые задействованы в операциях управления компьютером, слабо развиты у младших школьников; им трудно даются непрерывные операции с мышью. Поэтому в большинстве учебных программ первых трех учебных четвертей мышку либо невозможно использовать, либо не рекомендуется этого делать. Практически, первая методически обоснованная потребность в использовании мыши появляется только при компьютерном рисовании, при освоении графического редактора.
Понятие информации как основной элемент теоретической (информационной) линии курса
Одним из основных понятий курса информатики является философская категория информации. В курсе раннего обучения информатике нет строгого определения этого понятия. Это обстоятельство не скрывается от школьников (учебник подталкивает их внутрь замкнутого круга «определений»-толкований: «информация — это сведения...», но «сведения — это информация...»), а после этого предпринимается попытка объяснить «парадоксальное» явление отсутствия определения.
Основанием для такого обоснования служит первичность понятия. Это непривычное для младшего школьника обоснование иллюстрируется примерами.
Один из них — первичность понятия точки. Действительно, рисунок состоит из линий (это утверждение если и нельзя назвать по всей строгости очевидным, то, во всяком случае, без дискуссий воспринимается детьми), линии — из точек (это утверждение, конечно, следовало бы доказывать; однако доказательство, связанное с понятием континуума, не доступно младшим школьникам; с другой стороны, вполне достаточно использовать здесь интуитивное восприятие детьми линии как совокупности точек). Далее выносится на обсуждение ключевой вопрос: «А из чего состоит точка?». И учитель признается, что и он не сможет ответить на такой вопрос. Он объясняет, почему нет ответа на такой вопрос: «Потому что точка — это первичное понятие. Первичными называются такие понятия, для которых невозможно (а потому и не требуется) давать определения. Наоборот, все другие понятия определяются через первичные. Информация подобно математической точке относится к числу первичных понятий».
Сложность определения не является препятствием для генерации (детьми) большого количества примеров информации. Множество объектов — конкретных проявлений неопределяемого понятия — успокаивает детей, взволнованных философским соотношением первичного и вторичного. Они возвращаются на устойчивую почву привычных явлений и отношений; они умеют не только создавать примеры информации, но и объяснять, что можно делать с информацией во всех названных примерах.
Так возникает важное для всего последующего курса понятие информационного процесса. Процессы классифицируются, и далее для каждого из базовых видов информационных процессов — хранению, передаче и обработке — предусматриваются фрагменты на нескольких подряд следующих уроках.
В первых версиях Роботландии разработчики, опираясь на принадлежность понятия информации к теоретической (информационной) линии курса, оправдывали этим отсутствие программной поддержки этих фрагментов. Позднее для этих целей была предложена программа Блокнот, являющаяся, по существу, базой данных. С ее помощью школьники видят, как можно хранить нужную им информацию, передавать ее в базу данных (вводить, записывать) и из базы данных — пользователю (выводить, читать). Наряду с иллюстрацией теоретических положений курса, эта программа является пропедевтикой информационных технологий и используется детьми в практических целях — календарь, органайзер, записная книжка.
Понятие алгоритма, методика его представления
Программы, поддерживающие алгоритмическое направление курса раннего обучения информатике, составляют раздел «Алгоритмические этюды» в системе «Роботландия». Эти программы главной своей целью имеют формирование у учащихся фундаментального понятия алгоритма. Знакомя детей с этим понятием, учитель подчеркивает, что алгоритм — это формальный план решения задачи. Этот формализм не легко и не сразу осознается детьми: они привыкли к тому, что и любящие родители, и внимательный учитель понимают их с полуслова, с полунамека, даже с одного взгляда.
К необходимости формального описания задачи учитель подводит детей, обсуждая такую простую проблему, как приготовление манной каши. Дети к этому обсуждению подготовлены: во-первых, после короткой беседы о манной каше на предыдущем уроке задача была задана на дом, дети имели время поразмыслить и записать свои размышления, а, во-вторых, учитель настоятельно рекомендовал учащимся посоветоваться по этому поводу с мамами и бабушками.
В ходе проверки рецептов из домашнего задания и их коллективного обсуждения учитель отмечает: все «приготовили» вкусную манную кашу, но описания-то все получились разные. Объясняется это обстоятельство тем, что при обсуждении задания разработчики рецептов не договорились о правилах записи предписаний (не нужно детям говорить о том, что учитель специально не настаивал на такой договоренности).
Чтобы впредь разночтений не получалось, учитель обещает, что во всех последующих задачах будет строго соблюдаться формальное описания правил и ограничений.
В качестве первой из таких задач рассматривается алгоритмический этюд — известная притча о дедушке-перевозчике, волке, козе и капусте. В задаче требуется переехать с левого берега реки на правый при помощи маленькой двухместной лодочки. Детям такая постановка задачи поначалу кажется очень простой и совершенно ясной. Но формальный характер ограничений представляется им непривычно строгим. Поэтому не надо удивляться, если дети предложат (как это часто наблюдалось на уроках) идеи типа: «Надо перед переездом накормить волка так сытно, чтобы ему на козу и смотреть не хотелось» или «Надо воткнуть вилок капусты козе на рога, и тогда можно двоим занять одно место в лодке».
Задача о перевозчике не случайно поставлена в ряд изучаемых школьниками алгоритмических этюдов. С одной стороны, ее правила и ограничения могут быть сформулированы в простых и понятных фразах родного языка (выражениях, словах), потому воспринимаются детьми столь же расплывчато-свободными, как и правила приготовления манной каши. С другой стороны, продвинуться в решении задачи удается только после того, когда эти правила приведены к очень строгой синтаксической форме. В последующих алгоритмических этюдах строгость правил видна изначально, и у детей остается, тем самым, меньше возможностей самостоятельно (при несомненном руководстве учителя) «создать» синтаксис языка общения с исполнителем — объектом задачи. В таком языке, например, формальная запись
КОЗА ->
может означать «переезд с козой» на правый берег, а
<-
«переезд одного перевозчика на левый берег».
Сочетания формального описания задачи и ее игровой формы — характерная черта большинства роботландских программ. На первых порах, пока понятие алгоритма еще не прочно усвоено школьниками, учитель строит урок так, чтобы в игровой форме большее участие принимали дети, а в формальном описании — учитель. Так, на уроке, посвященном перевозчику, дети разыгрывают сценку, где один из них (девочка) — это комочка, другой (мальчик) — волк, третий — капуста, еще один — перевозчик. Во время этого спектакля учитель стоит у доски и каждый этап переправы отмечает «фразой» только что построенного языка. Каждый следующий этап спектакля-перевоза начинается только после того, как зафиксировано соответствие театрализованного действия предыдущего этапа и краткой его формальной записи. После «спектакля» на доске остается запись:
КОЗА ->
<-
ВОЛК ->
КОЗА <-
КАПУСТА ->
<-
КОЗА ->
На основании этой записи учитель может сформулировать ключевое определение урока: формально описанный план решения задачи называется алгоритмом. Это определение не совпадает буквально с классическим определением алгоритма, но оно доступно младшим школьникам. Практически сразу же (возможно, после одного-двух примеров, подсказанных учителем) дети готовы сами генерировать примеры алгоритмов.
И все же формулировка важного определения — это еще не вершина эмоциональной обстановки урока: далее следует реализация той же задачи на компьютерных экранах ученических машин.
Хотя после обсуждения Перевозчика школьники смогли придумать множество алгоритмов, необходима целая серия упражнений в разнообразных операционных средах, чтобы дети прочно закрепили важное понятие алгоритма. Эта роль возложена на группу программ, сгруппированных в разделе «Алгоритмические этюды».

Рис. 7.1. Переправа через реку
При наличии достаточного количества алгоритмических этюдов удается совместить основную педагогическую задачу программ этой группы с рядом вспомогательных методически важных задач. Так, Ханойские башни {Монах) представляются замечательным дидактическим материалом для обсуждения темы «Большие числа», а также для первого выхода на цифровую часть клавиатуры при обработке клавиатурных навыков. Изучение программы Конюх, наряду с алгоритмической и математической задачами (пропедевтика координат), помогает формированию первичных навыков работы с латинским регистром компьютерной клавиатуры.
Такой комплексный характер алгоритмических этюдов должен постоянно находиться в поле зрения педагога.
При этом важно подчеркнуть роль темы алгоритмов в пропедевтическом курсе информатики: очень многие важные аспекты алгоритмов в этой теме умышленно опущены. Так, практически все рассматриваемые алгоритмы линейны и потому не дают пока возможности говорить о логически полном наборе управляющих структур — пока еще школьникам не показаны ни циклические, ни ветвящиеся алгоритмы. Опущены и описания свойств алгоритмов. Все это ожидает школьников позднее.
Наполнение темы «Алгоритмические этюды»
Постановка задачи, лежащая в основе программы Монах, проста. Столь же просты ее изобразительные средства: три стержня (которые имеют право быть умозрительными) и несколько колец, различающихся размером (а для наглядности — и цветом). Тем не менее, идеи, заложенные в эту задачу, столь глубоки, что почти каждый учебник информатики, от начального образования до теоретических специальностей в высших учебных заведениях, не обходится без знаменитых Ханойских башен.
Так как педагогическая значимость программы велика, то предварение компьютерного фрагмента урока игрой здесь особенно важно, тем более, что дидактический материал для такой игры вполне доступен — это пирамидка из разноцветных и разновеликих колец, известная еще из дошкольного детства.
Фундаментальный дидактический принцип движения от простого к сложному лежит в основе решения. Сначала решается задача всего с двумя кольцами. Хотя решение очевидно, следует вместе с детьми неторопливо повторить все операции переноса двух колец и (что особенно важно) зафиксировать результат в общем виде:
Перенос малого кольца с исходного стержня на промежуточный
Перенос большого кольца с исходного стержня на конечный
Перенос малого кольца с промежуточного стержня на конечный
У решения два качества: с одной стороны, оно единственно, с другой стороны, универсально. Алгоритм записан без привязки к нумерации стержней, поэтому можно переходить к описанию конкретных примеров. Дальнейшее продвижение вперед рекомендуется только после сформированного умения переносить любые башни из двух колец и записывать алгоритм такого переноса. Итог следующего этапа изучения — перенос трех колец — можно подводить после того, как зафиксирована запись:
перенос трех колец — это:
перенос двух колец исходного стержня на промежуточный
перенос большого кольца с исходного стержня на конечный
перенос двух колец с промежуточного стержня на конечный
Наиболее эффективная форма фиксирования столь длинных записей — выводимый на экран проектора слайд презентации. С помощью такого средства можно продемонстрировать и динамику появления строк в такой записи, и функциональную роль стержней (например, цветом, в который закрашиваются отдельные слова записей).
Следовательно, и любой конкретный алгоритм можно теперь записывать в принятых (пока словесных) обозначениях. Дети проделывают несколько переносов трех колец, сопровождая их устными комментариями.
Путь к увеличению числа переносимых колец открыт. Но перед этим надо проделать несколько компьютерных упражнений: сначала перенос двух колец, затем — трех. (При этом дети осваивают интерфейс алгоритмических этюдов — поле ввода команд, протокол, способ записи команд, сообщения о недопус-
тимых действиях.) После обобщений, сделанных при переходе от задачи с двумя кольцами к задаче с тремя кольцами, после обсуждения следующего (домашнего) задания о переносе 4 колец учитель приходит к сложному этапу темы — введению буквенных обозначений.
Алгоритм обозначается именем Монах. Но сразу же учитель отмечает, что всякий алгоритм переноса зависит от трех величин-чисел:
количество перекладываемых колец — к;
номер исходного стержня — а;
номер конечного стержня — б.
Значит, любой алгоритм переноса колец Ханойской башни можно записать так:
Монах (к, а, б).
Промежуточный стержень не назван в этом обозначении. В качестве обозначения для номера промежуточного стержня может быть взят любой символ, отличающийся от а и б. Например, в.
Дети впервые сталкиваются с необходимостью обозначать алгоритм некоторым именем. По существу, это пропедевтика фундаментального понятия функции.
Благодаря буквенным обозначениям удается показать, что алгоритм переноса к колец может быть сведен к двум более простым алгоритмам, которые переносят на одно кольцо меньше:
Монах (к - 1, а, б)
Монах (к,а,б) = а - б
Монах (к - 1, в, б)
Школьники, уже поработавшие с программой Монах, готовы принять необычное обозначение второй строки: здесь ее надо читать не «а минус б», а «перенос кольца со стержня а на стержень б».
Теперь должно стать понятным, что можно переложить любое число колец, последовательно понижая сложность алгоритма: например, Монах(6,а,б) состоит из двух алгоритмов — Монах(5,а,в) и Монах(5,в,б); в свою очередь, Монах(5,а,в) состоит из двух алгоритмов — Монах(4,а,б) и Монах(4,б,в) и т. д. В конце концов, оказывается, что решение сводится к нескольким переносам двух колец — хорошо известному алгоритму.

Рис. 8.1. Перенос пяти колец
Алгоритм, выполнение которого сводится к применениям того же алгоритма, называется рекурсивным, а сам прием многократного обращения к некоторому алгоритму при выполнении того же самого алгоритма называется рекурсией. Вообще говоря, такое определение (не отмечающее различий между отдельными повторяющимися выполнениями рекурсивного алгоритма) относится к бесконечным рекурсиям, имеющим, скорее, теоретическое значение. Для конечных рекурсий характерно, что каждое последующее выполнение рекурсивного алгоритма происходит во все более упрощающихся условиях. Именно так — сведением алгоритма переноса k колец к переносу (k-1) кольца — осуществляется конечная рекурсия Ханойских башен. Монах — типичный конечно-рекурсивный алгоритм. Именно эта пропедевтика рекурсии (возврат к которой теперь состоится только при изучении Кукарачи, в конце курса), важная с позиций дидактической спирали курса информатического образования, оказывается в стороне, если детьми не усвоена идея буквенного обозначения алгоритма и его параметров.
Такой теоретический подход сам по себе еще не подготавливает детей к построению примеров рекурсий (генерация примеров важна как принципиальное подтверждение понимания темы учащимися). Поэтому учитель называет несколько примеров.
В алгоритмических этюдах вводится впервые фундаментальный элемент человеко-машинного интерфейса — правил и приемов общения человека и машины. Это откатка. С особой эффективностью откатка будет использована позднее — при работе с редакторами всех типов. Но уже сейчас, при знакомстве с простейшими алгоритмами и их компьютерной реализацией, оказывается очень важным возврат алгоритма в предыдущее состояние. Даже если все операции по исполнению алгоритма выполняются учениками очень старательно и безошибочно, учитель должен спровоцировать ситуации, в которых откатка является если не единственным, то, во всяком случае, наиболее эффективным способом корректировки ошибок. Овладение механизмом откатки до уровня самостоятельного его использования очень важно не только с точки зрения значимости этого важного технологического приема, но и для практической организации урока: иначе учителю придется бегать от компьютера к компьютеру, помогая исправлять ошибки детей.
К алгоритмическим этюдам непосредственно примыкает тема случайного события. Здесь тоже нет необходимости настаивать на строгом определении понятия «случайное событие»: для его пропедевтики достаточно, чтобы дети умели приводить примеры и толковать их.
Общее свойство всех рассмотренных пока алгоритмов — Перевозчик, Монах, Конюх, Переливашка — детерминированность. В силу этого свойства один раз построенный алгоритм может быть многократно и с одинаковым результатом повторен при каждом очередном его запуске на компьютере. Две программы — Угадайка и Морской бой — предназначаются для иллюстрации алгоритмов, исполняемых в недетерминированных средах, и связанного с этим понятия стратегии. В них с равновесной ролью выступают два педагогических направления курса — алгоритмическое и информационное: с одной стороны, дети уже видели случайные события в теме «Передача информации» (шумы, искажения при передаче); с другой стороны, знают, что при решении любой задачи (в том числе игровой) надо построить (придумать) алгоритм поведения и последовательно выполнять его.
Игровой характер обеих программ позволяет включить их в учебный процесс по описанному уже методическому «алгоритму»: сначала провести игру традиционными приемами (это легко сделать, поскольку обе программы моделируют известные бескомпьютерные варианты тех же игр), а только затем подвес ти к компьютерным играм как кульминационным точкам урока. Учителю можно рекомендовать отчетливо выделить главное — проявление случайных событий в этих играх, и второстепенное — специфику компьютерных вариантов, отличающую программы от реальных игр.
Уроки «черных ящиков» в курсе раннего обучения информатике можно было бы назвать перекрестком, где сходятся две большие темы курса — «Алгоритмы» (материал сегодняшней темы), и «Исполнители» (которая будет рассматриваться в следующей лекции). В теме «Алгоритмы» речь идет, по существу, о синтезе конструируемого алгоритма из элементарных компонент-команд. Когда (в теме «Исполнители») говорят о том, что исполнитель представляет некоторую модель реальной ситуации, то имеют в виду, что, работая с исполнителем, можно известные действия реального объекта выразить иными средствами — командами моделируемого исполнителя.
У «черного ящика» задача сложнее. На такой модели воспроизводятся реальные результаты действий (информация на входе и выходе алгоритма), но сами действия остаются неизвестными. Требуется по входной и выходной информации (по результатам действий) восстановить алгоритм. Речь идет, следовательно, об анализе алгоритмов. Такая задача уже разбиралась на уроках, предшествующих изучению «черных ящиков». Исполнитель Автомат представлял собою, по существу, опережающее введение в анализ алгоритмов. Но у Автомата имеется единственный способ построения анализируемого алгоритма, исходя из заданного (входного числа, тогда как на уроках по теме «Черные ящики» множество алгоритмов практически неисчерпаемо: ученики их создают в любом количестве и разного уровня сложности).
Пусть существует некоторый алгоритм обработки числовой информации. Это значит: если этому алгоритму предложено число а, то, обработав его, алгоритм выдает в качестве результата число б. Пусть, алгоритм обработки состоит в утроении числа.
Тогда на предложенное (входное) число а = 5 алгоритм выдаст результат
б = 15 (5 х 3).
Выполнить алгоритм это значит — применить его к числу а, входу алгоритма.
Схема задачи имеет вид:

Возможна другая постановка задачи: известен алгоритм обработки информации и известно число, получившееся в результате этой обработки, то есть выход алгоритма:

На этот раз речь идет о построении обратного алгоритма. Если известен «прямой» алгоритм, то обычно по нему можно восстановить обратные операции. Такая задача обычно вызывает трудности у младших школьников, но материал для подобного рода упражнений у учителя всегда найдется. В приведенном примере:
а = б : 3,
и так как б = 15, то
а = 15 : 3 = 5.
Теперь представим, что в тройке «вход-алгоритм-выход» вопросительный знак стоит в середине схемы: алгоритм обработки неизвестен, но известны вход и выход:

Эта задача существенно сложнее, прежде всего, своей неоднозначностью. Нет никаких оснований утверждать, что алгоритмом является пятикратное увеличение входного числа. Ведь тот же результат получается и по алгоритму
а + 12.
и по алгоритму
а х а х а — 12...
В любом случае, чтобы ответить на вопрос последней задачи, надо будет провести другие испытания, которые из множества алгоритмов, обеспечивающих получение известного результата, помогут отсечь неудовлетворяющие, а затем однозначно определить единственный.
Блок с вопросительным знаком на последней из приведенных схем называют «черным ящиком», а метод определения неизвестного алгоритма по известным входу и выходу — методом черных ящиков.
Метод черных ящиков имеет огромное значение во многих видах исследовательской деятельности людей: по исходному веществу и результату химической реакции можно строить предположения о том, как проходит такая реакция. По качеству посеянных семян и урожаю можно говорить о том, как происходит рост растений при некотором наборе почвенных или климатических условий. По тому, какие контрольные лампочки зажигаются на входной и выходной панелях неисправного прибора, можно судить о типе неисправности.
Тема черных ящиков привлекательна для младших школьников тем, что она широко использует коллективную игровую форму занятия. Демонстрационную серию игр начинает учитель (вводя стереотип игровой ситуации), а затем эстафету генерирования примеров принимают дети. Обсудив несколько примеров с числовой информацией, учитель вновь берет инициативу в свои руки и «разыгрывает» в качестве исполнителя задуманный им алгоритм обработки текстовой информации. Появляется знакомое из темы «Исполнители» сообщение «Не понимаю», свидетельствующее в данном случае о том, что алгоритм не воспринимает информацию того типа, к которому относится входная величина. Участники игры переключаются на обработку информации иного типа — текстовой.
Управляя бурным потоком изобретаемых детьми «черных ящиков», учитель настаивает на вдумчивых размышлениях над результатами испытаний, отдавая себе отчет в том, что младшим школьникам, как правило, свойственна поспешность. Такая настойчивость должна быть обоснована примерами торопливо высказанных и неверных гипотез, требующих поэтому корректировки и новых испытаний. Например, после двух испытаний:
ученик мог бы выдвинуть гипотезу — алгоритм подсчитывает число букв к. Однако, если бы он не поторопился, а сделал бы еще одно испытание:
| Вход | Выход |
| Кот | 1 |
| Котенок | 2 |
| Молоко | 3 |
то, вероятно, изменил бы свое мнение — задуман алгоритм, считающий буквы о во входном слове.
Тема «черных ящиков» поддержана в Роботландии программой Буквоед. Этот анализатор алгоритмов содержит коллекцию из более чем шестидесяти алгоритмов, обрабатывающих числовую, текстовую и даже графическую информацию (если к графике отнести начертания символов). Алгоритмы пронумерованы и расположены примерно в порядке увеличения их сложности.
В числе встроенных алгоритмов можно увидеть и алгоритмы, в которых предлагается отгадать алгоритмы не динамически, в ходе проведения испытаний, а статически, рассматривая протокол уже проведенных испытаний. В этих задачах скрыта очень полезная для повседневной жизни рекомендация: учиться не на своих, а на чужих ошибках.
Вот один из примеров таких «готовых» протоколов:
| Вход | Выход |
| кот | 4 |
| человек | 2 |
| паук | 8 |
| береза | 1 |
| муравей | 6 |
| рояль | 3 |
Из этого протокола не очень трудно сделать вывод: задуманный алгоритм подсчитывает число ног у входного объекта.
В меню Буквоеда есть пиктограммы, используемые как кнопки включения вспомогательных операций. Одна из них — калькулятор, выполняющий обычные арифметические операции (чтобы ученик не отвлекался на числовые подсчеты карандашом на листке бумаги), а другая — это справочник по русскому алфавиту (учитывая, что в ряде встроенных и проектируемых алгоритмов могут встречаться задачи, связанные с определением номера буквы в алфавите). Такая автоматизация вспомогательных операций делает программу Буквоед своеобразным АРМом — автоматизированным рабочим местом школьника, анализирующего алгоритмы Буквоеда. Когда значительно позднее — в старших классах — ученик встретится с оснащенным компьютером автоматизированным рабочим местом, он, вероятно, вспомнит свой первый АРМ.
|