Формирование основных логических форм мышления в процессе обучения информатике

4 Формирование основных логических форм мышления в процессе обучения информатике Формирование информационных понятий Информационное понятие – особая форма мышления, включающая систему образов (составляют объем понятия), термин, которым они обозначаются, и систему взаимосвязанных суждений о свойствах этих образов (содержание понятия). В дидактике и психологии процесс формирования понятий описывается схемой Джона Локка (см. схему 1). Эта схема показывает, что для формирования понятий учащиеся должны быть включены в следующие последовательные виды деятельности: 1) восприятие объектов, явлений или процессов реальной действительности; 2) описание свойств этих объектов, явлений или процессов; 3) сопоставление выделенных свойств; 4) объединение всех объектов, обладающих одним и тем же набором свойств в понятие (отождествление их). Схема 1 - Формирование понятий (по Д. Локку) Одна из особенностей курса информатики состоит в том, что формирование понятий по схеме Локка не приводит к полному раскрытию 3 их содержания, так как большая часть содержания не доступна чувственному восприятию учащихся (как пользователей), а также искажает некоторые образы понятий. Пример 1. Содержание понятия «файл» включает следующие смысловые значения данного термина (отнесенные к различным его определениям): Ф – это информация (логический блок информации), Ф – это последовательность байтов, Ф – это поименованная область или место на диске, Ф – это способ организации виртуального ввода-вывода, Ф - это абстрактный механизм сохранения информации на диске, Ф – это концепция вычислительной техники, позволяющая получить доступ к ресурсу вычислительной системы. Однако результатом чувственного восприятия учащихся, как пользователей, могут быть лишь следующие образы файла:  Ф - значок  Ф - имя,  Ф - информация,  Ф - физическое место хранения информации,  Ф - действия, совершаемые с информацией. Поэтому в курсе информатики 5-7 классов файл определяется через систему его внешних признаков: «файл – это информация, хранящаяся в долговременной памяти как единое целое и обозначенная именем» (Л.Л. Босова, 6 класс). При этом образ файла как места хранения информации на диске создается не верно (учащиеся считают, что файл – это некая непрерывная физически (как борозда) область на диске, на которой и записан файл). 4 В действительности можно выделить несколько способов организации физического размещения файлов: 1) непрерывное размещение; 2) размещение в виде связанного списка блоков; 3) размещение с использованием связанного списка индексов; 4) перечень номеров блоков. Вторая особенность курса информатики состоит в том, что в нем формируются понятия разной природы: 1) понятия-объекты (реальные или виртуальные), фиксируют существенные свойства и образы объектов, являющихся инструментом, предметом или результатом деятельности с информацией. Реальные объекты представляют собой элементы аппаратного обеспечения (процессор, винчестер, клавиатура и т.д.). Виртуальные объекты, в отличие от реальных, имеют двойную сущность: у них есть физическая основа, чувственно не воспринимаемая и не доступная органам чувств (частицы намагниченного материала) и есть форма объекта, доступная чувственному восприятию (в виде значка или имени). 2) понятия-действия (умственные, практические, виртуальные), фиксируют существенные свойства и образы действий с реальными или виртуальными объектами. Умственные действия представляют собой мыслительные операции по созданию виртуального объекта (например, обдумывание шагов алгоритма, отбор применяемых команд языка программирования). Практические действия представляют собой действия, осуществляемые с реальными объектами (компьютерным оборудованием). Виртуальные действия – это действия с виртуальными объектами, направленные на создание их физической сущности. Например, компиляция файла, содержащего программу, написанную по определенным правилам, – это преобразование исходной программы файла 5 в машинные коды (команды процессора), компоновка файла – это преобразование откомпилированной программы в вид, позволяющий ее перемещение в оперативную память средствами операционной системы. Третья особенность курса информатики состоит в том, что часть понятий уже отнесена к субъектному опыту учащихся: 1) опыт оперирования понятиями ограничен рамками работы с компьютером, например, понятие «файл»; 2) опыт оперирования понятиями отнесен к другим сферам деятельности, например, «код»; 3) опыт оперирования понятиями отнесен как к работе с компьютером, так и к другим сферам деятельности. При этом смысловые значения, отнесенные к этим сферам, могут быть как согласованы (меню, рабочий стол, функция), так и не согласованы, и тогда они будут мешать усвоению понятий курса (гипертекст). Каждое понятие, в том числе и информационное, характеризуется:  термином (слово или словосочетание языка информатики, обозначающее это понятие),  содержанием (множество всех свойств изучаемых объектов, закрепленных в понятии – свойств понятия),  объемом (множество объектов, обладающих этим набором свойств – область истинности предиката). Например: термин – программа, содержание – свойство быть алгоритмом, (как результат) все свойства алгоритма, свойство быть записанным по правилам языка программирования, (как результат) свойство формальной исполнимости любым компьютером, объем (раскрывается через классификацию) – в соответствии с областями применения компьютеров можно провести следующую классификацию программ: 1) системные программы (операционные системы, драйверы 6 устройств, декодеры), 2) офисные программы (текстовые редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы создания презентаций, программы оптического распознавания текста), 3) программы для работы в Интернете (браузеры, почтовые программы, Off-line браузеры), 4) программы для работы с графикой (графические редакторы, анимационные редакторы, программы для просмотра и систематизации изображений), 5) программы для работы со звуком (проигрыватели аудио треков и файлов, мультимедиа проигрыватели, редакторы аудио файлов, аудио трекеры, конвертеры аудио файлов, программы распознавания звука), 6) программы для работы с видео (проигрыватели видео файлов, редакторы видео файлов, конвертеры видео файлов), 7) инструментальные программы (языки программирования, программы автоматизированного проектирования), 8) программы для обслуживания компьютеров (служебные программы (утилиты), программы-архиваторы, антивирусные программы), 9) программы для учебы (обучающие и учебные программы, справочные программы и энциклопедии), 10) игры (логические, аркады, стратегии, симуляторы, квесты, ролевые). Содержание и объем понятия жестко связаны между собой: увеличение содержания понятия приводит к сужению его объема, а расширение объема понятия – к сужению его содержания. Пример 2. Если из содержания понятия «программа» убрать свойство «записанный по строгим правилам языка программирования», то его объем увеличится (получим любой алгоритм, представленный в виде блок-схемы или описанный на естественном языке). Если к содержанию понятия «программа» добавить свойство «быть записанным на языке Си++», то его объем уменьшится до программ, в которых реализуются принципы объектно-ориентированного программирования. 7 Содержание информационных понятий может раскрываться двумя способами: 1) перечислением всех свойств, характеризующих действия с объектами, входящими в объем понятия (если их количество конечно), например, «файловая система позволяет модифицировать файл, копировать файл, удалять файл, перемещать файл» или «информационная система – это система, построенная на базе предназначенная значительных для хранения, объемов поиска, информации, компьютерной техники, обработки имеющая и передачи определенную практическую сферу применения»; 2) введением определения, утверждения в котором фиксируется необходимый и достаточный набор свойств понятия для определения его объема и вывода всех остальных его свойств, например, сетевые адаптеры – технические устройства, выполняющие функции сопряжения компьютеров с каналами связи. Объем информационного понятия может раскрываться также двумя способами: 1) перечислением всех объектов (если объем информационного понятия конечен), например, в 9 классе учащимся предлагается понятие «машина Паскаля», объем этого понятия состоит из единственного объекта, который демонстрируется учащимся (картинкой или устным описанием) – первая механическая счетная машина, которую изобрел Блез Паскаль в 1645 году. Объем понятия «основные типы полей» состоит из четырех объектов: числовой, символьный, логический, «дата». 2) классификацией объектов понятия (представлением его в виде множества классов эквивалентности). Например, объем понятия «файл» может быть раскрыт через классификацию файлов по видам информации в 8 них содержащейся (графический, текстовый, звуковой, видео, исполняемый и т.д.). К классификации объема информационного понятия предъявляются следующие требования: 1) классификация должна проводиться по определенному признаку, которое не является свойством понятия (позволяет различать 2 объекта, принадлежащие одному понятию). Так, например, для понятия файл основным свойством является свойство «содержит информацию», оно не может стать основанием классификации, поэтому в качестве основания классификации выбираем «вид информации»), 2) классы объектов не должны пересекаться, 3) ни один класс объектов не должны быть пустым, 4) объединение всех классов должно составлять объем всего понятия. В курсе информатики понятия вводятся либо через поясняющие описания, либо через определения. Например, понятие «параметр» вводится через поясняющее описание: «это признак или величина, характеризующая какое-либо свойство объекта и принимающая различные значения». Понятие «плотность записи» вводится через определение: «объем информации, записанной на единице длины дорожки». В школьном курсе информатики (особенно в пропедевтических курсах) далеко не все изучаемые понятия вводятся через определение. Например, в школе не вводятся определения следующих понятий: файл, файловая система, протокол, домен и т.д. Это объясняется тем, что либо понятия абстракты, и учащиеся не готовы к пониманию определения понятия, либо отсутствует теоретическая база, в рамках которой такое определение могло бы быть дано. 9 Еще одной отличительной особенностью школьного курса информатики является существование понятий, которые уточняются несколько раз в связи с различными причинами: 1) изменение аспекта изучения, например, понятие «центральный процессор» первоначально может быть определено через указание его функций: «это устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера», затем через описание технических особенностей этого устройства: «это кремневый кристалл, выращенный по специальной технологии, внутри которого находится огромное количество мельчайших элементов, именуемых транзисторами, соединенных контактами из металла», 2) постепенное повышение требований к уровню строгости форм мышления. Например, в авторской программе Н.В. Макаровой понятие «модель» в 5 классе раскрывается с использованием следующего текста: «Вы уже знакомы с понятием модель и моделирование. С моделями вы часто сталкиваетесь в учебе: это и глобус, и чучело животного, и увеличенное зерно злаковой культуры. В графическом редакторе вы моделировали рисунок ткани, мозаичный узор, отражая при этом некоторые свойства будущего изделия (сочетание цветов, пропорции)». Затем в 8-9 классе это понятие определяется следующим образом: «модель – это аналог (заместитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики». В ТиМОИ процесс формирования информационных понятий представлен технологической цепочкой, состоящей из трех этапов (таблица 1). 10 Таблица 1 - Процесс формирования информационных понятий Название этапа I. Подготовительный этап II. Основной этап III. Этап закрепления Содержание этапа Создание мотивационной, чувственной и информационной базы для введения понятия. Введение термина, символа, определения или описания понятия, включение в деятельность подведения объектов под понятие, описания свойств объектов понятия. Включение введенного понятия в систему ранее известных понятий, формирования новых понятий с его использованием. Результат Готовность к восприятию нового понятия Знания термина, символа, определения, причин введения понятия в науку, этимологии термина, готовность к оперированию понятием с опорой на его определение и/или чувственный образ. Развертывание знаний о новых свойствах понятий и умений осуществлять действия, соответствующие образовательным функциям понятия. Для реализации третьего этапа этой схемы необходимо знать, какие отношения можно устанавливать на множестве информационных понятий (предшествования, сравнимости содержания, совместимости объемов): Схема 2 - Отношения между информационными понятиями 11 Задание 1. Используя учебник по информатике для 7 класса Л.Л. Босовой, заполните таблицу: Задание 2. Используя методическую схему, представьте процесс формирования понятия «операционная система» (7 класс). 12