Ядром методической системы обеспечения всеобщей компьютерной грамотности является новый учебный предмет «Основы информатики и вычислительной техники».
Содержание курса определялось из целей и задач обеспечения всеобщей компьютерной грамотности учащихся, а также с учетом следующих принципиальных позиций:
на первом этапе внедрения курса информатики подавляющее большинство школ страны не располагали вычислительной техникой, поэтому первый вариант учебного пособия был ориентирован на безмашинный вариант изучения курса;
компьютерная грамотность обеспечивается изучением не одного курса информатики, а комплекса учебных предметов. Поэтому при разработке содержания этого курса учитывались функции и вклад в компьютерную грамотность других предметов;
курс основ информатики и вычислительной техники, ставший фундаментальной компонентой общего среднего образования, разрабатывался как общеобразовательный и доступный для всех учащихся, т. е. он должен решать задачи не только подготовки учащихся к практической деятельности, внедрения компьютеров в большинство областей народного хозяйства, но и задачи умственного развития, формирования научного мировоззрения, воспитания учащихся и др. Кроме того, общеобразовательный характер этого учебного предмета требует доступности его содержания для всех школьников, учащихся ПТУ и техникумов;
курс информатики должен иметь межпредметный характер;
курс информатики должен сформировать у учащихся совокупность знаний, умений и навыков, обеспечивающих достижение второй задачи внедрения ЭВМ в среднее образование — широкое использование компьютеров в процессе изучения всех общеобразовательных учебных предметов, а также и трудовое обучение;
информатика как наука является «молодой» отраслью научного знания, поэтому имеется немало различных позиций относительно круга вопросов, составляющих ее предмет, а также удельного веса каждого из этих вопросов в содержании этой науки. Поэтому курс школьной информатики как основы данной отрасли знаний должен отражать ту инвариантную часть этой науки, которая содержится в определении предмета информатики, даваемого различными авторами;
как другой любой школьный предмет основы информатики должны не только познакомить учащихся с кругом вопросов, изучаемых этой наукой, но и сформировать определенный комплекс практических умений и навыков. Обеспечить курс системой задач и упражнений, практических работ в условиях безмашинного варианта обучения было возможно, лишь сосредоточив основное внимание на его содержании, на формировании алгоритмической культуры, развитии навыков программирования. Однако такое перераспределение удельного веса в пользу этих компонентов компьютерной грамотности — временная мера, отражающая специфику именно безмашинного варианта изучения курса.
Содержание курса базируется на трех фундаментальных понятиях современной науки: информация — алгоритм — ЭВМ. Именно эта система понятий задает обязательный уровень теоретической подготовки.
В задачи нового курса входит:
овладение основными умениями алгоритмизации;
формирование представлений о возможности автоматизации выполнения алгоритма;
усиление прикладной и политехнической направленности алгоритмической линии, заключающееся в конкретной реализации алгоритмов решения задач на современных ЭВМ;
ознакомление с основами современной вычислительной техники на примере рассмотрения общих принципов работы микрокомпьютера;
формирование представления об этапах решения задачи на ЭВМ;
ознакомление с основными сферами применения вычислительной техники, ее ролью в развитии общества.
Основная позиция авторского коллектива при создании учебного пособия заключается в том, что курс основ информатики и вычислительной техники есть общеобразовательный предмет. Его главная задача — дать школьникам основы науки информатики, а не сделать их профессиональными программистами. Поэтому, среди фундаментальных понятий, отражающих общеобразовательный характер науки информатики в учебном пособии были отобраны понятия компьютерного подхода к решению задач и алгоритма.
Алгоритмический стиль мышления является характерной чертой науки информатики. Он проявляется не только как метод решения задачи, но и как последовательность методов подготовки задачи к ее решению на ЭВМ. Эту последовательность также можно рассматривать как своеобраз-ный алгоритм. Отдельными шагами этого алгоритма являются этапы решения задачи.
Как всегда, решение задачи начинается с ее постановки. В информатике этот этап приобретает особое значение благодаря тому, что в постановке задачи участвуют реальные, а не математические объекты. Чтобы решить такую задачу, необходимо построить ее математическую модель. Об этом этапе поговорим подробнее. Понятие математической модели в неявном виде присутствует и в школьных курсах математики и физики, однако только в курсе информатики понятие модели формулируется в явном виде, и ставятся задачи на построение модели. Понятие модели, появившееся в курсе основ информатики,— одно из самых важных «приобретений» для средней школы. Ведь понятие модели в наши дни приобрело чрезвычайную общность и уже вышло из сферы чисто математических понятий. Оно широко используется в химии, биологии, социологии и т. д. В мировоззренческом плане очень важно научить школьников различать факты, относящиеся к реальному миру и к его модели.
Алгоритмический язык предназначен для единообразной записи и исполнения алгоритмов. Методическая целесообразность его введения в курс заключается в следующем. С одной стороны, алгоритмический язык близок к естественному языку. Командами алгоритмического языка могут быть любые предложения русского языка в повелительном наклонении. С другой стороны, правила алгоритмического языка составлены таким образом, чтобы сделать его похожим на реальный язык программирования, который учащимся придется изучать в дальнейшем. Таким образом, с первых шагов изучения информатики учащиеся получают теоретические представления о конструкциях, которые лежат в основе практически всех современных языков программирования.
Изучение алгоритмического языка — одна из важнейших задач курса информатики. Алгоритмический язык выполняет две основные функции. Во-первых, его применение позволяет стандартизировать, придать единую форму всем рассматриваемым в курсе алгоритмам, что важно для формирования алгоритмической культуры школьников. Во-вторых, изучение алгоритмического языка является пропедевтикой изучения языка программирования. Методическая ценность алгоритмического языка объясняется еще и тем, что в условиях, когда многие школьники не будут располагать ЭВМ, алгоритмический язык является наиболее подходящим языком, ориентированным для исполнения их человеком.
Изучение языка программирования в курсе основ информатики преследует две цели. Во-первых, это иллюстративная цель — показать школьникам, как конструкции алгоритмического языка могут быть выражены средствами языка программирования, предназначенного для ЭВМ. Во-вторых, прикладная цель — дать учащимся возможность исполнить на ЭВМ те несложные алгоритмы, которые они освоили или разработали сами при изучении основ алгоритмизации.
Одна из важнейших задач курса информатики — познакомить учащихся с основными областями применения ЭВМ, сформировать представления о вычислительной технике как средстве повышения эффективности деятельности человека. Конечно, эта задача должна пронизывать все содержание курса, каждый урок по этому предмету. Однако при отсутствии в школе кабинетов вычислительной техники особая роль здесь принадлежит экскурсии в Вычислительный центр.
С точки зрения содержания курса произойдет значительная переориентация на формирование умений использования ЭВМ в различных областях деятельности человека, умений применять готовое прикладное программное обеспечение. С точки зрения методики обучения произойдет коренная перестройка организации учебного процесса на основе систематической работы школьников с компьютером как средством обучения. Это сделает усвоение учебного материала более доступным, значительно усилит познавательные возможности школьников, существенно активизирует их самостоятельную учебную деятельность.
Новая программа и методика курса позволит в более полной мере решить задачу достижения компьютерной грамотности, как она поставлена в «Основных направлениях реформы общеобразовательной и профессиональной школы» — вооружить учащихся знаниями и навыками использования современной вычислительной техники.
Школьники должны освоить системы обработки текстовой информации, получить навыки работы с текстами на ЭВМ, хранения и вывода текстов на печать, познакомиться с машинной графикой. Большое прикладное значение будет иметь формирование в курсе умений работать с базами данных, с электронными таблицами, а также формирование навыков применения пакетов прикладных программ для решения разного рода задач. Наконец, учащиеся познакомятся с такими важнейшими сферами использования вычислительной техники в производстве, как станки с программным управлением, машины со встроенными микропроцессорами, автоматизированные рабочие места. Школьники получат представление об АСУ и автоматизации проектирования, применения ЭВМ в науке, медицине, образовании. Следует подчеркнуть, что это знакомство произойдет не только на страницах учебника, но прежде всего в процессе работы пусть с простейшими учебными, но реальными системами, реализованными на школьной ЭВМ.
Информатика на своих уроках объединит в ЭВМ предмет и средство обучения. Это окажет значительное влияние на организацию учебного процесса. Специфика урока информатики проявится прежде всего в существенном объеме практических работ с использованием ЭВМ, при котором «контактное время» работы с ЭВМ составляет не менее половины урока. В курсе предусматриваются три вида организованного использования кабинета вычислительной техники на уроках информатики: демонстрация, лабораторная работа (фронтальная) и практикум. Эти виды практических работ различаются по длительности и по соотношению роли преподавателя и учащихся.
Демонстрация: работу на ЭВМ ведет учитель; учащиеся либо наблюдают за его действиями через демонстрационный экран, либо воспроизводят эти действия на своих рабочих местах. Лабораторная работа (фронтальная): сравнительно короткий (3—15мин) период самостоятельной, но синхронной работы учащихся с учебным программным средством, направленной либо на его освоение, либо на закрепление материала, объясненного учителем, либо на проверку усвоения полученного знания или операционного навыка. Роль учителя во время фронтальной лабораторной работы — обеспечение синхронности действий учащихся и оказание экстренной помощи по инициативе учеников. Практикум: выполнение протяженной самостоятельной работы с компьютером в пределах одного-двух уроков по индивидуальному заданию; работа требует синтеза знаний и умений по целому разделу курса. Учитель главным образом обеспечивает индивидуальный контроль за работой учащихся.
Формирование навыков работы с компьютером, освоение прикладного программного обеспечения в курсе информатики позволит реализовать вторую важнейшую задачу внедрения ЭВМ в школу — обеспечить широкое использование компьютеров в процессе изучения всех общеобразовательных учебных предметов, а также в трудовом обучении.
При обучении математике могут найти применение, прежде всего следующие возможности современных компьютеров.
1. Быстрота и надежность обработки информации любого вида. Отметим, что для обработки числовой информации можно использовать не только микроЭВМ, но и калькулятор.
2. Представление информации в графической форме. По своим графическим (демонстрационным) возможностям микроЭВМ практически не уступают даже цветному телевидению, но позволяют активно влиять на ход демонстраций, что значительно повышает их методическую ценность.
3. Хранение и быстрая выдача больших объемов информации. Например, все используемые в курсе математики таблицы могут храниться в памяти компьютера. Требуемая информация выдается на экран после одного-двух нажатий клавиш.
Возможности применения микроЭВМ на уроках зависят от программного обеспечения машин. Все используемые на занятиях программы можно условно разделить на обучающие и учебные. Обучающие программы создаются для того, чтобы заменить учителя в некоторых видах его деятельности (при объяснении нового материала, закреплении пройденного, проверке знаний и т. п.).
Цель учебных программ — помочь ученику в его познавательной деятельности, работе на уроке. Использование учебных программ осуществляется при участии и под руководством учителя. С помощью учебных программ можно выполнить разнообразные вычислительные операции, анализировать функции, строить и исследовать математические модели различных процессов и явлений, использовать графику машины для повышения наглядности изучаемого материала.
Использование пакетов прикладных учебных программ, готового программного обеспечения является одной из самых важных компонентов формирования компьютерной грамотности. При этом значительно расширяются межпредметные связи между многими учебными дисциплинами, особенно между математикой и информатикой. Вычислительная техника, проникая в школьную математику, может оказать большое влияние на ее содержание и структуру и, кроме того, привести к нетрадиционным формам обучения.