Необходимость межпредметных знаний в информатике

 

Проблема межпредметных связей интересовала педагогов еще в далеком прошлом. Ян Амос Коменский выступал за взаимосвязанное изучение грамматики и философии, философии и литературы, Джон Локк — истории и географии.

В России значение межпредметных связей обосновывали В.Ф. Одоевский, К.Д. Ушинский и другие педагоги. В советское время много внимания межпредметным связям уделяла Н. К. Крупская. «Комплексность комплексности рознь,— писала она в 1932 г. в «Методических заметках». Есть комплексность, которая затемняет реальные связи и опосредствования, которая связывает воедино вещи, ничего общего между собой не имеющие и есть комплексность, способствующая пониманию существующих реальных связей между различными областями явлений и тем способствующая выработке цельного материалистического мировоззрения»

Комплексные программы 20-х гг. явились показателем стремления передовой педагогической общественности покончить с разобщенностью, с изоляцией учебных предметов. И хотя эти программы не оправдали возлагавшихся на них надежд, сама идея комплексности, как ее толкует Н. К. Крупская, но может быть отброшена и сейчас. Новый подъем интереса к проблеме межпредметных связей наблюдается в связи с научно-технической революцией.

Все больший интерес к межпредметным связям проявляют учителя. Накапливается большой практический опыт. Некоторые пути осуществления межпредметных связей намечены в новых типовых программах.

Участие межпредметных связей в развитии познавательных способностей, активности, умственной деятельности содержится в трудах Ананьева Б.Г., Выготского Л.С., Рубинштейна С.Л. и др. Однако не все аспекты проблемы исследованы с достаточной точностью. До сих пор нет более или менее точного общепризнанного определения межпредметных связей. Предлагаются их различные классификационные системы. В практике школы реализуются главным образом бинарные, в редких случаях тринарные связи (между двумя или тремя предметами). Не разработаны связи межцикловые (гуманитарных и естественнонаучных предметов). Научно не обоснована практическая методика межпредметных связей. Решение этих вопросов возможно лишь на путях тесного сотрудничества ученых, занимающихся проблемой, с одной стороны, и учителей массовой школы — с другой.

Генетически межпредметные связи восходят к межнаучным связям, а в конечном итоге — к наиболее общей закономерности существования мира — всеобщей связи явлений. В настоящее время происходят глубинные процессы взаимопроникновения и интеграции наук и вместе с тем их дифференциации. Сама «дифференциация научного знания оказывается в диалектическом смысле слова формой проявления интеграции, поскольку новые направления исследований «стирают» традиционно установившиеся границы между различными науками» Возникают связующие науки — биохимия, биофизика; синтезирующие науки — кибернетика; проблемные — онкология. Все большее влияние на естественные науки оказывают науки гуманитарные. Вместе с возрастанием человеческого фактора в социально-экономической жизни возрастает роль и влияние общественных наук, прежде всего философии как наиболее общей теории развития природы, общества, мышления, затем психологии, лингвистики, эстетики, логики и т.д. на стыках естественных и общественных наук возникают новые: математическая экономика, экономическая кибернетика, техническая эстетика, прикладная лингвистика. Междисциплинарный, межнаучный характер приобретает изучение биосферы.

Вместе с тем, как указывается в специальной литературе, интенсивные процессы взаимопроникновения и интеграции наук не должны приводить к стиранию или ослаблению их специфики, поскольку у каждой науки остается, и должен оставаться, свойственный только ей предмет исследования. Концепции и методы одной науки следует использовать в другой осторожно, строго критически, переосмысливая и видоизменяя их в соответствии с задачами и спецификой данной науки, с учетом диалектики взаимопереходов. Тенденции и выводы науки следует учитывать при построении системы межпредметных связей в высшей школе.

Начавшийся еще в 50-е годы процесс повышения теоретического уровня содержания образования поставил перед методистами проблему соотношения в нем теории и фактов. Усиление роли теоретического знания виделось в те годы в перемещении его на более ранние сроки обучения, что позволило использовать не только систематизирующую и объясняющую функции теорий, но и их прогностическую функцию (Ю.В.Ходаков). Этот процесс происходит и в настоящее время. Однако изменение соотношения фактологического и теоретического материала в пользу последнего приводит к недостаточному обоснованию теорий в сознании учащихся. Постепенное перемещение теоретического материала на начальные этапы обучения существенно уменьшило число фактов, служивших прежде его обоснованием.

Выход из создавшегося положения в настоящее время может быть найден при использовании в процессе преподавания информационной технологии обучения, позволяющей создать методически обоснованный поток информации, включающий, в частности, фактологический материал, который в дальнейшем может стать базой для проявления систематизирующей и объясняющей функций теоретического знания. Понятно, что создание информационного потока невозможно без использования персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ). Информационная технология открывает для учащихся возможность лучше осознать характер самого объекта, активно включиться в процесс его познания, самостоятельно изменяя как его параметры, так и условия функционирования. В связи с этим, информационная технология не только может оказать положительное влияние на понимание школьниками строения и сущности функционирования объекта, но, что более важно, и на их умственное развитие. Использование информационной технологии позволяет оперативно и объективно выявлять уровень освоения материала учащимися, что весьма существенно в процессе обучения.

Значительный вклад в теорию и практику использования информационной технологии обучения (компьютеризации обучения) внесли: А.П.Беляева, В.П.Беспалько, Я.А.Ваграменко, А.П.Ершов, М.И.Жалдак, В.М.Зеленин, В.А.Извозчиков, А.А.Кузнецов, Ю.К.Кузнецов, В.В.Лаптев, М.П.Лапчик, А.Е.Марон, И.В.Марусева, Е.И.Машбиц, А.Г.Мордкович, И.А.Румянцев, М.В. Швецкий и другие ученые. В работах этих авторов рассмотрены пути повышения эффективности обучения с использованием различных технических средств, некоторые способы классификации педагогических программных средств (ППС), проблемы компьютеризации естественных дисциплин и др.

Однако не все вопросы, стоящие перед компьютеризацией обучения, разработаны достаточно детально, что затрудняет внедрение ее в практику обучения. Так, недостаточно обоснована роль и место ПЭВМ в процессе обучения, сочетание компьютера с традиционными подходами к обучению учащихся, отсутствует единая классификация педагогических программных средств, не разработаны критерии оценки компьютерных программ и практическая методика применения ПЭВМ в обучении.

В результате возникло несоответствие между потребностями образовательных учреждений в использовании компьютерной технологии обучения и ограничениями ее, вследствие недоработки отдельных важных сторон использования ПЭВМ в практике.

На мой взгляд, повышение эффективности обучения различным дисциплинам при использовании информационной технологии возможно, если:

- определить роль и место использования информационной технологии в курсе обучения различным дисциплинам;

- сформулировать критерии отбора материала к содержанию ППС;

- разработать общие требования к обучающе-контролирующим программам и их созданию;

- разработать методику сочетания традиционного и информационно-технологического обучения.

Проблема соотношения объема информации (потока информации), который может предоставить компьютер ученику и объема сведений, которые ученик может во-первых, мысленно охватить, во-вторых - осмыслить, а в-третьих - усвоить.

Традиционный путь учебного познания заключается, согласно понятиям диалектической логики, в переходе от явления к сущности, от частного к общему, от простого к сложному и т.д. Такое «пошаговое» обучение позволяет ученику перейти от простого описания конкретных явлений, число которых может быть весьма ограниченным, к формированию понятий, обобщений, систематизации, классификации, а затем и к выявлению сущности разных порядков. Новый путь познания отличается большим информационным потоком, насыщенностью конкретикой (т.е. фактами), позволяет быстрее проходить этапы систематизации и классификации, подводить фактологию под понятия и переходить к выявлению различных сущностей. Однако скорость таких переходов и осмысления фактов, их систематизация и классификация ограничены природными возможностями человека и довольна слабо изучены. В связи с этим, соотношение традиционного и информационного потоков учебной информации не может быть точно определено. Сюда же относится и проблема ориентации учащихся в потоке информации, предоставляемой компьютером.

Ученика не приучили ориентироваться в мощном потоке учебной информации, он не может разделять ее на главное и второстепенное, выделять направленность этой информации, перерабатывать ее для лучшего усвоения, выявлять закономерности и т.п. В сущности, информация (сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах) может рассматриваться как некая многофакторная система, детали которой скрыты от учащихся, а потому и весь этот поток сведений в целом (его основы, направленность, цели, связи между элементами, причинно-следственные зависимости и т.п.) оказывается трудно доступным для восприятия.

В результате использования обучающих ППС происходит индивидуализация процесса обучения. Каждый ученик усваивает материал по своему плану, т.е. в соответствии со своими индивидуальными способностями восприятия. В результате такого обучения уже через 1-2 урока (занятия) учащиеся будут находиться на разных стадиях (уровнях) изучения нового материала. Это приведет к тому, что учитель не сможет продолжать обучение школьников по традиционной классно-урочной системе. Основная задача такого рода обучения состоит в том, чтобы ученики находились на одной стадии перед изучением нового материала и при этом все отведенное время для работы у них было занято. По-видимому, это может быть достигнуто при сочетании различных технологии обучения, причем обучающие ППС должны содержать несколько уровней сложности. В этом случае ученик, который быстро усваивает предлагаемую ему информацию, может просмотреть более сложные разделы данной темы, а также поработать над закреплением изучаемого материала. Слабый же ученик к этому моменту усвоит тот минимальный объем информации, который необходим для изучения последующего материала. При таком подходе к решению проблемы у преподавателя появляется возможность реализовать дифференцированное, а также разноуровневое обучение в условиях традиционного школьного преподавания.

«Машинное» и человеческое мышление существенным образом различаются. Если машина «мыслит» только в двоичной системе, то мышление человека значительно многостороннее, шире и богаче. Как использовать компьютер, чтобы развить у учащихся человеческий подход к мышлению, а не привить ему некий жесткий алгоритм мыслительной деятельности?

Процесс внедрения информационной технологии в обучение достаточно сложен и требует фундаментального осмысления. Применяя компьютер, необходимо следить за тем, чтобы ученик не превратился в автомат, который умеет мыслить и работать только по предложенному ему кем-то (в данном случае программистом) алгоритму. Для решения этой проблемы необходимо наряду с информационными методами обучения применять и традиционные. Используя различные технологии обучения, мы приучим учащихся к разным способам восприятия материала: чтение страниц учебника, объяснение учителя, получение информации с экрана монитора и др.. С другой стороны, обучающие и контролирующие программы должны предоставлять пользователю возможность построения своего собственного алгоритма действий, а не навязывать ему готовый, созданный программистом. Благодаря построению собственного алгоритма действий ученик начинает систематизировать и применять имеющиеся у него знания к реальным условиям, что особенно важно для их осмысления.

Работая с моделирующими ППС, пользователь может создавать различные объекты, которые по некоторым параметрам могут выходить за грани реальности, задавать такие условия протекания процессов, которые в реальном мире осуществить невозможно. Появляется опасность того, что учащиеся в силу своей неопытности не смогут отличить виртуальный мир от реального. Поэтому, во избежание возможного отрицательного эффекта использования информационной технологии в процессе обучения, при разработке ППС, содержащих элементы моделирования, необходимо накладывать ограничения или вводить соответствующие комментарии (например, «В реальных условиях ваша модель не может существовать» и т.п.), чтобы ученик не мог «уйти» за грани реальности в результате манипулирования явлениями. Виртуальные образы, наряду с опасностью создания нереальных ситуаций, могут сыграть положительную дидактическую роль. Информационная технология позволит учащимся осознать модельные объекты, условия их существования, улучшая, таким образом, понимание изучаемого материала и, что особенно важно, их умственное развитие. Следует отметить, что компьютер, как педагогическое средство, используется, как правило, эпизодически. Это объясняется тем, что при разработке современных курсов не стоял вопрос о привязке к ним информационной технологии. Применение компьютера, поэтому, оказывается целесообразным лишь при изучении отдельных тем, где имеется очевидная возможность вариативности. Для систематического использования информационной технологии в процессе обучения необходимо переработать (модернизировать) все курсы обучения.

Анализ исследований по проблеме применения информационной технологии в процессе обучения показал, что пока еще мало внимания уделено вопросам рассмотрения основных форм сочетания традиционной и информационной технологий обучения. Важным методическим принципом применения компьютерных программ является их совместимость с традиционными формами обучения. При планировании уроков необходимо найти оптимальное сочетание таких программ с другими (традиционными) средствами обучения. Наличие обратной связи с возможностью компьютерной диагностики ошибок, допускаемых учащимися в процессе работы, позволяет проводить урок с учетом индивидуальных особенностей учащихся. Контроль одного и того же материала может осуществляться с различной степенью глубины и полноты, в оптимальном темпе, для каждого конкретного человека. Таким образом, мы предполагаем, что информационную технологию наиболее целесообразно применять для осуществления предварительного контроля знаний, где требуется быстрая и точная информация об освоении знаний учащимися, при необходимости создания информационного потока учебного материала или для моделирования различных объектов.

Поскольку педагогические программные средства ориентированы на достижение поставленных преподавателем учебных целей, они должны разрабатываться с учетом предъявляемых к ним психолого-педагогических, эргономических, эстетических и конструтивно-технических требований (рис. 1). Из перечисленных выше требований мы выбрали те, которые, на наш взгляд, изучены недостаточно полно, но являются весьма существенными: отбор информации и конструирование ППС, организация деятельности учащихся, формы предъявления информации.

 

                                                          Общие требования

 

психолого-         эргономические      эстетические       конструктивно-

педагогические                                                                                  технические

отбор            расположение          выразительность конструктивная

материала         информации                                                универсальность

организация       использование                                              сопроводи-

деятельности             текста                    целостность       тельная до-

учащихся                                                                                        кументация

адаптивность        представление              кадры-             эффективность

                                     информации              заставки           труда препод.

                 

формы                    применение                                           эффективность

предъявления          изображений                                            труда учащегося

 информации                                                        

организация

взаимодействия

учащегося с ЭВМ

оценка          

результатов

 

 

Рис.1. Структура общих требований, предъявляемых к обучающе-контролирующим программным средствам

 

Проведенные исследования позволили, во-первых, доказать необходимость пересмотра традиционных и разработки новых методик обучения с использованием ПЭВМ; во-вторых, для повышения качества обучения при использовании информационной технологии необходимо учитывать возникающие при этом психолого-педагогические и методические проблемы; в-третьих, обучающе-контролирующие программы должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к учебному программному обеспечению.

При выборе ППС для реализации различных учебных задач необходимо учитывать их тип и структуру. Известно, что структура ППС зависит от его назначения. Так, основной функцией обучающей программы является обучение, контролирующей - контроль, а ППС обучающе-контролирующего типа совмещают в себе обе эти функции. Были подробно рассмотрены обучающие и контролирующие функции ППС, а также их структура. Обучающие ППС (рис.2) предполагают наличие двух составляющих: демонстрационной, выводящей на экран информацию согласно заранее разработанного сценария и имитационно-моделирующей, позволяющей пользователю управлять динамикой изучаемого процесса. Демонстрационная часть программы предполагает, что все числовые данные и варианты ответов, а также художественные образы и графики, заложены разработчиками в компьютерную программу. Работая с этой частью программы, пользователь (учитель, ученик) в процессе демонстрации уже не имеет возможности включаться в технологический процесс и управлять им. Все (изменение параметров, скорость протекания реакции и т.д.) должно быть учтено на этапе составления такой программы и ее использование наиболее целесообразно при объяснении нового материала (лекции, семинары).

 

 

                                      Запуск программы и заставка

Меню выбора

                                                   (установочный блок)

Демонстрационная составляющая: мультфильмы, справочные материалы, химические и математические формулы и т.д. согласно заранее разработанному сценарию	Имитационно-моделирующая составляющая     Задание. Ввод данных                                   НЕТ Обработка данных ДА Моделирование и вывод на экран   Формирование заключительных кадров
	Сообщение ученику	Сообщение учителю (статистика)

 

Рис. 2. Структура обучающей функции ППС.

 

С методической точки зрения наибольший интерес представляет имитационно-моделирующая составляющая часть программы (правая часть рис.2), которая позволяет ученику как бы «погрузиться» в изучаемый процесс, меняя те или иные его параметры, управлять этим процессом и достигать желаемые результаты. Здесь наиболее ярко проявляется присущая исключительно компьютеру обучающая функция программы.

Анализ отечественных и зарубежных ППС обучающе-контролирующего типа позволил выявить имеющиеся в них положительные и отрицательные моменты. К основным недостаткам можно отнести следующие: большинство разработанных ППС предназначены для изучения отдельных тем или разделов учебника, не учтены общедидактические и общепедагогические задачи, слабо развиты эффективные системы самоконтроля, отсутствует информационный поток знаний. К достоинствам следует отнести наличие редактора справочной информации, открытой (сопряженной с графическим редактором) библиотеки графических фрагментов, режима произвольно регулируемой лупы для корректировки деталей изображения и др. Таким образом, для успешной реализации различных учебных задач необходимо учитывать структуру и тип ППС, а задания для компьютерных программ контролирующего типа должны отличаться четкостью и конкретностью, исключающими ошибочные представления о знаниях контролируемого ученика.

Целесообразность применения информационной технологии в обучении не вызывает сомнений, но эффективность этого технического средства значительно повышается, если его использование будет не эпизодическим, а систематическим, на протяжении всего курса. К сожалению, при разработке традиционного курса не предполагалось использование информационной технологии, в связи с чем необходимо разработать критерии отбора учебных тем, которые целесообразно изучать с применением информационной технологии. Критерии отбора учебных тем для компьютерного обучения можно сформулировать следующим образом: учебный материал темы должен способствовать созданию информационного потока, используемого как для вывода теоретического знания, так и его применения; содержание темы должно предполагать возможности управления учащимися моделями объектов. Эти критерии, а также анализ учебников для компьютеризированного курса, позволяют отобрать учебные темы традиционного курса, изучение которых можно проводить с использованием ПЭВМ.

Разработка специального учебного компьютерного курса выдвигает новые требования к отбору содержания, позволяющие формировать целенаправленные учебные информационные потоки. Критерии отбора содержания для такого курса можно свести к следующим положениям:

- отбираемое содержание должно способствовать созданию потока информации;

- отбираемый материал должен быть адаптирован для учащихся соответствующего возраста;

- отбираемый материал должен включать различные виды наглядности;

- отбираемое практическое содержание должно способствовать построению моделей объектов разного рода и выявлению закономерностей их функционирования;

- конструкция содержания должна способствовать классификации и систематизации потока информации, предъявляемой учащимся.

Под термином «информация» мы подразумеваем учебное сообщение, осведомление о различных явлениях, условиях их протекания, закономерностях и т.п., воспринимаемое и осознаваемое учащимися.

Понятие «информация» мы отличаем от понятия «информационный поток». При этом мы различаем два вида информационного потока:

- первый вид - это совокупность материальных объектов (явлений, процессов), которые необходимо проанализировать и систематизировать ученику для уяснения изучаемого материала;

- второй вид - это набор различных условий и параметров, которые подбираются (задаются, вводятся учеником или учителем, программистом) с целью получения определенного результата (выполнения задания) компьютерного эксперимента. Под информационной технологией обучения мы понимаем такую технологию, при которой учащиеся должны работать с мощным специализированным потоком учебной информации, получаемой с помощью компьютерной технологии и ППС.

При изучении используются различные наглядные средства, но с внедрением компьютерной технологии представляло интерес произвести классификацию этих средств обучения и дать их подробную характеристику (схема 3).

 

                                                           Наглядные средства

               Наглядность I рода                       Наглядность II рода

Наглядность III рода

Рис.3. Классификация наглядных средств

 

Наглядность I рода - это все то, что учащиеся видят непосредственно в результате проведения реальных экспериментов, а также внешний и внутренний облик зданий, цехов различных производств и т.п.

Наглядность II рода - это символьная (модельная) запись проводимых или демонстрируемых процессов и явлений, запись с помощью символов различных превращений (реакций), графическое отображение образования и разрушения связей и т.п.

Наглядность III рода - это мультимедийная наглядность, которая позволяет не только сочетать в динамике наглядности I и II рода, но и значительно расширить и обогатить их возможности введением фрагментов мультимедиа благодаря использованию информационной технологии. Отличительной особенностью III типа наглядности является возможность объединения реального объекта и его сущности на разных уровнях. Наряду с этим компьютер предоставляет возможность пользователю (ученику или учителю) активно подключаться к демонстрациям, ускоряя, замедляя или повторяя, по мере необходимости, изучаемый материал, управлять и моделировать сложными процессами, систематизировать, классифицировать и фиксировать на экране монитора необходимую информацию и т.п.

Из классификации наглядных средств и предложенных выше определений видно, что наглядность III рода позволяет с высокой эффективностью изучать и моделировать объект и условия его существования, способствует повышению умственного развития учащихся.

Таким образом, очевидно, что применение информационной технологии в процессе обучения по традиционным программам возможно лишь эпизодически, при изучении отдельных тем. Для более полного и систематического применения информационной технологии в процессе обучения необходимо переработать образовательные программы в соответствии с учетом возможностей компьютера и разработанных критериев отбора и структурирования содержания. При работе с компьютерными программами следует различать термины «информация» и «поток информации». Обучение учащихся в среде потока учебной информации и является информационной технологией обучения.

Очевидно, что успешность использования информационной технологии во многом зависит от того, насколько свободно учащиеся владеют компьютером. Поэтому первой задачей эксперимента мы считали оперативное обучение учащихся использовать его в своей учебной деятельности. Вторая задача эксперимента состояла в изучении возможностей усвоения учащимися материала в условиях использования информационной технологии обучения. В ходе проведенного эксперимента было выявлено, что первый сеанс работы с обучающе-контролирующей программой является для большинства учащихся довольно тяжелым. Напряжение первого общения с обучающе-контролирующей программой в значительной степени снимается при последующих контактах с ЭВМ. У учащихся лучше регулируется внимание, стабилизируется время отработки вопроса, уменьшается число механических ошибок при использовании клавиатуры.

Систематическое применение компьютера в учебном процессе является первоочередной задачей эффективного использования ПЭВМ в обучении.

Результаты педагогического эксперимента показали, что, во-первых, учащиеся довольно быстро обучаются использовать компьютер в учебной деятельности. Во-вторых, использование информационной технологии позволяет повысить качество обучения, сделать его более полным, наглядным и доступным. Наличие устойчивой обратной связи в цепи «преподаватель-ученик» позволяет своевременно выявлять и устранять пробелы в знаниях учащихся, что способствует повышению успеваемости. Организация контроля с помощью предложенных обучающе-контролирующих компьютерных программ является достаточно эффективной, а сами программы соответствуют требованиям, предъявляемым к программному обеспечению. Разработанная методика их использования позволяет значительно повысить уровень успеваемости учащихся за счет индивидуализации процесса контроля знаний.