Статья на тему "Развитие алгоритмического мышления у учащихся на уроках информатики"

«Развитие алгоритмического мышления у учащихся на уроках информатики»

Надмидова О.В., учитель информатики и математики МКОУ «Городовиковская СОШ №3»

Современные профессии, предлагаемые выпускникам учебных заведений, становятся все более интеллектоёмкими.

Информационные технологии, предъявляющие высокие требования к интеллекту работников, занимают лидирующее положение на международном рынке труда. Но, если навыки работы с конкретным техническим устройством можно приобрести непосредственно на рабочем месте, то мышление, не развитое в определенные природой сроки, таковым и останется.

Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе в первую очередь необходимо развивать логическое мышление, способность к анализу (вычленению структуры объекта, выявлению взаимосвязей, осознанию принципов организации) и синтезу (созданию новых схем, структур и моделей).

Новое содержание обучения требует от учителя разработки новой методики, которая обеспечивала бы не только сообщение учащимся все возрастающего объема знаний, но еще и более быстрые темпы восприятия, переработки и усвоения научной информации, выработку умения самостоятельно пополнять и приобретать новые знания, критически осмысливать их.

Решение социальных, экономических и культурных проблем, характерных для сегодняшней действительности, определяется готовностью личности жить и работать в новых социально-экономических условиях, способностью к осуществлению непрерывного образования. Реализация данных требований существенно меняет заказ, адресованный современной школе. Проводимые изменения в системе высшего и среднего образования позволяют говорить о том, что школа сегодня реально ориентируется на многообразие образовательных потребностей, на личность обучаемого. Вариативное образование помогает школьникам обрести иные пути понимания и переживания знаний в изменяющемся мире. Современному ученику нужно передавать не столько информацию, как собрание готовых ответов, сколько метод их получения, анализа и прогнозирования интеллектуального развития личности.

В условиях современной системы образования проблема развития логического мышления учащихся приобретает особую актуальность. Именно логическое мышление как личностное качество обучаемых наиболее ярко проявляется в обнаружении и преодолении противоречий, возникающих затруднений. В этих условиях активизации учебной деятельности создает возможность решать проблему первичности формирования способностей к творчеству и вторичности знаний, которые опять же нужны для развития творческих качеств личности ученика.

Мышление — наиболее обобщенная и опосредованная форма психического отражения, устанавливающая связи и отношения между познаваемыми объектами.

Известно, что человек, выросший в полной изоляции от человеческой культуры, так никогда и не сможет научиться правильному, с нашей точки зрения, мышлению.

Логическое мышление — вид мышления, осуществляемый при помощи логических операций с понятиями. Аналитическое мышление развернуто во времени, имеет четко выраженные этапы, в значительной степени представлено в сознании самого мыслящего человека. По С. Л. Рубинштейну, всякий мыслительный процесс является актом, направленным на разрешение определенной задачи, постановка которой включает в себя цель и условия. Мышление начинается с проблемной ситуации, потребности понять. При этом решение задачи является естественным завершением мыслительного процесса, а прекращение его при недостигнутой цели будет воспринято субъектом как срыв или неудача.

Развитие логического мышления в старшей школе:

Я, как педагог, все чаще убеждаюсь в огромной значимости использования информационных технологий, компьютерной техники. Это привлекает учащихся, заинтересовывает их и, главное, по моему мнению, помогает в дальнейшей жизни. В течение работы я пытаюсь　 развивать у детей творческие способности средствами развития логического мышления.

Для формирования логического мышления можно применить тесты, которые разделяются на три основные группы: словесные, символико-графические и комбинированные. К первой группе относятся анаграммы и вербальные тесты. Анаграммой называется слово, в котором поменяны местами все или несколько букв. Сущность упражнения состоит в восстановлении “разрушенного” слова, например, НЛКИЕАЙ (ЛИНЕЙКА). Интересны для учащихся и случаи, когда в упражнении включено задание: “Исключить лишнее слово”. Например, МАПРЯЯ, ЧУЛ, РЕЗОТОК, РИПЕТРОМ. Упражнение состоит из двух частей:

Или же, например, нимотро, ансерк, чеврнисрете. (монитор, сканер, винчестер. Лишнее слово: винчестер)

Задания символико-графического типа предназначаются для формирования умений и навыков применения теоретического материала при решении задач, для повторения и закрепления материала, для ее систематизации и обобщения.

Развитие логического мышления учащихся через текстовые задачи.

Педагогами неоднократно утверждалось, что развитие у детей логического мышления – это одна из важных задач обучения. Умение мыслить логично, выполнять умозаключения без наглядной опоры, сопоставлять суждение за определенными правилами – необходимо условие успешного усвоение учебного материала. Ведь в любой задаче заложены большие возможности для развития логического мышления. Нестандартные логические задачи – отличный инструмент для такого развития. Существует значительное множество такого рода задач. Решение данных задач моделирую в Excel, что способствует усвоению сразу две темы: Логика и работа в Excel.

Пример: На одной улице стоят в ряд 4 дома, в которых живут 4 человека: Алексей, Егор, Виктор и Михаил. Известно, что каждый из них владеет ровно одной из следующих профессий: Токарь, Столяр, Хирург и Окулист, но неизвестно, кто какой и неизвестно, кто в каком доме живет. Однако, известно, что:

1) Токарь живет левее Столяра

2) Хирург живет правее Окулиста

3) Окулист живет рядом со Столяром

4) Токарь живет не рядом со Столяром

5) Виктор живет правее Окулиста

6) Михаил не Токарь

7) Егор живет рядом со Столяром

8) Виктор живет левее Егора

Выясните, кто какой профессии, и кто где живет, и дайте ответ в виде заглавных букв имени людей, в порядке слева направо. Например, если бы в домах жили (слева направо) Константин, Николай, Роман и Олег, ответ был бы: КНРО

Развитие логического мышления учащихся через программирование.

Алгоритмизация, как раздел информатики, который изучает процессы создания алгоритмов, традиционно относится к теоретической информатике вследствие своего фундаментального характера. При этом сторонники “пользовательского” подхода при изучении школьной информатики говорят об отсутствии практической значимости этого раздела для развития навыков пользователя современного программного обеспечения. Вследствие развития новых информационных технологий появляется возможность в пределах раздела “Основы алгоритмизации” давать общенаучные понятия информатики и в то же время формировать и развивать умение и навыки, необходимые пользователю при работе с современным программным обеспечением, т.е. появляется возможность сделать раздел “Основы алгоритмизации” мостиком между теоретической и практической информатикой.

Шаги в этом направлении делали авторы многих школьных программ по информатике. Стоит вспомнить работы А.Г.Кушниренко, Ю.А.Первина, А.Л.Семенова по внедрению “конструктивистской” парадигмы при изучении теоретической информатики. Одним из принципов этой парадигмы является самостоятельное добывание учениками знаний, которые формируются при работе с реальными и виртуальными объектами. Реализация этого принципа основывается на использовании творческих деятельностных сред, таких как ЛогоМиры, Кумир, Роботландия.

Изучение алгоритмизации и программирования направлено на развитие логического мышления детей, на умение разрабатывать алгоритмы, находить пути и способы решения задачи, а в целом, на повышение общего интеллектуального потенциала.

Умение организовать деятельность по решению некоторой задачи, разделить задачу на более мелкие подзадачи, составить необходимую последовательность действий – все это означает способность разработать алгоритм решения. Логическое мышление универсально, применимо в любой профессиональной сфере, а его основы должны быть заложены при изучении курса общеобразовательной школы.

Раздел программирования в учебном курсе информатики и ИКТ изучается только на профильном и углубленном уровнях в старшей школе.

Однако, в ЕГЭ по информатике и ИКТ вопросы по алгоритмизации и программированию составляют 34% от всех вопросов. Развивать логическое мышление нужно с раннего возраста, основа закладывается до 12 лет, но и в течение всей жизни есть необходимость в его развитии.

В основе системы знаний учащихся лежит сформированность системы понятий изучаемой предметной области.

Владение понятийным аппаратом в большей степени определяет понимание учебного материала, его использование для решения прикладных задач. Каждое новое вводимое понятие должно быть четко определено, раскрыта суть изучаемого понятия, кроме того, должны быть определены связи данного понятия с другими понятиями, как уже введенными, так еще неизвестными учащимся.

При формировании понятий информатики необходимо учитывать, что они имеют весьма абстрактный характер (например, понятие «информационная модель», «информация»).

«Педагогическая психология на основе изучения процесса формирования у школьников многих понятий дает следующие рекомендации: чем абстрактнее понятие, тем больше конкретных объектов должно быть подвергнуто анализу с целью выявления существенных его черт, тем шире должно «работать» данное понятие при описании и объяснении конкретных объектов. Лишь на основе анализа конкретных объектов и в процессе использования понятие предстает в своем полном объеме, выделяются все его существенные стороны. В противном случае усвоение понятия имеет словесный, книжный характер, его словесное обозначение не вызывает у учащихся никакой ассоциации.

Логические схемы понятий являются именно таким представлением информации человеку, когда смысловое содержание понятия дополняется не только перечислением признаков данного понятия, но и наглядным представлением его взаимосвязи с другими понятиями.

Включенность понятия в совокупность взаимосвязей помогает появлению дополнительных ассоциаций, закреплению понятия в схемах мышления учащихся, переносу знаний о понятии из одной области на знания из другой областей.

Практика применения логических схем понятий на уроках информатики подтверждает положение о том, что чем больше умственных усилий мы прилагаем к тому, чтобы организовать информацию, придать ей целостную, осмысленную структуру, тем легче она потом запоминается.

Очень интересна работа учащихся, когда они «подыскивают место» новому понятию в существующей структуре. В процессе такой деятельности обучаемые должны анализировать структуры своих собственных знаний, что помогает им включать новые знания в структуры уже имеющихся знаний и представлений. Самостоятельное составление учащимися информационно-логических схем по незаполненным (пустым) схемам-паутинкам способствует повышению познавательного интереса учащихся, достижению успехов в обучении. Умение систематизировать знания и представлять их в различных видах имеет также самостоятельную ценность для развития мышления учащихся.

Данная форма организации работы на уроках информатики является хорошим пропедевтическим приемом изучения темы «Основы алгоритмизации».

Развитию логического мышления способствует формирование навыков построения алгоритмов. Поэтому в курс информатики включен раздел «Основы алгоритмизации». Основная цель раздела – формирование у школьников основ алгоритмического мышления.

Под способностью алгоритмически мыслить понимается умение решать задачи различного происхождения, требующие составления плана действий для достижения желаемого результата.

Алгоритмическое мышление, наряду с алгебраическим и геометрическим является необходимой частью научного взгляда на мир.

Каждый человек постоянно выполняет алгоритмы. Обычно нет необходимости думать о том, какие действия и в каком порядке при этом совершаются. Если же алгоритм требуется объяснить человеку, ранее с ним незнакомому (или, скажем, ЭВМ), то алгоритм необходимо представить в виде четкой последовательности простейших действий.

Любой формальный исполнитель (в том числе и ЭВМ) рассчитан на выполнение ограниченного набора действий (операций). При работе с ним учащиеся сталкиваются с необходимостью построения алгоритмов с использованием фиксированного набора операций (системы команд).

Под алгоритмической культурой школьников понимается совокупность специфических представлений, умений и навыков, связанных с понятием алгоритма и средствами его записи.

Таким образом, понятие алгоритма является первым этапом формирования у учащихся представлений об автоматической обработке информации на ЭВМ.

Алгоритмы используются при решении не только вычислительных задач, но и для решения большинства практических задач.

При построении алгоритмов учащиеся учатся анализировать, сравнивать, описывать планы действий, делать выводы; у них вырабатываются навыки излагать свои мысли в строгой логической последовательности.

Подбирая задания при изучении основных алгоритмических конструкций необходимо учитывать следующие аспекты:

• Какие мыслительные операции будут «работать» при ее решении;

• Будет ли сама постановка задачи способствовать активизации мышления учащихся;

• Какие критерии развития мышления можно применить в ходе решения этой задачи.

Чтобы при разборе задачи направить обсуждение в нужное русло, рекомендуется использовать побуждающие вопросы. Эти вопросы носят открытый характер, т.е. не предполагают какого-либо единственного «правильного» ответа. Учащиеся ведут активный и свободный интеллектуальный поиск, сообразно со своими личными мыслительными способностями.

Например, можно использовать следующий блок побуждающих вопросов с последующей фиксацией мыслительных операций, которыми будут пользоваться учащиеся при решении задачи «Дан одномерный массив А, размерность которого равна 10. Определить число элементов в массиве, значение которых кратно 5.»

Структурной элементарной единицей алгоритма является простая команда, обозначающая один элементарный шаг переработки или отображения информации. Простая команда на языке схем изображается в виде функционального блока, который имеет один вход и один выход (Приложение 2). Из простых команд и проверки условий образуются составные команды, имеющие более сложную структуру и тоже один вход и один выход. В соответствии с принципом минимальной достаточности методических средств, допускаются всего три базовые конструкции — следование, ветвление (в полной и сокращенной формах), повторение (с постусловием и предусловием). С помощью соединения только этих элементарных конструкций (последовательно или вложением) можно «собрать» алгоритм любой степени сложности.

При разработке алгоритмов необходимо использовать только базовые конструкции и стандартным образом их изображать, что позволит облегчить понимание структуры алгоритма, отвлечься от несущественных деталей и сконцентрировать внимание учащихся на нахождении способа решения задачи.

Использование блок-схемы позволяет высветить сущность выполняемого процесса, дать определение командам ветвления и повторения, которое будет понято учащимися, запомнено и применено в их учебной деятельности.

В ряде учебников первой изучаемой конструкцией после команды следования является цикл, поскольку это дает возможность сократить запись алгоритма. Как правило, это конструкция «повторить n раз». Такой подход приводит к трудностям в освоении циклов как структуры организации действий, качественно отличающейся от линейной.

Во-первых, другие разновидности цикла с предусловием и с постусловием (цикл «пока», цикл с параметром, цикл «до») воспринимаются как изолированные друг от друга и главный признак — повторяемость действий — не выступает в качестве системообразующего.

Во-вторых, без внимания остаются опорные умения, которые необходимы при разработке циклов: правильное выделение условия продолжения или окончания цикла, правильное выделение тела цикла. Проверка условия в цикле «повторить n раз» практически не видна, и циклический алгоритм часто продолжает восприниматься учащимися как линейный, только иначе оформленный, что порождает неверный стереотип у учащихся в восприятии циклов вообще.

Изучение команды повторения следует начинать с введения цикла с постусловием, поскольку в этом случае учащемуся дается возможность вначале продумать команды, входящие в цикл, и только после этого сформулировать условие (вопрос) повторения этих команд. Если же сразу вводить цикл с предусловием, то учащимся придется выполнять оба эти действия одновременно, что снизит эффективность проведения занятий. В то же время цикл с постусловием рассматривается в качестве подготовки восприятия учащимися цикла с предусловием, обеспечивает перенос знаний на другой вид команды повторения, дает возможность работать по аналогии. Следует обратить внимание учащихся на то, что данные виды цикла отличаются по месту проверки условия, по условию возврата к повторению выполнения тела цикла. Если в команде повторения с постусловием тело цикла выполняется хотя бы один раз, то в команде повторения с предусловием оно может ни разу не выполняться.

Среди определений понятия «команда повторения» в учебной литературе встречается такое: цикл — это команды алгоритма, которые позволяют несколько раз повторить одну и ту же группу команд. В данной формулировке не сказано, почему имеется возможность повторения и сколько раз можно повторять, почему повторяется обязательно группа команд. Опираясь на структурную схему команды повторения (Приложение 2), можно предложить следующее определение.

Повторение - это составная команда алгоритма, в которой в зависимости от соблюдения условия может повторяться выполнение действия.

1. Заг А.В. Как определить уровень мышления школьников.

2. Зорина Л.Я. Дидактические основы формирования систем знаний старшеклассников. М., 1978.

3. Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики. М.: Просвещение, 1983.

4. Левченко И. В., канд. пед. наук. Московский городской педагогический университет // Информатика и образование №5’2003 с.44-49

5. Леденев В.С., Никандров Н.Д., Лазутова М.Н. Учебные стандарты школ России. М.: Прометей, 1998.

6. Лыскова В.Ю., Ракитина Е.А. Применение логических схем понятий в курсе информатики.

7. Павлова Н.Н. Логические задачи. Информатика и образование №1, 1999.

8. Платонов К.К., Голубев Г.Г. Психология. М.: Просвещение, 1973.

9. Понамарева Е.А. Основные закономерности развития мышления. Информатика и образование №8, 1999.

10. Поспелов Н.Н., Поспелов И.Н. Формирование мыслительных операций у школьников. М.: Просвещение, 1989.

11. Самовольникова Л.Е. Программно-методические материалы: Информатика. 1-11 класс.

12. Столяренко Л.Д. Основы психологии. 3-е издание. М., 1999.

13. Суворова Н.И. От игр и задач к моделированию. Информатика и образование №6, 1998.