1. Предмет методики преподавания информатики

1.1. Информатика как наука и учебный предмет в школе

Во второй половине прошлого века произошел ряд событий, которые знаменуют появ­ление науки информатики: создание первой цифровой ЭВМ, публикация фундаментальных трудов Н.Винера, К.Шеннона, фон Неймана. В научный обиход вошел термин «кибернетика», а вскоре вслед за ним - англоязычный термин «Computer Science» (компьютерная наука), кото­рый достаточно широко распространен в Соединенных Штатах Америки, Канаде и других странах для наименования научной и учебной дисциплины, изучающей процессы обработки, хранения и передачи информации при помощи компьютеров и телекоммуникационных систем.

В конце 60-х - начале 70-х гг. XX века французские ученые ввели термин «informatique» (информатика), образованный, по-видимому, как производное от двух французских слов -«informatione» (информация) и «avtomatique» (автоматика). Новый термин получил распростра­нение в СССР (позже в России и странах СНГ) и странах Западной Европы.

Как отмечается в [51], в русском языке употребление термина «информатика» (примерно с середины 1960-х гг.) было связано с научно-технической информацией, библиотековедением и документалистикой. Так, в Большой Советской Энциклопедии информатика рассматривалась как «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации (выделено на­ми. - М.В.В.), а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности» [30].

По мнению А.П. Ершова, начиная со второй половины 1970-х гг., в отечественной лите­ратуре стало широко закрепляться другое толкование термина «информатика». А.П. Ершов ут­верждал, что этот термин вводится в русский язык «...как название фундаментальной естест­венной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. При таком толковании информатика оказывается более непосредственно связанной с философскими и общенаучными категориями, проясняется и ее место в кругу «традиционных» академических научных дисцип­лин». Комментируя это определение информатики, А.П.Ершов отмечал далее: «Сознавая неко­торую относительность деления наук на естественные и общественные, мы все же относим ин­форматику к естественно-научным дисциплинам в соответствии с принципом вторичности соз­нания и его атрибутов и с представлением о единстве законов обработки информации в искус­ственных, биологических и общественных системах. Отнесение информатики к фундаменталь­ным наукам отражает общенаучный характер понятия информации и процессов ее обработки. Информатика как самостоятельная наука вступает в свои права тогда, когда для изучаемого фрагмента мира построена так называемая информационная модель. И хотя общие методологи­ческие принципы построения информационных моделей могут быть предметом информатики, само построение и обоснование информационной модели является задачей частной науки. По­нятия информационной и математической моделей очень близки друг к другу, поскольку и та и другая являются знаковыми системами. Информационная модель - это то сопряжение, через которое информатика вступает в отношение с частными науками, не сливаясь с ними, и в то же время не вбирая их в себя» [23, с. 29-30].

Между тем среди отечественных ученых с самого начала становления информатики как самостоятельной отрасли науки не было полного единодушия в ответе на вопрос, что такое ин­форматика.В том же сборнике «Становление информатики» дано определение: «Информатика -комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проекти­рования, создания, оценки, функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) (вы­делено нами. - М.В.В.) систем переработки информации, их применения и воздействия на раз­личные области социальной практики» [70]. В определении не только явно подчеркивается связь самого возникновения информатики с развитием компьютерной техники, но и то, что ин­форматика - это следствие развития ЭВМ.

По мнению М.П. Лапчика, предмет информатики, как и кибернетики, образуется на осно­ве широких областей своих приложений, а объект - на основе общих закономерностей, свойст­венных любым информационным процессам в природе и обществе.

Информатика изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных информационных процессов (технологий). Эти информационные процессы и тех­нологии и есть объект информатики.

Предмет информатики определяется многообразием ее приложений. Различные инфор­мационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управ­ление производственным процессом, системы проектирования, финансовые операции, образо­вание и т.п.), имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой. Тем са­мым образуются различные «предметные» информатики, базирующиеся на разных наборах операций и процедур, различных видах кибернетического оборудования (во многих случаях наряду с компьютером используются специализированные приборы и устройства), разных ин­формационных носителях и т.п.

Область интересов информатики - это структура и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами поиска, сбора, хранения, преобразования, передачи и исполь­зования информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Обработка огром­ных объемов и потоков информации немыслима без автоматизации и систем коммуникации, поэтому электронные вычислительные машины и современные информационные и коммуни­кационные технологии являются и фундаментальным ядром, и материальной базой информа­тики [51].

Как считает Д.А. Поспелов, структуру информатики в настоящее время определяют сле­дующие основные области исследования [97]:

• теория алгоритмов (формальные модели алгоритмов, проблемы вычислимости, сложность вычислений и т.п.);

• логические модели (дедуктивные системы, сложность вывода, нетрадиционные исчисления: индуктивный и дедуктивный вывод, вывод по аналогии, правдоподобный вывод, немонотонные рассуждения и т.п.);

• базы данных (структуры данных, поиск ответов на запросы, логический вывод в базах данных, активные базы и т.п.);

• искусственный интеллект (представление знаний, вывод на знаниях, обучение, экспертные cистемы и т.п.);

• бионика (математические модели в биологии, модели поведения, генетические системы иалгоритмы и т.п.);

• распознавание образов и обработка зрительных сцен (статистические методы распознавания, использование призначных пространств, теория распознающих алгоритмов, трехмерные сцены и т.п.);теория роботов (автономные роботы, представление знаний о мире, децентрализованное управление, планирование целесообразного поведения и т.п.);

• инженерия математического обеспечения (языки программирования, технологии создания программных систем, инструментальные системы и т.п.);

• теория компьютеров и вычислительных сетей (архитектурные решения, многоагентные системы, новые принципы переработки информации и т.п.);

• компьютерная лингвистика (модели языка, анализ и синтез текстов, машинный перевод ит.п.);

• числовые и символьные вычисления (компьютерно-ориентированные методы вычислений, модели переработки информации в различных прикладных областях, работа с естественно­языковыми текстами и т.п.);

• системы человеко-машинного взаимодействия (модели дискурса, распределение работ в смешанных системах, организация коллективных процедур, деятельность в телекоммуникационных системах и т.п.);

• нейроматематика и нейросистемы (теория формальных нейронных сетей, использование нейронных сетей для обучения, нейрокомпьютеры и т.п.);

• использование компьютеров в замкнутых системах (модели реального времени, интеллектуальное управление, системы мониторинга и т.п.).

На рис. 1 приведена структура предметной области «Информатика» в той интерпретации, которая была представлена в Национальном докладе Российской Федерации на II Междуна­родном Конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика». Эта структурная схема включает четыре раздела: теоретическая информатика, средства информатизации, информационные технологии, социальная информатика. При этом теоретическая информатика содержит фило­софские основы информатики, математические и информационные модели и алгоритмы, а так­же методы разработки и проектирования информационных систем и технологий.

Школьный учебный предмет информатики не может включать всего того многообразия сведений, которые составляют содержание активно развивающейся науки информатики. В то же время школьный предмет, выполняя общеобразовательные функции, должен отражать в се­бе наиболее общезначимые, фундаментальные понятия и сведения, раскрывающие существо науки, вооружать учащихся знаниями, умениями, навыками, необходимыми для изучения ос­нов других наук в школе, а также подготавливающими молодых людей к будущей практиче­ской деятельности и жизни в современном информационном обществе.

Часть информатики, обслуживающая проблемы средней школы, получила название школьной информатики. Впервые в отечественной литературе этот термин введен в концепту­альном документе, разработанном под руководством А.П.Ершова [24]. В нем школьная инфор­матика определяется как ветвь информатики, занимающаяся исследованием и разработкой про­граммного, технического, учебно-методического и организационного обеспечения применения ЭВМ в школьном учебном процессе.

В области технического обеспечения школьная информатика имеет своей целью эконо­мически обосновать выбор технических средств для сопровождения учебно-воспитательного процесса школы; определить параметры оборудования типовых школьных кабинетов вычисли­тельной техники (КВТ); найти оптимальное соотношение использования серийных средств и оригинальных разработок, ориентированных на среднюю школу.

Учебно-методическое обеспечение школьной информатики состоит в разработке учебных программ, методических пособий, учебников по школьному курсу информатики, а также по всем школьным предметам, которые могут испытывать методологическое влияние информати­ки, и по курсам, при преподавании которых планируется использование средств информатики.

К проблемам организационного обеспечения, связанного с внедрением и поддержанием новой информационной технологии учебного процесса, в частности, относятся: организацион­но-технические мероприятия по обеспечению и последующему сопровождению технической базы школьной информатики и организации разработки, тиражирования и доставки педагоги­ческих программных средств (П ПС) в школу; подготовка и переподготовка кадров для всех уровней системы просвещения и прежде всего школьных учителей, способных нести в массо­вую школу информатику как новую научную дисциплину, как инструмент совершенствования преподавания других школьных предметов, как стиль мышления.

Среди принципов формирования содержания общего образования современная дидактика выделяет принцип единства и противоположности логики науки и учебного предмета. Как от­мечает в этой связи Б.Т.Лихачев, «идея единства и противоположности логики науки и логики конструирования учебного предмета обусловлена тем, что наука развивается в противоречиях. Она пробивает себе дорогу сквозь толщу предрассудков, совершает скачки вперед, топчется на месте и даже отступает. Педагогическая логика содержания учебного предмета учитывает ло­гику развития основных категорий, понятий данной науки. Вместе с тем педагоги и психологи руководствуются необходимостью учета возрастных особенностей освоения материала школь­никами, организуют его на основе как восхождения от абстрактного к конкретному, так и от конкретного к абстрактному» [57; с. 378].

Динамику развития методологии информатики Е.А. Ракитина [105] прослеживает по то­му, как определялся основной предмет науки информатики и цель соответствующего учебного курса в школьных учебниках, учебных пособиях и программах курса (Табл. 1). Как видно из таблицы, хотя общий смысл определения информатики и основной цели школьного курса ин­форматики у разных авторов близок, но различия в деталях, сказывающиеся при отборе содер­жания курса, довольно значительные. Важно, что во многих учебниках подчеркивается дея-тельностный характер информатики.

Один из основных вопросов, дискутируемых до настоящего времени, - это вопрос о том, как изучать информатику в общеобразовательной школе: в отдельном учебном курсе, как дис­циплину в составе одного из уже имеющихся курсов или целесообразнее рассредоточить учеб­ный материал по информатике среди ряда учебных дисциплин.

Авторы статьи [52] обосновывают положение учебного предмета «Информатика» в структуре школьных учебных дисциплин: «Общее кибернетическое образование является базо­вым компонентом содержания общего образования. Это значит, что на него распространяется следующая дидактическая формула: всякий базовый компонент общего образования включает­ся в содержание образования двояко - в виде особого учебного предмета (сегодня это курс ин­форматики) и в виде «вкраплений» во все другие учебные предметы».

До сих пор существуют различные подходы к пониманию информатики и ее предмета. В этом смысле весьма показательным является следующий пример. А.Л. Семеновым, одним из соруководителей группы разработчиков утвержденного стандарта по информатике, высказана идея о том, что «есть наука информатика, или теоретическая информатика..., а есть ин­формационные технологии» (выделено авторами цитаты - М.В.В.) [114, с. 3].

Таблица 1.

Определение информатики и основной цели школьного курса информатики в различных учебных пособиях

Эта идея нашла отражение, например, и в документах [28, 68], входящих в ком­плект новых образовательных стандартов, утвержденных Минобразования РФ:

Информатика - наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования ин­формационных систем.

В документе [68] в разделе, посвященном целям изучения учебного предмета «Информатика и ИКТ», после приведенного выше определения следуют слова: «Она способствует формированию современного научного мировоззрения, развитию интел­лектуальных способностей и познавательных интересов школьников; освоение бази­рующихся на этой науке (информатике. - М.В.В.) информационных технологий необ­ходимо школьникам как в самом образовательном процессе, так и в повседневной бу­дущей жизни» [68, с.6].