1.1. Інформатика як наука і як навчальний предмет

Основні характеристики інформатики як галузі відповідних наукових знань обумовлюють особливості інформатики як навчальної дисципліни і впливають на формування адекватної часткової методики та на систему методичної підготовки майбутніх вчителів інформатики. Незважаючи на складні взаємовідносини науки і навчальної дисципліни без орієнтації на чітко визначений предмет науки формування навчальної дисципліни істотно ускладнюється. Тому розглянемо сучасні підходи до виявлення об'єкта і предмета інформатики як науки і визначимо, який з них потрібно покласти в основу побудови відповідних шкільних і вузівських навчальних предметів для подальшої розвитку системи методичної підготовки майбутніх вчителів інформатики.

Інформатика, як і будь-яка інша наука, може бути визначена різними способами і через різні поняття. Відсутність на сьогоднішній день загальновизнаного стислого означення інформатики як науки пов'язано з бурхливим процесом ЇЇ розвитку, внаслідок якого означення, яке здається коректним сьогодні, стає незадовільним вже в найближчому майбутньому.

Під інформатикою розуміють науку про методи накопичення, передавання, зберігання інформації. Останнім часом деякими авторами особливий акцент робиться на процеси опрацювання знань. Роль теорії штучного інтелекту в інформатиці була обґрунтована академіком М.С. Поспєловим [224], У зв'язку з цим В.Д.Ільїн [92] пропонує предметом інформатики як науки вважати процес створення, накопичення і застосування знань, а К.К.Колін визначає інформатику як загальнонаукову дисципліну⁷, яка вивчає властивості, закономірності, процеси, методи І засоби формування, зберігання і розповсюдження знань в природі і суспільстві.

Багато американських вчених характеризують інформатику як частину теоретичної математики, яка породила перехід в інформатику через поняття алгоритму. Одне з найбільш розгорнутих означень інформатики як наукової дисципліни дано в звіті групи американських експертів, в якому під Discipline of Computing розуміється систематичне вивчення алгоритмічних процесів, призначених для опису і перетворення інформації, їх теорії, аналізу, проектування, ефективності, виконання і застосувань.

Аналізуючи зміст кожного з аспектів процесів накопичення, зберігання, передавання і опрацювання інформації, можна помітити, що він пов'язаний з певним аспектом формалізму. Задача накопичення і зберігання інформації пов'язана із задачею її знакового подання. Опрацювання інформації засновано на можливості формального перетворення знакових систем. Нарешті, комунікативний аспект інформації пов'язаний із задачею інтерпретації цих систем.

Враховуючи вищезазначене можна дати таке означення: Інформатика - це фундаментальна природнича наука, об'єктом якої є інформаційні процеси в навколишньому світі, предметом - формальні системи, що моделюють інформаційні прощею, і відображення формальних систем на архітектуру комп'ютерних систем за допомогою побудови інформаційних моделей, методологією є обчислювальний експеримент.

Під формальними системами будемо розуміти точні математичні об'єкти, дослідження яких можна вести математичними методами. Особливість формальних систем, які задають алгоритми, полягає в тому, що в них забезпечується однозначність (детермінованість) алгоритму.

Можливість застосування чітких правил на кожному кроці робить формальні системи зручним засобом для опису різних множин. Множина, що породжується формальною системою, - це множина об'єктів, які отримують ся з початкових за допомогою всіх можливих послідовностей застосувань правил.

Під архітектурою комп'ютерних систем розуміють:

1) загальну схему інформаційних зв'язків і зв'язків управління, способи організації обчислювального процесу в комп'ютерних системах:

2) сукупність властивостей і основних характеристик комп'ютерних систем, найбільш істотних для користувача.

Під обчислювальним експериментом будемо розуміти людську діяльність, пов'язану з розв'язуванням задач за допомогою комп'ютера.

Таким чином, можна виділити наступну систему базових понять інформатики: інформація, інформаційні процеси, формальні системи, інформаційна модель (алгоритм, структури даних), архітектура комп'ютерних систем, обчислювальний експеримент.

Визначимо поняття "інформаційні технології"" і "інформаційно-комунікаційні технології".

На думку М.Маркова [156] технологія - це спосіб реалізації людьми конкретного складного процесу шляхом поділу його на систему послідовних взаємопов'язаних процедур і операцій, які виконуються більш або менш однозначно і мають на меті досягнення високої ефективності.

На всіх етапах розвитку суспільства інформаційні технології забезпечували інформаційний обмін між людьми, колективами, інститутами, відображали відповідний рівень розвитку систем реєстрації, зберігання, опрацювання і передавання інформації і, по суті, були синтезом методів оперування людей інформацією в інтересах своєї діяльності.

Термін "інформаційні технології" запровадив В.М.Глушков у [37], там же дано означення: "Інформаційні технології - процеси, пов'язані з опрацюванням інформації". При такому підході стає очевидним, що в навчанні інформаційні технології використовувалися завжди, тому що навчання є процесом передавання інформації від учителя до учня. Кожна методична система, будучи відділеною від свого автора і відтвореною деякою іншою людиною, перетворюється в технологію, тому що вона описує, як опрацювати, перетворити і передати інформацію для найкращого засвоєння учнем. Це стосується як часткових методик, що відносяться до будь-якого предмету чи теми, так і загальних, таких, як проблемне навчання, програмоване навчання, "комунікативна орієнтація" (чи комунікативний метод, що використовується у навчанні іноземних мов). Методики не називали інформаційними технологіями лише тому, що даний термін пов'язаний з появою обчислювальної техніки (хоча про неї у означенні інформаційної технології не згадується). Коли ж комп'ютери стали настільки широко використовуватися в освіті, що з'явилася необхідність говорити про інформаційні технології навчання, з'ясувалося, що вони давно фактично реалізуються в процесах навчання, і тоді з'явився термін "нові інформаційні технології навчання", а з часом з появою потужних телекомунікація і глобальної мережі Інтернет з'явився уточнюючий термін - інформаційно-комунікаційні технології навчання.

Значення даного поняття ще не устоялося, але більшість авторів схильні до висновку, що інформаційно-комунікаційні технології (ІКТ) - інформаційні технології на базі персональних комп'ютерів, комп'ютерних мереж і засобів зв'язку, для яких характерна наявність "люб'язного" середовища роботи користувача. Тепер сформулюємо означення інформатики: Інформатика - комплексна наукова і інженерна дисципліна:

• об'єктом якої є інформаційні процеси будь-якої природи;

• предметом є інформаційно-комунікаційні технології, які реалізовуються за допомогою обчислювальних систем;

• методом є обчислювальний експеримент.

Фундаментальним ядром інформатики є інформологія - наука про інформацію, а також алгоритміка (теорія алгоритмів разом з її філософськими висновками, алгоритмічно нерозв'язними проблемами та ін.), а сучасна комп'ютерна техніка - її матеріально-технічною основою.

Важливою особливістю інформатики є те, що вона мас найширші застосування, що охоплюють найрізноманітніші галузі людської діяльності: виробництво, управління, наука, освіта, проектні розробки, торгівля, грошово-касові операції, медицина, криміналістика, охорона навколишнього середовища, мистецтвознавство, побут та інші. Головне значення тут має вдосконалення соціального управління на основі нових інформаційно-виробничих технологій. Інформатика вивчає те спільне, що властиве численним різновидам конкретних інформаційних процесів (технологій). Ці технології і є об'єктом вивчення інформатики.

Предмет інформатики визначається різноманітністю її застосувань. Інформаційні технології, що використовуються у різних видах людської діяльності (управління виробничим процесом, наукові дослідження, проектування, фінансові операції, освіта та ін.), з одного боку мають деякі спільні риси, а з іншого - суттєво відрізняються. Утворюються різні «предметні» інформатики, що базуються на різних операціях і процедурах, різних видах обладнання (в багатьох випадках поряд з комп'ютером використовуються спеціалізовані прилади і пристрої), інформаційні носії тощо.

У зв'язку з розвитком інформатики виникає питання про її взаємозв'язки і розмежування з кібернетикою. Інформатика і кібернетика мають багато спільного_: заснованого на концепції управління, однак інформатика повністю не поглинається кібернетикою. Один з підходів розмежування інформатики І кібернетики - це віднесення до галузі інформатики досліджень інформаційних технологій не в системах будь-якої природи: біологічних, технічних та ін., а лише в соціальних системах. Крім того, за кібернетикою зберігаються дослідження загальних законів руху інформації у довільних системах, у той час як інформатика, спираючись на цей теоретичний фундамент, вивчає технологію, конкретні способи і прийоми збирання, зберігання, опрацювання, передавання, подання та використання інформації. Кібернетичні - принципи не залежать від окремих реальних систем, а принципи інформатики завжди знаходяться в технологічному зв'язку саме з реальними системами.

Моделювання і алгоритмізація - два основних методи інформатики.

Для сфери освіти суттєвим є визначення предметної галузі інформатики, яке відображає всі фундаментальні основи цієї галузі наукового знання. В табл. 1.1 відображена структура предметної галузі "Інформатика", яка була подана на II Міжнародному Конгресі ЮНЕСКО "Освіта і інформатика". Ця структурна схема включає чотири розділи: теоретична інформатика, засоби інформатизації, інформаційні технології, соціальна інформатики. При ньому теоретична інформатика включає філософські основи інформатики, математичні і інформаційні моделі і алгоритми, а також методи розробки і проектування інформаційних систем і технологій.

У сучасному розумінні інформатика являє собою комплексний науковий напрямок, який має міждисциплінарний характер. її розвиток суттєво впливає на розвиток ряду інших наукових напрямків, в чому проявляється інтегративна функція інформатики в системі наук.

В інформаційному суспільстві інформатика є фундаментальною загальноосвітньою дисципліною, що інтегрує наукові досягнення людства. Сучасні інформаційно-комунікаційні технології справляють суттєвий вплив на економічну, соціальну, науково-технічну і культурну сфери життя суспільства, що спричинює радикальні зміни не тільки в сфері виробництва і ділової активності людей, але і у всій соціальній сфері.

Найбільш важливими тенденціями розвитку інформатики в останні роки є:

• В галузі наукової методології відбувається філософське переосмислення ролі інформації в розвитку природи і суспільства, росте розуміння загальнонаукового значення інформаційного підходу, як фундаментального методу наукового пізнання.

• В галузі теоретичної інформатики найбільш перспективними є дослідження загальних властивостей інформації, як одного з проявів реальності, вивчення принципів Інформаційної взаємодії в природі і суспільстві, а також основних закономірностей реалізації інформаційних процесів у різних інформаційних середовищах.

Таблиця 1.1 Фундаментальні основи інформатики

• В галузі розвитку засобів інформатизації прогнозується подальше зростання масового виробництва і поширення персональних комп’ютерів, створення глобальних і регіональних мереж обміну інформацією.

• В галузі інформаційних технологій очікується істотне розширення їх функціональної придатності щодо опрацювання і використання зображень, мовної інформації, текстових документів результатів наукових вимірів і масового моніторингу

• В галузі штучного інтелекту продовжується пошуки ефективних методів формалізованого подання знань, у тому числі - нечітких і тих, що погано формалізуються, а також їх використання при автоматизованому розв'язуванні складних задач у різних сферах соціальної практики.

Таким чином, інформатика сьогодні - це актуальна комплексна дисципліна, на базі якої створюються сучасні моделі відкритої освіти

Однією із сфер людської діяльності, в якій сьогодні все відчутнішим стає вплив інформатики, є система освіти З'явився новий навчальний предмет, покликаний формувати основи інформаційної культури учнів, який спочатку отримав назву "Основи інформатики та обчислювальної техніки", а згодом Інформатика".

Умовну точку виникнення інформатики як самостійної дисципліни необхідно пов'язати з початком наближення світу до відкритого суспільства (термін К. Поппера), коли кількість найрізноманітніших відомостей, які повинна засвоїти людина суттєво перевищує його фізичні можливості. Перед людиною реально постала дилема знати все про ніщо або ніщо про все. Найважливішим моментом цього процесу стала трансформація знань як системного уявлення про світ (І.Г. Фіхте) і перетворення його на інформацію тобто відомості, що розраховані не на системне осмислення а на негайну реакцію. Початком процесу формування інформатики вважають 1895 рік, коли в Брюсселі було створено Міжнародний оіолюграфічний інститут.

Курс інформатики розпочали вивчати у масовій школі в 1985р. причинами його введення стали:

1) наростаюча комп'ютеризація виробництва:

2. наростаюча комп'ютеризація наукових досліджень;

3. потреби підготовки кваліфікованих фахівців для комп’ютеризованого виробництва;

4. комп'ютеризація управління (діловодство, банківська справа, ЛРМ керівника, секретаря, бухгалтера);

5. підготовка людини до життя в комп'ютеризованому суспільстві, використання комп'ютерів у побуті;

6. доступ через комп'ютерні мережі до світових інформаційних ресурсів;

7. комп'ютеризація власне освіти.

Деякі з вказаних чинників існували й раніше, але не було такої гострої і масової потреби у відповідних технологіях і фахівцях. Комп'ютерні мережі стрімко розвиваються, пристроями телекомунікація через глобальні мережі вже забезпечені багато організацій. Засоби інформаційних технологій стрімко дешевшають і перестають бути рідкістю навіть вдома.

Шкільний навчальний предмет інформатики не може включати всі відомості, які складають зміст науки інформатики, яка стрімко розвивається. Разом з тим, шкільний предмет, виконуючи загальноосвітні функції, повинен відображати в собі найбільш загальнозначущі, фундаментальні поняття і відомості, які розкривають сутність науки, забезпечувати учнів знаннями, вміннями, навичками, які необхідні для вивчення основ інших наук в школі, а також готувати молодь до майбутньої практичної діяльності і життя в сучасному інформаційному суспільстві.

У результаті осмислення практики освіти за останні роки відбулося докорінне переосмислення сутності навчального предмета взагалі і предмета інформатики зокрема. Відбувається відмова від уявлення про шкільні предмети як деякі стабільні, раз і назавжди задані, жорстко детерміновані компоненти навчання. Обсяг у навчальних годинах, зміст навчання, методики і засоби навчання, які застосовуються, можуть значно відрізнятися залежно від особливостей контингенту учнів, можливостей навчального закладу, професійної орієнтації класу. Крім того, відбувається розвиток самих навчальних предметів у двох діалектично пов'язаних протилежних напрямах:

• поглиблення і розширення предметного змісту, поділ його на маленькі, спеціалізовані предмети;

• інтеграції, об'єднання з іншими навчальними предметами.

Серед принципів формування змісту загальної освіти сучасна дидактика виділяє принцип єдності і протилежності логіки науки і навчального предмета.

Визначення змісту шкільного курсу інформатики с дуже непростим завданням, на розв'язування якого продовжує активно впливати процес становлення самої базової науки інформатики. Питання полягає в наступному: чого в новому загальноосвітньому знанні повинно бути більше - того, що повинно скласти окремий навчальний предмет для загальноосвітньої школи, або того, що може (або повинно) бути нерозривно пов'язано із змістом і технологією вивчення всіх шкільних предметів?

Предметом навчальної дисципліни «Інформатика» є наукові факти, основні поняття і положення стосовно сутності інформації та інформаційних процесів, принципи, методи і засоби пошуку, збирання, зберігання, опрацювання, подання, передавання інформації та управління інформаційними процесами.

Структура і зміст шкільного курсу інформатики повинні певною мірою відповідати сучасному стану і тенденціям розвитку інформатики як науки.

Інформатика як навчальний предмет ~ це педагогічно адаптована і предметно специфікована система знань:

навчальним об'єктом якої є предмет інформатики як наукової дисципліни;

- предметом - результат дидактичного опрацювання наукових знань, які належать до навчального об'єкту, відповідно до цілей навчання.

Дидактичне опрацювання - це добір, розташування і концентрація навчального матеріалу, дидактичне спрощення, дидактична систематизація, форми подання змісту навчання та ін.

Програмне забезпечення шкільного предмета інформатики підтримує інформаційну, управляючу і навчальну системи середньої школи, включає в себе програмні засоби для проектування і відтворення таких систем, що орієнтовані на школярів і вчителів.

У галузі технічного забезпечення в методиці навчання інформатики в школі слід економічно обґрунтувати добір технічних засобів для супроводу навчально-виховного процесу школи, визначити параметри обладнання типових шкільних кабінетів інформатики; вивчити шляхи ефективного використання серійних засобів і оригінальних розробок, орієнтованих на середню школу.

Навчально-методичне забезпечення шкільного курсу інформатики включає навчальні програми, методичні посібники, підручники, програмні засоби для підтримки навчально-пізнавальної діяльності при навчанні інформатики а також інших шкільних предметів, на яких можна випробувати методологічний вплив інформатики, і для дисциплін, при вивченні яких планується використання засобів сучасних інформаційно-комунікаційних технологій.

Очевидно, саме по собі введення сучасної комп'ютерної техніки в навчально-виховний процес школи не забезпечує автоматично розв'язання завдань інформатизації навчального процесу. Щоб зробити навчальний процес за нових умов ефективним, необхідно вирішити багато психолого-педагогічних проблем, зокрема пов'язаних з дослідженням головних напрямів інформатизації навчання, коли комп'ютер виступає перш за see як засіб навчально-пізнавальної діяльності, а крім того і як об'єкт вивчення.

До змісту курсу інформатики вперше включено питання, пов'язані з вивченням соціально-економічних аспектів інформатизації суспільства, які с виключно актуальними і все більше висуваються на перший план ходом розвитку суспільства. Тому такі важливі поняття, як "інформаційні ресурси", "інформаційна інфраструктура" і "інформаційне середовище суспільства", а також його "інформаційний потенціал" і "інформаційна безпека", будуть доступними для учнів, які вивчають такий курс інформатики. Це стає досить важливим в умовах, коли глобальний процес інформатизації суспільства все активніше впливає на його соціальні і економічні структури, на роль і місце людини в суспільстві.

Відомості про комп'ютер як об'єкт вивчення є складовою частиною змісту шкільного курсу інформатики. При цьому шкільний навчальний предмет покликаний перш за все відігравати загальноосвітні функції, не може охопити всю розмаїтість питань, які становлять зміст науки інформатики, що стрімко розвивається. У той самий час зміст шкільного предмета повинен бути достатнім для того, щоб сформувати в учнів знання, уміння, навички, необхідні на сучасному етапі для вивчення основ інших наук у школі, а також для використання інформаційних технологій у майбутній практичній діяльності.

Враховуючи суттєві зміни, що відбулися останнім часом у галузі інформатики, підвищення її соціальної значущості, досвід вивчення у середніх загальноосвітніх школах курсу інформатики, використання засобів інформаційно-комунікаційних технологій у процесі навчання різних навчальних дисциплін, результати проведених науково-педагогічних досліджень, слід розрізняти Інформатику" як самостійну загальноосвітню дисципліну та комп'ютерно-оріентовані методичні системи навчання окремих дисциплін.