CC BY
62
М. Т. Шагидуллин, аспирант, институт педагогики и психологии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия, [email protected]
ЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ОБУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКЕ
В настоящее время социально и педагогически значимой проблемой является подготовка учителя-специалиста, способного ориентироваться в пространстве информационных технологий. Проблема эта восходит к начальному этапу создания педагогических условий развития профессионально-специфических качеств учительского корпуса с учетом возрастания роли электронных средств обучения.
Так, в период середины 50-х гг. XX в. — 1980 г. основную массу преподавателей информатики составляли учителя математики и физики, специалисты по вычислительной технике и программированию. В результате многие ограничивались формальным пересказом содержания учебника, а практические занятия на ЭВМ сводились
Владение основами программирования и применения ЭВМ уже являлось минимальным квалификационным требованием ВАКа СССР.
шения квалификации физико-математического профиля были преобразованы в двухмесячные курсы компьютерной грамотности, через которые с отрывом от работы должны пройти практически все вузовские преподаватели. Владение основами программирования и применения ЭВМ уже являлось минимальным квалификационным требованием ВАКа СССР.
В течение 1988 г. в системе образования был пересмотрен перечень специальностей, по которым осуществляется подготовка специалистов в средних специальных и высших учебных заведениях, увеличен выпуск специалистов по вычислительной технике, программному обеспечению, автоматизированным системам. В системе профессионально-технических
к составлению простейших программ.
В период 1980-1985 гг. факультативные курсы по информатике вели в основном учителя математики.
Начиная с 1985 г. началась подготовка студентов педагогических институтов и университетов по специальности «Информатика и вычислительная техника». Подготовка осуществлялась как дополнение к специальностям «Математика», «Физика», «Общетехнические дисциплины и труд».
Курс программирования читался в большей части педагогических вузов. На два или три года все факультеты повы-
училищ была начата подготовка квалифицированных рабочих по эксплуатации и ремонту средств обеспечения новых информационных технологий (НИТ).
К началу 1990-х гг. основную массу преподавателей информатики уже составляли учителя математики и физики, прошедшие краткосрочную подготовку. Иногда информатику вели специалисты по вычислительной технике и программированию, не имеющие педагогического образования.
К середине 1990-х гг. прошлого столетия в связи с ростом уровня информатизации образования возникла настоятельная
№ 8 (26)АВГУСТ 2012
необходимость дополнить существующую систему подготовки учителей информатики и вычислительной техники как второй специальности профильной подготовкой. С этой целью в ряде ву- =
зов были открыты новые специальности («учитель информатики и экономики» и подобные) с предварительной подготовкой бакалавров образования по профилю «информатика». Были открыты факультеты информатики и экономики, что позволило суще- = ственно поднять уровень подготовки специалистов. Для подготовки специалистов высшей квалификации по проблемам информатизации образования и НИТ открывались магистратуры при кафедрах информатики и вычислительной техники педвузов. Магистерская программа 510118 «Информационные технологии в образовании» реали-зовывалась на кафедрах мехматов и физфаков классических университетов.
В конце 90-х гг. XX в. и начиная с 2000 гг. стремительное проникновение информационных технологий во все сферы общественной жизни предъявляет к учителю информатики новые требования. Учитель должен учить не просто программированию, а работе с новыми информационными технологиями (работе с информацией, технологиям обработки графической информации, текста, основам логики, работе в компьютерных сетях и др.).
Учителю необходимо умение применять в своей профессиональной деятельности весь спектр возможностей обработки информации, предоставляемый компьютерной техникой. В частности, он должен уметь работать и с информацией, предоставляемой в технологиях мультимедиа. Это потребовало изменения многих
Предмет «Информатика» создан на стыке нескольких наук. Знание таких предметов, как «Русский язык», «Английский язык», «Математика», «Физика», «Электротехника», просто необходимо для успешного преподавания информатики и обслуживания компьютерного класса.
курсов, преподаваемых в высшей школе1.
Развитие курса «Информатика и информационные технологии» предъявляет современному учителю информатики новые требования.
Математическое мышление предполагает умение видеть
проблему в целом, а алгоритмическое - умение мыслить последовательно.
Во-первых, это должен быть широко эрудированный человек. Предмет «Информатика» создан на стыке нескольких наук. Знание таких предметов, как «Русский = язык», «Английский язык», «Математика», «Физика», «Электротехника», просто необходимо для успешного преподавания информатики и обслуживания компьютерного класса.
Во-вторых, современная наука, в частности информатика, развивает-= ся очень быстро. Почти ежегодно обновляется парк машин, и вместе с ним меняется их программное обеспечение. Литература, которая их описывает, отстает по срокам выпуска, что в свою очередь сказывается на работе учителя информатики.
В-третьих, проведение лабораторно-практических занятий, производственной практики заставляет учителя быть и психологом, и техником одновременно.
В-четвертых, преподавателю необходимо умение связать теоретическую и практическую части обучения.
В настоящее время можно говорить о том, что в стране сложился институт подготовки педагогических кадров. Однако не все современные учителя информатики и выпускники специальности «Учитель информатики» удовлетворяют вышеизложенным требованиям.
В последние годы все чаще появляются программные продукты, обладающие так называемым искусственным интеллектом. Определенные блоки этих программ способны обрабатывать поступаемую информацию (в видео-, аудио- и текстовом формате) и принимать решение в зависимости от результатов обработки и заложенных логических схем. Искусственный интеллект, активно проникший в мир компьютерных игр и технических тренажеров,
практически отсутствует в образовательных компьютерных программах.
Отсутствие искусственного интеллекта в школьных компьютерных обучающих
программах не позволяет оставлять школьника один на один с компьютером в процессе обучения, т. е. выстраивать обучение с помощью компьютера без участия педагога. Степень влияния компьютера на образовательный процесс может варьироваться в зависимости от целей и качества программного продукта. Проблема интеллектуальных возможностей компьютера хорошо отражается в известной классификации типов обучения с помощью компьютеров2.
CAI (Computer Aided Instruction) — компьютерное программированное обучение.
CAL (Computer Aided Learning) — изучение с помощью компьютера.
CRL (Computer Based Learning) — изучение на базе компьютера.
CBT (Computer Based Training) — обучение на базе компьютера.
CAA (Computer Aided Assessment) — оценивание с помощью компьютера.
Эта классификация связана с ролью компьютера и педагога в процессе обучения. Так, если CAI — обучение без педагога, то для CBT педагог — центральная фигура, а компьютер используется как развитая мультимедийная, аудиовизуальная система. Искусственный интеллект и педагог взаимно дополняют друг друга. Там, где разработчику программного обеспечения удается реализовать зачатки искусственного интеллекта, педагог отступает,
Отсутствие искусственного интеллекта в школьных компьютерных
обучающих программах не позволяет оставлять школьника один на один с компьютером в процессе обучения, т. е. выстраивать обучение с помощью компьютера без участия педагога.
там, где это сделать не удается, — обучение проводит педагог.
Решение проблемы искусственного интеллекта в части, касающейся образовательных программ, зависит не только и не столько от программистов, сколько от педагогов-методистов. Искусственный интеллект обучающей программы должен возникнуть сначала в виде методической схемы-анализатора, учитывающей специфику изучаемого предмета, типичные ошибки при его изучении, основные способы устранения ошибок, взаимосвязь материала различных разделов по данному предмету и смежных с ним предметов и многое другое. Это очень трудоемкое занятие и требует привлечения большого количества специалистов и времени. В связи с этим остро стоит проблема выявления тех разделов предметов школьного курса, для которых можно прогнозировать резкое повышение эффективности преподавания в результате перехода на ком-= пьютерное обучение. Именно на эти разделы и должны быть направлены усилия методистов и программистов-разра-ботчиков3.
Одна из главных задач школьного образования — подготовка учащегося к быстрой обработке больших = объемов информации, знакомство с технологиями обработки информации компьютерными средствами. Важно, чтобы обучение будущих учителей
№ 8 (26)АВГУСТ 2012
информатики школ и общеобразовательных учреждений было основано не только на фундаментальных знаниях в избранной области, но и на применении НИТ в процессе обучения. Поэтому при преподавании курса «Математическая логика» студентам физико-математических факультетов педагогических вузов ставится цель не только сформировать теоретические и практические знания, но и научить использовать программные средства при решении задач математической логики.
Математическая логика — это раздел дискретной математики, которая развивает математические теории, применяя математические методы, и имеет многочисленные приложения в вопросах конструирования и применения вычислительных машин.
Одним из способов познания информатики математическими методами является математическая логика. Изучение основ информатики немыслимо без ее освоения.
Компьютер как универсальное средство обработки информации имеет две составляющие: аппаратную часть и программное обеспечение. Их работа непосредственно связана с математической логикой. Математическая логика применяется к ре-лейно-контактным схемам, которые являются неотъемлемой частью современного компьютера. Логические схемы и устройства ЭВМ изучает специальный раздел математической логики — алгебра логики.
Преподавание данного курса студентам отделений «информатика и математика» и «математика и информатика» имеет
ряд особенностей. Во-первых, студенты должны увидеть непосредственную связь математической логики и информатики, понять, что логические схемы, составляющие основу компьютеров, связаны с алгеброй логики и булевыми функциями. Со студентами данных отделений подробнее рассматриваются логические устройства ЭВМ. Во-вторых, индивидуальные задачи по курсу решаются с применением информационных технологий и систем программирования.
Таким образом, существует два направления подготовки студентов по курсу «Математическая логика»: математическая и профессиональная.
Математическая подготовка предполагает изучение основ математической логики, а профессиональная — это изучение способов применения полученных знаний по предмету в будущей педагогической деятельности.
При этом изучаются следующие разделы математической логики: алгебра высказываний и исчисление высказываний, булевы функции, алгебра предикатов и исчисление предикатов, математические теории.
Алгебра логики изучает сложные логические высказывания и определяет способ установления их истинности с помощью алгебраических методов. Эту задачу алгебры высказываний можно решить программно. Рассмотрим пример.
Требуется определить вхождение точки А(х, у) внутри заштрихованной области. Составим программу.
Program zadachal;
var x, y: real; a, b: boolean;
begin
writeln ('введи x и y ');
readln (x, y);
a:=y>=x; b:=y>=-x;
if (sqr(x)+sqr(y)<=1) and ((a and b) or
(not a and not b)) then
writeln ('да') else writeln ('нет'); readln end.
Искусственный интеллект и педагог взаимно дополняют друг друга. Там, где разработчику программного обеспечения удается реализовать зачатки искусственного интеллекта, педагог отступает, там, где это сделать не удается, - обучение проводит педагог.
Как видно, даже при составлении простой программы на языке Turbo Pascal необходимо знать и правильно применять логические операции. Умения строить сложные логические выражения помогают быстрее изучить условные выражения и условные операторы языка программирования. Логические задачи являются прекрасным средством развития логического мышления, а также математического и алгоритмического. Математическое мышление предполагает умение видеть проблему в целом, а алгоритмическое — умение мыслить последовательно. При решении логических задач студенты легко привыкают к требованию формализации условий задачи и построению модели решения задачи. Разнообразие логических задач очень велико, и способов их решения тоже немало. Решить логические задачи можно табличным способом, используя законы алгебры логики, с помощью рассуждения и т. д.4
В настоящее время существует целый ряд инновационных технологий обучения математическим дисциплинам на базе современных информационных и мультимедийных компьютерных систем. Разработкой методики и пополнением дидактического
материала в сфере использования информационных технологий в образовании занимаются крупные академические коллективы, известные компании в области разработки компьютерных обучающих программ, методические коллективы вузов и школ, отдельные учителя-методисты и даже школьники, выставляющие на Интернет-сайтах конкурсные работы методической направленности. ^
1. Семенов Ю. Г. Инновационное развитие вузовского образования в России // Научный вестник Уральской академии государственной службы: политология, экономика, социология, право. 2009. № 1 (6) март. С. 23-25.
2. Захарова И. Г. Информационные технологии в образовании. — М.: Академия, 2003. С. 17-21.
3. Разумова О. В. Некоторые аспекты подготовки будущих учителей математики в контексте информатизации образования // Информатизация образования в Республике Татарстан: опыт, проблемы, перспективы. — Казань, 2006. Ч. I. С. 289.
4. Шагидуллин М. Учебно-методические средства освоения логических знаний в курсе информатики // Research Journal of International Studies, Russia: Сборник статей. - М., 2012. 2012. С. 30-31.
