Разработка и реализация уроков информатики направленных на развитие алгоритмического мышления учащихся 9 «Г» классов

Конкретизация – процесс, обратный абстрагированию и неразрывно связанный с ним. Конкретизация есть возвращение мысли от общего и абстрактного к конкретному, с целью раскрытия содержания. Мыслительная деятельность всегда направлена на получение какого-либо результата. Человек анализирует предметы, сравнивает их, абстрагирует отдельные свойства с тем, чтобы выявить общее в них, чтобы раскрыть закономерности, управляющие их развитием, чтобы овладеть ими. Обобщение, таким образом, есть выделение в предметах и явлениях общего, которое выражается в виде понятия, закона, правила, формулы и т.п.

1.2 Компоненты и свойства алгоритмического мышления

Несомненно, алгоритмическое  мышление составляет важную часть интеллектуальной деятельности человека с применением  современных информационных технологий. Система мышления, определяемая как алгоритмическое мышление, определяется (в своей системности, но не в элементном составе) необходимыми и достаточными компонентами, которые позволяют выделить ее в особый стиль мышления.

Компоненты  алгоритмического стиля мышления:

1. Анализ требуемого  результата и выбор на этой  основе исходных данных для  решения проблемы.

2. Выделение  операций, необходимых для решения. 

3. Выбор исполнителя,  способного осуществлять эти  операции.

4. Упорядочение  операций и построение модели процесса решения.

5. Реализация  процесса решения и соотнесение  результатов с тем, что следовало  получить.

6. Коррекция  исходных данных или системы  операций в случае несовпадения  полученного результата с предполагаемым.

К специфическим свойствам алгоритмического стиля мышления отнесем:

- дискретность (пошаговость исполнителя алгоритма,  конкретизация действий, структурирование  процесса выполнения операций);

- абстрактность  (возможность абстрагирования от  конкретных исходных данных и  переход к решению задачи в общем виде);

- осознанная  закрепленность в языковых формах (умение представить алгоритм  при помощи некоторого формализованного  языка).

На современном  этапе развития информатики для  успешного взаимодействия с компьютером  необходим стиль мышления, который можно назвать объектным. Он предполагает умение разделить сложную систему на объекты и выстроить их иерархию, т.е. произвести объектную декомпозицию системы, а затем описать поведение этих объектов. Основной операцией при таком стиле является объектно-ориентированная декомпозиция, разложение объектов. Всевозможные классификации по различным логическим основаниям и логические методы формирования понятий составляют значительную часть методов, используемых при таком стиле мышления. При описании событий используется алгоритмическая декомпозиция системы и необходим алгоритмический стиль мышления.

Компонентами  объектного стиля мышления являются:

1. Анализ предметной  области задачи и выделение  объектов (реальных и абстрактных), построение их иерархии.

2. Выделение  основных событий. 

3. Реализация  процессов обработки событий. 

4. Анализ поведения  системы и коррекция объектной  модели и алгоритмов обработки  событий в случае несовпадения  полученного результата с предполагаемым.

К специфическим свойствам объектного стиля мышления относятся:

- высокий уровень  абстрактности, который заключается  в выделении существенных характеристик  объекта и абстрагировании от  его свойств, несущественных для  решения конкретной задачи;

- осознанная  закрепленность в языковых формах, предполагающая отражение построенной объектной модели задачи на некотором формализованном языке;

- целостность  восприятия сложной системы, представление  ее в виде совокупности взаимодействующих  объектов.

В.М. Котов утверждает следующее о практическом значении алгоритмического стиля мышления. Понятие «алгоритмический стиль мышления» широко используется в современной методической литературе, посвященной обучению информатике. При этом большинство авторов программ курса школьной информатики считает развитие именно данного стиля мышления одной из основных целей обучения информатике. К сожалению, авторы в большинстве случаев не определяют, что такое алгоритмический стиль мышления. В лучшем случае этот термин объясняется на эмпирическом уровне. Научно обоснованное уточнение содержания, которое вкладывается в понятие алгоритмического стиля мышления, является ключевой проблемой при выяснении целей обучения и содержания раздела «Алгоритмика». Особое значение это понятие приобретает в связи с дальнейшим практическим применением приобретенных навыков, приемов, подходов, которые формируются в процессе развития алгоритмического стиля мышления.

В деятельностной психологии термин «стиль» используется в контексте понимания взаимоотношений объективных требований деятельности и индивидуальных качеств личности. Например, стиль мышления понимается как система нормативных предписаний, которые формируют подход к деятельности и ее результатам.

По мнению Копаева  А.В., стиль мышления – это система мыслительных действий и приемов, которые направлены на решение задач определенного класса и детерминированы этими задачами. Если иметь в качестве цели нахождения решения задачи в виде алгоритма, то речь идет об алгоритмическом стиле мышления. Будем считать, что алгоритмический стиль мышления – это система мыслительных действий и приемов, которые направлены на решение как теоретических, так и практических задач, результатом которых есть алгоритмы как специфические продукты деятельности. (O.K. Тихомиров).

Алгоритмическое мышление характеризуется точностью, определенностью, формальностью и, как правило, связывается с теоретической деятельностью. Между тем алгоритмический стиль мышления позволяет решать задачи, возникающие в любой сфере деятельности человека, а не только в теоретической, например, в программировании или математике. Он не связан лишь с вычислительной техникой, так как само понятие алгоритма, хотя и интуитивное, возникло задолго до появления первого компьютера. Решая большинство задач, человек, в той или иной мере, применяет алгоритмический подход, хотя отдельные этапы этого процесса могут носить ассоциативный характер. Кроме того, «алгоритмический тип деятельности важный не только как мощный тип деятельности человека, а как одна из эффективных форм его работы».Способность мыслить точно, формально, если это нужно, становится одним из важных признаков общей культуры человека в современном высокотехнологическом мире. Эта способность приобретает весомое значение при освоении современных профессий, связанных с операторской деятельностью, которой присуще оперативное мышление.

Под оперативным  мышлением понимают процесс решения  практических задач, который приводит к созданию у человека мыслительной модели предполагаемой совокупности действий – плана операций – с реальными объектами и процессами. Характерными признаками оперативного мышления есть структурирование информации, динамическое узнавание ситуации, формирование алгоритмов, принятие решения и, собственно, выполнение этого решения. Мы считаем, что операторская деятельность имеет алгоритмический характер, дополненный элементами оптимизации при принятии решений. Поэтому формирование и развитие алгоритмического стиля мышления служит основой для формирования мышления оперативного.

В свою очередь, на понятие алгоритмического стиля мышления влияют особенности оперативного мышления. Среди таких особенностей выделяется, прежде всего, его практическая направленность. Применяя оперативное мышление при решении разнообразных задач реальной жизни, человек должен спланировать не только самые действия, но и очертить ресурсы (информационные, технические), что при этом используются. В каждом таком случае нужно решать диалектическую альтернативу определенных факторов или факторов эффективности – временных, пространственных, материальных и т.п. При этом возникает проблема выбора наиболее целесообразного, оптимального плана действий в зависимости от имеющейся ситуации (то есть выбора по определенным критериям, которые диктуются конкретной динамической ситуацией). Стиль мышления, который формируется под влиянием решения такого рода задач, может быть, сознательно или даже подсознательно, использован человеком во время решения не только теоретических, но и практических задач, в основе которых лежит создание эффективного плана действий. Поэтому, мы считаем, что алгоритмический подход важен не только при обучении алгоритмике или программированию, а является одним из главных в обучении информатике вообще. Ведь еще А. П. Ершов считал, что «информатика – это наука о правилах целенаправленной деятельности». И относительно алгоритмики это высказывание является наиболее справедливым. Именно алгоритмика и алгоритмический стиль мышления, которое формируется и развивается при обучении алгоритмики, есть необходимой базой для усвоения учениками в будущем, как элементов программирования, так и технологических компонентов информатики.

1.3 Значение алгоритмического мышления в процессе обучения

Обучение учащихся алгоритмизации и программированию с методической точки зрения, является одной из самых трудных задач. Составление программ – весьма сложный процесс, включающий в себя значительное число качественно разнообразных этапов. Наиболее сложные из них – постановка задачи и ее алгоритмизация. Именно этим этапам необходимо уделять основное внимание при разработке методик по преподаванию разделов алгоритмизации и программирования. Как правило, в учебных пособиях при объяснении данных разделов приводятся конкретные задачи различных типов и соответствующие им алгоритмы с некоторыми частными пояснениями. В основном рассматриваются примеры линейного, разветвляющегося и циклического типов, а также алгоритмов с «вложенными циклами». Если дается решение более сложных задач, то приводятся готовые алгоритмы решения без описания процесса построения алгоритмов. Считается, что, изучив приведенные примеры, учащийся сможет составить алгоритм любой задачи и сложности. Однако это далеко не так.

Обучение основывается на известных подходах к построению программ – структурном программировании и проектировании «сверху вниз»  и является их развитием. Методика достаточно универсальна. И, в дополнение, по мнению авторов, как обязательный элемент обучения алгоритмизации, должна входить отладка алгоритма каждого вида. Она позволяет учащимся «прочувствовать» суть каждого вида алгоритмов, предлагает им правила самоконтроля – правила нахождения ответов к задачам алгоритмизации, позволяет понять и закрепить принципы отладки программ. Как показывает практика, использование в обучении информатике методики формализованного перехода от схемы алгоритма к программе на алгоритмическом языке, позволяет научить основную массу учащихся составлять алгоритмы и программы достаточно сложных задач в отличии от традиционного подхода, при котором можно говорить лишь о знакомстве с понятиями «алгоритм», «программа» и пр. в результате изучения этого предмета.

В средних классах целесообразно проводить обучение использованию современных информационно-компьютерных технологий. Это связано с тем, что содержание курса информатики в средних классах, с одной стороны, более насыщенное теоретическими положениями, является обобщающим для курса информатики средних классов, а с другой стороны, обучение информатике подразумевает достаточно уверенную работу с компьютером как средством обучения. Другими словами, в средних классах уже некогда заниматься изучением текстовых и графических редакторов, электронных таблиц и т.д., ими уже надо пользоваться и учиться применять в различных практических сферах жизнедеятельности человека.

В связи с  этим встает вопрос: сколько времени  необходимо отводить на изучение теоретической информатики, а сколько на информационные технологии. Каждый учитель информатики должен сам  решать этот вопрос в соответствии с конкретными условиями и возможностями: оснащение кабинета информатики компьютерной техникой, программным оснащением компьютеров, уровнем школьников и т.д. Если есть возможность организации интегрированных уроков или проектной деятельности, основанной на связи с другими предметными областями, то этой возможностью также необходимо воспользоваться. Именно при решении задач из других предметных областей вырабатываются навыки работы с компьютером и программными средствами, формируется алгоритмическое мышление.

Одним из главных условий успешной реализации принципа прикладной направленности в обучении информатике является повышение алгоритмической культуры с учетом основных тенденций практики использования информационных технологий в современном обществе. Алгоритмическая культура является той частью информационной культуры, которая способствует формированию и развитию специальных представлений, связанных с понятием алгоритма.

Под алгоритмической  культурой принято понимать совокупность специфических «алгоритмических»  представлений и навыков, которые  на современном этапе развития общества должны составлять часть общей культуры каждого человека и, следовательно, определять целенаправленный компонент профессионального образования.

С развитием  информационных технологий единая алгоритмическая  линия в обучении получает эффективную  реализацию. Нетрудно представить, какие мощные предпосылки дает такая организация алгоритмической направленности обучения для реального разрешения проблемы межпредметных связей в профессиональной подготовке учащихся. Алгоритмизация в обучении информатике обеспечивает учебно-информационное взаимодействие на основе применения алгоритмов решения различных задач с использованием современных программных средств.

Понимание языковых и алгоритмических аспектов общения  с компьютером составляет необходимый  элемент культуры современного человека. Вместе с этим, алгоритмы способствуют деятельности человека в самых различных областях, причем, в большинстве случаев результат деятельности человека зависит от того, насколько четко он осознает алгоритмическую сущность своих действий: что должен делать в каждый момент времени, в какой последовательности, каким должен быть результат и т.п. Все это определяет особый аспект культуры мышления человека, характеризующийся умением составлять и использовать различные алгоритмы.