Формирование системности мышления учащихся в рамках курса «Информатика ИиКТ»

уже учителей, в развитии профессиональной готовности педагогов к реализации идей профильного обучения.

Библиографический список

1. Акулова, О, В., Писарева, С. А., Пискунова, Е. В.,

Тряпицына, А. П. Современная школа: опыт модернизации: [Текст] Книга для учителя / О. В. Акулова, С. А. Писарева, Е. В. Пискунова, А. П. Тряпицына. /Под общ. ред. А. П. Тряпицыной. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2005. - 10 с.

2. Гладкая, И. В., Ильина, С. П., Ривкина, С. В. Основы профильного обучения и предпрофильной подготовки: [Текст] Учебно-методическое пособие для учителей / И. В. Гладкая, С. П. Ильина, С. В. Риквина. / Под ред. А. П. Тряпицыной. - СПб.: КАРО, 2005. - С. 15, 69-71.

3. Даутова, О. Б. Самоопределение личности школьника в профильном обучении: [Текст] Учебно-методическое пособие / О. Б. Даутова. / Под ред. А. П. Тряпицыной. - СПб.: КАРО, 2006. - 352 с..

4. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 г. — М., 2002.

5. Концепция профильного обучения на старшей ступени общего образования // Вестник образования. Тематический выпуск. - 2002. - Декабрь,

УДК 373,1.013

И. А. Сычев

ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМНОСТИ МЫШЛЕНИЯ УЧАЩИХСЯ В РАМКАХ КУРСА «ИНФОРМАТИКА И ИКТ»

Понятие системного мышления, проблема формирования системности мышления привлекают все большее и большее внимание как зарубежных, так и отечественных ученых.

Целью данной статьи является краткий обзор представлений о системном мышлении, изложение основных элементов модели формирования такого мышления в рамках курса «Информатика и ИКТ» общеобразовательной школы, а также описание результатов экспериментальной проверки эффективности предлагаемой модели.

Системное мышление в зарубежных исследованиях рассматривается, как правило, в прикладных аспектах: в деятельности менеджеров, врачей, инженеров, военных и других специалистов [4; 5; 6]. Среди отечественных работ, посвященных системному мышлению, необходимо, отметить исследование 3. А. Решетовой [3]. Согласно 3. А. Решетовой, системное мышление, прежде всего, связано с пониманием системной природы вещей, которое

выражается в том, что каждая вещь рассматривается в некоторой системе взаимодействий, в совокупности связанных явлений, составляющей организованное целое.

В исследовании Г. С. Молоткова [2] под системным мышлением понимается способность к синтетическому восприятию объектов реальной действительности и осознанному пониманию многообразия информации, свойственной целостной картине мира. Причем, информация об объекте рассматривается и как атрибутные свойства (параметрическое описание), и как функциональные (целевые функции), и как коммуникационные (связи и отношения в системе).

Исходя из результатов зарубежных и отечественных исследований, можно предполагать, что человек, обладающий системным мышлением, должен быть более творческим, более способным к исследованию различных задач и порождению новых идей, конструированию новых объектов и к реализации инновационных социально-значимых проектов в разных областях человеческой деятельности. Развитие такой творческой, разносторонней личности, без специально организованного процесса формирования системности мышления в рамках массовой общеобразовательной школы не всегда возможно.

Формирование системности мышления было бы вполне закономерно осуществлять на материале тех предметных областей, где системный подход является основой, сутью самой дисциплины: физики, химии, биологии, информатики. На наш взгляд, в процессе изучения любой из этих дисциплин системность мышления учащихся может проявляться в следующих умениях:

Узнавать системные объекты и отличать их от несистемных.

Видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов.

Выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства.

Конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы.

Для формирования системных умений необходимо выделить круг системных понятий и представлений, через призму которых и будут собственно формироваться системные умения. На практике часто системные умения формируются только на материале конкретной дисциплины. С точки зрения развития разносторонней личности желательно обеспечить перенос этих умений не только в рамках одной дисциплины, но и на другие области знаний.

Одной из дисциплин, позволяющей выполнять такой перенос является информатика. Метапредметность информатики, построение курса в соответствии с основными принципами системного подхода как нельзя лучше

дают возможность формировать системность мышления учащихся. Работая за компьютером, школьники могут моделировать объекты и явления из разных областей знаний, и, применяя основные принципы системного анализа, убеждаться в их универсальности. При таком подходе программные средства, изучаемые в рамках курса информатики, рассматриваются уже не как самоцель обучения, а как инструмент для решения широкого круга задач.

Для формирования системности мышления учащихся старших классов на материале дисциплины «Информатика и ИКТ» нами были разработаны модель и соответствующая технология.

К разработке модели мы подходили с позиций системного подхода -исходили из того, что процесс обучения, как и всякая система, обладает определенным набором компонентов, взаимодействие которых обеспечивает достижение поставленных целей. Для выделения компонентов модели, были рассмотрены различные подходы к систематизации и структуризации процесса обучения.

В модели формирования системности мышления, на наш взгляд, можно выделить следующие компоненты: целевой, содержательный, технологический, результативный. Далее рассмотрим подробнее перечисленные выше компоненты.

Целевой компонент является системообразующим, он определяет принципы, содержание, педагогические условия, методы, формы и средства обучения, способы контроля. Целью предлагаемой модели является формирование системности мышления учащихся старших классов в процессе изучения курса «Информатика и ИКТ».

Содержательный компонент модели отражает содержание учебной дисциплины «Информатика и ИКТ» в старших классах общеобразовательной школы. Мы не привносим в курс нового содержания, а выделяем, перест-руктурируем и адаптируем тот материал, в рамках которого можно наиболее эффективным способом достичь поставленной цели. Это, прежде всего, разделы курса, посвященные моделированию и формализации. Однако и другой учебный материал курса может быть рассмотрен учащимися с системных позиций.

Технологический компонент представлен в соответствии с целью и содержанием обучения. Так как системность мышления учащихся формируется, в основном, в самостоятельной учебной деятельности, то целью предлагаемой технологии будет организация такой деятельности учащихся, при которой формирование системности мышления будет происходить наиболее эффективно. Эффективность, в свою очередь, будет обеспечиваться выбором наиболее оптимальных методов, форм и средств, воздействующих на каждый из взаимосвязанных компонентов учебной деятельности и на всю систему в целом. •

Очевидно, что для формирования системных умений и, как следствие системного мышления, наиболее эффективны нестандартные задачи, задачи повышенной сложности, поставленные на естественном языке. Творческие проекты и исследовательские работы, выполняемые на занятиях по информатике, дополнительно задействуют эмоционально-мотивационную сферу, позволяют развить коммуникативные навыки у учащихся, умение работать в группе с одной стороны и сформировать самостоятельность и стремление отстаивать свою точку зрения с другой.

Основным методом решения прикладных учебных задач на ЭВМ является компьютерное моделирование. Наиболее подходящей средой компьютерного моделирования для формирования системных умений школьников, на наш взгляд, является пакет Stratum 2000.

Stratum 2000 - это программное средство для моделирования элементов, сложных систем и процессов из различных областей знаний (физика, математика, биология, экология, экономика и др.). Stratum 2000 позволяет на основе простейших функциональных элементов создавать и исследовать модели сложных систем без знания языков программирования. Эффективность применения среды Stratum 2000 достигается за счет сведения к минимуму ручного программирования и легкой модификации построенной системы. Уже на ранних стадиях разработки учащийся может видеть результаты работы системы, анализировать и оценивать решение, при этом многие математические проблемы, связанные с численными методами оказываются скрытыми для учащихся.

В процессе решения задач в Stratum 2000 учащиеся конструируют системы, состоящие из системных объектов (имиджей) и связей между ними. Имиджи имеют системные свойства, «поведение» имиджей описывается математически. Отвечая на проблемные вопросы преподавателя, школьники обучаются не просто различать системные и несистемные объекты, но видеть структуру и взаимосвязи между объектами, интегративные свойства системы, начинают прогнозировать, предсказывать поведение системы, выстраивая, конструируя динамические модели процессов или явлений.

Таким образом, ядро предлагаемой технологии формирования системности мышления при изучении дисциплины «Информатика и ИКТ», базируется на использовании пакета Stratum 2000, специально подобранного класса задач, отработки системы соответствующих понятий важных для формирования системности мышления. Предлагаемая технология включает в себя три этапа: пропедевтический, базовый и творческий. На каждом этапе задаются учебные цели, определяются методы, формы и средства обучения, а также формы контроля (таблица).

Этапы формирования системности мышления учащихся при изучении дисциплины «Информатика и информационные технологии»

Этапы формирования системности мышления Учебные цели Методы, формы и средства обучения Формы контроля

Пропедевтичес- кий Ознакомление учащихся с основными, наиболее общими системными понятиями и представлениями Объяснительноиллюстративные методы; уроки-лекции, уроки-презентации. Проблемное изложение Фронтальный опрос. Тестирование на узнавание и различение основных системных понятий и терминов

Базовый Усвоение основных системных понятий и формирование системных умений в процессе изучения материала дисциплины «Информатика и информационные технологии» Проблемные и частично-поисковые методы. Выполнение реконструктивно-вариативных и эвристических самостоятельных работ в среде Stratum 2000 Проблемные вопросы. Контрольные работы на решение нестандартных задач, задач повышенной сложности

Творческий Применение основных системных понятий и использование системных умений для К0НС-т р у и р о в а н и я новых систем или моделей в рамках дисциплины «Информатика и информационные технологии» Творческие проекты и исследовательские работы на моделирование систем средствами информационно-коммуникационных технологий Защита творческих проектов и исследовательских работ. Обсуждение и анализ результатов

Приведем примеры учебных задач для моделирования в среде 8£га4ит 2000:

1. При подъеме в гору «заглох» мотор у машины. Остановится ли машина на горе или же она будет скатываться вниз, если коэффициент трения составляет 0,5, а угол наклона 12%?

2. Какой максимальной высоты может достичь акробат в цирке, если он вылетает из специальной пушки под углом 60° и со скоростью 22 м/с? На каком расстоянии от пушки он должен приземлиться.

3. Начальная численность популяции зайца в некотором природном сообществе составляет 1000 особей, начальная численность популяции волка - 20 особей. К концу каждого года выжившая часть популяции зайца увеличивает свою численность на 30%. Годовой прирост популяции волков - 10%. Один волк потребляет ежегодно 40 зайцев. Какова будет численность популяции зайца через 1, 3, 5, 10 лет? Какой должна быть начальная численность популяции волков, чтобы численность зайцев была относительно стабильной в течение первых пяти лет?

Примеры заданий для творческих проектов:

1. Составить модель биоритмов для конкретного человека от указанной текущей даты (дня отсчета) на месяц вперед с целью дальнейшего анализа модели. На основе анализа индивидуальных биоритмов спрогнозировать неблагоприятные дни и благоприятные дни для разного рода деятельности.

2. Разработать модель прироста населения России за несколько лет. Учесть как можно больше факторов, влияющих на прирост.

3. Разработать модель распространения слуха на основе следующего явления - число людей узнавших новость за сутки пропорционально число встреч людей знающих и незнающих новость. Учесть другие факторы, влияющие на распространение слуха.

Формированию системности мышления способствуют следующие проблемные вопросы, которые преподаватель может задавать как в процессе выполнения заданий, а также при защите творческих проектов:

1. Какие системы можно выделить в учебной задаче?

2. Какими интегративными (системными) свойствами обладают выделенные системы?

3. Опишите структуру и взаимосвязи между компонентами в выделенной системе.

4. Какова цель моделирования в данной задаче?

5. Какие виды моделей используются в процессе решения задачи?

6. Назовите основные этапы моделирования в процессе решения задачи?

7. Какие свойства системы обязательно необходимо учитывать при моделировании в процессе решения задачи?

8. Какими свойствами системы можно пренебречь при моделировании в процессе решения задачи?

9. Что означает «адекватность модели»?

Согласно С. А. Бешенкову, адекватность модели необходимо обсуждать в дискуссиях с учащимися, при этом полезно просматривать отношение к модели разработчика, потребителя модели (для кого предназначалась модель) и стороннего наблюдателя [1].

При выполнении творческих проектов учащиеся осваивают навыки постановки целей, планирования своей деятельности, поиска и систематизации, классификации информации (полезно задействовать при этом ресурсы сети Интернет). Очевидно, что все эти умения также имеют «надредметный», междисциплинарный характер.

Результативный компонент модели подразумевает оценку сформированное™ системности мышления учащихся в процессе изучения курса «Информатика и ИКТ».

Для экспериментальной проверки эффективности формирования системности мышления учащихся, были разработаны на основе приведенных выше умений, уровни и соответствующие им критерии системности мышления:

1. Досистемный уровень. Неспособность узнавать системные объекты и отличать их от несистемных, незнакомство с системными понятиями и терминами.

2. Эмпирико-системный уровень. Узнавание системных объектов и дифференциация их от несистемных на основании эмпирически сложившихся наглядных признаков: наличия элементов и связи между ними. Поверхностное понимание системных понятий и категорий, неполное понимание существенных свойств системных объектов.

3. Интегративно-системный уровень. Глубокое понимание системных понятий и категорий, полное и адекватное понимание существенных свойств и структуры системных объектов. Способность указать общий принцип построения системы и ее интегративные свойства.

4. Конструктивно-системный уровень. Глубокое понимание системных понятий и категорий, полное и адекватное понимание существенных свойств и структуры системных объектов. Способность конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы.

В свою очередь, для оценки уровней сформированное™ системности мышления учащихся был разработан ряд задач, ориентированных на системные умения в структуре системного мышления. Было подготовлено два разных комплекта задач приблизительно одинаковой сложности - для диагностики на констатирующем и на контрольном этапе формирующего эксперимента. Приведем, в качестве примера, несколько задач для диагностики умений узнавать системные объекты и отличать их от несистемных:

1. Приведите пример любой системы. Почему вы считаете это системой?

2. Из каких элементов состоит система, пример которой вы привели?

3. Является ли системой молекула воды? Ответ обоснуйте.

Были разработаны, также, задачи для оценки умений видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов, выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойс-

тва, конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему.

Работа проводилась в течение учебного года в экспериментальной и контрольной группах, которые насчитывали 39 и 45 учащихся, соответственно. В контрольной группе работа проводилась в соответствии с традиционным подходом к преподаванию информатики, в экспериментальной - учитывала разработанную нами технологию формирования системного мышления.

Результаты констатирующего этапа показали, что большинство учащихся как экспериментальной, так и контрольной группы находились на до системном или эмпирико-системном уровне мышления. Системность мышления у старшеклассников была сформирована «стихийно». В ответах часто не прослеживалось видение сущностного качества системы — несводимости системы к сумме составляющих ее элементов. Как правило, учащиеся считали, что система - это только набор взаимосвязанных элементов. Лишь у некоторых было «интуитивное» представление об интегративных свойствах системы - школьники отмечали, что система не будет функционировать, если убрать тот или иной компонент.

Контрольный этап исследования выявил следующую картину: если в контрольной группе распределение учащихся по уровням системности мышления практически не изменилось (лишь трое учащихся «подтянулись с досистемного уровня на эмпирико-системный»), то в экспериментальной группе большая часть учащихся находилась уже на эмпирико-системном и интегративно-системном уровнях, а двое учащихся показали конструктивно-системный уровень.

На контрольном этапе для сравнения средних значений в экспериментальной и контрольной группе по каждому из показателей были вычислены {-критерии Стыодента для независимых выборок. Все значения {-критериев оказались значимыми с уровнем значимости 99%. Значимыми оказались также различия в среднем приросте по каждому из показателей и по общему показателю в экспериментальной и контрольной группах.

В качестве иллюстрации результатов исследования приводим гистограммы, отображающие распределение учащихся экспериментальной и контрольной группы по уровням, характеризующим системность мышления на различных этапах эксперимента: констатирующем (рис. 1) и контрольном (рис. 2).

Досистемный Эмгшрико-системный Интегративио- Консгруктизко-

системный системный

Уровень системности мышления

! О Экспериментальная я Контрольная группа | группа

Рис. }. Распределение учащихся экспериментальной и контрольной группы по уровням, характеризующим системность мышления учащихся на констатирующем этапе эксперимента

Досистемный Эмпирико-спстемиьш Интегративно- Конструкгнвно-

сис гимны й системный

Уровень системности мышления

О Экспериментальная £3 Контрольная группа группа

Рис. 2. Распределение учащихся экспериментальной и контрольной группы по уровням, характеризующим системность мышления учащихся на контрольном

этапе эксперимента

Результаты опытно-экспериментальной работы показывают эффективность предлагаемой модели и технологии формирования системного мышления в процессе преподавания курса информатики общеобразовательной школы.

Библиографический список

1. Бешенков, С. А. Моделирование и формализация [Текст]: Методическое пособие / С. А. Бешенков, Е. А. Ракитина. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 336 с.

2. Молотков, Г. С. Технология формирования системного мышления студентов информационных специальностей при обучении проектированию баз данных [Текст]: Автореф. дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Г. С. Молотков; Красноярский государственный педагогический университет. -Красноярск, 2006. - 22 с.

3. Формирование системного мышления в обучении [Текст]: Учебное пособие / Под ред. 3. А. Решетовой. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 344 с.

4. Argyris, С. Teaching smart people how to learn [Text] / C. Argyris // Harvard Business Revue. - 1991, May-June. - P. 99-109.

5. Cavaleri, S. A. Systems Thinking for Knowledge [Text] / S. A. Cavaleri // Journal of General Evolution. - 2005. - Vol. 61, № 5. - P. 378-396.

6. Nehdi, M. Raising the Bar for Civil Engineering Education: Systems Thinking Approach [Text] / M. Nehdi, R. Rehan // Journal of Professional Issues in Engineering Education & Practice. - 2007. ~ Vol. 133, № 2. - P. 116-125.