Модель развития аналитико-синтетического компонента мышления будущих учителей информатики при обучении теории алгоритмов

МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ

АНАЛИТИКО-СИНТЕТИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА МЫШЛЕНИЯ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ ПРИ ОБУЧЕНИИ ТЕОРИИ АЛГОРИТМОВ

THE MODEL OF DEVELOPMENT OF ANALYTIC-SYNTHETIC COMPONENT OF THINKING OF FUTURE TEACHERS OF INFORMATICS WHEN TEACHING THE THEORY OF ALGORITHMS

И.Д. Колдунова

I.D. Koldunova

Теория алгоритмов, аналитико-синтетический компонент мышления, задачи на аналитика-синтетическую деятельность, визуализация теории алгоритмов. В статье анализируются проблемы обучения студентов педвузов фундаментальным дисциплинам, предложена модель развития их аналитико-синтетического компонента мышления при обучении теории алгоритмов за счет специальных задач и визуализации абстрактных алгоритмических процессов.

The theory of algorithms, analytic-synthetic component of thinking, problems on analytic-synthetic activity, visualization of the theory of algorithms. The article analyzes the problems of teaching fundamental disciplines to students of pedagogical universities. The author proposes a model to develop their analytical and synthetic component of thinking in teaching the theory of algorithms due to special tasks and visualization of abstract algorithmic processes.

В связи с введением в вузах федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения для преподавателей возникла необходимость разработки или переработки учебных дисциплин. Новые требования ФГОС ВО обусловливают не только пересмотр содержания дисциплин при составлении рабочих программ, но и выработку инновационных подходов к методике их преподавания.

Ясное и глубокое понимание содержания фундаментальных дисциплин предметной подготовки способствует формированию у будущего учителя информатики современного научного мировоззрения, высокой информационной и математической культуры, развитию его мышления.

В отечественной психологии проблемы мышления изучались в рамках психологической теории деятельности. Разработка этой проблемы связана с именами A.A. Смирнова, А.Н. Леонтьева и др. Мышление с позиций психологической теории де-

ятельности понимается как формирующаяся в течение всей жизни способность к решению разнообразных задач и целесообразному преобразованию действительности. А.Н. Леонтьевым была предложена концепция мышления, согласно которой между структурами внешней (составляющей поведение) и внутренней (составляющей мышление) деятельности существуют аналогии. Внутренняя мыслительная деятельность является не только производной от внешней, практической, но и имеет принципиально то же самое строение. В ней, как и в практической деятельности, могут быть выделены отдельные действия и операции [Леонтьев, 1977].

В психологии и педагогике разработано несколько подходов к организации процессов усвоения знаний. Так, H.A. Менчинская и Д.Н. Богоявленский особенно подробно исследовали роль в этом аналитико-синтетической деятельности, сравнений, ассоциаций, обобщений, опирающихся на конкретные знания, а также значение само-

<

m

Щ

$9

I %

С И

о

ь

к к

W Рq Н U

Рч < ^

о ^

о о о Q

£ W

н S о

Рч W

о §

к

и

W V S

ь

1-4

<с п

W

с

S

Д

н и

щ

PQ

стоятельного поиска признаков усваиваемых понятий и способов решения новых типов задач.

Исследования, посвященные разработке методической системы обучения теории алгоритмов в педагогическом вузе, были проведены E.H. Бо-боновой (2002), A.B. Голановой (2003), В.И. Игоши-ным (2002). В работах подчеркивается значение курса теории алгоритмов для будущих учителей математики и информатики.

Однако особенности содержания фундаментальных дисциплин предметной подготовки будущих учителей информатики (в том числе и «Теории алгоритмов») таковы, что часто предопределяют деятельность студентов: им приходится работать с теоретическим учебным материалом, с абстрактной информацией, которую невозможно ощутить физически, совершить реальные действия или представить в материальной наглядной форме.

С учетом специфики фундаментальных дисциплин предметной подготовки, а именно их формализованности и высокой степени абстракции процесс обучения должен строиться с помощью методов и средств, которые позволят обеспечить ее максимальную наглядность, строгую логичность изложения, поддержать теоретическое мышление студентов. С.Л. Рубинштейн отмечал, что особенностью теоретического мышления является всё более полное и многостороннее мысленное восстановление объекта реальности, исходя из чувственных данных, возникающих в результате воздействия субъекта. Это осуществляется посредством анализа, синтеза, обобщения, абстрагирования, которые преобразуют исходные чувственные данные [Рубинштейн, 1958]. Анализируя и синтезируя, мысль идет от более или менее расплывчатого представления о предмете к понятию, в котором анализом выявлены основные элементы и синтезом раскрыты существенные связи целого. При этом, как и другие операции, анализ и синтез со временем совершенствуются. Сначала эти операции формируются в практике, тренируясь на наглядных понятиях. Постепенно анализ и синтез становятся операциями или сторонами теоретического мыслительного процесса. Анализу и синтезу начинают подвергаться уже сложные абстрактные понятия.

Изложенное выше позволяет выделить следующие противоречия:

- между значимостью теории алгоритмов для будущей профессиональной деятельности учителя информатики и методическими затруднениями его преподавания, а также сложностью ее изучения студентами педагогического вуза;

- низким уровнем развития аналитико-синтетического компонента мышления у выпускников средних школ, студентов младших курсов педвузов профиля «Информатика», обеспечивающим успешное освоение курса «Теория алгоритмов» и отсутствием теории и практики его развития в курсе «Теория алгоритмов»;

- потребностью в реализации дидактических возможностей развития аналитико-синтетического компонента мышления при обучении «Теории алгоритмов» и отсутствием методической базы обучения «Теории алгоритмов» на основе аналитико-синтетической деятельности.

Выделенные противоречия определяют проблему: какой должна быть методика обучения теории алгоритмов на основе аналитико-синтетической деятельности, позволяющая повысить уровень подготовки по предмету.

Нами был проведен опрос среди студентов, обучающихся на Ш-У курсах факультета математики и информатики Куйбышевского филиала Новосибирского государственного педагогического университета на тему «Как вы оцениваете качество предметной подготовки по фундаментальным дисциплинам?», целью которого было выявление причин невысокого уровня понимания фундаментальных дисциплин предметной подготовки будущего учителя информатики. Полученные результаты представлены на рис. 1-4.

Респондентов просили оценить, какой процент информации после изучения нового материала им в нем понятен (рис. 1). Ни один из респондентов не ответил, что понимает всю изучаемую информацию; лишь 25 % ответили, что материал почти полностью понятен (70-90 %); 54,17 % опрошенных студентов понимают чуть более половины изученной информации, 20,83 % указали, что понимают менее половины изучаемой информации.

60,00

50,00

2 40,00 н

£ 30,00 о

с 20,00 10,00 0,00

90-100% 70-90% 50-70% 30-50% менее 30%

Ь4,1

12,50 8,33 р—

0,00

Рис. 1. Понимание изученной информации

Свое непонимание студенты в основном связывают с высокой степенью абстракции изучаемых дисциплин (41,67 %), низкой степенью

визуализации изучаемой информации (29,17 %) и высокими требованиями к уровню их мышления (33,33 %) (рис. 2).

высокая степень абстракции

33,33 /Л Л 41,67  превалирование математического языка

РР  низкая степень визуализации

4,17 V,  высокие требования к уровню подготовки

29,17  высокие трбования к уровню мышления

Рис. 2. Причины непонимания изученной информации

Уровень понимания терминов изучаемых ше, чем имеющих соответствующий уровень по-дисциплин и уровень освоения этих дисци- нимания терминов изучаемых дисциплин. К со-плин находится, по мнению чуть больше поло- жалению, по мнению абсолютного большинства

вины студентов, в средних пределах (60-79 %). респондентов, никто из них не обладает высо-

При этом количество студентов, считающих свой ким уровнем понимания терминов и уровнем уровень освоения выше среднего, на 9 % боль- освоения фундаментальных дисциплин (рис. 3).

уровень понимания

терминов  уровень освоения дисциплины

Рис. 3. Уровни понимания терминов и освоения дисциплин

С

га

Щ

3

I

с

га'

о

ь

к

к щ

га н и

Рч

и **

о о о р

Й

0

1

ж

Р*5

М О

м

V

К

б и

<С

га С

«

2 К

н и

По мнению студентов, повысить уровень освоения фундаментальных дисциплин можно, если проводить объяснение не на абстрактном

языке (41,67 %), использовать ИКТ для визуализации изучаемого материала и решать большее число задач (по 29,17 %) (рис. 4).

45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00

41,67

Рис. 4. Пути повышения уровня осе

Таким образом, будущие учителя информатики, обладая средним (по их мнению) уровнем освоения фундаментальных дисциплин предметной подготовки, а также недостаточно высоким уровнем аналитико-синтетической деятельности [Колдунова, 2011 ], считают, что существующие методики обучения обладают некоторыми недостатками, которые можно устранить, если осуществлять объяснение материала на естественном языке, использовать ИКТ для визу-

?ния фундаментальных дисциплин

ализации изучаемого материала, решать большее количество задач, направленных на развитие их уровня мышления.

Результаты проведенного исследования обусловливают необходимость построения модели обучения курсу «Теории алгоритмов», обеспечивающей высокий уровень освоения дисциплины и развитие аналитико-синтетического компонента мышления будущего учителя информатики (рис. 5).

Систематизация б форме ментальных карт

Система

целесообразно подобранный задач

Средства визуализации

Цель обучения:

Развитие Формирование

АСКМ системы

студентов знании и

умений по ТА;

3 этап.

Систематизация знаний по «Теории алгоритмов»

2 этап.

Развитие АСКМ студентов

1 этап.

Формирование чувственного образа изучаемых понятий

Рис. 5. Структурная модель обучения «Теории алгоритмов»

Для построения данной модели нами были выявлены психолого-педагогические и дидактико-методические основы развития аналитико-синтетического компонента мышления у студентов педагогических вузов, обучающихся по профилю «Информатика», при обучении теории алгоритмов, разработана система задач с ориентацией на аналитико-синтетическую деятельность студента. А также разработана процессуальная схема использования ИКТ для визуализации процесса обучения и развития аналитико-синтетического компонента мышления.

Под аналитико-синтетическим компонентом мышления мы понимаем комплексное выполнение умственных операций анализа, синтеза и сравнения. Обучение мышлению опирается на формирование конкретных приемов умственной деятельности или системы входящих в него операций. В процессе такого обучения возникают взаимосвязи между теоретическими знаниями и умением применять их на практике.

При традиционном обучении студентов «Теории алгоритмов» главной целью является систематизация знаний, которая достигается с помощью традиционных методов, форм и средств обучения. В нашем исследовании наряду с этой мы ставим еще одну цель: развитие АСКМ студентов.

Согласно информационному подходу, процесс обучения напрямую связан с зафиксированными в человеческой памяти образами объектов, событий и действий [Пак, 2011]. Поэтому на первом этапе главной задачей обучения «Теории алгоритмов» является формирование чувственных образов формируемых понятий. При этом связь образов с действиями и операциями можно проследить по нескольким линиям. Во-первых, действия формируются посредством образов. Во-вторых, операции составляют психологический механизм образов. Актуализация образа, восстановление его субъектом - это всегда выполнение им (пусть мгновенное) тех операций, которые лежат в основе образа. И наконец, использование образа в процессе реше-

ния различных задач происходит путем включения его в то или иное действие.

Итак, ведущая роль принадлежит действию, хотя связь между образами и действиями является двусторонней. Образ без действия субъекта не может быть ни сформирован, ни восстановлен, ни использован. Отсюда следует, что и управлять формированием образов можно только посредством действий. На этом этапе обучения за счет визуализации абстрактных понятий теории алгоритмов преодолевается сложность их восприятия.

На втором этапе обучения происходит формирование моделей и понятий. Этому способствует разработанная нами система задач. Решение задач в зависимости от категории направленно формирует операции анализа, синтеза и сравнения на соответствующем уровне. Более подробно классификация задач представлена в работе [Колдунова, 2014].

На третьем этапе происходит окончательная систематизация знаний за счет формирования абстрактного представления изучаемых понятий. Для формирования целостной картины об изучаемом предмете нами предлагается использование ментальных карт, которые предназначены для структурирования информации в визуальной форме. Они позволяют охватить картину в целом и упорядоченно отобразить свои мысли. Построение ментальной карты помогает разложить материал и запомнить его. Многие компьютерные программы создания ментальных карт позволяют добавлять файлы различных форматов (по теории алгоритмов - это имитаторы формальных алгоритмов, конструкторы блок-схем), что позволяет «в двойном размере» визуализировать изучаемый материал.

Опыт реализации некоторых компонент представленной модели в учебном процессе показал повышение мотивации студентов к изучению «Теории алгоритмов». В этой связи следует ожидать, что реализация предложенной модели» будет способствовать повышению уровня освоения дисциплин фундаментальной подготовки будущего учителя информатики и развитию их аналитико-синтетического компонента мышления.

<С £

С га

о

ь

к ^

м га н о

Рч

о ^ о о

О Й

3

м н к о

Рч

м

0

1

к

а

«

о м

V

к

ь

1-4

<с «

м с

X

н и

щ м

Библиографический список

1. Бобонова E.H. Методические основы фундаментальной подготовки по информатике в педагогическом вузе: дис. ... канд. пед. наук Воронеж, 2002. 165 с.

2. Голанова A.B. Методика обучения теории алгоритмов будущих учителей информатики: дис. ... канд. пед. наук. СПб., 2003. 241 с.

3. Игошин В.И. Профессионально-ориентированная методическая система обучения основам математической логики и теории алгоритмов учителей математики в педагогических вузах: дис. ... д-ра пед. наук. М.: РГБ, 2002. 366 с.

4. Колдунова И.Д. Визуализация процесса обучения теории алгоритмов // Решетневские чтения: материалы XVIII Междунар. науч. конф. (11-14 ноября 2014, г. Красноярск):

в 3 ч. / под общ. ред. Ю.В. Ерыгина; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 3: Практико-ориентированное обучение в профессиональном образовании: проблемы и пути развития. 330 с.

Колдунова И.Д. О необходимости развития аналитико-синтетической деятельности студентов пед. вузов // Омский научный вестник. Сер.: Общество. История. Современность. 2011. № 2. 218 с. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. М.: Политиздат, 1977. 304 с. Пак Н.И. О концепции информационного подхода в обучении // Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2011. № 1. С. 91-97. Рубинштейн С.Л. О мышлении и путях его исследования / АН СССР, Ин-т психологии. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 347 с.