Учебная задача как средство достижения метапредметных образовательных результатов на уроках информатики

УДК 371.315:681

Д. А. Хомякова

УЧЕБНАЯ ЗАДАЧА КАК СРЕДСТВО ДОСТИЖЕНИЯ МЕТАПРЕДМЕТНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ*

В статье приводится краткий анализ требований к новым образовательным результатам, делается обоснование возможности их эффективного достижения на школьных уроках информатики в процессе решения задач. Рассмотрен способ практической реализации данной идеи на примере задачи из раздела «Информация и информационные процессы».

Brief analysis of new educational requirements is given in the article; the proof of the possibility of their achievement at school lessons on Computer Science by solving tasks is done. The given idea is illustrated with tasks on the topic 'Information and information processes'.

Ключевые слова: метапредметные результаты обучения, универсальные учебные действия, задач-ный подход.

Keywords: meta-objective educational results, universal educational actions, task approach.

В настоящее время школьный курс информатики претерпевает этап существенных изменений, которые связаны с внедрением государственных образовательных стандартов второго поколения, пересмотром стратегических задач школьного образования, выражением которых стали требования к результатам освоения основной образовательной программы (личностным, предметным и ме-тапредметным). Если достижение личностных результатов в большей степени является предметом социологических исследований, то предметные и метапредметные требования, безусловно, становятся определяющими при постановке целей обучения любому предмету. Поскольку цели оказывают ключевое влияние на все остальные компоненты методической системы обучения, то возникает необходимость адаптировать к требованиям новых образовательных результатов содержание школьного курса информатики, методы, организационные формы и средства обучения.

Следует отметить, что школьная информатика носит метадисциплинарный характер, и значительный потенциал ее заключается в возможности эффективного достижения учащимися не только пред-

* Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы »(соглашение 14.В37.21.0543).

© Хомякова Д. А., 2012

метных, но и метапредметных результатов, освоения межпредметных понятий, формирования универсальных учебных действий всех видов, большинство из которых носят информационный характер.

Действительно, ключевые понятия, изучаемые информатикой, такие, как «модель», «алгоритм», «система», носят фундаментальный характер и применяются в любой науке, что обусловливает наличие межпредметных связей. Кроме того, методы информатики, такие, как моделирование, структурирование и классификация, системно-информационный анализ, являются методами познания, общими для всех естественных наук. А формируемые на уроках информатики способы деятельности, например, информационный поиск, кодирование и представление информации в определенной форме, являются универсальными и используются при любой работе с информацией.

Особенность содержания практической деятельности по информатике состоит в том, что в процессе решения задачи с помощью компьютера может происходить отработка всех этапов - от формализации и построения алгоритма решения, до выбора средства его реализации, получения и анализа результата. Уровень самостоятельности и осознанности школьника в прохождении этапов решения задачи напрямую зависит от методической организации процесса обучения. И зачастую учителя выбирают наиболее простой, но наименее эффективный способ, предлагая решение типовых формализованных задач по образцу. Но возможен и другой метод, такой, что какой бы ни была по содержанию задача (на составление программы на Паскале или на создание электронной таблицы в MS Excel), она потребует от учащегося четкой постановки цели (это метапред-метное умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить задачи в познавательной деятельности [1], которое конкретизировано в регулятивное универсальное учебное действие (УУД) целеполагание, преобразование практической задачи в познавательную [2]). Сформулированная цель обусловливает выбор инструмента решения - например, таблицу с данными можно с успехом создать как в текстовом редакторе, так и в СУБД, и в табличном процессоре, но перечень допустимых действий с ней будет разным. Правильность выбора можно оценить, проанализировав полученный результат (созданный информационный продукт) и соотнеся его с первоначально поставленной целью. Таким образом, отрабатывается метапредметное умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач [3], формируются регулятивное УУД планирование путей достижения целей и познавательное УУД

осуществление выбора наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий [4].

Следовательно, эффективное достижение ме-тапредметных результатов на уроках информатики возможно только при грамотном построении структуры курса, использовании соответствующих методов и средств обучения.

По нашему мнению, наиболее подходящей моделью структуры является система содержательных линий, которые выступают «устойчивыми единицами содержания, образующими каркас курса, его архитектонику» [5] и являются «организующими идеями образовательной области» [6]. Мы полагаем, что эффективным методом «выстраивания» содержательных линий, который позволяет формировать ключевые понятия информатики и способы деятельности, является применение задачного подхода к обучению. Практическая реализация данной идеи предполагает решение ряда проблем.

Первая проблема заключается в выделении таких содержательных линий курса информатики, которые послужили бы структурой содержания, обеспечивающей максимальное достижение мета-предметных результатов обучения.

Содержательные линии можно понимать как «устойчивые структуры - аттракторы в открытой системе, элементами которой являются отдельные единицы содержания обучения». В общем виде такой подход был впервые описан в работе М. В. Ры-жакова [7], а в применении к информатике - в исследованиях Т. А. Кувалдиной [8]. Детальное изучение содержательных линий как основы для построения модели содержания курса информатики содержится в научном труде Е. А. Ракитиной

[9]. В своей работе она обосновала, что данная модель обладает такими свойствами структуры, как устойчивость, целостность и адаптивность. Именно свойство адаптивности структуры к возможным изменениям внешней среды (для содержания учебного курса такой средой является парадигма образования, выраженная в его целях) позволяет ориентировать ее на достижение новых образовательных результатов, при этом сохраняя семантическое постоянство содержания.

Содержательные линии курса информатики впервые были выделены авторским коллективом под руководством академика А. А. Кузнецова в 1997 г.

[10] Это были семь линий: информации и информационных процессов, представления информации, исполнителя, формализации и моделирования, алгоритмизации и программирования, информационных технологий.

На следующем этапе развития школьного образования с официальным утверждением федерального компонента Государственного образовательного стандарта [11] в 2004 г. понятие содержательных линий не используется, содержание

подразделяется на два тематических раздела: информационные процессы и информационные технологии.

Государственный стандарт второго поколения [12] и примерная основная образовательная программа [13] вновь разделяют содержание курса информатики на тематические разделы, оставляя значительную степень свободы для выделения содержательных линий авторам проектов примерных программ. Так, авторский коллектив С. Г. Григорьева, В. В. Гриншкуна, И. В. Левченко и О. Ю. Заславской предлагает выделить 11 линий [14]: информации и информационных процессов, представления и кодирования информации, измерения количества информации, аппаратного и программного обеспечения компьютера, систем счисления, основ математической логики, алгоритмизации и программирования, формализации и моделирования, информационных технологий, социальных аспектов информатизации. Коллектив А. А. Кузнецова, А. Л. Семенова, С. А. Бешенкова и А. Г. Кушни-ренко в своей примерной программе по информатике и ИКТ [15] выделяет восемь линий, объединив их в систему из трех направлений: «информация и информационные процессы», «моделирование и информационные модели», «области применения методов и средств информатики».

Большинство авторов выделяют перечень линий, а далее разбивают содержание курса на тематические разделы, и предлагаемое методическое сопровождение ориентируют именно на изучение этих блоков. Но «содержательные линии - это ни в коем случае не отдельные, завершенные, независимые друг от друга модули учебного материала» [16]. Именно ориентация на достижение метапредметных образовательных результатов, формирование межпредметных понятий и отработка универсальных учебных действий становится решающим фактором в разграничении понятий «содержательная линия» и «содержательный раздел», а задачный подход обеспечивает соотнесение первого со вторым.

В целом существует несколько подходов к выявлению структуры содержания курса информатики и определению содержательных линий, основные критерии которых подробно описаны в исследовании Е. А. Ракитиной [17]. На наш взгляд, наиболее подходящим является подход, основанный на определении основных объектов изучения науки и методов их изучения, то есть феномена и инструмента информатики как естественнонаучной дисциплины.

Согласно общепринятому на сегодняшний день определению информатика - это естественнонаучная дисциплина, изучающая закономерности протекания информационных процессов в системах различной природы, а также методы и средства их автоматизации. Линия «Информация и информационные процессы» соответствует основному

объекту изучения информатики и является наиболее обобщенной и фундаментальной, так как включает в себя представление «о триаде материя -энергия - информация... о методах и средствах автоматизации важнейших информационных процессов. в частности, с применением средств информатизации» [18].

Основным методом информатики является моделирование (информационное моделирование), а еще одним ключевым понятием - понятие модели. Действительно, «при работе с информацией мы либо имеем дело с готовыми информационными моделями. либо разрабатываем информационные модели» [19] - модель предметной области в виде данных, модель деятельности, модель как результат решения задачи. По этой причине линия «Формализация и моделирование» также является основной в курсе и предполагает «развитие умений строить, изучать, оценивать модели для решения задач в различных областях человеческой деятельности» [20].

Нам также представляется целесообразным выделить в качестве содержательной линию «Алгоритмизация», поскольку декларируемой особенностью стандартов второго поколения является доминирование деятельностного компонента над предметным. Именно эта линия предполагает организацию практической деятельности по решению задач и отработку основных этапов этого процесса.

Таким образом, с учетом ориентации на новые образовательные результаты нами выделены укрупненные содержательные линии, дифференцированные по степени уменьшения их фундаментальности и обобщенности:

• линия информации и информационных процессов;

• линия моделирования и формализации;

• линия алгоритмизации.

Стоит отметить, что «будучи наиболее общей моделью, перечень содержательных линий выступает концептуальной основой. для построения других моделей содержания. таких, как рабочие программы и календарные планы» [21]. При этом не исключается возможность разработки различных авторских вариантов планирования, каждый из которых сможет обеспечить достижение мета-предметных результатов при соответствующем методическом обеспечении, основанном на задачном подходе.

Второй проблемой работы является подбор задач для выстраивания выделенных содержательных линий.

Задачный подход предполагает организацию деятельности учащихся как системы процессов решения разнообразных задач. Именно учебные задачи, с одной стороны, используются для формирования способов действий, а с другой - выполняют функцию организации учебного процесса. Система задач в рамках одной содержательной линии

выстраивается таким образом, что решение каждой следующей задачи приводит к получению нового знания, задача создает проблемную ситуацию, порождает мотив к изучению нового способа действия. Формирование основных теоретических положений и ключевых понятий содержательной линии происходит по следующему алгоритму: сообщение начальных сведений в форме гипотез -практическая деятельность по решению задач -обобщение и систематизация полученных знаний.

Иллюстрация применения задачного подхода к изучению информационных технологий в курсе средней школы дана в учебном пособии Е. А. Васениной и М. В. Петуховой [22]. Мы считаем, что ориентируясь на достижение метапредметных результатов и выстраивание сквозных содержательных линий курса, «целесообразно предлагать объемные задачи, для полного решения которых требуется ответить на достаточно большое количество вопросов». Такие задачи позволяют учащимся осознанно проследить все этапы построения информационной модели, выделить большое число характеристик и связей между ними, а следовательно - углубить и обобщить ключевые понятия содержательной линии.

Для примера рассмотрим процесс выстраивания содержательной линии информации и информационных процессов через задачу. В примерной основной образовательной программе основного общего образования напрямую выделены такие процессы, как получение, передача, сохранение, преобразование и использование информации. В учебниках, рекомендованных и допущенных Министерством образования, встречаются и другие классификации. Обобщив мнения исследователей, можно выделить два ключевых процесса - обработка и передача информации - которые включают в себя все остальные (хранение представим как передачу информации самому себе во времени, а под понятием «обработка» будем понимать сбор, поиск, представление, защиту и использование).

Задача на обработку информации (конкретизируем понятие обработки как получение новой информации путем выполнения алгоритмических или логических операций над исходной информацией) в общем виде может быть сформулирована следующим образом: «В нашем распоряжении находится информация о некотором объекте и среде, в которой он находится. Каким образом мы можем получить новые сведения об объекте, используя имеющуюся информацию?»

Отметим, что задача поставлена в форме обобщенной проблемной ситуации. Можно детализировать ее, предложив варианты конкретных объектов и их сред:

• координаты точки на плоскости и ее принадлежность некоторой заштрихованной области;

• участник соревнования и его положение в турнирной таблице;

• данные о конкретном товаре в ассортиментной ведомости и т. д.

Модификация формулировки задачи позволяет «протянуть» основное понятие обработки информации через все разделы курса. При изучении конкретных тем комплексное решение задачи обеспечит освоение некоторого объема нового материала, формирование первоначального представления о понятиях, отработку специфических способов действия. Например, задача на принадлежность точки заштрихованной области плоскости, поставленная при изучении темы «Основы логики», потребует изучения понятий «логическая величина», «логическое выражение», «логическая операция», «таблица истинности» и др. При изучении темы «Основы программирования» данная задача станет мотивационной для изучения базовой алгоритмической конструкции ветвления (и в зависимости от сложности заштрихованной области обеспечит освоение понятий «полная и сокращенная форма ветвления», «простое и составное логическое условие», «вложенное ветвление»). Изучение табличного процессора MS Excel позволит овладеть новым удобным инструментом для автоматического получения данных о точке с любыми координатами. Тема «Основы работы с информационными ресурсами» также возвращает нас к вопросу о формулировании логических условий, аналогичных условиям принадлежности точки, при составлении поисковых запросов.

Решение рассмотренной задачи в рамках различных тем курса информатики позволяет уточнить и обобщить понятие «информационный процесс обработки информации». Аналогичным образом, через задачу, можно формировать и другие ключевые понятия содержательной линии, носящие межпредметный характер, и соответствующие им способы деятельности, то есть эффективно достигать метапредметных результатов обучения.

Примечания

1. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588

2. Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. URL: http:/ /standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=6400

3. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588

4. Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. URL: http:/ /standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=6400

5. Бешенков С. А. Курс информатики в контексте новых образовательных результатов // Информатика и образование. 2008. № 9. С. 17-22.

6. Рыжаков М. В. Государственный образовательный стандарт основного общего образова-

ния (теория и практика). М.: Пед. о-во России, 1999.

7. Рыжаков М. В. Теоретические основы разработки государственного стандарта общего среднего образования: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.01. М., 1999.

8. Кувалдина Т. А. Систематизация понятий курса информатики на основе методов искусственного интеллекта: дис. ... д-ра пед. наук. М., 2003.

9. Ракитина Е. А. Построение методической системы обучения информатике на деятельност-ной основе: дис. ... д-ра пед. наук. М., 2002.

10. Проект федерального компонента Государственного образовательного стандарта начального общего, основного общего и среднего (полного) образования. Образовательная область «Информатика» // Информатика и образование. 1997. №1. С. 3-11.

11. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования. Ч. II. Среднее (полное) общее образование / Министерство образования Российской Федерации. М., 2004.

12. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588

13. Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. URL: http:// standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=6400

14. Григорьев С. Г., Триншкун В. В., Аевчен-ко И. В., Заславская О. Ю. Проект примерной программы по информатике для основной школы // Информатика и образование. 2011. № 9. С. 2-11.

15. Основы общей теории и методики обучения информатике: учеб. пособие / под ред. А. А. Кузнецова. М.: БИНОМ. Лаборатория базовых знаний, 2010.

16. Ракитина Е. А. Теоретические основы построения концепции непрерывного курса информатики. М.: Информатика и образование, 2002.

17. Ракитина Е. А. Построение методической системы обучения информатике на деятельност-ной основе: дис. ... д-ра пед. наук. М., 2002.

18. Основы общей теории и методики...

19. Ракитина Е. А. Теоретические основы построения концепции непрерывного курса информатики. М.: Информатика и образование, 2002.

20. Основы общей теории и методики...

21. Проект федерального компонента Государственного образовательного стандарта начального общего, основного общего и среднего (полного) образования. Образовательная область «Информатика» // Информатика и образование. 1997. №1. С. 3-11.

22. Васенина Е. А., Петухова М. В. Изучение информационных технологий общего назначения в курсе информатики средней школы: учеб. пособие. Киров: Изд-во ВГПУ, 2002.