Развитие аналитических способностей школьников на уроках информатики

На основе этих уровней выделяются требования к развитию алгоритмического мышления [13]:

Операционный уровень характеризуется тем, что ученик имеет представление об алгоритме.

Системный уровень характеризуется тем, что ученик имеет представления об алгоритме, его свойствах, составляет небольшие линейные алгоритмы или с простейшими ветвлениями и циклом; владеет конкретными операциями классификации, сериации; знает способы решения некоторого класса алгоритмических задач; имеет представление об исполнителе и системе команд исполнителя.

Методологический уровень характеризуется тем, что ученик имеет представления об алгоритме, знает его свойства, умеет составлять и записывать формальные и неформальные алгоритмы линейной структуры, с простейшими ветвлениями и циклами; владеет операциями классификации, сериации и взаимно однозначного соответствия; легко справляется с задачами алгоритмического характера; имеет представление об исполнителе, системе команд исполнителя.

Основные принципы построения обучения, направленного на развитие алгоритмического мышления сводятся к следующим: систематичность работы, направленной на развитие алгоритмического мышления; системность, полнота и всесторонность рассмотрения отдельных действий, входящих в структуру алгоритмического мышления; возможность соотнесения полученных результатов с эталоном. Для выполнения всех этих условий целесообразно и необходимо использование персонального компьютера.

Формирование аналитических способностей в рамках школьного курса информатики не должно быть эпизодическим или локальным, этот процесс должен проходить систематически, на протяжении всего курса информатики в школе (пропедевтический, базовый и профильный уровень).

Составление алгоритмов – сложная задача, поэтому важно уже на пропедевтическом уровне ставить целью ее решение, способствуя тем самым развитию логического мышления школьников. Для этого необходимо, прежде всего, учить детей «видеть» алгоритмы и осознавать алгоритмическую сущность тех действий, которые они выполняют. Начинать эту работу следует с простейших алгоритмов, доступных и понятных им. Можно составить алгоритм перехода улицы, алгоритмы пользования различными бытовыми приборами, приготовления какого-либо блюда и т.д.

Рассматривая такие инструкции, сам термин «алгоритм» можно не вводить, а говорить о правилах, в которых выделены пункты, указывающие на определенные действия, в результате выполнения которых решается поставленная задача. На этом уровне школьники учатся составлять описание алгоритмов на соответствующем уровне детализации, полностью описывая деятельность в правильной последовательности шагов ее выполнения [13].

Следует заметить, что само понятие «алгоритм» чаще всего можно употреблять только условно, т.к. те правила и предписания, которые рассматриваются в начальных классах, не всегда обладают всеми свойствами, его характеризующими. Алгоритмы на пропедевтическом уровне описывают последовательность действий в конкретном примере, а не в общем виде, в них находят отражение не все операции, входящие в состав выполняемых действий, поэтому их последовательность может быть и не строго определена. В этом случае алгоритм представляет собой полезный инструмент для решения задач, будь то из области математики, общественных дисциплин, естествознания, родного языка или повседневной жизни.

Требования к знаниям, умениям и навыкам обучающихся на пропедевтическом этапе по теме «Алгоритм»:

Знания: обучающиеся должны

• иметь представление об истории возникновения понятия алгоритма,
• знать определение алгоритма, способы его записи,
• иметь представление об основных свойствах алгоритма,
• знать основные базовые структуры алгоритмов [23].

Все эти знания позволяют формировать у обучающихся следующие умения и навыки работы с алгоритмом:

• Умение исполнять алгоритм (следуя пошаговым предписаниям) для знакомого (или нового) задания и получать конечный результат.
• Умение изменять алгоритм для выполнения нового (схожего с предыдущим) задания и давать имя новому алгоритму.
• Умение привести примеры, когда для выполнения задания можно воспользоваться различными алгоритмами.
• Находить и исправлять ошибки в алгоритме.
• Умение записывать алгоритм, который они использовали при выполнении задания.
• Участвовать в составлении алгоритма для выполнения задания, аналогичного предыдущему.
• Умение самостоятельно составлять алгоритм, который может быть исполнен другим человеком, а также уметь продемонстрировать получение ожидаемого результата в процессе исполнения алгоритма.

При организации работы на пропедевтическом уровне, направленной на формирование у школьников представлений об алгоритме, используются следующие методические приемы:

• В процессе формирования у детей алгоритмического мышления каждая тема занятия должна включать обсуждение в классе команд, используемых в алгоритме.
• Необходимо позволять обучающимся составлять алгоритмы, содержащие ошибки. Это дает им возможность самостоятельно находить ошибки в проверке алгоритма.
• Обучающимся необходимо предоставлять возможность осуществлять наглядные эксперименты с использованием реальных предметов и действий над ними до того, как их попросят составить формальный словесный алгоритм.
• В завершении работы учителю желательно привести (или услышать это от обучающихся) точное и достаточно подробное описание предполагаемого результата выполнения алгоритма [10].

При формировании навыков алгоритмизации в качестве учебного материала возможно использовать самые различные виды заданий. К ним могут, например, относится: сортировка данных, поиск нужной информации, табличное и графическое представление данных, составление отчета, анализ данных, решение задач различных типов и т.д.

Примеры заданий:

1. Составьте  и запишите удобным способом  алгоритм рисования орнамента:

Продиктуйте полученный алгоритм своему соседу по парте. Получился ли у него такой же узор?

2. Однажды  школьнику задали на дом несколько  задач по математике. Придя домой, он решил сначала выполнить  домашнее задание, а затем пойти  гулять. Злоумышленник посоветовал  воспользоваться следующим алгоритмом:

Пока не решены все задачи, повторять:

Решить очередную задачу.

Пойти гулять до ужина.

Конец цикла.

На следующий день школьник получил двойку за домашнее задание. Объясните почему?

3. Во  время большой перемены проголодавшийся  школьник зашел в столовую с намерением поесть пирожков. Находившийся рядом злоумышленник тут же посоветовал ему воспользоваться следующим алгоритмом:

Пока не исчезло чувство голода, повторять:

Купить пирожок.

Конец цикла.

Съесть пирожок.

Сумеет ли школьник поесть пирожков? Исправьте алгоритм так, чтобы школьник ушел сытым.

Структурной элементарной единицей алгоритма является простая команда, обозначающая один элементарный шаг переработки или отображения информации. Простая команда на языке схем изображается в виде функционального блока, который имеет один вход и один выход. Из простых команд и проверки условий образуются составные команды, имеющие более сложную структуру и тоже один вход и один выход. В соответствии с принципом минимальной достаточности методических средств, допускаются всего три базовые конструкции — следование, ветвление (в полной и сокращенной формах), повторение (с постусловием и предусловием). С помощью соединения только этих элементарных конструкций (последовательно или вложением) можно «собрать» алгоритм любой степени сложности [10].

При разработке алгоритмов необходимо использовать только базовые конструкции и стандартным образом их изображать, что позволит облегчить понимание структуры алгоритма, отвлечься от несущественных деталей и сконцентрировать внимание обучающихся на нахождении способа решения задачи.

Использование блок-схемы позволяет высветить сущность выполняемого процесса, дать определение командам ветвления и повторения, которое будет понято учащимися, запомнено и применено в их учебной деятельности.

Подбирая задания при изучении основных алгоритмических конструкций необходимо учитывать следующие аспекты:

1. Какие мыслительные операции будут «работать» при ее решении;
2. Будет ли сама постановка задачи способствовать активизации мышления учащихся;
3. Какие критерии развития мышления можно применить в ходе решения этой задачи.

Чтобы при разборе задачи направить обсуждение в нужное русло, рекомендуется использовать побуждающие вопросы. Эти вопросы носят открытый характер, т.е. не предполагают какого-либо единственного «правильного» ответа. Обучающиеся ведут активный и свободный интеллектуальный поиск, сообразно со своими личными мыслительными способностями.

Например, можно использовать следующий блок побуждающих вопросов с последующей фиксацией мыслительных операций, которыми будут пользоваться учащиеся при решении задачи «Дан одномерный массив А, размерность которого равна 10. Определить число элементов в массиве, значение которых кратно 5.»

Вопрос	Мыслительные операции, которыми будут пользоваться учащиеся
Прочитайте задачу. Из скольких этапов, по-вашему, будет состоять ее решение? (3 этапа – ввод, вывод  массива и определение кратности)	1. Анализ задачи (выделение исходных  данных, результата), синтез (выделение  этапов).
В чем суть математического понятия «кратность»? (Деление без остатка  на заданное число; частное - целое  число)	2. Анализ - синтез - конкретизация –  обобщение - суждение (ученик должен  из множества имеющейся информации  выделить нужную - понятие «кратность», вспомнить ее суть, обобщить, сделать вывод).
На основании каких математических законов, правил мы делаем вывод о кратности чисел? (признаки делимости, таблица  умножения).	3. синтез - обобщение – суждение (повторение  признаков делимости)

 

При связывании изучения методов построения алгоритмов работы с величинами и языком программирования возможны два варианта:

1. сначала рассматриваются всевозможные алгоритмы, для описания которых используются блок-схемы и алгоритмический язык, а затем – правила языка программирования, способы перевода уже построенных алгоритмов программу на этом языке;
2. алгоритмизация и языки программирования осваиваются параллельно.

Теоретическое изучение алгоритмизации и программирования, оторванное от практики, малоэффективно. Желательно, чтобы ученики как можно раньше получили возможность проверять правильность своих алгоритмов, работая на компьютере.

Для успешного решения задачи, требующей составления алгоритма и написания программы, учебные занятия желательно проводить таким образом, чтобы ученик мог:

1. четко понять задачу, провести ее детализацию и формализацию;
2. проанализировать, к какому классу задач она относится, какими способами (алгоритмами) ее можно решить;
3. составить алгоритм решения задачи;
4. составить программу, реализующую этот алгоритм;
5. проверить, правильно ли программа работает, ту ли задачу она решает;
6. в случае обнаружения ошибки необходимо проделать все (или некоторые) вышеперечисленные действия заново с целью исправления ошибки.

Таким образом, изучение особенностей развития алгоритмического мышления у обучающихся, выявление эффективных методов его развития на уроках информатики, разработка системы уроков информатики по развитию логического мышления и применение их на практике, все это способствует развитию аналитических способностей обучающихся.

Говоря о необходимости развития алгоритмического мышления ребенка, а также реализации его творческих способностей, следует признать, что для этого необходимо создать ему соответствующие условия и предоставить возможность участвовать в проектной деятельности. Этому способствует использование исполнителей, работающих в обстановке, возможностей среды ЛогоМиры, языки программирования.

 

ГЛАВА II. ОПЫТНО- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЯ РАБОТА ПО РАЗВИТИЮ АНАЛИТИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ ШКОЛЬНИКОВ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ

• 2.1. Опытно - экспериментальная работа

Для проведения опытно-экспериментальной работы по проверке эффективности изучения раздела «Алгоритмизация и программирования» для повышения аналитических способностей обучающихся был проведен педагогический эксперимент.

Педагогический эксперимент – метод познания, с помощью которого исследуются педагогические явления, факты, опыт [9].

Рассмотрим проведение педагогического эксперимента по проверке эффективности изучения раздела «Алгоритмизация и программирования» для повышения аналитических способностей поэтапно.

В соответствии с целью и задачами исследования был разработан план педагогического эксперимента, который включал три этапа.

1. Констатирующий этап проводился в сентябре 2014 года. Целью его явилось изучение уровня сформированности аналитических способностей обучающихся 9 класса средней общеобразовательной школы.
2. На формирующем этапе в сентябре -октябре 2014 года проводилась работа по формированию аналитических способностей обучающихся на основе разработанного тематического плана раздела «Основы алгоритмизации» и проведения занятий по данной теме.
3. Контрольный этап проводился в ноябре 2014 года, ставил своей целью проверку уровня сформированности аналитических способностей усвоения детьми после изучения раздела «Основы алгоритмизации».