Развитие аналитических способностей школьников на уроках информатики

Аналитические способности - это способность думать,  анализировать, рассуждать, способность разложить ситуацию на составляющие и взглянуть с разных точек зрения. Аналитические способности показывают готовность и умение человека анализировать явления, происходящие в окружающем мире, основанные на владении строгими логическими методами и способности отделять в объекте существенное от несущественного, абстрагироваться [21].

Аналитические способности человека есть продукт его естественной одаренности и целенаправленного развития. Вероятно, предпосылки к развитию аналитического мышления есть у достаточно большого количества людей. Развитие аналитических способностей ребенка наиболее эффективно, на наш взгляд, в возрасте 10-14 лет. От простых арифметических действий он переходит к более сложным понятиям: функциональная зависимость, описание окружающего мира с помощью математики, начинает использовать логическое мышление. Для познания окружающего мира недостаточно лишь заметить связь между явлениями, необходимо установить, что эта связь является общим свойством вещей. На этой обобщенной основе человек решает конкретные познавательные задачи. Аналитическое мышление дает ответ на такие вопросы, которые нельзя разрешить путем непосредственного, чувственного отражения. Благодаря развитию индивидуальных качеств мышления, человек правильно ориентируется в окружающем мире, используя ранее полученные обобщения в новой, конкретной обстановке. Деятельность человека разумна благодаря знанию законов и взаимосвязей объективной действительности. Развивая аналитическое мышление, мы способствуем работе интеллекта, а интеллект – это гарантия личной свободы человека и самодостаточности его индивидуальной судьбы.

Необходимость изучения аналитической составляющей личности признавалась еще в древние времена. Так во времена Шумерской цивилизации в Вавилоне проводились экзаменационные испытания для выпускников школ, а также при отборе на жреческие позиции. Существовал отбор по интеллектуальным способностям в школу Пифагора. В Китае времен Циньской династии проводился отбор на замещение вакантных государственных постов. Все это делалось с целью предсказать, на сколько человек будет успешен на новом рабочем месте, если подобный термин можно применить к столь давним временам. Непосредственно же учение об интеллекте зародилось в начале прошлого века, начиная с работ Ф. Гальтона(1822 — 1911), который полагал, что все аналитические навыки зиждутся на скорости реакции, то есть сенсомоторных качествах индивида и являются генетически наследуемыми. Продолжил его работу американский психолог Д. Кеттел (1905— 1998), разработав системы тестов для исследования различных видов чувствительности, времени двигательной реакции, объема кратковременной памяти. Его работы положили начало широкому использованию «умственных тестов». Далее были исследования А. Бине (1857— 1911) и Т. Симона (1873 — 1961), которые разработали первую систему для тестирования интеллектуальных способностей детей. Основной целью исследователей было определить, какие дети будут учиться хорошо, а какие требуют более внимательного, корректирующего обучения в специальных классах. В дальнейшем, теория интеллекта пошла по пути усложнения и дробления и сейчас существует достаточно большое количество факторных теорий интеллекта (т.е. выделяющих конкретные, независящие друг от друга составляющие интеллекта) [24].

Аналитическое мышление, по мнению А.А.Люблинской [16], обнаруживается, прежде всего, в протекании самого мыслительного процесса. В отличие от практического, аналитическое мышление осуществляется словесным путем. Человек должен рассуждать, анализировать и устанавливать нужные связи мысленно, отбирать и применять к данной ему конкретной задаче известные ему подходящие правила, приемы, действия. Он должен сравнивать и устанавливать искомые связи, группировать разное и различать сходное, и все это выполняется посредством умственных действий.

О.К.Тихомиров в своей «Психологии мышления» определяет логическое мышление как «рассуждающее, теоретическое мышление», «характеризующееся использованием понятий, логических конструкций, существующих функционирующих на базе языка, языковых средств». Его же он называет аналитическим мышлением, которое развернуто во времени, имеет четко выраженные этапы, в значительной степени представлено в сознании самого мыслящего человека [32, с.89].

Большое значение в учебной деятельности школьника имеет операция сравнения. Эта операция лежит в основе классификации явлений и их систематизации. Для овладения операций сравнения человек должен научиться видеть сходное в разном и разное в сходном. Исследования А.И.Кагальняк, А.Л.Савченко, Е.Н.Шиловой, Т.В.Косма и многих других убедительно показали, что ошибки в выполнении операции сравнения – результат неумения учеников производить нужное умственное действие. Совершенствование логических умозаключений необходимо и в других мыслительных процессах: в установлении причинно-следственных связей, в классификации и ответах на поставленные вопросы, требующие планирования, догадки, поиска решения. Формирование аналитических приемов мышления у школьников способствует развитию у них познавательной деятельности и продуктивных мыслительных процессов.

Рассмотрим понятие аналитических навыков.

Аналитические навыки - способность применять аналитический подход для решения конкретных задач. Развитые аналитические навыки - это баланс аналитической и синтетической деятельности мышления, поэтому в этом случае корректней говорить об аналитико- синтетической деятельности.

Аналитические навыки включают в себя следующие базовые составляющие: 

1. способность разделять и дифференцировать совокупность информации (объектов, данных) на составляющие части, по каким-либо существенным признакам или категориям;
2. умение находить общие существенные признаки у частных явлений – навык абстрагирования/обобщения и классификации.

Первый и второй базовые аспекты предполагают наличие как аналитической функции – разделять, дифференцировать, так и синтетической – находить общие признаки.

3. умение видеть существенные взаимосвязи между объектами и явлениями: взаимовлияние, причинно-следственные связи и т. п.;
4. навык сравнения, оценки и мониторинга;
5. умение структурировать, упорядочивать информацию;
6. умение мыслить и излагать свои идеи последовательно, логично и делать выводы.

Уровень развития аналитических навыков позволяет грамотно принимать решения, учитывая совокупность существенных факторов, находить выход из сложных ситуаций, расставлять приоритеты, исследовать и оценивать ситуацию, классифицировать события, факты, планировать и выстраивать систему суждений и аргументации, корректно оперируя понятиями, что является необходимым аспектом коммуникации.

7. навык выявления существенных и достаточных для принятия решения факторов, приоритетов и способность пренебречь менее значимыми;
8. умение мыслить системно, учитывая совокупность существенных факторов, выстраивать информацию по иерархическим логическим уровням;
9. навык формулирования гипотез, умение работать с фактами и допущениями, понимать разницу между ними; 
10. навык поиска и создания алгоритмов (решения задач, операций), умение применять их или адаптировать к новым ситуациям;
11. критичность мышления - способность подвергнуть сомнению принятые и устоявшиеся суждения и доводы, изменить первоначальную гипотезу, сформулировать вопросы, позволяющие дополнить или пересмотреть ситуацию [32].

Аналитические приемы мышления результативно формируются и развиваются, если их процесс становления отвечает следующим методическим требованиям:

1. учет возрастных особенностей школьников;
2. последовательность формирования аналитических приемов мышления; системность;
3. - непрерывность и преемственность в методике формирования и развития аналитических приемов мышления на различных этапах обучения [21].

Для оценки уровня развития аналитических навыков хорошо подходят некоторые тесты интеллекта, например тест Амтхауэра или Векслера, матрицы Равена и т. п. Единственное условие применения подобных тестов - проводить тест и интерпретировать его результаты должен специалист, имеющий квалификацию психолога.

• 1.2. Цели и задачи раздела «Алгоритмизация и программирование» школьного курса информатики

Школьная информатика в России начиналась с алгоритмизации и программирования, как с основной темы курса. Вопрос о месте и объеме данного раздела в базовом курсе информатики является дискуссионным. И если на началах становления школьной информатики алгоритмизация и программирование являлись основной темой курса, то с развитием аппаратного и программного обеспечения явно доминирует линия информационных и коммуникационных технологий (ИКТ).

Вопросы  по алгоритмизации и программированию входят в экзаменационные задания по информатике для 9 и 11-го классов. Более 30% баллов ЕГЭ по информатике приходятся на вопросы по данной теме, а с учетом логики, включенной в последнем варианте стандарта в этот же раздел, — более 40%. А различные этапы Всероссийской олимпиады по информатике — от первого школьного этапа до пятого заключительного — фактически представляют собой олимпиады по алгоритмизации и программированию.

В Обязательном минимуме содержания основных образовательных программ стандарта основного общего образования по информатике и ИКТ основы алгоритмизации и программирования изучаются в разделе «Обработка информации», который включает следующие понятия: Алгоритм, свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Алгоритмические конструкции. Логические значения, операции, выражения. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм [28].

Согласно Примерной программе основного общего образования по информатике и информационным технологиям, на раздел «Алгоритмы и исполнители» отводится 19 часов, предложена следующая структура изучения учебного материала:

• Алгоритм. Свойства алгоритма. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Возможность автоматизации деятельности человека.
• Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).
• Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, повторение. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм.
• Алгоритмы работы с величинами: типы данных, ввод и вывод данных.
• Языки программирования, их классификация.
• Правила представления данных.
• Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла. Правила записи программы.
• Этапы разработки программы: алгоритмизация – кодирование – отладка – тестирование.
• Обрабатываемые объекты: цепочки символов, числа, списки, деревья, графы.

Предложены следующие практические работы:

1. Разработка линейного алгоритма (программы) с использованием математических функций при записи арифметического выражения.
2. Разработка алгоритма (программы), содержащей оператор ветвления.
3. Разработка алгоритма (программы), содержащей оператор цикла.
4. Разработка алгоритма (программы), содержащей подпрограмму.
5. Разработка алгоритма (программы) по обработке одномерного массива.
6. Разработка алгоритма (программы), требующего для решения поставленной задачи использования логических операций [23].

Таким образом, одним из важнейших понятий данного раздела в основной школе является понятие алгоритма. Для записи алгоритмов используются формальные языки блок-схем и структурного программирования. С самого начала работа с алгоритмами поддерживается компьютером.

Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает обучающимся возможность:

1. понять (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;
2. освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;
3. получить представление о «библиотеке алгоритмов», уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;
4. получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке), использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач.

В образовательном стандарте также сформулированы основные требования к уровню подготовки обучающихся.

Обучающиеся должны:

1. понимать сущность понимания алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;
2. понимать возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;
3. знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;
4. определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд, построить и исполнить на компьютере алгоритм для учебного исполнителя;
5. записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решению простой задачи [23].

Алгоритмизация и программирование - один из сложных и проблемных разделов курса информатики средней школы. Изучение алгоритмизации начинается с понятия алгоритма. Это понятие рассматривается, начиная с пропедевтического курса информатики в начальной школе и заканчивая формальным определением алгоритма, формулируемым в профильных классах старшей школы при изучении основ теории алгоритмов.

Тема «Алгоритмизация и программирование» направлена на понимание сути алгоритмов, их свойств, способов описания, так как эта тема развивает: ясность и четкость мышления; способность предельно уточнять предмет мысли; внимательность, аккуратность, обстоятельность, убедительность в суждениях; умение абстрагироваться от конкретного содержания и сосредоточиться на структуре своей мысли.