ЭНЦИКЛОПЕДИЯ УЧИТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ

I. Дидактика и информатика

3. Дидактическая спираль

Линейные и концентрические построения учебных программ

Содержание учебных предметов и частично методика их преподавания конкретизируется в учебных программах, которые представляют собой документы, устанавливающие состав, последовательность предъявляемого к изучению материала по каждому предмету с распределением его по годам обучения, по разделам и темам. По каждой теме указываются объем знаний, способы деятельности. Программа определяет результаты обучения, межпредметные связи, опорные знания, необходимые для изучения раздела или темы.

Исторически сложились две основные системы построения учебных программ — линейная и концентрическая.

Первая из них более проста: она предполагает последовательное изучение материала, как правило, без возвращения к изученной теме. Такое построение логично и экономно, но не дает в должной мере обеспечить глубину проработки, особенно в младших классах. Линейные программы используются главным образом в небольших (по объему понятий) и коротких (по времени) курсах, вмещающихся в один учебный год.

В концентрических программах курс реализуется в виде двух или более концентров. Концентры, каждый из которых представляет собой относительно автономный полный курс, строятся для нескольких возрастных контингентов школьников, последовательно изучающих единую систему концентрических курсов, постепенно расширяя их кругозор в изучаемой предметной области. В каждом концентре учащийся возвращается к базовым понятиям и основным законoмерностям этой предметной области.

По мере взросления и развития учащиеся переходят от концентра к концентру, накапливая и фундаментальные знания, и практический опыт их использования.

Система концентров связана с затратой существенно большего учебного времени. Вместе с тем она открывает возможности более глубокого освоения и более прочного закрепления знаний.

Представление о дидактической спирали, примеры

Когда имеются две различные системы, часто рождаются компромиссные идеи, которые порождают новую систему, объединяя достоинства и минимизируя недостатки обеих исходных систем. Так, из синтеза линейной и концентрической систем возникла широко распространенная сейчас система, получившая название дидактической спирали. Дидактическая спираль отличается от обычной концентрической системы планирования учебного материала непрерывностью перехода между концентрами. Поэтому дидактическая спираль как система построения учебных программ и организации учебного процесса нашла свое место в больших многолетних курсах, составляющих основу непрерывного образования. Такова, например, математика. Начальная школа и центральные классы средней школы (основная школа), оперируя целыми и рациональными числами, составляют первую ветвь дидактической спирали, в старших классах (базовая школа), где вводятся вещественные и комплексные числа, понятие предела и элементы математического анализа, математика поднимается на следующую ветвь спирали, в выпускных и профильных математических классах (и далее в высшей школе) начинается следующая ветвь дидактической спирали — дифференциальное и интегральное исчисление.

Такова биология с ее различными предметными компонентами: после начального курса естествознания в основной школе изучаются отдельные биологические дисциплины — ботаника, зоология, анатомия — с тем, чтобы в профильном уровне образования прийти к единой науке — биологии — с богатым багажом понятий и знаний, накопленных на предыдущем витке дидактической спирали.

Такова и история, в которой начальная ветвь дидактической спирали построена из серии отдельных (впрочем, содержательно продуманных и выстроенных в методическую последовательность) рассказов из истории своей Родины и родного края, обсуждаемых в младших классах. Следующую ветвь спирали составляют ряд курсов, прослеживающих хронологические эпохи человеческой цивилизации — от Древнего мира, через Грецию и Рим, к Средневековью и новой истории. Наконец, в выпускных профильных классах школьники выходят на новую ветвь спирали, где они могут ориентироваться не только в новейшей истории, но и в общих социальных проблемах развития человеческого общества.

Легко видеть, что дидактическая спираль непосредственно увязывается со структурным делением любого протяженного непрерывного образовательного курса на три компоненты — пропедевтическую, базовую и профильную. Такая связь компонент — витков дидактической спирали — подтверждена образовательным стандартом.

Дидактическая спираль курса информатики

В школьном курсе информатики все три перечисленные витка дидактической спирали присутствуют или, во всяком случае, должны присутствовать⁸. В силу этого необходимо осознавать, что педагогические задачи, возникающие на каждой ветви спирали, отличаются друг от друга практически во всех категориях учебного процесса — целях, содержании, формах, средствах и методике.

Известно, что цели (система формируемых у учащегося знаний, умений, навыков, компетенций) на трех витках дидактической спирали информатического образования различны.

Отличаются эти ветви и содержанием обучения: системы команд, алгоритмы, непосредственно и программно управляемые исполнители — на пропедевтическом витке, структуры данных и управляющие структуры в алгоритмике и модульные системы в информационных технологиях — на базовом, языковые системы процедурного и объектно-ориентированного программирования — на профильном.

Игровые формы, увлекающие младших школьников, заставят скучать старшеклассников, которые испытывают потребность в схематизации и абстрагировании знаний.

Несравнимы и средства: у младших — программные исполнители и роботы, у старших — многоязыковые высокоуровневые платформы.

Как следствие, сильно разнятся методики: зачастую опытный учитель, работающий со старшеклассниками, смущен и стеснен, когда ему приходится работать с малышами.

Важно отметить, что переход от одного витка к другому не только обоснован (например, требованиями возрастной психологии), но и управляем. Так, при обсуждении непрерывного школьного курса информатики не возникает вопрос о включении в такой курс элементов программирования и, в частности, знакомства с языковыми системами программирования. Вместе с тем на первом витке спирали непрерывного школьного информатического образования — в пропедевтическом курсе информатики — программирования нет (хотя в ряде экспериментов не только не отрицается возможность изучения и освоения начал программирования младшими школьниками, но и включаются уроки программирования на языках). Отсутствие механизмов программирования в продуманном пропедевтическом курсе не случайно (см. “Пропедевтический курс информатики” ): понятие переменной величины, ее имени, типа и значений, лежащие в фундаменте программирования, так же, как управляющие структуры и структуры данных, требуют того уровня психической зрелости, которая может быть сформирована к базовому курсу — к восьмому или, в лучшем случае, седьмому классу. Первый виток спирали методично готовит школьников к введению столь ответственных понятий с помощью алгоритмов, их видов и свойств, с помощью исполнителей и их систем команд, с помощью умений поиска информации и обнаружения объекта в множестве по задаваемому признаку.

Основные понятия информатики базового уровня могут быть усвоены с помощью языковых средств учебно-ориентированных языков или структурно-процедурных языков высокого уровня (Рапира, КуМир, Паскаль), но для перехода на следующий уровень информатического образования — профильный — сегодня уже необходимо программное обеспечение, базирующееся на новых концепциях — объектно-ориентированном программировании.

Дидактическая спираль темы в курсе

Среди других школьных дисциплин информатика привлекательна тем, что дидактическая спираль в ней используется не только в организации непрерывного курса, но даже внутри ее отдельных (достаточно объемных) тем. Вот характерный пример — тема редактирования текстовой информации. Она начинается на пропедевтическом уровне. Например, в известной программно-методической системе Роботландия основным инструментом темы становится адаптированный учебный редактор Микрон. Это простой моноширинный редактор, ограниченность средств которого вызывает снисходительную улыбку специалиста по технологии обработки текстовой информации. Но не следует забывать, что к восхищающему детей Микрону они пришли после знакомства со строковым редактором (в частности, с полями ввода команд в исполнителях и тренажерах). И вот они выходят на широкий простор полного экрана! В действительности здесь так много новых форм работы, что дети не теряют интерес к возможностям Микрона в течение сравнительно долгого времени. И потребуется новый стимул, чтобы они сменили свое увлечение. На типовой задаче контекстной замены, часто встречающейся в повседневной жизни, возникает трудность (задуманная разработчиками Микрона): в этой программе есть операция контекстного поиска информационного объекта, но нет операции замены.

Методика темы текстового редактирования построена так, чтобы учитель приводил детей к такой задаче в тот момент, когда созревала потребность в более совершенном инструменте. На уроках появляется МикроМир — учебно-ориентированный текстовый редактор с возможностями многооконной обработки, с использованием блочных структур, с таблицами и возможностью обработки табличных данных, с макросами и…, конечно, с контекстной заменой. Большое количество фундаментальных понятий из области обработки текстов и общих приемов информационного редактирования осваиваются в МикроМире. Но позднее, когда возникает необходимость показать важность единого интерфейса в разных технологических системах, назревает переход к очередному витку темы, когда школьники знакомятся с профессиональным редактором Word.

Обратите внимание на расположение трех текстовых редакторов — Микрон, МикроМир и Word — в школьном курсе информатики: первый из них работает на пропедевтическом витке дидактической спирали непрерывного курса, второй — на следующем витке, в базовой школе, Word — начинается на переходе со второго витка на третий, в начале профильного курса информатики. Это позволяет обучать школьников информационным технологиям не как рецептуре кнопочных приемов, а как дисциплине, формирующей мировоззрение. В теме “Редактирование текстовой информации” закладывается база для изучения других технологических инструментов и закрепляется фундамент из освоенных ранее умений и навыков операционного стиля мышления. Исходя из такой дидактической оценки технологии обработки текста, учителю полезно продумать классификацию понятий, механизмов и операций новой темы. (Важно подчеркнуть, что обсуждаемая классификация полезна не столько для конкретных методических рекомендаций по передаче новой учебной информации учащимся, сколько для формирования у учителя отчетливого представления об инвариантах текстового редактирования, другими словами, о месте и способах представления изучаемой темы в общей методике информатического образования.)

К первой категории относят наиболее общие понятия и методические приемы, которые являются инвариантными, едиными для всех редакторов информации, независимо от вида ее представления. На рисунке инварианты информационного редактирования показаны как ядро изучаемой в начальной школе темы редактирования информации.

Структура категорий редактирования

Инварианты редакторов информации в качестве базы для аналогий используются в непосредственно следующей за Микроном теме редактирования графической информации, а позднее — и в теме музыкальной информации.

Вторую категорию образуют понятия и операции, учитывающие особенности текстового представления информации и являющиеся общими для всех текстовых редакторов, независимо от их назначения и уровня сложности. Здесь они названы базовыми операциями редактирования текстов. К базовым операциям редактирования текстов необходимо будет обращаться не только при изучении Микрона, но и на последующих этапах непрерывного информатического образования при изучении других инструментов редактирования текстов (как учебных, так и профессиональных).

Наконец, к третьей категории относят специфические особенности текстового редактора Микрон. Именно в таких особенностях отражается ориентация программного продукта на конкретную предметную область — методику курса раннего обучения информатике.

Понимание классификации механизмов редактирования текста, их разделения на инварианты информационного редактирования, базовые операции рассматриваемого редактора как типового представителя средств обработки текста и, наконец, специфические особенности конкретного редактора позволяет учителю правильно ориентироваться в дидактической спирали темы, а также в использовании аналогий при изучении “параллельных” тем — редактирование графической и музыкальной информации, обработка числовой информации.

В дидактической спирали отдельной темы могут предусматриваться средства стимулирования для перехода на следующий виток дидактической спирали. Вот как, например, решался вопрос о таком переходе в первой отечественной двухкомпонентной программно-методической системе “Школьница” [8], состоявшей из Робика — языка управления роботами-исполнителями и Рапиры — учебно-ориентированного языка структурного программирования. Школьники начальной школы осваивали методы непосредственного и программного управления роботами-исполнителями в Робике до тех пор, пока в заданиях роботам не начали появляться вычисления арифметических выражений (задача, хорошо знакомая учащимся по школьным урокам математики). И в этой новой ситуации для вычислений предлагалась выросшая из Робика система команд, где сложение с присваиванием результата записывалось так:

СЛОЖИТЬ ЗНАЧЕНИЕ В ЯЧЕЙКЕ ПО ИМЕНИ А

СО ЗНАЧЕНИЕМ В ЯЧЕЙКЕ ПО ИМЕНИ Б И

ПОМЕСТИТЬ РЕЗУЛЬТАТ В ЯЧЕЙКУ ПО ИМЕНИ Д

Такая команда ошеломляла школьника (не представляющего пока возможности компактных записей в языках программирования) своей громоздкостью.

Важность такой команды хорошо видна, это начало освоения понятия переменной. И хотя, работая по принципу свертывания синтаксических конструкций, можно постепенно перейти к более коротким формам той же команды:

СЛОЖИТЬ А С Б ПОМЕСТИТЬ В Д

— все же настоящее удовлетворение школьников приходит тогда, когда учитель предлагает воспользоваться новым средством — языком Рапира, где вычислительная формула записывается почти так же, как на уроке математики:

А + Б –> Д

⁸ В действительности во внутрипредметном, информатическом стандарте предусмотрена еще одна, не столько научно-дидактическая, а скорее, организационная классификация компонент структуры управления образованием — федеральная, региональная и школьная. В рамках этой второй классификации многие принципиальные проблемы развития образования — материальные ресурсы, стратегия подготовки кадров, методы принятия решений — вынесены с научного уровня на уровень административный, что не может не приводить к болезненным коллизиям в системе образования. Например, вопрос о постановке курса раннего обучения информатике (пропедевтического курса) в конкретной школе отдан в сферу ответственности директора школы (а не в сферу научных, дидактических аргументаций раннего обучения информатике), что в условиях нормативно-подушевого финансирования школ заставляет директора школы (особенно сельской малокомплектной школы) принимать конъюнктурные, а не научно обоснованные решения.

Продолжение