Современные профессии, предлагаемые выпускникам учебных заведений, становятся все более интеллектоемкими.

Информационные технологии, предъявляющие высокие требования к интеллекту работников, занимают лидирующее положение на международном рынке труда. Но если навыки работы с конкретной техникой можно приобрести непосредственно на рабочем месте, то мышление, не развитое в определенные природой сроки, таковым и останется.

Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе в первую очередь необходимо развивать логическое мышление, способности к анализу (вычленению структуры объекта, выявлению взаимосвязей, осознанию принципов организации) и синтезу (созданию новых схем, структур и моделей).

Новое содержание обучения требует от учителя разработки новой методики, которая обеспечивала бы не только сообщение учащимся все возрастающего объема знаний, но еще и более быстрые темпы восприятия, переработки и усвоения научной информации, выработку умения самостоятельно пополнять и приобретать новые знания, критически осмысливать их.

Информатика - одна из фундаментальных отраслей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации.

Задачи обучения информатике не ограничиваются только задачами подготовки школьников к практической деятельности, труду. Перед курсом основ информатики, как общеобразовательным учебным предметом, стоит комплекс учебно-воспитательных задач, выходящих за рамки прикладных задач формирования функций образовательной области, связанной с информатикой, определяются спецификой ее вклада в решении основных задач общего образования человека.

1. Формирование основ научного мировоззрения. В данном случае формирование представлений об информации (информационных процессах) как одного из трех основополагающих понятий: вещества, энергии, информации, на основе которых строится современная научная картина мира.

2. Развитие мышления школьников. В современной психологии отмечается значительное влияние изучения информатики и использования компьютеров в обучении на развитие у школьников теоретического, творческого мышления, а также формирование нового типа мышления, так называемого операционного мышления, направленного на выбор оптимальных решений.

В ряде психологических исследований указывается на создание возможностей при использовании компьютеров в учебном процессе эффективного формирования у школьников модульно-рефлексивного стиля мышления.

Во многом роль обучения информатике в развитии мышления обусловлена современными разработками в области методики моделирования и проектирования, особенно в объективно-ориентированном моделировании и проектировании, опирающемся на свойственное человеку понятийное мышление.

Умение для любой предметной области выделить систему понятий, представить их в виде совокупности атрибутов и действий, описать алгоритм действий и схемы логического вывода (т.е. то, что происходит при информационно-логическом моделировании) улучшает ориентацию человека в этой предметной области и свидетельствует о его развитом логическом мышлении.

В чем же состоит информационно-логическое моделирование?

логическое мышление информатика алгоритмический

За длинным названием "информационно-логические модели" не кроется ничего устрашающего. С простейшими их "прообразами" все мы имеем дело даже в бескомпьютерном быту: кулинарный рецепт, руководство по эксплуатации пылесоса - все это попытки дать описание реального объекта или процесса. Чем точнее описание, тем легче с ним иметь дело другому человеку. Чем больше в нем ошибок и неопределенностей, тем больше простора для "творческих озарений" исполнителя и … тем выше вероятность неадекватного результата.

В области информатики конечным потребителем подобного описания становится не человек, а компьютер, лишенный интуиции и озарений. Поэтому описание должно быть сформированным, т.е. составленным с соблюдением определенных правил.

Такое формализованное описание и является информационно-логической моделью.

Развитие навыков построения моделей способствует решению задачи, имеющей общеобразовательную ценность, а именно развитию логического мышления. Ведь процесс построения моделей требует помимо специальных знаний еще и особым образом развитого мышления.

Логика необходима там, где имеется потребность привести в порядок эмпирические знания, систематизировать и классифицировать различные понятия, дать им четкое определение.

Логическое мышление, в конечном счете, сводится к анализу, синтезу, сравнению, обобщению и другим мыслительным операциям и научить ученика рассуждать, доказывать, делать выводы невозможно, если он не владеет этими мыслительными операциями. Они обеспечивают глубокое и высококачественное усвоение научных знаний.

Логическое мышление не является врожденным, значит, на протяжении всех лет обучения в школе необходимо всесторонне развивать мышление учащихся (и умение пользоваться мыслительными операциями), учить их логически мыслить.

Изучение курса информатики предполагает выработку у учащихся знаний и умений, необходимых для практической деятельности по сбору, хранению, систематизации, преобразованию и обработке информации логического мышления и решению задачи с использованием алгоритмического и эвристического подходов, с применением вычислительной техники в качестве средства автоматизации работы с информацией.

Итак, развитие логического мышления учащихся - одна из важных и актуальных проблем педагогической науки и практики обучения в школе.

Для решения данной проблемы необходима специальная работа по формированию и совершенствованию умственной деятельности учащихся.

Необходимо:

- развивать умение проведения анализа действенности для построения информационно-логической модели;

- научить использовать основные алгоритмические конструкции для построения алгоритмов (с целью развития алгоритмического мышления);

- вырабатывать умение устанавливать логическую (причинно-следственную) связь между отдельными понятиями;

- совершенствовать интеллектуальные и речевые умения учащихся.

Мышление. Основные закономерности развития мышления

Схема 1.

В конкретных случаях отдельные этапы мыслительного действия могут отсутствовать или перекрывать один другой, но в основном эта структура сохраняется.

Психология установила, что простое сообщение знаний, простая передача приемов и способов умственных действий путем показа образца и тренировки не развивает мышления.

Под развитием мышления учащихся в процессе обучения понимается формирование и совершенствование всех видов, форм и операций мышления, выработку умений и навыков по применению законов мышления в познавательной и учебной деятельности, а также умений осуществлять перенос приемов мыслительной деятельности из одной области знаний в другую.

Таким образом, развитие мышления включает в себя:

1. Развитие всех видов мышления и одновременно стимуляцию процесса перерастания их из одного вида в другой.

2. Формирование и совершенствование мыслительных операций.

3. Развитие умений:

а) выделять существенные свойства предметов и абстрагировать их от несущественных;

б) находить главные связи и отношение предметов и явлений реального мира;

в) делать правильные выводы из фактов и проверять их;

г) доказывать истинность суждений и опровергать ложные умозаключения;

д) раскрывать сущность основных форм правильных умозаключений (индукции, дедукции и по аналогии);

е) излагать свои мысли определенно, последовательно, непротиворечиво и обоснованно.

4. Выработку умения осуществлять перенос операций и приемов мышления из одной области знания в другую; прогнозирование развития явлений и умения делать выводы.

5. Совершенствование умений и навыков по применению законов и требований формальной и диалектической логики в учебной и во внеурочной познавательной деятельности учащихся.

Педагогическая практика показывает, что указанные компоненты тесно взаимосвязаны. Особенно велико значение мыслительных операций (анализа, синтеза, сравнения, обобщения и т.д.), лежащих в основе любого из них. Формируя и совершенствуя их у учащихся, мы тем самым способствуем развитию мышления вообще и теоретического мышления в частности.

Развитию мышления способствует работа над научным понятием.

Понятие - продукт мышления, оно отражает реальный мир.

Понятие - отражение общих и притом существенных свойств предметов и явлений действительности. [8].

В основе системы знаний учащихся лежит сформированность системы понятий изучаемой предметной области.

Владение понятийным аппаратом в большей степени определяет понимание учебного материала, его использование для решения прикладных задач. Каждое новое вводимое понятие должно быть четко определено, раскрыта суть изучаемого понятия, кроме того, должны быть определены связи данного понятия с другими понятиями, как уже введенными, так еще неизвестными учащимся.

При формировании понятий информатики необходимо учитывать, что они имеют весьма абстрактный характер (например, понятие "информационная модель", "информация").

"Педагогическая психология на основе изучения процесса формирования у школьников многих понятий дает следующие рекомендации: чем абстрактнее понятие, тем больше конкретных объектов должно быть подвергнуто анализу с целью выявления существенных его черт, тем шире должно "работать" данное понятие при описании и объяснении конкретных объектов. Лишь на основе анализа конкретных объектов и в процессе использования понятие предстает в своем полном объеме, выделяются все его существенные стороны. В противном случае усвоение понятия имеет словесный, книжный характер, его словесное обозначение не вызывает у учащихся никакой ассоциации. [3].

Логические схемы понятий являются именно таким представлением информации человеку, когда смысловое содержание понятия дополняется не только перечислением признаков данного понятия, но и наглядным представлением его взаимосвязи с другими понятиями.

Включенность понятия в совокупность взаимосвязей помогает появлению дополнительных ассоциаций, закреплению понятия в схемах мышления учащихся, переносу знаний о понятии из одной области на знания из другой областей.

Рассмотрим построения логической схемы понятий темы "Информация и информационные процессы" (схема №3) и методику ее применения при организации занятий.

Графическое представление структуры системы понятий является наиболее наглядным. Опыт показывает, что простое описание обладает гораздо меньшей дидактической ценностью. Структуру системы понятий можно изобразить в виде дерева, в виде решетки с горизонтальными и вертикальными связями, в виде "паутинки". Ключевым понятием здесь является понятие "информация" (схема №3).

Схема 3. Логическая схема основных понятий темы "Информация. Информационные процессы"

Это ключевое слово необходимо рассматривать с учащимися как логически неделимую единицу информации. С другой стороны, ключевое слово имеет свои параметры. Каждый из параметров есть в то же время ключевое слово второго уровня. Для ключевого слова "информация" параметрами являются ключевые слова "определение", "свойства", "виды", "информационные процессы" и т.д.

Каждый параметр имеет характеристики, которые являются ключевыми словами третьего уровня. Для ключевого слова "информационные процессы" характеристиками являются ключевые слова "поиск", "хранение", "защита" и т.д. Подобные схемы могут использоваться при изучении любых тем курса информатики.

Применения логических схем понятий на уроках информатики подтверждает: что чем больше умственных усилий мы прилагаем к тому, чтобы организовать информацию, придать ей целостную, осмысленную структуру, тем легче она потом припоминается. Организация запоминаемого материала в подобного рода схемы способствует его лучшему усвоению, воспроизведению потому, что значительно облегчает последующий поиск.

Такое предъявление учебного материала способствует осмысленному структурированию учащимися воспринимаемой информации и на этой основе - более глубокому пониманию логических закономерностей и связей между основными понятиями изучаемой темы. Структурирование информации должно использоваться как при объяснении учебного материала (краткие конспекты лекций), так и для более эффективной организации практической работы на компьютере (тексты лабораторных работ), для активизации самостоятельной работы учащихся.

Целесообразно, чтобы графическое представление системы понятий "сопровождало" процесс знакомства с этими понятиями с начала изучения темы до зачетного занятия. При таком подходе учащихся по мере изучения темы получают наглядное подкрепление схем, складывающихся в их сознании, графические символы наполняются смыслом, содержанием, конкретизируются, появляются новые ассоциации, которые закрепляются в сознании в виде знания. Очень интересна работа учащихся, когда они "подыскивают место" новому понятию в существующей структуре. В процессе такой деятельности обучаемые должны анализировать структуры своих собственных знаний, что помогает им включать новые знания в структуры уже имеющихся знаний и представлений. Самостоятельное составление учащимися информационно-логических схем по незаполненным (пустым) схемам-паутинкам способствует повышению познавательного интереса учащихся, достижению успехов в обучении. Умение систематизировать знания и представлять их в различных видах имеет также самостоятельную ценность для развития мышления учащихся.

Схема 4. Логическая схема основных понятий темы "Компьютер"

Кроме этого для работы с терминами информатики используются познавательные игры: ребусы, кроссворды, различные головоломки.

Развитию логического мышления способствует формирование навыков построения алгоритмов. Поэтому в курс информатики включен раздел "Основы алгоритмизации". Основная цель раздела - раздел формирования у школьников основ алгоритмического мышления.

Под способностью алгоритмически мыслить понимается умение решать задачи различного происхождения, требующие составления плана действий для достижения желаемого результата.

Алгоритмическое мышление, наряду с алгебраическим и геометрическим является необходимой частью научного взгляда на мир.

Каждый человек постоянно выполняет алгоритмы. Обычно нет необходимости думать о том, какие действия и в каком порядке при этом совершаются. Если же алгоритм требуется объяснить человеку, ранее с ним незнакомому (или, скажем, ЭВМ), то алгоритм необходимо представить в виде четкой последовательности простейших действий.

Любой формальный исполнитель (в том числе и ЭВМ) рассчитан на выполнение ограниченного набора действий (операций). При работе с ним учащиеся сталкиваются с необходимостью построения алгоритмов с использованием фиксированного набора операций (системы команд).

Под алгоритмической культурой школьников понимается совокупностью специфических представлений, умений и навыков, связанных с понятием алгоритма и средствами его записи.

Овладение алгоритмической культурой предполагает:

Интуитивное понимание сущности алгоритма и его свойств, представление о возможной автоматизации деятельности человека на основе алгоритма;

Умения описать алгоритм с помощью определенных средств и методов описания;

Знание основных конструкций, с помощью которых можно описать алгоритмы (ветвление, цикл).

Таким образом, понятие алгоритма является первым этапом формирования у учащихся представлений об автоматической обработке информации на ЭВМ.

Овладение основными элементами алгоритмической культуры - важнейший этап в изучении программирования. Алгоритмы используются при решении не только вычислительных задач, но и для решения большинства практических задач.

При построении алгоритмов учащиеся учатся анализировать, сравнивать, описывать планы действий, делать выводы; у них вырабатываются навыки излагать свои мысли в строгой логической последовательности.

Все это и составляет в целом развитие логического мышления, которое так необходимо нашим учащимся.

Примеры заданий:

1. Используя известные команды ветвления и повторения (циклы), составить алгоритм нахождения массы небольшого предмета с помощью чашечных весов.

2. Составить алгоритм определения кислотности раствора.

Чтобы решить эту задачу, достаточно опустить в раствор лакмусовую бумажку и по ее цвету определить, является ли раствор кислотным, щелочным или нейтральным.

Схема алгоритма:

3. Составить алгоритм решения неравенства ах > b.

Схема алгоритма:

При составлении данных алгоритмов у учащихся вырабатывается умение осуществлять перенос мыслительных операций из одной области знаний в другую, что способствует развитию мышления учащихся (см. схему 2).

Схема решения мыслительных задач

Схема 5.

К ходу решения этой задачи можно применить такие критерии развития мышления:

Критерий 1: развитие у учащихся умения мыслить, демонстрация им в явной форме самого процесса этой деятельности.

Мыслительные операции (анализ, синтез, сравнение и т.д.) в ходе решения задачи развивались.

Критерий 2: степень овладения операциями и приемами мыслительной деятельности. Чем чаще и сознательнее выполняется какое-либо действие, тем выше у ученика уровень овладения им. Теоретическое содержание темы, необходимое для решения этой задачи, вполне отвечает данному критерию.

Критерий 3: умение переносить мыслительные операции и приемы мышления с одной ситуации на другую.

Данная задача - хорошая иллюстрация этого критерия - ученики должны переносить теоретические знания в области их практического применения, трансформировать знания математики в информатику.

Рассмотрим еще одну задачу - пример реализации идей проблемного обучения при изучении программирования (при использовании среды языка программирования Бейсик) во время знакомства с оператором SWAP.

В начале урока предлагается следующая задача для решения в классе: найти минимальное из трех чисел. На доске записывается несколько троек чисел, учащиеся называют минимальное из них.

Учитель: "Каким образом вы определили, что данное число минимальное?"

Ученик: "Мы сравнивали числа друг с другом".

Учитель обращает внимание ребят, что машина может сравнивать только два числа, т.е. надо сравнивать первые два числа, а затем меньшее из них с третьим числом.

На доске появляется блок-схема, а затем в соответствии с ней программа (схема 6). Желательно обратить внимание учеников на то, что в процессе работы программы исходное значение переменной А может измениться.

Чтобы убедиться в правильности выполнения программы, желательно рассмотреть ее выполнение с помощь таблицы значение (таблица 2).

Таблица 2.

При проверке правильности выполнения программы необходимо рассматривать все возможные варианты: А<В<С, А<С<В, В<С<А, С<В<А, В<А<С, С<А<В.

Далее учитель ставит перед учащимися проблему: как поменять значения двух переменных. Для наглядности можно изобразить имена переменных в виде названий содержимого (рис.1а).

Проблема заключается в том, что при присваивании нового значения переменной старое теряется. Учащиеся сами должны найти выход, предложив использовать дополнительную переменную (рис.1б). Но тогда операция обмена значений будет записываться в три действия: С: =А, А: =В, В: =С.

Поэтому программисты ввели оператор SWAP, с помощью которого можно в одну строчку записать операцию обмена значений двух переменных. После нескольких примеров работы оператора SWAP можно предложить учащимся изменить предыдущую программу так, чтобы был использован оператор SWAP. Правильность выполнения программы следует проверить с помощью таблицы значений.

Таблица 3.

Во время заполнения таблицы можно обратить внимание учащихся на то, что в первом случае три числа в результате выполнения программы упорядочиваются по возрастанию, а во втором - нет.

Таблица 4.

Тогда логично сформулировать следующее задания для самостоятельной работы: дописать программу так, чтобы три элемента упорядочивались по возрастанию. В программе надо дописать только одну строчку, поэтому учащиеся быстро справляются с заданием. И вновь желательно проверить правильность выполнения программы с помощью таблицы значений, используя для этого табл.3. На следующих занятиях на базе материла этого урока можно рассмотреть методы сортировки массивов.

При решении задач на уроках информатики игры (развивающие и логические) с сюжетно-ролевой направленностью (см. приложение 2).