Розвиток освітньої галузі "Інформатика" і добір змісту освіти при підготовці вчителів інформатики в педагогічному університеті

Система методичної підготовки майбутніх вчителів інформатики є складовою методичної системи їх навчання в вузах. На сьогодні склалося уявлення про інформатику як сукупність прикладних знань і навичок загальнокультурного контексту, орієнтованих на використання інформаційно-комунікаційних технологій в різноманітних галузях людської діяльності. Відповідним чином будується і навчання інформатики: воно зводиться до оволодіння деякими програмними засобами і основами деякої мови програмування. Однак, навіть якщо це програмне забезпечення

близьке до "стандарту", темпи старіння такого роду знань і навичок досить високі_: тобто при підготовці педагогічних кадрів слід враховувати перспективи розвитку інформаційно-комунікаційних технологій хоча б на кілька років вперед

Разом з тим теоретичні основи інформатики як фундаментальної інтегральної дисципліни, що займає місце в ряді таких дисциплін, як математика, фізика, хімія, залишаються практично інваріантними по відношенню до конкретних засобів інформаційно-комунікаційних технологій. Об'єктом вивчення в даному випадку є "інформаційна дійсність", що включає не тільки традиційне комп'ютерне опрацювання інформації, але й інформаційні процеси в більш широкому контексті - соціальному, природничонауковому (елементи синергетики), технічному (кодування і передавання інформації). Зміст багатьох розділів інформатики як фундаментальної науки ще тільки складається, що робить її вивчення особливо цікавим.

В даний час у навчанні інформатики перспективною здається орієнтація не на оволодіння існуючою обчислювальною технікою і навіть не на вивчення сукупності накопичених в інформатиці теоретичних знань, а на загальні ідеї і тенденції в інформатиці, підходи, що існують в індустрії програмних засобів, такі, як функціональне і логічне програмування, об'єктно-орієнтований підхід, способи абстрактної типізації і подання даних, специфікацій і доведення правильності програм, принципи, що лежать у загальній основі Інструментальних програмних засобів, тобто на те. що складає комп’ютерно-орієнтовані способи діяльності, характерні для інформаційного суспільства. Навчання повинно приводити не стільки до оволодіння конкретними знаннями і навичками роботи з комп’ютером, скільки до вироблення когнітивних механізмів, загальних орієнтувань учнів, які дозволяли б їм швидко і без особливих труднощів орієнтуватися в програмних засобах, які знову з'являються, і освоювати роботу з ними.

Таке орієнтування вимагає внести ряд змін в існуючі підходи до комп'ютерної підготовки. Зокрема, інформатика повинна розглядатися як фундаментальна наукова дисципліна з відповідним рівнем абстрактності вивчення; вже на ранніх стадіях комп'ютерної підготовки необхідно знайомити із сучасними парадигмами програмування (об'єктного, логічного, функціонального і т.д.), використанням інструментальних систем породження програм (візуального програмування), програмних засобів для роботи в глобальних і локальних комп'ютерних мережах, системами управління базами даних, клієнт-серверної архітектури і т.д. Потрібен перегляд всієї системи математичних наук у педагогічному вузі, посилення навчання дискретної математики.

В основу концепції підготовки вчителів інформатики в педагогічних вузах повинні бути покладені інші цілі і завдання навчання інформатики б середній школі, ніж ті, які декларувалися раніше - загальна комп'ютерна грамотність, яка з ряду фундаментальних причин виявляється недосяжною. Професійно-педагогічна діяльність учителя-фахівця повинна бути спрямована на розвиток, навчання і виховання учнів як суб'єктів освітнього процесу засобами предмета "Інформатика", а також впровадження нових інформаційно-комунікаційних технологій у навчання і управління освітою. Метою комп'ютерної підготовки повинна бути пропедевтика подальшого розвитку комп'ютерної науки й індустрії і професійної підготовки фахівців в галузі інформатики, що припускає:

• освоєння діяльності за допомогою традиційних інструментальних програмних засобів (текстового редактора, графічного редактора, табличного процесора, бази даних);

• ознайомлення з парадигмами дескриптивного і функціонального програмування (мовами Пролог. Lisp та ін.);

• освоєння парадигми структурного програмування (мовою Паскаль і Сі) з використанням структур даних, ознайомлення з основами об'єктно-орієнтованого програмування;

• освоєння парадигми об'єктно-орієнтованого і візуального програмування;

• ознайомлення з архітектурою й основними напрямками розвитку мікропроцесорної техніки;

• вивчення основних методів математичного моделювання(неперервних дескриптивних моделей у фізиці і біології, методів дослідження операцій);

• вивчення розділів дискретної математики, що складають зміст теоретичних основ інформатики (теорії графів, дискретної оптимізації, теорії алгоритмів з погляду абстрактних автоматів і рекурсивних функцій):

огляд методів використання комп'ютерів у навчанні (психолого-педагогічних теорій комп'ютерно-орієнтованого навчання, проектування, розробки і оцінювання навчальних програм, концепцій навчальних середовищ і гіпер- і мультимедиа в навчанні

В останні 3-4 роки в розвитку інформатики як навчальної дисципліни спостерігаються зміни, які викликані тим, що

• завдання 1-го етапу введення шкільного предмета "інформатика" в основному виконані - всі школярі знайомляться з основними поняттями інформатики, інформаційних технологій та елементами програмування. Поки розв'язувалось це завдання, передній край наукової і практичної інформатики пішов далеко вперед і постали питання, у якому напрямку рухатися далі;

• через розмаїтість умов для навчання інформатики у різних школах(зокрема розмаїтість видів обчислювальної техніки) і відносної свободи, що з'явилася у шкіл у виборі профілів класів, навчальних планів і освітніх програм, з'явилися значні розбіжності у змісті навчання інформатики;

• вичерпано можливості вчителів інформатики, які дуже часто не є професійними педагогами, або не є професійними інформатиками, і які пройшли лише короткотермінову підготовку в інститутах перепідготовки та удосконалення вчителів;

• не вистачає зважених, реалістичних підручників, методичних посібників та дидактичних матеріалів.

Методична система навчання інформатики як у загальноосвітній школі, так і системі педагогічної освіти вимагає модернізації з урахуванням сучасних вимог і наявного досвіду. Нове вирішення проблем навчання (їхня орієнтація на особистісні запити, багаторівневість і профілізацію), вимагає вирішення проблем змісту навчання в конкретних освітніх навчальних закладах на основі освітніх стандартів з інформатики як для загальноосвітньої школи і шкіл нового типу, так і для педагогічних університетів. При дослідженні цілей освіти важливо уникнути абсолютизації технологічних аспектів інформатизації. Для сучасних робіт у цій галузі характерний невиправданий акцент на технологічних модемах на шкоду освітнім.

Технологічний крен у визначенні стратегії розвитку освіти може проявитися й у спрощених, "технократичних" моделях учнів і навчального процесу. Неусвідомлена орієнтація багатьох фахівців на пріоритет засобів навчання перед його цілями, тобто на апаратне і програмне забезпечення навчання змушує задавати питання типу " чи випадає потреба в навчанні інформатики в міру удосконалення інтерфейсів програм, легкості і зручності їхнього освоєння ?" [255]. При такій постановці питання відбувається підміна задачі формування інформаційної культури і діяльності в умовах інформаційного середовища простим ознайомленням із програмними засобами.

Розповсюдженою помилкою при обґрунтуванні цілей навчання інформатики є відрив навчального предмета від суспільної практики, перебільшення його унікальності.

Інформатика, безперечно, має загально гуманістичне значення і повинна зайняти відповідне місце серед традиційних шкільних курсів, впливаючи і на їхній зміст. Інформатика, будучи синтетичною дисципліною і з потужними міждисциплінарними зв'язками як з дисциплінами природничого циклу (математика, фізика, хімія), так і гуманітарного (філософія, логіка, лінгвістика), є системоутворючим фактором шкільного навчання, її вивчення викликає перебудову дисциплін шкільного курсу, орієнтацію методичних систем їх навчання па широке використання засобів інформаційно-комунікаційних технологій.

Очевидно, для того, щоб задовольнити соціальні запити, загальноосвітній курс інформатики повинний охоплювати всі аспекти сучасної інформатики, як користувацькі, так і програм і стські і фундаментальні. Метою комп'ютерної підготовки повинна бути пропедевтика подальшого розвитку комп'ютерної науки й індустрії і професійної підготовки фахівців в галузі інформатики.

У контексті підготовки вчителя-фахівця в педагогічному вузі необхідно зупинитися на важливій задачі, що часто випадає з поля зору практичних педагогів: вивчення понятійного і теоретичного апарату інформатики як фундаментальної науки. Мова йде про ті теоретичні питання інформатики, що не пов'язані з конкретними типами найбільш популярних ЕОМ і мов програмування. До них відносяться дискретна математика, теорія алгоритмів і теорія формальних мов, а також проблеми штучного інтелекту.

Вивчення питань опрацювання інформації та її сутності потребує необхідності засвоєння понять: знака, символу, алфавіту, мови, письма, носія інформації, повідомлення, каналу зв'язку (з'ясування зв'язку між повідомленнями та інформацією). Засвоєння цих понять підводить до поняття алгоритму як певного поопераційно-заданого правила опрацювання і перетворення повідомлень, що відповідає вимогам визначеності, скінченності, дискретності, результативності, формальності та масовості [59,264].

При цьому важливо щоб вчителі інформатики знали, що сьогодні немає остаточної відповіді на питання про те. що таке інформація. Тому необхідно діалектично підходити до питання про оцінку і вимірювання інформації, враховуючи взаємозв'язки і взаємоперетворення інформації і «шуму», суб'єктивний характер цінності інформації, принципову неможливість універсальної оцінки кількості інформації. Неможливість оцінювання кількості інформації, яка міститься у повідомленні, випливає також з неоднозначності подання інформації за допомогою повідомлення і неоднозначності інтерпретації повідомлень. Доцільним є ознайомлення із синтаксичним і семантичним підходами до вимірювання інформації, а також з обмеженістю цих підходів.

Навчання основ алгоритмізації і програмування мовами високого рівня структурного типу (Паскаль, Сі) залишається досить важливим компонентом підготовки фахівців з інформатики. Існує велика кількість навчальної і довідкової літератури з програмування різними мовами, однак практичне навчання програмування залишається творчою сферою діяльності.

Досить важливим напрямком навчання майбутніх вчителів інформатики є освоєння ними альтернативних парадигм програмування - логічної і функціональної і, зокрема, оволодіння ними мовою програмування Пролог. Так, ознайомлення з мовою Пролог є пропедевтикою до вивчення важливих розділів інформатики і кібернетики, пов'язаних зі штучним інтелектом. Справа в тім, що Пролог є практично єдиним середовищем, що дозволяє ввести і проілюструвати найважливіші поняття штучного інтелекту - системи, засновані на знаннях, продукції, експертні системи і т.д..

У вивченні мови Пролог можна зазначити два основних підходи. Один можна назвати індуктивним. Цей підхід починається від нескладних прикладів предикатів і хорнівських фраз, а пізніше вводиться термінологічний апарат Прологу. Логічний зміст виконання програми, яка є спробою доведення деякої теореми від противного, може взагалі не згадуватися. Такий підхід виправданий для контингенту "слабких" студентів. Альтернативний підхід варто назвати дедуктивним. Він спирається на знання термінологічного апарату формальної логіки і припускає попереднє вивчення логічних основ мови Пролог. Такий підхід виправдовує себе в аудиторії добре підготовлених студентів, що мають відповідну підготовку з математичної логіки.

При підготовці вчителів Інформатики важливе значення має формування знань, вмінь та навичок, які необхідні для побудови математичних моделей процесів та явищ, що вивчаються (зокрема імітаційних моделей), проведення чисельного експерименту, опрацювання результатів експерименту і ін. Розумінню сутності математичного моделювання в значній мірі сприяє вивчення основ обчислювальної математики, теорії ймовірностей і математичної статистики, методів математичного (лінійною і нелінійного) програмування, теорії наближення функцій, статистичного моделювання. Тут важлива не тільки змістова сторона знань, але й структурна і операційна, тобто поряд з засвоєнням математичних понять, навчанням доведення тверджень, студенти опановують і інструментом пізнання - розумовими і практичними діями, загальними і специфічними, адекватними прийомами розумової діяльності і навчальної роботи, в тому числі самоконтролю, які спираються на сучасні інформаційні технології. При цьому слід звергати увагу вчителя на важливість фундаментальних знань, які необхідні для розробки алгоритмів, які на них базуються. Удосконалення автоматизованих інформаційних систем, експертних систем, баз знань, систем штучного інтелекту, телематики не знімає проблему глибини, широти і міцності фундаментальних знань.

Значна увага повинна приділятися навчанню сутності моделювання, з'ясування адекватності моделі явищу, коректності постановки задачі, стійкості методу розв'язування і відповідного алгоритм}', впливу похибок різного роду на результати аналізу, відповідність результатів чисельного аналізу реальним властивостям і закономірностям, яким повинно задовольняти досліджуване явище, що дає ключ до правильної інтерпретації повідомлень, які видаються автоматизованою Інформаційною системою, і прийняттю на основі так одержаної інформації обґрунтованих рішень [61].

Сучасна предметна система у навчальних закладах відрізняється недостатністю міжпредметних зв'язків, ре продуктивністю, орієнтацією на деякі "класичні", абстрактні чисті знання. Разом з тим у нинішніх умовах особливої ваги набувають загальні навички розв'язування проблем, здатність самостійно поставити задачу і довести її розв'язування до остаточного результату, що вимагає наявності відпрацьованої системної орієнтувальної основи дій, продуктивних, високо інтегрованих знань, уміння працювати в групі. Системоутворюючою ланкою у вищому педагогічному навчальному закладі можуть стати комп'ютерно-орієнтовні методичні системи навчання всіх навчальних предметів.

Розвиток математичних навчальних курсів у педагогічних вузах, який йде в останні роки шляхом їх спеціалізації, поглиблення ускладнення, привело до їхнього наближення до університетських стандартів навчання абстрактних розділів сучасної математики із значним розширенням кола прикладних, практичних застосувань математичних знань, що призводить до появи інтегруючого начала, здатного об'єднати різні розділи математики й інших наук.

Одночасно з цим курс інформатики зберігає традиційний ухил у вивчення прикладних програмних засобів і мов програмування. Виходом із ситуації, що створилася, є створення комп'ютерно-орієнтованих методичних систем навчання всіх предметів, що буде слугувати з'єднуючою ланкою між математичними курсами, інформатикою і курсами інших наукових дисциплін (фізикою, біологією, економікою), а також буде слугувати містком до практичного застосування знань з дисциплін, що вивчаються.

Особливий інтерес викликають банки даних, що забезпечують доступ до інформації через глобальні комп'ютерні мережі.

Ознайомлення з можливостями використання глобальних комп'ютерних мереж в процесі навчання може починатися з участі в групових телекомунікаційних проектах за допомогою електронної пошти. Найважливішою рисою такої форми навчання є групова діяльність учнів (студентів), яка спрямована на вирішення деякої модельної задачі (проекту) і передбачає самостійне проведення дослідження, а також те, що способом спілкування різних груп (розташованих можливо s різних містах) є електронна пошта.

Наступним кроком на шляху ознайомлення з можливостями використаний глобальних комп'ютерних мереж може бути використання WWW-серверів для пошуку потрібної інформації та створення веб-квесгів з конкретної проблеми, що розв'язується само стійко.

Для розуміння сутності штучного інтелекту, логічних моделей знань, систем логічного виведення, інтелектуальних інформаційно-пошукових систем, автоматизації математичного моделювання [224] і т. ін. важливе значення має вивчення математичної логіки у тісному взаємозв'язку з інформатикою.

Впровадження і використання в навчальний процес засобів сучасних інформаційно-комунікаційних технологій для збирання, зберігання, опрацювання, подання і передавання інформації відкривають широкі перспективи гуманітаризації освіти і гуманізації навчального процесу.

Виключно важливу роль при цьому відіграють телекомунікаційні системи, комп'ютерні мережі., розподілені бази даних, гіпертекстові системи, довідково-інформаційні системи, експертні системи, системи автоматизованого вироблення і прийняття рішень, моделюючі та імітуючи системи, різноманітні системи навчального призначення тощо.

Широке використання засобів і методів сучасних інформаційних техмологіл в навчальному процесі дає можливість розкрити значний гуманітарний потенціал природничонаукових дисциплін, пов'язаний з формуванням наукового світогляду, розвитком логічного і творчого мислення, формуванням суспільної свідомості та свідомого ставлення до навколишнього світу.

Створення і розробка нових комп'ютерно-орієнтованих методичних систем навчання природничонаукових дисциплін також містять значний гуманітарний потенціал і мають безпосереднє відношення до гуманітаризації освіти. Широке впровадження сучасних засобів інформаційно-комунікаційних технологій у навчальний процес надає можливості значно посилити зв'язок змісту навчання із повсякденним життям, надаючи результатам навчання практичної значимості. Навчання, спрямоване на застосовність набутих знань щодо розв'язування повсякденних життєвих проблем та задоволення практичних потреб, також є одним із аспектів гуманітаризації освіти.

У зв'язку з впровадженням сучасних засобів інформаційно-комунікаційних технологій важливою значення набувають, з одного боку, проблеми інтеграції навчальних предметів (зокрема, математики, фізики, інформатики та інших), а з другого - диференціації навчання відповідно до нахилів, запитів і здібностей учнів.

Однак інтеграція математики та інформатики з іншими предметами не може бути зведена до їхнього механічного поєднання в існуючому вигляді, потрібна розробка якісно нових навчальних дисциплін з новими цілями, змістом, методами, засобами, організаційними формами і результатами навчання.

У результаті осмислення практики освіти в школі в останні роки відбулося корінне переосмислення сутності навчального предмета взагалі і предмета інформатики зокрема. В даний час відбувається відмова від уявлення про шкільні предмети як деякі стабільні, раз і назавжди задані, жорстко детерміновані компоненти навчання. Обсяг у навчальних годинах, сам зміст навчання, методики і застосовувані засоби навчання можуть сильно відрізнятися в залежності від особливостей контингенту учнів, можливостей навчального закладу профільної орієнтації класу. Крім того, відбувається розвиток самих навчальних предметів у двох діалектично зв'язаних протилежних напрямках:

• поглиблення і розширення предметного змісту, розщеплення його на більш дрібні, спеціалізовані предмети;

• інтеграції, об'єднання з іншими навчальними предметами.

Ці процеси обумовили появу таких нових для освітньої практики понять, як освітня галузь і освітній стандарт.

Поняття освітньої галузі, по суті, дуальне поняттю навчального предмета, не може розглядатися окремо від нього і підкреслює еволюційні процеси, які відбуваються нині у структурі освіти, коли розуміння структури змісту освіти випереджує його нормативну організацію. Поняття "навчальний предмет" відноситься до структурної одиниці змісту освіти, що відображає деяку предметну галузь науки чи соціальної практики і нормативно закріплений навчальним планом школи, розкладом занять. Поняття освітньої галузі також комікує структурну одиницю змісту освіти, звичайно більш широку, ніж предмет, що проникає в різні предмети, і не зафіксовану нормативно в навчальних планах. Поняття освітньої галузі необхідно для уточнення відповідності між сучасними предметними галузями наук і соціальної практики і структурою освіти і відображає необхідність розвитку структури освіти. Дуже часто освітня галузь відображає основи змісту інтегрованої соціальної практики, що включають розділи ряду наук і різних технологічних галузей. Без сумніву, освітня інформатика є такою освітньою галуззю, оскільки вона відображає предмет широкої соціальної практики, а також існує значна розмаїтість реалізації навчання інформатики в різних навчальних предметах.