ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
«Развитие познавательной активности учащихся при изучении темы «Базы данных» в профильном курсе информатики»
Введение
В современных условиях общество ставит перед образованием новые задачи и выдвигает новые требования к подготовке выпускников школы. Способность ориентироваться в огромном потоке информации, осуществлять поиск и оперативно получать необходимые данные, с максимальным эффектом использовать сведения, полученные из различных источников и т.д., – именно такие требования к подготовке подрастающего поколения предъявляет сегодня формирующееся информационное общество.
Многие исследователи (С.А. Бешенков, С.Г. Григорьев, С.А. Жданов, А.А. Кузнецов, И.В. Роберт и др.) отмечают, что современное образование должно вооружать знаниями, формировать потребность в непрерывном самостоятельном овладении ими, развивать умения и навыки самообразования. Ведущим становится принцип: «образование через всю жизнь». Основным элементом учебного процесса становится создание знаний и извлечение их из получаемой информации. Данные тенденции приводят к следующему выводу: знания, умения и навыки в работе с информацией следует формировать и развивать целенаправленно. Необходимые умения приобретаются и развиваются в процессе освоения технологий хранения и поиска информации и информационных систем, использующих эти технологии. Для реализации такой задачи в базовом курсе информатики предусмотрен раздел «Базы данных и системы управления базами данных», в процессе изучения которого у учащихся формируются представления об основных понятиях баз данных и основных методах решения типовых задач в этой области. Однако базовый курс информатики в силу ограниченности своего объема недостаточно освещает вопросы технологий систематизации, хранения и поиска информации, применения баз данных к решению практических задач из различных предметных областей, в том числе связанных с будущей профессиональной деятельностью школьников.
Повсеместное распространение баз данных, порождающее необходимость в формировании умений и навыков работы с ними у широкого круга пользователей, стало основанием для большого числа исследований, посвященных проблемам преподавания технологий хранения и поиска информации. Так, создание языковых программных средств баз данных и обучение работе с ними конечных пользователей рассматривались в работах российских и зарубежных специалистов в области информационных систем В.А. Белова, С.Б. Гусенковой, М.С. Диго, К. Дейта, Н.Е. Емельянова, Дж. Ульмана и др. Теоретическое обоснование внедрения в учебные программы школ работы с базами данных провел В.Э. Фрейнман. Исследования по методике преподавания раздела «Базы данных» при изучении основ информатики провели О.В. Карташева, С.В. Лаптева, Н.В. Сазонова и другие. Методические указания по обучению технологии работы с базами данных приведены в исследованиях Л.Н. Бахтияровой, С.И. Золотовой, Т.А. Левчук, Т.А. Никифоровой, И.И. Сильванович, Н.В. Софроновой и др.
Все отмеченные исследования рассматривают различные аспекты методики изучения систем управления базами данных (СУБД) в рамках школьной информатики. В то же время, несмотря на широкое использование баз данных в различных сферах жизни, вопросы их применения к конкретным областям профессиональной деятельности в содержании школьного курса информатики раскрыты недостаточно. Вместе с тем именно такая задача ставится сейчас в старших классах школы в связи с введением профильного обучения.
На старшей ступени школьного образования должна быть усилена профессиональная направленность информационной подготовки учащихся в области технологий поиска и хранения информации, в содержание обучения этому предмету должно быть введено освоение умений и видов деятельности, характерных для избранной старшеклассниками будущей профессиональной деятельности.
Одним из возможных путей решения поставленной задачи может стать изучение аспектов СУБД в рамках профильного курса по информатике, которые связаны с профессиональными интересами и намерениями школьников и введение которых предусматривается при организации профильного обучения учащихся на старшей ступени школы.
Переход к профильному обучению продиктован необходимостью создания условий для реализации обучающимися своих познавательных интересов, склонностей, способностей, для подготовки старшеклассников к продолжению образования и будущей профессиональной деятельности.
Согласно одобренной Министерством образования РФ «Концепции профильного обучения на старшей ступени общего образования» дифференциация содержания обучения в старших классах осуществляется на основе различных сочетаний курсов трех типов: базовых, профильных, элективных. Каждый из курсов этих трех типов вносит свой вклад в решение задач профильного обучения [36]. Так, базовые общеобразовательные курсы отражают обязательную для всех школьников инвариативную часть образования и направлены на завершение общеобразовательной подготовки обучающихся. Профильные курсы обеспечивают углубленное изучение отдельных предметов и ориентированы, в первую очередь, на подготовку выпускников школы к последующему профессиональному образованию.
Каждый ребенок обладает специфическим набором интеллектуальных способностей и своим диапазон возможного наращивания интеллектуальных сил, и задача учителя заключается в создании условий, соответствующих интеллектуальному росту ученика за счет максимально возможного развития познавательной активности ученика.
Особую роль в таком развитии играет правильно организованная учебная деятельность школьников, важнейшим видом которой на уроках информатики является решение задач. Так, вместо традиционных задач должны использоваться обучающие задания, которые характеризуются наличием определенного психологического адресата, отсутствием жесткой заданности условий и требований, многовариантностью исходных данных и путей решения, ориентацией школьника на анализ своих решений и т.д. Методически грамотно разработанная система задании является, по мнению авторов модели, одним из основных средств развития познавательной активности учащихся.
В рамках рассматриваемого подхода процесс обучения строится на основе развития индивидуального своеобразия интеллектуальной деятельности учащихся, реализации их познавательных потребностей, создания психологически комфортного режима умственного труда.
Объектом исследования
является методика обучения темы «Базы данных» в старшем звене средней школы в условиях введения профильного образования, которая развивает познавательную активность школьников.
Предметом исследования
является построение методических рекомендаций для профильного курса информатики, с целью развития познавательной активности, на примере разработки темы «Базы данных».
Цель исследования
: разработка, теоретическое обоснование и экспериментальная проверка методических рекомендаций по теме «Базы данных», направленных на развитие познавательной активности школьников.
Гипотеза исследования
состоит в том, что тема «Базы данных» в системе профильного обучения будет способствовать развитию познавательной активности учащихся, если: содержание и методы обучения в рамках изучения преподавания данной темы будут определяться специально разработанной системой задач, обеспечивающей формирование интеллектуальной и практической деятельности.
Исходя из цели и гипотезы, были сформулированы следующие задачи
исследования:
1. Изучить природу познавательной активности учащихся.
2. Выделить методические особенности преподавания темы «Базы данных» в профильном курсе информатики.
3. Разработать систему заданий по темы «Базы данных», использование которых в профильном курсе информатики будет обеспечивать развитие познавательной активности учащихся.
4. Проверить влияние разработанной системы задач по теме «Базы данных», в профильном курсе информатики, на развитие познавательной активности учащихся.
Для достижения поставленной цели и проверки сформулированной гипотезы были использованы методы теоретического анализа (изучение и систематизация философской, психолого-педагогической, методической и научно-технической литературы по проблеме исследования; анализ школьных образовательных стандартов, учебных программ, учебных пособий, задачников и методических материалов по курсу школьной информатики; изучение и обобщение педагогического опыта), методы эмпирического исследования (наблюдение за процессом обучения, тестирование), педагогический эксперимент, количественный и качественный его анализ.
база данные информатика познавательный
1
. Особенности формирования познавательной активности при изучении профильного курса информатики
1.1 Понятие познавательной активности
Активность является важнейшей характеристикой личности и ее деятельности. В обучении активность личности является одной из основных предпосылок достижения целей обучения и воспитания, общего и профессионального развития личности специалиста.
Понятие активность в сфере научных знаний определяется неоднозначно, что указывает на сложность исследуемого феномена.
В философии активность понимается как универсальное, всеобщее свойство материи.
И.А. Джидарьян относит понятие активности к группе общенаучных. Оно, как отмечает автор, «фиксирует такое свойство явлений и систем материального мира, которое проявляется в их способности к внутренне необходимому движению и связано с процессами самоизменения, саморазвития, саморегуляции» [22, с. 86]. Автор конкретизирует философскую трактовку и закрепляет данное понятие лишь за той системой материального мира, которая обладает развитым сознанием, т.е. человеком. Материальная система приобретает качественно новый уровень своего развития, в котором активность «становится важнейшей, сущностной характеристикой высочайшей по своей сложности системы» [22, с. 66].
Активность человека, по мнению М.С. Кагана, «призвана обеспечить не только его биологическую, но и его социальную жизнь» [29, с. 39].
Итак, активность в философском смысле означает коренное свойство материи и характеризует способность организма приспосабливаться к изменяющимся условиям жизни с целью самосохранения. Она выражается в определенном поведении организма. Активность человека имеет социальную природу. Благодаря сознанию, человек способен целенаправленно взаимодействовать с природой и обществом, изменяя и преобразуя не только окружающую среду, но и самого себя. Активность выступает как социально одобренный способ поведения и деятельности человека, результатом которого являются соответствующие социально и личностно значимые изменения.
Теоретическая разработка проблемы активности в психологии проводилась К.А. Абульхановой-Славской, Л.Ф. Алексеевой, Б.Г. Ананьевым, Л.С. Выготским, Н.Ф. Добрыниным, А.Г. Ковалевым, А.И. Крупновым, А.Ф. Лазурским, В.Г. Леонтьевым, Б.Ф. Ломовым, В.Н. Мясищевым, А.В. Петровским, С.Л. Рубинштейном, С.Д. Смирновым и др.
Обратимся к рассмотрению сущности понятия активность, даваемому в психологической литературе и попытаемся выделить ее особенности, значимые для понимания профессиональной направленности познавательной активности учителя.
Понятие «активность», по утверждению А.Ф. Лазурского, является основополагающим в психологии. Человек в теории личности А.Ф. Лазурского выступает как активный деятель в окружающей среде. Под «средой» автор понимает не только вещи, природу, людей, «человеческие взаимоотношения, но также идеи, духовные блага, эстетические, моральные и религиозные ценности и т.п.» [43, с. 8]. Человек является не только элементом среды, для существования в которой ему необходимо приспособиться к ней. Но сама среда не является неизменной, она меняется, и эти изменения обусловлены самим человеком. Характер взаимодействия человека со средой зависит от степени одаренности человека (богатство и интенсивность прирожденных способностей) и внешних условий окружающей среды (благоприятствующих или препятствующих проявлению способностей человека). Активность, по мнению автора, это не волевое усилие в узком смысле, а нечто гораздо более широкое, лежащее в основе всех психических процессов и проявлений личности.
Однако человек не сразу становится активным преобразователем среды. Чтобы стать таковым, ему необходимо начать с приспособления, подчинения среде, подражания действиям и поведению других людей, и лишь затем, по мере своего духовного роста, постепенно, становится творцом и преобразователем жизни. Важную роль в процессе становления человека как активного деятеля играют, согласно А.Ф. Лазурскому, процессы воспитания и образования, в ходе которых природные задатки человека могут быть преобразованы в личностно и социально значимые качества личности.
В теории личности В.Н. Мясищева активность рассматривается через категорию «отношение», которое определяется как потенциал избирательной активности человека в связи с различными сторонами действительности. Отношения, и, следовательно, активность возникают там, где есть субъект и объект отношений. В качестве объекта отношений выступает окружающая действительность (предметы материальной и духовной культуры и их свойства, деятельность, люди и т.д.). Один и тот же объект вызывает у разных людей различные реакции, действия и переживания. Разнообразие реакций обусловлено, по мнению В.Н. Мясищева, особенностями индивидуального опыта человека и степенью значимости объекта отношений. Поэтому связи и отношения человека с окружающим миром, его активность в целом носят, во-первых, индивидуально избирательный характер, и являются продуктом индивидуального развития человека. Во-вторых, имеют разный уровень проявления. Чем более значим для личности объект ее отношений, тем выше уровень активности личности. Отношения личности (ее потребности, интересы, склонности), проявляемая ею активность, согласно автору, является результатом взаимодействия человека с конкретной окружающей средой, и с тем, насколько данная среда предоставляет условия для проявления и развития его активности и индивидуальности [55].
В культурно-исторической теории развития высших психических функций Л.С. Выготского, активность является ведущей характеристикой человека. Активность человека, по его мнению, специфична. Она имеет не столько биологическую природу, сколько социальную и обусловлена созданием и употреблением человеком орудий и знаков. Орудия и знаки являются продуктом социальных отношений между людьми. В них в концентрированном виде содержится социальный опыт предшествующих поколений людей. Развитие человека основано на употреблении знаков и включении их в общую систему поведения, благодаря чему человек становится способным к активному преобразованию социальной ситуации.
Среди разных форм активности человека, направленной на окружающий мир, важными Л.С. Выготский считает формы сотрудничества ребенка с взрослыми и коллективную деятельность детей [12].
Таким образом, рассмотренные некоторые подходы к определению сущности активности позволяют отметить, что активность человека имеет отличия от активности животного мира. Две формы активности (животного и человека) обладают разной природой, разной сущностью. С возникновением человека и общества, активность приобретает новые качественные характеристики. Она направлена не столько на приспособление организма к среде, сколько среды к нуждам и потребностям человека. Специфика активности человека определяется не только его сознанием, особенностями психики, но и наличием и воздействием системы общественных отношений, культуры, которые создаются самим человеком и в которой он действует.
Основной сферой самовыражения человека является деятельность. Активность личности рассматривается в психологии в тесной связи с деятельностью, как способностью человека производить общественно и личностно значимые преобразования действительности. При этом активность является характеристикой уровня развития личности и интенсивности самой деятельности.
Так И.А. Джидарьян высказал предположение о том, что в содержании понятия «активность» имеются такие смысловые значения, которые не могут быть полностью раскрыты через категорию деятельности, а потому делают возможным существование обеих категорий. Проведя сопоставительный анализ категорий активность и деятельность, автор приходит к выводу о том, что активность и шире, и уже деятельности. Если рассматривать активность как характеристику психики, то она уже деятельности, так как психика включена в деятельность в качестве ее регулятора. На личностном уровне объем понятия «активность» шире деятельности, так как человек является не просто деятелем, преобразователем бытия, а проявляет чувства, отношения, связанные с преобразованием окружающего мира. Активность, таким образом, не просто включена в деятельность, а придает ей индивидуальную (личностную) окраску. «Кроме того, – пишет автор, – посредством категории активности подчеркивается то особое качество человека как субъекта деятельности, благодаря которому он выходит за пределы заданных условий и обстоятельств жизнедеятельности, проявляя инициативу, творческий поиск, добиваясь максимальной мобилизации внутренних резервов и возможностей для целенаправленного изменения и преобразования мира» [22, с. 85–86].
Соотношение объемов понятий активность и деятельность обсуждается в работах К.А. Абульхановой-Славской. «Необходимость обращения к понятию активности, – как пишет автор, вызвано тем, что оно шире деятельности, поскольку активность проявляется и в познании, и в общении, и, главное, в жизненном пути в целом» [2, с. 45]. В системе понятий «личность» и «деятельность», активность занимает промежуточное положение, выступает связующим звеном, позволяющим «рассматривать, как личность объективирует себя в деятельности,… выявить способ ее самовыражения» [1, с. 23]. Личность, обладая индивидуализированной психологической структурой (установки, притязания, ожидания, готовность, способность, воля, сознание и т.д.), строит собственную систему деятельности с учетом требований общества (социальных, профессиональных) и возможности проявления самостоятельности (саморегуляции, самоопределения) в данной деятельности [8].
Принципиальное различие между активностью и деятельностью состоит, по мнению К.А. Абульхановой-Славской, в источнике побуждения. «Деятельность исходит из потребности в предмете, а активность – из потребности в деятельности» [1, с. 77]. В остальном структуры и объем понятий «активность» и «деятельность» совпадают.
Итак, анализ различных подходов к определению содержания активности позволяет отметить, что на данный момент в науке отсутствует четкое определение понятия «активность». Имеющиеся определения данного понятия не являются исчерпывающими, а взаимодополняющими друг друга, подчеркивающими различные грани активности человека. В аналитических работах исследователей понятие активности рассматривается в тесном единстве с категориями личности и деятельности, подчеркивается, что активность есть важнейшая сторона деятельности, ее качество, динамическое условие ее становления, видоизменения, самореализации и самодвижения. Но деятельности без конкретной личности не существует, поэтому активность является существенной характеристикой не только деятельности, но и субъекта, реализующего ее – личности. Специфика активности заключается в двойственности ее бытия: с одной стороны это сложное динамическое качество личности, в котором интегрирована вся ее психологическая структура, деятельная сущность личности. С другой – сознательная, заинтересованная деятельность, которая организуется и регулируется самой личностью путем согласования требований общества к избранной деятельности и возможностей личности реализовать деятельность и выразить себя в ней.
Как выше было отмечено, формой реализации активности выступает деятельность. М.С. Каган, рассматривая деятельность как «активность субъекта, направленную на мир объектов во взаимодействии с другими субъектами» [29, с. 65], выделяет различные виды деятельности: преобразовательную, познавательную, коммуникативную и другие. Каждый вид деятельности отличается между собой своим предметным содержанием. Следовательно, видов активности будет столько, сколько существует видов деятельности. В зависимости от реализации активности в том или ином виде деятельности выделяются соответствующие виды активности: преобразовательная, познавательная, коммуникативная и другие. Каждый вид активности, реализуемый в соответствующей деятельности, также будет иметь свою специфику. Специфика активности будет определяться не только предметным содержанием деятельности, но и особенностями личности, ее направленностью.
Познавательная активность может присутствовать практически в любой профессиональной деятельности. Так как познавательная активность связана с реализацией познавательной потребности, то в рамках профессиональной деятельности познавательная активность может быть удовлетворена «в различных формах рационализаторской и изобретательской деятельности, направленной на совершенствование орудий труда, технологии и самих способов труда…» [30, с. 23]. Не исключение составляет профессиональная педагогическая деятельность. Значимость познавательной активности для педагога связана с тем, что «стремление реализовать свои творческие силы вызывает потребность в непрерывном образовании учителя, в совершенствовании своего индивидуального опыта на основе постоянного освоения опыта других учителей и достижений педагогической науки» [75, с. 4]. Познавательная активность приобретает профессиональную направленность вследствие внутренних побуждений и потребностей личности в самоактуализации и самореализации в профессиональной деятельности. Раскрывая сущность профессиональной направленности познавательной активности, мы обратились к содержанию таких понятий, как «направленность», «направленность личности», «профессиональная направленность», «педагогическая направленность», «педагогическая деятельность», анализ которых позволит выделить и понять специфику профессиональной направленности познавательной активности учителя.
В общепсихологических теориях личности направленность выступает как важнейшее свойство, в котором выражается динамика развития человека как общественного существа, как качество, определяющее его психологический склад (Б.Г. Ананьев, Л.И. Божович, А.Н. Леонтьев, В.Н. Мясищев, С.Л. Рубинштейн и др.). Направленность преимущественно связана с мотивами, мотивационной сферой личности, которая определяет целостную структуру личности. Направленность личности может иметь разный характер в зависимости от того, какие мотивы по содержанию и строению в структуре мотивационной сферы являются доминирующими.
Направленность личности проявляется в различных сферах человеческой деятельности, которые различаются между собой, прежде всего своим предметным содержанием. Анализируя теорию деятельности А.Н. Леонтьева, предмет деятельности определяется В.В. Давыдовым как «то, на что направлено действие субъекта, к чему он определенным образом относится и что выделяется им из объекта в процессе его преобразования при выполнении внешнего или внутреннего действия» [18, с. 169]. Деятельность, имея свое предметное содержание, осуществляется посредством выполнения действий и операций, с привлечением разнообразных средств, но характер их выполнения зависит от потребностей и мотивов личности, то есть от ее направленности. Направленность деятельности, следовательно, будет определяться предметом деятельности, объективными целями и задачами, условиями ее выполнения.
Направленность на профессиональную деятельность проявляется в юношеском возрасте. Данный вид направленности формируется под влиянием социально-нравственного, профессионального и личностного самоопределения, в процессе осуществления трудовой или учебно-профессиональной деятельности и представляет собой совокупность профессионально значимых мотивов деятельности. Тогда профессиональная направленность личности будет соединять в себе характеристики и направленности деятельности, и направленности личности, и направленности на профессиональную деятельность. Так, если направленность личности представляет собой совокупность доминирующих мотивов, направленность деятельности определяется предметным содержанием, целями и задачами деятельности, а направленность на профессиональную деятельность определяется профессиональными мотивами, то профессиональная направленность личности представляет собой ее ориентацию в профессиональной деятельности на объектно-предметное содержание профессии, ее главные цели и задачи, которые приобретают личностную значимость для субъекта, реализующего деятельность.
Познавательная активность развивается в процессе деятельности и ее направленность приобретает конкретную специфику в зависимости от условий и требований определенной профессиональной деятельности. Мы ведем речь о профессиональной направленности познавательной активности учителя, поэтому необходимо выявить, какие требования предъявляет к познавательной активности учителя педагогическая деятельность и какие в этой связи особенности приобретает ее направленность.
Педагогическая деятельность и ее особенности глубоко и всесторонне изучались Е.П. Белозерцевым, Ф.Н. Гоноболиным, Н.В. Кузьминой, Ю.Н. Кулюткиным, М.М. Левиной, В.А. Сластениным, А.И. Щербаковым и другими. В работах подчеркивается, что целью педагогической деятельности является становление и преобразование личности другого человека и в этом смысле она обладает гуманистической субъект-субъектной направленностью.
Средством реализации основной цели педагогической деятельности является деятельность по передаче и переработке знаний от учителя к учащимся, то есть обучение. Процесс обучения возможен тогда, когда есть обучающий и обучаемый, и то, что должно стать достоянием обучаемого, то есть предметно-методическое содержание. Предметное содержание, зафиксированное в учебных программах, текстах учебников выступает основой процесса обучения, и одновременно, связующим звеном между педагогом и учащимися. Общий механизм функционирования процесса обучения и развития его основных элементов (деятельности педагога и деятельности ученика) раскрыт М.М. Левиной [45]. Идея системной организации процесса обучения позволяет представить процесс обучения в виде динамической модели, в которой отражены функциональные связи не только между компонентами, но и внутри каждого компонента, благодаря которым процесс обучения предстает как развивающийся. Опираясь на динамическую модель процесса обучения М.М. Левиной, к особенностям педагогической деятельности можно отнести: рефлексивный, вариативный и творческий характер педагогической деятельности, как условия ее выполнения. Более подробно рассмотрим указанные особенности.
Функцией педагогической деятельности является организация и управление учебной деятельностью. Ю.Н. Кулюткин называет педагогическую деятельность «метадеятельностью», которая надстраивается над деятельностью ученика. Цели, которые ставит перед собой учитель, формируются как потенциальные эффекты продвижения ученика, поэтому процесс их достижения реализуется через организацию деятельности ученика. Оценка результативности собственных действий педагогом проводится на основе того, насколько успешным оказалось запланированное продвижение ученика. Однако достижение конечного результата педагогической деятельности не всегда совпадает с запланированным, ожидаемым. Немаловажную роль в этом играют ситуативность педагогического процесса, слабая предсказуемость и отсроченность во времени его результатов и другие причины. Педагогическая деятельность, таким образом, является детерминированной другой деятельностью – учебной. Именно действия ученика выступают в качестве целей педагогической деятельности и главным фактором, направляющим и организующим все действия педагога. Такое управление, основанное на анализе и оценке учителем своих действий и действий ученика, названо Ю.Н. Кулюткиным рефлексивным [40].
Процесс обучения находится в постоянном изменении, развитии. Эти изменения обусловлены развитием учебной деятельности, субъектами которой являются учащиеся с различными личностными характеристиками и формами поведения в конкретной учебно-познавательной ситуации. Это придает процессу обучения вариативный характер. Отсюда следует, что и педагогическая деятельность должна строиться с учетом его вариативности. Следовательно, вариативность педагогической деятельности является ее особенностью и условием реализации как процесса обучения, так и педагогической деятельности.
Вариативность процесса обучения делает творчество педагога обязательным условием успешного протекания процесса обучения и достижения его целей. Коточигова Е.В. на основе анализа трудов В.И. Загвязинского, В.А. Кан-Калика, Н.В. Кузьминой, Ю.Н. Кулюткина, М.М. Левиной, В.А. Сластенина, Г.С. Сухобской и других, посвященных педагогическому творчеству, выделила такие особенности: «временная спрессованность» творчества (между задачами и способами их разрешения нет больших промежутков времени); сопряженность творчества учителя с творчеством других субъектов учебной деятельности (учащиеся, коллеги); отсроченность результатов и необходимость его прогнозирования; наличие атмосферы публичного выступления; необходимость соотнесения типичных приемов педагогической деятельности с не типичностью педагогических ситуаций» [41, с. 306].
Творческая деятельность педагога связана с разработкой и применением специальных средств, форм и способов целенаправленного управления процессами развития и обучения учащихся с учетом конкретных условий протекания процесса обучения.
В процессе обучения педагогическая и учебная деятельности находятся в причинно-следственной зависимости. Основу педагогического управления учебной деятельностью составляет поиск средств и способов регуляции учебного процесса. Как отмечает М.М. Левина, «было бы преувеличением сказать, что каждый учитель, неизбежно встречающийся в практике с изменчивостью условий преподавания, изобретает совершенно неизвестные до сих пор методические приемы. Скорее речь идет об адекватности используемых приемов и их сочетании» [45, c. 165]. Из вышесказанного, очевидно, что творческая педагогическая деятельность связана как с применением сложившихся приемов и навыков воздействия, так и с созданием новой системы приемов и методов педагогического воздействия с учетом изменившихся обстоятельств деятельности. Однако создание разных вариантов методики обучения обусловлено необходимостью анализа достигнутого результата, соотнесением его с выдвинутыми целями и задачами. Тогда объектом познавательной активности педагога выступает получение информации о достигнутом уровне обученности учащихся, на основе которой проектируется новый результат, конструируется адекватная ему система учебно-познавательных действий учащихся и способов педагогического управления ими.
Однако успешность реализации педагогической деятельности обеспечивается не только владением профессиональными действиями и операциями, но и за счет соответствия личностных качеств субъекта требованиям педагогической деятельности. Наличие у учителя познавательной активности характеризует качество профессиональной педагогической деятельности, в которой проявляется личность педагога с его отношением к содержанию, характеру педагогической деятельности, стремлением познать сущность педагогических явлений и мобилизовать свои нравственно-волевые усилия для достижения профессиональных целей.
Опираясь на психолого-педагогический анализ понятия познавательной активности, под профессиональной направленностью познавательной активности учителя следует понимать его ориентацию на субъект – субъектное взаимодействие и многообъектность педагогической деятельности, направляемую системой потребностей и мотивов, позволяющую избирательно отражать в динамике и преобразовывать педагогические явления и объекты в соответствии с профессионально и личностно-значимыми целями.
Педагогическая деятельность представляет собой взаимосвязь двух видов деятельностей: учителя (преподавателя) и учащихся (студентов), каждый из них обладает своей активностью, то условием соответствия этих деятельностей выступает взаимная активность педагога и учащихся, ученика и другого ученика, педагога и учебной группы и т.п. Поэтому активность учителя невозможно рассматривать в отрыве от организации активности учащихся. Направленность профессиональной активности учителя на учащихся выражается в разработке (создании) определенных дидактических условий, реализация которых обеспечивает оптимальный уровень познавательной активности, мобилизации интеллектуальных, нравственно-волевых сил учащихся. Если познавательная активность учащихся напрямую зависит от выбора средств активизации учебной деятельности, то в обратном порядке активность учителя детерминирована состоянием познавательной активности учащихся, особенно при изучении информатики.
1.2 Показатели уровня развития познавательной активности
Умственное развитие учащихся, являясь основным показателем эффективности любого метода или процесса обучения, тесно связано с познавательной активностью и самостоятельностью, уровень развития познавательной активности и самостоятельности характеризует познавательные возможности человека, и вместе с тем, есть одно из проявлений уровня умственного развития. Это вытекает из общеизвестного факта, как характер знаний, так и формирование определенных качеств личности, зависит от тех условий, в которых происходит усвоение знаний или формируются необходимые качества. В качестве критерия умственного развития рассматривается наряду с запасом знаний и богатство структуры мыслительной деятельности, что составляет одну из сторон познавательных возможностей. В свою очередь богатство структуры мыслительной деятельности обуславливает владение способами решения определенных задач, способность к самостоятельному решению новых задач, к открытию новых знаний (Калошина И.П. [31], Менчинская Н.А. [52], Талызина Н.Ф. [70].
Как для физиологического, так и для психологического направлений исследования мышления характерно представление о деятельности мозга как о процессе непрерывной регуляции, осуществляемой самим же мозгом, и которое поэтому можно назвать процессом саморегуляции. Чрезвычайный интерес в этой связи представляют исследования целостного поведения и поведенческих актов, связанных с такими фундаментальными понятиями теории деятельности, как «цель» и «стратегия». П.К. Анохин показал, что достижение организмом различного рода целей обеспечивается с помощью особого центрально-периферического образования, названного П.К. Анохиным «функциональной системой», которая рассматривается им в качестве регулятора всех форм деятельности организма, от самых простейших гомеостатических процессов до сложного речевого поведения [4].
Реализация «модели», т.е. достижение поставленной цели, происходит с помощью специального механизма, названного П.К. Анохиным «акцептором действия», который производит сличение фактических результатов с целью деятельности на основе «обратной афферентации», информирующей об успехе или неуспехе каждого отдельного акта деятельности. Сама деятельность, рассматриваемая как комплекс регуляторных актов, направленных на достижение определенной цели, включает в себя по меньшей мере два этапа: этап создания направляющей модели деятельности (образа), и этап реализации, осуществления этой модели с помощью сложного, многоуровневого аппарата корригирования, в основе которого лежит принцип обратной связи. Такое понимание общих механизмов деятельности вызвало к жизни (более или менее независимо друг от друга) целый ряд сходный концепций: «модель будущего» У.Р. Эшби [53], «план» Миллера, Галантера и Прибрама [53].
Эти концепции оказались родственными непосредственно психологической концепции «установки» Д.Н. Узнадзе. Согласно теории Д.Н. Узнадзе меду внешней средой и поведением стоит особый психологический механизм – установка, которая отражает «готовность к действию на основе ранее воспринятого воздействия», «преднастройку», своего рода «предрасположенность» к определенному протеканию деятельности.
Было показано, что установка, являясь определенной формой организации прошлого опыта индивида и отражая его потребности, обуславливает не только подготовку индивида к предстоящей деятельности, но является непосредственным регулирующим фактором, определяющим и протекавшие и сами результаты деятельности [74].
Степень соответствия основных идей Д.Н. Узнадзе и указанных выше физиологических теорий подробно рассматривается Басиным Ф.В. [6].
Таким образом любая деятельность предполагает процессы саморегуляции и оказывается возможной лишь благодаря непрерывному саморегулированию. Такое понимание деятельности, являясь качественно новым этапом и в физиологии, и в психологии, разумеется не противоречит учению о рефлекторной деятельности мозга, а является ее развитием. Именно И.П. Павлову принадлежат слова о том, что «человек есть… система, в горизонте научного видения, единственная по высочайшему саморегулированию… система, в высочайшей степени саморегулирующаяся, сама себя поддерживающая, направляющая и даже совершенствующаяся» [57].
Несомненно, что психическая саморегуляция предполагает наличие целой системы (иерархии) уровней, но основное, наиболее крупное деление на уровни, если подходить к ним с психологической точки зрения, по всей вероятности, должно основываться на степени участия сознания в процессе саморегуляции. С этой точки зрения возможно, по крайней мере, два уровня регулирования, сознательное (произвольное) и бессознательное (непроизвольное). При наличии одной и той же задачи регулирования и при одинаковом уровне осознанности, человек может использовать различные формы, способы регулирования в зависимости от конкретной ситуации, общего тонуса, опыта и т.д. Набор способов регулирования у каждого человека очень велик. Е.А. Климов показал, что приспособление человека с теми или иными свойствами нервной системы к определенной деятельности происходит (спонтанно или под влиянием соответствующего обучения) с помощью индивидуально своеобразных особенностей регулирования, которые обеспечивают успешность выполняемой деятельности. В качестве стойких особенностей регулирования, сложившихся под влиянием определенных свойств нервной системы, Е.А. Климов указывает на некоторые динамические характеристики регулирования (скорость, вариативность темпа и т.д.) и некоторые стороны организации, планирования действий. Эти устойчивые, психологически обусловленные особенности регулирования, характеризующие действия человека как в моторной и сенсорно-перцептивной, так и в умственной сфере деятельности, сохраняются также и на уровне неподотчетного поведения [32].
Все изложенное дает основания предполагать, что манера и уровень деятельности человека, его познавательные возможности зависят от индивидуально своеобразных особенностей механизма регулирования.
С.Л. Рубинштейн считал процессы регулирования «ядром, или общим компонентом, различных умственных способностей» [64]. На необходимость изучения саморегуляции как компонента общих способностей, обращает внимание Б.Г. Ананьев [3].
Н.С. Лейтес наряду с умственной активностью выделяет и саморегуляцию как «первооснову» общей одаренности. «…Первооснову потенций человека как субъекта деятельности следует искать в неразрывной взаимосвязи умственной активности и саморегуляции» [47].
В настоящее время вряд ли можно достаточно конкретно охарактеризовать внутренние условия, отличающие более или менее высокий уровень саморегуляции. По всей вероятности людей, имеющих более высокий уровень познавательных возможностей, отличает больший объем информации, привлекаемый для принятия решения, и одновременно быстрота ее переработки, больший объем самого прогнозирования действия, – а наряду с этим точность, экономность корригирования. Понятно, что представление об эффективности регулирования умственной деятельности не всегда можно вывести из степени управления человеком своими эмоциями или из обыденных представлений об «организованности» или «неорганизованности» поведения. Те или иные проявления человека, даже наиболее тесно связанные с какими-то коренными свойствами саморегуляции, самым существенным образом зависят от обучения.
Таким образом, мы оказались перед закономерно возникшей и уже получившей некоторое признание гипотезой о том, что в основе познавательных способностей человека лежат устойчивые коренные особенности саморегуляции. Необходимым условием развития познавательных способностей в процессе обучения является высокий уровень умственной активности, которая, в свою очередь, становится показателем уровня развития познавательных способностей. Использование познавательной активности и самостоятельности в качестве показателей развития познавательных способностей требует более четкого определения того, что входит в их структуру.
Имеющиеся на сегодня научные данные (биологические, психологические, педагогические, социологические и т.д.) говорят о том, что познавательная активность – очень сложное в структурном и функциональном отношении качество (а точнее способность) познающей личности, имеющее в своей основе некоторую иерархию ее функциональных свойств, которое, однако, при наличии разноаспектных исследовательских подходов не сложилось в четко очерченную и разработанную систему.
Познавательная активность рассматривается как деятельное состояние человека, которое характеризуется стремлением к освоению новых знаний, умственным напряжением и проявлением волевых усилий, и вместе с тем как внутренний механизм, приводящий человека в готовность действовать соответствующим образом в конкретной проблемно-познавательной ситуации, как динамическое интегральное свойство познающей личности, меняющее под воздействием обучения свой характер от воспроизводящего до творческого.
В познавательной активности выделяют мотивационную и операционную сферы. Познавательная активность проявляется, во-первых, в усиленной отражательно-преобразовательной деятельности, связанной с мобилизацией всех интеллектуальных эмоциональных и волевых качеств личности. В этом плане она может быть охарактеризована мерой сознательных усилий, участия обучаемого в процессе поиска неизвестного, подлежащего усвоению [50].
Во-вторых, в целенаправленности познавательной деятельности. Познавательная активность выступает здесь как отношение познающей личности к предмету, процессу и цели познания, и характеризуется степенью ее внутренней готовности к реализации своих познавательных возможностей [59].
Внутренняя готовность включает в себя не только желание, стремление человека действовать в определенном направлении, но и умение действовать, обеспечивающее успех познавательной деятельности, т.е. наличие определенных знаний, навыков и умений, актуальные способности обучаемого.
В-третьих, в самостоятельности принятия решений в сложившейся проблемной ситуации, выбора путей и средств достижения цели, в инициативности, оригинальности и своеобразии решения проблем.
В-четвертых, в способности организовать получаемую информацию определенным образом, формировать систему знаний.
Познавательная активность рассматривается нами в качестве непременного внутреннего условия творческого познания студентов и, следовательно, важнейшего фактора развития их творческих возможностей.
В современной литературе явление возрастания активности всего живого связывается прежде всего с повышением уровня его организации, сопровождающейся усилением таких его свойств, как самоорганизация и самодетерминация, то есть в повышении роли факторов внутреннего порядка в сравнении с влиянием внешней среды. И физиология, и кибернетика рассматривают активность как свойство самоуправляемых систем [38].
Таким образом, более высокий уровень активности живого связан с обладанием более совершенной формой его внутренней организации, то есть с его специфической структурой и функциями, обеспечивающими ему выбор из многих вариантов такого поведения, которое соответствует «цели» данной системы ее внутренней модели поведения, влияющей на его результативность. Именно поэтому активность всего живого понимается некоторыми авторами как его относительная самостоятельность [5].
В дидактике познавательная самостоятельность определяется как готовность (стремление и умение) своими силами вести поисковую деятельность [48, 59].
Развитие познавательной самостоятельности в процессе обучения некоторые авторы связывают с возникновением эффекта, когда управляемый объект становится и управляющим по отношению к самому себе. В категории «познавательная самостоятельность» различаются два аспекта – мотивационный и процессуальный. Мотивационная сторона обуславливает потребность в познании, интерес к процессу, самостоятельность отношения к результатам познания, потребность в самоконтроле, словом – стремление познавать [42, 48].
Процессуальная сторона предполагает владение средствами и способами познания, наличие тех практических и интеллектуальных возможностей личности, которые обуславливают выполнение самого механизма познания, иначе говоря, умения познавать в процессе целенаправленного поиска.
Таким образом, познавательная активность и самостоятельность характеризует мотивационные, интеллектуальные и организационные свойства личности, от которых зависит уровень успешности познавательной деятельности, то есть являются показателем развития познавательных возможностей человека.
При исследовании познавательной активности и самостоятельности учеными используются различные методы. Так метод работы в «креативном поле» позволил Д.Б. Богоявленской выделить три главных уровня познавательной активности [9]:
1. Репродуктивный, нижняя граница которого характеризуется полной пассивностью и инертностью, верхняя – ярко выраженным интересом к данной деятельности, добросовестностью, даже направленности, но при полном отсутствии обобщений, выходящих за рамки усвоенного способа действия; время решения задач при таком уровне интеллектуальной активности сокращается в основном за счет тренировки; неожиданные варианты ситуации вызывают резкое увеличение времени решения.
2. Эвристический, который характеризуется стремлением усовершенствовать данную деятельность, вводить новые способы решения; время решения за дач при таком уровне активности сокращается главным образом за счет формальных приемов.
3. Креативный, это высший уровень интеллектуальной активности, который характеризуется инициативой в постановке задач, стремлением к выяснению причинных связей и зависимостей, к теоретическим обобщениям; испытуемые этого типа ищут смысл, причину получаемого эффекта, исследуют задачу, не заботясь о времени ее решения. Именно на этом высшем уровне исследователи сталкиваются с феноменом постановки проблем. Метод «креативного поля» позволяет показать, что этот феномен возникает без всякого внешнего стимула и является отличительной чертой истинно творческой личности.
Критерии уровней познавательной самостоятельности выработаны в общей дидактике И.Я. Лернером, Н.А. Половниковой, Б.Г. Зильберманом.
И.Я. Лернер так определяет уровни познавательной самостоятельности учащихся:
1. Умение самостоятельно и доказательно сделать один или несколько непосредственных выводов из одного какого-либо данного условия.
2. Умение доказательно придти к нескольким параллельным и изолированным друг от друга непосредственным выводам на основе различных данных условий.
3. Умение сделать один или несколько опосредованных выводов из одного или нескольких данных условий, но при этом все выводы изолированы друг от друга.
4. Умение делать опосредованные выводы на основе выявления связи между различными данными условия [48].
Б.Г. Зильберман устанавливает следующие уровни познавательной самостоятельности учащихся:
1. Овладение техникой умственного труда как база для умений творческого порядка.
2. Поэтапное овладение логикой решения задач.
3. Ученик самостоятельно умеет выдвинуть новую проблему, рационально решить ее на уровне вычленения новых, многосторонних связей, проверить правильность решения и добиться претворения в жизнь правильного понимания вопроса [25].
Думается, что только последнее из этих утверждений есть собственно обозначение одного (вероятно, высшего) уровня познавательной самостоятельности. Остальные два – не уровни познавательной самостоятельности, а возможные (но не исчерпывающие) пути ее формирования.
И, наконец, уровни познавательной самостоятельности, как их понимает Н.А. Половникова. Первый уровень познавательной самостоятельности определяется ею как «копирующая самостоятельность» при «простейших переносах»; второй – как «воспроизводяще-выборочная» познавательная самостоятельность (способность к самостоятельному воспроизведению методов решения проблем и к выбору нужного метода); третий – «творческая» познавательная самостоятельность (способность учащихся самостоятельно устанавливать рациональные, новые для них пути овладения знаниями).
Такое понимание уровней познавательной самостоятельности представляется нам оригинальным и интересным. Однако уровни познавательной самостоятельности, как их понимает Н.А. Половникова, направлены только на выяснение способа решения задачи, проблемы [59]. Обучение же имеет целью не только дать знания о способах решения проблем, но и знание самих решений, ответов на эти проблемы, то есть собственно «знания». Уровни же познавательной самостоятельности, как их понимает Н.А. Половникова, не позволяют выяснить качество этих знаний, особенно при изучении информатики.
1.3 Особенности организации профильного обучения информатике, с целью развития познавательной активности
К числу важнейших задач модернизации школьного образования следует отнести задачу разностороннего развития учащихся, их творческих способностей, умений и навыков самообразования, формирования у молодежи готовности и адаптации к меняющимся социальным условиям жизни общества. Решение этих задач невозможно без дифференциации содержания школьного образования. Дифференциация содержания, организационных форм, методов обучения в зависимости от познавательных потребностей, интересов и способностей учащихся важна на всех этапах школы, но особенно актуальна она на старшей ступени школьного образования. Именно поэтому сейчас и ставится задача введения в старших классах профильного обучения, ориентированного на удовлетворение познавательных запросов, интересов, развитие способностей и склонностей каждого школьника.
Основная идея обновления старшей ступени общего образования состоит в том, что образование здесь должно стать более индивидуализированным, функциональным и эффективным. Как отмечает Ю.М. Колягин, «школа сегодняшнего дня делает попытку повернуться к личности ребенка, к его индивидуальности, создать наилучшие условия для развития его склонностей и способностей в настоящем и будущем» [33].
Многолетняя практика школьного образования в нашей стране и за рубежом убедительно показала, что, как минимум, начиная с позднего подросткового возраста, примерно с 15 лет, в системе образования должны быть созданы условия для реализации обучающимися своих интересов, способностей и дальнейших (послешкольных) жизненных планов. «В качестве приоритетов в нынешней школе – подчеркивает П.И. Пидкасистый [58, с. 177] – выступают не программы, не учебные предметы, которые надо пройти, не правила, формулы, даты, события, которые надо запомнить, а ребенок, ученик, его интеллектуальное, духовное, физическое развитие. Эти приоритеты и должны конкретно проявляться в интересе учащихся к знаниям, в их социальной активности, в диагностике их способностей, в создании условий для свободного выбора профессии. В этом и суть личностно-ориентированного обучения».
Социологические исследования доказывают, что большинство старшеклассников (более 70%) отдают предпочтение тому, чтобы «знать основы главных предметов, а углубленно изучать только те, которые выбираются, чтобы в них специализироваться». Иначе говоря, профилизация обучения в старших классах соответствует структуре образовательных и жизненных установок большинства старшеклассников. При этом традиционную позицию «как можно глубже и полнее знать все изучаемые в школе предметы (химию, физику, литературу, историю и т.д.)» поддерживают около четверти старшеклассников.
К 15–16 годам у большинства учащихся складывается ориентация на сферу будущей профессиональной деятельности. Так, по данным социологических опросов, проведенных в 2002 г. Центром социологических исследований Минобразования России, «профессиональное самоопределение тех, кто в дальнейшем намерен учиться в ПТУ или техникуме (колледже), начинается уже в 8-м классе и достигает своего пика в 9-м, а профессиональное самоопределение тех, кто намерен продолжить учебу в вузе, в основном складывается в 9-м классе». При этом примерно 70–75% учащихся в конце 9-го класса уже определились в выборе возможной сферы профессиональной деятельности.
В настоящее время сформировалось устойчивое мнение о необходимости дополнительной специализированной подготовки старшеклассников для прохождения вступительных испытаний и дальнейшего образования в вузах. Традиционная непрофильная подготовка старшеклассников в общеобразовательных учреждениях привела к нарушению преемственности между школой и вузом, породила многочисленные подготовительные отделения вузов, репетиторство, платные курсы и др.
Большинство старшеклассников считает, что существующее ныне общее образование не дает возможностей для успешного обучения в вузе и построения дальнейшей профессиональной карьеры. В этом отношении нынешний уровень и характер полного среднего образования считают приемлемым менее 12% опрошенных учащихся старших классов (данные Всероссийского центра изучения общественного мнения).
Все вышесказанное говорит о том, что в настоящее время сформировался общественный запрос общества на профилизацию школы. Переход к профильному обучению продиктован необходимостью создания условий для реализации обучающимися своих познавательных интересов, склонностей, способностей, для подготовки старшеклассников к продолжению образования и будущей профессиональной деятельности. Различные аспекты содержания обучения информатике в условиях профильной дифференциации исследовались в работах С.А. Бешенкова [7], А.Г. Гейна [14], Т.Б. Захаровой [24], К.К. Колина [34], А.А. Кузнецова [39], Е.А. Ракитиной [62], А.Л. Семенова [66], А.Ю. Уварова [72], Н.Д. Угриновича [73] и др.
Так, проблема формирования содержания профильного образования по информатике рассматривалась, например, в работах Бутовой Н.В. [10], Давыдовой Н.А. [19]. Методоческие аспекты обучения информатике в условиях профильной дифференциации исследовались Данилиной И.И. [20], Сухановой Н.Т. [69], Шестаковым А.П. [80] и др. Вопросам изучения конкретных информационных и коммуникационных технологий в профильных курсах информатики посвящены диссертации Богомоловой Е.В. [8], Галыгиной Л.В. [13] и др.
В соответствии с концепцией модернизации российского образования на период до 2010 г. на старшей ступени общеобразовательной школы предусматривается профильное обучение. Ставится задача создания «системы специализированной подготовки (профильного обучения) в старших классах общеобразовательной школы, ориентированной на индивидуализацию обучения и социализацию обучающихся, в том числе с учетом реальных потребностей рынка труда… отработки гибкой системы профилей и кооперации старшей ступени школы с учреждениями начального, среднего и высшего профессионального образования» [35].
Профильное обучение – средство дифференциации и индивидуализации обучения, позволяющее за счет изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитывать интересы, склонности и способности учащихся, создавать условия для обучения старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования и выбора дальнейшего жизненного пути.
Профильное обучение направлено на реализацию личностно-ориентированного учебного процесса. При этом существенно расширяются возможности выстраивания учеником собственной, индивидуальной образовательной траектории.
Переход к профильному обучению преследует следующие основные цели:
– обеспечить углубленное изучение отдельных предметов программы полного общего образования;
– создать условия для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ;
– способствовать установлению равного доступа к полноценному образованию разным категориям обучающихся в соответствии с их способностями, индивидуальными склонностями и потребностями;
– расширить возможности социализации учащихся, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно подготовить выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования.
Важнейшим вопросом организации профильного обучения является определение структуры и направлений профилизации, а также модели организации профильного обучения. При этом следует учитывать, с одной стороны, стремление наиболее полно учесть индивидуальные интересы, способности, склонности старшеклассников (это ведет к созданию большого числа различных профилей), с другой – ряд факторов, сдерживающих процессы такой во многом стихийной дифференциации образования: введение единого государственного экзамена, утверждение стандарта общего образования, необходимость стабилизации федерального перечня учебников, обеспечение профильного обучения соответствующими педагогическими кадрами и др.
Согласно концепции профильного обучения [36] на старшей ступени предполагается возможность разнообразных комбинаций учебных предметов, что и будет обеспечивать гибкую систему профильного обучения. Эта система должна включать в себя следующие типы учебных предметов: базовые общеобразовательные, профильные и элективные.
Базовые общеобразовательные предметыявляются обязательными для всех учащихся во всех профилях обучения. Предлагается следующий набор обязательных общеобразовательных предметов: математика, история, русский и иностранные языки, физическая культура, а также интегрированные курсы обществоведения (для естественно-математического, технологического и иных возможных профилей), естествознания (для гуманитарного, социально-экономического и иных возможных профилей).
В отличие от базисного учебного плана, утвержденного приказом Минобразования России от 09.02.1998 №322, информатика исключена из состава обязательных базовых учебных предметов. Это объясняется следующими положениями:
– предусмотрено увеличить объем изучения информатики в основной школе, что позволит учащимся этой ступени в значительной мере освоить обязательный общеобразовательный минимум содержания образования, обеспечивающий им формирование функциональной грамотности, социализацию и решение других задач общего образования;
– функция информатики как сферы деятельности весьма специфическая, она обеспечивает своими методами и средствами другие области знания и деятельности человека, что снимает необходимость изучать на старшей ступени базовый (инвариантный для всех профилей) курс информатики;
– более целесообразным представляется профильное изучение информатики, ориентированное на запросы каждого конкретного профиля.
Профильные общеобразовательные предметы– предметы повышенного уровня, определяющие направленность каждого конкретного профиля обучения. Профильные учебные предметы являются обязательными для учащихся, выбравших данный профиль обучения. Например, физика, химия, биология – профильные предметы в естественнонаучном профиле; литература, русский и иностранные языки – в гуманитарном профиле; история, право, экономика и др. – в социально-экономическом профиле и т.д.
Содержание указанных двух типов учебных предметов составляет федеральный компонент государственного стандарта общего образования. Достижение выпускниками уровня требований государственного образовательного стандарта по базовым общеобразовательным и профильным предметам определяется по результатам единого государственного экзамена.
2. Методические рекомендации по теме «базы данных», в профильном курсе информатики, направленные на развитие познавательной активности школьников
2.1 Общая структура и характеристика темы базы данных в профильном курсе информатики
Обучение школьников работе с базами данных напрямую связано с решением задачи подготовки к труду, продолжению образования, а именно формируются представления о роли и месте компьютерной техники в современном и будущем обществе, об основных закономерностях обработки информации с помощью компьютера (поиск, хранение и предъявление), названий и содержания основных этапов решения задач автоматизированного поиска информации.
Положительных результатов в работе по развитию познавательной активности учащихся можно добиться в случае, если:
- активная познавательная деятельность школьников была организована при условии создания благоприятного эмоционального фона, что возможно благодаря изменениям в оценочной деятельности учителя, введению самоконтроля и самооценки учащихся, согласуемой с учителем;
- на учебных занятиях был обеспечен постепенный и последовательный переход на субъект-субъектные отношения, которые можно создать в совместной деятельности, основанной на внутренней мотивации;
- при новом способе организации учебного процесса был изменен поведенческий стиль учителя, выполнения им функций мотиватора в учебном труде, координатора учебных действий школьников.
Для решения задачи развития познавательной активности учащихся важно применять активные методы обучения, адекватные содержанию материала. В этом случае возможно научить учащихся применять свои знания в новых и необычных ситуациях, т.е. развивать элементы творческого мышления.
Таким образом, для решения задачи развития познавательной активности учащихся важно, чтобы они не столько получали готовые знания, сколько открывали их заново. При этом задача учителя – возбудить внимание учащихся, их интерес к учебной теме, усилить на этой основе познавательную активность. Желательно, чтобы через посредство широкого применения самостоятельных работ учитель стремился к тому, чтобы проблему ставили сами учащиеся. Важно и то, чтобы учитель сумел определить и реализовать оптимальную степень трудности проблемной ситуации (её трудность и, вместе с тем, посильность).
Таким образом, предлагаемая разработка по теме «Базы данных» способствует развитию:
– интеллектуальных и практических умений в области технологий хранения и поиска информации и их приложений к решению задач из различных сфер деятельности;
– интереса к изучению информатики и математики, а также интереса к решению учебных, практических и исследовательских задач;
– умения самостоятельно приобретать и применять знания;
– творческих способностей, умения работать в группе, вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения.
Данная тема «Базы данных» является преемственной по отношению к теме базового курса информатики, обеспечивающей требования к ее изучению в основной школе. При планировании и создании темы учитывалось то, что раздел «Базы данных и СУБД» становится одним из ведущих в изучении информатики на старшей ступени школы.
В ходе изучения темы будут расширены знания учащихся в тех предметных областях, на которых базируются изучаемые базы данных, что позволит максимально реализовать межпредметные связи, послужит средством профессиональной ориентации и будет служить целям профилизации обучения на старшей ступени школы.
Целью изучения темы «Базы данных» является развитие информационных умений учащихся, проявляющихся в знании функциональных особенностей технологий хранения и поиска информации и умении активно использовать их в практической деятельности.
Задачи обучения теме:
· обеспечить прочное и сознательное овладение учащимися основами знаний о методах и средствах хранения и переработки информации современном обществе;
· научить использовать технологии баз данных для решения практических задач из различных предметных областей;
· закрепить и углубить знания по информатике через рассмотрение алгоритмических проблем, лежащих в основе методов поиска и обработки информации;
· более эффективно подготовить учащихся к освоению программ высшего профессионального образования, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием;
· привить практические навыки использования ЭВМ как инструмента учебной и практической деятельности;
· способствовать воспитанию у учащихся устойчивого познавательного интереса и творческой активности.
Таким образом, предлагаемая тема концентрирует в себе достаточно большой теоретический материал и методы информатики, применяемые для эффективного решения задач баз данных и их приложений. Она несет в себе огромный образовательный потенциал, поскольку разработанная система задач позволит повысить математическую и алгоритмическую культуру, привить интерес, т.е. повысить мотивацию к изучению информатики через показ, как принципов работы СУБД, так и эффективных решений с помощью компьютера задач реальных баз данных.
В процессе изучения темы учащиеся должны овладеть основами технологий хранения и поиска информации, а именно должны знать:
· современные методы сбора, накопления, хранения и обработки информации, роль компьютера в этих процессах;
· определение и назначения информационных систем;
· роль информационных систем в повышении эффективности деятельности специалистов различных профилей;
· способы организации и представления данных;
· функциональные особенности и возможности технологий хранения и поиска информации;
· основные понятия и баз данных и СУБД.
В результате освоения практической части темы учащиеся должны уметь:
· пользоваться рациональными приемами поиска, отбора, обработки и систематизации информации;
· применять технологии хранения и поиска информации для решения учебных и познавательных задач;
· проводить вычислительный эксперимент;
· анализировать результаты работы программы;
· выдвигать гипотезы;
· находить оптимальные пути решения задачи;
· обосновывать правильность алгоритма решения задачи.
Формирование у учащихся навыков рациональной обработки информации и навыков целенаправленного использования компьютера для решения учебных, творческих и исследовательских задач осуществляется постепенно на протяжении всей темы.
Изучение данной темы предполагает работу школьников с одной из наиболее распространенных систем управления базами данных – MicrosoftAccess.
Соответственно в содержании темы можно выделить следующие блоки, по которым будет сформирована система задач, способствующая формированию познавательной активности школьников:
I. Изучение основных принципов работы баз данных средствами программирования.
1. Повторение общих принципов структурного программирования на языке Pascal: основные этапы и принципы построения программы; управляющие конструкции языка; процедуры и функции; структуры данных; массив, одномерные и двумерные массивы; методы сортировки и поиска данных в массиве.
2. Решение задач, имитирующих механизм работы СУБД: создание однотабличной базы данных (двумерный массив), реализация реляционных операций выбора, проекция; создание нескольких таблиц (массивов), операции объединения, пересечения, разности, декартова произведения, соединение, деление; реализация сортировки и поиска в таблицах БД, реализация запросов на выборку к БД; совокупность таблиц, задание первичного и внешнего ключей таблицы, реализация связей между таблицами; рассмотрение вопросов нормализации отношений, организация проверки соответствия базы данных первой, второй и третьей нормальной форме; реализация сложных запросов к базе данных (запросы на объединение, на изменение, запросы-действия, управляющие запросы, имитация SQL-запросов).
II. Изучение СУБД Microsoft Access
1. Работа с готовой базой данных: содержание конкретной базы данных и ее назначение; основные операции над данными (поиск, сортировка и пр.); создание запросов к базе данных.
2. Проектирование и поддержание базы данных: модели данных (иерархическая, реляционная, сетевая), реляционная модель данных; база данных и система управления базами данных (СУБД); структура базы данных, описание структуры базы данных; заполнение и редактирование базы данных (исправление, удаление, добавление записей); модификация стру
II. Итоговая проектная работа по теме
Предполагает разработку учащимися собственной базы данных. Учащиеся должны дать описание структуры базы данных, построить алгоритмы реляционных операций, заполнить базу данными, а также составить и реализовать серию запросов по созданной базе данных. При этом деятельность учащихся может быть организована как в форме индивидуальной работы учащегося с компьютером, так и в форме групповой работы. Завершающим этапом проекта становится его защита и публичное обсуждение всем классом.
В результате изучения предполагаемой темы по базам данных у учащихся должны сформироваться достаточно четкие представления об основных понятиях информационных систем и баз данных. В частности, учащиеся должны знать следующие теоретические вопросы:
· понятие информационной системы. Роль и место информационных систем в деятельности специалистов различных профилей. Классификация информационных систем;
· база данных как основной компонент информационной системы. Основные понятия баз данных. Назначение и функции СУБД;
· модель данных. Классификация модели данных;
· реляционные модели данных. Реляционные объекты данных (домены, отношения). Целостность реляционных данных;
· реляционная алгебра (основные операторы реляционной алгебры, дополнительные операторы реляционной алгебры, операции обновления);
· проектирование реляционных БД. Связь таблиц (функциональные зависимости), нормализация отношений (первая, вторая и третья нормальные формы). Схема процедуры нормализации.
Предлагаемая организация изучения СУБД, при которой освоение фундаментальных понятий происходит за счет специально разработанной системы задач, будет способствовать более эффективному овладению учащимися основными знаниями в области технологий хранения и поиска информации, а также необходимыми навыками работы в базах данных.
При таком обучении деятельность учащихся становится активной, меняется роль ученика: из пользователя он превращается в активного исследователя, думающего, планирующего, ищущего. По мере решения задач, сводящихся к программной реализации работы той или иной операции, у ученика появляется не только четкое представление о сути этой операции (что она делает), но и осознание того, как она работает, поэтому в дальнейшем при работе с конкретной программой СУБД (Microsoft: Access) ученик будет понимать принципы работы с базами данных.
И поскольку фундаментальные основы баз данных учащиеся осваивают на этапе решения задач в среде программирования, то они в состоянии самостоятельно изучить конкретные, пользовательские программы по организации и управлению базами данных. В частности, нами предполагается, что второй содержательный блок (Изучение СУБД MicrosoftAccess) школьники осваивают самостоятельно. В результате проведенной подготовительной работы по изучению основ баз данных средствами программирования учащимся потребуется меньше времени на изучение MicrosoftAccess. Кроме того, освоив фундаментальные принципы работы баз данных, ученики не будут зависеть от какой-либо определенной программы по СУБД и смогут свободно ориентироваться в рамках одной из наиболее востребованных на сегодняшнем рынке труда областей деятельности – работе с разнообразными базами данных.
2.2 Методические особенности преподавания темы «Базы данных» в профильном курсе информатики
Основная цель изучения темы – развитие познавательного интереса учащихся, а также формирование исследовательских умений, умений принимать оптимальные решения, умения работать с информацией, развитие коммуникативных способностей учащихся. Поэтому наряду с сообщением готовых знаний, обучением по образцу, в большинстве своем целесообразно использовать проблемное изложение материала, на основе подобранной системы заданий.
Использование компьютера в обучении позволяет усилить мотивацию учения, развить познавательный интерес и творческую активность; эффективно реализовать принципы индивидуализации и дифференциации обучения; увеличить долю самостоятельной работы учащихся; обеспечить контроль и самоконтроль усвоения знаний и т.д.
Поэтому в качестве приоритетной была выбрана методика, согласно которой компьютер используется как инструмент построения знаний и как инструмент создания проблемных ситуаций. Применение на занятиях среды программирования как инструмента познания способствует воспитанию у учащихся высокой мотивации к обучению, реализации практической направленности процесса обучения. При решении специально подобранных задач средствами программирования роль компьютера не сводится лишь к выполнению некоторой последовательности вычислительных процедур. Ученик на каждом этапе может увидеть последствия предпринимаемых им действий и внести в свое решение задачи необходимые поправки. Таким образом, персональный компьютер становится для него своего рода интеллектуальным партнером, или, по выражению разработчиков обогащающего обучения, интеллектуальным самоучителем, так как участвует в эвристическом этапе решения задачи.
Как отмечалось выше, в профильном курсе информатики изучение баз данных предполагается с помощью специально разработанной системы заданий. При такой организации обучения, решая многие задачи баз данных средствами программирования, с одной стороны, появляется возможность получить на первых порах неэффективное и нестрогое с точки зрения организации баз данных решение. С другой стороны, дальнейший анализ решаемых задач позволяет рассматривать вопросы построения более эффективного алгоритма, знакомить учащихся с проблемами анализа и оптимизации алгоритмов.
Здесь важным моментом является организация работы с задачей и построение серии задач. Вопросы и задачи выстраиваются в систему таким образом, что ответ на каждый следующий вопрос и решение каждой следующей задачи приводит к получению небольшого количества нового знания. Практика применения новых знаний происходит не только после их предъявления, но и распределяется по всей теме. Вопросы и задачи создают проблемные ситуации, порождая мотив к изучению того или иного факта или способа действия, позволяют сделать тот или иной вывод. Задания подбираются таким образом, чтобы мотивировать изучение материала и организовать его освоение и закрепление в виде программных реализаций алгоритмов. При этом задачи объединены общей идеей, каждая последующая задача либо обобщает ее, либо конкретизирует ее, либо является ее аналогом, либо использует результат предыдущей задачи.
Так, например, для раскрытия сути операций по обработке реляционных баз данных может быть предложена следующая серия задач.
1.
Дан массив данных об абитуриентах факультета информатики, поступавших на определенную специальность (например, «Информатика и английский язык») в прошлом году. Массив содержит следующие данные: № личного дела, фамилия, имя, отчество, дата рождения, адрес, № школы, год окончания школы. Сформировать новый массив, содержащий информацию об абитуриентах:
· окончивших школу №14;
· проживающих в г. Москва;
· окончивших школу не позднее 2004 года…
Программная реализация прямого решения задачи не вызывает затруднений. Организовать данные можно, по крайней мере, двумя способами: с помощью двумерного массива строкового типа или с помощью одномерного массива из данных комбинированного типа (записи). Затем идет проверка строк исходного массива на удовлетворение условию задачи и запись подходящий строк в новый массив. В Приложении 1 приведена возможная реализация такого алгоритма на языке Паскаль. Однако если исходный массив данных об абитуриентах содержит достаточно большое количество записей (как это обычно и бывает в реальной базе данных), то при решении задачи возникают проблемы, связанные со временем выполнения алгоритма (временной сложностью). Таким образом, появляется необходимость оптимизации алгоритма с использованием известных методов сокращения перебора (бинарный поиск, хеширование и т.д.), что делает реализацию алгоритма достаточно интересным и продуктивным занятием.
Так, если использовать, например, бинарный поиск данных, то предварительно нужно отсортировать исходный массив, а следовательно, учащимся нужно будет вспомнить известные им методы сортировки данных в массиве, применить их, не забывая об эффективности алгоритма. В Приложении 2 приведено решение задачи с использованием алгоритма быстрой сортировки (сортировка Хоара) и бинарного поиска. Приведем лишь основную логику построения программы. Результат работы этой программы аналогичен предыдущему.
Кроме того, если данные представлены в виде двумерного массива строкового типа, то при решении заданий под буквами б) или в) возникают новые задачи: нахождение подстроки в строке, перевод строки (с датой) в число и т.д., что еще раз послужит закреплению соответствующих навыков.
Задачи сами по себе не сложные, однако, на их примере ученики на самом деле изучают не что иное, как операцию выборки записей из реляционной таблицы. После рассмотрения нескольких таких примеров можно предложить учащимся создать универсальную программу для всех трех задач (для этого проверку условия для строк исходного массива можно оформить в виде функции, а формирование нового массива – в виде соответствующей процедуры под названием «Выборка»).
Аналогичным образом формулируются задачи по изучению остальных операций реляционной алгебры. Например, операцию проекции будут имитировать задания следующего типа:
2.
В условиях задачи 1,
· сформировать массив данных об абитуриентах, включающих только фамилию, имя и отчество учеников;
· вывести список школ, выпускники которых поступали в прошлом году на факультет информатики и т.д.
3.
Для реализации операций объединения, пересечения и разности нужно будет рассмотреть еще один массив с аналогичными данными, например, об абитуриентах, поступавших на специальность «Прикладная информатика в экономике». И решить задачи по формированию нового массива, содержащего:
· обобщенную информацию обо всех абитуриентах, поступавших на специальность «Информатика и английский язык» или «Прикладная информатика в экономике»;
· информацию об абитуриентах, поступавших одновременно на две вышеупомянутые специальности;
· информацию об абитуриентах, поступавших только на специальность «Информатика и английский язык».
Центральным моментом каждой из трех программ является проверка наличия одинаковых строк в исходных массивах. При решении этой задачи «в лоб» каждая строка одного массива сравнивается с каждой строкой другого массива. В результате программа получается достаточно простой. Однако, при решении второй задачи нужно учесть возможность получения пустого массива, а при нахождении разности (третья задача) ученики должны обратить внимание на несимметричность этой операции (разность массивов А и В и разность массивов В и А в общем случае различны).
4.
Операцию декартова произведения будет имитировать следующая задача. Наряду с массивом абитуриентов рассматривается еще один массив «Экзамены», содержащий информацию об экзаменах, которые необходимо сдать для поступления на определенную специальность факультета информатики: № предмета, название предмета (например, русский язык, информатика, английский язык). Необходимо вывести массив, содержащий все столбцы исходных массивов, то есть «связать» каждого абитуриента с каждым предметом. В результате решения этой задачи получается, если так можно выразиться, незаполненная ведомость по абитуриентам и экзаменам.
5. Для заполнения этой ведомости конкретными оценками абитуриентов нужно соединить полученный массив с массивом «Оценки», содержащим информацию об экзаменационных оценках по определенному предмету (например, по информатике) со столбцами: № личного дела, оценка. Соединение таблиц производится по общему столбцу № личного дела. Таким образом, можно получить экзаменационную ведомость по предмету информатике всех абитуриентов, поступавших на специальность «Информатика и английский язык».
Список задач может быть продолжен, важно, чтобы при их решении у учащихся сформировались вполне определенные представления о сути рассмотренных операций и способах их реализации. После рассмотрения достаточно широкого круга подобных задач в распоряжении учеников будет совокупность универсальных процедур, каждая из которых реализует ту или иную реляционную операцию. Затем можно переходить к организации запросов по условно созданной базе данных, формулируемых также в виде определенных задач. Например:
6
. Вывести № личного дела, фамилии и имена абитуриентов, сдавших экзамен по информатике на 4 или 5.
После тщательного анализа этой задачи учащиеся, наверняка, заметят, что для ее решения можно использовать ранее рассмотренные операции: сначала соединить массивы «Абитуриент» и «Оценки по информатике», затем на объединенном массиве сделать выборку по оценкам 4 или 5, а потом сделать проекцию получившегося массива на столбцы № личного дела, фамилия, имя, предмет, оценка. Таким образом, любой запрос можно будет свести к применению конечного набора рассмотренных операций реляционной алгебры.
Но здесь также возникают проблемы оптимизации алгоритмов. В частности, возникает вопрос, применение какой последовательности операций даст наиболее эффективный (по времени) алгоритм? Ведь получить желаемый в предыдущей задаче результат можно и другим путем: сначала сделать выборку в таблице оценок (выбрать только записи с оценками 4 или 5), а уже потом производить соединение и проекцию. Подобные вопросы также дают почву ученикам для размышления и применения своих знаний на практике.
Построенная таким образом серия задач позволяет:
• применять обобщения в текущей учебной работе на каждом уроке;
• устанавливать больше логических связей в материале;
• выделять главное и существенное в большой дозе материала;
•выявить больше межпредметных связей и приложений изучаемых понятий и алгоритмов;
• более эмоционально подать материал;
• сделать более эффективным закрепление материала.
Каждая задача представляет собой некоторую проблему, решение которой опирается на решенные ранее задачи. Рассмотрение взаимосвязанных объектов в системе, как единое целое, способствует обучению не отдельным мыслительным операциям в случайном, стихийно складывающемся порядке, а системе умственных действий для решения нестереотипных задач. Ученик, анализируя, сравнивая, синтезируя, обобщая, конкретизируя фактический материал, сам способен получить из него новую информацию.
Нового применения прежних знаний не может дать ни учитель, ни книга – оно ищется и находится учеником, поставленным в соответствующую ситуацию. Умственный поиск – сложный процесс, он, как правило, начинается с проблемной ситуации, проблемы. Но не всякий поиск связан с возникновением проблемы. Если учитель дает задания ученикам, указав, как выполнить, то даже самостоятельный поиск не будет решением проблемы.
Очевидно, что такой способ самостоятельного изучения материала под силу не каждому ученику, это связано, прежде всего, с уровнем развития мышления. И задача учителя здесь научить «добывать» знания.
При проблемном обучении деятельность учителя состоит в том, что он, дает в необходимых случаях объяснение содержания наиболее сложных понятий, систематически создает проблемные ситуации, сообщает учащимся факты и организует (проблемные ситуации) их учебно-познавательную деятельность, так что на основе анализа фактов учащиеся самостоятельно делают выводы и обобщения, формируют с помощью учителя определенные понятия, законы.
Особую роль в развитии мышления и обучении самостоятельного извлечения знаний из конкретной ситуации играет система вопросов, направляющих ход мышления, представленная в таблице 1:
Таблица 1. Вопросы, направляющие ход мышления
| Вопросы
|
Мыслительные операции
|
| Приведите пример. | Предложение |
| Каким образом можно…использовать для…? | Предложение |
| Что случится, если…? | Предположение/ Анализ |
| Что подразумевается под…? | Предположение / Выдвижение гипотезы |
| В чем сильные и слабые стороны…? | Анализ / Заключение |
| Что мы уже знаем о…? | Анализ / Заключение |
| Каким образом…влияет на…? | Активизация ранее приобретенных знаний |
| Активизация причинно-следственных отношений | |
| Каким образом…связано с тем, что мы изучили ранее? | Активизация ранее приобретенных знаний |
| Объясните, почему.? | Анализ |
| Объясните, как…? | Анализ |
| Почему важно…? | Анализ |
| В чем разница между…и…? | Анализ значимости |
| Как можно применить…в повседневной жизни? | Сравнение/противопоставление |
| Применение в реальном мире | |
| Како аргумент можно привести против…? | Контраргументация |
| Какими могут быть возможные решения задачи? | Синтез идей |
| Сравните…и…на основании… | Сравнение-противопоставление |
| Что, на ваш взгляд, является причиной…и почему? | Анализ причинно-следственных связей |
| Согласны ли вы с утверждением, что…? | Оценка и ее обоснование |
| Чем вы можете аргументировать свой ответ | Оценка и ее обоснование |
Таким образом, одним из основных методов обучения темы баз данных становится метод проблемного обучения [50, 51].
В результате у учащихся происходит не только усвоение необходимого материала, но и вырабатываются навыки умственных операций и действий, навыки переноса знаний, развивается внимание, воля, творческое воображение. Все это способствует развитию базовых интеллектуальных качеств личности, так называемых КИТСУ-критериями (критерии компетентности, инициативы, творчества, саморегуляции, уникальности склада ума).
Основным видом деятельности при изучении темы, как отмечалось выше, является программирование. Как известно программирование, особенно на первых порах, вызывает у многих большие затруднения. Это связано с недостаточным развитием особых приемов мыслительной деятельности. Развитию этих качеств, а так же обучение использованию программирования как учебного метода во многом способствует использование специально организованной работой с демонстрационными примерами. Можно выделить ряд типичных видов задач метода демонстрационных примеров и видов мыслительной деятельности им соответствующих:
1) трассировка алгоритма (ручная прокрутка алгоритма) – не выполняя алгоритма, определить, какую задачу он решает (умение «читать» алгоритм, «расформализация» алгоритма – переход от непонятного к понятному);
2) модификация алгоритма, определение области применимости алгоритма (навыки экспериментального исследование алгоритма – «трогание руками», ракскрутка алгоритма);
3) использование приведенного алгоритма при решении подобных задач («связывание» и «перенос» знаний);
4) исследование эффективности / неэффективности алгоритма, построение оптимального алгоритма (теоретическое исследование).
Данные методы, во-первых, в большей степени отражают специфику деятельности в данной области действительности, во-вторых, наиболее полно отражают все аспекты деятельности, в-третьих, в значительной степени способствуют развитию познавательной активности учащихся. Поэтому использование метода демонстрационных примеров в процессе обучения способствует целенаправленному интеллектуальному воспитанию школьников.
Особое место в процессе изучения темы занимает метод учебных исследовательских проектов. Так, в конце изучения предложенной темы, по изучению всего материала, учащимся целесообразно предложить разработать собственную базу данных на изучаемом языке программирования. Дать описание, построить алгоритмы реляционных операций, заполнить базу данными, а также составить иреализовать серию запросов по созданной базе данных. При этом деятельность учащихся может быть организована как в форме индивидуальной работы учащегося с компьютером, так и в форме групповой работы. Завершающим этапом проекта становится его защита и публичное обсуждение всем классом.
В качестве основной формы проведения занятий предлагается использовать практические занятия, организованные в виде лабораторных практикумов, так как именно они формируют основные умения инавыки учащихся.
В лабораторном практикуме используются два вида работ:
– фронтальная, при которой учащимся предлагается одинаковый набор заданий (на первом этапе программирования в простейшей СУБД);
– индивидуальная, при которой ученик выполняет свой вариант задания (по своему индивидуальному заданию на первом и втором этапе программирования как в простейшей СУБД, так и в более современной СУБД).
Обычно совместная работа используется в случаях, когда изучаемый материал может вызвать у учащихся трудности. В таких ситуациях можно вначале предложить выполнение задания общего для всей группы, отработать с ними сложные моменты, а затем предложить индивидуальные задания. Индивидуальная работа активизирует самостоятельно мыслить, так же общаться с другими студентами в случае возникших трудностей. Индивидуальная работа имеет прямое отношение к коллективным методам, к которым обучающихся приучает фронтальная форма организации обучения. Общение является непременным условием формирования объективных понятий, так как позволяет освободиться от субъективности. В результате такого общения формируется открытая познавательная позиция, являющаяся компонентом опыта учащихся.
Одной из особенностей организации занятий по профильному курсу является также применение так называемой параллельной структуры урока. Интеллектуальное воспитание требует учета большого количества индивидуальных характеристик ребенка, таких, как психофизические и психо-эмоциональные особенности; природные интеллектуальные способности и степень интеллектуальной воспитанности; скорость протекания психических процессов, темп мыслительной деятельности; степень самостоятельности, склонность к самостоятельной работе, умение самостоятельно мыслить; уровень подготовленности (обладание фактическими знаниями, владение методами, сформированность умений, наличие навыков).
Перечисленные факторы в значительной мере влияют на организацию общения в процессе урока. Это общение условно как бы разбивается на слои, где первый слой требует активного участия учителя, второй – среднего и третий – слабого. Отметим, что при этом нет жесткой привязки «ученик – слой», она может меняться в ходе урока. И в каждом таком слое учитель постоянно ищет положительные сдвиги в процессе деятельности учеников и осуществляет точечные воздействия, слабые по силе, но «резонансные» по характеру, которые вызывают положительную обратную связь и приводят весь этот процесс к необратимым изменениям.
Подобная многослойность общения поддерживается и многослойностью заданий, предлагаемых ученикам. При этом предполагается экспериментальная работа за компьютером как под руководством учителя, так и самостоятельно по предложенному плану. Самостоятельность в такой работе ученика еще более увеличивается, если часть фактического материала ему будет предложено искать в справочниках (печатных или электронных).
Исходя из вышесказанного, можно предложить следующую структуру изучения нового материала на уроке по теме «Базы данных»:
1. Мотивационная задача (которая не решается без нового знания).
2. Беседа учителя и учеников об основных идеях нового материала (при этом вслух говорится далеко не все – оставлены «в запасе» факты, которые можно извлечь из справочных материалов, и закономерности, которые предстоит выявить экспериментально).
3. Задание для экспериментальной работы, в ходе которой детализируется знание нового материала.
4. Обобщение и выводы (при этом учащимся делаются записи: на начальном этапе – подробно с учителем, затем перечисляются пункты с оставлением в тетради свободного места; в идеале эти записи выполняются самостоятельно с последующей проверкой и обсуждением).
5. Задачи на применение нового знания, решение которых сопровождается коллективным (групповым) обсуждением.
6. Обобщающее задание: «Что надо знать по этому вопросу?». Результат – записи в тетради и порядок в голове, перевод знаний в вербальную форму. Последнее проверяется в разных формах на следующем занятии.
Получается, что в единой ткани урока возникает несколько самостоятельных линий, которые могут переплетаться (когда группа учеников на какой-то период объединяется для совместной работы), а затем снова двигаться в своем направлении. Причем учитель для активизации познавательной деятельности с каждым учеником соединяет эти линии, руководит параллельно протекающими процессами. При этом важно, что:
– обеспечивается индивидуализация обучения;
– необходим альтернативный источник сведений (справка, возможно специально подготовленная учителем) для самостоятельного поиска фактического материала;
– учитель указывает направление поиска с индивидуально требуемой степенью подробности;
– предусмотрены тесты для выявления недостатков, чтобы постепенно приучить школьников к самостоятельному тестированию;
– учитель организует переход от одного слоя задания к другому;
– учитель организует общение между учениками (коллективное обсуждение в начале работы, знакомство класса с достижениями отдельных учеников, организация работы в парах).
Таким образом, использование вышеперечисленных методов обучения способствует активизации учебной деятельности на уроке информатики, индивидуализации обучения, развитию самостоятельности познавательной деятельности ученика, меняет тип и характер общения между учеником и учителем, делает информатику, и в особенности обучение программированию, мощным инструментом интеллектуального воспитания.
2.3 Построение системы обучающих заданий по изучению основных понятий баз данных, с целью развития познавательной активности школьников
Методологической основой построения темы по базам данных являются следующие концептуальные аспекты:
– индивидуализация учебной деятельности школьников – одно из важнейших условий реализации целей и задач современного образования;
– создание условий для обогащения индивидуального опыта каждого конкретного ученика позволяет наиболее полно учитывать познавательные интересы, склонности и способности учащихся;
– использование специально разработанной системы задач, позволяющей усвоить и закрепить полученные теоретические знания, на основе которых построен любой алгоритм решения задач из области баз данных, а также создать условия для учета и формирования основных компонентов опыта учащихся.
В рамках традиционного обучения информатике изучение баз данных предлагается по следующей схеме: сначала рассмотреть основные понятия (таблицы, поля, записи, типы данных, связи и т.д.), а затем изучать принципы работы СУБД в конкретной программе, чаще всего, MicrosoftAccess. При таком обучении школьники в лучшем случае осваивают технологию работы в конкретной СУБД (причем строго в привязке к определенной программе) и приобретают навыки использования готовых процедур обработки информационных массивов данных. Но вне их понимания остается механизм организации, поиска, систематизации данных; учащиеся получают лишь представление о сути той или иной операции по обработке информации (что она делает), но не осознают алгоритма ее работы (как она действует). В результате учащиеся не всегда могут эффективно применить свои знания в практической деятельности, особенно если для обработки данных используется другая, не знакомая им программа. В то же время современное общество требует, чтобы выпускники могли свободно ориентироваться в рамках одной из наиболее востребованных на сегодняшнем рынке труда областей деятельности – работе с разнообразными базами данных.
Кроме того, традиционный подход не решает целей и задач профильного обучения информатике. Нашей задачей было сделать методику обучения данной теме развивающей интерес не только к предмету «информатика» в целом, но и развивающей стремление к изучению темы «базы данных».
Анализируя возможность построения методики обучения информатики с целью развития познавательной активности, мы пришли к выводу, что познавательная активность наиболее полно проявляется при занятии программированием. Следовательно, при решении задач основным видом деятельности на уроке информатики должно стать программирование, представляющее собой деятельность, которая в узком смысле сводится к кодированию рассматриваемого алгоритма, а в широком – является методологией информатики, то есть вычислительным экспериментом.
Программирование как средство организации обучения при изучении темы стимулирует познавательную активность и самостоятельность учащихся, способствует индивидуализации их деятельности на занятии, способствует развитию обучаемого через преодоление своих ошибок благодаря постоянной обратной связи, поддерживаемой компьютером. Оно способствует большей осознанности изучаемого теоретического материала, поскольку требует от учащихся четкости в формализации используемого материала, точности в выражении своих мыслей и т.п. Кроме того, применение программирования связано с целым рядом умений и навыков (организация деятельности, ее планирование и т.д.), которые по праву носят общеинтеллектуальный характер и формирование которых одна из приоритетных задач современной школы.
Таким образом, для развития познавательной активности учащихся при изучении баз данных необходимо разработать систему задач, решение которых предполагает использование программирования.
В нашем исследовании задача рассматривается не только как средство закрепления знаний и навыков, но и как средство формирования понятий содержания предложенной темы, т.е. изучение основных, фундаментальных понятий СУБД происходит с использованием программирования через специально разработанную систему задач. Поэтому наряду с сообщением готовых знаний, обучением по образцу используется проблемное изложение материала на основе целесообразно подобранных задач.
Для практической реализации темы содержание задач должно в максимальной степени отражать теоретические основы построения и функционирования баз данных.
Изучение основ СУБД должно начинаться с рассмотрения алгоритмов работы восьми основных операций:
1. Традиционные операции над множествами: объединение, пересечение, вычитание и декартово произведение (все они модифицированы с учетом того, что их операндами являются отношения, а не произвольные множества).
2. Специальные реляционные операции: выборка, проекция, соединение и деление.
Для этого учащимся предлагаются определенные, специальным образом подобранные задачи, которые им предстоит решить, используя какой-либо язык программирования (например, TurboPascal). Причем возможно решение задач на трех уровнях:
I уровень: задачи на 8 основных операций реляционной алгебры на двумерных числовых массивах (при этом операции сильно упрощенны, так как используются однотипные данные, без понятия полей, записей, ключей и т.д.);
II уровень: задачи на массивах из записей (происходит некоторое усложнение за счет введения данных разных типов);
III уровень: объектно-ориентированное программирование (операции наиболее приближены к понятиям БД).
На каждом уровне обучения учащимся даются определения операций (в соответствии с принятыми упрощениями) и предлагается реализовать механизм их работы через систему задач. Решая подобные задачи в среде программирования, ученики на самом деле реализуют механизм работы операций реляционной алгебры. Такой подход позволяет не только получить качественный материал для отработки и закрепления навыков работы с основными алгоритмическими конструкциями, использования различных алгоритмов поиска и сортировки данных, но и сформировать у учащихся представление об основных понятиях и принципах работы в базах данных. А это значит, что в дальнейшем при работе с конкретными программами СУБД (например, MicrosoftAccess) ученики будут понимать, как работает та или иная операция и каким образом можно, например, оптимизировать запрос к определенной базе данных. В качестве примера приведем определения операций и возможные задачи по двумерным массивам. Введем следующие операции по обработке двумерных массивов.
1) Объединение
двух двумерных массивов, имеющих одинаковое число столбцов, – это массив, содержащий совокупность всех строк исходных массивов. Результирующий массив имеет то же количество столбцов, но другое число строк (в общем случае). При этом следует учесть, что если в массивах есть одинаковая строка (строки), то в объединение массивов эта строка войдет один раз.
Например, пусть даны массив А, состоящий из трех столбцов и двух строк, и массив В, состоящий из трех столбцов и трех строк (рис. 1). Их объединением будет массив С.
2) Пересечение
двух двумерных массивов, имеющих одинаковое число столбцов, – это массив, содержащий одинаковые строки исходных массивов. Частный случай пересечения – пустой массив (в случае отсутствия общих строк). В предыдущем примере пересечением массивов будет массив D.
3) Разность
двух двумерных массивов, имеющих одинаковое число столбцов, – это массив, содержащий строки первого массива, отличные от строк второго массива. В частном случае разность массивов А и В может совпадать с массивом А (если массивы не имеют общих строк) или быть пустым массивом (если заданы два одинаковых массива). Например, разность рассмотренных выше массивов А и В будет представлена массивом Е.
Для реализации механизма объединения, пересечения и разности массивов учащимся можно предложить следующую задачу. Даны два двумерных массива размером п*т и l*т, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, являющийся объединением (пересечением, разностью) исходных массивов.
Центральным моментом каждой из трех программ (для нахождения объединения, пересечения и разности) является проверка наличия одинаковых строк в исходных массивах. При решении этой задачи «в лоб» каждая строка одного массива сравнивается с каждой строкой другого массива, В результате программа получается достаточно простой. Однако временная сложность такого алгоритма порядка n4
. Поэтому перед учащимися целесообразно поставить вопрос об оптимизации алгоритма с целью уменьшения временной сложности. Это будет своего рода экспериментальная работа над программой, суть которой – в модификации программы. Кроме того при нахождении пересечения нужно учесть возможность получения пустого массива, а при нахождении разности ученики должны обратить внимание на несимметричность этой операции (разность массивов А и В и разность массивов В и А в общем случае различны).
4) Декартово произведение
двух двумерных массивов – это массив, содержащий все столбцы исходных массивов. В результирующем массиве выводится итог соединения по типу «каждый с каждым». Например, если даны массив А, состоящий из трех столбцов и двух строк, и массив В, состоящий из двух столбцов и трех строк, то их декартовым произведением будет массив С, состоящий из пяти столбцов и шести строк.
В общем случае, если заданы массивы размерностью [l..nl, l..ml] и [1..n2, 1..m2], то результирующий массив будет иметь размерность [l..nl*n2, l..ml + m2]. Прямое решение задачи очевидно: полный перебор по строкам массивов. Более интересны случаи сокращения перебора (здесь можно использовать известные методы: бинарный поиск, хеширование и т.д.), представляющие экспериментальную часть работы.
5) Выборка
(селекция) – выбор подмножества строк массива по некоторому условию. Результирующий массив имеет то же количество столбцов, но другое количество строк. Эту операцию еще называют «горизонтальная выборка».
Иллюстрацией операции выборки может служить решение следующей задачи. Дан двумерный массив размером n*m, заполненный целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий строки исходного массива, которые удовлетворяют заданному условию, например, строка содержит элемент k.
Основной момент при решении этих задач – грамотное оформление функции, проверяющей выполнение условия для строк исходного массива. Поиск наиболее оптимального алгоритма для этой функции может составлять экспериментальный раздел работы с программой.
6) Проекция
(«вертикальная выборка») – указание подмножества столбцов данного массива, участвующих в формировании нового массива. Результирующий массив имеет другое количество столбцов и, может быть, другое количество строк (исключаются одинаковые строки, которые могут появиться в результате проекции).
Для усвоения учащимися смысла операции проекции можно предложить такую задачу: дан двумерный массив размером n*m, заполненный целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий столбцы исходного массива с номерами kl, k2, k3. Алгоритм решения не вызывает сложностей, но особое внимание следует уделить исключению повторяющихся строк, которые могут появиться в результате проекции.
7) Соединение
двух двумерных массивов, имеющих общий столбец, – это массив, который строится объединением всех столбцов исходных массивов для одинаковых значений общих столбцов.
Пример. Соединение массивов А и В в массив С осуществляется по общему столбцу, который является первым в массивах А и В.
Программная реализация соединения двух массивов может быть получена из решения задачи о декартовом произведении. Разница будет в том, что соединение идет не по типу «каждый с каждым», а по одинаковым значениям общих столбцов. Кроме того, если какое-то значение общего столбца в одном массиве отсутствует в общем столбце другого массива, то соответствующую строку результирующего массива нужно добавлять нулями. Эти условия нужно учесть при модификации программы.
8) Деление
двух двумерных массивов – это массив, который строится вычитанием из множества столбцов первого массива множества столбцов второго массива, результирующие строки формируются для одинаковых значений общих столбцов. По сути дела, это процедура, обратная соединению массивов. То есть результатом деления массива С в предыдущем примере на массив В будет массив А. Поэтому и решение задачи на деление массивов будет основано на алгоритме соединения массивов. Сложность будет состоять в том, чтобы учесть как случай деления исходного массива на массив А, так и случай деления его на массив В.
Для усвоения рассмотренных операций учащимся может быть предложена следующая система задач.
1. Задачи на двумерные числовые массивы:
1)Даны два двумерных массива размером n*m и k*m, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий совокупность всех строк исходных массивов (одинаковые строки не дублируются).
2) Даны три двумерных массива размером n*m и k*m, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий совокупность всех строк исходных массивов (одинаковые строки не дублируются).
3) Даны три двумерных массива, содержащие информацию о трех филиалах некоторой фирмы и работающих в них торговых агентах (один и тот же агент может работать в нескольких филиалах одновременно). Каждый массив отражает данные по одному филиалу: личный номер агента, № филиала, количество проданного товара, прибыль. Сформировать новый массив, содержащий обобщенную информацию о работе торговых агентов во всех трех филиалах фирмы.
4) Даны два массива, содержащие информацию об учениках некоторого класса: порядковый номер ученика, пол (1-мальчик, 0 – девочка), возраст, причем в первом массиве записаны только сведения о девочках, а во втором – сведения о мальчиках. Сформировать новый массив, содержащий обобщенную информацию обо всех учениках класса.
5) Даны два двумерных массива размером n*m и k*m, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий одинаковые строки исходных массивов.
6) Даны три двумерных массива размером n*m и k*m, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий одинаковые строки исходных массивов.
7) Даны два двумерных массива размером n*m и k*m, заполненные целыми случайными числами. Сформировать новый массив, содержащий строки первого массива, отличные от строк второго массива.
8) По условию предыдущей задачи сформировать еще один массив, содержащий строки второго массива, отличные от строк первого массива.
9) Даны два двумерных массива размером n*m и к*1, заполненные целыми случайными числами. Найти их декартово произведение.
10) Даны два массива, содержащие информацию об учениках некоторого класса: порядковый номер ученика, пол (1-мальчик, 0 – девочка), возраст, причем в первом массиве записаны только сведения о девочках, а во втором – сведения о мальчиках. Сформировать новый массив, содержащий всевозможные пары «мальчик-девочка», которые образуют ученики данного класса.
11) Даны два массива, первый из которых содержит информацию об учениках 9а класса некоторой школы, а второй – об учениках 96 класса этой же школы. Каждый массив состоит из следующих столбцов: порядковый номер ученика, пол (1-мальчик, 0 –
девочка), возраст. Сформировать новый массив, содержащий всевозможные пары «мальчик-девочка», которые образуют ученики данных классов, причем пару обязательно должны составлять ученики разных классов.
12) Даны два двумерных массива, имеющие общий столбец. Сформировать новый массив путем объединения всех столбцов исходных массивов для одинаковых значений общего столбца.
13) Даны два двумерных массива, имеющие общий столбец. Сформировать новый массив путем вычитания из множества столбцов второго массива множество столбцов первого массива, причем результирующие строки формируются для одинаковых значений общих столбцов.
14) Дан двумерный массив В и двумерный массив АВ, полученный в результате соединения двумерных массивов А и В, имеющих общий столбец.
Сформировать массив А путем вычитания из множества столбцов массива АВ множество столбцов массива В, причем результирующие строки формируются для одинаковых значений общих столбцов.
15) Дан двумерный массив А и двумерный массив АВ, полученный в результате соединения двумерных массивов А и В, имеющих общий столбец. Сформировать массив В путем вычитания из множества столбцов массива АВ множество столбцов массива А, причем результирующие строки формируются для одинаковых значений общих столбцов.
2. Задачи на комбинированный тип данных (записи)
1) Дан массив, содержащий информацию об учениках некоторой школы: фамилия, имя, отчество, класс, дата рождения, адрес (улица, дом, квартира), домашний телефон. Заполнить второй массив данными об учениках, которые:
· учатся в десятых классах;
· не имеют домашнего телефона;
· родились в один день;
· имеют одинаковые фамилии;
· живут на улице Ленина;
· учатся в одном классе;
· родились в 1985 году;
2) Багаж пассажира характеризуется количеством вещей и общим весом вещей. Дан массив, содержащий сведения о багаже нескольких пассажиров. Заполнить второй массив данными о пассажирах, которые:
· имеют более двух вещей;
· имеют багаж, состоящий из одной вещи, весом менее 20 кг;
· имеют багаж, средний вес одной вещи в котором отличается не более чем на 0,5 кг от общего среднего веса одной вещи.
3) Дан массив о работающих в фирме: фамилия, имя, отчество, адрес (улица, дом, квартира), дата поступления на работу (месяц, год). Во второй массив записать только тех из них, кто на сегодняшний день проработал уже не менее 5 лет.
4) Дан массив, содержащий информацию об учениках некоторой школы: фамилия, имя, отчество, класс, дата рождения, адрес (улица, дом, квартира), домашний телефон. Заполнить второй массив, содержащий
· фамилию, имя, класс учеников;
· фамилию и адрес тех учеников, до которых нельзя дозвониться;
· телефоны всех учеников, чья фамилия Иванов (Иванова);
· фамилию, имя и дату рождения всех учеников, у которых сегодня день рождения;
· адреса (дом, квартира) учеников, живущих на улице Ленина;
· фамилии и имена всех учеников, которые учатся в данной школе в старших классах;
5) Дан массив данных о клиентах пункта проката: фамилия, имя, отчество, адрес (улица, дом, квартира) и что взял (только один предмет). Во второй массив записать фамилии и имена тех клиентов, которые взяли телевизор.
6) Даны три массива, содержащие информацию о посещении учениками некоторой школы трех кружков (один ученик может посещать несколько кружков). По каждому ученику того или иного кружка имеются следующие данные: фамилия, имя, отчество, класс, дата рождения, адрес (улица, дом, квартира), домашний телефон. Заполнить новый массив, содержащий обобщенную информацию об учениках, посещающих хотя бы один из вышеперечисленных кружков.
7) Даны два массива, первый из которых содержит данные об абитуриентах, поступающих на факультет информатики, а второй – об абитуриентах, поступающих на факультет математики. Массивы содержат следующие столбцы: фамилия, имя, отчество, дата рождения, № школы, дата окончания школы. Сформировать новый массив, содержащий обобщенную информацию обо всех абитуриентах, поступающих на факультеты информатики и математики.
8) Даны три массива, содержащие информацию о посещении учениками некоторой школы трех кружков (один ученик может посещать несколько кружков). По каждому ученику того или иного кружка имеются следующие данные: фамилия, имя, отчество, класс, дата рождения, адрес (улица, дом, квартира), домашний телефон. Заполнить новый массив, содержащий информацию об учениках, посещающих все три кружка.
9) Даны два массива, первый из которых содержит данные об абитуриентах, поступающих на факультет информатики, а второй – об абитуриентах, поступающих на факультет математики. Массивы содержат следующие столбцы: фамилия, имя, отчество, дата рождения, № школы, дата окончания школы. Сформировать новый массив, содержащий информацию об абитуриентах, поступающих и на факультет информатики, и на факультет математики,
10) Даны три массива, содержащие информацию о посещении учениками некоторой школы трех кружков (один ученик может посещать несколько кружков). По каждому ученику того или иного кружка имеются следующие данные: фамилия, имя, отчество, класс, дата рождения, адрес (улица, дом, квартира), домашний телефон. Заполнить новый массив, содержащий информацию об учениках:
· посещающих первый кружок и не посещающих второй кружок;
· посещающих ровно один из трех кружков;
· посещающих не более двух кружков;
· не посещающих третий кружок;
11) Даны два массива, первый из которых содержит обобщенную информацию обо всех абитуриентах, поступающих на факультеты информатики и математики, а второй – об абитуриентах, поступающих только на факультет математики. Массивы содержат следующие столбцы: фамилия, имя, отчество, дата рождения, № школы, дата окончания школы. Сформировать новый массив, содержащий информацию об абитуриентах, поступающих только на факультет информатики.
12) Дан массив СТУДЕНТ, содержащий информацию о студентах некоторой группы (фамилия, имя, отчество, дата рождения, № зачетной книжки), и массив ДИСЦИПЛИНА, содержащий два столбца: код дисциплины и наименование дисциплины. Сформировать новый массив УСПЕВАЕМОСТЬ, содержащий информацию об успеваемости каждого студента группы по каждой дисциплине.
13) Дан массив СТУДЕНТ, содержащий информацию о студентах некоторой группы (фамилия, имя, отчество, дата рождения, № зачетной книжки), и массив ОЦЕНКА, содержащий три столбца: код дисциплины, № зачетной книжки и результат. Сформировать новый массив РЕЗУЛЬТАТЫ, содержащий информацию о результате сдачи экзамена каждого студента группы по соответствующей дисциплине (соединение массивов производится по общему столбцу – № зачетной книжки).
14) Даны два массива, содержащие информацию о размещении рекламы в периодических изданиях. Первый массив характеризует издания по следующим критериям: №, название издания, периодичность в месяц, тираж, стаж существования. Во втором массиве находятся данные о размещении рекламы некоторой фирмы N в рассмотренных изданиях: название издания, стаж размещения в нем рекламы фирмы N, стоимость минимального объявления, количество планируемых объявлений в месяц, стоимость объявлений за месяц. Столбцы название издания в обоих массивах должны быть идентичны. Сформировать новый массив, содержащий обобщенную информацию о каждом издании путем объединения всех столбцов исходных массивов для одинаковых значений общего столбца (название издания).
15) Дан массив РЕЗУЛЬТАТЫ, содержащий информацию о результатах сдачи экзаменов студентами некоторой группы (фамилия, имя, отчество, дата рождения, № зачетной книжки, код дисциплины, результат), и массив ОЦЕНКА, содержащий три столбца: код дисциплины, № зачетной книжки и результат (значения столбца № зачетной книжки совпадают со значениями одноименного столбца массива РЕЗУЛЬТАТЫ). Сформировать новый массив СТУДЕНТ содержащий информацию о студентах данной группы (фамилия, имя, отчество, дата рождения, № зачетной книжки), путем вычитания из множества столбцов массива РЕЗУЛЬТАТЫ множества столбцов массива ОЦЕНКА для одинаковых значений общего столбца № зачетной книжки.
Список задач может быть продолжен, важно, чтобы при их решении у учащихся сформировались вполне определенные представления о сути рассмотренных операций и способах их реализации. Затем аналогичным образом (через решение задач в среде программирования) можно рассмотреть вопросы нормализации таблиц, понятие первичного ключа и, наконец, некоторым обобщением основ работы СУБД может стать имитация SQL-запросов.
По нашему предположению, предлагаемая организация изучения СУБД, при которой освоение фундаментальных понятий происходит за счет специально разработанной системы задач, будет способствовать более эффективному овладению учащимися основными навыками работы в базах данных. Решая задачи, имитирующие работу «примитивных операций» СУБД, ученик пройдет через все этапы, присущие составлению программы: выдвижение гипотезы, разработка первого варианта программы, исследование и экспериментальная проверка, анализ и сравнение ожидаемых и полученных результатов. В процессе этой деятельности учащиеся приобретают умения самостоятельно анализировать происходящее, планировать, сравнивать, исправлять свои ошибки, контролировать свою мыслительную деятельность, искать различные варианты решения. Все это работает на формирование опыта человека, поэтому предлагаемое построение темы по базам данных способствует реализации целей и задач развития познавательной активности.
Изучение основ СУБД основанное на таком подходе, на наш взгляд, будет в большей степени отвечать целям и приоритетным направлениям развития профильного образования в области информатики и способствовать развитию познавательной активности школьников.
2.4 Экспериментальная проверка разработанной методики обучения
Основной целью экспериментального исследования являлась: проверка гипотезы, согласно которой предложенные содержание и методы обучения по изучению темы «Базы данных» способствуют повышению уровня информационной подготовки учащихся вобласти технологий хранения и поиска данных, а также положительно влияет на повышение познавательной активности учащихся.
Эксперимент проходил в 2008–2009 учебном году, проводился на базе школы №14 г. Москвы. Экспериментом были охвачены 48 учеников, из которых были сформированы экспериментальная (25 человек) и контрольная (23 человека) группы.
Перед экспериментом ставились две основные задачи. Во-первых, проверить успешность освоения учащимися разработанной темы, степень достижения в процессе обучения темы таких целей, как повышение уровня информационной подготовки учащихся в области технологий поиска и хранения информации, овладение фундаментальными знаниями принципов работы баз данных, а также умениями пользоваться рациональными приемами поиска, отбора, обработки и систематизации информации. Во-вторых, поскольку методологической основой предложенной темы выступает развитие познавательной активности, нас интересовали тенденции изменения особенностей организации опыта учащихся, прошедших обучение по данной теме.
В результате организационно-подготовительного этапа эксперимента были обозначены критерии для оценки эффективности построенной системы задач и методики ее использования в учебном процессе, была построена модель в виде комплекса контрольных параметров эксперимента. К основным критериям относятся следующие:
· системность знания, качество и глубина усвоения материала;
· умение ориентироваться и обоснованно принимать оптимальное решение в информационной среде;
· умения и навыки самостоятельного приобретения знаний, представления и извлечения знаний;
· умения и навыки осуществления экспериментально-поисковой и исследовательской деятельности;
· информационные умения и перенесение навыков с одной предметной области на другую, что позволяет более эффективно использовать компьютерное моделирование как средство познания.
Для оценки результативности обучения по предложенной методике по окончании эксперимента учащимся была предложена контрольная работа, содержащая задачу репродуктивного характера, задачу, требующую переноса знаний, а также исследовательскую задачу. Результаты выполнения итоговой контрольной работы приведены в табл. 2 и отображены на рис. 6.
Таблица 2. Распределение учащихся с учетом полученной оценки
| Группы | Оценка | Количество учащихся | |||
| 5 | 4 | 3 | 2 | ||
| Экспериментальная группа | 8 | 10 | 5 | 2 | 25 |
| Контрольная группа | 3 | 4 | 11 | 5 | 23 |
| Всего | 11 | 14 | 16 | 7 | 48 |
Достоверность результатов педагогического эксперимента можно оценить на основе статистической обработки полученных данных по критерию χ2
(хи-квадрат) Пирсена [16, 17]. Примем следующие гипотезы: Н0: уровень знаний и умений экспериментальной группы статистически равен уровню знаний и умений контрольной группы; гипотезе HI: уровень знаний и умений экспериментальной группы выше уровня знаний и умений контрольной группы.
Вычисляем значение статистики критерия:
=8,31
Выберем уровень значимости α=0,05. В данном случае с=4, значит, число степеней свободы v = с-1=3. По таблицам распределения χ2
для v = 3 и α =0,05 критическое значение статистики Ткрит=7.82. Таким образом, выполняется неравенство Тнабл>Ткрит (8,31>7,82). Согласно правилу принятия решений нулевую гипотезу следует отклонить и принять альтернативную гипотезу. Следовательно, с достоверностью 95% различия в уровнях сформированности умений решать задачи по базам данных между учащимися контрольных и экспериментальных классов обусловлены не случайными факторами, а носят закономерный характер. Причиной этого является использование в экспериментальных классах разработанной нами методики изучения баз данных по данной теме.
В качестве критериев интеллектуального роста учащихся были взяты следующие параметры интеллектуальной деятельности:
1. Интеллектуальная эффективность: соотношение правильности и скорости процессов переработки информации. Для измерения показателя использовалась методика «Прогрессивные матрицы» Дж. Равена [23]. Значение показателей «количество правильных ответов» и «количество правильных ответов в единицу времени» для экспериментальных и контрольных классов представлены в табл. 3.
Таблица 3. Интеллектуальная эффективность
| Показатель | Контрольная группа | Экспериментальная группа |
| Количество правильных ответов | 46% | 48% |
| Количество правильных ответов в единицу времени | 1,37 | 1,76 |
2. Креативность: уровень развития вербальной и невербальной креативности. По нашему предположению предлагаемая методика обучения позволяет актуализировать творческие задатки (потенциальную креативность) учащихся, а их систематическое использование способствует развитию творческого мышления и воображения, а соответственно и повышению познавательной активности. Для доказательства этого мы включили в контрольные тесты два психологических теста на диагностику креативности: тест С. Медника (тест отдаленных ассоциаций), предназначенный для диагностики вербальной креативности, которая определяется как процесс перекомбинирования элементов ситуации [23], и субтест «Завершение картинок» (CompleteFigures) из «Фигурной формы теста творческого мышления Торренса» (Figuralforms) для диагностики невербальной креативности, которая, в свою очередь, определяется как некоторая способность к «порождению» нового, оригинального продукта в условиях минимальной вербализации [23].
Таким образом, результаты использования названных методов экспериментального исследования подтвердили качество обучения, а также положительные изменения в развитии интеллектуальной деятельности, познавательной активности учащихся. Вцелом педагогический эксперимент подтвердил достоверность гипотезы и позволил сделать вывод о возможности и целесообразности применения данной системы обучающих заданий в профильном курсе информатики, и об ее эффективности с целью развития познавательной активности учащихся.
Исходя из целей и задач профильного обучения и тех знаний и умений, которые необходимы человеку в условиях информационного общества, были сформулированы цели и задачи обучения базам данных, с целью развития познавательной активности обучающихся, а также представлено содержание темы, разработаны требования к результатам обучения.
На основе анализа методов решения типичных задач баз данных, а также их взаимосвязей и функций была построена система обучающих заданий для данной темы. Решение специально разработанной системы задач по изучению баз данных средствами программирования обеспечивает развитие познавательной активности.
Разработаны методические рекомендации по использованию системы задач при изучении предложенной темы. Особая роль в организации процесса обучения отводится применению методов программирования, методов проблемного обучения, а также таких методов обучения, как метод демонстрационных примеров, метод учебных исследовательских проектов.
Результаты педагогического эксперимента подтвердили необходимость изучения учащимися профильных классов естественнонаучного и физико-математического профилей темы «Базы данных», доступность школьникам изучаемого материала, а также целесообразность предлагаемой методики.
Заключение
В начале работы были поставлены следующие задачи: на основе анализа современного состояния школьной информатики и тенденций ее развития, определить место и роль изучения вопросов применения технологий баз данных для решения практических задач из разнообразных сфер человеческой деятельности в школьном курсе информатики; а также разработать методические рекомендации по темы «Базы данных» на основе применения системы задач, обеспечивающей развитие познавательной активности учащихся.
Данное исследование показывает, что применение разработанной системы задач по теме «Базы данных» позволяет более эффективно реализовать цели и задачи современного образования в области информатики в условиях введения профильного обучения на старшей ступени средней школы. Кроме того, изучение данной темы несет в себе огромный образовательный потенциал, поскольку разработанная система задач позволит повысить математическую и алгоритмическую культуру, привить интерес к информатике через показ, как принципов работы СУБД, так и эффективных решений с помощью компьютера задач реальных баз данных.
Основные результаты, полученные в исследовании, можно сформулировать следующим образом:
Определена роль задачи как основного средства обогащения опыта школьников, сформулированы требования к построению системы обучающих заданий, создающей условия для учета познавательных интересов и склонностей учащихся, а также для формирования основных компонентов интеллекта школьников.
На основе системы обучающих заданий, разработана методика преподавания темы «Базы данных», реализация которой в профильном курсе информатики дает возможность ученику выбирать уровень изучения материала, способствует учету и развитию индивидуальных образовательных возможностей, положительно влияет на развитие интеллектуальной деятельности, познавательной активности учащихся.
Экспериментально подтверждено, что использование системы заданий по теме «Базы данных» способствует:
– повышению уровня информационной подготовки учащихся в области технологий хранения и поиска данных, в частности овладению фундаментальными знаниями принципов работы баз данных, создающими основу для освоения новых технологий, а также умениями пользоваться рациональными приемами поиска, отбора, обработки и систематизации информации;
– положительным изменениям особенностей организации опыта учащихся, а следовательно, развитию познавательной активности учащихся;
– удовлетворению индивидуальных образовательных потребностей и интересов школьников;
– усилению межпредметных связей изучаемой темы с другими науками и высокой прикладной направленности;
– приобретению учащимися опыта творческой деятельности в процессе работы с информационными массивами.
Проведенное исследование не претендует на исчерпывающее решение обозначенной проблемы. В качестве его продолжения предполагается дальнейшее изучение возможности применения разработанной методики к преподавания других разделов курса информатики, может быть, не только в области профильного, но и основного образования.
Список литературы
1. Абульханова, К.А. Психология и сознание личности (проблемы методологии, теории и исследования реальной личности): избран. психол. труды [Текст] / К.А. Абульханова // Гл. ред. Д.И. Фельдштейн. – Москва – Воронеж: МОДЭК, 1990. 224 с.
2. Абульханова-Славская, К.А. Стратегия жизни. [Текст] / К.А. Абульханова-Славская // М.: Мысль, 1991. 299 с.
3. Ананьев, Б.Г. Избранные психологические труды в 2-х т. [Текст] / Б.Г. Ананьев // М., 1980.
4. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем / П.К. Анохин [Текст] // Медицина, 1975.
5. Батищев, Г.С. Деятельностная сущность человека в современной философии. [Текст] / Г.С. Батищев // М., 1990.
6. Басин, Ф.В. Проблема бессознательного [Текст] / Ф.В. Басин // М., Медицина, 1968.
7. Бешенков, С.А. Дидактические основы профильного обучения информатике [Текст]: автореф. дис. д-ра пед. наук / С.А. Бешенков – М, 1993.
8. Богомолова, Е.В. Методика изучения способов интеграции информационных технологий в профильном курсе информатики гуманитарных классов средней школы [Текст]: дис. канд. пед. наук / Е.В. Богомолова. – М., 1999.
9. Богоявленская, Д.Б. Пути к творчеству [Текст] / Д.Б. Богоявленская // М., 1981.
10. Бутова, Н.В. Содержание профильного курса информатики для средних профессиональных учебных заведений [Текст]: дис. канд. пед. наук / Н.В. Бутова. – Курск, 2002
11. Васенина, Е.А. Общение на уроке информатики [Текст] / Е.А. Васенина, С.М. Окулов // Информатика и образование. – 2004. – №8. – С. 12–18.
12. Выготский, Л.С. Психология развития как феномен культуры: избран. психол. труды. [Текст] / Л.С. Выготский // Под ред. М.Г. Ярошевкого. – Москва-Воронеж: МОДЭК, 1996. 512 с.
13. Галыгина, Л.В. Изучение информационных и коммуникационных технологий в профильных курсах информатики [Текст]: дисс….канд. пед. наук / Л.В. Галыгина. – М., 2001.
14. Гейн, А.Г. Изучение информационного моделирования как средство реализации межпредметных связей информатики с дисциплинами естественнонаучного цикла [Текст]: автореф. дис. д-ра пед. наук / А.Г. Гейн. – М., 2000.
15. Горлицкая, С.И. Метод проектов в развивающем обучении информатике [Текст]: дисс. канд. пед. наук / С.И. Горлицкая. – М., 1995.
16. Грабарь, М.И. Измерение и оценка результатов обучения [Текст] / М.И. Грабарь. – М.: ИОСО-РАО, 2000.
17. Грабарь, М.И. Применение математической статистики в педагогических исследованиях. Непараметрические методы [Текст] / М.И. Грабарь, К.А. Краснянская – М.: Педагогика, 1977.
18. Давыдов, В.В. Теория развивающего обучения. [Текст] / В.В. Давыдов // М.: ИНТОР, 1996. 544 с.
19. Давыдова, Н.А. Технология формирования содержания образования по информатике в профильных классах общеобразовательных школ [Текст]: дис…. канд. пед. наук / Н, А. Давыдова. – Челябинск, 2002.
20. Данилина, И.И. Обучение информатике в условиях профильной дифференциации (на примере курса экологической направленности) [Текст]: дис. канд. пед наук / И.И. Данилина – Екатеринбург, 1998.
21. Дейт, К.Дж. Введение в системы баз данных [Текст] / К.Дж. Дейт: пер. с англ. – 6-е изд. – Киев; М.: ДИАЛЕКТИКА, 1998. – 784 с.
22. Джидарьян, И.А. Категория активности и ее место в системе психологического знания. [Текст] Категории материалистической диалектики в психологии. / И.А. Джидарьян // М.: Наука, 1988. С. 56–87.
23. Дружинин, В.Н. Психология общих способностей. [Текст] / В.Н. Дружинин. – СПб.: Питер, 2000. – 368 с.
24. Захарова, Т.Б. Профильная дифференциация обучения информатике на старшей ступени школы [Текст] / Т.Б. Захарова. – М.: Педагогика, 1997. -212 с.
25. Зильберман, Б.Г. Проблемные задания в процессе изложения новых знаний, как средство развития познавательной самостоятельности учащихся школы. [Текст] / Б.Г. Зильберман // Автореф. канд. дисс. М., 1969.
26. Золотова, С.И. Практикум по Access [Текст] / С.И. Золотова // Информатика и образование, 2002. №9, №12; 2003, №1–3, №5.
27. Информатика. 10–11 класс. [Текст] / Под ред. Н.В. Макаровой. – СПб: Питер, 2000.
28. Информатика. Базовый курс для 7–9 классов. [Текст] / Под ред. Семакина И.И др. – М.: Лаборатория базовых знаний, 1999.
29. Каган, М.С. Человеческая деятельность. Опыт системного анализа. [Текст] / М.С. Каган // М.: Политиздат, 1974. 328 с.
30. Каган, М.С. Философская теория ценностей. [Текст] / Каган М.С. // СПб., ТОО ТК «Петрополис», 1997. 205 с.
31. Калошина, И.П. Структура и механизмы творческой деятельности. [Текст] / Калошина И.П. // М., 1983.
32. Климов, Е.А. Индивидуальный стиль деятельности. [Текст] / Е.А. Климов // Казань, 1969.
33. Колягин, Ю.М. Профильная дифференциация обучения математике [Текст] / Ю.М. Колягин [и др.] // Математика в школе. – 1990. – №4.
34. Коляда, Е.П. Развитие логического мышления учащихся-подростков на основе межпредметных задач (математика, информатика) [Текст]: дисс. канд. пед. наук / Е.П. Коляда. – Саратов, 1996.