Трит-методика решения алгоритмических задач на уроках информатики в основной школе

Актуальность исследования
Увеличение роли информации, информационных технологий определили
переход общества к новому этапу развития – информационному. Все
возрастающий информационный поток приводит к изменению способов
получения, переработки, хранения и использования информации. Деятельность
по обработке, анализу и структурированию информации лежит в основе
решения многих профессиональных задач служит основой построения
алгоритмов, предполагает разработку стратегии, построение плана решения
задачи, поиск рационального способа решения. Необходимость переработки
большого объема информации в сжатые сроки привела к изменению механизма
еѐ восприятия, а, следовательно, памяти и мышления современных
школьников. Развитие средств информации, виртуальных технологий приводит
к тому, что используются визуальные образы, информация подается
небольшими порциями, мышление становится клиповым. Проблемы, с
которыми сталкиваются образовательные учреждения, связаны с изменением
мышления обучающихся под напором разнопланового информационного
потока. В результате этого обозначается, по мнению Семеновских Т.В. «явное
несоответствие, обновленных внутренних ожиданий обладателей клипового
мышления, размеренному ритму образовательных устоев» [135, с.2].
Социальные изменения находят отражение в нормативных документах
регламентирующих образовательный процесс. Согласно федеральным
государственным образовательным стандартам основного общего образования
(ФГОС ООО) развитие алгоритмического мышления, необходимого для
профессиональной деятельности в современном обществе является
образовательным результатам освоения базового курса информатики.
По данным Федерального института педагогических исследований по
итогам Единого государственного экзамена (ЕГЭ) по «Информатике и ИКТ»
выпускники не справляются с заданиями на составление и анализ алгоритмов,
в 2018 году справилось менее 50% обучающихся [83, с. 4]. Краевой мониторинг
результатов ЕГЭ по информатике свидетельствует о том, что с заданиями, по
алгоритмизации справляются около 30% выпускников [89].
Можно констатировать, что основная проблема выпускников связана с
недостаточным качеством усвоения раздела «Алгоритмизация» и низким
уровнем сформированности умения конструировать алгоритмы, что
определяется уровнем развития алгоритмического мышления. На наш взгляд,
это обусловлено следующими причинами:
 высокая степень абстракции и математизации учебного материала
снижает уровень понимания и не позволяет усвоить его на
требуемом уровне,
 ограниченное количество часов на изучение раздела не позволяет
организовать учебную деятельность с учетом личностных
особенностей восприятия и мышления обучающихся,
 существующие методики обучения алгоритмизации не учитывают
когнитивные особенности обучающихся.
Используемые в образовательном процессе учебные материалы не
всегда достаточно наглядны и лаконичны, что является значимым для
поколения «жизненное информационное пространство которого, смещено от
текстовой формы к образной, визуальной» [81, с. 4]. В этой связи, поиск новых
методик, средств обучения алгоритмизации, способствующих повышению
активности когнитивных мыслительных процессов, развитию
алгоритмического мышления является актуальным.
Степень разработанности проблемы. В современной научной
литературе заложены основы для исследования проблемы развития
алгоритмического мышления обучающихся. В работах Фридман Л.М.,
Медведевой О.С., Зайкина М.И. и др. рассмотрена проблема развития
алгоритмического мышления в процессе изучения математики. Вопросы
развития алгоритмического мышления при изучении информатики освещены в
работах Алешкиной О.В., Прокушевой В.С., Белошистой А.В., Губиной Т.Н.,
Лебедевой Т.Н., Бартош Д.С. и др. Феномен клипового мышления и учет его в
обучении современных школьников рассматриваются в работах Березовской
И.П., Землинской Т.Е., Ломбиной Т.Н., Семеновских Т.В. и др. Использованию
методов когнитивного обучения посвящены труды Ахметовой Л.В., Балан И.В.,
Безбородовой Е.А., Брильц О.А., Дорошенко Е.Г., Жбанковой Н.В. и др. В
исследованиях Баженовой И.В., Ижденевой И.В., Калитиной В.В. и других
рассматривается применение когнитивных (ментальных) технологий в
обучении информатики. Большое количество исследований в области обучения
алгоритмизации ( Байзакова С.С., Голикова Н.Н., Рыжикова Н.Б., Николаева
И.В., Гутевич В.А., Доронина К.Е.. Карташов О.В. и др.) раскрывают
современные подходы к изучению раздела «Алгоритмизация». Влиянию
алгоритмической деятельности на развитие мыслительных действий посвящены
работы Беспалько В.П., Газейкиной А.И. и др. В работах Пак Н.И., Степановой
Т.А., Нигматулиной Э.А. исследована многомерность алгоритмического
мышления и выделены составляющие алгоритмического мышления:
императивное, параллельное, объектно-ориентированное и функциональное.
Проблема диагностики мышления, его стилей и мыслительных операций,
метапредметных результатов обучения находит отражение в исследованиях
Королевой Е.Р., Зака А.З., Соболевой Е.В., Филиппова В.И. и других.
Обобщая вышеизложенное, следует отметить, что к настоящему времени
определены отдельные теоретические основы, методы и механизмы развития
алгоритмического мышления обучающихся при изучении информатики.
Можно утверждать, что в методике преподавания информатики накоплен
определенный объем научных знаний в области проектирования методик
обучения алгоритмизации. Вместе с тем недостаточно исследованы вопросы,
связанные с необходимостью научного обоснования составляющих
алгоритмического мышления, проектирования методики его развития на уроках
информатики при обучении алгоритмизации с опорой на когнитивные
особенности обучающихся.
Проведенный анализ научных исследований, нормативных требований и
программных документов, состояния проблемы развития алгоритмического
мышления школьников при изучении раздела «Алгоритмизация» позволил
выделить противоречия:
– на социально-педагогическом уровне: между существующими
запросами общества, выраженными в требованиях федеральных
государственных стандартах к уровню алгоритмического мышления
школьников и неготовностью существующих методик обучения информатике
обеспечить эти требования, а также отсутствием специализированных
диагностик, определяющих уровень сформированности алгоритмического
мышления;
– на научно-педагогическом уровне: между потенциалом когнитивного,
информационного и деятельностного подходов к обучению и отсутствием
теоретически обоснованной модели их применения в методических системах
обучения алгоритмизации в пропедевтическом и базовом курсе школьной
информатики в условиях ограниченных сроков обучения;
– на научно-методическом уровне: между возможностью развития
алгоритмического мышления обучающихся, с опорой на их субъектный опыт и
когнитивные особенности и недостаточной соответствующей методической
базой обучения разделу «Алгоритмизация» в школьном курсе информатики.
Выделенные противоречия определяют актуальность проводимого
исследования, направленного на решение проблемы: какова должна быть
методика обучения алгоритмизации, способствующая повышению уровня
развития императивного алгоритмического мышления.
Объект исследования – процесс обучения алгоритмизации в курсе
информатики основной общеобразовательной школе.
Предмет исследования – методика обучения алгоритмизации
обучающихся 5-9 классов способствующая повышению уровня развития
императивного алгоритмического мышления.
Цель работы: теоретическое обоснование, разработка и
экспериментальная апробация трит-методики решения алгоритмических задач,
обеспечивающей повышения уровня развития алгоритмического мышления
обучающихся основной общеобразовательной школы.
Гипотеза исследования: достигнуть такого образовательного результата
обучения информатике в основной школе как повышение уровня развития
императивного алгоритмического мышления будет возможно, если обучение
будет происходить:
с опорой на когнитивные особенности познания, с учетом
процессуальной структуры мыслительных операций, основанной на
информационной модели памяти;
с использованием диагностики уровня развития императивного
алгоритмического мышления, основанной на пространственно-
уровневой модели императивного алгоритмического мышления;
с применением трит-методики решения алгоритмических задач,
базирующейся на использовании трит-карточек.
Для достижения поставленной цели и проверки сформулированной
гипотезы потребовалось решить следующие задачи:
1. Провести анализ организационно-педагогических подходов к
обучению алгоритмизации в школьном курсе информатики в контексте
развития алгоритмического мышления.
2. Уточнить содержание понятия «императивное алгоритмическое
мышление» и обосновать его структурно-процессуальную модель.
3. Предложить оценочно-диагностический инструментарий
определения уровня сформированности императивного алгоритмического
мышления.
4. Разработать трит-методику решения алгоритмических задач,
основанную на информационной модели памяти, учитывающую когнитивные
особенности обучающихся и опирающуюся на их эмпирический опыт.
5. Экспериментально проверить влияние трит-методики на развитие
императивного алгоритмического мышления.
Теоретико-методологической базой исследования являются:
 деятельностный подход и теория развивающего обучения
(Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев,
С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.), позволившие сделать вывод о
возможности развития мышления обучающихся в деятельности;
 положения когнитивной психологии и информационный подход к
процессу обучения (У. Найсер, Б.Е. Стариченко, Н.И. Пак, И.В. Балан,
А.Х. Шелепаева, В.С. Гончаров и др.), ставшие основой определения способов
развития алгоритмического мышления;
 теоретико-методические основы обучения алгоритмизации и
программированию (А.П. Ершов, М.П. Лапчик, А.А. Кузнецов, А.Г. Гейн,
Е.К. Хеннер, И.Г.Семакин, Л.Л. Босова, Н.Д. Угринович, Т.А. Степанова,
А.А. Дуванов и др.), которые способствовали построению трит-методики
решения алгоритмических задач;
 диссертационным исследованиям по формированию и развитию
алгоритмического мышления (В.В. Калитина, А.И. Газейкина, И.Н. Слинкина,
Т.Н. Лебедева и др.), позволившим выделить приоритетные методы и приемы
обучения алгоритмизации.
Для решения поставленных задач и проверке выдвинутой гипотезы
использовались методы педагогического исследования:
 теоретические – теоретико-методологический анализ научной
литературы по изучаемой проблеме, изучение нормативных и
программных документов в сфере школьного образования и обучения
информатики, обобщение педагогического опыта, педагогическое
моделирование;
 эмпирические – педагогическое наблюдение, тестирование,
педагогический эксперимент, метод экспертных оценок, апробация
учебно-методических материалов;
 статистические – количественный и качественный анализ данных,
интерпретация результатов средствами математической статистики.
Организация и этапы исследования Экспериментальная работа
проводилась с 2014 по 2018 год: Минусинский район, п. Прихолмье МКОУ
«Прихолмская СОШ №4» 2014-2016 годы, г. Минусинск КГБОУ
«Минусинский кадетский корпус» 2016-2018 годы, МБОУ СОШ № 56 г.
Красноярск 2016 год, МОУ ИРМО «Оекская СОШ» Иркутского района
Иркутской области 2017-2018 год. В педагогическом эксперименте участвовали
333 обучающихся и 3 педагога.
Первый этап (2014-2016гг) – концептуально-констатирующий, включал в
себя теоретический анализ проблемной области, изучение литературы по
проблеме исследования, определение степени разработанности проблемы,
проведение констатирующего эксперимента с целью определения методологии
исследования, постановки цели и задач исследования, формулирования
гипотезы исследования. На этом этапе был уточнен понятийно-категориальный
аппарат исследования.
Второй этап (2015-2018гг) – поисково-формирующий направлен на
разработку трит-методики, уточнение ее теоретического обоснования,
проведение формирующего эксперимента, составление и проверку валидности
диагностики уровня сформированности алгоритмического мышления.
Третий этап (2017-2018гг) – заключительный посвящен обобщению,
систематизации и анализу результатов педагогического исследования,
формулированию выводов, основных положений и оформлению
диссертационного исследования.
Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:
 введено уточнение содержания понятия «императивное
алгоритмическое мышление», которое представляет собой базовую
составляющую алгоритмического мышления и формируется в школьном курсе
информатики;
 разработана научная идея трит- методики решения
алгоритмических задач на основе применения трит-карточек, в которых
решение задачи представлено в трех различных типах формализации с
постепенным повышением уровня абстракции, учитывающая когнитивные
особенности обучающихся и их эмпирический опыт;
 предложен оценочно-диагностический инструментарий,
включающий критерии и уровни развития императивного алгоритмического
мышления;
 теоретически обоснована возможность использования трит-
методики для развития императивного алгоритмического мышления
обучающихся основной школы.
Теоретическая значимость результатов исследования. Результаты
исследования обогащают теорию и методику преподавания информатики за
счет:
 теоретического обоснования целесообразности опоры на
деятельностный, когнитивный и информационный подходы при
проектировании методики обучения алгоритмизации;
 уточнения сущности понятия императивного алгоритмического
мышления, построения его структурно-процессуальной и пространственно-
уровневой моделей;
 научного обоснования оценочно-диагностического инструментария
для определения уровня сформированности императивного алгоритмического
мышления.
Практическая значимость результатов исследования
 разработана и апробирована в учебном процессе трит-методика
решения алгоритмических задач;
 предложена технология конструирования трит-карточек,
являющихся основой предлагаемой методики;
 составлена и апробирована диагностика, позволяющая определять
уровни сформированности императивного алгоритмического мышления;
 разработанная трит-методика и технология составления трит-
карточек может быть адаптированы для применения при изучении других
разделов школьной информатики.
Достоверность и обоснованность результатов и выводов
педагогического исследования обеспечена тем, что:
 на теоретическом уровне исходные теоретико-методологические
позиции адекватны цели, задачам, предмету и логике педагогического
исследования, идеи согласуются с результатами научных трудов в данной
области,
 на практическом уровне экспериментальная работа проведена при
достаточном объеме выборки при осуществлении эксперимента, оптимальным
сочетанием теоретических и эмпирических методов, апробацией предлагаемой
методики в реальном учебном процессе.
Личное участие соискателя: выявлены особенности изучения раздела
«Алгоритмизация» по различным авторским линиям школьного курса
информатики; уточнена сущность понятия «императивное алгоритмическое
мышление»; составлена процессуальная структура мыслительных операций при
составлении алгоритмов; определены критерии сформированности уровней
императивного алгоритмического мышления, предложена и апробирована
диагностика уровней его сформированности; разработана трит-методика
решения алгоритмических задач и проведен эксперимент по определению ее
влияния на развитие императивного алгоритмического мышления и качество
освоения обучающимися раздела «Алгоритмизация».
На защиту выносятся следующие положения:
1. Уточненное понятие императивного алгоритмического мышления и
его структурно-процессуальная модель являются необходимым теоретическим
обоснованием разработки методики обучения решению алгоритмических задач,
нацеленной на развитие императивного алгоритмического мышления.
2. Диагностика уровня сформированности алгоритмического
мышления, основанная на уровневых критериях, соответствующих
информационной модели памяти, и на пространственно-уровневой модели
алгоритмического мышления, позволяет адекватно оценить уровень
сформированности императивного алгоритмического мышления.
3. Трит-методика обучения решению алгоритмических задач
построенная на основе структурно-процессуальной модели императивного
алгоритмического мышления, в которой решение задачи представлено в трех
различных типах формализации с постепенным повышением уровня
абстракции, задействующая чувственную, модельную, понятийную и
абстрактную области памяти, способствует развитию императивного
алгоритмического мышления.
Апробация и внедрение ведущих идей и результатов исследования.
Результаты исследования внедрялись в практику в форме
экспериментальной работы по созданию и апробации трит-методики в
общеобразовательной школе п. Прихолмье Минусинского района, г.
Минусинск КГБОУ «Минусинский кадетский корпус». Основные
теоретические положения и результаты диссертационного исследования
обсуждались на заседаниях методического объединения учителей информатики
г. Минусинска и Минусинского района, на научно-исследовательском семинаре
– вебинаре «Информационные технологии и открытое образование» в ИМФИ
КГПУ им. В.П. Астафьева, были представлены на конференциях:
«Информатизация образование – 2017» (г. Чебоксары), «Информатизация
непрерывного образования-2018» (РУДН, г. Москва), «Традиционная и
инновационная наука: история, современное состояние, перспективы» (г. Уфа).
Структура диссертации обусловлена логикой научного исследования.