Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.

Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно появляющемся новом потоке информации ориентироваться становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее.

Ряд причин породили весьма парадоксальную ситуацию - в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей.

Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.

В настоящее время все страны мира в той или иной степени осуществляют процесс информатизации. Неправильно выбранная стратегия информатизации или ее недостаточные динамизм и мобильность могут привести к существенным, а подчас драматическим изменениям во всех сферах жизни страны.

В любой стране независимо от уровня ее развития понимают в той или иной мере неизбежность и необходимость претворения в жизнь идей информатизации общества.

Для свободной ориентации в информационном потоке человек должен обладать информационной культурой как одной из составляющих общей культуры.

Информационная культура вбирает в себя знания из тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетика, информатика, теория информации, математика, теория проектирования баз данных и ряд других дисциплин). Неотъемлемой частью информационной культуры являются знание новой информационной технологии и умение ее применять как для автоматизации рутинных операций, так и в неординарных ситуациях, требующих нетрадиционного творческого подхода.

В информационном обществе центр тяжести приходится на общественное производство, где существенно повышаются требования к уровню подготовки всех его участников. Поэтому в программе информатизации следует особое внимание уделить информатизации образования как направления, связанного с приобретением и развитием информационной культуры человека. Это, в свою очередь, ставит образование в положение «объекта» информации, где требуется так изменить содержание подготовки, чтобы обеспечить будущему специалисту не только общеобразовательные и профессиональные знания в области информатики, но и необходимый уровень информационной культуры.

Повсеместное внедрение персонального компьютера во все сферы народного хозяйства, новые его возможности по организации «дружественной» программной среды, ориентированной на пользователя, использование телекоммуникационной связи, обеспечивающей новые условия для совместной работы специалистов, применение информационных технологий для самой разнообразной деятельности, постоянно растущая потребность в специалистах, способных ее осуществлять, ставят перед государством проблему по пересмотру всей системы подготовки на современных технологических принципах Макарова Н.В., Информатика. М.: Финансы и статистика, 2001 г. стр. 17-23..

Настоящее исследование посвящено проблемам теории и методики преподавания темы «Среда программирования ЛогоМиры» в 7 классе средней школы.

Тема данной работы: "Методика развития алгоритмического стиля мышления школьников 7 класса на основе использования среды программирования ЛогоМиры 2.0".

Цель исследования: разработать методику преподавания темы «Среда программирования ЛогоМиры» в 7 классе.

Объект исследования: процесс обучения информатике и информационным технологиям в средней школе на базовом уровне.

Предмет исследования: изучение среды программирования ЛогоМиры в 7 классе.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать учебно-методическую, психологическую литературу, связанную с разделом «Алгоритмизация и программирование».

2. Провести психолого-педагогический анализ индивидуальных особенности развития и формирования мышления у учащихся 5-7 классов.

3. Определить перечень вопросов, которые необходимо рассматривать при изучении темы «Среда программирования ЛогоМиры».

4. Разработать основные методические подходы и рекомендации по каждому из вопросов темы «Среда программирования ЛогоМиры».

5. Разработать систему заданий по теме «Среда программирования ЛогоМиры».

6. Создать электронный задачник по теме «Среда программирования ЛогоМиры» (с решениями).

7. Провести экспериментальную проверку основных положений дипломной работы.

Теоретическая значимость:

1. Обоснован выбор языка программирования для первоначального знакомства учащихся с основами программирования.

2. Разработаны методические рекомендации по изучению темы «Среда программирования ЛогоМиры», поурочное и тематическое планирование.

3. Описаны достаточно полно и подробно основы среды программирования ЛогоМиры 2.0.

Практическая значимость:

1. Разработаны методические рекомендации по реализации структуры и содержания по теме «Среда программирования ЛогоМиры».

2. Представлен комплекс задач по теме «Среда программирования ЛогоМиры».

3. Создан электронный задачник по теме «Среда программирования ЛогоМиры» с решениями. Он может быть использован учителем при первом знакомстве со средой ЛогоМиры в качестве рекламы, а также учитель может посмотреть, как реализуется на языке Лого та или иная процедура в случае затруднения, может показать учащимся результат той или иной заданной работы или возможный итоговый проект.

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографии и приложений. В первой главе сравнивается содержание, подходы, понятия раздела «Алгоритмизация и программирование» в различных учебниках. Во второй главе рассматриваются критерии отбора языка программирования для первоначального знакомства с программированием, и обосновывается выбор системы программирования. А также индивидуально-психологические, возрастные особенности детей 11-12 лет. В третьей главе даётся историческая справка о создании и целях создания среды Лого, также содержится описание возможностей среды ЛогоМиры 2.0. Четвертая глава посвящена методике преподавания темы «Среда программирования ЛогоМиры». Пятая глава является практической частью дипломной работы, в которой описывается когда и как можно использовать электронный задачник, система заданий по курсу «ЛогоМиры». В приложении приводится вариант поурочного и тематического планирования, дискета с электронным задачником по теме «Среда программирования ЛогоМиры».

1. Анализ учебно-методической литературы по разделу «Алгоритмизация и программирование»

В настоящее время происходит активный процесс информатизации общества. Под информатизацией понимается внедрение компьютерной техники и новых информационных технологий в различные сферы производства, общественной и личной жизни людей. Как в начале XX века электрификация привела к значительному росту общественного производства и улучшению бытовых условий жизни людей, так в конце века такое же революционное значение для развития человеческого общества имеет информатизация.

Научной и инструментальной базой информатизация общества являются теоретическая и прикладная информатика.

Согласно концепции Федеральных компонентов государственного образовательного стандарта (ФК ГОС) по информатике, основными целями обучения являются:

1. Формирование основ научного мировоззрения.

2. Развитие мышления учащихся.

3. Подготовка учащихся к практическому труду, продолжению образования.

Современная информатика делится на теоретическую и прикладную. Теоретическая информатика включает в себя множество научных дисциплин, для которых общим предметом изучения является информация. Среди них: теория информации, теория алгоритмов, теоретическая кибернетика, математическое и информационное моделирование, дискретная математика, искусственный интеллект и др. К прикладной информатике относятся все области разработки и использования компьютерной техники, ее аппаратных и программных составляющих. Таким образом, в школе на уроках информатики должны изучаться элементы теоретических научных дисциплин, а также компьютерная техника и технологии.

Наличие теоретического, научного содержания делает этот предмет элементом фундаментального школьного образования, решает первую из перечисленных выше задач - задачу формирования основ научного мировоззрения учащихся.

Безусловно, информатика вносит значительный вклад в достижение второй цели образования - развития мышления детей. В этом отношении проект ФК ГОС значительное место оставляет за алгоритмическим мышлением.

Третья задача - подготовка школьников к практической деятельности, труду, к продолжению образования. В проекте ФК ГОС по этому поводу сказано: «Реализация этой задачи связана сейчас с ведущей ролью обучения информатике в формировании компьютерной грамотности и информационной культуры школьников, навыков использования новых информационных технологий, важнейших компонентов подготовки к практической деятельности, жизни в информационном обществе».

Проект федерального компонента образовательного стандарта по информатике определил основные содержательные линии предмета, обозначил их внутреннее наполнение.

Вот перечень содержательных линий базового курса:

1. Информация и информационные процессы

2. Представление информации

3. Алгоритмизация и программирование

4. Компьютер

5. Моделирование и формализация

6. Информационные технологии Семакин И. И другие. Преподавание базового курса информатики в средней школе. Методическое пособие. М.: Лаборатория Базовых Знаний, ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002 г..

Рассмотрим в этой главе, как реализуется раздел Алгоритмизация и программирование» в различных учебниках по информатике информационным технологиям. Сопоставим содержание и уровень изложения материала этого раздела в учебниках «Информатика, 7-9» под редакцией Семакина И., «Информатика, 7-9» под редакцией Макаровой Н.В. и под редакцией Угриновича Н. «Информатика и информационные технологии, 9 класс».

Во-первых, выясним, после какой темы изучается, в какой главе рассматриваются понятия названного выше раздела. В учебнике под редакцией Макаровой Н.В. размещена тема «Алгоритмы» в третьем разделе «Программное обеспечение информационных технологий» после раздела «Информационная картина мира», раскрывающего основные аспекты моделирования. В учебнике под редакцией Семакина И. 38 параграф «Определение и свойства алгоритма» включены в десятую главу «Информация и управление». Этот параграф по замыслу автора является логическим продолжением темы «Автоматизированные и автоматические системы управления». Глава 2 «Основы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования» в учебнике Угриновича Н. рассматривается перед главой «Моделирование и формализация», а после нее изучается «Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации». Состоит вторая глава из 7 разделов, каждый из которых состоит из нескольких параграфов. Всего в этой главе 19 параграфов. Большая часть из них посвящена теоретическим основам объектно-ориентированного языка программирования Visual Basic for Application (VBA).

Выясним, какие понятия рассматриваются в каждом из учебников, и с каких точек зрения. Понятие «алгоритм» в учебниках под редакцией И. Семакина, Н.В. Макаровой и Н. Угриновича рассматриваются с различных точек зрения. В первом случае явно прослеживается кибернетический подход, во втором, алгоритмический с использованием терминологии моделирования, в третьем также алгоритмический подход, ориентированный на изучение VBA. В качестве доказательства приведём определение понятия «алгоритм» из этих учебников.

«Алгоритм - это последовательность команд, управляющая работой какого - либо объекта» (И. Семакин «Информатика, 7-9»).

«Алгоритм - описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов» (Макарова Н.В. «Информатика, 7-9).

«Алгоритм - конечная последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное, в форме понятных исполнителю команд» (Угринович Н. «Информатика и информационные технологии, 9).

В учебнике под редакцией Макаровой Н.В. не рассматривается какой-либо язык программирования, а лишь даётся определение понятию «программирование» и объясняется различие между объектным и процедурным подходом к созданию программы. В связи с этим изучаемые темы раздела «Алгоритмизация и программирование» плавно подводят к рассмотрению классификации программного обеспечения и дальнейшему изучению среды Windows. Под редакцией этого же автора создан практикум к учебнику «Информатика, 7-9», в котором рассматривается среда программирования ЛогоМиры, исполнитель черепашка и её СКИ (система команд исполнителя).

И. Семакин же строит изложения материала так, чтобы подготовить учащихся к изучению языка программирования Паскаль. Поэтому после знакомства с понятием «алгоритм» вводится понятие «исполнительный алгоритм», который определяется как объект управления. Опять же прослеживается кибернетический подход.

В учебнике Макаровой Н.В. знакомство с понятием «исполнитель» происходит после изучения свойств алгоритма, видов алгоритма, форм представления алгоритма, стадий создания алгоритма. Определяется понятие «исполнитель» как объект, который выполняет алгоритм. Нет даже упоминания об учебных исполнителях, о системе команд исполнителя (СКИ).

Во всех учебных изданиях рассматривается понятие «программа». В учебнике под редакцией Семакина И.И Угриновича Н. даётся чёткое определение: «Программа - алгоритм, записанный на языке исполнителя». Угринович уточнил определение: «Программа - это алгоритм, записанный на понятном компьютеру языке программирования». В учебнике под редакцией Макаровой Н.В. такое понимание понятия «программа» завуалирована. Приводится следующее определение: «Программа - упорядоченная последовательность команд (инструкций), необходимых компьютеру для решения поставленных задач». Также написано, что программа обладает теми же свойствами, что и алгоритм. Из этого вытекает понимание понятия «программа» как алгоритма, записанного на языке понятном исполнителю. В явном виде это не указывается.

В учебнике под редакцией Угриновича Н. рассматриваются сначала свойства алгоритма, упоминается понятие исполнитель, поясняющееся двумя примерами «человек» и «микропроцессор». Хорошо объясняется понятие «система команд». Угринович отходит от принятой терминологии раздела «Алгоритмизация и программирование» и вводит понятие «система команд» вместо привычного понятия «система команд исполнителя» или СКИ. Понятие программа вводится во втором параграфе «Формальное выполнение алгоритма». Виды алгоритмических структур «линейная», «ветвление», «выбор», «цикл» вводится при объяснении основ программирования на языке VBA в конце второй главы.

Рассматриваемые в учебнике примеры по-разному формализуются: у Семакина И. с помощью алгоритмического языка, словесного описания и в виде блок-схем. У Макаровой Н.В. - большая часть в виде словесного описания и несколько блок-схем. Угринович формализует алгоритмы с помощью словесного описание при введении понятия «алгоритм», впервые знакомит с блок-схемами при рассмотрении основных алгоритмических структур.

Кибернетический подход в учебнике под редакцией Семакина И. проявил себя и в определении понятия «программирование». С точки зрения этого автора «Программирование - это раздел информатики занимающийся вопросами разработки программ управления компьютером». У Макаровой Н.В. оно трактуется как синоним слова «кодирование» и как процесс составления программы для компьютера. В учебнике под редакцией Угриновича Н. определение понятию «программирование» не рассматривается.

В учебнике под редакцией Макаровой Н.В. лишь упоминается термин «оператор» с пояснением, что это команда. В главе двенадцать учебника Семакина И. даётся полное содержательное пояснение этого слова. В связи с особенностями объектно-ориентированного программирования понятие оператор в учебнике под редакцией Угриновича Н. не рассматривается.

Проанализировав содержание учебников, можно сделать вывод, что три эти учебника реализуют требования стандарта по количеству изученных терминов, и уровню изложения материала. Но всё же лучше изложен этот раздел в учебнике под редакцией Семакина И.

Основная задача изучения раздела «Алгоритмы и системы программирования» - это не столько изучение алгоритмов и систем программирования, сколько развитие алгоритмического стиля мышления.

Целью обучения информатики в общеобразовательной школе является обеспечение прочного и сознательного овладения учащимися знаниями о процессах преобразования, передачи и использования информации и на этой основе раскрытие значения информационных процессов в формировании современной научной картины мира, роль информационных технологий в развитии общества. Важную роль при этом играет изучение учебного материала данного раздела, которое обеспечивает учащимся возможность уяснить смысл понятия алгоритма, узнать свойства алгоритма, понять возможность автоматизации информационной деятельности человека при исполнении алгоритмов. Учащиеся должны освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), научиться применять их для построения алгоритмов при решении учебных и жизненных информационных задач. Учащиеся должны получить представление об одном из языков программирования, использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач. Следует сформировать понимание, что алгоритм - это описание способа решения вычислительных и других задач. То есть алгоритм, это описание, точно предписывающее, какие команды необходимо исполнителю выполнить, и в какой последовательности, чтобы получить конкретный, заранее определенный результат, однозначно определяемый исходными данными. Но не так просто ввести и развивать понятие алгоритма, а тем более формировать алгоритмический стиль мышления. За это время можно выучить наизусть определение алгоритма, можно выучить список свойств алгоритма. Можно даже выучить отдельные алгоритмы и вполне успешно применять их на практике. Но не только это является задачей раздела курса информатики «Алгоритмы и системы программирования».

Подобно тому, как на уроках математики обучают решать не только конкретные учебные задачи, но развивают особый стиль математического мышления, когда в процессе обучения способам решения простых учебных задач, человек получает способность решать жизненные задачи, где использует полученные на уроках математики умения. Точно также, изучение понятия алгоритма призвано сформировать у учащихся способность не просто исполнять известные алгоритмы, как это делает робот или какой-либо иной автомат-исполнитель, а осознанно строить алгоритмы.

Развивается эта способность сначала в процессе исполнения, а затем самостоятельного построения алгоритмов простых учебных задач. Дальнейшее развитие алгоритмического мышления происходит, как правило, в процессе изучения языков программирования, построения программ, решения оригинальных задач (например, олимпиадных).

2. Психолого-педагогический анализ особенностей формирования алгоритмического стиля мышления школьников

Обучение информатике включает основные содержательные линии курса, целью которых является развитие алгоритмического стиля мышления и формирование информационной культуры учащихся, овладение конкретными навыками использования информационных технологий в различных сферах человеческой деятельности.

Подготовка программистов не входит в задачи курса «Информатика и информационные технологии» (ИКТ), тогда как программирование является главным способом развития алгоритмического стиля мышления. Поступая после окончания школы в университет на специальности, ориентированные на разработку программного обеспечения, учащиеся сталкиваются с трудностями в овладении алгоритмизацией и основами программирования, тем более на этих специальностях изучают не один язык программирования. В календарные планы по ИКТ в средней школе включают только основы алгоритмизации: составление алгоритмов на бумаге в виде блок-схем, словесного описания или с помощью специального программного обеспечения, например «Алгоритмика».

Однако технология решения задач на компьютере - это не только составление программы и получение загрузочного модуля, а формирование модели, составление алгоритма, отладка программы, тестирование ее. На этапе отладки выявляется много синтаксических ошибок (особенно на начальных этапах изучения учащимися языка программирования), исправление которых может привести и к изменению алгоритма, по которому разрабатывалась программа. Перед учеником стоит задача после исправления ошибки, продолжить поиск и исправление очередных ошибок.

И вот программа запрашивает исходные данные и выдает результаты. Тестирование программы дает возможность выявить алгоритмические ошибки и получить ожидаемые результаты.

Без программирования развитие алгоритмического стиля мышления практически невозможно, так как отсутствует возможность компьютерного эксперимента проверки работоспособности алгоритма. Поэтому изучать основы алгоритмизации и программирования нужно в средней школе на базе таких языков, как Бейсик, Паскаль и ЛогоМиры.

Задачей курса является формирование информационной культуры, развитие алгоритмического стиля мышления и творческих способностей учащихся. В числе фундаментальных понятий курса - «информация», «алгоритм», «исполнитель», «информационные процессы» (обработка, передача и хранение информации).

Современное общество требует от нового поколения умения планировать свои действия, находить необходимую информацию для решения задачи, моделировать будущий процесс. Поэтому школьный курс информатики, развивающий алгоритмическиё стиль мышления, является важным и актуальным.

Именно развитие алгоритмического стиля мышления является первоочередной задачей обучения программированию. Вначале обучать основам алгоритмизации и затем иллюстрировать реализацию алгоритмических конструкций в каком-либо языке программирования. Если навыки работы с конкретной техникой можно приобрести непосредственно на рабочем месте, то мышление, не развитое в определенные природой сроки, таковым и останется. Опоздание с развитием мышления - это опоздание навсегда. Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе в первую очередь необходимо развивать от алгоритмического к структурному, а затем к эвристическому мышлению. Речь не идет о том, что вначале мы обучаем одному, затем другому и, наконец, третьему. Элементы обучения синтезированы в нечто единое, и те, и другие, и третьи аспекты проблемы развиваются одновременно.

Обозначим на уровне общих положений каждый стиль мышления. Умение написать алгоритм назовем алгоритмическим стилем мышления. Алгоритм - план будущей деятельности (модель деятельности), записанный в заранее выбранной формальной системе обозначений с ограниченными возможностями.

Алгоритмическое мышление, наряду с алгебраическим и геометрическим, является необходимой частью научного взгляда на мир. В то же время оно включает и некоторые общие мыслительные навыки, полезные и в более широком контексте, например, в рамках так называемого бытового сознания. К таким относится, например, разбиение задачи на подзадачи.

Среди специфических свойств алгоритмического мышления выделяются следующие:

· дискретность («пошаговое» исполнение, конкретизация действий, структурирование процесса выполнения операций);

· абстрактность (возможность абстрагирования от конкретных исходных данных и перейти для решения общей задачи, т.е. задачи, не имеющей конкретных значений исходных данных),

Алгоритмический стиль мышления определяется следующими компонентами:

1. Анализ требуемого результата и выбор на этой основе исходных данных для решения проблемы.

2. Выделение операций, необходимых для решения.

3. Выбор исполнителя, способного осуществлять эти операции

4. Упорядочение операций и построение модели процесса решения.

5. Реализация процесса решения и соотнесение результатов с тем, что следовало получить.

6. Коррекция исходных данных или системы операций в случае не совпадения полученного результата с предполагаемым.

Умение «расчленять» задачу назовем структурным стилем мышления. Когда мы говорим о структуре, то обязаны сказать о том, из каких элементов она состоит, и как элементы связаны между собой. Характерные черты этого стиля: простота и ясность; использование только базовых (основополагающих) конструкций; отсутствие многоцелевых функциональных блоков и т. д.

Умение находить истину, доказывать факт правильности решения задачи (работы программы) назовем эвристическим стилем мышления. Факторами успешной эвристической деятельности являются умение оценивать, рациональность действий, принцип экономии и т. д.

Отметим, что компьютер, система программирования не являются целью обучения, они - инструмент реализации целей, хотя при этом, разумеется, познается, в определенном объеме, и сам инструмент»

Важно отметить, что технология такого обучения должна быть массовой, общедоступной, а не зависеть исключительно от возможностей обеспеченных школ или состоятельных родителей

Итак, рассматриваются два аспекта изучения информатики:

· технологический - информатика рассматривается как средство формирования образовательного потенциала, позволяющего развивать наиболее передовые на сегодня технологии - информационные;

· общеобразовательный - информатика рассматривается как средство развития логического мышления, умения анализировать, выявлять сущности и отношения, описывать планы действий и делать логические выводы.

Научить детей использовать готовые программы проще, чем научить их разрабатывать свои алгоритмы решения задач, составлять и отлаживать программы. Ведь для этого не надо развивать у детей алгоритмический стиль мышления. Освоение основных понятий по теме «Алгоритмизация» должно быть завершено до 9 класса.

Изучая программирование, ученики лучше понимают сущность работы компьютеров, их возможности и ограничения. Написав однажды свои собственные программы, ученики обнаруживают, что компьютеры совсем не похожи на волшебные всемогущие машины, описанные в научно-фантастических рассказах. Ученики понимают, что компьютеры - инструменты, которыми должны управлять люди. Только немногие дети станут профессиональными программистами, или будут иногда программировать на работе, или сделают программирование своим хобби, но все они выиграют оттого, что постигли природу программирования и убедились на опыте, что значит создавать свои собственные программы.

Программирование помогает школьникам прочувствовать на собственном опыте пройти все основные этапы формализованного решения некоторой творческой точно сформулированной задачи. Это даёт необычайно сильный толчок для развития интеллекта в целом, и одновременно создаёт благоприятную эмоциональную окраску работе. Для всех учащихся без исключения это помогает развивать навыки мыслить и решать задачи, а также привычку к аккуратной и систематической работе, а для одарённых детей ещё и так необходимую им новую пищу для размышлений, поисков, развитие скрытых способностей.

Формируемый при этом алгоритмический стиль мышления ценен сам по себе. Методы, которые дети освоили на уроках программирования, обязательно будут использоваться позднее при решении самых различных «взрослых» жизненных и профессиональных задач. Возможно, это проявится неосознанно и через много лет после окончания школьного курса информатики, однако, и ради этого стоит учить программированию.

Как правило, ученикам нравится управлять работой компьютера при помощи своих собственных программ. Программирование для некоторых детей становится любимым занятием, как в школе, так и дома.

Создание программных комплексов, направленных на развитие алгоритмического мышления, - сложный процесс соотнесения строго выверенного языка исполнителя с динамическими возможностями ЭВМ. Существует несколько таких программных комплексов: ЛОГО (создатель С. Пейперт), КуМир (руководитель А.П. Кушниренко), РАПИРА (руководитель А.П. Ершов), Роботландия (руководитель Ю.А. Первин) и другие. Однако в результате изменения возможностей ЭВМ, переориентации их на проблему всеобъемлющей визуализации предлагаемой информации и упрощения интерфейса, данные программные комплексы необходимо проанализировать с точки зрения не только появления новых возможностей ЭВМ, но и современных изменений в стереотипах поведения учащихся, их возможностях и проблемах.

Адекватное и успешное формирование алгоритмического стиля мышления можно осуществлять только при правильной оценке и учете возрастных и индивидуальных особенностей детей, поэтому выбираются такие языки программирования, которые соответствовали бы психологическим особенностям детей данного возраста.

Для младших школьников (7-10 лет) характерны трудолюбие, старательность, у них начинают развиваться высшие психические функции, возникают элементарные логические рассуждения об объектах, происходит процесс классификации объектов по отдельным важным признакам.

В 11-13 лет происходит развитие интеллектуальных функций, способности мыслить логически, использовать абстрактные понятия, способности выполнять прямые и обратные операции в уме (рассуждения).

Основные логические структуры мышления формируются в возрасте 5-11 лет. Запоздалое формирование этих структур протекает с большими трудностями и часто остается незавершенным. Следовательно, обучать детей программированию целесообразно с 5-7 класса. Учет этих возрастных особенностей позволяет успешно развивать у детей алгоритмический стиль мышления и творческие способности, поддерживать постоянный интерес к предмету, дает возможность на высоком уровне изучать информатику.

В качестве критериев выбора языка программирования в литературе предлагаются следующие:

1. простота на начальной стадии изучения, чтобы дети могли сразу начать писать, проверять и отлаживать простые программы. Важно заинтересовать детей и рассеять сомнения по поводу их способностей к программированию;

2. близость к образу мышления детей, должен содержать команды для работы с изображениями и словами, которые достаточно просты для детей;

3. развитие у детей грамотных методов программирования и решения задач, обеспечение солидной основы для изучения других языков программирования;

4. распространённость, наличие языка на различных моделях персональных компьютеров, особенно в виде бесплатных версий. Это важно, так как в настоящее время многие ученики хотят учиться программированию дома, на имеющихся у них компьютерах.

Из всей массы языков программирования сразу можно выделить 4, разработанных специально для целей первоначального (ознакомительного) обучения программированию: Бейсик, Паскаль и ЛогоМиры. Многие другие языки, прежде всего, предназначены для использования в определенных профессиональных областях.

Бейсик был создан в начале 60-х годов Д. Кенеми и Т. Куртцом как язык для начинающих. В конце 60-х С. Пейперт разработал язык Лого, который удобен для начинающих. В начале 70-х годов Н. Виртом создан специальный язык программирования для обучения студентов - Паскаль. При введении в школах СССР курса «Основы информатики и вычислительной техники» в конце 80-х годов был создан Школьный алгоритмический язык, который кратко называют КуМир.

Поскольку имеются различные версии всех языков программирования, при сравнении будем говорить о полных и современных версиях языков. Так говоря о языке Бейсик, имеется в виду современные версии: QBasic. Эта версия языка Бейсик разработана фирмой Microsoft. А еще есть TurboBasic, фирмы Borland. Говоря о языке Pascal, будем иметь в виду версии TurboPascal 7.0. Говоря о языке Лого, будем иметь в виду программу ЛогоМиры 2.0.

Вернемся к нашим критериям выбора языка. По первому критерию - простоте написания несложных программ на начальной стадии - стоит выделить языки Бейсик и Лого. Оба языка позволяют учащимся без труда ввести программу, сразу ее исполнить, проверить и если надо исправить.

По второму критерию определенные преимущества имеет язык Лого, так как он совместим со способом мышления детей. «Черепашья графика» является блестящим средством для обучения детей программированию. Команды, даваемые черепашке, отражают действия, которые дети могут выполнить сами. Ребенок, наблюдая собственные движения при рисовании той или иной фигуры, может потом сообщить черепашке, какие перемещения ей надо сделать, чтобы получить такую же фигуру. Графические операторы языка Бейсик требуют понимания системы прямоугольных координат и не отражают процессов рисования или движения, необходимых для построения заданной фигуры.

Третьему критерию удовлетворяют языки Паскаль, Бейсик и Лого. Все рассматриваемые нами языки, обучают структурному программированию. Для структурированной программы характерны более высокая вероятность правильной работы и большая простота изменения и расширения, чем для программы, не имеющей модульной структуры. Структурированную программу легко прочесть и понять. У человека достигшего решения поставленной задачи появляется вера в свои силы, понимание путей достижения целей.

По последнему, четвертому критерию, сравнивая языки программирования друг с другом мы увидим, что имеет явное преимущество Лого и Бейсик.

Бейсик - стандартный язык и ранее поставлялся с большинством персональных компьютеров, включая самые дешевые, он входил в состав операционной системы MS DOS. Компьютерную версию языка Лого надо еще найти. До сих пор мало литературы по языку Лого.

Большим достоинством языка Лого в сравнении с Бейсиком и Паскалем является возможность легкого быстрого создания программ с графическими изображениями, с анимационным (мультипликационным) эффектом из предусмотренных в языке форм черепашки. Формы можно редактировать, поворачивать, создавать новые. В Бейсике все это тоже возможно, но более трудоемко, там нет встроенных заготовок форм. QuikBasic позволяет использовать рисунки, созданные в графических пакетах. Для этого надо подключить специализированные библиотеки. В Паскале очень строгие требования к оформлению программ и достаточно сложна работа с графикой.

ЛогоМиры удовлетворяет требованиям начального языка программирования, являются пропедевтикой языков программирования. В среде ЛогоМиры можно работать с гипертекстом. ЛогоМиры включает в себя одновременно графический, текстовый и музыкальный редакторы. Кроме того, обучение в среде Лого вызывает у учащихся повышенный интерес к предмету, развивает математическую интуицию и геометрические представления, является своеобразным математическим тренажером, формирует алгоритмический стиль мышления.

Изучение Лого как начального языка значительно облегчает дальнейшее обучение профессиональных языков программирования. Лого является интерпретатором, обеспечивающим диалоговый характер общения с пользователем. Структурное построение программы роднит Лого и Паскаль. Мощный аппарат обработки объектов языка Лого аналогичен языку искусственного интеллекта Лисп.

Учащимся 7 классов свойственна конструкторская деятельность. На поддержку этой деятельности и направлена работа с формами в языке Лого. Дети, изучившие язык Лого легко осваивают другие языки программирования.

Если выбор сделан в пользу языка Лого и изучение программирования начинается в 7 классе, то для лучшего восприятия стоит поработать перед этим в обучающей среде типа «Алгоритмика». Работая в обучающей среде, дети знакомятся с такими понятиями, как программа, процедура, ветвление, цикл и т.д. Переходя к программированию в языке Лого, они закрепят эти понятия.

Таким образом, для начального обучения программированию в 7 классе можно использовать язык Бейсик, но лучше Лого, так как он позволяет закрепить понимание различных команд, алгоритмических структур, позволяет в столь раннем возрасте стать мультипликатором, и программистом, и художником, и сценаристом в одном лице. Привить ребенку правильные принципы программирования, развивать творческое мышление, заложить хорошую базу для изучения в дальнейшем других языков программирования. Лого интересен и понятен детям, развивает структурное, логическое и алгоритмическое мышление.

3. История создания системы ЛогоМиры и её особенности

«Лого - инструмент для познания и развития собственного мышления, и в этом отличие этой среды от систем программирования, ориентированных в первую очередь на обеспечение наиболее эффективного использования аппаратуры».

Первые версии программной среды Лого были разработаны профессором Сеймуром Пейпертом (Seymour Papert) в Массачусетском Технологическом Институте (USA) в 60-х годах. В 1967 году группой профессора Пейперта совместно с группой Уоллеса Фойрцайга (Walles Feurzeig), работавшей в фирме Bolt, Beranek and Newman была создана первая версия Лого. Широкое распространение Лого связано с развитием персональных компьютеров в конце 70-х годов. Ряд компаний начал коммерческое распространение различных версий Лого. Одним из лидеров в этой области является основанная в 1980 году фирма Logo Computer System, совет директоров которой возглавляет профессор Пейперт. В 1985 году компания начала распространять новую версию Лого - программу LogoWriter.

Эта программа была признана одной из самых удачных, достаточно сказать, что в 1990 году система LogoWriter была названа читателями журнала Classroom Computer Learning лучшей образовательной программой десятилетия. Программа LogoWriter была переведена на десятки языков мира и была реализована на разных компьютерных платформах. В 1987 году Институтом новых технологий образования (ИНТ) была создана русская версия этой программы для компьютеров IBM.

Принципиально новые идеи были реализованы в середине 80-х годов и в системе Lego TC Logo - совместной разработке фирмы LEGO и LCSI. По существу программа Lego TC Logo являлась расширением системы LogoWriter, однако в ней можно было управлять не только черепашками на экране, но и реальными роботами, собранными из деталей LEGO и подключенными к компьютеру.

Активная работа в области Лого продолжается и в настоящее время. Системы ЛогоМиры (эта программа является русской версией программы MicroWorlds, разработанной в 1993 г.), ПервоЛого (разработана в 1996 г.) и среда ControlLab (русская версия программы называется Лего-лаборатория) является естественным развитием идей, заложенных в системе LEGO TC Logo. Возникают и новые перспективные области исследований: среди таких проектов укажем, например, LEGO-роботы - дальнейшее развитие систем LEGO TC Logo и ControlLab, позволяющий создавать автономных роботов, управляемых специальным, миниатюрным компьютером.

Лого, конечно, отнюдь не сводится к созданию и распространению компьютерных программ. Существует мировое сообщество учителей и исследователей, заинтересованных в развитии и распространении педагогической философии Лого.

Эта программа была создана не просто как формализованный язык программирования, а как среда, в которой дети могли бы научиться естественному общению с компьютером. ЛогоМиры - универсальная учебная компьютерная среда на базе языка Лого. Эта среда интегрирует графику, мультипликацию, звуки, программирование и позволяет осуществлять проектный подход к занятиям по всем направлениям учебного плана, а также обеспечивает возможность осуществлять межпредметные связи с другими дисциплинами на уроках информатики.

Сеймур Пейперт пытался изучать работу мозга и однажды заметил, что «всегда рассматривал процесс обучения как хобби». Следуя этому «хобби», он осваивал такие разные виды деятельности, как пилотирование самолетов, чтение на китайском языке, «ремесло» иллюзиониста.

Пейперт родился в Южной Африке. Спустя какое-то время после окончания высшего учебного заведения, он получил ученую степень доктора математики, а затем провел пять лет в Женеве, работая с выдающимся швейцарским физиологом Жаном Пиаже. Теория Пиаже, согласно которой ребенок учится в процессе игры с окружающими его предметами, оказала на Пейперта сильное влияние. Вспоминая о своем детском увлечении автомобилями, Пейперт, например, сделал вывод, что именно интерес к ним открыл ему связь «объект - мысль» и облегчил в дальнейшем постижение математических абстракций. Решив, что объектом такого рода способен стать компьютер, Сеймур Пейперт перешел в 1964 году в Лабораторию искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (МТИ), где занялся этим новым направлением исследований.

Пейперт был убежден, что учащиеся начальной школы и даже дошкольники могут научиться программировать. «Освоение языков - одно из увлекательнейших занятий для ребенка, - говорил он. - Каждый нормальный ребенок учится разговаривать. Почему бы ему не научиться «разговаривать» с компьютером? При этом Пейперт считал, что даже Бейсик, простейший компьютерный язык того времени, слишком абстрактен для ребенка.

Вскоре Пейперт и его коллеги создали новый язык на основе Лиспа, назвав его Лого. Это название образовано от древнегреческого слова «logos», что означает «мысль», «слово». По инициативе Пейперта в языке стала использоваться черепашка, обеспечивающая связь «объект - мысль» (сначала употреблялась механическая черепашка, ползающая по полу, а затем - ее условное изображение на экране). Как отмечал Пейперт, «компьютер обычно шаг за шагом ведет ребенка за собой», а Лого, наоборот, «убеждает ребенка в том, что он способен управлять машиной, позволяет ребенку сказать: «Здесь я хозяин». Сначала Лого предназначался для больших компьютеров и мини-компьютеров, имеющихся в МТИ, но потом проник в тысячи классов начальных школ.

Во многом благодаря Сеймуру Пейперту сегодня практически любой дошкольник в процессе игры способен освоить программирование, которое несколькими десятилетиями раньше было доступно лишь небольшому количеству специалистов.

Программная среда ЛогоМиры может изучаться на двух уровнях с детьми разного возраста. Первый уровень более простой, большая часть манипуляций с исполнителем производится вручную, с помощью мышки, команды записываются в Личной карточке (рис. 1) черепашки. Этот уровень подходит для изучения ЛогоМиров с младшими школьниками.

Рис. 1. Личная карточка

В данной работе рассматривается второй уровень изучения значительно сложнее. Дети осваивают основные алгоритмические структуры, методы программирования. Вручную (с помощью мыши) создается только микромир. Все остальные действия описываются командами на специальном Листе программ. Запуск мультипликационного фильма осуществляется одной процедурой.

При введении ЛогоМиров в курс информатики преследуются следующие цели:

Пропедевтика основных понятий базового курса информатики и информационных технологий по программированию.

Развитие алгоритмического стиля мышления.

Развитие творческих способностей учащихся.

Основные характеристики языка Лого: синтаксис, близкий к естественному языку, приспособленность к интерактивному режиму работы, ориентация на формирование общих представлений о программировании, необязательность глубоких знаний архитектуры ЭВМ, возможность обработки графических объектов.

Среда обучения Лого является примером новых технологий обучения, направленных на освоение средств, при помощи которых учащиеся могут самостоятельно добывать знания. Пейперт, создавая Лого, основывался на учении швейцарского психолога Жана Пиже о стихийном непринужденном обучении ребенка при взаимодействии со средой. Среда Лого позволяет так построить процесс обучения, что овладение языком программирования становится таким же естественным процессом, как и изучение родного языка.

Слова «компьютерное обучение» обычно означает, что компьютер учит ребенка. Занятия в среде Лого переворачивают традиционную ситуацию компьютерного обучения. В среде Лого ребенок сам учит и программирует компьютер и, делая это, овладевает основами предмета.

Лого реализует новые подходы к обучению, направленные не на заучивание правил, а на формирование процесса мышления. В ситуации традиционного обучения наблюдать за мыслительной деятельностью ребенка просто невозможно. Среда Лого является тем окном, которое позволяет заглянуть в мыслительные процессы ребенка. У учителя появляется возможность проанализировать накопленные в памяти компьютера, данные о том, как ребенок думает, как он понимает задачу, расчленяет ее и т.п.

В среде Лого ребенок сам управляет процессом обучения. Как и в реальной жизни, он сам ставит себе задачу, и сам находит пути ее решения. Вместо привычного ожидания, чтобы ему сказали, как надо правильно сделать, ребенок попадает в ситуацию, управлять которой может только он сам. Из постоянно ждущего помощи от других он превращается в человека, самостоятельно ищущего и находящего решения. На собственном опыте ребенок учится делать выводы и обобщения.

В Лого первоначально заложены принципы конструктивного обучения. Согласно этим принципам в процессе создания реального продукта (для реализации конкретной задачи) значительно повышается эффективность обучения. Это возможно только потому, что Лого - полноценный язык программирования, допускающий возможность создания настоящих, графически оформленных, работоспособных программ.

Важную роль в новых направлениях обучения играет отношение к ошибкам и их устранение. Отладка программы (поиск и исправление в ней ошибок) обычно является трудоемким процессом. Язык Лого значительно упрощает его. Решение разбивается на множество мелких шагов, каждый из которых может быть проверен отдельно. Если допущена ошибка, то черепашка просто не выполнит задания или выполнит его не так, как следовало, т.е. ЛогоМиры - интерпретатор. Так как ученики могут самостоятельно найти ошибку, исправить и снова попробовать, то они перестают бояться ошибок. Школьники чувствуют себя исследователями, не боящимися творить. Они обретают уверенность в своих силах и могут выразить свое знание предмета в форме, отличной от вербальной.

Графические возможности ЛогоМиров позволяют создавать оформление проекта, микромир. Лого объединяет в себе черты многих языков программирования. Изучение Лого как начального языка значительно облегчает дальнейшее обучение профессиональных языков программирования.

ЛогоМиры - система двуязычна: можно использовать как русские, так и английские имена команд.

Программная среда Лого обладает широким спектром возможностей. Здесь есть встроенный графический редактор, позволяющий нарисовать пейзаж (мир), в котором живет черепашка. Поле Форм содержит много красочных форм. Некоторые формы представляют фазы движения одного объекта и могут быть использованы для создания мультипликационных сюжетов. Мир черепашки можно заполнить звуками. Встроенный Музыкальный редактор позволяет записать любую мелодию и, сохранив ее под каким-нибудь именем, пополнить тем самым словарь черепашки. Исполнение мелодии можно поручить одному из шести музыкальных инструментов: пианино, скрипка, арфа, бутылка, ксилофон, орган. Кроме того, есть возможность озвучить черепашку системными или записанными с микрофона звуками.

Таким образом, среда ЛогоМиры обладает широким спектром возможностей. Среда объединяет в себе следующие редакторы:

· графический редактор (рис. 4);

· текстовый редактор;

· музыкальный редактор (рис. 2) и запись звука (рис. 3);

· редактор Форм (рис. 6);

· редактор Программ на программном листе (рис. 5).

Рис. 2. Музыкальный редактор

Рис. 3. Запись звука с микрофона

Рис. 4. Графический редактор ЛогоМиров

Есть огромное множество задач, которые можно решать при помощи Лого. При работе в среде ЛогоМиры круг задач существенно расширяется. Кроме традиционного круга задач учащиеся способны принять участие в разработке обучающих проектов. И эти проекты можно использовать для уроков развивающей информатики, биологии, географии и т.д.

Основу Лого, как и любого языка, составляет алфавит. Алфавит включает буквы - русские (кириллица) или латинские (латиница), цифры, другие символы, имеющиеся на клавиатуре.

Файл называется проектом. Проект состоит из одного или нескольких рабочих листов и специального листа программ. Переключение с рабочего листа на лист программ и обратно можно осуществить двумя способами: с помощью меню Листы\Программы или сочетания клавиш ctrl + F, обратно вернуться на рабочий лист: Листы\Лист1 или ctrl + F.

Интерфейс программной среды ЛогоМиры 2.0 (рис. 5) состоит из трех окон: Рабочее поле; Поле команд, или Командный центр; Лист программ.

Рис. 5. Интерфейс программы ЛогоМиры 2.0

После загрузки приложения ЛогоМиров на экране появляются два окна - Рабочее поле и Поле команд, а также Панель инструментов. На Рабочем поле отображается графический Исполнитель в виде Черепашки и результаты его действий. Черепашка может перемещаться по рабочему полю, рисовать. Обычно после загрузки нового листа Черепашка находится в центре Рабочего поля, голова ее направлена вверх.

Поле команд служит для ввода команд на языке Лого. Черепашка - исполнитель для создания графических объектов на Рабочем поле. В приложении №1 приведены команды управления Черепашкой.

Расстояние на Рабочем поле измеряется в шагах черепашки. Один шаг равен одному пикселю. Угол поворота головы черепашки измеряется в градусах.

Среда оперирует со следующими объектами: текстовые окна , формы (рис. 6), бегунок , кнопки , которые обладают определенными свойствами.

Рис. 6. Поле форм

Объект «кнопка» обеспечивает функции гипертекстовой структуры, при нажатии на них выполняются заранее предписанные действия: переходы, движение и т.д. Объект «бегунок» позволяет использовать в проектах переменные числовые величины. Значение бегунка можно использовать в той или иной команде, оно видно и может быть изменено с помощью мыши во время выполнения программы.

Управлять черепашками можно непосредственно: для чего в специальной области экрана - в «Поле команд» нужно написать соответствующие команды, которые будут немедленно выполнены. Кроме непосредственного управления в ЛогоМирах доступен и режим программирования. Лого относится к расширяемым языкам. Помимо встроенных команд, система ЛогоМиров позволяет программисту определять новые процедуры. В особом листе «Листе программ» на экране компьютера можно записать программы, называемые процедурами, которые расширяют исходный словарь языка. Слово ЭТО указываете, что вы собираетесь определить процедуру, следующее слово - это имя процедуры, слово КОНЕЦ указывает на завершение процедуры. Созданные процедуры можно запускать на выполнение, записав в «Поле команд» её название, а также, вписав имя процедуры в поле инструкций кнопки.