Особенности использования ментальных карт в процессе формирования алгоритмического мышления в процессе обучения будущих учителей математика и информатика

УДК 378.02:37.016
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕНТАЛЬНЫХ КАРТ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ
В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАТИКА

Аннотации. Для решения сложных профессиональных задач современному учителью нужно обладать высоким потенциалом когнитивных способностей, в частности алгоритмическим стилем мышления. В связи с этим подготовка будущих учителей информатики в педагогических вузах должна предусматривать наличие у выпускников вузов знаний о принципах и способах построения различных алгоритмов, умений их анализировать и выбирать наиболее оптимальные варианты осуществления инженерной деятельности. Для полноценного становления алгоритмическим стилем мышления у студентов в методиках обучения требуется учитывать все каналы психологического восприятия и мыслительной обработки учебной информации: визуальный, аудиальный и кинестетический. Цель изложенного в публикации исследования состоит в теоретическом обосновании необходимости использования в учебном процессе комплекса дидактических средств, развивающих алгоритмический стиль мышления у студентов при освоении ими курса программирования.
В работе проанализированы различные подходы к определению алгоритмического мышления. Рассмотрены понятие ментальной карты, этапы ее разработке, представлены онлайн-сервисы для проектирования интеллект-карт, этапы разработки ментальной карты, также выявлены возможности использования ментальных карт при различных этапах учебного занятия
Ключевые слова: мышление, алгоритмическое мышление, средства развития алгоритмического мышления студентов, ментальная карта, этапы разработки ментальной карты, учебный процесс, онлайн-сервис, формирование алгоритмического мышления в процессе обучения.
Введение
Повсеместное внедрение современных информационных и коммуникационных технологий требует от выпускников школ и вузов умений работать с большими объемами разнообразной информации, что предполагает достаточно высокий уровень развития алгоритмического мышления. Первоначально алгоритмическое мышление формируется еще в школе. Особая роль в этом процессе отводится школьным курсам математики и информатики. Уровень развития алгоритмического мышления учащихся во многом зависит от способности педагога организовать и управлять процессом обучения, т.е. от его личностных характеристик. Будущий учитель сам должен пройти соответствующее обучение, должен обладать необходимыми компетенциями, соответствующим уровнем алгоритмического мышления.
В информационном обществе, наполненном фундаментальными открытиями и новейшими технологиями, важнейшей социальной задачей стало формирование нового стиля мышления – алгоритмического. Хотя наиболее интенсивное развитие интеллекта происходит в младшем школьном возрасте, тем не менее, как показывает практика, значительный рост интеллекта и развития мыслительной деятельности имеет место при обучении в вузах. Алгоритмическое мышление включает в себя ряд особенностей, свойственных логическому мышлению, однако требует и некоторых дополнительных качеств. Основными из них считаются умение находить последовательность действий, необходимых для решения поставленной задачи и выделение в общей задаче ряда более простых подзадач, решение которых приведет к решению исходной задачи. Как раз, такой стиль решения задачи соответствует объектно-ориентированному подходу к программированию. В связи с этим актуальным является поиск методов обучения будущих учителей информатики, содержание которых направленно на формирование алгоритмического стиля мышления.
ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ
Мышление – социально обусловленный, неразрывно связанный с речью психический процесс поисков и открытия существенного нового, процесс опосредованного и обобщенного отражения действительности в ходе ее анализа и синтеза. Мышление возникает на основе практической деятельности из чувственного познания и далеко выходит за его пределы [2]. Процесс обучения как взаимосвязанная деятельность обучающего (учителя, преподавателя) и обучаемого (школьника, студента) является мощным средством формирования и развития мышления. У каждого индивида по-разному складывается соотношение различных взаимодополняющих видов (наглядно-действенное, наглядно-образное и отвлеченное (теоретическое)) и форм мыслительной деятельности (понятия, суждения, умозаключения). По разному развиты мыслительные операции (анализ, синтез, абстрагирование, сравнение, конкретизация, обобщение). В процессе обучения необходимо учитывать и развивать такие индивидуальные особенности мышления, как самостоятельность мышления, гибкость, быстрота мысли. Формирование и развитие мышления, в частности алгоритмического, в процессе обучения происходит в ходе решения задач. При решении типовых задач человек в первую очередь опирается на знания, опыт и те схемы – алгоритмы действий, которые сформированы к данному моменту времени, – репродуктивное мышление. При решении нестандартных задач, требующих времени, умственных усилий, дополнительных знаний и творческого воображения, возникает продуктивное мышление. Мышление необходимо и для усвоения знаний, для понимания текста в процессе чтения и во многих других случаях, отнюдь не тождественных решению задач. Определим более точно, что мы будем понимать под алгоритмическим мышлением. Основатель теоретического и системного программирования, создатель сибирской школы информатики, академик А.П. Ершов ввел и определил понятие операционного стиля мышления [3]. Оно включает в себя: умение планировать структуру действий, необходимых для достижения цели, при помощи фиксированного набора средств; умение строить информационные модели для описания объектов и систем; умение организовывать поиск информации, необходимой для компьютерного решения поставленной задачи; дисциплина и структурирование языковых средств коммуникации; навык своевременного обращения к компьютеру при решении задач из разных предметных областей. Данный подход нашел отражение в работах его ученика Ю.А. Первина [4]. Понятие алгоритмического мышления, с нашей точки зрения, несколько шире, чем понятия «логическое» и «операционное мышление». Очевидно, что алгоритмическое мышление предполагает понимание сути базовых алгоритмических конструкций, таких как следование, ветвление, цикл, переход, вызов, а также умение грамотно и эффективно использовать эти структуры при составлении простых алгоритмов на основе ограниченного набора элементарных математических операций и строить сложные алгоритмы на основе простых.
Алгоритмическое мышление помогает формировать следующие навыки: умение планировать структуру действий, необходимых для достижения определенной цели, используя фиксированный набор ресурсов; создание информационной структуры для описания объектов и средств; организация поиска информации, необходимой для решения проблемы; правильно, четко и недвусмысленно сформулировать идею в понятной форме и правильно принимать текстовые сообщения; своевременное использование компьютера при решении задач из любой области; формирование навыка анализа и структурирования информации.
Наличие развитого алгоритмического мышления является необходимым условием способности к составлению программ для ЭВМ. Если обучаемый
не обладает таким мышлением, то даже знание им одного или множества языковых средств (языков программирования) будет практически бесполез-
ным. Именно этим объясняется, что часто обучаемые демонстрируют знания конкретных операторов, но не могут их применить на практике при решении новой для них задачи. К примеру, знание того, как устроен цикл с предусловием, на практике не означает умения посчитать с помощью него
сумму последовательности чисел. В то же время особенность алгоритмических конструкций такова, что их неотъемлемым свойством является формализованность, что делает невозможным их изучение в отрыве от определенного алгоритмического языка.
Некоторые авторы, говоря об алгоритмическом мышлении, под данным понятием понимают познавательный процесс, характеризующийся наличием четкой, целесообразной (или рациональной) последовательности совершаемых мыслительных процессов с присущей детализацией и оптимизацией укрупненных блоков, осознанным закреплением процесса получения конечного результата, представленного в формализованном виде на языке исполнителя с принятыми семантическими и синтаксическими правилами [7].
А. И. Газейкина под понятием «алгоритмический стиль мышления» полагает специфический стиль мышления, предполагающий умение создать алгоритм, для чего необходимо наличие мыслительных схем, которые способствуют видению проблемы в целом, ее решению крупными блоками с последующей детализацией и осознанным закреплением процесса получения конечного результата в языковых формах [8]. Данные определения на самом деле являются взаимодополняющими. Однако актуальным остается уточнение структурных компонентов алгоритмического стиля мышления, представляющих собой, по сути, перечень определенных навыков. Этот перечень необходим для того, чтобы выработать конкретные методики формирования таких навыков, что и обеспечит развитие алгоритмического мышления. Приведем перечень структурных компонентов алгоритмического стиля мышления: способность к оперированию образами; способность к оперированию понятиями и категориями; способность к формированию предметных суждений; способность к формированию индуктивных умозаключений; способность к формированию дедуктивных умозаключений;
– способность к формированию репродуктивных навыков; способность к формированию продуктивных навыков; способность к анализу задачи, ее декомпозиции на уровне процессов; способность к формализации задачи (абстрагированию); понимание и способность к реализации элементарных алгоритмических операций.
Следует отметить тот факт, что приведенный перечень сформулирован исходя из того, что несформированность хотя бы одного из составляющих, на наш взгляд, делает практически невозможной деятельность по составлению и программной реализации алгоритмов.
А.В. Копаев в общем случае считает, что алгоритмический стиль мышления – это система мыслительных способов действий, приемов, методов и соответствующих им мыслительных стратегий, которые направлены на решение как теоретических, так и практических задач, результатом которых являются алгоритмы как специфические продукты человеческой деятельности [5].
А.И. Газейкина отмечает, что достаточно широко в научной и методической литературе, посвященной проблемам обучения информатике школьников, используется понятие «алгоритмический стиль мышления», который представляет собой специфический стиль мышления, предполагающий умение создать алгоритм, для чего необходимо наличие мыслительных схем, которые способствуют видению проблемы в целом, ее решению крупными блоками с последующей детализацией и осознанным закреплением процесса получения конечного результата в языковых формах [6].
Т.Н. Лебедева под алгоритмическим мышлением понимает познавательный процесс, характеризующийся наличием четкой, целесообразной (или рациональной) последовательности совершаемых мыслительных процессов с присущей детализацией и оптимизацией укрупненных блоков, осознанным закреплением процесса получения конечного результата, представленного в формализованном виде на языке исполнителя с принятыми семантическими и синтаксическими правилами [7]. На наш взгляд, определения, рассмотренные выше, обладают сходством и дополняют друг друга.
На сегодняшний день в системе высшего профессионального образования существуют различные методы и способы формирования алгоритмического мышления студентов. Например, в процессе обучения будущих учителей информатики применяется способ построения ментальных карт.
При обучении программированию бакалавров по направлению «математика и информатика» ментальные карты используются в качестве: средства визуализации абстрактной алгоритмической и программной информации и знаний; средства визуализации междисциплинарных связей алгоритмизации и программирования с профильными дисциплинами при изучении различных специальных дисциплин.
Построение ментальных карты осуществляется в трёх этапа [1] ,:
1- этап: определяется центральный образ карты или иначе, объект изучения; разбираются ассоциативные слова, фразы, образы, символы, связанные с центральным понятием;
2- этап состоит из построения первичной ментальной карты, рассмотрим основные правила: создавая интеллект-карты не следует применять тусклые цвета, синие ручки или обычные карандаши. Т. Бьюзен [1] предлагает использовать цветные маркеры, фломастеры (и т.д.), но не больше 8 цветов. Такое разноцветие поможет лучше запомнить материал; следует расположить слово или фразу, характеризующую основную идею в центре листа; не стоит игнорировать иллюстрации, рисунки, картинки для изображения центральной идеи; главные ветви, отходящие от основной идеи должны иметь свой цвет; сами ветви должны напоминать дерево, иметь изогнутую форму; количество расположенных над ветвью слов должно составлять 1-2 ключевых слова, написанных печатными буквами; не скупитесь на иллюстрации, символы, картинки и рисунки, ассоциирующие с ключевыми словами, добавляйте их везде, где это возможно.
3- этап является последним и заключается в последней корректировке перед использованием: пересмотрите свою ментальную карту, возможно где-то можно добавить картинки или ещё пару ветвей; попробуйте убрать интеллект-карту и воспроизвести её. Если вам это даётся без проблем, значит карта памяти, готова к применению в учебном процессе.
В настоящее время известно достаточно много различных компьютерных программ, предназначенных для их построения. Анализ литературных источников позволил разделить программы на три группы:

•