4.3. Мыслительные операции и работа на эвм

Рассмотрим, как реализуются умственные логические операции в связи с ЭВМ. Если учитель учтет их, ему будет проще реализовать конкретную комбинацию методов обучения.

Анализ и синтез в информатике имеют следующую специфику. Например, целью анализа может быть выяснение причин ошибки. При этом процесс выполнения программы расчленятся на шаги. Если поиск ошибки выполняется в диалоге с ЭВМ, путем трассировки программы, то это «грубый» анализ – разложение. Если ошибка ищется за столом, то это мысленное выделение частей.

Примером сложного синтеза может являться создание учащимся модели компьютерной среды, (например, электронные таблицы) на основе понимания отдельных команд и наблюдений за реакцией среды на эти команды.

Сравнение имеет место, когда сопоставляются, например, близкие элементы языка программирования (операторы Если и Выбор, на Pascalе операторы while и repeat, функции и процедуры, статические и динамические массивы и т.п.). Эту же операцию можно использовать при изучении устройства ЭВМ (сравнение оперативной и внешней памяти), какой-нибудь системы (перемещения и копирование текста в Word или ячеек в Excel) и т.п.

Сравнение – достаточно мощный дидактический прием. С его помощью легче вводить новые понятия. С помощью этого метода сначала указываем на сходство нового элемента с уже изученным, а затем на различие. Используя этот прием, можно более объективно проверить знания учащихся. Одно дело, рассказать в отдельности, например, про массив, и отдельно про файл с типом на языке Pascal. Учащийся должен более глубоко знать материал, если необходимо сравнить эти два типа данных: найти общие характеристики и различия, особенности по отношению друг к другу.

Классификация как мыслительная операция имеет место при освоении учащимся достаточно большого объема материала. Особенно актуально это в настоящее время, когда необходимо осваивать большое количество стандартных средств (классов и их методов, самостоятельных функций, компонент и свойств в системах типа Delphi и т.п.). К сожалению, в книгах часто такого рода элементы описываются в алфавитном порядке. Такая классификация вполне уместна не при изучении, а при использовании такого пособия в качестве справочного при условии, что материал уже освоен. При изучении, особенно на начальном этапе, удобнее, если такие элементы будут классифицированы по назначению, по важности, по частоте использования на практике, или по другим критериям (например, строковые функции в языке C++ по типам возвращаемых значений).

Обобщение, индукция и дедукция. Ярким классическим приемом обобщения в информатике является переход от представления об отдельных повторениях похожих действий к команде цикла.

Развернутой формой обобщения является индукция. Имеется в виду не математическая, а неполная индукция. Пример. Учащийся впервые сел за компьютер и в текстовом редакторе нажал клавишу → «стрелка вправо». Если спросить, что произойдет, если нажать эту клавишу, ответ будет однозначным и даже недоуменным. Но не принят во внимание случай, когда курсор уже находится у правого края. В этом примере ход рассуждений учащегося, скорее всего, неосознанный, представляет собой неполную индукцию, причем очень неосторожную.

Несмотря на, казалось бы, неправильный результат в этом примере, такая схема часто используется и ведет к верным умозаключениям, подтверждаются практикой по следующим причинам.

Комбинаторно неисчерпаемое множество возможных состояний компьютера устроено очень регулярно: однотипны ячейки памяти, схемы, регистры, структуры алгоритмов (так называемые базовые управляющие структуры: следование, ветвление и повторение).

Современные программные средства, особенно работающие в среде Windows, всегда придерживаются определенных стандартов (меню, кнопки и другие элементы приложения, панель инструментов, строка состояний и т.д.). При разработке своих программ также надо соблюдать общепринятые требования.

Индукция проявляется и как обобщение команд: тело цикла получается из серий частных повторяющихся действий при конкретных значениях параметра.

Индуктивным является и умозаключение о правильности программы на основании конечного числа тестов. Несмотря на не строгость этого вывода, так программирует весь мир. Популярно в информатике вводить новые понятия, отталкиваясь от примеров. Приведем несколько имен (идентификаторов), например, в языке Pascal: MyMin, R1, r2, Cout_of_Max. И наоборот, запишем имена, которые не являются идентификаторами: Число, 2max, R+1,.. . Анализ этих примеров позволяет сформулировать общеизвестные правила построения идентификаторов. Следует индуктивное обобщение: считать сделанные утверждения истинными не для данных примеров, а вообще для всех имен.

Для успешности такого индуктивного подхода система примеров должна обладать рядом свойств:

• представительностью: примеры представляют наиболее важные случаи;

• минимальностью: примеры не должны повторять одинаковые правила;

• ортогональности: примеры должны быть независимы;

• распространенностью.

В идеале система примеров должна минимально представлять все частные случаи.

Но не рекомендуется оглашать индуктивное заключение типа «Ученик имеет плохие способности», если он не справился с некоторым заданием. И, наоборот, даже единственный, частный успех является основанием для высказывания гипотезы о том, что он вообще способный.

Роль дедукции в школьной информатике скромнее, чем индукции, в силу опережающей практики возможности тут же проверять верность умозаключения опытом, прямо на компьютере.

Дедуктивным является, например, поиск ошибки в программе, если она ищется пошаговым исполнением. Но и в этом случае заключительный этап понимания, «схватывания» ошибки происходит очень быстро, практически неосознанно. Есть все основания говорить в этом случае о так называемой «свернутой» дедукции, идущей от теста, текста программы, дидактического и ожидаемого результата. Заметим, что рекомендуется вести протокол ошибок, особенно сложных, над которыми долго думали, на которые потратили много времени. Это полезно делать как ученику, так и учителю.

Аналогия и перенос. Аналогия – это осторожная индукция. Схема рассуждений следующая. Пусть при обстоятельствах B имеет место факт F. Обстоятельства B1 в каком-то смысле подобны обстоятельствам B. Значит, можно ожидать, что и при них будет иметь место факт F.

Конкретизируем это на таком примере. Пусть в некоторой системе сочетание клавиш (например, Ctrl+Del) при редактировании удаляет строку. Пусть есть другая система той же фирмы. Тогда и в ней удаление строки должно выполняться аналогично. Тем самым умение переносится в близкую обстановку более обоснованно, чем при неполной индукции.

Аналогия и перенос имеют место и при составлении и использовании описания команд (или операторов) в общем виде.

Абстракция и конкретизация. Эти операции связаны прежде всего с компьютерным моделированием. Исходная задача всегда ставится конкретно, в терминах области знания, где она возникла, и её перевод на язык информатики – самостоятельная и трудная проблема. Суть дела – в переводе с конкретного языка на абстрактный. Затем полученные результаты должны быть представлены пользователю или для себя на языке постановки задачи, т.е. выполнен обратный перевод.

Переводом задачи с формального языка на понятный, содержательный является написание комментариев, что является, в общем, не простой задачей. Это искусство своего рода, творчество, хотя и не очень сложное. Главное здесь, найти «золотую середину», чтобы было не много пояснений, но в то же время достаточно для понимания. Особенно это актуально для учебных программ и алгоритмов.