Компьютерная грамотность в школе: научение или дрессура?

Преданья старины

Преподавание компьютерной грамотности в нашей стране имеет чуть ли не самую долгую, и уж точно  самую драматическую историю. Когда-то в области ЭВМ Советский Союз был впереди планеты всей, и в немалой степени  именно за счёт привлесения к этому делу молодёжи.

Кудесники в белых халатах

Классичаский подход к использованию ЭВМ, в том числе и в школах, основывался на том, что между собственно ЭВМ и пользовательской задачей стоит ещё один человек  программист, обученный командовать машиной и решающий составляющий решение задачи (программу). Обучение было нацелено на воспитание именно программистов, далалось это  не без блеска  выборочно и в редких школах. Прогграммы основывались на трёх слонах: теория алгоритмов, элементная база и дискретная матемантика вмтесте с алгеброй логики. Естественно, освоение разумного объёма этих наук требовало от школьника незаурядных математических и логических способностей. Стоит вспомнить, что ЭВМ тогда были только в вычислительных центрах и программисты-профессионалы исчислялись десятками, их было даже меньше, чем физиков-ядерщиков.

Не отказались от схемы теория алгоритмов  элементная база  дискретная матемаика и при создании первых общешкольных программ по информатке. Объём знаний в них был ещё больше урезан (что само по себе приводило к пустому перечислению терминов), и к тому же в дисциплину Информатика планировалось внедрить основы кибернетики и собственно информатики (по иронии судьбы в именно это и не было сделано). Программирование в отсутсвие самих ЭВМ, а впоследствии  в отсутствие единой методической и инструментальной базы (никакого стандарта на школьные классы, насколько нам известно, нет до сих пор) породило устойчивое мнение, что школьная программа по информатике из рук вон плоха.

Алгол я бы выучил только за то, что им разговаривал Дейкстра

По сути дела, главным достоинством такой программы было то, что она всё-таки помогала научиться программировать, хотя эта способность, как показало время, и не востребована массово. В специализированных школах и классах разрабатывались удобные для преподавания программирования языки (иные имели романтические названия Шпага-2, Рапира и т. п.), проводились занятия по методам программирования и т. п. Ученики приобретали три главных уомпоненты профессии: понимание, знания и навыки. Если бы не элитарность этого направления, лучшего и желать нельзя.

В то же время обычные школы перебивались чем Билл послал: долгое время основным языкоа преподавания (заметим, всё ещё программирования) был, уж извините, Бейсик. Пролема с языками, ориентированными на преподавание, очень проста: официально всё ПО относилось к ПО ЗК, и не могло быть куплено государством, а стало быть, введено в программу.

Новь

Таким образом школа оказалась совершенно неготова к резко изменившейся ситуайии, которую в 80-е годы именовали компьютер входит в каждый дом. Выяснилось, что область применения ЭВМ растёт столь стремительно, что старый, доскональный подход к комптютеронй грамотности требует немыслимого времени на обучение, и даёт в результате отличного специалиста узкого профиля.

Кофеварка-пылесос

В то время как становилось всё более очевидно, что (персональный) компьютер  это такой же бытовой прибор, как телевизор или холодильник, только значительно более многофункциональный. В школных программах (не тех, что одобрены министерством, а тех, что действительно читались в школах) возобладал перечислительный подход к компьютеру: подобно тому, как учат забивать гвозди, стали учить набору текста в текстовом редакторе, рисованию картинок в графическом и т. п.

Положение осложнялось двумя нюансами. Во-первых, каждая школа использовала такое ПО, какое удавалось достать, так что говорить о единой  пускай даже неофициальной  программе говорить не приходилось. Во-вторых, таким ПО оказывалось как правило ПО ЗК, ориентированное на заучивание, а не понимание, в котором всё обучение своидтся к тому, что бы помнить, какая кнопочка какую функцию выполняет.

Хуже того: сами производители этого ПО ЗК активно поддерживают такое понимание обучения, предлагают курсы такого же содержания и даже называют это наукой! Вдобавок они обычно смотрят сквозь пальцы на бесплатую передачу и копирование этого ПО, которые при других обстоятельствах они без стеснения называют кражей. Выходит, что взрослым красть нельзя, а детям и учителям  можно? Но всё это заслонил лозунг первая доза  бесплатно!.

Занимаюсь на труде синхрофазотроном

На самом деле такой  инструментальный  подход к компьютерной грамотности не лишён в основе своей смысла: есть некоторый набор задач, котрорые принято решать с помощью компьютера и некоторый набор инструментов в этом компьютере помогающий в решении. Естественно понимать под грамотностью способность этим инструментом воспользоваться. Главное здесь вот что: цель обучения не сам компьютер, а круг задач, с помощью него решаемый. Можно сказать, что отсылка электронных писем или набор и распечатка текста  занятие для урока труда, ибо преследует те же цели: инициировать бытовые и начальные профессиональные навыки.

Однако при лобовом подзоде, отягощённом непригодым к изучению ПО, напрочь отметаются вде других составляющи: знания и понимание. Про понимание было сказано выше: если вместо изучения задачи и инструмента нам предлагают заучить названия клавиш, вряд ли мы продвинемся в понимании самой задачи и принципов её решения. Что же касается знаний, то часть преподавательского сообщества вообще считает, что автоматизация убивает знания: можно ли школнику пользоваться калькулятором, если он результате не будет знать таблицы умножения? можно ли пользоваться проверкой синтаксиса, если школьник пишет карова пашла даитца, едва отключив проверку? Наконец, непонимание задачи и неумение ссамостоятельно построить её решение приводит к безынициативности и созданию ложных логических связок. Так, люди начинают пугаться при смене внешнего вида кнопочек, теряться при перестановке местами пунктов меню и предпочитают вообще лишний раз не наживать на кнопку, а дождаться подсказки со стороны компьютера.

Поиск Пути

Автор этих строк пятнадцать (с первого курса университета) лет проработал преподавателем информатики в Вечерней Математической Школе при факультете Вычислительной Математики и Кибернетиуи Московского Гусударственного Университета им. М. В. Ломоносова (далее, для кракости, ВМШ. ВМиК и МГУ соответственно). Ему не приходилось, как то бывает в обыкновенных школах, иметь дело с детьми, которым неинтересно учиться. Уровень учеников ВМШ был самый разный, так как на информатику часто ходили по причине того,, что в школе её не было. Из пятнадцати последние десять лет преподавание велось на базе UNIX-подобных ОС (FreeBSD, Linux) с использованием различных языков программирования (в основном, Си, но были также и Паскаль, и Питон, и даже AWK, вызвавший, междйу прочим, наибольший интерес).

За годы преподавания автор укрепился во мнении, что методически старый подход к обучению компьютерной грамотности верен (всё-таки школные программы составляют профессионалы), только материал отчасти негоден (почему-то эти профессионалы не имеют представления о ПО ОК и о том, что его свободно можно рекомендовать во все школы), а отчасти нацелен на воспитание узкого профессионала.

Машина мыслить не может, только ездить

Всё должно вернуться на круги своя. Новое время выдало правильную фориулмровку: ЭВМ  это всего лишь прибор, наподобие пылесоса. Он не обладает интеллектом, душой, волей, он  даже не покорный исполнитель команд пользователя, а сами эти команды, машинка для их материализации. Орудие в духе марксовой лопаты как усилителя ладони. Компьютер  усилитель мозга.

Для этого стоит чётко показать, что именно делает компьютер: выполняет команды. Для того, чтобы задасу решить, человек слагает команды в алгоритм. Вот и первый слон из трёх вернулся на своё место. Стало быть, как ни странно это нынче звучит, умение программировать (пускай на самых простых задачах)  это часть современной компьютерной грамотности.

Как самому собрать аппарат?

Далее. Сама способность ЭВМ выполнять команды  не есть что-то мифическое. Аналогии с привычным телевизором недостаточно, так как его функциональность  фиксирована, а функциональность компьютера  динамическая (например, поведение персонажей компьтерных игр). Следует раскрыть уровень, на котором фиксируется функциональность ЭВМ, объяснить как работает логика простых ключей и как из неё собирается анализатор и думатель. Вот и два других слона возвращаются из небытия на полагающиеся им места.

Конечно, теперь этого мало. Необходимо показать, что вся динамика работы компьютера  это такие же точно программы, как и те, что может написать школьник, только посложнее и поспецифичнее. Возникает понятие операционной среды, которая предназначена для удобного пользование компьютером.

Машина при человеке, а не человек при машине

Наконец, нужно постоянно создвать ситуации, провоцирующие активное поведение шкльника за компьютером. Человек должен командовать машиной, а не наоборот! Здесь особенно хороши UNIX-подобные системы с интерфейсом командной строки. Вспервый же день занятий, ещё не умея программировать, школьники узнают, как зарегистрироваться в системе и выполнить самые простейшие команды, и в дальнейшем компьютер используется не только как инструмент программирования, но и как пособие по теоретическим курсам (этому изрядно помогает документированность и открытость операционных систем ПО ОК). Тем самым нарабаьываются навыки именно взаимодействия с компьютером, а не только программирования.

Очень важно при этом научить самостоятельно ставить себе задачу, искать необходимую для решения информацию и доводить решение до конца. Это умение, опять-таки, относится не только и не столько к программированию, сколько к пользованию компьютером вообще. Именно отсутствие этого умения у большинства пользовательлей одного известного программного продукта и породило венец творения  скрепку, то и дело долбящую своей верхней частью стекло монитора.

Принципиально важно воспитать у школьника подход к решению задачи не от инструмента (как бы этим микроскопом гвоздь забить), а от задачи (чем бы забить гвоздь), дать понять что у одной и той же задачи может быть множество непохожих решений, достигнутых с помощью самых разных инструментов. В этом тоже весьма помогает Linux, где всевозможных инструментов наблюдается полное разнообразие.

Это  та самая черепаха, на которой и стоят три слона. Часто её называют Преодоление Комптьютеробоязни, но истинное её имя  Орудие Труда.

Приложение 1. Путь Гармонии

Цель этой прграммы  озвучить три упомянутые выше требования: построить изложение от алгоритма, дать представление о внутреннем устройства и способе функционирования ЭВМ и прибить в зародыше компьютеробоязнь вместе с пассивностью за пультом. Прогармма рассчитана на любой уровень начальной подготовки и несколько раз (с использованием в качестве базового ЯП также Паскаля и Си) читалась для слушателей ВМШ при ВМиК МГУ.

1. Архитектура и программное обеспечение персонального компьютера (2 семестра)
   • ЦПУ  ОЗУ  шина  устройства в/в
   • Загрузка (ПЗУ)  диск  файл  файловая система  операционная система
   • Файлы  текстовый редактор  операции с файлами, файловые менеджеры, архивы, типы файлов
   • Внешние устройства и понятие драйвер  лазерный диск и Fliash, работа с ними  видеоподсистема и звук  работа с графикой и музыкой
   • Передача данных  сеть  Интернет  понятие протокола  WWW, почта и др.
   • Офис
   • Прочее
2. Программирование на языке Python (2 семестра)
   • Машинные коды  язык программирования  компилятор  интерпретатор
   • Командная строка Python  арифментика  строки  списки
   • Переменные и присваивание  функции  условия и циклы
   • Оформление программы  докумантационная строка  комментарии
   • Модули и методы  математика  графмка  прочие  помощь по Python
   • В/В  файлы  операция %
   • Структуры данных (более полное описание)  сегменты  ассоциативные массивы

Приложение 2. Путь Мудрости

Нижеследующая программа составлена из частей программы Информатика ВМШ при ВМиК МГУ разных лет, все курсы читались школникам в том или ином виде (однако как единое целое  ещё ни разу). Как можно видеть, она ориентирована на будущего программиста, однако не привязана ни какому конкретно инструменту разработки и предназначена, в первую очередь, для воспитания дисциплины мышления. Мы прерасно осознаём, что программа такого наполнения и глубины требует специального контингента школьников: тех кому это интересно, и кто имеет соответствующие способности. Стоит заметить при этом, что в ВМШ идут также и из школ, где информатика в загоне или её нет вообще; этот курс (с пропуском наиболее сложных мест) оказался полезен и таким детям, причём отдача иногда была даже сильнее, и были случаи, когда школьник вообще не ходил на свою школьную информатику, а получал справку о прослушивании её в ВМШ.

Модельная Машина (проект MM2)  э то простейшас двухадресная ЭВМ классической архитектуры с крайне простой системой команд (их у неё 16), процедурами и константами в ПЗУ и т. п. На сегодняшний день существует эиулятор MM2, пакет разработки программ (компилятор и компоновщик) и декомпилятор. Архитектура MM2 настролько проста, что позволает поначалу писать программы в машинных кодах, а затем уже переходить к сязыку ассемблера, попутно изучая процессы компиляции и компоновки.

За неимением места темы курсов представлены крупноблочно, в основном для ого, чтобы показать направление преподавания. В действительности многие из тем должны даваться вперемежку, дабы свести к минимуму эффект волшебных слов (делайте это, а что это и зачем, мы расскажем потом). Кроме того, последний, четвёртый, семестр сделан факультативным, так как он обычно приходится на весну 11-го класаа, когда у детей и родителей есть заботы поважнее информатики, которую на вступительных экзаменах не сдают.

1. Первый семестр
   • Архитектура и программное обеспечение персонального компьютера (1-я часть)
   • Математические основы ЭВМ
     • Системы счисления и побитовые операции
     • Классическая архитектура фон Неймана, одно-двух-и трёхадресные реализации
     • Элементы алгебры логики, моделирование арифметики
     • Аппаратная реализация АЛ (различные варианты)
   • Модельная Машина
     • Адресация и порядок выполнения, архитектура и карта памяти
     • Переход и условный переход
     • Каноническая схема цикла (восстановление  условие  тело  изменение)
     • Самомодификация, вызов подпрограмм и функций в/в
     • Моделирование типов данных
2. Второй семестр
   • Архитектура и программное обеспечение персонального компьютера (2-я часть)
   • История вычислительной техники
   • Программирование на языке Python (1-я часть)
     • Машинные коды  язык программирования  компилятор  интерпретатор
     • Командная строка Python  арифментика  строки  списки
     • Переменные и присваивание  функции  условия и циклы
     • Оформление программы  докумантационная строка  комментарии
     • Модули и методы  математика  графмка  прочие  помощь по Python
3. Третий семестр
   • Алгоритмы и структуры данных
     • Понятие сложности алгоритма
     • Алгоритмы сортировки и поиска
     • Переборная схема, метод волны, метод Уоршалла и т. п.
   • Программирование на языке Python (2-я часть)
     • Структуры данных (более полное описание)  сегменты  ассоциативные массивы
     • Рекурсия и элементы функциональноге программирования
     • Объекты как контейнеры методов
     • Исключения, генераторы и пр.
     • Полезные модули
   • Основы Linux (1-я часть)
     • Терминал и командная строка  файловая система  основные команды
     • Права доступа и процессы
     • Установка и настройка
     • Пакеты
4. Четвёртый семестр
   • Основы Linux (2-я часть)
     • Обработка текстов, регулярные выражения
     • Настройка окружения
     • Понятие о TCP/IP и сокетах
     • X11
   • Программирование на языке Python (3-я часть)
     • Использование регулярных выражений
     • Элементы объектного моделирования  классы  наследование  перегрузка методов
     • Программирование сетевых взаимодействий