CC BY
36
Горлицкая София Израилевна Кузнецова Ирина Николаевна Литвин Фрида Давидовна
Образовательные среды LOGO и LEGO
Люди больше похожи на свое время, чем на своих отцов.
Арабская пословица
Снова и снова обдумываем мы, как подготовить ребенка к жизни в конфликтном, взрывном и неустойчивом мире, как помочь справиться с лавиной информации, как воспитать в нем личность, как, наконец, спасти наше общество, ибо наши дети и есть наше будущее...
Исследования таких ученых и педагогов, как Л.С. Выгодский, Ж. Пиаже, Д.Б. Эльконин, показывают, что организация обучения должна базироваться на процессах психического развития ребенка. Процессы эти можно и необходимо формировать путем построения деятельности, соответствующей данному возрасту. Заметим также, что среда, в которой осуществляется деятельность ребенка, должна соответствовать состоянию современного общества.
Чаще всего дети просто живут в имеющейся среде и берут то, что им доступно и интересно. Бурное развитие техники в современном обществе делает доступным для ребенка любые достижения цивилизации без предварительной адаптации их для соответствующего возраста. Вот почему мы обращаемся к теме возрастной педагогики и пытаемся включить в
деятельность ребенка информационные технологии в такой форме, чтобы они приносили ему пользу, а не вред. Наше внимание привлекли исследования американского ученого Симура Пейперта.
Симур Пейперт - один из пионеров применения компьютеров в образовании. Он - математик, программист, профессор (The Media Lab, Lego Professor of Learning Research Director, Epistemology and Learning Group), c 1959 по 1964 работал вместе с Жаном Пиаже. Предметом его внимания были дети и природа их мышления. «В 1964 году я сменил один мир на другой...» - говорил он. С именем Пей-перта связывают разработку среды обучения LOGO, а затем и LEGO и основополагающих для них концепций. Вехи творческого пути Пейперта описаны в «Предисловии» и «Послесловии» его книги «ПЕРЕВОРОТ В СОЗНАНИИ: дети,
компьютеры и плодотворные идеи», изданной у нас в 1989 году. Сегодня последователи Пейперта работают практически на всех континентах Земли. Незаурядная энергия профессора заставляет правительства многих развивающихся стран по-новому относиться к образованию, финансировать компьютеризацию школ, объединяет усилия специалистов, спонсоров, родителей, учителей в деле создания новой киберкультуры.
Летом 1997 года по его инициативе в Бостоне в Media Lab (MIT) собрались единомышленники и образовали международную Ассоциацию Two B One (2B1). Сотни учителей и их учеников, специалисты высоких технологий, спонсоры вместе создают виртуальное пространство в сети Internet, стремясь сохранить каждую, даже самую маленькую культуру, стирая барьеры географических и политических границ, помогая друг другу интеллектуально и материально.
С. Пейперт часто приезжает в Санкт-Петербург, встречается с учителями и детьми, знакомится с нашим опытом, активно помогает.
В 1997 году вышла его очередная книга «The Connectoin Family bridging the digital generation gap», рассказывающая о целенаправленной работе с компьютерами в семье, помогающая объединить детей и родителей. К сожалению, эта книга еще не переведена на русский язык.
Отечественная история применения компьютеров в образовании начиналась в 60-х годах. Благодаря стараниям Андрея
Петровича Ершова, в школах ввели предмет Информатика, а коллектив под его руководством разрабатывал ЭВМ и программное обеспечение в поддержку этого решения. Так появилась система Рапира. Ученик А.П. Ершова Звенигородский написал прекрасную книгу «Начало программирования». Однако философами и педагогами Информатика была воспринята как еще одна школьная дисциплина и не более того. Впрочем, во всех развитых странах история школьной информатики проходила тот же путь. В 80-х годах А.П. Ершов писал в предисловии к книжке «Калькулятор в играх и задачах»: «...я очень пожалел, что игровой подход к обучению до сих пор остается сомнительной темой в глазах фундаментальной педагогики, опасливо дозирующей игру в пределах младших возрастных групп и "периферийных" предметов типа музыки и спорта. Наконец, я с грустью заметил, что сам уже никогда не угонюсь за ловкостью рук и быстротой мысли поколения молодых людей, которые становятся "на ты" с ЭВМ со школьных лет».
Симур Пейперт пришел к идее использования компьютеров для обучения детей во время работы с теоретиком психопедагогики Ж. Пиаже. Исследования Пиаже показали, что ребенку для интел-
лектуального роста нужен «объект», с помощью которого он думает.
Сначала это - собственное тело. В детстве представления об окружающем мире формируются и проверяются с помощью собственного тела. Количественные понятия также хорошо усваиваются в раннем детстве, так как вокруг ребенка есть множество примеров использования количественных отношений.
Следующий этап интеллектуального развития - переход к абстрактному мышлению - зависит от среды, воспитания и обучения. Объектами, с помощью которых думают, становятся математические, музыкальные, языковые или технические (зубчатые передачи!) понятия. Если таких объектов нет, развитие интеллекта останавливается. Компьютер как раз и является носителем таких «объектов» для размышлений. Программирование есть способ размышления на формальном языке и построения конкретных моделей в бесконечно разнообразных мирах. Очевидно, что на человека и на конечный результат его деятельности огромное влияние оказывает программная система - язык программирования и среда, поддерживающая программы, написанные на этом языке. Наиболее подходящей, с нашей точки зрения, является среда программирования LOGO.
LOGO предлагает в качестве «объекта для размышлений» графический объект в виде Черепашки, которая «понимает» и выполняет (интерпретирует) простые команды, записываемые в командном центре. Овладение идеями программирования начинается с «обучения» Черепашки новому слову (команде) для создания своего объекта. Эти новые команды сохраняются и могут применяться при создании других команд, используемых для построения более сложных объектов. Постепенно «объекты для размышлений» усложняются, впитывая уже усвоенное. Наряду
с графическими командами, появляются датчики для исследования графической и числовой среды. Когда возникает потребность в анализе ситуаций, обработке структур данных - базовый язык LOGO предлагает как логические функции, так и средства для обработки списков. Использование подготовленных заранее в файлах (в том числе и в других редакторах) рисунков, текстов, озвучивание - все эти возможности делают систему LOGO настоящей MULTY MEDIA. Постепенно ребенок учится говорить на языке меняющихся форм, процессов и технологий.
В человеческом сознании более сложное знание базируется на формальных объектах. Программирование позволяет каждому преодолеть промежуточные стадии от конкретного мышления к формальному, то есть овладеть:
- комбинаторным мышлением (классификация, выбор);
- рефлексивным мышлением («как я думаю?»).
Овладение программированием приводит также к умению выделять ошибки и исправлять неправильно работающие программы, отчего исчезает БОЯЗНЬ ОШИБКИ.
Так компьютер становится «объектом, с помощью которого думают». Освоение хорошего стиля программирования изменяет и способ мышления. «Хорошо думать - значит подавить беспорядочность потока мыслей», заметил французский лингвист Гюстав Гийом. Концепция языка LOGO настолько очевидна, что получить эффектный результат может даже ребенок или взрослый, совсем незнакомый с компьютерами. В то же время работа в среде программирования (в частности, отладка) заставляет ТОЧНО и ПОЛНО выражать свои идеи, чтобы получить желаемый результат. Заметим, что в современном бытовом мире многое, если не все, понимается лишь ОТЧАСТИ.
Такая деятельность весьма продвигает детей в интеллектуальном отношении. И снова обратимся к Г. Гийому: «...Становление человека - это в большей мере такая деятельность разума..., когда управление вещами производится путем решений разума, и это же управление вещами управляет разумом. Но становление человека также определяется деятельностью чистого рассуждения, перенесенной, насколько возможно, прямо в план экспериментальной реальности».
Естественно, что с развитием вычислительной техники расширяются и возможности языка. Существует несколько диалектов LOGO для компьютеров разных типов. Мы опираемся на системы LogoWriter (LW) и MicroWorld (Лого Миры), локализованные в русском варианте Институтом новых технологий (г. Москва) и свободно распространяемый продукт MSWLogo (LOGO для работы в среде WINDOWS). Система ЛогоМиры разработана для компьютеров типа Макинтош и IBM PC. Системы LogoWriter и MSWLogo предназначены для IBM PC. Для отечественных компьютеров типа УКНЦ предлагается система БЕТА ЛОГО - разработка С.-Петербургского института информатики и автоматизации (РАН) по заказу СПбИНТ.
Очевидно, что управление экранной Черепашкой ограничивает воображение плоским полем. Почти одновременно в лаборатории Media Lab появился робот Черепашка, который мог двигаться в пространстве под управлением компьютера. Так появились кубики LEGO.
Среда LEGOT® Dacta™ представляет собой интегрированную образовательную среду для всестороннего развития школьника (студента). Она является хорошим примером воспитания любознательности, трудолюбия, конструкторского профессионализма и изобретательности. Эта среда включает разнообразные наборы конструкторов, которые производит датская фирма LEGOT® Dacta™ специально для образования из экологически чистого материала. Мир LEGO - это фантастичес-
кая образовательная среда, в которой создаются объемные модели, в том числе и программно управляемые. Этот мир естественно вписывается в традиции русской школы, где идеи обучения и трудового воспитания развивались как эффективная методология подготовки подрастающего поколения еще в двадцатые годы нашего столетия, но затем были забыты. Российское направление LEGO® Dacta™ пошло значительно дальше в области образования, развив методическую систему обучения как целенаправленную на базе проектного метода, что позволяет сформировать у учащихся мотивацию в познании техники, технологий и нового поколения систем управления в промышленности. Метод проектов (см. диссертацию С.И. Горлицкой) основывается на согласовании идеи и реализации конкретного проекта с изучаемым теоретическим материалом в курсе физики, математики, природоведения и химии. Такой подход позволяет рассматривать LEGO® Dacta™ как дополняющую образовательную среду к указанным курсам в ориентации на практику, главные жизненные сферы человека, его будущую профессию.
Мы предполагаем рассказать о нашем опыте применения программной среды LOGO и конструкторской среды LEGO® Dacta™ в образовании как в обычной школе, так и на внешкольных занятиях.
Уже несколько лет работает секция LOGO - LEGO в рамках ежегодной кон-
ференции «Школьная информатика и проблемы устойчивого развития». На городском школьном сервере www.nit.spb.su (раздел «Пейпертовский Центр») можно посмотреть проекты, выполненные нашими учащимися, методические работы преподавателей, ссылки на другие серверы, посвященные этой проблеме.
В 1998 году вышел комплект учебников по информатике, разработанный коллективом учителей под руководством профессора Н.В.Макаровой. В нем среда LOGO предлагается в качестве учебной среды программирования.
В 1999 году получила статус авторской учебная базовая программа «Конструирование в среде LEGO® Dacta™ и современные технологии», для которой был создан комплект методических пособий «Свободное обучение или вверх по лестнице LEGO® Dacta™».
Программная среда LOGO является инструментом для создания программ. Для чего вообще изучать программирование, а следовательно среду программирования? Очевидно, что процесс проектирования программ - это процесс РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ЧЕЛОВЕКОМ, ПОДОБНО ДРУГИМ ПРОЦЕССАМ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ в науке и технике. Из-за ограниченных возможностей человеческого мозга, не способного одновременно охватить все мельчайшие детали, необходимо определить некоторый способ представления проблемы на том или ином языке. Это представление затем используется как средство общения, с одной стороны, и как способ моделирования проблемы, с дру-
гой. Программирование на компьютере подразумевает описание некоторой проблемы на определенном языке и последующее многократное моделирование с целью проверки модели и решения проблемы. Эффективное описание проблемы для моделирования требует развитого объектного мышления.
Однако человек не рождается с развитым объектным мышлением. Правильно организованное обучение с использованием среды программирования развивает алгоритмическое и логическое мышление в естественной для этого обстановке, дает опыт работы с разными моделями, знакомит с общими принципами и методами программирования, что позволяет учащимся адаптировать приобретенные навыки при освоении других программных сред.
Не должно быть изучения программирования без изучения конкретной программной среды. Выбор языка программирования осуществлялся по следующим критериям: мощность, достаточность, простота и элегантность.
Мощность языка должна позволять при использовании его для решения проблемы сосредоточиться целиком на проблеме, а не на языковых конструкциях. В LOGO описание проблемы формулируется буквально в терминах этой проблемы и не требует переключаться на языковую специфику. Отсутствие в LOGO жесткого контроля за ошибками программиста, вызывающее незаслуженные нарекания, на самом деле является не недоработкой среды, а сознательно запланированной его особенностью, направленной на предоставление максимальной свободы для творчества при формулировании проблемы.
Характеристика достаточности свидетельствует о нежесткой настроенности на вычислительные ресурсы компьютера. Фактически здесь система полностью скрыта от использующего ее и не отвлекает от проблематики задачи.
Простота языка выражается в неограниченных возможностях реализации мнемоники, а естественная для него про-
цедурность позволяет на деле формировать соответствующие черты мышления учащихся.
Лежащая в основе языка рекурсив-ность дает реальную возможность учащемуся создавать элегантные программы. Развитые возможности структур данных превосходят многие известные языки и позволяют на первое место выводить вопрос о структуре данных при разработке алгоритмов.
Перечисленные характеристики хорошо укладываются в идею о разработке специального языка для решения конкретного класса задач, что позволяет говорить об объектном подходе к проектированию программ.
Рассматриваются следующие этапы изучения среды программирования LOGO:
- знакомство с Черепашкой и средой обитания этого объекта, сопоставление представлений учащегося с умениями и свойствами Черепашки (освоение среды программирования и языка);
- обучение Черепашки новым понятиям (конструирование новых объектов на основе уже имеющихся);
- знакомство с современными методами составления алгоритмов обработки информации (структурное, процедурное, модульное, объектно-ориентированное программирование).
Далее рассматриваются педагогические методы на каждом из этапов и проблемы, которые возникают.
Основным методом является принцип конструктивного обучения, предложенный Симуром Пейпертом в качестве основного методологического принципа обучения в среде LOGO. Согласно этому принципу, построение интеллектуальных структур осуществляется учеником наиболее эффективно в том случае, если ученик вовлечен в создание реального конечного продукта: машины (действующей модели), книги или компьютерной программы. Для реализации принципа конструктивного обучения разрабатывается специальная форма учебной деятельности -ПРОЕКТ и набор специальных средств, поддерживающих эту деятельность - МИКРОМИРЫ. Отметим три основные особенности микромира:
- он представляет определенную область реального мира (геометрию, литературу, музыку и т. д.);
- в рамках микромира можно манипулировать различными объектами, в том числе объемными кубиками LEGO, используя для этого специальные команды;
- объекты микромира (их поведение) можно исследовать.
Это подтверждает гносеологическую связь концепций микромира и конструктивного обучения объектному подходу. Изначальная ориентация языка и заложенные в него технологические и методологические основания позволяют развивать у учащихся интеллектуальные навыки.
Горлицкая София Израилевна, чл.-корр. АИО, кандидат пед. наук, доцент СПб Института Московского университета печати, учитель высшей категории, научный руководитель НОУ ДО «Пейпертовский Центр».
Кузнецова Ирина Николаевна, учитель высшей категории, директор НОУ ДО «Пейпертовский Центр».
Литвин Фрида Давидовна, методист Центра педагогической информации, заместитель директора ИНТО.
НАШИ АВТОРЫ
