СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ.
*****@***ru
ГБОУ "Гимназия 1530 "Школа Ломоносова", г. Москва
Не секрет, что техническая картина мира определяется совокупностью научной и технической информации, которой оперирует современная цивилизация на основе развития инженерно-технических знаний, культурных методов технического творчества, а также понятийных категорий теории техники.
Научно-технический и социальный прогресс напрямую зависит от деятельности технических специалистов. Именно от инженеров как творцов новой техники и социальных технологий зависит качество жизни в нашей стране.
Разработка и внедрение сложных технических систем требует сегодня от инженера и высокого уровня технической подготовки, и развитого абстрактного мышления, позволяющего понимать и учитывать широкие междисциплинарные связи при построении конкретной технической системы.
Важнейшая задача современной школы - выпустить в жизнь молодого человека, который сможет в процессе профессионализации стать техническим специалистом, реализовать "инженерное мышление",
Чтобы обеспечить в дальнейшем эффективный инженерный труд, необходимо в период школьного обучения передать учащемуся определенный набор практических основ, специальных средств, методов и знаний технико-технологического порядка, а также выработать первичные навыки и умения оперировать этими знаниями.
Учащихся необходимо готовить к решению технических задач с неопределенной зоной поиска или возможностью многовариантных решений. А главное, с моей точки зрения, важно строить работу на уроках информатики в непрерывном сочетании и взаимодействии умственных и практических действий.
Как добиться того, чтобы преподавание информатики в школе было максимально нацелено на профилизацию учащихся, направлено на выбор инженерного труда? Как сделать более эффективным обучение базовым основам компьютера? Я думаю, что достижению этой цели служит активное применение практико - ориентированного подхода.
Так, рассматривая на уроках информатики законы алгебры высказываний, я объясняю, что они могут быть применены к решению логических задач. Например, известная задача:
Алеша, Боря и Гриша откопали древний сосуд. О том, где и когда он был изготовлен, каждый из школьников высказал по два предположения:
Алеша: «Это сосуд греческий и сосуд изготовлен в V веке»;
Боря: «Это сосуд финикийский и сосуд изготовлен в III веке»;
Гриша: «Это не греческий сосуд и изготовлен он в IV веке».
Учитель истории сказал ребятам, что каждый из них прав только в одном их двух своих предположений. Где и в каком веке изготовлен сосуд?
Задача про "финикийский сосуд" решается в четкой схеме преобразования логических выражений. Можно утверждать, что условием достижения результата является оперирование категориями точной математики. Мне же важно донести до учащихся, что если способ действий определяется точной математикой, когда мы видим полностью формальный подход, то мы можем решение такой задачи автоматизировать. При условии формализации процесса оказывается, что мы можем решить задачу не только в тетради, мы можем реализовать решение с помощью базовых логических элементов. Именно тех элементов, на которых строится вся современная вычислительная техника.
Я пришел к выводу о необходимости разработать систему практикумов и начал реализовывать в преподавании идею о том, что практико-ориентированный подход при изучении логических основ компьютера позволяет в процессе выполнения практического задания с применением микросхем серии К155, элемента питания и светодиодов "потрогать руками" алгебру логики. А с помощью алгебры логики можно очень кратко записать законы формальной логики и дать им математически строгое доказательство.
В качестве примера приведу следующее задание.
Дана логическая схема, построенная по логической функции:
(A /\ B /\ C) /\ (A \/ (B /\ C)) = A \/ B \/ C.
Учащиеся должны составить логическую функцию по логической схеме, упростить логическую функцию и построить новую логическую схему. Все эти действия можно сделать на бумаге. А как доказать школьникам, что обе логические схемы идентичны? Что упрощение логических схем имеет важное значение в реальной инженерной деятельности?
На реализацию этой задачи и направлены практические задания по освоению алгебры логики, выполняя которые учащиеся могут составлять и проверять логические схемы, построенные по данным логическим функциям.
Считаю важным рассматривать следующие задания, которые выполняются на уроках:
Исследование базовых логических элементов. Доказательство законов алгебры-логики. Построение логической функции по схеме. Построение схемы по функции. Упрощение логических схем. Преобразование логических выражений. Построение триггера. Построение двоичного полусумматора и сумматора.Как максимально эффективно обеспечить процесс подготовки старшеклассников к техническому решению задач на преобразование логических схем?
Практика показала, что можно начинать работу в 8 классе с соотнесения базовых логических выражений конъюнкция, дизъюнкция, инверсия и базовых логических элементов И, ИЛИ, НЕ на микросхемах серии К155 и исследования их(в вычислительной технике операцию НЕ называют отрицанием или инверсией, операцию ИЛИ - дизъюнкцией, операцию И - конъюнкцией. Набор логических функций “И”, “ИЛИ”, “НЕ” является базисом алгебры логики. С помощью него можно выразить любые другие логические функции, например операции “строгой дизъюнкции”, “импликации” и “эквивалентности” и другие). В процессе практической работы на выходе элемента ставится светодиод, который загорается, когда на него поступает сигнал. Таким образом учащиеся могут убедиться, что светодиод светится, когда на выходе элемента «1». По результатам экспериментального исследования заполняются таблицы истинности базовых логических элементов.
После построения таблицы истинности мы начинаем строить простые логические схемы на микросхемах и практически доказываем ряд законов логических преобразований.
В алгебре логики справедливы переместительный (закон коммутативности), сочетательный (закон ассоциативности) и распределительный (закон дистрибутивности) законы, в записях которых используются логические переменные, принимающие только два значения - логический ноль и логическая единица. Применение этих законов позволяет производить упрощение логических функций, т. е. находить для них выражения, имеющие наиболее простую форму, например, правила Де Моргана (A \/ B) = A /\ B, (A /\ B) = A \/ B, дистрибутивный (распределительный) (A /\ B) \/ C= (A /\ C) \/ (B /\ C), (A /\ B) \/ C = (A \/ C) /\ (B \/ C).
Такая практическая деятельность дает учащимся представление о том, что алгебра логики, как иногда кажется детям чисто теоретическая наука, имеет важнейшее применение в разработке электронных схем. Именно законы и аппарат алгебры логики применяются при проектировании различных элементов компьютера: триггера, сумматора, генератора импульсов и т. п.
Совершенно другой смысл приобретает решении задач на построение логической схемы по заданной логической функции. Ребятам теперь нужно не только нарисовать «прямоугольнички» и «стрелочки» в тетради, но и необходимо понять, какие элементы будут использоваться при построении схемы, разобраться на практике, как соединить «лапки» микросхем, проверить, в нужной ли последовательности загораются светодиоды при подаче сигналов, т. е. при нажатии кнопочек-входов. И главное, сразу можно убедиться, правильно ли ты собрал логическую схему.
Результаты научно - методического исследования и практические разработки представлены мной в форме открытых уроков и мастер-классов для педагогов города Москвы и регионов России. Видеозаписи открытых уроков наглядно демонстрируют, как в сочетании умственных и практических действий учащихся на уроках информатики теория проверяется практикой, знания обретают форму последовательных операций для достижения конкретной цели, что и обеспечивает формирование инженерного мышления.
Литература:
Психология мышления и проблемное обучение. – М.: Знание, 1983. – 96 с.
и др. Информатика: пособие для подготовки к ЕГЭ – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 322 с.
Парадигма" 3-Э "как условие развития научно - технического творчества учащихся, ИТО - Троицк, 2014
Формирование у детей представлений об окружающем мире, природе посредством изучения электротехники", Завуч инфо, Всероссийский педагогический практикум, 2015
Электротехника (практикум Фестиваля увлекательной науки), 2015
Практические занятия в процессе изучения алгебры логики как способ формирования инженерного мышления, Материалы Четырнадцатой открытой Всероссийской конференции «Преподавание информационных технологий в РФ», СПб, 2016.
Психология технического мышления. (Процесс и способы решения технических задач) М. 1975.
