Введение

1. Компьютер

Наш рассказ о компьютере мы начнем с примеров. Определите, что их объединяет.

1. В 1974 году в Стокгольме проводился интересный шахматный турнир. Множество зрителей с неослабевающим интересом наблюдали шахматные поединки. Партии протекали так, что вызывали бурные аплодисменты.

2. Вновь в кустах горят ресницы,
   Ветер хрупкий, светлый, злой.
   На столе желтели птицы,
   Взор играет за рекой.
   Лодка далеко краснеет.
   На закате соловьи.
   Вновь высокие белеют Стены вечером твои.
   

3. Из "Уральских напевов":
   
   
4. Элиза. Расскажите мне о вашей семье.
   Девушка. Моя мать обо мне заботится.
   Элиза. Кто еще из вашей семьи о вас заботится?
   Девушка. Мой отец.
   Элиза. Ваш отец?
   Девушка. Вы в некоторой степени похожи на моего отца.
   Элиза. В чем вы видите это сходство?

Наверное, в этих четырех примерах вы откроете что-то общее. Может быть, то, что все четыре примера связаны с определенными видами человеческой деятельности: игра в шахматы, сочинение стихов, музыки, разговор. В данном случае, однако, объединяющим звеном является не человек, а компьютер или, как еще называют, электронно-вычислительная машина (ЭВМ).

В сообщении о шахматном турнире в Стокгольме не было бы ничего необычного, если бы в нем участвовали известные шахматисты, а не... компьютеры. Естественно, не надо забывать, что за успехами компьютеров стоят люди. Они описали в виде алгоритмов правила шахматной игры. Когда алгоритм записывается на языке, понятном для компьютера, он превращается в программу. Поэтому в Стокгольме состязались не сами компьютеры, а составители шахматных программ. Первым чемпионом была советская программа КАИССА. На следующем состязании в Торонто победителем стала американская программа ЧЕСС-4.6. Состязания продолжаются.

Второй пример, наверно, вызовет у вас недоумение. Что общего у компьютера с поэзией? В своих воспоминаниях М. Райзман, близкий друг поэта Сергея Есенина, рассказывает: "Лежал Сергей на ковре, сбоку у него находилась небольшая старая коробочка от лото, а перед ним валялись нарезанные из карточек картонные квадратики: на одной стороне цифры, на другой - написанные рукой Есенина слова. Он сказал, что пытается механизировать процесс сочинения стихов и образов. Взял из кучи несколько квадратиков, прочитал: "Вечер, свечи" - и произнес вслух:

"Вдали розовый вечер 
Зажег желтые свечи..."

Теперь роль коробочки Есенина может выполнить компьютер. Он мог бы взять на себя и часть обязанностей поэта, лишь бы была программа для этого. Предложенное стихотворение опубликовано вместе с еще 20 подобными стихотворениями в советском журнале "Автоматика и телемеханика". Все они созданы компьютером. Конечно, если поглубже вникнуть в смысл некоторых стихов, можно было бы высказать много замечаний. Но... это все-таки компьютер. Будем снисходительны.

Теперь уже вряд ли вас удивит, что мелодия третьего примера создана компьютером. Ее "автор" - советский компьютер "Урал-2". В сборнике "Уральские напевы" есть много таких мелодий. Мелодии, сочиненные компьютером, исполнялись большими оркестрами и звучали по радио.

Диалог четвертого примера - не отрывок из драматического произведения. Он действительно был проведен между программой "Элиза" и одной девушкой. Автор программы - американский ученый Дж. Вайценбаум. Это один из первых опытов имитации разговора с компьютером на естественном языке. Здесь компьютер только поддерживает диалог, не понимая смысла предложений. В дальнейшей работе с компьютером вы будете иметь возможность вести множество подобных разговоров.

Один из интересных парадоксов нашего времени заключается в том, что так называемые электронно-вычислительные машины чаще используются для других целей, нежели для вычислений. Это не значит, что они не считают. Причина в том, что расширяются возможности этих машин. Чтобы не связывать ЭВМ только со счетом, будем называть их просто компьютерами.

Компьютер обрабатывает информацию. Каждый из вас получает информацию, когда слушает радио, смотрит телевизор, читает книги, разговаривает с друзьями, незнакомыми. Обрабатываете вы ее, когда думаете, и передаете ее при помощи устной и письменной речи. Цифры - это так называемая цифровая информация. Наука, которая изучает автоматическую обработку информации при помощи компьютера, называется информатикой.

Обычно говорят, что компьютер - умная машина. Вы убедитесь, что это действительно так. Кроме того, компьютер любит порядок и дисциплину. Это вы почувствуете уже в первых встречах с ним. Он никогда не устает и не сердится, если его заставляют делать одно и то же.

Хотя компьютеры появились во второй половине нашего века, идея их создания родилась очень давно. Еще в начале прошлого века английский математик Чарльз Бэббидж (1791-1871) создает проект компьютера, но не успевает построить работающую модель. Причина в том, что Чарльз Бэббидж пробовал сделать компьютер из движущихся металлических частей. Идея Бэббиджа получила осуществление, когда движущиеся металлические части были заменены электронными элементами. Первым приходит к идее использования электроники при построении компьютера американский математик болгарского происхождения Джон Винсент Атанасов (род. 1903). Современные компьютеры намного совершеннее того, о чем мечтал Бэббидж и что проектировал Атанасов. А в дальнейшем они станут еще совершеннее.

При помощи компьютера в ближайшем будущем люди смогут использовать накопленную человечеством информацию так же свободно, как электричество и воду.

Компьютер состоит из устройств, при помощи которых он получает и выводит информацию (устройства ввода- вывода), устройств, при помощи которых он сохраняет информацию (память), и устройства, при помощи которого он обрабатывает информацию (центральный процессор). Центральный процессор - это "сердце" и "мозг" компьютера. Он управляет всей его деятельностью.

В 1971 году появились микрокомпьютеры. Они отличаются от больших компьютеров своими размерами и объемом информации, которую могут обрабатывать. Микрокомпьютер может уместиться даже в обыкновенной сумке. Калькуляторы, которыми вы пользуетесь, можно рассматривать как микрокомпьютеры, но с очень ограниченными возможностями. Центральный процессор микрокомпьютера называется микропроцессором. Это тонкая пластинка (монокристалл) площадью не больше 25 мм², но она может выполнять все функции центрального процессора. Цены на микрокомпьютеры непрерывно снижаются, благодаря чему они получают все большее распространение. Они уже входят в школы и дома людей. Согласно прогнозам через 10-15 лет компьютеры будут так же распространены, как сегодня телевизоры и калькуляторы. Грамотным будет считаться человек, который умеет не только читать и писать, но и обращаться с компьютером.

Первый болгарский компьютер "Витоша" был создан в период с 1962 по 1963 годы в вычислительном центре Математического института Болгарской академии наук. Сегодня в Болгарии производится разнообразная современная компьютерная техника. Особо популярны микрокомпьютеры серии "Правец".

2. Программирование вчера и сегодня

15-20 лет тому назад программирование было деятельностью, в которую мало кто был посвящен. Компьютеры были огромны, а языки программирования представляли собой таинственные коды из нулей и единиц. Составление программ было трудоемким, а иногда и очень тяжелым процессом. Программы писались на специальных бланках, после чего переносились на перфоленты или перфокарты и в таком виде передавались в вычислительный центр. Там они должны были "стоять в очереди", чтобы быть введенными в компьютер. После обработки в течение нескольких секунд компьютер возмущенно "выплевывал" сообщение типа: "В программе ошибка". И бедный автор получал его через несколько дней после написания программы, когда уже совершенно забывал, что он имел в виду. С тех времен родилась поговорка: "Если программа сразу пошла, значит в ней наверняка допущена ошибка".

Спустя некоторое время дела стали выглядеть не столь трагично. Возникли более удобные в пользовании системы. В них была осуществлена телефонная связь между центральным компьютером и множеством терминалов, которые могли быть размещены на рабочем столе. (Такие терминалы вы, наверное, видели в кассах по продаже авиабилетов.) Посредством терминалов осуществляется диалог, при котором у каждого потребителя возникает чувство, что он один "разговаривает" с компьютером.

Картина в корне изменилась, когда появились микрокомпьютеры, маленькие по объему и гораздо более дешевые, чем их старшие братья. Впервые со времени создания компьютеров к ним получили доступ люди, не являющиеся специалистами в области информационной и вычислительной техники.

Выбор языка программирования связан с сущностью задач, которыми человек желал бы заниматься. Вот почему выбор языка становится очень важным - даже важнее выбора компьютера. Чем мы должны руководствоваться, когда выбираем язык для общения с компьютером?

Самым удобным для каждого потребителя является его родной язык, но компьютеры еще не достаточно хорошо понимают естественные языки. Если взять "родной язык" данного компьютера (машинный язык), нам не нужен будет переводчик (программа-транслятор). Но в этом случае требуется специальная подготовка.

Естественным является поиск некоего среднего решения.

С введением персональных компьютеров потребители информации стали изучать язык Бейсик. Этот язык включает набор ключевых слов (на английском языке), с помощью которых описываются инструкции для компьютера. Важная характеристика Бейсика - использование словаря со строго фиксированным содержанием. Это существенно отличает его от языков естественных и затрудняет его использование. (Представьте себе, как бы вы разговаривали, если бы использовали словарный запас, который не изменился со времен Кирилла и Мефодия...)

Последние исследования в области языков программирования направлены на создание "расширяемых языков". Это языки с точно определенным словарем ключевых слов и с возможностью определения новых слов. Таким образом, решение задачи может быть запрограммировано совершенно естественным путем, даже в терминах области применения.

Язык такого типа - Лого. Название "Лого" происходит от греческого слова "логос", которое означает "слово", "мысль".

Язык Лого имеет большие графические возможности, чему способствует маленький светящийся треугольник на экране, называемый условно "черепашка", чьим движением мы можем управлять. Немного необычное название этого объекта связано с одной работой нейрофизиолога Грея Уолтера, который проводил эксперимент с маленькими роботами, которых он называл "черепашками". Так был назван и первый робот, контролируемый компьютером, который движется по полу и реагирует на команды: вперед, назад, направо, налево. Когда создатели Лого приспосабливали язык для микрокомпьютеров, движущийся на экране объект унаследовал прозвище "черепашка". При своем движении черепашка может оставлять след, подобно живой черепахе, которая волочит свой хвост по песку. Эту ее способность мы будем использовать, чтобы чертить фигуры на экране.

Многие считают, что Лого - язык для детей. Это верно, но точнее было бы сказать, что он подходит и для детей. Разве мы можем назвать шахматы детской игрой только оттого, что ее правила легко усваиваются даже детьми дошкольного возраста?

Другие слышали, что Лого используется для рисования картинок. И это верно, но намного важнее то, что этот язык подходит для широкого круга задач по программированию. Кроме того, он предлагает богатый набор объектов, с которыми мы можем работать. Лого дает нам возможность определять новые типы объектов и операций с ними и даже проектировать совершенно новые языки программирования.

Дополнительным эффектом, получаемым при работе с Лого, можно считать то, что он обладает возможностью облегчать изучение других полезных языков, например Паскаля, Си, Лиспа, Пролога.

На конференции "Дети в век информатики", состоявшейся в Варне в 1985 году, один из известных специалистов по информатике шутливо отметил: "Хорошо, что здесь не ведутся споры, какой язык лучше - Бейсик или Паскаль. Может быть потому, что все знают, что лучше Лого..."

В конечном счете, независимо от того, какой язык мы будем использовать, важно осознать, что программирование не только позволяет нам проводить всяческие эксперименты с компьютером, но также приобрести определенный (хороший) стиль программирования, что должно помочь нам думать лучше.

Только одно это превращает программирование в деятельность, достойную, чтобы ею занимались люди, не собирающиеся стать специалистами по информатике.

3. Родители в информационный век

Этот раздел посвящен родителям, которые понимают, что в образовании про-исходит что-то исключительное, но не знают почему и как. Многие из них слышали, что компьютер "хорош" для обучения детей, но не понимают полностью его роль. Первые опыты, связанные с использованием компьютера в образовании, были связаны с заменой учителя на компьютер. Возможно ли это? Как говорят: "Если есть учитель, который может быть заменен компьютером, это надо сделать немедленно".

Принцип использования компьютера в обучении информатике, принятый в школах Проблемной группы образования в Болгарии, заключается в том, чтобы ребенок обучал компьютер, а не наоборот. Если, например, ребенок забыл определить процедуру КВАДРАТ и хочет ее использовать, компьютер ответит не нейтральным: "Процедура не определена", как в английской версии, а спросит: "Что такое квадрат"? Иными словами, это уже не безгрешная и превосходящая ребенка машина, которая указывает на его ошибки, а партнер в игре, который должен быть научен, причем именно ребенком. В подобной ситуации он не смутится от своего промаха, а спокойно объяснит компьютеру: "Вот квадрат", после чего последует описание процедуры почти на родном для ребенка языке. Это другой важный момент. Ребенок не должен оставаться под впечатлением, что компьютер понимает только таинственные коды или иностранные языки. Хорошо, что он общается с ним естественным образом. В противном случае препятствия, которые должны преодолеваться, связаны не только с новым способом выражения - алгоритмическим, но и с его правильной записью на иностранном языке.

Мы начали обучение детей в ПГО с английской версии, предполагая, что это будет их стимулировать в изучении английского языка. Однако в результате этого дети начали произносить английские слова так, как они пишутся, чтобы не ошибиться при их вводе. И так как в большинстве случаев они не могли понять, что им говорит компьютер, до диалога дело не дошло.

"А почему вообще нужно учить детей языку программирования?-спросите вы.-Ведь не все будут программистами." Конечно нет. Один из ответов тот, что программирование отражает способ мышления человека. Исследования показали, что изучение программирования может положительно сказаться на стиле языка и умении решать задачи. Использование языка программирования предполагает:

- понимание семантики (смысла того, что мы пытаемся сказать) и синтаксиса (правильный способ выразить то, что мы собираемся сказать, посредством последовательности команд);

- анализ - умение раздробить задачу на более мелкие части;

- план - определение, как решить каждую из этих частей;

- синтез - умение объединить решение задачи.

Многие специалисты считают, что точность, необходимая при программировании, положительно влияет на точность мышления в более широком смысле. Конечно, есть и противники этого понимания, которые опасаются, что чрезмерная точность может оказаться тормозом творчества. Может быть, вы слышали, что при виде стада черных коров философ воскликнул: "Смотрите, все коровы в этом стаде черные!", а программист: "Все коровы в этом стаде, которые видны отсюда, черные, по крайней мере, с видимой стороны".

Какими бы ни были споры вокруг программирования, оно - только один из элементов обучения информатике. На компьютер надо смотреть скорее как на среду, в которой дети учатся решать и формулировать проблемы, экспериментировать и открывать закономерности, творить новыми средствами. В языке Лого - это черепашка, при помощи которой можно рисовать на экране. Для взрослых эта возможность не является побудительной причиной к обучению работать на компьютере. Они больше интересуются, чем компьютер может им быть полезен - вычислениями, написанием писем, игрой в шахматы. Для детей все является открытием, поэтому их легко заинтересовать в изучении информатики. Труднее объяснить родителям, какой в этом смысл...

Учитель информатики - Колумб, да Винчи или Прометей

В наше время преподавание информатики еще не имеет традиций, деятельность учителя сложна и интересна. Он должен быть одновременно организатором, руководителем, советчиком и даже партнером для учащихся в решении более сложных проблем. Иными словами, хорошо будет, если он обладает одновременно исследовательским духом Колумба, разносторонностью да Винчи и человеколюбием Прометея. К счастью, таких учителей можно встретить.

В следующих строках мы попытаемся систематизировать наиболее распространенные взгляды, мнения и рекомендации учителей, которые принимали участие в эксперименте с учебником по информатике для пятого класса в школах ПГО и в некоторых внеклассных формах.

Задача обучения информатике в целом - пробудить в детях желание экспериментировать, формулировать и проверять гипотезы и учиться на своих ошибках.

На уроках информатики учитель встречается с любопытством, с готовностью принять интеллектуальный вызов, с исследовательским духом: Что будет, если я сделаю так? Пути достижения данного результата многочисленны, и учитель не должен поддаваться соблазну вести детей к заранее выбранному им самим решению.

В самом начале учащиеся обычно пишут линейные программы. Они не всегда замечают повторяющиеся последовательности. Хорошие примеры модульного стиля программирования можно подготовить уже при помощи задач к седьмой теме.

После того как они прошли программирование в стиле снизу-вверх (тема 13), учащиеся готовятся к программированию в стиле сверху-вниз - расчленять большие проекты на отдельные блоки (тема 26).

Индивидуальные и групповые проекты могут развивать самые разнообразные способности - социальные, исследовательские, писательские, художественные, музыкальные, программистские.

Учитель должен руководить группой таким образом, чтобы у каждого ребенка в проекте была своя важная роль, причем соответствующая его интересам.

Разнообразие задач после каждой темы во многих случаях позволяет постичь конкретные методические цели разными способами. Тему редактирования процедур, например, можно иллюстрировать при помощи конструирования отдельных объектов (геометрических фигур или мелодий), компоненты которых мало отличаются между собой. Таким образом, каждый ребенок может идти своим собственным путем к информатике.

Ученики работают хорошо, если над ними не нависает угроза быть раскритикованными за ошибки. Иногда ошибки оказываются ценнее единственного верного решения, потому что дают материал для размышления и идеи о еще более интересных задачах. Для детей важно понять, что нет просто правильных или ошибочных программ. Программа никогда не бывает окончательной - ее можно развивать и совершенствовать.

Учитель тоже не должен бояться ошибок. Более того, иногда рекомендуется умышленно допускать ошибки в программе, чтобы ученики поняли, как можно выйти из подобной ситуации.

Сколько задач будет решаться в классе, не так важно. Важнее рассмотреть и прокомментировать разные пути решения данной задачи.

Многие понятия математики - симметрия, ротация, трансляция, графики функций - можно хорошо проиллюстрировать и интерпретировать на Лого и таким образом лучше освоить.

Играя в предложенные учебные игры, дети получают представление о разных воображаемых мирах. В игре Орбита, например, черепаха знакомит их с поведением инерционных объектов.

Умелое руководство учителя помогает детям развить свое умение сравнивать, анализировать, обобщать и искать наилучшую стратегию. Этот процесс можно подкрепить созданием цепи задач возрастающей сложности. Здесь творческий подход учителя является решающим. При необходимости учащиеся могут включиться в цепочку, предлагаемую в учебнике, создав свои промежуточные звенья.

Самое трудное для учителя - почувствовать, когда нужно протянуть руку: с одной стороны, нельзя лишать ребенка удовольствия справиться с проблемой в одиночку, а с другой - нельзя допускать, чтобы он потерял веру в себя. Но эта проблема стоит не только перед учителями информатики.

Перед учителем поставлены ответственные и трудные задачи, связанные не только с тем, что информатика является новым учебным предметом. Учитель отвечает за материальную базу, должен решать проблемы технического характера. Он должен быть организатором - решить, как лучше обставить компьютерный кабинет и распределить учащихся. Работа парами пока выглядит наиболее привлекательной, потому что каждый ученик работает, а в то же самое время у него есть, с кем обсудить и поделиться идеями. Некоторые учителя организуют работу бригадным способом, где каждый член отвечает за маленький кирпичик программы.

Как видите, дорогие учителя, от вас требуется быть и философами, и психологами, и информатиками, но прежде всего учителями (что могут немногие специалисты по информатике). Так что шанс все таки на вашей стороне...