ОРТА МЕКТЕПКЕ ИНФОРМАТИКАНЫ ЕНГІЗУ КЕЗЕҢДЕРІ
Бидайбеков Е.Ы., Лапчик М.П., Нұрбекова Ж.К., Сағымбаева А.Е. Жарасова Г.С., Оспанова Н.Н., Исабаева Д.Н.
Информатика жаңа оқу пәні ретінде барлық типтегі мектептерге 1985 жылдың 1 қыркүйегінде енгізіліп, ол пән «Информатика және есептеуіш техника негіздері» (ИЕТН) деп аталды. Жалпы білім беретін мектепте бұл пән жоғарғы екі сыныпта оқытылды (ол кезде бұл 9-10 сыныптар болатын).
Бұған қарамастан, информатика саласы мағлұматтарының жалпы білім беретін мектептің оқу жоспарына біртіндеп енуі айтарлықтай бұрын басталып, бұл үдеріс оқушылардың кибернетика және программалау элементтерін оқып үйрену тәжірибелерінен бастау алды. Сол кездегі кеңес білім беру тарихында мектептің білім беру жүйесінде ғана емес, сонымен қатар, қоғамда да маңызды орын аларлық ілгерілеуді сипаттайтын, бірнеше барынша нақтылы кезеңдерді атап өтуге болады. Осы ілгерілеу (дүниетанымдық, оқу-әдістемелік, ұйымдастырушылық, тағы тағылар) өткен ғасырдың 1980 жылдары ортасында информатиканың жеке оқу пәні ретінде мектепке енуі мен қалыптасуын қамтамасыз ететіндей жағдайға әкеп жеткізді. Төменде бұрынғы Кеңестік Социалистік Республикалар Одағы (КСРО) елдерінің (оның ішінде ҚР-да бар), орта мектептеріне ИЕТН пәні енуінің алғышарттарына қысқаша шолу жасалынған.
1.1 Бастама
Алғашқы электрондық есептеуіш машиналар бұрынғы КСРО-да ХХ ғасырдың 50 жылдарының басында пайда болды [16, 68]. Бұған қоса адамзат қызметінің жаңа саласы – электрондық есептеу машиналарына (ЭЕМ) программа жасау — программалау қарқынды дами бастады. Өзінің қалыптасуының бастапқы кезеңінде-ақ, тіл құралдары мен әдістерінің жетілмегендігіне қарамастан, ЭЕМ-де программалау оқушылардың оны түсініп, қабылдау мүмкіндіктеріне шек қоятындай қандай да бір түбегейлі қиыншылықтарды қамтымағандығын айта кеткен жөн, өйткені ЭЕМ үшін күрделі емес оқу программаларын құру жеткiншек жастағы оқушының шамасы келетiн, қарапайым және жалпыға бірдей ұғымдардың шектеулі ауқымына сүйенеді.
Қалай болғанымен, алғашқы ЭЕМ-дердің ғылыми-зерттеу мекемелерінде және жоғарғы оқу орындарының iрi орталықтарында пайда бола салысымен-ақ, ЭЕМ-ге қолжетімділігі мен машина уақытына иелік етудің мамандар құлшынысымен және олардың оқушылармен ізденушілік жұмыс жүргізуге деген қызығушылықтарымен дәл келіп жатқан жерлерде ЭЕМ-де программалау бастамаларын оқып үйренетін оқушылар (көбіне әртүрлі жастағы) топтары пайда бола бастады.
Қазіргі кезде осы сияқты практика ең алғаш рет қай жерде іске асырылғандығын анықтау қиын. Мысалы, бізге 50-жылдардың соңына қарай осындай тәжірибе КCРО Одағы Ғылым Академиясының болашақ академигі және мектеп информатикасының алғашқы нұсқасын жасауды ұйымдастырушы, математиктер мен программалаушылардың ең әйгілі өкілі А.П. Ершовтың қатысумен (1931-1988 жж) және ол кісінің басшылығымен Академқалашыққа тиесілі Новосібірдің бірқатар мектептерінiң есептеуіш техника базасында даму алғандығы белгілі [20]. Қысқа мерзім ішінде осындай бағыттағы жұмыстарға еліміздің ғылыми-зерттеу институттарынан және университеттерінен жаңашыл-оқымысты ғалымдары қосылды. Бұл алғашқы қадамдардың оқушыларға жүйелі программалау оқу курсының жасалуына тікелей қатысы болмаса да, олар оқушыларға программалауды оқыту идеясын түбегейлі жүзеге асыруға болатындығын көрсетті.
1.2 Математикалық бағдардағы мектептер негізінде программалауға мамандандыру
Орта мектептiң оқушыларына арналған бірінші ресми программалау курсы бойынша оқу бағдарламаларының пайда болуына 60-жылдардың басында жалпы орта білім беру негiзiнде есептеуіш – программалаушыларды алдын-ала кәсіби дайындауды іске асыратын, математикаға мамандандыратын мектептердің ашылуы себепкер болды. Сол жылдары С.И.Шварцбурдтың Мәскеу қаласының Первомайский ауданындағы № 425-ші мектептің сыныптарының бірінде 1959 жылдың қыркүйек айынан бастап жүргізген тәжірибе жұмысы кеңінен белгілі болды [72-74].
1960-61 оқу жылынан бастап программалаушылар дайындайтын мектептердің саны өсе бастады. Мәскеулік №425-ші мектеп пен басқа да есептеуіш-программалаушылар дайындайтын мектептердің тәжірибесі негізінде 1961 жылдың маусымында Ресейдiң ағарту министрлiгi математикаға мамандандыратын мектептер үшін мектеп бітіруші мамандығының сипаттамасы, оқу жоспары, математиканың жалпы курсы бойынша, сонымен қатар арнайы «Математикалық машиналар және програмалау», «Есептеуіш математика» (бұл пән алғашқыда «Жуық есептеулер» деп аталды) оқу пәндері бойынша бағдарламалар сияқты құжаттамалардың бірінші нұсқасын бекітті.
Осындай құжаттамалар сол кездерде біздің елімізде де сәйкес қарастырылып, бекітілді. Қазақстанда Республикалық физика-математика мектеп-интернаты мен әл-Фараби атындағы Қазақ мемлекеттік университетінің базасында есептеуші-программалаушы қосымша мамандыққа даярлау бағытында орасан зор жұмыстар жүргізілді.
1976-1984 жылдары Қазақстан Республикасы Ұлттық Ғылым Академиясының академигі А.Т. Лукьяновтың жетекшілігімен С.М.Киров атындағы Қазақ Мемлекеттік университетінің мамандандары мектеп оқушыларын программалау мен ЭЕМ-де жұмыс істеуге үйрету жұмыстарын жүргізді [99, 100]. Бұл жұмыстардың бір ерекшілігі модельдеуге, математикалық модельдеуге көңіл бөлінуінде екендігін атап өткен жөн. Осыған ұқсас жұмыстар Ядролық ғылыми зерттеу институтында, тағы басқа жерлерде де жүргізілді.
Программалау саласындағы мамандықтары бар мектептер қатарының дамуы оқушыларға программалауды оқыту мәселелеріне арналған көптеген мақалалар мен әдістемелік зерттеулердің, құралдардың шығуына үлкен ықпал жасап, барынша маңызды оң рөл атқарды. Мысалға, 1960 жылдардың басынан шыға бастаған «Математика в школе» журналы үшін оғаштау программалауды оқыту бойынша материалдарды (С. И. Шварцбурд [72, 74]), сонымен қатар, математикаға мамандандырылған мектептер үшін арнайы материалдарды (мысалы, 1965—1970 жылдары шыққан «Проблемы математической школы» атты тамаша сериясының алғашқы мақалалары жинағын [59] атап өтсе де жеткілікті) айтуға болады.
Осы жылдары математикаға мамандандыратын мектептер үшін дайындалған А.Л.Брудноның [15,69] мазмұнды белгілеулердегі программалау жүйесіне негізделген оқу құралы кеңінен танымал болды. Жоғары әдістемелік деңгейде жазылған бұл кітаптар программалау бойынша факультативтік курстардың қалыптасуына да елеулі рөл атқарды.
1980 жылдардың басында Қазақстан мектептерінде программалау тілдері бойынша арнайы курстар жүргізілді, ал Алматы қаласындағы Республикалық физика-математика мектеп-интернатында 8-10 сынып оқушыларына программалау тілі ретінде ФОРТРАН тілі оқытылып, мектеп бітіргенде оқушыларға бірінші разрядтағы есептеуші-программалаушы куәліктері берілді.
1.3 Оқушыларға кибернетика элементтерін оқытудың бастапқы тәжірибелері
Мектеп информатикасының мазмұндық-әдiстемелiк желілерінің ішінде келешегі зор екендігі тәжірибелер негізінде анықтала отырып, оқушыларға кибернетика элементтерін оқыту 1960 жылдардың басынан бастап дами бастады. Бұл зерттеу бағытының көш басында 1961 жылдан бастап орта мектепке арнайы жасалған кибернетиканың жалпы негіздері курсын тәжiрибе ретiнде оқытуды қолға алып, кибернетика негіздерін жалпы білім берудің базалық (мiндеттi) құрылымы ретінде орта мектептің оқу жоспарына енгізудің қажеттілігін табандылықпен дәлелдеген В.С.Леднев болды.
Кейіннен бұл жаңа ғылыми-әдістемелік зерттеу бағытына В.С.Ледневтің [51, 54] шәкірті А.А.Кузнецов белсене араласты. Қолға алынған зерттеулер кең көлемде, мектепте жалпы білім беруге көзделе жүргізіліп, жалпы орта білім берудегі бірқатар маңызды ортақ мәселелердi, атап айтқанда, жалпы орта білім беру мазмұнындағы кибернетиканың алатын орнын, орта мектеп оқушыларының білім алуында оның маңыздылығын, оны мектепте оқыту жолдары, кибернетика курсын оқыту әдістемесі мен мазмұнын қамтығандығын атап өткен жөн [53]. Осыдан ширек ғасыр бұрын В.С.Леднев пен А.А.Кузнецов жалпы орта білім үшін кибернетика негіздерінің жалпы білім беру және политехникалық мәні туралы бұлтартпас қорытындылар жасауға мүмкіндік беретін дәйектерді тұжырымдады. Солардың ішінен кейбіреулерін ғана келтірейік: «Кибернетика табиғаты әртүрлі жүйелерге тән ақпараттық байланыстар туралы түсінікті, барлық мақсатқа сай әрекет ететін жүйелердiң басқару ұйымдары құрылымының ортақтығын енгізе отырып әлемнiң бірлігі туралы түсініктердің қалыптасуына мүмкіндік туғызады. Оқу пәндері, оның ішінде, кибернетика арқылы да әр тұрғыдан оқылып, зерттелетін құбылыстар мен үдерістер түсіндірмесі оқушылардың әлем туралы терең, жан-жақты, шынайы ғылыми түсініктердi қабылдауына әкеп тірейді».
Кибернетиканы оқып үйрену негізгі дүниетанымдық идеяларды барынша жүйелі түрде баяндауға мүмкіндіктер жасап, орта мектептегi оқуды қоршаған ортаны диалектикалық-материалистік тұрғыдан түсінуге әсер ететiн маңызды тұжырымдар мен жалпылаулармен аяқтауға мүмкiндiк туғызады. Кибернетика адамзат танымының ауқымын кеңейтіп, бұрын ғылым мүлде ене алмаған салаларға енеді, ал бұл, сонымен бірге, адамзат танымы шектеулi деген алуан түрлі агностикалық көзқарастарды жоққа шығаратындықтан, үлкен дүниетанымдық мағынаға ие болады.
Оқушыларды кәсіби білім алуға дайындауда кибернетиканың орны, ең алдымен, кәсіби мектепте жүзеге асырылатын бiрқатар практикалық ғылымдарды оқыту кибернетиканың негіздерiн оқып үйренуге тура не жанама түрде негізделгендігімен анықталады. Жалпы орта білім кез-келген бағыттағы кәсіби білім алудың негізі болатындықтан, кибернетиканы оқып үйрену қазіргі уақытта орта мектеп оқушыларын кәсіби білім алуға дайындауға және оларда жалпы еңбектегі біліктілік пен дағдылардың қалыптасуына қажет болып табылады» [53].
Ұзақ мерзiм жүргiзiлген теориялық–тәжiрибелiк жұмыстардың негізінде бір мәндi қорытынды жасалды: «… кибернетиканы оқып үйрену жалпы орта білім берудің мазмұнына жеке пән ретінде енуі керек» [53]. Бірақ та, зерттеушілердің сол кездегi барынша қол жеткізгені – бұл 1970 жылдардың ортасында жалпы көлемі 140 сағат болатын «Кибернетика негіздері» курсын жалпы білім беретін орта мектептің факультативтік курстарының қатарына енуі (9-10 сыныптарда 70 сағаттан) [54]. Ұсынылған оқу материалының мазмұны туралы түсінік алу үшін төменде факультативтің негізгі бөлімдері келтірілген.
Кіріспе
1. Алғашқы түсiнiктер 6 сағат
2. Кибернетика нені оқытады 2 сағат
3. Модель 6 cағат
4. Кибернетикалық жүйеде ақпараттың
өрнектелуі (берiлуi) 6 сағат
Түрлендiру және информатика түрлендiрушiлері
1. Алгоритм және ақпаратты түрлендiру 12 сағат
2. Ақпаратты логикалық түрлендiрушiлер 24 сағат
3. Шектеулі автоматтар 14 сағат
4. Цифрлық есептеу машиналары (ЦЕМ) 18 сағат
5. ЦЕМ үшін программалау 14 сағат
Сигнал және ақпарат
1. Ықтималдықтар теориясының элементтері 8 сағат
2. Энтропия және ақпарат 8 сағат
3. Кодтау және хабарлардың берілуі 8 сағат
Басқару жүйесін құру принциптері 12 сағат
Қорытынды 2 сағат
Осы зерттеуде айқын келтіріліп қарастырылған басқару, автоматтандыру, сонымен қатар ақпаратты сақтау, тарату, түрлендiру мен пайдалану сияқты кибернетикалық категориялар мен ұғымдар кейіннен алгоритмдеу мен программалау негіздерiмен қатар мектеп информатикасы курсының негiзгi компоненттерінің қатарына енгендіктен, атап айтқанда, осы теориялық тұрғыда негізделген, тәжірибелік жұмыс үдерісінде әдістемелік тұрғыдан сынақтан өткен кибернетиканың жалпы білім беру курсының негіздері (қазіргі атымен атағанда – информатиканың) қазіргі мектеп информатика курсының іргелі компоненттерін қалыптастырудың алғы шарттарын жасады деп есептеуге болады.
Математикалық логиканы оқитын оқушылардың оқу бағдарламасына кибернетика элементтерін енгізу бойынша тәжірибе жұмыстары біршама басқа тұрғыда – 1960 жылдардың басында, «факультативке» дейінгі кезеңде Ялта қаласының мектебінде және оқушылардың «Ізденуші» Кіші Ғылым Академиясының базасында В.Н. Касаткиннің басшылығымен жүзеге асырылды [31]. Мұғалімдер мен оқушыларға арналған жаңа оқу әдебиетінің шығуына және кең таралуына мүмкіндік туғызған бұл бастамалар [33, 34] сәйкес факультативтік курстардың енуіне ғана емес, сонымен бірге, жалпы орта білім берудің мазмұнына кибернетика элементтерін енгізу идеясын белсенді түрде қолдауға да негіз болды.
1.4 Арнайы факультативтік курстарды енгізу
Жалпы білім беретін білімді тереңдету және оқушылардың жан-жақты қызығушылығы мен қабілеттіліктерін дамыту мақсатында орта мектептерге факультативтік сабақтар (1966 ж.) – оқу жұмысының жаңа түрі ретінде енгізілгеннен кейін математика мен оның қосымшалары бойынша факультативтік курстарды ұйымдастыру жұмыстары басталды. Олардың қатарында қандай да бір дәрежеде ЭЕМ-дi қолдану ұйғарылған үш факультативтік курс болды: «Программалау», «Есептеуіш математика», «Векторлық кеңістік және сызықтық программалау». Осы факультативтік курстардың, әсiресе, соның ішінде «Программалау» курсының енгізілуі орта мектепке программалау элементтерінің ілгерілмелі түрде енуінің ұзақ та, бірқилы кезеңінiң басталуына түрткi болды. Бұл үдерістің математикалық мамандандырылуы бар мектепке қарағанда өзгешілігі — программалау бойынша факультативтік сабақтардың, көбінесе, «машинасыз» оқыту жағдайларында өткізілуінде, айта кету керек, бұл алгоритмдеу мен программалаудың жалпы білім берудегі мәнін ашуға негізделген, тіпті, әдістемелік тұрғыдан, өзіндік ерекшелігі бар тәсілдерді іздеуге жиі алып келдi.
Ақырында, сол жылдардағы математикалық орта білім берудi қайта құруды жүзеге асыруға сәйкес факультативтік сабақтарды жүйеге келтіруге байланысты, мектепке ұсынылған факультативтік курстардың қатарына «Есептеу жүйесі және ЭЕМ-нің арифметикалық құрылымы» (7-сынып), «Алгоритмдер және программалау» (8-сынып), «Кибернетика негіздері» (9-10 сыныптар), «Программалау тілдері» (10-сынып) сияқты жаңа таңдаулы тақырыптар енгiзiлдi.
Сол кездегі арнайы факультативтік курстар шеңберінде ЭЕМ-ге программалау мен кибернетика элементтерін оқытудың мазмұны мен әдістерiн жасауға байланысты негізгі әдістемелік мәселелер И.Н.Антиповтың 4,5, В.М.Монаховтың 57,58, В.С.Леднев пен А.А.Кузнецовтың 39, 38, 37, 51, 53, 54, В.Н.Касаткиннің, М.П.Лапчиктiң 40-42, Е.Ы.Бидайбековтың 87-96 және тағы басқа ғалымдардың еңбектерiнде, сондай-ақ көптеген басқа әдістемелік жасалымдарда өз шешімін тапты.
Шынын айту керек, ЭЕМ үшiн программалауды және кибернетика элементтерін оқытуға арналған арнайы факультативтік курстар кең көлемде тарала алмады. Бұл басты екі нәрсеге – мұғалімдердің курсты өткізуге дайын еместігіне және материалдық базаның жеткіліксіздігіне байланысты болды. Сонымен бірге, сол кездегі КСРО-ның ЭЕМ-ді шығару саласында артта қала бастауынан туындаған программалау бойынша әдебиеттерді идеялық тұрғыдан қайта жарақтандырудың ұзаққа созылуы да әсерін тигізді. Осының салдарынан, 70 жылдардың ортасында мектептерге программалаудың ескірген тәсілдері негізінде құрылған оқу құралдары ұсынылды. Не дегенмен, табанды насихатталынып, көп жағдайда, оның ішінде, машинасыз оқыту жағдайында да практик мұғалімдердің тек ынта-ықыласының арқасында сақталынып қалған программалау бойынша арнайы факультативтік курстар, қалай болғанымен, мұғалімдер арасында жаңа қызықты және практикалық мәнi бар сала – ЭЕМ үшiн программалау туралы түсініктің таралуына мүмкіндік туғызды.
Осындай жолмен жиналған тәжірибелер, әсіресе, есептеу техникасымен жабдықталған ғылыми-өндірістік кәсіпорындар мен мектептер арасындағы байланыстардың дамуы оқу-өндірістік комбинаттары базасындағы мектептік білім беру саласына программалау мен есептеу техниканы ендірудің жаңа арнасының дамуына жол ашты.
1.5 Оқу өндiрiстiк комбинаттары базасында мамандандыру мәселелері
1970 жылдардың басында сол кездегі мектепаралық оқу-өндірістік комбинаттар (ОӨК) жүйесінiң даму шеңберінде оқушыларды әртүрлi бағыттағы кең таралған жұмысшы кәсіптерге дайындаумен қатар, жоғарғы сынып оқушыларын есептеуіш техника саласына кәсіби дайындау бойынша мамандандыру пайда бола бастады. Осыған сәйкес тәжiрибелiк-эксперимент 1971 жылы Мәскеу қаласының Первомай ауданындағы оқу-өндірістік комбинатында басталды.
Ғылыми-әдістемелік басқару қызметі КСРО-ның педагогикалық ғылымдар Академиясындағы оқытудың мазмұны мен әдiстерiн зерттейтiн ҒЗИ-дiң С.И.Шварцбурд басқаратын қолданбалы математика зертханасына жүктелiп [10], Кешенді автоматтандыру орталық ғылыми-зерттеу институтының есептеу орталығы базалық кәсіпорын болып белгіленді.
Кейінiрек, 1972 жылы Мәскеуде кең танымал болған №1 Октябрь оқу-өндірістік комбинаты құрылды. 1984 жылға дейін Октябрь ОӨК-ның базалық кәсіпорны – КСРО-ның электрондық басқару машиналары институты болса, 1984 жылдан бастап КСРО-ның Ғылым Академиясының жаңадан ұйымдастырылған информатика проблемалары институты болды [14].
Сол кезде есептеу техникасы мен программалау бойынша мамандандыру еліміздің барлық қалалық, аудандық ОӨК-тарда ашыла бастады. Қысқа мерзім ішінде, көптеген, Ленинградтың, Свердловскінің, Новосібірдің және де басқа да қалалардың ОӨК-терінің оң тәжірибелі жұмыстары белгілі болды. Қамқорға алушы қуатты кәсіпорындардан қолдау көретін ОӨК-тердегі сәйкес мамандандырулардың программалау бойынша факультативтерден айырмашылығы, әдетте, басынан бастап олар түбегейлі оқу-материалдық базамен және дайын кадрлармен қамтамасыз етілді. Осының салдарынан олар мектепке жаңа информатика және есептеу техникасы негiздерi курсын енгізудің алғашқы кезеңінде оның практикалық бөлігін қолдайтын мектепаралық орталықтарға айналды.
ОӨК-ы базасында оқушыларды есептеу техникасын оқып-үйрену мен қолдануға байланысты мамандықтар бойынша бірқатар еңбекке даярлау бағытында ЭЕМ операторы, ЭЕМ үшін қажетті мәліметтерді дайындайтын құралдары операторы, ЭЕМ-нің сыртқы құрылғыларын жөндейтiн электромеханик, электрондық аппараттарды ретке келтіруші, программалаушы-лаборант, есептеу жұмыстарының операторы сияқты мамандықтар ашыла бастады.
Көпшілік қолданатын (дербес компьютерлер, шағын ЭЕМ-дер базасындағы көптерминалды кешендер, сұхбаттық есептеу кешендері және т.б.) ЭЕМ-дердің таралуына байланысты ОӨК-де «компьютерлiк» мамандықтарды дайындаудың түрлері мен мазмұнын қайта қарап, анықтауды және көпшілік қолданылатын ЭЕМ-нің функционалдық мүмкіншіліктеріне (қолданбалы программалардың дамыған пакеттерімен жабдықталғандығына, заманауи программалау жүйелерінің басым қолданылатындығына сәйкестендіруді талап етеді.
1990 жылдардың басында мемлекеттің экономикалық жүйесін қайта құру барысында, жұмыссыздыққа және өз уақытында ОӨК-ның материалдық базасын құрып, қолдау көрсеткен ғылыми-өндірістік кәсіпорындардың құлауы кезеңінде ОӨК орта мектептің білім беру қызметінің бір түрі ретінде түгелге дерлік жоқ болып кетті. Тек олардың салыстырмалы аз ғана бөлiгi қандайда бір өз материалдық базасын және педагог мамандарды сақтап қалғандары ғана мектеп аралық негізде мектеп информатика курсын қолдауды жалғастырып келеді.
1.6 Программалауды оқытудың жалпы білім беру тұрғысынан дамуы. Оқушылардың алгоритмдік мәдениеті
Математикалық бағыттағы мектептерде программалауды оқыту, оқу өндiрiстiк комбинаттардағы сияқты, көбінесе, арнайы, кәсіби бағытталған мүдделерді көздеді. Бірақ, сол кезде адамзат қызметінің жаңа саласы ретінде ЭЕМ мен программалаудың жаппай орта мектептiң оқыту мазмұнына жалпы білім беру ықпалын зерттеу табандылықпен жүргізілді. О бастан-ақ, программалау саласынан алынған идеялар мен әдістердiң жалпы бiлiм берерлік күшінің жалпы мектепте білім беру мазмұнының жаңа іргелі компоненттерiн дамытатындай аса үлкен әлеуеті бар екендігі түсінікті болған болатын. Практикалық программалаудың жалпы білім берудегі құндылығының ашылуына сол кезде (XX ғасырдың 60-70 жылдары) өтіп жатқан адам мен ЭЕМ қатынасының табиғи түрлерінің дамуына бағытталған оның сырт әлпетінің тез өзгеруі де себепші болды. Программалаудың жалпы білім берудегі құндылығы мен ЭЕМ-дi қолданып есеп шығарудың жаңа әдіс-тәсілдерінен жалпы білім беруге не енуі тиіс және ол мектепте оқытудың әдістемесi мен мазмұнына қалай әсер етеді? – міне, дербес компьютерлер мен мектеп информатикасының пайда болуы кезеңінiң алдына дейін ғалым–педагогтардың белсенді түрде қызығушылығын тудырған осы сұрақтар болды.
ЭЕМ-ге программалаудың негізінде берiлген тiлдiң құралдарымен алгоритмдi құрастырып, сипаттау үдерісі ретінде кең көлемде қарастырылатын алгоритмдеу түсiнiгі жатыр. Бірақта, алгоритмдеу формальды орындаушы (автомат) мен адамның қатынасы сүйенетін әдіс ретінде ЭЕМ-ге программа құруға ғана байланысты емес. Модельдеу сияқты алгоритмдеу де кибернетиканың жалпы әдісі.
Түрлі жүйелердегі басқару үдерістері белгілі бір алгоритмнің жүзеге асырылуына келтіріледі. Алгоритмдерді құрумен ең қарапайым автоматты құрылғылардың жасалуы да, күрделi өндірістік үдерістерді басқарудың автоматтандырылған жүйесін жасап шығу да байланысты. Алгоритмдеудің іргелі негіздері, бүтіндей, заманауи математиканың теориялық саласында – алгоритмдер теориясында жатыр, бірақ алгоритмдеу, кең практикалық мағынада, алгоритмдер туралы ұтымды ойлаудың ерекше өзіне тән дағдыларына негізделген белгілі бір практикалық тәсiлдердiң жиынтығы ретінде түсініледі.
Оқушылардың санасында алгоритмдік үдерістер мен оларды сипаттаудың тәсiлдерi туралы түсiнiктер информатика мен есептеу техникасының пайда болуына дейін мектеп пәндерін оқу барысында (айқын емес болса да) қалыптасқандығы бiзге жақсы белгiлi. Ол кезде мектеп пәндерінің арасында негізгі басты рөлді операциялық және алгоритмдік амал-әрекеттер оның оқу қызметінің маңызды элементтері болғандықтан математика атқарды. Шынында да, математикалық алгоритмдерді тұжырымдап, жазу, тексеру, сонымен бірге оларды дәл орындау біліктіліктері, “алгоритм” терминінің өзі мектептің оқу бағдарламасында қолданылмаса да, әрқашан да оқушылардың математикалық мәдениетінің маңызды құрамды бөлігі болды. ЭЕМ мен программалаудың тарап, дамуы нәтижесінде математикалық мәдениеттің бұл бөлiгi өзіндік мәнге ие бола бастады, тек оны алгоритмдеудің жалпы маңызды құрамды бөліктерімен толықтыру қажет болды. Осылайша құрылған өзіндік ерекшілігі бар, әр қазіргі заман адамының жалпы мәдениетінің жаңа элементін анықтайтын және сол себептен де мектеп жалпы білім беру мазмұнына қосуға болатын ұғымдар, іскерліктер мен дағдылар жиынтығы – «оқушылардың алгоритмдік мәдениеті» деген атау алды (М.П. Лапчик [43, 44, 46, 48]).
Алгоритмдеудің жалпы білім берерлік негiзiн талдау нәтижесiнде құрастырылған алгоритмдік мәдениеттің құрамды бөліктерінің тізбесі мен сипаттамасын қарастырайық.
1. Алгоритм ұғымы және оның қасиеті. Алгоритм ұғымы – алгоритмдеудің негізгі ұғымы және тиісінше, алгоритмдік мәдениеттің құрамды бөлігі болып табылады. Алгоритмдеуді оқу барысында осы ұғымның қатаң математикалық егжей-тегжейлі анықтамасын пайдаланудың қажеті (иә, мүмкіндік те) жоқ, тек оны интуициялық көрнекілік деңгейде түсіндіру жеткілікті. Баяндау барысында алгоритмнің түсiнiктiлiгі, жалпыға бiрдейлiгi, анықталғандығы мен нәтижелілігi сияқты мазмұнды қасиеттері маңызды мағынаға ие болады.
2. Алгоритмдерді сипаттау тілі ұғымы. Алгоритмді сипаттау мәселесi әрқашанда сипаттауды іске асыратын бір тілдің болуын талап етеді. Осы себептен де алгоритм ұғымы алгоритмді өрнектеу (беру) құралы ретіндегі тіл ұғымымен тығыз байланыста болады. Тілді таңдау әр жағдайда алгоритмнің қолдану саласымен, яғни, нақты айтқанда, орындаушы қызметiн атқаратын обьектінің (адамның, автоматтың, компьютердiң) қасиеттерімен анықталады. Сол немесе басқа орындаушымен қарым-қатынас кезінде тіл мүмкiндіктерінің шекарасынан мұқият шықпау талаптарын орындау кейбір жағынан алгоритмдеудің бастапқы негізі болып табылады. Осы жағдайды түсіну және пайдаланылатын тілдік құралдардың мүмкіншіліктерін сипаттаманың әрбiр нақты бағытында дәл сақтау алгоритмдік мәдениеттің маңызды құрамды бөлігін құрайды.
3. Сипаттау формализмінің деңгейі. Сипаттау формализмінің деңгейі ұғымы тіл ұғымымен тығыз байланысты. Егер сиипаттама автоматқа құрылған болса, онда пайдаланылатын тіл қатаң шектеулерге бағынады, олар, әдетте, тілдің синтаксисін құрайтын формальды ережелер жүйесіне келтірілген болуы мүмкін. Осындай жағдайларда тілдің өзі формальданған тілге келтірілді дейді. Бірақ практикада, алгоритмдерді құру үдерісінде, әсiресе, алдын ала сипаттауларды құру кезiнде қатаң шектелген болуы міндетті емес тілдік құралдарды пайдалануға болады. Оның үстіне, осындай жағдай тек алдын-ала құру үдерісінде ғана емес болуы мүмкін. Егер, мысалға, алгоритм адамға арналған болса, онда алгоритмдеудің соңғы нұсқасы формальды емес, “екі ұшты” келтірілуі мүмкін.
Практикада қолданылатын алгоритмдердің көбісі осы формальды емес нұсқада “жұмыс істейді”. Тек алгоритм орындаушыға түсінікті болуы керек, яғни ол оның мүмкіншіліктері шегінен шығатын сипаттау құралдарын пайдаланбауы керек.
Сонымен, алгоритмдердi келтірудің практикада қолданылатын формальдау деңгейлері мейлiнше кең диапозонда: формальдаудың мүлдем жоқ болу деңгейінен “сондай немесе басқа мөлшерде” формальдау деңгейіне дейін және соңында “абсолютті” формальдау деңгейіне дейін өзгеруі мүмкін. Орындаушыға алгоритмнiң түсiнiктiлiгi факторын ескере отырып формальдау деңгейі әртүрлi тілдермен жұмыс істей білу де алгоритмдік мәдениеттің маңызды құрамды бөлігі болып табылады.
4. Сипаттаудың дискреттілік (қадамдық) принципі. Алгоритмдi құру қажеттi нәтижеге алып келетін, мүмкiн болатын қарапайым, жай әрекеттердiң дәл мақсатқа бағытталған тізбегін бөліп көрсетудi талап етедi. Осы әрекеттердің ұйымдасқан жиынтығы алгоритмді түсiнiктi және нақтылы ететін алгоритмдi сипаттаудың белгілі бір дискреттi құрылымын құрайды. Әр түрлі тілдерде алгоритмнің осындай жеке кезеңдері түрлі құралдармен келтіріледі. Алгоритмнің сөзбен келтірілуінде (табиғи тілде) – бұл жеке сөйлемдер, нұсқаулар, пункттер, схемалар тілінде – бұл жеке блоктар, ЭЕМ-нiң объектілер тiлінде — бұл жеке жарлықтар, жоғарғы деңгейдегі алгоритмдiк тілде – операторлар.
5. Блоктар принципі. Алгоритмді құру үшiн қолданылатын тілдердің мүмкіндіктері сипаттауларды (алгоритмдiк жазбаларды) тәптіштеудің қандай да бір дәрежесін таңдап алуды қажет етеді. Бірақ бұл жағдай қажетті алгоритмді құру үдерісінде оның алғашқы схемасын сипаттау үшiн сол алгоритм адрестелген орындаушының мүмкіндігімен салыстырғанда iс-әрекет бірлігі мейлiнше ірілеу болатын тiлдi пайдалануға кедергі болмайды. Шын мәнінде, берілген жағдайда күрделі есепті қарапайым есептерге жекелеп бөле білу икемдігі туралы сөз болып отыр. Осындай жолды, әрқашан, есеп барынша күрделі болған жағдайда, оның шешу алгоритмін қажеттi тiлде тез жазу үшiн таңдауға тура келеді. Бұл жағдайда есеп әрқайсысына өзінше мән берілетін ақпаратты тұйық бөліктерге (блоктарға) бөлiнеді де, есептiң бөліктерін байланыстыратын алғашқы схеманы құрып болғаннан кейін жеке блоктарды тәптіштеу жұмыстары жүргiзiледi. Осы блоктардың әрқайсысы осы дәл қазір сипатталған принцип бойынша тәптіштелуі керек.
Блоктар принципі, шын мәнінде, жалпы ойлау тәсiлi бола тұра, үлкен жалпы білімдiк және тәрбиелік мәнге ие. Осы принцип схемасына әр түрлі саладағы зерттеу үдерістері өте жиі келтіріледі.
Сыртқы байланыстарды анықтап, зерттеуші таныс емес облысты жеке дербес бөліктерге бөлуге тырысады, содан кейін барып әр блоктың ішіне кіредi. Немесе керісінше: жалпы байланыстар схемасына шолу жасау мақсатында, алдымен, жеке элементтер дербес блоктарға топталады, содан кейін олар бір-бірімен байланыстырылады. Блоктар принципі, программалау саласынан алынған тәсiлдердің жалпы білім беру күші қаншалықты бола алатындығын айқын көрсетеді.
Блоктардан аяғына дейін алгоритм құруда ымырасыз әртүрлі екі тәсіл болуы мүмкін:
а блоктың тәптіштелген сипаты алгоритмнің сәйкес жеріне орналасады, ал блок өзінің алгоритмді іздеудiң жалпы тәсілі рөлін тамамдап, оған “сіңіп” кеткендей болады.
ә блоктар мазмұны алгоритмге кірмейді, ал оның сәйкес орындарында жеке орналасқан блоктарға сілтемелер орналасады; басты алгоритм мен оның жеке блоктары (көмекші алгоритмдер) жиынтығы қорытынды алгоритм болып саналады.
6. Тармақталу принципі. Алгоритмді сипаттауға қолданылатын тiлдердiң алгоритмдік толықтығы талабы алгоритмдiк жазбаларда логикалық жағдайларды, яғни бастапқы берiлген шарттарға байланысты шешiм қабылдауды талап ететін жағдайларды жүзеге асыру мүмкiндiгiн беретiн құралдардың болуын қамсыздандыруы керек. Осындай алгоритмдерді ұйымдастыру тілдің логикалық (тармақталушы) құралдарын икемді қолдана білудi талап етеді. Мұнда төмендегілерді:
а) сипаттама бастапқы берілгендердің барлық мүмкін нұсқаларын алдын ала ескеруі керектігін және олардың әр комбинациясы үшiн нәтижелі болуы қажеттігін;
б) бастапқы берілгендердің нақты мәндері үшін алгоритмнiң орындалуы нақты шарттармен анықталатын жолдардың тек бiреуi бойынша ғана жүзеге асырылатындығын жете түсіну алгоритмдік сауаттылықтың маңызды құрамды бөлігі болып табылады.
7. Циклдiк принцип. Алгоритмдік сипаттамалардың тиімділігі, көп жағдайда, енетiн шамалардың әртүрлі мәндері үшiн сипаттамалардың белгілі бiр үзiндiлерін бірнеше рет пайдалану мүмкіндігімен анықталады. Сипаттамаларды құру тура осындай тәсілге, осы сипаттамаларда қарастырылған әрекеттер ауқымының өсуінен ұзармайтын сипаттамалар құруға негізделген. Сипаттаманың бiр үзiндiсін қайталап жүргізуге оралу тілдің логикалық құралдарын қолдану арқылы ұйымдастырыла алады, бірақ тілдің циклдік алгоритмдерді ұйымдастыратын арнайы құралдары да болуы мүмкін (мысалы, жоғары деңгейлі тілдердегі цикл операторлары). Қай жағдай болмасын, алгоритмдік мәдениеттің маңызды құрамды бөлігi мұнда циклдік үдерістің жалпы жұмыс істеу схемасын түсіну, әсiресе, алгоритмді құру барысында циклдің қайталанатын (жұмысшы) бөлігін ажырата білу біліктілігі болып табылады.
8. Алгоритмді орындау (негіздеу). Алгоритмдеу үдерісінде ұдайы қолданылатын алгоритмдi сипаттау үшiн құрылған үзiндiлерді жоспарланған нәтижелерден басқаша, қандай да бір мезетте автордың өзі не орындаушы қалай жасағысы келсе, солай емес, олар қалай сипатталса солай қабылдап, орындау біліктілігі алгоритмдік сауаттылықтың маңызды компоненті болып табылады. Басқа сөзбен айтқанда, автордың ойлағаны мен нақты жазылған нәрсе неге келтіретіндігін айқын салыстыра (бөле де) білудің дамыған біліктілігі талап етiледі. Алгоритмдеудің осы құрамды бөлігі алгоритмнiң авторын ұдайы суыққанды және тақуа орындаушы болуға мәжбүр етеді және, шын мәнінде, алгоритмнің дұрыстығына бақылау жасап, алгоритмді негiздеу бойынша алгоритмдік сипаттама жасау үдерісіндегі жалғыз жұмыс iстейтін (оны шын орындаушыға бергенге дейін) құрал болып табылады.
9. Мәліметтерді ұйымдастыру. Алгоритм үшiн бастапқы материал өңдеуге жататын ақпарат немесе бастапқы берілгендер болып табылады. Алгоритмді құрушы өңдеуді қандай ретпен жүргізуді ғана емес, сонымен қатар, алгоритмнің орындалуында алынған соңғы және аралық нәтижелерді қай жерге, қалай тиянақтап алуды ойлауы керек.
Жоғарыда көрсетілген алгоритмдік мәдениеттің құрамды бөліктерін меңгеру алгоритмдер құру – алгоритмдеу, демек, ЭЕМ үшін программалау дағдыларын қалыптастырудың негізiн қалайды. Дегенмен, алгоритмдік мәдениетті құрайтын құрамды бөліктердің ерекшелігі олардың тек оқушының ЭЕМ-мен қарым-қатынасына ғана бағытталғандығынан ғана емес, жалпы айтқанда, программалаудан тәуелсіз кең мағынасы бар екендігінен тұрады. Басқа сөзбен айтқанда, оқушының алгоритмдік мәдениеті жалпы «программалауға дейінгі» түсініктер, біліктілiктер мен дағдылардың жиынтығы ретiнде оқушының алғашқы бір сауаттылық деңгейiн қамтамасыз етеді. Бұл тек «оқушы-компьютер» жүйесінде ғана емес, сонымен бірге формальды емес «оқушы-мұғалім», «оқушы-оқушы» т.с.с. машинасыз жүйелерде де жемісті жұмыс істеуді қамтамасыз етеді, яғни, жеке алғанда, «компьютерлік» жағдайдан тыс оқу пәндері шеңберінде оқушылардың іс-әрекетіне қызмет жасайтын операциялық толықтыру жасайды деуге болады.
ИЕТН пәнін мектепке енгізуге байланысты академик Е.П. Велихов атап өткендей, «информатика – компьютерлерді пайдалануға келтірілмейтін, көшеде жолаушыға жол бағытын түсiндiре алу икемділігі сияқты жалпы адамзат мәдениетінің бір бөлігі болып табылады» [11].
Орта мектептің программалау курсына жалпы білім беру материалы айқындауға бағытталған зерттеулер ақыр соңында мектептiң оқу жоспарына ары қарай жаппай ендiру мақсатында программалау курсынан жалпы білім беретiн пәндi (бөлімді) қалыптастырудың педагогикалық мәселесіне әкеп тіреді. Осындай әрекет 1970 жылдардың ортасында ең алғаш рет жүзеге асырылды: 8-сыныптың алгебра курсында «Есептеу және алгоритмдер» тақырыбы бойынша әңгімелесуге арналған материал, ал кейінірек 11-сағаттық «Алгоритмдер және программалау элементтері» бөлiмi пайда болды [2].
Мектептiң бiлiм берудiң жүйелі мазмұнына ЭЕМ-ге арналған программалау туралы мәліметтердің кенеттен «бұзып өтуінің» мәнін бағалау қиын, бұған қарамастан бұл әрекет бүтіндей алғанда сәтсіз болып шықты және бұл жаңа бөлiм көп кешікпей алгебра оқулығынан алынып тасталынды. Себебi сол уақытқа дейiн жасалынған алгоритмдеуді көрнекі оқытуға арналған аз да болса оқу-әдістемелік құралдарды ендiрудiң орнына оқулыққа Алгол-60 тілінің формальді ағылшын тіліндегі нұсқасы енгізілді, ал бұл өз кезегiнде дайындықсыз математика мұғалімдерін естен тандырды. Нәтижесінде оқушыларға алгоритмдік мәдениеттің құрамды бөліктерін қалыптастыру үшiн оқу машинасы (гипотетикалық) және алгоритмдеу тілдерін пайдалану идеяларының дамуы жандандырылды (И. Н. Антипов [6, 3], М.П. Лапчик [46] және т.б.). Мерзімді әдiстемелiк басылымдарда мектепке кибернетика элементтерін, ЭЕМ мен программалауды оқытуға арналған жалпы білім беретін курстарды табанды түрде енгізу керектігі жайында мәселе қойылып, оны талқылауға әдіскерлермен бірге атақты математиктер де [7, 8, 12, 30, 32, 36, 56 және т.б.] қатысты. Сол кезде алгоритмдеудiң мазмұндық-әдiстемелiк аспектілерiнiң дәстүрлі мектеп пәндеріне пәнаралық ықпалы, ең алдымен, математикаға тіл арқылы, мазмұнының алгоритмдік бағыттылығы, білімнің қолданбалы жағына назардың күшеюі және т.с.с [9, 46, 56, 59, 75] арқылы ықпалы зерттелді. Осы жұмыстардың болашақтағы маңыздылығы — олардың программалау идеялары мен әдістерінiң оқыту мазмұны мен үдерісіне терең ықпал етуі қырларын қарастырғандығында. Олардың кемшiлiктері он жыл өткеннен кейін мектептерді батыл түрде компьютерлендiру етек алғанда толығымен біліне бастады.