Информатика как наука и учебный предмет в школе

Филатов Иван Александрович

Информатика понимается как закономерный результат исторического развития информационной сферы общества. Технологии обработки информации существуют уже не одно столетие и своей эволюции прошли несколько этапов, обусловленных развитием научно-технического прогресса.

Первый этап связан с изобретением письменности, что дало возможность передавать знания от поколения к поколениям.

Второй этап начался в середине XVI века, когда было изобретено книгопечатание, радикально изменившее культуру.

Третий этап (конец XIX в.) обусловлен изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, телесвязь, позволяющие оперативно передавать информацию в любом объёме.

Четвёртый этап (70 е гг. ХХ в.) – изобретение микропроцессорной техники, разработка персонального компьютера.

Каждый раз информационные технологии радикально меняли глубину и объём знания, уровень культуры. В тоже время, первые три этапа изменяли лишь способы фиксации, тиражирования и распространения информации.

На современном этапе происходит технологизация интеллектуальной деятельности. Информационные технологии, основанные на компьютерной технике, способны осуществлять интеллектуальные процедуры: автоматизированное проектирование, компьютерное моделирование, ведение финансово-экономической деятельности, многоязычный перевод, различные виды диагностики, обучающие системы, поиск, сортировка информации и другие. Именно четвёртый этап обусловил появление множества новых областей теории и практики, которые связаны с изучением и производством технических средств, методов, технологий, обеспечивающих прирост новых знаний, а также новой области человеческой деятельности, связанной с процессами преобразования информации.

Место информатики в научном мировоззрении

Появление и начальное становление информатики как науки обусловлено следующими событиями: в 1945 году создана первая цифровая ЭВМ «ENIAC», Джон фон Нейман опубликовал работы об архитектуре ЭВМ; в 1948 году Клод Элвуд Шеннон разработал математическую теорию информации, Норберт Винер выпустил книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».

В середине XX века появилась и получила развитие новая научная дисциплина – кибернетика. Термин «кибернетика» на греческом языке означает «искусство управления». Объекты, рассматриваемые с позиции кибернетики, принято называть кибернетическими системами. В дальнейшем кибернетический подход стал применяться и к описанию социальных объектов и явлений. Центральным понятием кибернетики является информация. Между элементами кибернетической системы, а также между различными системами имеют место информационные взаимодействия, т.е. обмен управляющими сигналами, знаками, командами. В рамках кибернетики не рассматривается физическое, энергетическое взаимодействие, а только информационное.

Кибернетика породила новый системно-информационный взгляд на природу. Вещество – энергия – информация – это три точки зрения, три стороны, с которых наука сумела посмотреть на бесконечно разнообразный мир. Они составляют основу современной научной картины мира.

Однако в СССР кибернетика определялась как реакционная лженаука, как форма современного механицизма, возникшая в США после второй мировой войны и получившая широкое распространение и в других капиталистических странах. В результате произошла задержка развития не только науки, но и электронной техники. Лишь в 1950 году в СССР кибернетика была признана как наука.

В 60-70-е годы XX века информатика выделилась из кибернетики как самостоятельная научная дисциплина. Затем в научный обиход был введён англоязычный термин Computer Science (компьютерная наука), который достаточно широко распространен в Соединенных Штатах Америки, Канаде и других странах для наименования научной и учебной дисциплины, изучающей процессы обработки, хранения и передачи информации при помощи компьютеров и телекоммуникационных систем.

В конце 60-х – начале 70-х гг. XX века французские ученые ввели термин «informatique» (информатика), образованный, как производное от двух французских слов – «informatione» (информация) и «avtomatique» (автоматика). Новый термин получил распространение в СССР (позже в России и странах СНГ) и странах Западной Европы.

В русском языке употребление термина «информатика» (примерно с середины 1960-х гг.) было связано с научно-технической информацией, библиотековедением и документалистикой. Так, в Большой Советской Энциклопедии информатика рассматривалась как «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности».

По мнению А.П. Ершова, начиная со второй половины 1970-х гг., в отечественной литературе стало широко закрепляться другое толкование термина «информатика». А.П. Ершов утверждал, что этот термин вводится в русский язык «...как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. При таком толковании информатика оказывается более непосредственно связанной с философскими и общенаучными категориями, проясняется и ее место в кругу «традиционных» академических научных дисциплин».

Между тем среди отечественных ученых с самого начала становления информатики как самостоятельной отрасли науки не было полного единодушия в ответе на вопрос, что такое информатика.

В том же сборнике «Становление информатики» дано определение: «Информатика – комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования машинизированных (основанных на ЭВМ) систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики». В определении не только явно подчеркивается связь самого возникновения информатики с развитием компьютерной техники, но и то, что информатика – это следствие развития ЭВМ. Информатика изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных информационных процессов (технологий). Эти информационные процессы и технологии и есть объект информатики.

Информатика – наука, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации.

Информатика – это не только наука, но и широчайшие её приложения. Они охватывают почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, культуру, образование, медицину, финансовую деятельность, охрану окружающей среды и т.д. Информатика – это и область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютера и их взаимодействием со средой применения.

Область интересов информатики – это структура и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами поиска, сбора, хранения, преобразования, передачи и использования информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Обработка огромных объемов и потоков информации немыслима без автоматизации и систем коммуникации, поэтому электронные вычислительные машины и современные информационные и коммуникационные технологии являются и фундаментальным ядром, и материальной базой информатики.

Место информатики в системе наук

Рассмотрим место науки информатики в традиционно сложившейся системе наук (технических, естественных, гуманитарных и т.д.). В частности, это позволило бы найти место общеобразовательного курса информатики в ряду других учебных предметов.

Напомним, что по определению А. П. Ершова информатика - фундаментальная естественная наука. Академик Б. Н. Наумов определял информатику как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача). Согласно представлению о науке информатике и мнение академика Н. Н. Моисеева: «Зародившись в недрах науки о процессах управления — кибернетики, информатика ... буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе» [8]

Уточним, что такое фундаментальная наука и что такое естественная наука. К фундаментальным принято относить те науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Нет, например, сомнений в фундаментальности столь разных наук как математика и философия. В этом же ряду и информатика, так как понятия "информация", "процессы обработки информации" несомненно, имеют общенаучную значимость.

Естественные науки - физика, химия, биология и другие - имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы - искусственных, биологических, общественных.

Однако многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук - технических и гуманитарных (или общественных).

Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А.А.Дородницын определяет состав информатики как три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные и алгоритмические. Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания.

Структура информатики

Первоначально информатику связывали, прежде всего, с компьютерами, их использованием для решения задач. Со временем информатика из технической дисциплины о методах и средствах вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе. 

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей.

• Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.
• Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем,  состоит из ряда взаимосвязанных дисциплин:
• Теоретическая информатика – логика, теория алгоритмов, теория информации, теория кодирования, теория формальных языков.
• Вычислительная техника – общие принципы построения вычислительных систем.
• Программирование – разработка системного и прикладного программного обеспечения универсального назначения, разработка новых языков программирования.
• Информационные системы – анализ потоков информации в различных системах, их оптимизация, структурирование, принципы хранения и поиска информации.
• Искусственный интеллект – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознание образов и др.
• Информатика как прикладная дисциплина занимается:
• изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
• созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
• разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Как считает Д.А. Поспелов, структуру информатики в настоящее время определяют следующие основные области исследования:

• теория алгоритмов (формальные модели алгоритмов, проблемы вычислимости, сложность вычислений и т.п.);
• логические модели (дедуктивные системы, сложность вывода, нетрадиционные исчисления: индуктивный и дедуктивный вывод, вывод по аналогии, правдоподобный вывод, немонотонные рассуждения и т.п.);
• базы данных (структуры данных, поиск ответов на запросы, логический вывод в базах данных, активные базы и т.п.);
• искусственный интеллект (представление знаний, вывод на знаниях, обучение, экспертные системы и т.п.);
• бионика (математические модели в биологии, модели поведения, генетические системы и алгоритмы и т.п.);
• распознавание образов и обработка зрительных сцен (статистические методы распознавания, использование призначных пространств, теория распознающих алгоритмов, трехмерные сцены и т.п.);
• теория роботов (автономные роботы, представление знаний о мире, децентрализованное управление, планирование целесообразного поведения и т.п.);
• инженерия математического обеспечения (языки программирования, технологии создания программных систем, инструментальные системы и т.п.);
• теория компьютеров и вычислительных сетей (архитектурные решения, многоагентные системы, новые принципы переработки информации и т.п.);
• компьютерная лингвистика (модели языка, анализ и синтез текстов, машинный перевод и т.п.);
• числовые и символьные вычисления (компьютерно-ориентированные методы вычислений, модели переработки информации в различных прикладных областях, работа с естественно-языковыми текстами и т.п.);
• системы человеко-машинного взаимодействия (модели дискурса, распределение работ в смешанных системах, организация коллективных процедур, деятельность в телекоммуникационных системах и т.п.);
• нейроматематика и нейросистемы (теория формальных нейронных сетей, использование нейронных сетей для обучения, нейрокомпьютеры и т.п.);
• использование компьютеров в замкнутых системах (модели реального времени, интеллектуальное управление, системы мониторинга и т.п.).

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция к большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

Для сферы образования крайне существенно адекватное определение предметной области информатики, отражающей все фундаментальные основы этой области научного знания. На рис. 1 воспроизведена структура предметной области «Информатика» в той интерпретации, которая была представлена в Национальном докладе Российской Федерации на II Международном Конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика» 

Эта структурная схема включает четыре раздела: теоретическая информатика, средства информатизации, информационные технологии, социальная информатика. При этом теоретическая информатика включает философские основы информатики, математические и информационные модели и алгоритмы, а также методы разработки и проектирования информационных систем и технологий. Как отмечает К. К. Колин, «в состав курса впервые включены вопросы, связанные с изучением социально-экономических аспектов информатизации общества, которые являются исключительно актуальными и все больше выдвигаются на первый план самим ходом развития общества. Поэтому такие важные понятия, как «информационные ресурсы», «информационная инфраструктура» и «информационная среда общества», а также его «информационный потенциал» и «информационная безопасность», станут доступными для тех слушателей, которые успешно изучат предлагаемый базовый курс информатики. Это очень важно в условиях, когда глобальный процесс информатизации общества все более активно воздействует на его социальные и экономические структуры, на роль и положение в обществе самого человека»