ДИСТАНЦИОННЫЙ КОНКУРС ДЛЯ УЧАЩИХСЯ I – VII КЛАССОВ ПО ИНФОРМАТИКЕ, СИСТЕМОЛОГИИ И ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ КАК СРЕДСТВО ПРОДВИЖЕНИЯ ТРИЗ В ШКОЛУ

«ТРИЗформашка» – это дистанционный межрегиональный конкурс для учащихся I – VII классов по информатике, системологии и ТРИЗ. Цели конкурса: пропаганда методов интенсификации обучения; продвижение ТРИЗ в школу, отработка содержания курса ТРИЗформатики для младших и средних классов; отработка механизма проведения дистанционных конкурсов. Тематика конкурсных заданий: логика, системный анализ, ТРИЗ, организация информации (словари, таблицы, диаграммы и пр.), обработка на ЭВМ текстов и графики, составление и отладка алгоритмов. О востребованности конкурса говорит динамика числа участников: с 45 команд в 2004 г. до 202 команд в 2006.

Дистанционное обучение, олимпиада, информатика, системный анализ, ТРИЗ, начальная школа, средняя школа.

Одна из главных проблем современной школы – проблема перегрузки учеников, непрерывное возрастание учебного материала, который должны освоить учащиеся. Это возрастание имеет объективные причины: постоянное развитие науки и увеличение объема знаний, накопленных человечеством. До сих пор эту проблему пытались решить экстенсивным путем, увеличивая продолжительность обучения или сокращая объем изучаемого материала.

Очевидно, что экстенсивный путь решения названной проблемы – тупиковый. Невозможно остановить развитие науки и накопление знаний человечеством. А значит, и время обучения придется увеличивать бесконечно. Решение возможно только при переходе с экстенсивного пути на интенсивный. Необходимо, во-первых, научиться за то же время давать учащимся больший объем знаний. Во-вторых, необходимо растить из ребенка не репродуктора полученных знаний, а «решателя задач», способного ставить задачи и решать их.

Для пропаганды этой идеи и практического освоения методов интенсификации обучения в Перми на протяжении ряда лет проводятся конкурсы по информатике, системному анализу и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) для учащихся I – VII классов «ТРИЗформашка». Впервые подобный конкурс (тогда он назывался «Информашка») был проведен в Перми в 1996 г. В 2001 г. конкурс стал областным, в 2004 – дистанционным, в 2005 – межрегиональным. С 2004 г. «Информашка» превратилась в «ТРИЗформашку». Дистанционная форма позволила резко увеличить число участников конкурса.

Цели конкурса «ТРИЗформашка»:

- пропаганда методов интенсификации обучения за счет использования простейших приемов системного анализа, теории решения изобретательских задач, грамотной организации информации;

- продвижение ТРИЗ в школу, отработка содержания курса ТРИЗформатики для младших и средних классов;

- отработка механизма проведения дистанционных конкурсов.

Тематика конкурсных заданий:

1) логика;

2) системный анализ (системный эффект, состав и структура системы, среда, вход/выход, черные ящики, классификация и пр.),

3) теория решения изобретательских задач (противоречия, морфологический анализ, моделирование маленькими человечками и пр.);

4) организация информации:

- словари (в том числе многотомные, толковые и пр.), предметные и именные указатели, справочный аппарат книги и пр.;

- таблицы и диаграммы (извлечение информации из таблиц и диаграмм, перевод информации из одного вида (текста, таблицы, диаграммы) в другой);

- таблицы решений (дается описание группы объектов по нескольким признакам; требуется выбрать объекты, обладающие определенными признаками, определить признаки, которыми обладает указанный объект, сравнить признаки двух объектов);

5) обработка на ЭВМ текстовой и графической информации;

6) составление и отладка алгоритмов для программируемых исполнителей.

Возраст участников – с I по VII класс. Набор заданий дается общий, без деления по возрастам.

Итоги конкурса подводятся отдельно по каждому классу. Это резко увеличило потребность в призах, но позволило повысить объективность оценки и привлечь новых участников. При объединении в одну возрастную группу нескольких классов старшие всегда имеют преимущество перед младшими. Это стимулирует учителей к тому, чтобы выставлять в каждой группе в первую очередь старшие команды. При подведении итогов отдельно по каждому классу эта проблема исчезает.

Конкурс – командный. Размер команды – 3 человека. Команда получает общий набор заданий и сама выбирает задания для выполнения. Задания – 20 штук – даются «с избытком», чтобы решение всех задач за отведенное время было практически невозможно (пока это удалось только одной команде, да и та не уложилась во время).

Каждая школа может выставить любое количество команд.

Конкурс проводится дистанционно. Весь обмен информацией ведется через электронную почту и сайт конкурса www.trizformashka.land.ru .

Результаты всех заданий для пересылки жюри должны быть представлены в электронном виде. Это можно сделать двумя способами: либо с помощью текстового и/или графического редактора, либо отсканировав рукописный текст. (Эту работу должен проделать координатор конкурса в школе.) За ввод результатов в компьютер самими членами команды начисляются дополнительные баллы.

Для выполнения заданий можно использовать стандартные программы Windows (Блокнот, WordPad, Paint), программы из пакета Роботландия (с любезного разрешения Ю.А.Первина) и программы, специально присланные оргкомитетом.

Для участия в конкурсе обязательна предварительная регистрация. В заявке указывается координатор образовательного учреждения, список команд с перечислением их участников (ФИО, класс, год рождения, год занятий информатикой, опыт участия в «ТРИЗформашке»), формы преподавания информатики в 1-7 классах, используемое методическое и программное обеспечение.

Работа в день конкурса ведется следующим образом. 9 час. – рассылка заданий участникам по e-mail. Далее 2 часа на подготовку внутри школ: тиражирование заданий и установку полученного программного обеспечения. 11 – 13 час. – выполнение заданий и прием ответов. 15 час.– прекращение приема ответов. За результаты, присланные в течение 1-го часа работы, дается приз в 10% от набранных баллов, в течение 2-го часа – в 5%.

О востребованности конкурса говорит динамика числа участников. За 3 года количество команд увеличилось в 4 с лишним раза (в 2004 г. – 45 команд, в 2005 – 143, в 2006 – 202), количество регионов – с 1 до 6.

Для того чтобы дать представление о работе участников конкурса, в табл.1 приведены статистические данные «ТРИЗформашки-2006». Легко заметить, что ни один показатель не увеличивается монотонно вместе с возрастом участников. Этого нельзя сказать не про баллы, не про места. В общем зачете первые и последние места разместились так: I место – команда 6 кл, II – 4 кл., III – 7 кл., последнее место – 1 кл., предпоследнее – 3 кл., третье с конца – 7 кл.

Таблица 1. Характеристики конкурса «ТРИЗформашка-2006»

Далее приводятся примеры заданий конкурса (из конкурсов 2005 и 2006 гг.) и описываются некоторые организационные моменты, связанные с его проведением.

Примеры заданий:

1. Все мы в детстве проходили правила сложения и помним, что 1 + 1 = 2. Но всегда ли это так? Вспомним стихотворение Вадима Левина:

Раз, два, три, четыре, пять –

Кошка учится считать.

Потихоньку, понемножку

Прибавляет к мышке кошку.

Получается ответ:

Кошка есть, а мышки нет.

Оказывается, в этом случае

Придумайте как можно больше случаев, когда

«Складывать» надо объекты, имеющие самостоятельное значение. «Складывание» ножек от стола со столешницей засчитываться не будет. Ответ – текст.

2. Смоделируйте маленькими человечками следующую систему: металлическая сковородка, на которой в кипящем масле жарится котлета. Ответ – рисунок.

3. Пусть домик состоит из стены, крыши, окна и трубы. Даны три разных вида окон, три вида труб и три вида крыш. Придумайте как можно больше домиков, используя только эти детали. Ответ – рисунок.

4. Придумайте изобретательскую машину (морфологический ящик) для изобретения посуды, из которой пьют. Ответ – текст.

5. Бабушка Глафира Петровна из деревни Серебряные Росы славится своими ковриками. Она их шьет из квадратных лоскутков одинакового размера с пятью различными узорами, соединяя их так, чтобы все соседние лоскутки были разные, и ни один лоскуток не имел двух соседей с одним и тем же узором. Соседними считаются лоскутки, имеющие общие стороны. Создайте рисунок бабушкиного коврика размером 10 х 10. Ответ – рисунок.

6. Красавица Глаша и сэр Джон.

(Краткое содержание предыдущих задач. В задачах ТРИЗформашки-2004 и 2005 было рассказано о том, как любитель экстремального отдыха сэр Джон отправился на каникулы из Оксфорда в гости к своей тетке Марфе в подмосковную деревню Ромашкино. В соседней деревне Васильково он встретил красавицу Глашу. Сэр Джон и красавица Глаша подружились. Во время совместных путешествий им приходилось составлять алгоритмы, решать логические задачи и т.д.)

Сэр Джон давно мечтал увидеть русскую зиму. Перед Рождеством ему выдалась возможность вырваться из Оксфорда в дорогую ему сердцу деревню Ромашкино. Тетка Марфа была довольна: "Вот сейчас позвоню красавице Глаше, приглашу ее елку украшать к Новому году". "Замечательно! Где тут у вас елки продают?" – поинтересовался Джон. "Не надо покупать, зачем рубить красоту? Мы елочку в лесу нарядим!"

На следующее утро Марфа, Глаша, сэр Джон, а так же собака Чернильница и кошка Роксолана вышли в лес елку наряжать. Тропа была узкая, поэтому шли друзья гуськом:

1) Тетка Марфа шла перед красавицей Глашей, но после кошки Роксоланы.

2) Сэр Джон и Роксолана не шли друг за другом.

3) Собака Чернильница не находилась рядом ни с кошкой, ни с Марфой, ни с сэром Джоном.

Друзья дошли по узкой тропинке до красивой поляны и увидели невысокую стройную елочку, стоящую в центре поляны. С большим воодушевлением они нарядили елочку, поводили вокруг нее хороводы, спели новогодние и рождественские песенки на двух языках. В хорошем настроении дружная компания выстроилась в обратный путь на узенькой тропинке. "Интересно, мы стоим в обратной последовательности по отношению к тому, как шли сюда," – в задумчивости сказал сэр Джон.

В каком порядке тетка Марфа, красавица Глаша, сэр Джон, а так же собака Чернильница и кошка Роксолана вышли в обратный путь?

(Продолжение истории сэра Джона и красавицы Глаши см. в следующем конкурсе.)

7. Во время очередного похода в Хогсмид Гарри Поттер, Рон, Гермиона, Джинни, Фред и Джордж зашли в трактир "Три метлы", чтобы немного перекусить

1) Гарри взял то же, что и Рон, и вдобавок еще печенье.

2)Гермиона купила то же, что Джинни, но не стала покупать сахарные перья.

3) Джордж ел то же, что Фред, но без мармеладных лягушек.

4) Рон взял то же, что и Фред, но эклерам он предпочел засахаренные орешки.

5) Джинни ела то же, что и Фред, но вместо сливочного пива пила тыквенный сок.

Что купил каждый из детей? Расположите продукты, купленные друзьями, в порядке убывания их популярности. Ответ – текст.

8. Назовите как можно больше систем, обладающих следующей функцией:

(1) отрезалка, (2) соединялка, (3) шумелка.

Назовите как можно больше систем, обладающих сразу двумя из названных функций, сразу тремя. Укажите, какими функциями обладают перечисленные системы. Ответ – текст.

9. Назовите как можно больше функций системы «автомобиль». Ответ – текст.

10. Дано описание трех систем в виде «черных ящиков». Определите функции этих систем. Для каждого «ящика» запишите его функцию и продолжите заполнение таблицы «Вход-выход». Ответ – текст.

11. Молекула сложного химического вещества представляет собой систему, состоящую из атомов простых веществ, связанных друг с другом. Одна молекула нитробензола состоит из 6 атомов углерода, одного атома азота, двух атомов кислорода и 5 атомов водорода. Каждый атом углерода имеет 4 связи с другими атомами, атом азота – 5 связей, каждый атом кислорода – 2 связи, каждый атом водорода – одну. В молекуле нитробензола шесть атомов углерода соединены в кольцо. Причем каждый из них имеет две связи с одним из своих соседей и одну связь с другим. 5 атомов углерода соединены одной связью с атомами водорода. Шестой атом углерода соединен одной связью с атомом азота. Кроме того, атом азота соединен с двумя атомами кислорода, с каждым – двумя связями.

В химии атом углерода обозначается буквой C, атом азота – буквой N, атом кислорода – буквой O, атом водорода – буквой H. Связь между атомами обозначается черточкой. Изобразите структуру системы «молекула нитробензола». Ответ – рисунок.

12. Одну и ту же систему можно структурировать разными способами. Придумайте как можно больше способов структурировать систему «дом». Изобразите придуманные структуры системы «дом». Дайте пояснения.

13. Назовите, пожалуйста, как можно больше систем, имеющих следующую структуру (дан граф (дерево), представляющий структуру системы).

14. Дана блок-схема. Требуется выполнить алгоритм.

15. Дано описание программируемого исполнителя. Требуется составить для него алгоритм для выполнения указанной работы.

16. В таблице решений приведены данные о том, какие продукты используются для приготовления тех или иных блюд (всего 16 продуктов и 24 блюда).

Пользуясь таблицей решений, ответьте на вопросы.

1) В каких блюдах используются фрукты или ягоды?

2) Где используются картофель и мясо?

3) В каких блюдах есть овощи, но нет мяса?

4) Что общего у пудинга и картофельной запеканки?

5) Какой продукт используется меньше всего?

6) Для приготовления каких блюд используется меньше всего разных продуктов?

7) Какие блюда готовятся из одинаковых наборов продуктов?

8) Чем отличаются наборы продуктов для приготовления различных видов салатов?

9) Вегетарианцы не употребляют мясо. Какие блюда им можно предложить?

10) Чем отличается морс от компота?

17. Словарь.

1) Даны 60 слов. Сформируйте из них словарь с верхними индексами. В словаре должно быть 3 разворота. На каждом развороте по 4 колонки, в каждой колонке – по 5 слов.

2) Дано слово «Напротив». Запишите в столбик те слова, которые надо просмотреть при быстром поиске этого слова в нашем словаре. Рядом с ними выпишите буквы, которые при этом следует читать.

3) Дано слово «Наугад». Запишите в столбик те слова, которые надо просмотреть при быстром поиске этого слова в нашем словаре. Рядом с ними выпишите буквы, которые при этом следует читать.

Ответ – текст.

18. Заполните табл.1, используя данные из табл. 2, 3, 4.

Для каждого из океанов выберите самый длинный пролив, который обоими концами выходит в этот океан (в этом океане начинается и в нем же заканчивается).

Таблица 1

Самые длинные проливы, которые начинаются и заканчиваются в одном и том же океане

Таблица 2

Краткие сведения о проливах

Таблица 3

Краткие сведения о морях

Таблица 4

Краткие сведения об океанах

19. Преобразуйте в таблицу следующий текст.

В 1970 г. количество грузов, перевезенных железнодорожным транспортом, составило 1648 млн.т. В 1985 г. количество грузов, перевезенных автомобильным транспортом, составило 2677 млн.т. В 2000 г. количество грузов, перевезенных трубопроводным транспортом, составило 829 млн.т. В 1990 г. количество грузов, перевезенных водным и морским транспортом, составило 674 млн.т. …

20. По таблице, построенной в предыдущем задании, постройте диаграмму, из которой будет видно, какое место (1-е, 2-е, 3-е, 4-е) по количеству перевезенных грузов занимал каждый вид транспорта в тот или иной год, и как это место изменялось от года к году.

21. Составьте таблицу по данной диаграмме или комплексу диаграмм.

Описание конкурсов семейства «ТРИЗформашка» (заданий, решений и правил оценивания) начиная с 2006 г. публикует газета «Информатика», входящая в комплекс «1-е сентября».

Теперь некоторые организационные моменты.

Работа жюри. Работа базируется на двух принципах: коллективность (парность) и специализация. На практике это означает вот что. Все члены жюри делятся на пары. Каждая пара оценивает у всех команд одно и то же задание. Цель такой организации – уменьшить субъективность оценки. Расчет на то что, во-первых, два члена жюри смогут посмотреть на решение с разных сторон. Во-вторых, недостаточная формализация правил оценивания решений всегда оставляет некоторую «свободу домысливания». Поскольку все решения оценивают одни и те же члены жюри, «домысливать» они будут для всех команд одинаково.

В принципе вместо пары членов жюри может работать тройка, но это еще больше увеличит численность жюри. На конкурсе 2006 г. удалось собрать жюри из 40 чел. Все 20 заданий проверялись одновременно! Но число участников было настолько велико, что с самым популярным заданием (комбинация рисунка из частей) возник затор. Одна пара с проверкой не справлялась. Возникла потребность в проверке этого задания сразу двумя парами членов жюри. Для уменьшения субъективизма было предложено сформировать их так. Первая пара, которая уже имела опыт проверки данного задания, делится на два. К каждому из ее членов присоединяется новый проверяющий. Таким образом мы получаем две пары, в каждой из которых есть человек, знающий как проверка шла изначально, как были «домыслены» правила оценивания, какие были прецеденты.

Подготовка членов жюри. Для членов жюри необходимы специальные подготовительные семинары, самостоятельное прорешивание ими аналогичных заданий.

Бланки с критериями оценивания заданий. Очень облегчают жизнь жюри!

Большой объем заданий. Просто прочитать 10-15 стр. текста для младшеклассников уже проблема. Как с этим быть – непонятно.

Формирование набора заданий. Подготовка общего набора из 20 задач без деления на возрастные категории представляет значительную трудность.

Разбалловка. Еще большая трудность – разбалловка, сопоставление совершенно разноплановых заданий, в том числе, творческих, составленных к тому же разными авторами. Эта задача в настоящее время не имеет удовлетворительного решения.

Для оценивания заданий берется специальный «метр». В качестве такового выбирается одно из заданий, оценка которого «очевидна». Все остальные задания оцениваются в выбранных «метрах». Такой подход упростил работу, но результат весьма далек от идеала.

Оценка сложности заданий. Одна из задач, возникающих при анализе результатов конкурса – оценка качества конкурсных задач, степени их соответствия контингенту участников. Прежде всего, необходимо выбрать показатели, по которым будет проводиться оценка. Еще в 1996 г. после самой первой «Информашки» для этого было предложено использовать отношение среднего балла, полученного командам за решение того или иного задания, к максимальному баллу, который можно было получить за это задание. Этот показатель можно рассматривать в двух вариантах: для тех команд, которые реально пытались выполнить данное задание, и в пересчете на всех участников, включая команды, которые данное задание решать не пытались. Второй вариант представляется более объективным, поскольку отказ от решения какой-либо задачи также является характеристикой ее сложности. К сожалению, при анализе «ТРИЗформашки» применение этого показателя затруднено. Дело в том, что для значительной части заданий «ТРИЗформашки» «максимальный возможный балл» не определен. Причин этого две. Во-первых, ряд заданий имеет творческий характер («Предложите как можно больше вариантов…»). Во-вторых, нам необходимо оценивать не только содержательное решение, но и ввод его в ЭВМ, т.е. формулировку.

Невозможность использования «среднего балла» потребовала искать другой параметр для оценки сложности заданий. В качестве такового был предложен процент команд, решавших данное задание, независимо от успешности решения. Эта величина дает косвенную оценку сложности задания через оценку его «популярности». Предполагается, что в первую очередь для решения будут выбираться более простые задания. Слабость данного параметра в том, что он показывает, сколько команд пытались решить данное задание, но ничего не говорит о том, насколько успешно они с ним справились. Зато посчитать его можно для любого задания.

Отметим еще два фактора, которые надо учесть. Во-первых, разновозрастность участников (оценивать надо бы каждый класс отдельно). Во-вторых, качество оценки можно было бы повысить за счет использования статистики прошлых лет. К сожалению, ее пока явно недостаточно. Кроме того, в каждом конкурсе ряд заданий уникальны.

Для оценка сложности была предложена 4-хзначная шкала: – задание очень легкое, от 50 до 80 – просто легкое (доступное), от 20 до 50 – сложное, <20% - очень сложное. До сих пор мы были склонны слишком усложнять задания. В будущем имеет смысл стремиться к следующему распределению заданий по сложности: очень простые и очень сложные – по 20% (по 4 задания), доступные и сложные – по 30% (по 6 заданий).

Опыт показывает, что оба показателя дают схожий порядок заданий, но «средний балл» – показатель более «жесткий», по нему попасть в простые задания гораздо сложнее.

Интернет. С Сетью связаны две главные проблемы. Это доступность и размер почтового ящика. Поскольку от «падения» сайта в самый неподходящий момент никто не гарантирован, мы создавали два почтовых ящика на разных почтовых службах и требовали, чтобы письма дублировались в оба ящика. Ящик следует заранее увеличить так, чтобы иметь хотя бы 1,5 Мб на команду. В основном этого хватает (при объявленном требовании к командам занимать не более 1 Мб).

Форматы файлов. Для уменьшения размера писем (трафика и объема ящика) следует использовать форматы TXT и черно-белый (это важно!) BMP. Во-первых, они прекрасно архивируются. Во-вторых, при сканировании РИСУНКОВ монохромный BMP часто дает файлы более компактные, чем JPG (который ориентирован на фотографии и почти не сжимаем).

Выбор архиватора. ZIP или RAR? RAR-файлы компактнее. Но различные версии RAR’а несовместимы. Зато существуют вирусы, которые передаются через ZIP-архивы. Мы выбрали RAR. Но оргкомитету приходится заранее согласовывать с участниками его версию.

Совместимость программного обеспечения. В младших классах до сих пор очень популярен учебно-методический комплекс Роботландия. Логично, что мы разрешаем использовать его программы. УМК – замечательный! Но – ДОСовский! Под Windows-2000 его программы могут не пойти. Необходимо это заранее проверить и при возникновении проблем специально настроить ЭВМ (например, на одной машине поставить Windows-98).

Использование Word’а и Excel’а. Важный пласт задач – задачи на построение таблиц и диаграмм. Естественными инструментами для них являются Word и Excel. Но использование этих систем сразу дает участникам преимущество перед теми, кто с этими программами не знаком. Исходя из этих соображений, мы первоначально пытались запретить использование Word’а и Excel’а. Но потом от этого запрета отказались. Запрет имел смысл, когда несколько классов объединялись в одну возрастную группу (старшие могли получить дополнительное преимущество). При подведении итогов отдельно по каждому классу это возражение отпадает. А знание мощных компьютерных инструментов надо поощрять! Теперь ввод таблиц и диаграмм в ЭВМ оценивается одинаково, независимо от того, какой инструмент для этого использовался. Знатоки Word’а и Excel’а выигрывают на времени ввода. Правда, задания на таблицы и диаграммы зачастую формулируются так, что использование Word’а и Excel’а провоцирует ошибки. Например, в приведенном выше задании №20 Excel перевернет диаграмму вверх ногами (1-е место окажется внизу).

Списывание. Проблема – общая для всех дистанционных конкурсов. При обнаружении ответы не засчитываются всем командам без разбора кто у кого списал.

Использование поля «Тема» в письмах с заданиями. Для упрощения работы с письмами при пересылке решений очень удобно использовать поле «Тема». Мы требуем, чтобы в каждом письме пересылалось решение только одного задания. В поле «Тема» записывается номер команды и номер задания. Такое письмо легко идентифицировать и направить тем членам жюри, которые это задание проверяют. К сожалению, почти четверть участников не соблюдают это правило, что серьезно усложняет работу жюри и зачастую приводит к потере решений. Они просто не доходят до нужного члена жюри. Так в 2006 г. из 1614 присланных решений было потеряно 95. (Может и больше. 95 впоследствии нашли!)

Автоматизация приема заданий. Автоматизированная система приема заданий была бы весьма полезна. Ее функции: контроль времени поступления (в 2006 г. почти 16% писем пришло после срока) и правильности поля «Тема», пересылка письма нужному члену жюри, отказ от повторных решений одного задания, организация обратной связи (это важно!): посылка участникам сообщения о том, что их письмо жюри получено. В качестве средства обратной связи предлагается на сайте публиковать и постоянно обновлять таблицу, в коей будет указано, какие решения от каких команд получены и когда. В идеале можно было бы сразу же публиковать полученные за решение баллы. Но до этого мы пока не доросли.