Какую форму обучения рекомендуют использовать при изучении алгоритмизации и программирования

Алгоритмизация и программирование

Понятие исполнителя, примеры исполнителей, в том числе и встречающиеся в нашей повседневной жизни. Понятие алгоритма и его основные свойства, объяснение свойств с помощью примеров. Среды для построения блок-схем. Языки программирования и среды, в которых происходит обучение, средства автоматической проверки программ.

Основное содержание

Содержательная линия алгоритмизации и программирования включает в себя понятие учебного исполнителя и работы с ним, понятие алгоритма, различные формы записи алгоритмов, в том числе на языке блок-схем, рассмотрение различных парадигм программирования и соответствующих им языков программирования.

При изучении алгоритмизации и программирования рекомендуется использовать такую форму обучения, как демонстрация: учитель показывает ход решения задачи и демонстрирует перед учениками процесс написания программы, исправления ошибок, отладки, трассировки кода, проверки готовой программы по наборам исходных данных; учащиеся при этом наблюдают за его действиями или воспроизводят их за своими компьютерами.

При решении задач предлагается использовать лабораторную работу в парах. Данные формы находят отражение в такой технике как парное программирование, при которой исходный код создается парами людей, программирующих одну задачу, сидящих за одним рабочим местом.

Можно также использовать индивидуальный практикум, когда от учащихся требуется большая по сравнению с лабораторными занятиями самостоятельность, например в таких темах, как циклические алгоритмы, одномерные массивы, матрицы. В теме циклические алгоритмы это может быть вычисление конечных или бесконечных сумм, произведений, факториалов. Учащиеся получают индивидуальные задания от учителя на один, два или более уроков, включая выполнение части задания вне уроков, в частности дома.

Алгоритмизация в младших классах.

С понятием «алгоритм» учащиеся знакомы с раннего детства. Они выполняют алгоритмы, предложенные родителями, воспитателями, учителями, не задумываясь над их определением. Прежде чем давать готовое определение, спросим у учащихся их мнение: «Что такое алгоритм?» — и через примеры придем к общему определению. Как правило, учащиеся говорят, что алгоритм — это действия, выполнив которые, они получают результат. В качестве примеров могут прозвучать: рецепт приготовления блюда, инструкция сборки мебели, различные алгоритмы из математики и других предметов, изучаемых в школьном курсе.

Важно сделать акцент на том, что алгоритм — это не просто последовательность действий. Действия в нем строго упорядочены. Если поменять действия местами, то результат может быть другим, а не тем, который вы планировали.

Важным также является то, для кого этот алгоритм предназначен. Например, алгоритм похода в магазин за хлебом для первоклассника, который делает это первый раз, и для шестиклассника: цель одна — купить хлеб, но количество действий в алгоритме и сами действия будут разные. Проговорите с учащимися, какие действия должен содержать алгоритм в первом и во втором случае. Отсюда возникает понимание того, что алгоритм создается для конкретного исполнителя.

Алгоритм — это понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность отдельных действий, приводящую к нужному результату.

Обсудим понятие исполнителя более подробно. На вопрос: «Что такое исполнитель?» — учащиеся, конечно, ответят, что это может быть человек, техническое устройство, животное (например, выступающее в цирке по определенному алгоритму) и так далее.

Более строгое определение может прозвучать так:

Исполнитель — это биологическая, техническая или биотехническая система, способная выполнить действия, указанные в алгоритме.

Биологическая система — это человек, животное, птица (например, почтовый голубь). Пример технической системы — стиральная машина. Человек задает последовательность действий, то есть алгоритм для стиральной машины (постирать в воде определенной температуры, с определенным количеством моющего средства, в определенном режиме, отжать белье и так далее). Стиральная машина может выполнить алгоритм с первого действия до последнего без присутствия человека.

Нужно обратить внимание учащихся на то, что чаще всего исполнитель — это биотехническая система, когда каждое действие алгоритма выполняется техническим устройством совместно с человеком, например крановщик и подъемный кран, автомобиль и водитель и т. д. Можно поговорить о том, что уже существуют беспилотные автомобили — транспортное средство, оборудованное системой автоматического управления, которое может передвигаться без участия водителя. В этом случае — это чисто техническая система.

Каждый исполнитель имеет четыре характеристики:

• • среда обитания;
• • элементарные действия исполнителя;
• • СКИ (система команд исполнителя);
• • отказы.

Например, среда обитания подъемного крана — стройка. Если переместить кран в пустыню, смысл его действий теряется.

Логично объяснить все четыре характеристики на примере одного исполнителя — лодочника. Лодочнику нужно перевезти через реку волка, козу и капусту. Но лодка такова, что в ней может поместиться только лодочник, а с ним или один волк, или одна коза, или одна капуста. Но если оставить волка с козой, то волк съест козу, а если оставить козу с капустой, то коза съест капусту. Как перевез свой груз лодочник?

С данной задачей некоторые школьники уже знакомы из курса математики или пытались решать ее на каких-то внеурочных занятиях или соревнованиях, поэтому у них возникает желание поделиться решением.

«Мы обязательно решим эту задачу», — говорит учитель. Но у нас сейчас другая цель. Поговорим об исполнителе-л од очнике. Попробуем разглядеть, какими характеристиками он обладает. При «разговоре» можно использовать анимацию либо демонстрировать работу исполнителя в специальной среде (например, «Алгоритмика»).

• 1) У лодочника существует среда обитания: два берега и река.
• 2) Он может выполнить четыре элементарных действия: переправиться с одного берега на другой сам, перевести что-то одно: либо капусту, либо волка, либо козу.
• 3) Из элементарных действий любого исполнителя следует система его команд. Если лодочник может переправиться, значит, мы можем включить в алгоритм команду «переправься». Всего у данного исполнителя четыре команды: переправься, переправь козу, переправь волка, переправь капусту.

Мы разобрали три характеристики: среда обитания, элементарные действия, система команд. Осталась четвертая характеристика.

Прежде чем разобрать эту характеристику, дайте учащимся возможность решить задачу. В погоне за быстрым решением может возникнуть ситуация: лодочник находится на одном берегу, коза — на другом, а учащийся дает команду «перевези козу», но у перевозчика возникает «отказ». Лодочник не может выполнить эту команду. Отказ возникает не из-за того, что дана неверная команда. Команда «перевези козу» входит в систему команд исполнителя-лодочника, и он умеет ее выполнять. Отказ происходит потому, что в данной ситуации эту команду выполнить невозможно из-за того, что лодочник и коза находятся на разных берегах.

Важно, чтобы учащиеся поняли, что «отказ» — это не только то, что не может выполнить исполнитель в силу того, что это действие отсутствует в его системе команд. Команда может быть правильной, но ситуация такова, что выполнить ее невозможно. В частности, из-за того, что лодочник и коза находятся на разных берегах, поэтому сначала даем лодочнику команду «переправься».

Другой пример исполнителя — подъемный кран на стройке. Если плечо крана располагается на максимальной высоте, а следующая команда в алгоритме «поднять плечо крана», то возникает «отказ». Так как оно уже поднято на максимальную высоту. Обязательно попросите учащихся привести свои примеры исполнителей и перечислить у каждого четыре характеристики.

Далее переходим к свойствам алгоритма. В данном нами определении алгоритма основные свойства уже прозвучали, поэтому при разборе свойств следует обращаться к данному определению.

Алгоритм — это понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность отдельных действий, приводящую от исходных данных к искомому результату. Наиболее оптимальный вариант — предложить учащимся для изучения шести свойств алгоритма: конечность, дискретность, понятность, точность, массовость, детерминированность (хотя в учебниках по информатике у разных авторов можно встретить разное количество свойств):

• 1) конечность(результативность) алгоритма означает, что за конечное число шагов должен быть получен результат;
• 2) дискретность (от лат. discretus — разделенный, прерывистый) — что алгоритм должен быть разбит на последовательность выполняемых шагов;
• 3) понятность — что алгоритм должен содержать только те команды, которые входят в набор команд, который может выполнить конкретный исполнитель;
• 4) точность — что каждая команда должна пониматься однозначно;
• 5) массовость — что однажды составленный алгоритм должен подходить для решения подобных задач с разными исходными данными;
• 6) детерминированность (определенность) — если для одних и тех же наборов исходных данных алгоритм будет выдавать один и тот же результат, то есть результат однозначно определяется исходными данными.

Объяснение каждого свойства обязательно подкрепляем наглядными примерами.

СРЕДСТВА И ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

В данной работе рассматриваются вопросы совершенствования методической системы обучения программированию будущих учителей информатики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам об образовании , автор научной работы — Джураева Д.Р.

Способы обработки информации и программирования в высшей школе
Методы и средства обучения программированию в вузе
Эффективность обучения методам обработки информации на основе интеграции парадигм программирования

Профессиональная направленность курса по программированию для бакалавров с учётом государственных приоритетов развития цифровой экономики

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ОБУЧЕНИЯ ФОРМАЛЬНЫМ ЯЗЫКАМ
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MEANS AND FORMS OF ORGANIZATION OF TEACHING PROGRAMMING IN HIGHER SCHOOL OF FUTURE TEACHERS OF INFORMATICS

In This paper we discuss the issues of improving methodical system of training of future informatics teachers programming.

Текст научной работы на тему «СРЕДСТВА И ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ»

Джураева Д.Р. докторант

Навайиский государственный педагогический институт

СРЕДСТВА И ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ В ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ИНФОРМАТИКИ

Аннотация: в данной работе рассматриваются вопросы совершенствования методической системы обучения программированию будущих учителей информатики.

Ключевые слова: алгоритм, программа, алгоритмизация, программирование, методическая система обучения программированию, языки программирования.

Djuraeva D.R. doctoral student Navoi State Pedagogical Institute Republic of Uzbekistan

MEANS AND FORMS OF ORGANIZATION OF TEACHING PROGRAMMING IN HIGHER SCHOOL OF FUTURE TEACHERS OF

Abstract: In This paper we discuss the issues of improving methodical system of training offuture informatics teachers programming.

Key words: algorithm, the program, algorithmization, programming, methodical system for teaching programming, programming languages.

Программирование можно рассматривать как искусство, науку, ремесло. Программирование — это искусство получения ответов от компьютера. Для этого в узком смысле нужно составить специальный код для технического устройства, а в широком — разработать программы на языках программирования, т. е. не просто составить код, а выполнить интеллектуальную работу по составлению высоко разумных программ для решения различных задач во всех сферах человеческой деятельности.

Сами по себе языки программирования относятся к категории искусственных языков. Из-за своих внутренних, неизменяемых системных слов, они являются ограниченными [1,2].

К основным требованиям, применяемых для языков программирования, можно отнести:

Простота использования уже существующих символов, которые знакомы и понятны программистам.

Единства использования, действительно сейчас практический каждый язык программирования высокого уровня имеет свои схожести, не во всем конечно, но это так.

Гибкость языка программирования, заключается в том, что он может применяться для разных платформ и использоваться на разных ОС. Это позволяет подходить к гибкой разработке.

Модульность языка программирования. Обязательно необходимо разбивать большие и сложные программы на более маленькие, тем самым определяя разные модули и зависимости внутри программы.

Одним из основных разделов современных курсов информатики, преподаваемых в республиканских вузах, являются разделы, связанные с обучением программированию. А также, формирование у обучаемых алгоритмического стиля мышления, подготовке к оперированию с важнейшими инструментальными системами и средствами [1,2,3,4].

В опубликованных работах ведущих ученых неоднократно подчеркивалась необходимость совершенствования методических систем обучения программированию будущих учителей информатики в связи с потребностью подготовки специалистов, владеющих процедурными, объектно-ориентированными, логическими и функциональными подходами к разработке алгоритмов и программ [5,6,10].

Таким образом, становятся актуальными вопросы изучения существующих подходов к организации обучения программированию в вузе и развития курса информатики с целью подготовки специалистов, владеющих всеми парадигмами программирования [7,8,9].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.

Программирование занимает одну из важнейших частей информатики, так как в нем концентрируются инженерные вопросы реализации алгоритма при заданных пространственно-временных ограничениях, средствами конкретного языка программирования с учетом всего жизненного цикла программного продукта. Введение нескольких языков, а, тем более, парадигм программирования позволяет адаптировать полученные знания к быстро меняющейся обстановке в сфере новых информационных технологий, что, в свою очередь, позволяет на новом качественном уровне использовать информационные технологии в учебном процессе, предоставляет возможность реализовать требуемую модель подготовки студентов.

Традиционная методика обучения программированию заключается прежде всего в том, что обучаемые знакомятся сначала с теоретическими основами программирования, затем им предлагается написать программу,

используя полученные теоретические знания по конкретному языку программирования (как правило, это задачи вычислительного типа). Эта методика достаточно эффективна при обучении людей с солидной математической подготовкой либо ориентированных на то, чтобы стать профессиональными программистами.

Какие задачи необходимо решить, обучая будущих учителей информатики программированию? Еще совсем недавно все было предельно ясно — круг пользователей вычислительной машине практически на 100% состоял из программистов, а значит освоение «компьютерной грамотности» сводилось к изучению языка программирования. При этом наиболее характерным подходом было обучение по принципу «что знаем, то и преподаем», не заботясь о вопросе, «а зачем это нужно?». Результатом такого обучения является то, что большинство студентов забывает о программировании на следующий же день после сдачи рейтинги или тестов.

Сегодня очевидно, что программирование является в лучшем случае частью проблемы компьютерной грамоты, а методика его преподавания должна поменяться самым решительным образом. За последние несколько лет технология разработки программ претерпела настоящие инновационное изменения (визуальное программирование, событийная логика программы, компонентная технология, использование макросредств и пр.), что должно отразиться на методике обучения.

Существует два подхода к изучению языка программирования:

формальный и «программирование по образцу». Первый основан на формальном описании конструкций языка программирования (синтаксиса языка и его семантики) тем или иным способом (с помощью синтаксических диаграмм, метаязыка или формального словесного описания, в частности, семантики) и использовании при решении задач только изученных, понятных элементов языка.

При втором подходе обучаемым сначала выдаются готовые программы, рассказывается, что именно они делают, и предлагается написать похожую программу или изменить имеющуюся, не объясняя до конца ряд «технических» или несущественных, для решения задачи деталей. При этом говорится, что точный смысл соответствующих конструкций вы узнаете позднее, а пока поступайте аналогичным образом. Второй подход дает возможность так называемого «быстрого старта», но создает опасность получить полуграмотных пользователей среды программирования, т.е. людей, которые используют в своей практике достаточно сложные конструкции, но не могут четко объяснить, почему в том или ином случае нужно применять именно их, и как они работают. В результате рано или поздно такие «программисты» сталкиваются с ошибками, исправить которые они просто не в состоянии — им не хватает знаний.

Основу методической системы обучения программированию составляет теоретический и практический материал курса «Программирование», обеспечивающий профессиональные знания в области информатики и компьютерной техники, которые необходимы студентам в их будущей деятельности. Существенных изменений требует методика обучения р азличным парадигмам программирования.

Под методом обучения мы понимаем упорядоченные способы взаимосвязанной деятельности преподавателя и студента, направленные на достижение поставленных целей обучения конкретной научной дисциплине. По способу передачи информации от преподавателя к студенту различают вербальные, наглядные и практические методы обучения.

При обучении программированию, мы используем вербальные (при изложении лекционного материала) и практические (выполнение лабораторных работ, практикумов, решение задач) методы, причем основной акцент делаем на практические методы, в процессе применения которых студенты не только, получают новые знания, но и приобретают практические навыки.

Преподаватель при этом инструктирует, указывает цели работы, направляет и проверяет ход ее исполнения. В деятельности студентов преобладает практическая работа, в ходе которой особую роль играет самостоятельный мыслительный процесс, позволяющий осуществить поиск данных и парадигмы решения задачи.

По основным видам дидактических проблем, решаемых на занятии, можно выделить методы приобретения знаний, формирования умений, применения знаний, методы творческой деятельности и методы проверки знаний, умений и навыков. Отметим, что все перечисленные методы приемлемы для использования при обучении программированию.

Часто учебная деятельность представляет собой итерационный поступательный процесс (речь идет об итерационном методе обучения).

Рассматривая итерацию как пошаговое приближение к определенной цели, можно применить этот метод, как при изложении лекционного материала, так и в процессе выполнения лабораторных работ по программированию.

Специфика заданий, предназначенных для выполнения на лабораторном практикуме, вполне соответствует поступательному итерационному процессу, который выражается в построении ряда алгоритмов и программ решения задачи, причем каждый следующий алгоритм является уточнением или расширением предыдущего. Каждая лабораторная работа содержит следующие разделы:

краткий теоретический материал (основные сведения); эксперименты с программами (в готовые программы нужно внести некоторые изменения и проанализировать полученный результат);

задания для самостоятельной работы.

Таким образом, построение итоговой программы представляет собой итерационный процесс, на каждом шаге которого происходят некоторые изменения, что и позволяет нам применить итерационный метод обучения.

Последовательность изложения лекционного материала зависит от порядка практических и лабораторных работ, поэтому лекционный курс целесообразно строить на основе итерационного метода. В случае практического применения подобной методики обучение реализуется не на основе постепенного изучения новых структур и операторов одной из возможных парадигм программирования, а с помощью поступательного итерационного процесса уточнения и расширения возможностей программной реализации моделируемой системы. Причем введение новых структур данных и возможностей языка программирования обосновывается с точки зрения их необходимости для решения новой задачи.

Используя итерационный метод обучения программированию при работе со студентами, мы используем в основном формальный подход. При этом некоторыми неформальными умениями студенты чаще всего уже обладают. Но и без хороших примеров (образцов) при обучении программированию не обойтись. Чем больше в группе студентов с несформированными неформальными умениями, тем больше примеров необходимо приводить при описании языка (иногда даже заменяя ими строгое определение). Необходимо добиваться того, чтобы в результате обсуждения примера все его детали оказались понятны студентам (обязательно нужно объяснить, как и почему это работает, в том числе опираясь на уже изученный формальный материал). В этом случае сильные студенты получат возможность понять все досконально и смогут использовать полученные знания в дальнейшем, а средние — приобретут конкретные навыки и оставят для себя возможность вернуться при необходимости к формальным определениям позже.

Таким образом, делая выводы из реального опыта можно сказать, что исследование в плане организации процесса обучения программированию в условиях проектной деятельности показали положительный результат и тем самым приобретает перспективу исследования в данном направлении в плане фундаментализации методики обучения.

1. M. Aripov, M.Muhammadiyev. Informatika, information texnologiyalar. Darslik.T.: TDYuI, 2005 y.

2. A.R. Azamatov, B.Boltayev. Algoritmlash va dasturlash asoslari. O’quv qo’llanma.T.:»Cholpon». 2013 y.

3. Sattorov A. Informatika va axborot texnologiyalari. Darslik. T.:» O’qituvchi», 2011 y.

4. Sh. A.Nazirov, M.M.Musayev, A.Ne’matov, R.V.Qobulov. Delphi tilida dasturlash asoslari. Toshkent. 2007- yil.

5. P.Karimov, S.Irisqulov, A. Isabayev. Dasturlash. Toshkent. «O’zbekiston». 2003-yil.

6. П. Дарахвелидзе, Э. Марков. Программирование в Delphi7. Учебник. Санкт- Петербург, «ЪХВ-Петербург», 2003 г.

7. Вигерс Карл. Разработка требований к программному обеспечению. /Пер, с англ. — М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2004. -576с

8. Окулов, С.М. Основы программирования. — М.: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002. — 424 с.: ил.

9. Иванова, Л.В. Язык программирования Pascal. Часть II. Лабораторный практикум. Книга 2. Уч.-метод. Пос. для студентов педагог. вузов. Елабуга, ЕГПУ, 2007, 136 с.

10. Роберт У. Себеста. Основные концепции языков программирования = Concepts of Programming Languages / Пер. с англ. — 5-е изд. — М.: Вильямс, 2001. — 672 с. — 5000 экз. ISBN: 5-8459-0192-8

ВВЕДЕНИЕ

Наука информатика, как составляющая содержания обучения представляет собой естественную сферу дифференциации обучения. Обучение информатике отвечает потребностям различных направлений специализации в старших классах и именно поэтому достаточно широко используется в школьной практике. Однако, наряду с очевидным положительным опытом появляются и отрицательные тенденции в формировании содержания обучения информатике.

В настоящее время уменьшение количества часов на изучение раздела алгоритмизации и программирования в старшей школе объективно связано с бурным развитием информационных технологий. Чрезмерное увлечение готовым прикладным программным обеспечением вытеснило изучение этих вопросов не только из некоторых профильных курсов, но даже из ряда учебников базового курса. Несмотря на перенасыщенность школ компьютерной техникой, на всеобщую доступность компьютеров и сети Интернет, нет положительных сдвигов в уровне общей подготовки учащихся.

По мнению многих ученых и специалистов в области образования вопросы, связанные с алгоритмизацией и программированием являются фундаментальными и обязательно должны изучаться на вводных курсах информатики вне зависимости от дальнейшего профиля обучения.

Изучение программирования — как прагматическая цель заключается в освоении основ профессионального программирования. В настоящее время программирование на любительском уровне с практической точки зрения не представляет интереса. Используя прикладные программы можно сделать гораздо больше, чем с помощью языков программирования на ученическом уровне. Поэтому такую цель можно ставить только перед профильным или элективным курсом информатики.

В профильных классах математического, экономического и технологического направления необходимо продолжение изучения технологий программирования.

Методика предполагает наличие начальных знаний по алгоритмизации, программированию и обработке числовой информации в электронных таблицах в объеме стандартного базового курса информатики. Учащимся предлагается:

— решить одну и ту же задачу разными подходами: средствами одного из процедурных языков программирования и средствами электронных таблиц;

— самостоятельно сравнить эффективность каждого из подходов;

— выбрать наиболее оптимальное инструментальное средство решения данной задачи.

Использование различных методических подходов при обучении программированию позволяет наиболее эффективно познакомить учащихся с этими фундаментальными вопросами и осуществлять подготовку учащихся к ЕГЭ по информатике.

Таким образом, актуальность исследования определяется современными тенденциями развития информатики как науки, в частности, переходом к программированию на основе объектно-ориентированной методологии.

Объект исследования: процесс обучения учащихся информатике в общеобразовательной школе.

Предмет исследования : процесс обучения алгоритмизации и программированию в базовом курсе информатики.

Цель исследования : разработка и теоретическое обоснование методики обучения алгоритмизации и программированию в базовом курсе информатики.

Гипотеза : методика обучения алгоритмизации и программированию, основанная на применении технологии структурного программирования, позволит повысить:

— уровень усвоения основ алгоритмизации и программирования;

— эффективность развития мыслительной деятельности учащихся.

Для достижения цели исследования и проверки гипотезы решались следующие задачи:

— изучить основные тенденции развития современного школьного курса «Информатика и ИКТ»: цели, содержание, формы, методы и средства обучения;

— проанализировать состояние проблемы обучения алгоритмизации и программированию в школе и обосновать целесообразность изучения школьниками данного раздела с использованием языка программирования Паскаль;

— определить основные принципы в построении методической системы изучения вопросов алгоритмизации и программирования

— изучить научную, учебно-методическую и психолого-педагогическую литературы по проблеме исследования;

— определить место раздела алгоритмизации и программирования в школьном курсе информатики на основе анализа основных нормативных документов министерства образования РФ;

— разработать и теоретически обосновать методику и содержание обучения алгоритмизации и программированию на основе технологии структурного проектирования программ.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

— изучение и анализ научно-методической, психолого-педагогической, учебной и специальной литературы по проблеме исследования;

— изучение и анализ учебников и учебных пособий по информатике;

— изучение и анализ учебно-методической документации (учебных программ, планов, нормативных документов, методических руководств).

— изучение и анализ современного программного обеспечения и тенденций его развития;

— изучение и анализ педагогического опыта.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается:

— в теоретическом обосновании целесообразности включения обучения структурному языку программирования в образовательный процесс школы;

— в разработке учебно-методического материала.

Практическая значимость исследования заключается в определении

содержания теоретического материала, направленного на формирование специальных знаний и умений при изучении темы «Алгоритмизация и программирование» в школьном курсе информатики.

Дипломная работа условно состоит из двух частей. В первой части раскрываются теоретические сведения о принципах структурной алгоритмизации и технологии программирования в школе, а также о выборе подхода к преподаванию программирования. Вторая часть данной работы посвящена разработке различных методических моментов, которые можно использовать при изучении структурного типа данных массив.

Таким образом, различные формы работы и подготовленное методическое обеспечение позволит повысить эффективность работы учащихся и уровень умений при решении алгоритмических задач. При этом совмещение традиционных форм работы и новых подходов в использовании стандартных задач расширяет целенаправленность и эффективность урока.

Задачи исследования, их решения и логическая последовательность определили структуру и содержание аттестационной работы, которая состоит

из двух частей. В первой части раскрываются теоретические сведения о технологии программирования в школе, принципах структурной алгоритмизации и выборе подхода к преподаванию программирования. Во второй части данной работы приведена аргументация на основе статистического анализа и аналитические выводы.

1. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

При выборе стратегии преподавания информатики в школе, важно учитывать, что задача общеобразовательного курса – это прежде всего выработка определенного стиля мышления, формирование наиболее общих навыков, умений и представлений, нежели освоение тех или иных конкретных языков и технических средств программирования. В то же время курс информатики должен служить базой для последующего профессионального изучения программирования в высшей школе или старших классах средней школы (в рамках профессионального обучения).

В настоящее время существуют три наиболее распространенных подхода к преподаванию программирования:

— преподавание программирования как теоретической дисциплины, без освоения конкретных языков и систем;

— преподавание на основе специально разработанного языка, ориентированного на обучение основным навыкам программирования;

— изучение одного или нескольких языков программирования, широко используемых при решении научных и хозяйственных задач.

Практическая реализация первого подхода наталкивается на серьезные трудности, так как с отказом от языка программирования не только теряется возможность использовать соответствующий инструментарий, но и зачастую становится трудно обосновать необходимость его использования.

При преподавании основ программирования в младших классах средней школы чаще всего используется второй подход. Для этих целей разработаны специализированные языки и программы. Они предельно упрощены и рассчитаны на возможности младшего школьника в области программирования. Такой подход хорош при углубленном изучении информатики в специализированных классах на начальном этапе обучения.

Третий подход не очень удобен, потому, что ни один из существующих стандартных языков не отражает в достаточно чистом виде современный запас программирования. Все эти языки разрабатывались со своими целями и каждый из них ориентирован на определенную, более или менее узкую область применения. Кроме того, большинство реализаций стандартных языков загружено большим количеством технических деталей и сложны в изучении.

Для общеобразовательной школы наиболее приемлемым является сочетание первого и третьего подходов – обучение теоретическим основам программирования на базе стандартного языка. При этом не обязательно вдаваться в глубины языка. Учащиеся, которых он заинтересует, могут сделать это и сами. Наибольшее внимание следует уделить переходу от алгоритмических структур к их программной реализации на языке программирования.

Конечный выбор языка программирования определяется наличием аппаратных средств и личными наклонностями преподавателя. Стоит отметить, что язык программирования Паскаль первоначально создавался как учебный язык, но со временем получил широкое распространение в качестве стандартного языка.

Из существующих технологий программирования наиболее популярной и широко используемой является технология структурного программирования «сверху – вниз». Достоинством такой технологии является то, что она позволяет сформировать у учеников алгоритмический стиль мышления, необходимый при изучении практически всего курса информатики. Следовательно, выбирая язык программирования для школьного курса, нужно ориентироваться на один из структурных языков.

2. ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТРУКТУРНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ В ШКОЛЕ

2.1. Принципы структурной алгоритмизации

Сегодня самой популярной методикой программирования является структурное программирование «сверху – вниз». Такая технология представляет собой процесс пошагово разбиения алгоритма на все более мелкие части. Целью её является получение таких элементов, для которых можно легко написать конкретные предписания.

Основными принципами структурной алгоритмизации являются:

— последовательная детализация «сверху — вниз»;

— ограниченность базового набора структур для построения алгоритмов любой степени сложности.

Следуя этим принципам

— программа должна составляться мелкими шагами, таким образом, сложная задача разбивается на достаточно простые, легко воспринимаемые части;

— логика программы должна опираться на минимальное число достаточно простых базовых управляющих структур.

Базовая алгоритмизация содержит линейные, разветвляющиеся и циклические структуры.

Можно перечислить основные свойства и достоинства структурного программирования:

— возможность демонстрации правильности программ на различных этапах решения задачи;

— возможность преодоления барьера сложности программ;

— простота модификации программ.

2.2. Выбор подхода к преподаванию структурного программирования

При решении задач с использованием структурного программирования можно выделить два основных подхода:

— «алгоритмический» подход — схема решения задачи описывается на алгоритмическом языке (языке блок-схем алгоритмов) и затем переводится в программную реализацию на конкретном языке программирования;

— «программный» подход – описание решения задачи сразу на конкретном языке программирования.

Учитывая эти направления, чаще всего и преподается программирование. Однако, уровень развития современных систем программирования, благодаря хорошо организованным средствам отладки, позволяет создавать программы без использования первого подхода. Но программный подход требует от человека наличие определенного стиля мышления и навыков работы с языком программирования. Очевидно, что специалисты, имеющие пусть даже небольшой опыт в программировании, пользуются программным подходом. Им не обязательно описывать решение задачи на алгоритмическом языке, они разрабатывают ее в «уме». В преподавании такой подход хорош при изучении второго языка программирования, когда ученики уже имеют определенную подготовку.

Когда структурное программирование рассматривается на начальном этапе то лучше использовать «алгоритмический» подход. Он более полно и последовательно позволяет раскрыть переход от математической формы описания задачи к ее программной реализации. Также помогает формировать у учеников алгоритмический стиль мышления, необходимый при решении задач с использованием языков программирования. Кроме того, на основе алгоритмического подхода можно изучать сразу несколько языков программирования.

В силу перечисленных достоинств наиболее верным и методически правильным для преподавания программирования на начальном этапе обучения является алгоритмический подход. Однако, при изучении программирования с использованием алгоритмического подхода учащиеся сталкиваются с двумя проблемами:

— описание и детализация решения задачи на алгоритмическом языке;

— переход от алгоритмических конструкций к конкретному языку программирования.

При разработке и подборе методического обеспечения важно учитывать эти проблемы. В первом случае это могут быть схемы основных базовых структур с описанием их работы и особенностей использования при построении алгоритмов. Во втором – таблицы перевода алгоритмических конструкций в конструкции языка программирования.

2.3. Базовый набор структур и построение алгоритмов на их основе

В теории структурного программирования алгоритм любой степени сложности можно построить с помощью основного базового набора структур:

— последовательная (линейная) структура;

Наиболее простой для понимания и использования является линейная структура Линейным называется алгоритм (фрагмент алгоритма), в котором отдельные предписания выполняются в естественном порядке (в порядке записи) независимо от значений исходных данных и промежуточных результатов.

Алгоритм может быть реализован на компьютере, если он содержит только элементарные предписания. Такими элементарными, т.е. не требующими детализации, можно считать следующие предписания или операции:

вычислительные операции, реализуемые оператором присваивания;

Однако не любой алгоритм можно описать только линейной структурой. Часто для дальнейшей детализации используется разветвлённая структура, т.е. такая, в которой в зависимости от исходных данных или промежуточных результатов алгоритм реализуется по одному из нескольких, заранее предусмотренных направлений. Такие направления часто называются ветвления. Каждое ветвление может быть любой степени сложности, а может вообще не содержать предписаний. Выбор той или иной ветви осуществляется в зависимости от результата проверки условия с конкретными данными. В каждом случае алгоритм реализуется только по одной ветви, а выполнение других исключается.

Реализация линейных и разветвленных программ на компьютере не дает большого выигрыша во времени по сравнению, например, с использованием простого калькулятора. Реальное преимущество вычислительной машины становится очевидным лишь при решении тех задач, в которых возникает необходимость многократного повторения одних и тех же фрагментов алгоритмов.

Циклические алгоритмы реализуют выполнение некоторых операторов (групп операторов) многократно с одними и теми же или модифицированными данными.

Циклические алгоритмы часто называют циклами. В зависимости от способа организации числа повторений различают три типа циклов:

— цикл-пока (цикл с заданным условием продолжения работы);

— цикл-до (цикл с заданным условием окончания работы);

— цикл с параметром (цикл с заданным условием повторений работы).

Структура цикла с заданным условием продолжения работы может включать в себя набор операторов различной степени сложности. При выполнении условия продолжения работы выполняется тело цикла. В случае, если же условие не выполняется, то работа циклической структуры прекращается и начинается выполнение следующей структуры.

В структуре цикл-пока предусматривается вариант, когда тело цикла ни разу не выполняется. Это возможно, когда условие, стоящее в начале цикла, сразу же не выполняется. Если на практике возникает необходимость использовать структуру, у которой тело цикла выполняется хотя бы один раз, то в этом случае применяется структура цикла-до.

При помощи такой структуры обычно составляют алгоритмы итерационных вычислительных процессов, когда для определения последующего значения переменной используется ее предыдущее значение. Выход из конструкции цикл-до осуществляется по достижении параметром требуемого значения.

Однако в рассмотренных типах циклических структур имеют один недостаток: при ошибочном задании исходных данных возможно зацикливание, в этом случае возникает ситуация, когда происходит бесконечное повторение тела цикла.

В инженерных практических задачах обычно известны начальные значения изменяемых величин, закон изменения и конечное число повторений. Переменная, изменение которой организуется в ходе реализации цикла, называется параметром цикла или управляющей переменной. Соединение линейной структуры- это алгоритм работы цикла с заданным числом повторений то есть (начало цикла), структуры цикл-пока (условие в нем заменено на противоположное) и снова линейной (последовательной) структуры в теле цикла.

Обобщая, можно сказать, что с помощью базового набора структур можно построить алгоритм любой степени сложности. Освоив принципы и средства структурной алгоритмизации, учащиеся должны уметь реализовать их на любом языке программирования. Следовательно, основной концепцией в изучении ими любого языка программирования будет являться методика перевода основных базовых структур в конструкции данного языка.

3. МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕМЫ «АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ» В КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ И ИКТ

3.1. Методика введения понятия алгоритм

Изучение темы «алгоритмизация и программирование делится на две части, это и есть само изучение алгоритмизации, а потом программирования. Во многих учебных программах рассматривают только алгоритмизацию, так как не все учителя информатики имеют должный уровень подготовки для преподавания темы «программирование» на каком — либо из языков программирования.

Базой для освоения программирования является изучение алгоритмизации, которое помогает развить у учащихся алгоритмическое мышление. Поэтому изучение алгоритмизации является важным этапом курса информатики и при преподавании этого курса учитель должен быть особенно внимателен .

Основное содержание по линии алгоритмизации в стандарте образования базового курса по информатики и ИКТ определяется через следующие понятия:

— алгоритм, способы записи алгоритмов, свойства алгоритма;

— исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд);

— компьютер — формальный исполнитель алгоритмов;

— основные алгоритмические конструкции (следование, ветвление, повторение);

— разбиение задачи на подзадачи и вспомогательный алгоритм;

— алгоритмы работы с величинами (тип данных, ввод и вывод данных).

Изучение алгоритмизации начинается с основного понятия алгоритма. Понятие алгоритма является математическим понятиям и поэтому не может быть определено через другие, более простые понятия. Само определение алгоритма в школьных учебниках отличается большим разнообразием. Например:

В учебнике И.Г. Семакина алгоритм — последовательность команд, управляющих работой какого-либо объекта, и далее дается более строгое определение – понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящую от исходных данных к искомому результату.

В учебнике А.Г. Кушниренко алгоритм — программа, записанная на специальном школьном алгоритмическом языке.

В учебнике Н.Д. Угриновича алгоритм — чёткое описание последовательности действий.

В жизни дети не часто встречаются с данным понятиями дословно, но они находят применение алгоритмов в различной деятельности человека. Об этом важно сообщить детям на первом же уроке по алгоритмизации и подтвердить это примерами.

При введении понятия алгоритма, учитель должен акцентировать внимание учащихся на том, что алгоритм всегда составляется с ориентацией на исполнителя алгоритма. По моему мнению, для этого хорошо подходит определение, приведенное в учебнике Л.Л. Босовой

Так как одной из особенностей курса «Алгоритмизация и программирование» является его практическая направленность, то понятие исполнителя алгоритма рекомендуется вводить на основе практических примеров из жизни учащихся. Основным исполнителем на начальном моменте изучения темы может быть человек. Ученики сами должны выступить в роли исполнителей простых алгоритмов. В зависимости от способностей учеников класса, в котором изучается данная тема, задачи для исполнителя могут быть и сложнее: поиск корня квадратного уравнения, технология построения вписанной окружности в треугольник , и т. д.

Основной характеристикой любого исполнителя, с точки зрения управления, является система команд исполнителя (СКИ) — конечное множество команд, которые понимает исполнитель, т.е.сможет их выполнять. Для знакомства с СКИ можно дать ученикам такой алгоритм, который они сначала не смогут выполнить. После этого должно следовать закрепление изученного понятия через выполнения заданий на определение СКИ у различных исполнителей.

СКИ определяет свойство алгоритма – понятность, то есть алгоритм может включать в себя только те команды, которые входят в СКИ. Он не должен быть рассчитан на выполнение исполнителем самостоятельных решений, не предусмотренных разработчиком алгоритма.

После свойства понятности рассматривается свойство точность. Здесь можно привести несколько примеров алгоритмов, которые выполняются не точно. Например: любой кулинарный рецепт можно рассматривать как алгоритм для исполнителя — повара по приготовлению блюд. Но если одним из пунктов в нем будет написано: «Положить несколько кусочков сахара», то это пример не точной команды . Сколько кусочков? Каждый повар может это понимать по-своему, и результаты будут разными. Пример точной команды: «Положить два средних кусочка сахара».

Еще одно важное свойство, которое отражено в определении алгоритма — результативность. Оно дается так: исполнение алгоритма и, следовательно, получение искомого результата должно завершиться за конечное число шагов. Здесь под шагом понимается выполнение отдельной команды. В этом случае данное свойство отражает ситуации, когда алгоритм «зацикливается» и не дает результата. Такой алгоритм бесполезен, и учащиеся должны научиться различать эти алгоритмы.

Дискретность — еще одно свойство алгоритма. Оно заключается в том, что команды алгоритма выполняются последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения каждой команды и начала выполнения следующей. Требование последовательного выполнения команд заложено в определении алгоритма, и на данном свойстве желательно заострить внимание. Не каждый ученик сможет выделить его из определения алгоритма.

Массовость – это свойств, которое выражается в том, что алгоритм единожды применяется к любой конкретной формулировке задачи, для решения которой он разработан. От этого свойства легко перейти к понятию исходные данные. Это свойство можно назвать универсальностью алгоритма по отношению к исходным данным решаемой задачи. Оно не является необходимым свойством алгоритма, а скорее определяет качество алгоритма: универсальный алгоритм лучше неуниверсального (алгоритм решения частной задачи — тоже алгоритм!). Следует указать ученикам на то, что исполнителю всегда надо иметь исходные данные, с которыми он будет работать (деньги, продукты, детали, таблицы чисел и т.п.). Например, исполнителю, решающему задачу по математике нужна исходная числовая информация, которая всегда задаётся в условии. Если нужно найти номер телефона человека, то исходными данными будут фамилия человека, его инициалы, телефонная книга, а так же ещё и домашний адрес, так как Ивановых или Петровых с одинаковыми инициалами может оказаться в телефонной книге много.

Если все данные свойства выполняются, то исполнитель исполняет алгоритм формально. Т. е. при выполнении алгоритма , исполнитель строго следует командам и не позволяет какого творчества с его стороны. Отсюда следует вывод о возможности создания автоматических исполнителей. Таким автоматическим исполнителем по обработке информации является персональный компьютер. Ученики сами могут назвать таких автоматических исполнителей: роботы, станки с автоматическим управлением, автоматическая стиральная машина, микроволновая печь и так далее.

После того как все свойства алгоритма рассмотрены следует их закрепить через выполнение заданий. Для этого полезно рассмотреть с учениками несколько заданий следующего содержания:

1) дан алгоритм, формально исполнить его;

2) определить исполнителя и систему команд для данного вида работы;

3) по данной системе команд построить алгоритм;

4) определить необходимый набор исходных данных для решения задачи.

Для примера задачи первого типа можно использовать алгоритм игры Баше, рассматриваемый в учебниках Босовой. Правила игры состоят в следующем: в игре используются 7, 11, 15, 19 предметов. За один ход можно брать 1, 2 или 3 предмета. Проигрывает тот игрок, который берет последний предмет. Предлагается алгоритм выигрыша для первого игрока.

После того как ученики поиграли в эту игру по тем правилам, что описаны в учебнике, можно предложить им несколько заданий аналитического характера на тему игры Баше. Подобные задания могут быть предложены в качестве домашней работы.

Рассмотрим пример задания второго типа.

Задача: Описать систему команд исполнителя «Геометр», который мог бы выполнять геометрические построения с помощью инструментов циркуля и линейки.

Решение. Ученикам знаком вид задач, которые в геометрии называются задачами на построение с помощью линейки, циркуля и карандаша. Полной СКИ для исполнителя «Геометр» является следующие команды:

1. Провести отрезок прямой между двумя данными точками.

2. Установить раствор циркуля, равный длине данного отрезка.

3. Установить ножку циркуля в точку.

4. Построить окружность.

5. Выделить общие точки двух линий (пересечения или касания). Надо обратить внимание учеников на изложение каждой команды. Делить их на несколько более простых не имеет смысла.

При построении СКИ ученики должны решать две проблемы: элементарности команд и полноты системы команд. Система команд исполнителя называется полной, если она содержит весь минимально-необходимый список команд, которые позволяют построить любой алгоритм в том классе задач, на который исполнитель ориентирован.

От решения предыдущей задачи можно перейти к задачам третьего типа. Оставив исполнителя и СКИ тем же ученикам можно дать такую задачу: «Записать для исполнителя Геометр алгоритм построения окружности, для которой задан её диаметр отрезком АВ».

Данный переход способствует лучшему восприятию задачи, так как ученики уже знакомы с исполнителем и его СКИ.

1. установить ножку циркуля в точку А ;

2. установить раствор циркуля, равный длине отрезка АВ ;

3. построить окружность установить ножку циркуля в точку В;

4. построить окружность;

5. выделить точки пересечения окружностей;

6. провести отрезок CD;

7. выделить точку пересечения отрезков АВ и CD;

8. установить ножку циркуля в точку О;

9. установить раствор циркуля, равный длине отрезка ОВ;

10. построить окружность.

С учащимися необходимо проанализировать данную задачу на соответствие свойствам алгоритма. Учеников следует подвести к следующему выводу: «данный алгоритм удовлетворяет всем основным свойствам: понятности, точности, конечности; благодаря чему может исполняться формально».

Задания четвертого типа относятся к проблеме постановки задач на построение алгоритмов. Для выполнения работы — решения данной задачи — необходим не только алгоритм, а также полный набор исходных данных. Это могут быть разные материальные объекты (детали для сборки устройства; продукты для приготовления блюда и пр.) или информация (числовые данные для расчетов). Например задачи на определение полного набора данных.

Задача: Определить полный набор исходных данных для вычисления времени падения кирпича с крыши дома.

Ответ: ускорение свободного падения и высота дома

3.2. Обучение методам построения алгоритмов на учебных исполнителях.

Важной целью раздела алгоритмизации является овладение учащимися структурной методикой построения алгоритмов. Традиционно применяемым дидактическим средством в алгоритмизации являются учебные исполнители алгоритмов. Достоинством этих исполнителей является: ясность для ученика решаемых задач, наглядность процесса работы в ходе выполнения программы. Как известно, дидактический принцип наглядности является одним из важнейших в процессе любого обучения

Для того чтобы ученикам было легко и удобно работать с учебными исполнителями, они должны удовлетворяет следующим условиям:

o должен быть исполнитель, работающий «в обстановке»;

o исполнитель должен имитировать процесс управления некоторым реальным объектом (черепахой, роботом и др.);

o в системе команд исполнителя должны быть все структурные команды управления (ветвления, циклы);

o исполнитель может использовать вспомогательные алгоритмы (процедуры).

Изучая работу исполнителя алгоритмов, учителю следует привести его характеристики, которые называются архитектурой исполнителя. Такими являются:

— среда, в которой работает исполнитель;

— его режим работы ;

— данные, с которыми он работает.

Обучение программированию желательно организовать в ходе решения задач, подобранных в специально выстроенной последовательности, отвечающую следующими дидактическими принципами:

— постепенное усложнение решаемых задач, т.е. от простого — к сложному;

— новизна – каждая задача должна вносить новый элемент знаний –команду, приём программирования.

— наследование, т. е. решение каждой следующей задачи, требует использования знаний, полученных при решении предыдущих.

При написании алгоритмов для учебных исполнителей используется алгоритмический язык и блок-схемы. С ними можно познакомить на одном или двух уроках, а затем продолжать изучение алгоритмизации и блок-схем совместно с построением алгоритмов на учебных исполнителях. Это поможет изучить основные алгоритмические структуры с теоретической и практической стороны.

Основное достоинство блок-схем – это наглядность представления алгоритма. Оно достигается изображением блок-схем стандартным способом – сверху вниз.

Алгоритмический язык является текстовой формой описания алгоритма, которая близка к языку программирования, но как таковым не является, и поэтому не имеет строгого синтаксиса. Для структурирования текста алгоритма на алгоритмическом языке используются строчные отступы. В этом случае соблюдается следующее правило: все конструкции одного уровня вложенности записываются на одном вертикальном уровне (отступе), а вложенные конструкции смещаются относительно внешней вправо. Это правило делает наглядной структуру алгоритма. Поэтому учителю желательно потратить определённое учебное время на формирование навыка правильной записи алгоритма.

После ознакомления с архитектурой исполнителя и способами записи алгоритмов следует приступить к решению задач, соответствующих приведенным выше дидактическим принципам. В этом случае только практическая работа на учебных исполнителях помогает освоить построение алгоритмов.

На практических уроках используются следующие виды задач:

• разработка линейных алгоритмов;

• разработка и использование вспомогательных алгоритмов;

• разработка циклических алгоритмов;

• разработка разветвленных алгоритмов ;

• использование метода последовательной детализации при разработке сложных алгоритмов.

Конечно, первые задачи должны быть линейной структуры, например, в учебном исполнителе нарисовать букву.

При разборе этой задачи желательно обратить внимание учеников на два обстоятельства:

— управление исполнителем для достижения поставленной цели будет происходить без обратной связи. В данном случае алгоритм будет иметь линейную структуру.

— алгоритм зависит не только от сформулированной цели (искомого результата), а также от исходного состояния исполнителя. Состояние учебного исполнителя определяется местом его расположения на поле и ориентацией. А результатом выполнения алгоритма становится не только рисунок (главная цель), но и конечное состояние исполнителя.

Следующие задачи должны помочь разработать и использовать вспомогательные алгоритмы. В таких случаях обычно рассматривается следующая задача: разработать алгоритм рисования числа «282828».

Решая данную задачу можно поступить следующим образом: предложить ученикам написать алгоритм прежними средствами. Такое задание, очевидно, не вызовет энтузиазма учеников, поскольку принцип им уже понятен, а писать длинный такой алгоритм довольно скучно. В этой ситуации возможно самостоятельное «открытие» учениками идеи вспомогательного алгоритма. Обратив внимание на то, что в рисунке трижды присутствуют цифры «2» и «8», ученики могут прийти к идее отдельного описания алгоритмов рисования этих цифр, затем использования их для получения данного числа После обсуждения этой идеи необходимо ученикам дать понятие вспомогательного алгоритма и объяснить , как производится его описание и использование.

Навыки использования вспомогательных алгоритмов необходимо вырабатывать у учеников как можно раньше, на примерах линейных алгоритмов. Важнейший прием алгоритмизации и программирования — декомпозиция задачи, т.е. выделение в исходной задаче некоторых более простых подзадач. Алгоритмы решения таких подзадач называются вспомогательными алгоритмами, а реализующие их программы — подпрограммами (процедурами). Таким образом, решение задачи делится на несколько алгоритмов: основной алгоритм и вспомогательные алгоритмы. Обычно, в основном алгоритме происходит многократное обращение к вспомогательному алгоритму.

Далее следует рассмотрение циклических структур алгоритма . Для их разработки циклических, следует сначала теоретически подготовить учащихся. Необходимо подробно рассмотреть и разобрать циклические алгоритмы при помощи блок схем и словесного алгоритмического языка. А только затем переходить на практику, иначе дети могут не усвоить циклы, и действовать по примерам, не думая о содержании задачи.

Примером таких задач на циклы может служить задача на разработку алгоритма рисования горизонтальной линии, проведенной от края до края поля. Эта задача вносит в данную тему следующие новые элементы: у

— правление с обратной связью;

— структурная команда цикла.

Обратная связь заключается в том, что перед выполнением каждого шага проверяется условие «впереди не край?». В случае истинности , т.е. ответ положительный, то делается шаг, в противном случае выполнение цикла прекращается.

Команда цикла является структурной командой в отличие от простых команд «шаг», «поворот», «прыжок». Структурная команда включает в себя несколько действий: проверка условия, выполнение тела цикла, которое, в свою очередь, может состоять из нескольких команд.

И наконец, изучение основных алгоритмических структур заканчивается ветвлением. Здесь можно предложить следующую задачу: изобразить орнамент, состоящий из квадратов, расположенных по краю поля. На примере этой задачи еще раз демонстрируется методика последовательной детализации. В отличие от предыдущих программ, здесь используется два шага детализации, поскольку в процедуре РЯД содержится обращение к процедуре следующего уровня — КВАДРАТ.

3.3. Программирование в курсе информатики и икт

В начале изучения темы следует остановиться на определении программы, а затем программирования. Программирование – это раздел информатики, изучающий вопросы разработки программного обеспечения компьютера и другой технической системы. В узком смысле под программированием понимают процесс разработки программы на одном из языков программирования. Разработку средств системного программного обеспечения и систем программирования называют системным программированием. Создание прикладных компьютерных программ принято называть прикладным программированием. По такому же принципу проводят деление программистов на системных и прикладных.

Методика изучения языков программирования достаточно хорошо разработана. Языки программирования делятся на две большие группы: машинно-ориентированные (Автокод, Ассемблер) и языки высокого уровня. Первой группой языков пользуются весьма малое число программистов профессионального уровня для специфических целей. Большинство программистов используют в настоящее время языки высокого уровня.

Обучение программированию желательно организовать на различных языках высокого уровня, например язык Паскаль. Такой язык ориентирован на структурную методику программирования.

Для изучения языка Паскаль используется программа Pascal ABC, которая во многом упрощает процесс набора и редактирования программы. Ученикам бывает проблемно переходить от блок-схем и алгоритмического языка сразу к программированию на Pascal, так как с виду они не похожи на программы Паскаля . Так же вызывает трудность синтаксис, к которому ученики не могут привыкнуть (к постановкам скобок и запятых в правильных местах). Для того чтобы избежать данных затруднения можно изучать программирование на алгоритмическом языке. Можно использовать программу Кумир. Эта программа позволяет писать на алгоритмическом языке, а так же включает в себя графические исполнители. Поэтому ученикам будет не сложно перейти от составления программ для исполнителей к программированию.

В программе Кумир на алгоритмическом языке можно изучит весь курс программирования. Так как в нем есть работа с величинами, логическими операциями, оператором выбора, циклами, работа со строками. Одним из главных достоинств программы Кумир является, использование алгоритмического языка для написания программ. Это позволяет упростить процесс объяснения. Ученики могут просто читать написанную для примера программу и видеть, что же она будет делать. Что конечно не возможно при изучении других языков программирования, так как они основаны на английском языке.

На стадии изучения графических исполнителей желательно познакомить учащихся со средой Кумира. В начале знакомства надо лишь кратко охарактеризовать компоненты системы, отметив, что более подробно они будут рассмотрены по ходу темы.

Учащимся следует сообщить, что создание программы складывается из трёх этапов: написание программы, отладка программы, исполнение программы. Система программирования позволяет это сделать более продуктивным способом за счёт использования специальных средств и готовых наработок частей и блоков программы.

В любой из систем программирования можно выделить следующие компоненты: среда, режимы работы, система команд, данные. С ними следует кратко ознакомить учащихся.

Режимами работы системы программирования обычно являются:

— режим редактирования программы;

— режим компиляции текста программы;

— режим работы с файлами;

— режим отладки программы.

При изложении материала следует специально обратить внимание учеников на то, что в каждом режиме работы используется определённая система команд. Для системы программирования данными являются файлы с текстами программ, содержащих исходную и конечную информацию для задачи.

В режиме редактирования обычно используется встроенный редактор, который позволяет писать текст программы. Текст также можно подготовить в любом тестовом редакторе и отрабатывать с учащимися навыки написания программ.

В режиме компиляции происходит перевод программы на машинный код. При этом идёт сбор программы из различных блоков, модулей, обычно взятых из библиотеки системы программирования. В результате компиляции создаётся объектный файл, представляющий собой часть программы на машинном языке с необходимыми внешними связями и ссылками .

В режиме исполнения происходит исполнение полученной после трансляции программы. Обычно интерпретатор (который является тем или иным типом транслятора) непосредственно сам исполняет программу на языке программирования высокого уровня.

В режиме работы с файлами выполняются обычные операции: сохранить файл, прочитать информацию из файла в оперативную память, присвоить имя файлу и вывести содержимое окна редактора на экран, а затем на печать .

В режиме помощи программист может получить подсказку на экране, как по работе с системой, так и по языку программирования.

Режим отладки всегда реализуется в современных системах программирования. В этом режиме можно производить трассировку программы (отображение результатов выполнения каждой команды), пошаговое исполнение программы, отслеживать изменение определённых величин, поиск и исправление ошибок.

Закрепление теоретического материала этой темы рекомендуется проводить на практических занятиях по написанию коротких программ в системе программирования Кумир.

После знакомства учащихся со средой программирования, можно переходить к разработке программ.

Обучение программированию должно проводиться на примерах типовых задач с постепенным усложнением структуры алгоритмов. По признаку алгоритмической структуры их можно разделить на классы:

• линейные алгоритмы: вычисления по формулам, всевозможные пересылки значений переменных;

• ветвящиеся алгоритмы: поиск наибольшего или наименьшего значений из нескольких данных; сортировка двух или трех значений; диалог с ветвлениями;

• циклические алгоритмы: вычисление сумм и произведений числовых массивов, циклический ввод данных с последовательной обработкой.

Таким образом, базовая подготовка в области информатики относительно разделов алгоритмизации и программирования, включает рассмотренный выше круг вопросов, а освоение учебного материала обеспечивает учащимся такие возможности как :

— уяснить (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, изучить свойства алгоритма и рассмотреть возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

— освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, про цедура) и применять их для построения алгоритмов и решения учебных задач;

— получить представление о «библиотеке алгоритмов», научиться использовать эти алгоритмы для построения более сложных алгоритмов;

— получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке) и использовать его для записи алгоритмов решения простых задач.

По окончании изучения темы учащиеся должны:

— понимать сущность понятия алгоритма, знать его основные свойства, использовать их на примерах конкретных алгоритмов;

— знать возможности автоматизации деятельности человека при применении алгоритмов;

— знать основные алгоритмические структуры и уметь применять их для построения алгоритмов;

— знать возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе команд, разрабатывать и исполнять на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа «черепахи», «робот» и др.);

— записывать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решения простой задачи;

— иметь представление о переменной как участке памяти ЭВМ;

— иметь представление о массиве как совокупности однотипных данных;

— знать характер изменения параметра в процессе выполнения цикла;

— понимать процесс выполнения программ, содержащих обращение к подпрограммам;

— знать параметры переменной (имя, тип, значение);

— знать стандартные функции, правила определения их пользователя;

— знать правила записи и порядок выполнения логических выражений;

— знать порядок определения подпрограмм и обращения к ним;

— знать порядок описания массивов данных;

— уметь описать процесс задания значения переменной с помощью оператора присваивания;

— уметь описать форматы простейших операторов, обеспечивающих ввод данных с клавиатуры и вывод символов на экран;

— уметь описать форматы стандартных функций, типы аргументов, типы значений; определять функции пользователя, использовать их в выражениях;

— уметь описать условный оператор и алгоритм выполнения его в полном и неполном вариан тах и записывать простые разветвляющиеся алгоритмы в виде программ;

— уметь описать формат операторов организации циклов и записывать простые циклические алгоритмы в виде программ;

— уметь описат ь формы графических операторов и использовать эти операторы для создания простых изображений;

— уметь организовывать ввод и вывод массива данных, а также различать индекс и значение массива;

— владеть простейшими приёмами отладки программ.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ИГРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ

Хороший результат при изучении раздела информатики «Алгоритмизация и программирование» дает применение игровых методов. Так, изучение структурного типа данных в виде массива происходит более успешно, если использовать прием поэтапного усложнения задачи. Например, последовательная разработка алгоритмов для задач на отыскание максимального или минимального значения, замену указанного элемента, сортировка элементов массива в указанном порядке способствует развитию алгоритмического мышления и правильной разработки алгоритма на основе уже имеющихся знаний. При этом прохождение каждого этапа написания программы сопровождается определенным поощрением или правом перехода к следующему этапу. В процессе работы учащиеся зарабатывают баллы, очки, бонусы, которые суммируются и находят свое отражение в оценках.

Плодотворность труда учащихся на уроке зависит от выбранной формы работы. Следует комбинировать разные виды работ, например, самостоятельную и коллективную работу учеников для осуществления взаимопомощи и быстроты усвоения материала. Игра должна быть интересна и охватывать большинство или всех учащихся.

В качестве примеров приведу несколько игр, которые часто применяю на уроках.

Игра «Группа разработчиков». Игра заключается в том, что все учащиеся делятся на три группы. Каждая из групп получает задание составить алгоритм нахождения максимального или минимального значения или алгоритм, сортирующий элементы массива по возрастанию (по убыванию), или алгоритм, суммирующий элементы массива. После разработки алгоритмов группы учеников заменяют одного из своих разработчиков представителем другой группы и совмещают два составленных алгоритма. После второго обмена представителями в каждой группе должны получиться одинаковые алгоритмы, выполняющие три поставленные изначально задачи.

Игра «Сценка». Правила игры заключаются в следующем: выбирается N количество учеников в зависимости от количества переменных в алгоритме. Каждому из них раздается соответствующая роль и его начальное значение: переменная Счетчик (1 ученик), ячейки массива (количество учеников зависит от размерности массива), переменная Максимум (1 ученик), переменная Минимум (1 ученик), переменная Сумма (1 ученик), а также ученик, записывающий на доске код программы. Задание: найти сумму максимального и минимального элементов массива. При этом на доске записывается массив из N элементов, отводится место для записи значения переменных. Затем учащиеся проигрывают алгоритм по ролям: если переменная счетчик увеличивает свое значение, то ученик, отвечающий за соответствующую ячейку массива, должен сказать значение своей ячейки или сравнить его со значением соседней ячейки и изменить его, если это соответствует алгоритму решения задачи, который один из учащихся записывает на доске. При этом за каждый правильный шаг начисляется очко, а за неверный отнимается.

Игра «Улитка». Заранее готовится изображение пустого массива в виде спирали размерностью N. Поочерёдно учащиеся бросают кубики, при этом выпавшие числа последовательно записывают в ячейки массива. Когда массив будет полностью заполнен, ученики получают задание отсортировать массив в заданном порядке таким образом, чтобы каждое число повторялось в массиве только один раз. При этом после написания каждого оператора программы один из учеников проверяет его, внося при этом нужные коррективы в рисунок.

Зависимость качественного результата совместной работы учащихся от эффективного труда каждого учащегося положительно влияет на ответственный подход группы учеников к решению алгоритмической задачи.

Игра «Японский рисунок». На доске имеется поле, размерностью N на M клеток. Каждый ученик получает многомерный массив, который содержит значения только 0 и 1. Задача каждого ученика заключается в том, чтобы разработать верный алгоритм подсчета количества нулей и единиц в своем массиве, и зарисовать на доске клетку, координаты которой по горизонтали и по вертикали равны соответственно количеству нулей и единиц в своем массиве. В случае правильного подсчета, из зарисованных клеток на доске сложится определенный рисунок.

Мотивационную составляющую решения любой алгоритмической задачи определяет правильно поставленная цель выполнения работы и ее дальнейшее применение. Этому может способствовать применение на уроке игры «Спортлото». Ученики получают задание составить алгоритм, который бы обнулял те строки многомерного массива N на M, которые содержат указанное число. Затем каждый ученик получает свой лотерейный билет (файл, содержащий многомерный массив N на M). По очереди ученики вытягивают записки с номерами, которые последовательно вводят в написанную ранее программу. Таким образом, побеждает тот ученик, который раньше других вычеркнет все строки своего лотерейного билета, т.е. все строки многомерного массива обнуляться.

Таким образом, использование игровых форм в обучении основам алгоритмизации и программирования способствует повышению эффективности традиционных методов обучения за счет усиления доли исследовательских, информационно-поисковых методов работы с информацией и стимулирует познавательный интерес и творческую активность учащихся на уроке.

5. САМОАНАЛИЗ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Множество образовательных технологий дают возможность каждому учителю плодотворно использовать в своей работе наиболее интересные и подходящие для него методики. Новые информационные технологии дают самые широкие возможности педагогам проводить уроки интересно, творчески, активно, вовлекая в процесс обучения всех учеников, не оставляя их равнодушными к тому, что происходит на уроке. Используя такие технологии в образовательном процессе, учителя могут постоянно повышать свой профессионализм, создавать авторские уроки, реализовывать свои творческие планы, делать учебный процесс креативным и увлекательным. Считаю, что использование информационных технологий в образовательном и самообразовательном процессе является эффективным средством активизации познавательной, рефлексивной деятельности учащихся. Поэтому второй год работаю над методической темой «Использование интерактивных форм обучения и информационных технологий на уроках»

В своей профессиональной деятельности я ставлю цель – создание условий, способствующих развитию разносторонней личности, способной осуществлять продуктивную и осознанную деятельность по отношению к объектам окружающего мира.

В своей работе решаю следующие задачи педагогической деятельности:

— формирование компьютерной грамотности у учащихся, связанной с умением целенаправленно работать с информацией и использованием средств информационно-коммуникационных технологий (ИКТ);

— развитие у учащихся логического мышления, творческого и познавательного потенциала с использованием компьютерного инструментария;

— реализация межпредметных связей в учебно-воспитательном процессе;

— приобретение учащимися опыта сотрудничества, воспитание уважительного отношения к результатам труда других людей;

Система моей работы направлена на индивидуализацию обучения, активизацию учения, стимулирование инициативы и роста творческих возможностей. Цели и задачи занятий формулирую на основе, как нормативных требований, так и возрастных и индивидуальных особенностей обучающихся.

При подготовке к занятиям использую новейшую методическую литературу, учебники, рабочие тетради, методические рекомендации для учителя, цифровые образовательные ресурсы, расположенные на сайтах издательства БИНОМ, Единой коллекции ЦОР, дополнительную методическую литературу. пособия, соответствующие выбранному учебно-методическому комплексу:

— в 5-9 классах работаю по программам Л.Л.Босовой.

— в 10-11 классах работаю по программам и учебникам И.Г.Семакина.

При организации уроков я использую современные мультимедиа-технологии. Владение ИКТ позволяет мне использовать компьютер в разных целях:

— как средство наглядности учебного процесса (презентации, моделирование),

— для индивидуализации ученого процесса,

— для организации коллективной и групповой работы (проекты),

— как средство разработки и подготовки различных видов учебно-методического материала (поурочное планирование, методические разработки, контрольные работы, интерактивные тесты и другие виды работ).

— Перед обучающимися стараюсь ставить такие задачи, в ходе решения которых они:

— учатся находить нужную информацию, используя все доступные источники (учебники, словари, энциклопедии, Интернет и др.);

— приобретают навыки самостоятельной творческой работы;

— учатся грамотно использовать в речи информационные термины;

— приобретают навыки исследовательской работы, самоконтроля.

Для повышения интереса и мотивации в учебный материал включаю современные достижения науки и компьютерной техники. Широко и спользую на уроках необходимое программное обеспечение и цифровые образовательные ресурсы в сочетании с интерактивной доской. При подготовке к таким урокам пользуюсь ресурсами образовательных сайтов: открытый класс, методическая копилка, единая коллекция ЦОР, Клякса и др. Владею навыками разработки интерактивных тестов в среде электронных таблиц.

Интерактивная доска — реализует один из важнейших принципов обучения – наглядность. Работая с интерактивной доской, всегда нахожусь в центре внимания, поддерживаю постоянный контакт с классом. Таким образом, интерактивная доска позволяет сэкономить драгоценное время. Используя такую доску, я сочетаю проверенные методы и приемы работы с обычной доской с набором интерактивных и мультимедийных возможностей.

Использование интерактивной доски на уроке положительно влияет на познавательную активность учеников, повышает мотивацию к изучению предмета. Все ученики, без исключения, желают выйти к доске и выполнить предложенные задания. Мне легче удерживать внимание и активность учащихся на уроке.

Перечислю способы использования интерактивной доски на моих уроках:

— объяснение принципов работы с приложениями, путем выполнения действий непосредственно на доске;

— проверка выполнения учащимися домашних заданий (если они были заданы для выполнения на домашнем компьютере);

— защита проектов учащимися;

— создание различных образов, путем «собирания” их средствами доски;

— проведение самостоятельных письменных работ (диктантов, решение задач, тестов и др.) и последующая их самопроверка учащимися;

— выполнение заданий на установку соответствий терминов, понятий и многое другое.

Главным признаком успешного формирования у школьников информационных компетенций, служит тот факт, что приобретенные навыки учащиеся применяют во внеклассной, общешкольной деятельности. Например, учащиеся

— создают презентации портфолио учащегося;

— участвуют в творческих конкурсах (школьных, муниципальных, региональных, всероссийских);

— помогают учителям в создании ЭОР (поиск материала в книгах или Интернете);

— создают звуковое и видеосопровождение школьных праздников;

— участвуют в проектной и исследовательской деятельности (и не только по информатике)

— участвуют в создании школьного сайта

Многие ученики в старших классах интерес к информатике связывают с выбором будущей профессии. Поэтому темы элективных курсов по информатике выбираю с учетом их пожеланий.

Современные электронные средства образовательного назначения позволяют создавать презентации к урокам, разрабатывать тестирующие работы по информатике, а также предоставляют широкие возможности для проектной деятельности. Метод проектов – одна из форм обучения, способствующая активизации самостоятельной познавательной деятельности школьников.

На уроках информатики моими учениками были реализованы проекты «История развития телеграфа», (в 10 классе), «Создание ребусов» (в 7 классе), «Способы создания сайтов», «Возможности и применение электронных таблиц» (в 8 классе) и др. В качестве зачетных работ принимаются рефераты – как исследование темы, выходящей за рамки учебника.

При организации проектной работы с учащимися я старюсь подчинить максимальное количество этапов и заданий проекта дидактическим целям учебной работы, т.е. стараюсь, чтобы проектная работа не отвлекала учащихся от прохождения программного материала, решения необходимого круга практических задач, а также не приводила к значительному увеличению учебной нагрузки.

Работа над проектом строится следующим образом:

1) Вместе с учащимися определяем актуальную проблему, над которой будут работать ребята индивидуально или в группах;

2) Учащиеся составляют план работы, определяют объекты исследования, ищут возможные пути решения;

3) Выдвигаются гипотезы, систематизируются и обобщаются полученные данные из различных источников информации;

4) Подведение итогов работы. Ребята представляют аргументированные выводы, обрабатывают и оформляют полученные результаты, учатся решать познавательные и творческие задачи;

5) Подготовка защиты проекта. На этом этапе ребята самостоятельно готовят презентацию, буклет проекта с использованием компьютера;

6) Презентация проекта (защита): представление результата своей деятельности, способа решения проблемы, доказательство правильности решений.

Таким образом, работа школьников над проектом требует от них:

— Умения самостоятельно ориентироваться в информационном пространстве, в многообразии программных продуктов;

— Навыков работы с различными программными средствами, необходимыми для организации исследования, оформления проекта.

Развиваются умения учеников владеть информационной культурой и культурой коммуникации, развивается теоретическое мышление, формируются познавательные умения, умения самостоятельно решать задачи и проблемы.

При организации самостоятельной работы особое внимание уделяю созданию стройной системы учебных заданий, объединённых единой концепцией и логикой учебного курса. Творческий характер является неотъемлемой частью системы и требованием к любой задаче. Творческий характер деятельности определяется в процессе постоянного наблюдения за выполнением заданий каждым учащимся со следующих позиций: уровень мотивации учащегося; оригинальность метода решения; творческая фантазия; оригинальность оформления; уровень использования межпредметных связей; умение осуществлять самоанализ своей деятельности.

В своей профессиональной деятельности я применяю различные формы организации учебного процесса: индивидуальную и групповую. Часто на своих уроках применяю проблемные методы обучения (беседу, проблемную ситуацию, обобщение) и поисково-исследовательские методы (наблюдение, самостоятельная работа, сбор информации, проектирование). Прежде чем поставить перед обучающимися задачу, выдвинуть проблему, необходимо знать уровень развития каждого ученика, его потенциал. Для этого необходимо изучать, знать и учитывать характер и темперамент обучающегося, его темп работы, его образовательные потребности.

Приведу пример моего урока из раздела «Алгоритмизация и программирование» по теме «Решение задач на компьютере»

Приложение 1.Технологическая карта урока

Приложение 2. Организационная структура урока

Мониторинг индивидуальных достижений обучающихся являются важным компонентом учебного процесса. Своевременная проверка результатов позволяет внести изменения в содержание и методы обучения и осуществлять коррекцию знаний, умений и навыков учащихся. Контролирующие мероприятия направлены на формирование у учащихся чувства ответственности за результаты обучения, стремления к достижению более высоких результатов. С этой целью разрабатываю и применяю разнообразные формы контроля. Это и постоянный текущий контроль ЗУН виде практических, самостоятельных работ, и рубежный контроль в виде проведения зачетов, творческих работ, контрольных работ. Широко применяю на уроках тестовую форму контроля. Для этого составляю интерактивные тесты в программных средах.

Профилактика неуспеваемости осуществляется и на уроке и во внеурочной деятельности. Анализирую и систематизирую ошибки, допускаемые учениками в устных ответах, письменных и практических ответах, концентрирую внимание учащихся для успешного устранения допущенных ошибок. При окончании изучения темы или раздела, обобщаю итоги усвоения основных понятий, законов, правил, умений и навыков школьников. Построенная система работы позволяет прогнозировать образовательный процесс, планировать хорошие результаты

По итогам 2011-2012 учебного года получены результаты:

Таблица 5. 1 – Показатель успеваемости по информатике

Качество знаний по классам

1. Основные этапы формирования и суть концепции информатизации образования.

Материалы концепции IFIP 1971 года изданы в виде брошюры Computer Education – краткое руководство для учителей средних школ. Эта концепция является обобщением международного опыта обучения компьютерам за 10-ти летний период.

· Роль компьютеров в обществе

· Преподаватели всех предметов должны иметь представление о возможностях компьютера

· Наиболее успешное обучение учащихся осуществляется в промежутке от 11 до 14 лет

· Предложение по содержанию и методам обучения

· Методические рекомендации (учебная модель0

· Учитель выбирает язык программирования и последовательность обучения.

· Понятие «обработка информации – фундаментальное и не зависит от конкретных компьютеров

В книге указывалось, что изучение конкретного алгоритмического языка можно осуществлять двумя способами: сверху вниз и снизу вверх.

В связи с этим были разработаны методические рекомендации: начинать изучения снизу вверх, раннее введение простейшей программы.

Основные фундаментальные понятия обработки информации раскрывались в последней части книги в следующем порядке

1. Организация и представление информации (виды информации, единицы измерения)

2. Хранение, передачи информации, кодирование

3. Обработка информации (сортировка, упорядочивание, поиск)

2. Средства описания алгоритма

2. Принципы работы

В 1979 году были опубликованы материалы вычислительного центра Академии наук (г. Новосибирск) «Школьная информатика. Концепция, состояние, перспективы». А.П. Ершов

В этой работе дано обобщение отечественного опыта обучения школьников информатике.

Школьная информатика – ветвь информатики, занимающаяся разработкой технического, программного и организационного обеспечения обучения информатике.

В указанной книге делался акцент на общеобразовательную значимость школьного курса информатики. Для эффективного использования компьютеров необходимо владеть определенным стилем мышления (навыками умственных действий). Это значит: планировать структуру действий с помощью фиксированного набора операторов.

Ершов выступил с докладом о развитии нового подхода. В Новосибирске предложили создать специальный школьный компьютер (Агат и др.), разработать программы (Школьница), ввести термин «педагогические программы и средства» (ППС). В результате этой работы в школе в1985 году ввели новый предмет «Основы информатики и вычислительной техники». В первых пособиях был разработан специализированный алгоритмический язык.

С 1998 года стал издаваться журнал «Информатика и образование». По материалам публикаций в этом журнале можно проследить развитие школьного курса информатики и информатизации образования в целом.

В условиях информатизации общества информация это стратегический ресурс общества. Концепция информатизации намечает общие контуры информатизации общества и образования. Используется понятие «новые информационные технологии» (НИТ). Цикл обновления технологий сократился до 6-8 лет. Информационное общество называется обучающимся обществом. С этим связано понятие «непрерывного образования».

Содержание образования должно давать развитые человеческие способности к расширению и совершенствованию знаний, умений и навыков.

Отказ от административно-командного стиля внедрения НИТ.

Использование разнотипных ППС не эффективно и дискредитирует идеи педагогического применения компьютера.

В 1997 году в журнале «Педагогическая информатика» (№3) представлена математическая концепция информатизации образования

Институт информатизации образования ИНИНФО

Создана всероссийская сеть образования и распределительная система фондов программных средств учебного назначения.

Более 40 узлов образовательно-информационной сети. В каждом банк учебно-методических материалов.

Создана система государственной сертификации аппаратных и программных средств образования.

Создан журнал «Компьютерные учебные программы», в котором публикуются статьи, каталоги программных средств (по областям и предметам), указываются номера сертификатов с координатами разработчиков, прилагаются demo -версии.

Так, например, в выпуске данного журнала № 2(21) за 2000 год приведены следующие программные продукты:

Раздел. Прикладные программные средства.

· Мультимедийный учебник. Все об интернет. Серт. № 1976

· Информационно-справочная система Hardwear . Серт. №1977

· Устройство компьютера. Серт. № 1978

· История создания компьютера. Серт. №1979

Раздел. Основы алгоритмизации и моделирования.

· Город inf . Программная поддержка начального курса информатики. Серт.№1982

· Опрос учащихся через Internet . Серт. №2017

· Учебник информатики для детей от 7 до 10 лет. Серт. №2054

· Дистанционный курс «Информационные технологии в обучении» Сетр. №1948

В 2000 году опубликована «Концепция содержания обучения информатике в 12-ти летней школе» В журнале «Информатика и образование» проходило обсуждение этой концепции (№ 1, 2, 5 за 2000 год).

1. Общеобразовательная значимость.

2. Информатика первой вышла на уровень профильной и уровневой дифференциации.

3. В информатике реализуются лично-ориентированный подход в обучении.

4. Информатика – это не прикладная наука об околокомпьютерной деятельности, а фундаментальная наука о закономерностях информационных процессов системах различной природы.

«… — овладение современными методами познания:

5. Происходит «перекачка» трудовых ресурсов из материальной сферы в информационную. В развитых странах трудовые ресурсы распределены следующим образом:

Сельское хозяйство — 4%

Информационная сфера — 60%

Реализуется непрерывное образование неселения, самообразование, информационные и телекоммуникационные технологии.

Сформулированы основные содержательные линии школьного курса информатики:

· Линия информационных процессов (№1972);

· Алгоритмическая линия (№1979);

· Линия компьютера (№1977,1978,2122);

· Линия формализации и моделирования (№1979);

· Линия информационных технологий (№1948);

· Линия телекоммуникаций (1975).

Происхождение термина «информатика»

Термин введен французскими учеными 1970 как наука о преобразовании информации

Информация Авто матика

Инфор матика

Академик Дородницин А.А. в журнале «Наука и жизнь» ( 1985 г .) пишет «Информатика внесла в другие науки два метода:

Это дает возможность прогнозирования явлений. Так описательные науки (биология, медицина, социология, психология и др.) открыли путь к точным наукам».

2. Содержание школьного образования в области информатики. Принципы формирования содержания обучения.

Общие цели обучения информатике определяются с учетом особенностей информатики как науки, ее роли и места в системе наук, в жизни современного общества. Рассмотрим, как основные цели, характерные для школы в целом, могут быть отнесены к образованию школьников в области информатики.

Образовательная и развивающая цель обучения информатике в школе –

· дать каждому школьнику начальные фундаментальные знания основ науки информатики, включая представления о про­цессах преобразования, передачи и использования информации, и на этой основе раскрыть учащимся значение информационных процессов в формировании современной научной картины мира, а также роль информационной технологии и вычислительной тех­ники в развитии современного общества.

· цели развитие учащихся, развитие их мышления и творческих способностей.

Практическая цель школьного курса информатики –

· внести вклад в трудовую и технологическую подготовку учащихся, т. е. вооружить их теми знаниями, умениями и навыками, которые мог­ли бы обеспечить подготовку к трудовой деятельности после окончания школы.

· научить использовать ИТ,

· создать условия профориентации ,

· грамотно использовать КТ в быту и повседневной жизни.

Воспитательная цель школьного курса информатики

· формирование мировоззрения учащихся,

· формирование культуры умственного труда: умение планировать свою работу, рационально ее выполнять, критически соотносить начальный план с результатом.

Цель первой версии школьного пред­мета ОИВТ – формирование алгоритмической культуры учащихся.

Компоненты алгорит­мической культуры:

1. Понятие алгоритма и его свойства

2. Понятие языка описания алгоритмов.

3. Уровень формализации описания.

4. Принцип дискретности (пошаговости) описания.

5. Принцип блочности.

6. Принцип ветвления.

7. Принцип цикличности.

8. Выполнение (обоснование) алгоритма.

9. Организация данных.

Уже в первой про­грамме курса ОИВТ была объявлена компьютерная грамотность учащихся.

Компоненты компьютерной грамотности:

· понятие об алгоритме, его свойствах, средствах и методах описания алгоритмов, программе как форме представления алго­ритма для ЭВМ; основы программирования на одном из языковпрограммирования;

· практические навыки обращения с ЭВМ;

· принцип действия и устройство ЭВМ и ее основных элементов;

· применение и роль компьютеров в производстве и других отраслях деятельности человека.

Появление понятия компьютерной грамотности (КГ) явилось резулылатом расширения понятия алгоритмической культуры (АК)

В настоящее время имеет смысл говорить о формировании информационной культуры учащихся.

АК ® КГ ® ИК

Понятии «информационная культура» (ИК) образовано путем добавления новых и некоторого расширения прежних компонентов компьютерной грамотности: применение метода математического моделирования для решения задач с помощью ЭВМ, навыки «квалифицированного использования основных типов современных информационных систем» и «понимания основных принципов, лежащих в основе функционирования этих систем».

Проблемой отбора содержания школьного курса информатики занимались многие отечественный ученые И.Н. Антипов, Н.В., А.Г. Гейн, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, А.Г. Кушниренко, М.П. Лапчик, В.С. Леднев. Курс информатики как общеобразовательный курс рассматривался в стандарте 1998 года в двух аспектах:

Первый аспект: системно-информационная картина мира, общие информационные закономерности строения и функционирования самоуправляемых систем.

Второй аспект: методы и средства получения, обработки, передачи, хранения и использования информации, решения задач с помощью компьютера и других средств новых информационных технологий.

Системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучении общих закономерностей строения и функционирования самоуправляемых систем – суть школьного курса информатики на современном этапе образования.

Содержание школьного курса информатики определяется Государственными образовательными стандартами.

В современной 11-летней школе выделяются 6 содержательных линий:

1. Информация и информационные процессы

В этой содержательной линии рассматриваются вопросы связанные с сущности информационных процессов, информационными основами процессов управления в системах различной природы; вопросы охватывающие представления о передаче информации, канале передачи информации, количестве информации.

2. Представление информации

Изучаются способы представления информации вообще и в компьютере в частности, языки представления информации.

3. Компьютер и программное обеспечение.

Рассматривается устройство компьютера и периферии, принципы функционирования и организации данных в ЭВМ, основы программного управления компьютером.

4. Моделирование и формализация

Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей

5. Алгоритмизация и программирование

Рассматриваются методы и средства формализованного описания действий исполнителя, вопросы, связанные с выбором исполнителя, анализом его свойств, возможностей и эффективности его применения для решения данной задачи, этапы решения задачи на ЭВМ, составление и отладка простейших программ.

6. Информационные технологии

Использование программного обеспечения разного типа для решения задач, формирование у школьников представления о современных информационных технологиях, основанных на использовании компьютера.

Все линии школьного курса информатики взаимосвязаны между собой. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов является теоретической основой базового курса информатики. Изучение компьютера предполагает изучении способов представления информации, применения программного обеспечения и различных информационных технологий для решения задач по передаче и обработке информации.

В школьной информатике выделяют 4 блока:

Каждый из блоков должен быть в той или иной степени представлен в ШКИ. Средствам информатизации и информационным технологиям уделяется внимание больше, чем теоретической информатике.

В ШКИ представлена социальная информатика следующими направлениями:

· проблема защиты и охраны информации, причины проблемы

· информационные ресурсы: использование информационных технологий и разработка новых

· проблема коммуникабельности в обществе.

Содержание школьного курса информатики определяется в настоящее время Государственными образовательными стандартами 2004 г . для основного (7-9 класс) и среднего полного общего образования (10-11 базовый и профильный уровень).

3. Формы и методы обучения информатике

В дидактике известны три основные формы организации педагогического процесса:

1) индивидуальное обучение и воспитание;

2) классно-урочная система;

3) лекционно-семинарская система.

Термин «традиционное обучение» подразумевает прежде всего классно-урочную организацию обучения, сложившуюся в XVII веке на принципах дидактики, сформулированных Я. Коменским, и до сих пор являющуюся преобладающей в школах мира.

Урок – это такая форма организации педагогического процесса, при которой педагог в течение точно установленного времена руководит коллективной познавательной деятельностью и иной деятельностью постоянной группы учащихся (класса) с учетом особенностей каждого из них, используя виды, средства и методы работы, создающие благоприятные условия для того, чтобы все ученики овладевали основами изучаемого предмета непосредственно в процессе обучения, а так же для воспитания и развития познавательных способностей и духовных сил школьников (по А.А. Бударному)

Главный признак урока — это его дидактическая цель, показывающая, к чему дол­жен стремиться учитель. Исходя из этого признака, в дидактике выделяются следующие виды уроков:

1) уроки сообщения новой информации (урок-объяснение);

2) уроки развития и закрепления умений и навыков (тренировочные уроки);

3) уроки про верки знаний умений и навыков.

В большинстве случаев учитель имеет дело не с одной из названных дидактических целей, а с несколькими (и даже со всеми сразу), поэтому на практике широко распространены так называ­емые комбинированные уроки.

Важнейшая особенность уроков информатики на базе КВТ — это систематическая работа школьников с ЭВМ. Поэтому учебные фрагменты на уроках информатики можно классифици­ровать также по объему и характеру использования ЭВМ: де­монстрация, фронтальная лабораторная работа и практикум.

Метод (от греч. metodos — путь к чему-либо) означает способ достижения цели.

В дидактике под методами обучения понимаются способы сов местн ой деятельности учителя и учащихся, и способы организации познавательной деятельности школьников. В решении проблемы ме­тодов обучения в информатике будем руководствоваться формулиров­кой известного дидакта Ю.К.Бабанского , определяющего методы обучения как способы упорядоченной взаимосвязанной деятельности преподавателя и обучаемых, направленной на решение задач образования, воспитания и развития личности.

В частности, методы подразделяют:

— по источникам получения знаний (словесные, наглядные, практические);

— в зависимости от ос­новных дидактических задач, реализуемых на данном этапе обучения (методы приобретения знаний, методы формирования умений и навы­ков, методы применения знаний, методы закрепления, методы про­верки знаний, умений, навыков);

— по характеру руководства мысли­тельной деятельностью учащихся (объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, проблемный, частично-поисковый, исследователь­ский методы).

Для адаптации данной классификации к задачам и содержанию кур­са информатики целесообразно ее дополнить программированным, модельным методами и методом проектов.

Объяснительно-иллюстративный, репродуктивный методы связаны с усвоением готовых знаний, которые сообщаются учителем и затем воспроизводятся учащимися. Им соответствуют рассказ, объяснение, лекция, демонстрация, работа с учебником, компьютером и др.

Проблемный метод предполагает активное участие школьников в решении проблемы, сформулированной учителем в виде познавательной задачи. Метод находит выражение в доказательном изложении материала учителем, в учебнике, книге, демонстрации, экскурсии и др.

При использовании частично-поискового метода школьники привлекаются к созданию гипотезы, решению задач путем наблюдения, эксперимента, составления плана или алгоритма решения познавательной задачи, проектирования и др.

Исследовательский метод, включает в себя наблюдение, эксперимент, работу с компьютером, плакатами и др. В этом случае учитель выступает в качестве организатора самостоятельной поисковой деятельности обучаемых.

Программированный метод позволяет в значительной степени активизировать познавательную деятельность школьников. Он представляет собой особый вид самостоятельной работы учащихся над специально отобранным и построенным в определенном порядке учебным материалом.

Модельный метод в современной литературе рассматривается как завтрашний день школы. При его использовании учащимся предоставляется возможность организации самостоятельного творческого поиска. К такому типу методов относят деловую игру, построение математической или компьютерной модели и т. д. Компьютер выступает средством активизации модельного обучения.

Метод проектов являет собой пример деятельностного подхода к обучению (точнее, компьютерной технологии), когда речь идет о разработке учебного проекта – определенным образом организованной целенаправленной деятельности таким образом, что школьник не только самостоятельно находит и усваивает информацию, но и сам генерирует новые идеи.

Основными задачами базового школьного курса информатики являются: формирование званий о роли информационных процессов в природе, технике, обществе, о значении информатики и вычислительной техники в научно-техническом прогрессе и развитии общества, основных принципах работы компьютера, способах обработки информации; выработка умений моделирования, умений и навыков самостоятельного использования компьютера в качестве средства для решения практических задач.

В связи с этим становится очевидным, что в преподавании информатики должен присутствовать широкий спектр методов из различных групп путем их оптимального сочетания. Дадим краткую характеристику некоторых методов и возможностей их использования в преподавании информатики в зависимости от задач и содержания курса.

4. Средства обучения информатике: кабинет вычислительной техники и программирования.

Классификация средств обучения информатике.

Технически средства обучения

2. Кабинет информатики и ВТ.

Кабинет информатики и ВТ (КИВТ) организуется как учебное подразделение в средней общеобразовательной школе, оснащенное классом учебной ВТ, а также мебелью, стендами и т.д.

В КИВТ проводится следующая работа:

1. Уроки по информатике и др. предметам шк ольного курса, проведение которых требует наличия средств новых информационных технологий (НИТ).

2. Самостоятельная работа учащихся по написанию программ (презентации, тексты, рефераты), а также по заданию учителя с целью создания новых программных продуктов, документов для нужд школы.

3. Внеклассная работа по предмету (кружки, факультативы , …).

Оборудование кабинета информатики .

2. Мебель (столы, стулья, доска и т.д.).

3. ПО учебного назначения и программно — педагогические средства (ППС).

4. Средства наглядности (стенды, таблицы)

5. Литература (учебники, пособия, ж/л, газеты).

6. Дидактический и раздаточный материал для самостоятельной или коллективной работы.

7. Журнал техники безопасности (ознакомление уч-ся)

8. Журнал отказа машин и их ремонта.

9. Инвентарная книга.

10. Средства безопасности (огнетушитель, аптечка).

11. Журнал работы с ЭВМ (кто и когда работал).

Организация работы КИВТ. Организацию работы КИВТ выполняет заведующий, избираемый из числа преподавателей. Он является организатором оборудования кабинета, работой учителей и учащихся по применению средств ВТ. Согласно нормативным актам, если число ПК больше 20, вводится ставка лаборанта, а если больше 30 – то ставка инженера.

Должностные обязанности зав. кабинетом.

1. Подчиняется в своей работе администрации школы.

2. Обязан строго соблюдать произв. и труд . д исциплину.

3. Повышать профессиональную подготовку и квалификацию.

4. Организует самостоятельную работк учащихся во внеурочное время.

5. Принимает непосредственное участие и руководит разработкой перспективных планов работы кабинета.

6. Совместно со всеми преподавателями устанавливает и контролирует порядок, последовательность, сроки выполнения любого вида уч . деятельности в кабинете.

7. Обеспечивает внешнюю связь в работе кабинета информатики и др. кабинетов информатики в др. школах.

8. Составляет отчеты и др документацию по результатам работы КИВТ.

9. Принимает участие в разработке и приобретении ПО, готовит уч .- методический материал, формирует библиотеку ж/лов и изучает лит-ру .

10. Принимает меры по обеспечению материально-технической базы КИВТ, определяет потребность программных продуктов, дисков, оборудования, подготавливает заявки, организует контроль за содержанием и правильной технологической эксплуатацией оборудования, организует их своевременный ремонт, списание и передачу, обеспечивает соблюдение правил и норм техники безопасности, производит санитарную и пожарную безопасность.

11. Контролирует работу лаборанта КИ.

Обязанности лаборант а ( примерные):

1. Обязан соблюдать производственную и трудовую дисциплину.

2. Обеспечивает нормальный ход уч . процесса, проходящего в КИ, ( практич . занятия, к/ р , с/ р , путем ежедневной профилактики компьютеров: проверка на вирусы, удаление ненужного, …).

3. Участвует совместно с преподавателями в организации работы кабинета

4. Следит за порядком и правилами эксплуатации ВТ.

Преподаватель информатики в начале нов . у ч . года (на первом занятии) обязан распределить между учащимися рабочие места учитывая их индивидуальные особенности (зрение, слух), провести инструктаж по технике безопасности и правилам поведения в кабинете.

Общие требования к ВТ:

1) ВТ предназначена к эксплуатации не менее 5-ти лет с момента приобретения, поэтом покупка морально-устарелого оборудования не допустима.

2) Применяемая ВТ должна быть совместима м/ у собой. Особое внимание следует уделить совместимости на уровне устройств, а также при обмене данными м/ у рабочими местами учащихся и рабочим местом преподавателя.

3) ВТ должна строиться по модульному принципу, обеспечивая возможность быстрого ремонта на уровне замены отдельных блоков без замены ПК целиком, а также последующего усовершенствования оборудования без его полной замены.

4) Конструкция и технические хар-ки ВТ должны обеспечивать максимальную безопасность и безвредность в реальных условиях учебного процесса.

Варианты расположения ВТ в КИ.

Вариант I Достоинства: — учитель контролирует работу всех учащихся ;

— удобно расположить сеть вдоль стены;

— удобно производить уборку помещения;

— часть излучения поглощают стены;

Недостатки: — неудобно проводить фронтальную работу;

-учащимся неудобно делать записи;

-часть мониторов засвечивается (освещение).

Вариант II Достоинства: — удобно производить фронтальную работу;

— удобно переключаться с компьютерного варианта работы на письменный ;

— не засвечиваются мониторы;

Недостатки: — сложно контролировать работу;

— ПК загораживают доску;

— неудобно установить локальную сеть (шнуры мешают).

— неудобно убирать помещение;

— меньше ПК помещается;

Поэтому в настоящее время наиболее удачным следует признать следующее расположение:

Гигиенические требования:

1. Не допускается расположение КИ в подвальных и цокольных помещениях. Не должен граничить с помещениями, в которых уровень шума и вибрации превышает допустимый (муз. класс, столовая , … )

2. На одно рабочее место учащегося выделяется площадь не менее 6 кв .м , а объем не менее 24 куб.м., высота от пола до потолка — не менее 4 м .

3.Следует предусмотреть встроенные шкафы или полки для хранения сумок учащихся.

4.Расстояние м/ у мониторами должно быть не менее 2 м , а м/у боковыми поверхностями — не менее 1,2 м .

5. Кресла, регулирующиеся по высоте и углам наклона. Поверхность сиденья и спинки должна быть полумягкой с нескользящим, не электризующимся и воздухонепроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку загрязнения.

6.Оптимальное расстояние от глаз до монитора — 60 — 70 см , не ближе 50 см с учетом размеров символов.

7. Ежедневная влажная уборка (лучше несколько раз в день).

8.Стол преподавателя и его рабочее место устанавливается на подиуме, не допускаются вместо стульев скамейки, табуретки (должна быть спинка )..

9. Для преподавателя высших и средних уч . заведений установлена длительность работы в комп . классе не более 4 часов в день. Для заведующих КИ — не более 6 часов.

10. Для учащихся 10-11 кл . — не более 2 уроков в неделю, для остальных классов — не более одного урока в неделю ( с использованием средств ВТ).

11. Неразрывная длительность занятий с ЭВМ не должна превышать:

1кл. — 10 мин.; 2 — 5 кл . — 15 мин., 6-7 кл . — 20 мин., 8-9 кл . — 25 мин., 10-11кл — 30 мин. на первом уроке, 20 минут на втором уроке. Длительность перемены между уроками — не менее 10 минут с обязательным проветриванием помещения.

12. Запрещается использование ПК для двух и более детей, не зависимо от возраста.

13. Кабинет должен иметь искусственное и естественное освещение.

14. кабинет должен иметь смежное помещение – лаборантскую .

5. Методика изучения понятия информации. Подходы к определению информации и рекомендации по ее изучению.

Линия информации пронизывает весь курс школьной информатики. В стандарте основного общего образования по информатике и ИТ предъявлены следующие требования:

«Представление информации.

Информация, информационные объекты различных видов.

Язык как способ представления информации: естественные и фор­мальные языки. Формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов, в том числе компьютерного. Информационные процессы: хранение, пе­редача и обработка информации. Дискретная форма представле­ния информации. Единицы измерения информации. Управление, обратная связь. Основные этапы развития средств информационных технологии.»

В старших классах средней школы больше внимания уделяется классификации информации, ее представлению и информационным процессам.

Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и передачи информации (И). С появлением средств ВТ И стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.

И содержится в человеческой речи, в текстах книг, журналов, газет, в сообщениях по радио и ТВ, показания приборов и т.д. Человек воспринимает И с помощью органов чувств, хранит и и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы.

Понятие «информация» является одним из фундаментальных понятий в современной науке и базовым понятием информатики. Дать четкое определение также сложно, как дать определение вещества и энергии.

Понятие информации предполагает наличие:

· материального носителя И;

· канала связи между источником и приемщиком И.

(наглядный пример – передача SMS сообщений)

Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, повседневной жизни. Конкретное толкование элементов, связанных с понятием информации зависит от метода конкретной науки, цели исследования или просто от наших представлений. Термин информация происходит от латинского слова “ informatuio ” – разояснение, изложение, осведомленность. На следующей схеме представлены основные составляющие И

Определение и измерение И

Существует два подхода к определению информации: содержательный и кибернетический.

Содержательный подход. Информация для человека – это знания, которые он получает из различных источников. Знания разделяют на декларативные и процедурные. Декларативные знания – это утверждения и сообщения вида: «Байкал – самое глубокое озеро в мире», «А.С. Пушкин родился в 1799 г .», «квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника равен сумме квадратов катетов» и др. Процедурные знания определяют действия для достижения какой-либо цели: «я знаю как сложить две обыкновенные дроби», « я знаю как решать квадратное уравнение» др.

Кибернетический подход. Между кибернетическими системами И передается в виде некоторых последовательностей сигналов. И является содержание передаваемых сигнальных последовательностей. В частности, любой текст на русском языке есть последовательность букв( в письменной форме) или звуков (в устной форме), которые можно рассматривать как графические или акустические сигналы.

Измерение информации

Субъективный подход. И представляется в виде сообщения. Информативным называется сообщение, которое пополняет знания человека, т.е. несет для него И.

Для разных людей одно и то же сообщение, с точки зрения информативности, может быть разным. Если сведения «старые», т.е. человек их уже знает или содержание сообщения непонятно человеку, то для него это сообщение не информативно.

Информация и информативность сообщения не одно и тоже. Так учебник по высшей математики содержит информацию, но текст учебника не понятен для первоклассника и, следовательно, неинформативен для него.

Таким образом, если сообщение неинформативно для человека, то количество И в нем, с точки зрения этого человека = 0. Количество И в информативном сообщении больше нуля.

Вероятностный подход. Рассмотрим опыт по бросанию монеты. Результаты опыта могут быть следующие: выпадение герба, выпадение цифры (2 исхода). После бросания монеты мы имеем только один результат. (2 0 = 1) Сообщение о том, что произошло одно событие из двух равновероятных, несет 1 бит И. В общем виде, сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза, несет 1 бит информации.

Если подбрасывать игральную кость, то число N равновероятных исходов будет 6. Для события — выпало 5 очков – справедлива формула 2 i = 6, откуда i = log ₂ 6 ≈ 2,58 бит. – объем И в этом сообщении.

В общем виде справедлива формула: 2 i = N

где N – число вариантов равновероятных событий (неопределенность знаний),

i – количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N событий.

Рассмотрим задачу: Сколько бит И несет сообщение о том, что из колоды в 32 карты достали даму пик? Здесь число равновероятных исходов по доставанию карты N = 32. i – количество И о результате вытаскивания одной карты (дамы пик). Из равенства 2 i = 32 получим i = 5. сообщение несет 5 бит И.

Вероятностный подход не рассматривает содержание сообщения. Приведенная выше формула и имеет место только для равновероятных событий.

Количество информации для событий с различными вероятностями определяется по формуле Шеннона (профильный курс информатики):

где I – количество информации,

N – количество возможных событий,

p_i— вероятности отдельных событий.

Методические рекомендации изучения понятия информации

Изучая информатику в основной школе (базовый курс), не следует углубляться в сложности проблемы определения информации. Понятие информации дается в содержательном контексте:

Информация — это смысл, содержание сообщений, получаемых человеком из внешнего мира посредством его органов чувств.

Понятие информации раскрывается через цепочку:

сообщение — смысл — информация – знания

Сообщения человек воспринимает с помощью своих органов чувств (по большей части через зрение и слух). Если человеку понятен смысл, заключенный в сообщении, то можно сказать, что это сообщение несет человеку информацию. Например, сообщение на незнакомом языке не содержит информации для данного человека, а сообщение на родном языке понятно, поэтому информативно. Воспринятая и сохраненная в памяти информация пополняет знания человека. Наши знания — это систематизированная (связанная) информация в нашей памяти.

При раскрытии понятия информации с точки зрения содержательного подхода следует отталкиваться от интуитивных представлений об информации, имеющихся у детей. Целесообразно вести беседу в форме диалога, задавая ученикам вопросы, на которые они в состоянии ответить. Вопросы, например, можно задавать в следующем порядке.

— Расскажите, откуда вы получаете информацию?

Наверняка услышите в ответ:

— Из книг, радио и телепередач.

Дальше попросите учеников привести примеры какой-нибудь информации, которую они получили сегодня. Например, кто-нибудь ответит:

— Утром по радио я слышал прогноз погоды.

Ухватившись за такой ответ, учитель подводит учеников к окончательному выводу:

— Значит, вначале ты не знал, какая будет погода, а после прослушивания радио стал знать. Следовательно, получив информацию, ты получил новые знания!

Таким образом, учитель вместе с учениками приходит к определению: информация для человека — это сведения, пополняющие знания человека, которые он получает из различных источников. Далее на многочисленных знакомых детям примерах следует закрепить это определение.

Установив связь между информацией и знаниями людей, неизбежно приходишь к выводу, что информация — это содержимое нашей памяти, ибо человеческая память и есть средство хранения знаний. Разумно назвать такую информацию внутренней, оперативной информацией, которой обладает человек. Однако люди хранят информацию не только в собственной памяти, но и в записях на бумаге, на магнитных носителях и пр. Такую информацию можно назвать внешней (по отношению к человеку). Чтобы человек мог ей воспользоваться (например, приготовить блюдо по кулинарному рецепту), он должен сначала ее прочитать, т.е. обратить во внутреннюю форму, а затем уже производить какие-то действия.

Вопрос о классификации знаний (а стало быть, информации) очень сложный. В науке существуют различные подходы к нему. Особенно много занимаются этим вопросом специалисты в области искусственного интеллекта. В рамках базового курса достаточно ограничиться делением знаний на декларативные и процедурные. Описание декларативных знаний можно начинать со слов: “Я знаю, что…”. Описание процедурных знаний — со слов: “Я знаю, как…”. Нетрудно дать примеры на оба типа знаний и предложить детям придумать свои примеры.

Учитель должен хорошо понимать пропедевтическое значение обсуждения данных вопросов для будущего знакомства учеников с устройством и работой компьютера. У компьютера, подобно человеку, есть внутренняя — оперативная — память и внешняя — долговременная — память. Деление знаний на декларативные и процедурные в дальнейшем можно увязать с делением компьютерной информации на данные — декларативная информация и программы — процедурная информация. Использование дидактического приема аналогии между информационной функцией человека и компьютером позволит ученикам лучше понять суть устройства и работы ЭВМ.

Исходя из позиции “знания человека — это сохраненная информация”, учитель сообщает ученикам, что и запахи, и вкусы, и тактильные (осязательные) ощущения тоже несут информацию человеку. Обоснование этому очень простое: раз мы помним знакомые запахи и вкусы, узнаем на ощупь знакомые предметы, значит, эти ощущения хранятся в нашей памяти, а стало быть, являются информацией. Отсюда вывод: с помощью всех своих органов чувств человек получает информацию из внешнего мира.

Как с содержательной, так и с методической точки зрения очень важно различать смысл понятий “информация” и “данные”. К представлению информации в любой знаковой системе (в том числе используемой в компьютерах) следует применять термин “данные”. А информация — это смысл, заключенный в данных, заложенный в них человеком и понятный только человеку.

Компьютер работает с данными: получает входные данные, осуществляет их обработку, передает человеку выходные данные — результаты. Смысловую же интерпретацию данных осуществляет человек. Тем не менее в разговорной речи, в литературе часто говорят и пишут о том, что компьютер хранит, обрабатывает, передает и принимает информацию. Это справедливо, если компьютер не отрывать от человека, рассматривая его как инструмент, с помощью которого человек осуществляет информационные процессы.

Методические рекомендации изучения измерения информации

Алфавитный подход в курсе информатики основой школы

В курсе информатики в основной школе знакомство учащихся с алфавитным подходом к измерению информации чаще всего происходит в контексте компьютерного представления информации. Основное утверждение звучит так:

Количество информации измеряется размером двоичного кода, с помощью которого эта информация представлена

Поскольку любые виды информации представляются в компьютерной памяти в форме двоичного кода, то это определение универсально. Оно справедливо для символьной, числовой, графической и звуковой информации.

Один знак (разряд) двоичного кода несет 1 бит информации.

При объяснении способа измерения информационного объема текста в базовом курсе информатики данный вопрос раскрывается через следующую последовательность понятий: алфавит — размер двоичного кода символа — информационный объем текста.

Логика рассуждений разворачивается от частных примеров к получению общего правила. Пусть в алфавите некоторого языка имеется всего 4 символа. Обозначим их: , , , . Эти символы можно закодировать с помощью четырех двухразрядных двоичных кодов: — 00, — 01, — 10, — 11. Здесь использованы все варианты размещений из двух символов по два, число которых равно 2 2 = 4. Отсюда делается вывод: информационный вес символа из 4-символьного алфавита равен двум битам.

Следующий частный случай — 8-символьный алфавит, каждый символ которого можно закодировать 3-разрядным двоичным кодом, поскольку число размещений из двух знаков группами по 3 равно 2 3 = 8. Следовательно, информационный вес символа из 8-символьного алфавита равен 3 битам. И т.д.

Обобщая частные примеры, получаем общее правило: с помощью b-разрядного двоичного кода можно закодировать алфавит, состоящий из N = 2 i — символов.

Пример 1. Для записи текста используются только строчные буквы русского алфавита и “пробел” для разделения слов. Какой информационный объем имеет текст, состоящий из 2000 символов (одна печатная страница)?

Решение. В русском алфавите 33 буквы. Сократив его на две буквы (например, “ё” и “й”) и введя символ пробела, получаем очень удобное число символов — 32. Используя приближение равной вероятности символов, запишем формулу Хартли:

2 i = 32 = 2 5

Отсюда: i = 5 бит — информационный вес каждого символа русского алфавита. Тогда информационный объем всего текста равен:

I = 2000 · 5 = 10 000 бит

Пример 2. Вычислить информационный объем текста размером в 2000 символов, в записи которого использован алфавит компьютерного представления текстов мощностью 256.

Решение. В данном алфавите информационный вес каждого символа равен 1 байту (8 бит). Следовательно, информационный объем текста равен 2000 байт.

В практических заданиях по данной теме важно отрабатывать навыки учеников в пересчете количества информации в разные единицы: биты — байты — килобайты — мегабайты — гигабайты. Если пересчитать информационный объем текста из примера 2 в килобайты, то получим:

2000 байт = 2000/1024 1,9531 Кб

Пример 3. Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть мегабайта. Каков размер алфавита, с помощью которого записано сообщение?

Решение. Переведем информационный объем сообщения из мегабайтов в биты. Для этого данную величину умножим дважды на 1024 (получим байты) и один раз — на 8:

I = 1/512 · 1024 · 1024 · 8 = 16 384 бита.

Поскольку такой объем информации несут 1024 символа (К), то на один символ приходится:

i = I/K = 16 384/1024 = 16 бит.

Отсюда следует, что размер (мощность) использованного алфавита равен 2 16 = 65 536 символов.

Объемный подход в курсе информатики в старших классах

Изучая информатику в 10–11-х классах на базовом общеобразовательном уровне, можно оставить знания учащихся об объемном подходе к измерению информации на том же уровне, что описан выше, т.е. в контексте объема двоичного компьютерного кода.

При изучении информатики на профильном уровне объемный подход следует рассматривать с более общих математических позиций, с использованием представлений о частотности символов в тексте, о вероятностях и связи вероятностей с информационными весами символов.

Знание этих вопросов оказывается важным для более глубокого понимания различия в использовании равномерного и неравномерного двоичного, для понимания некоторых приемов сжатия данных и алгоритмов криптографии/

Обсуждение связи между количеством информации в сообщении и его содержанием может происходить на разных уровнях глубины.

Качественный подход

Качественный подход, который может использоваться на уровне пропедевтики базового курса информатики (5–7-е классы) или в базовом курсе (8–9-е классы).

На данном уровне изучения обсуждается следующая цепочка понятий: информация — сообщение — информативность сообщения.

Исходная посылка: информация — это знания людей, получаемые ими из различных сообщений. Следующий вопрос: что такое сообщение? Сообщение — это информационный поток (поток данных), который в процессе передачи информации поступает к принимающему его субъекту. Сообщение — это и речь, которую мы слушаем (радиосообщение, объяснение учителя), и воспринимаемые нами зрительные образы (фильм по телевизору, сигнал светофора), и текст книги, которую мы читаем, и т.д.

Вопрос об информативности сообщения следует обсуждать на примерах, предлагаемых учителем и учениками. Правило: информативным назовем сообщение, которое пополняет знания человека, т.е. несет для него информацию. Для разных людей одно и то же сообщение с точки зрения его информативности может быть разным. Если сведения “старые”, т.е. человек это уже знает, или содержание сообщения непонятно человеку, то для него это сообщение неинформативно. Информативно то сообщение, которое содержит новые и понятные сведения.

Примеры неинформативных сообщений для ученика 8-го класса:

1)“Столица Франции — Париж” (не новое);

2) “Коллоидная химия изучает дисперсионные состояния систем, обладающих высокой степенью раздробленности” (не понятное).

Пример информативного сообщения (для тех, кто этого не знал): “Эйфелева башня имеет высоту 300 метров и вес 9000 тонн”.

Введение понятия “информативность сообщения” является первым подходом к изучению вопроса об измерении информации в рамках содержательной концепции. Если сообщение неинформативно для человека, то количество информации в нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. Количество информации в информативном сообщении больше нуля.

Количественный подход в приближении равновероятности

Данный подход может изучаться либо в углубленном варианте базового курса в основной школе, либо при изучении информатики в 10–11-х классах на базовом уровне.

Рассматривается следующая цепочка понятий: равновероятные события — неопределенность знаний — бит как единица измерения информации — формула Хартли — решение показательного уравнения для N равного целым степеням двойки.

Раскрывая понятие равновероятности, следует отталкиваться от интуитивного представления детей, подкрепив его примерами. События равновероятны, если ни одно из них не имеет преимущества перед другими.

Введя частное определение бита, которое было дано выше, затем его следует обобщить:

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза, несет 1 бит информации.

Это определение подкрепляется примерами сообщений об одном событии из четырех (2 бита), из восьми (3 бита) и т.д.

На данном уровне можно не обсуждать варианты значений N, не равные целым степеням двойки, чтобы не сталкиваться с проблемой вычисления логарифмов, которые в курсе математики пока не изучались. Если же у детей будут возникать вопросы, например: “Сколько информации несет сообщение о результате бросания шестигранного кубика”, — то объяснение можно построить следующим образом. Из уравнения Хартли: 2 i = 6. Поскольку 2 2 < 6 < 2 3 , следовательно, 2 < i < 3. Затем сообщить более точное значение (с точностью до пяти знаков после запятой), что i = 2,58496 бит. Отметить, что при данном подходе количество информации может быть выражено дробной величиной.

Вероятностный подход к измерению информации

Он может изучаться в 10–11-х классах в рамках общеобразовательного курса профильного уровня или в элективном курсе, посвященном математическим основам информатики. Здесь должно быть введено математически корректное определение вероятности. Кроме того, ученики должны знать функцию логарифма и ее свойства, уметь решать показательные уравнения.

Вводя понятие вероятности, следует сообщить, что вероятность некоторого события — это величина, которая может принимать значения от нуля до единицы. Вероятность невозможного события равна нулю (например: “завтра Солнце не взойдет над горизонтом”), вероятность достоверного события равна единице (например: “Завтра солнце взойдет над горизонтом”).

Следующее положение: вероятность некоторого события определяется путем многократных наблюдений (измерений, испытаний). Такие измерения называют статистическими. И чем большее количество измерений выполнено, тем точнее определяется вероятность события.

Математическое определение вероятности звучит так: вероятность равна отношению числа исходов, благоприятствующих данному событию, к общему числу равновозможных исходов.

Пример 3. На автобусной остановке останавливаются два маршрута автобусов: № 5 и № 7. Ученику дано задание: определить, сколько информации содержит сообщение о том, что к остановке подошел автобус № 5, и сколько информации в сообщении о том, что подошел автобус № 7.

Ученик провел исследование. В течение всего рабочего дня он подсчитал, что к остановке автобусы подходили 100 раз. Из них — 25 раз подходил автобус № 5 и 75 раз подходил автобус № 7. Сделав предположение, что с такой же частотой автобусы ходят и в другие дни, ученик вычислил вероятность появления на остановке автобуса № 5: p₅ = 25/100 = 1/4, и вероятность появления автобуса № 7: p₇ = 75/100 = 3/4.

Отсюда, количество информации в сообщении об автобусе № 5 равно: i₅ = log₂4 = 2 бита. Количество информации в сообщении об автобусе № 7 равно:

i₇ = log₂(4/3) = log₂4 – log₂3 = 2 – 1,58496 = 0,41504 бита.

6. Методические рекомендации по изучению процессов хранения, передачи и обработки информации.

В стандарте основного общего образования по информатике и ИТ предъявлены следующие требования:

«Информационные процессы: хранение, пе­редача и обработка информации. Дискретная форма представле­ния информации. Единицы измерения информации. Управление, обратная связь. Основные этапы развития средств информационных технологии.

Передача информации

Процесс передачи информации, источник и приемник информации, сигнал, кодирование и декодирование, искажение информации при передаче, скорость передачи информации.

Обработка информации

Алгоритм, свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Алгоритмические конструкции. Логические значения, операции, выражения. Разбиение задачи на подзада­чи, вспомогательный алгоритм. Обрабатываемые объекты: це­почки символов, числа, списки, деревья, графы. Восприятие. запоминание и nреобразование сигналов живыми организмами».

Таким образом, информационные процессы изучаются в тесной связи с представлением информации в памяти компьютера, разработкой алгоритмов, информационными сетями.

Теоретические основы

Процесс хранения информации. Под информационными процессами понимаются любые действия, выпол­няемые с И. Примеры информационных процессов, с которыми нам приходится постоянно иметь дело: получение И из средств СМИ, обучение, принятие управляющих ре­шений, разработка технического проекта, документооборот на предприятии, сдача экзаменов и многие другие. Существуют три основных типа информационных процессов, которые как составляющие присутствуют в любых других более сложных процессах. Это хранение И, передача И и обработка И.

С хранением И связаны следующие понятия: носи­тель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации — это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Основным носителем И для человека является его собственная биологическая память (мозг человека). Собственную память человека можно назвать опера­тивной памятью. Здесь слово «оперативный» является синони­мом слова «быстрый». Заученные знания воспроизводятся человеком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель — мозг — находится внутри нас.

Все прочие виды носителей И можно назвать внешними (по отношению к человеку). Виды этих носителей менялись со временем: в древности были камень, дерево, папирус, кожа и пр. Во II в. нашей эры в Китае была изобретена бумага. Однако до Европы она дошла лишь в ХI в. С тех пор бумага является основным внешним носителем И. Развитие информаци­онной техники привело к созданию магнитных, оптических и других современных видов носителей И.

Хранилище информации — это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования. Примерами храни­лищ являются архивы документов, библиотеки, справочники, картотеки. Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга, дело, досье, отчет и пр. Под организацией хранилища понимается на­личие определенной структуры, т. е. упорядоченность, классифи­кация хранимых документов. Такая организация необходима для удобства ведения хранилища: пополнения новыми документами, удаления ненужных, поиска И и пр.

Знания, сохраненные в памяти человека, можно рассматри­вать как внутреннее хранилище И, однако его организацию нам понять трудно. Основное свойство человеческой памяти — быстрота, оперативность воспроизведения хранящейся в ней И. Но, по сравнению с внешними хранилищами, че­ловеческая память менее надежна. Человеку свойственно забывать информацию. Хотя психологи утверждают, что из памяти челове­ка ничего не исчезает, тем не менее способность к воспроизведе­нию некоторых знаний довольно часто теряется человеком. Имен­но для более надежного хранения человек использует внешние носители, организует хранилища. Впрочем, известен историчес­кий феномен в этом отношении: у народа древних инков не было письменности. Все свои знания они хранили в собственной памя­ти. С нашей точки зрения в этом случае трудно объяснить возмож­ность достижения высокого уровня цивилизации инков.

Основные свойства хранилища И: объем хранимой И, надежность хранения, время доступа (т. е. время по­иска нужных сведений), наличие защиты И.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памяти, принято называть данными. Для описания хранения данных в компьютере используются те же понятия: носитель, хранилище данных, организация данных, время доступа, защита данных. Организованные хранилища данных на устройствах внешней па­мяти компьютера принято называть базами и банками данных.

Процесс обработки информации. Любой вариант процесса обработки информации происходит по следующей схеме

В любом случае можно говорить о том, что в процессе обработки И решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных — исходной информации; требуется получить некоторые результаты — итоговую информацию. Сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. Тот объект или субъект, который осуществляет обработку, может быть назван исполнителем обработки. Исполнитель может быть человеком, а может быть специальным техническим устройством, в том числе компьютером.

Обычно обработка И — это целенаправленный процесс. Для успешного выполнения обработки И испол­нителю должен быть известен способ обработки, Т.е. последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата. Описание такой последовательности действий в информатике принято называть алгоритмом обработки.

Существует два типа ситуаций, связан­ных с обработкой И. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой И, нового содержания знаний.

К этому типу обработки относится решение математических задач. Например, даны две стороны треугольника и угол между ними, требуется определить все остальные параметры треугольника: третью сторону, углы, площадь, периметр. Способ обработки, т.е. алгоритм решения задачи, определяется математическими формулами, которые должен знать исполнитель.

К первому же типу обработки И относится решение различных задач путем применения логических рассуждений. Например, следователь по некоторому набору улик находит преступ­ника; человек, анализируя сложившиеся обстоятельства, принимает решение о своих дальнейших действиях; ученый разгадывает тайну древних рукописей и т. п.

Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением фор­мы, но не изменяющая содержания.

К этому типу обработки И относится, например, перевод текста с одного языка на другой. Изменяется форма, но должно сохраниться содержание. Важным видом обработки для информатики является кодирование. Кодирование — это преобразование И в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с И (телеграф, радио, компьютеры).

Другой вид обработки И — структурирование данных. Структурирование связано с внесением определенного порядка, определенной организации в хранилище И. Расположение данных в алфавитном порядке, группировка по некоторым признакам классификации, использование табличного или графового представления — все это примеры структурирования.

Еще один важный вид обработки И — поиск. Задача поиска обычно формулируется так: имеется некоторое хранилище И — информационный массив (телефонный справоч­ник, словарь, расписание поездов и пр.), требуется найти в нем нужную И, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон данной организации, перевод данного слова на английский язык, время отправления данного поезда). Алгоритм поиска зависит от способа организации И. Если информация структурирована, то поиск осуществляется быстрее, можно построить оптимальный алгоритм.

6. Процесс передачи информации. Схематично этот процесс можно изобразить

В таком процессе И представляется и передается в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов — речи, при чтении текста человек воспринимает буквы — графические символы. Передавае­мая последовательность называется сообщением. От источника к приемнику сообщение передается через некоторую материальную среду (звук — акустические волны в атмосфере, изображение световые электромагнитные волны). Если в процессе передачи ис­пользуются технические средства связи, то их называют каналамипередачи информации (информационными каналами). К ним отно­сятся телефон, радио, телевидение. Можно говорить о том, что органы чувств человека выполняют роль биологических информационных каналов. С их помощью ин­формационное воздействие на человека доносится до памяти.

Американским ученым Клодом Шенноном, одним из основателей теории И, была предложена схема про­цесса передачи И по техническим каналам связи.

Примером может являться процесс разговора по телефону. Источником информации является говорящий человек. Кодирующим устройством — микрофон телефонной трубки, с помощью которого звуковые волны (речь) преобразуются в электрические сигналы. Каналом связи является телефонная сеть (провода, коммутаторы телефонных узлов через которые проходит сигнал).

Декодирующим устройством является телефонная трубка (наушник) слушающего человека — приемника и. Здесь пришедший электрический сигнал превращается в звук.

Связь, при которой передача производится в форме непрерывного электрического сигнала, называется аналоговой связью.

Под кодированием понuмается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для ее передачи по каналу связи. На заре эры радиосвязи применялся код азбуки Морзе. Текст преобразовывался в последовательность точек и тире (коротких и длинных сигналов) и передавался в эфир. Принимавший на слух такую передачу человек должен был суметь декодировать код обратно в текст. Еще раньше азбука Морзе использовалась в телеграфной связи. Передача И с помощью азбуки Морзе ­это пример дискретной связи.

В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая И кодируется в двоичную форму ( О и 1 ­двоичные цифры), а затем декодируется в текст, изображение, звук. Цифровая связь, очевидно, тоже является дискретной.

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере И. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: плохое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков И, передаваемой по одним и тем же ка­налам. Часто, беседуя по телефону, мы слышим шум, треск, мешающие понять собеседника, или на наш разговор накладывается разговор совсем других людей. В таких случаях необходима защита от шума.

В первую очередь применяются технические способы зашиты каналов связи от воздействия шумов. Такие способы бывают са­мые разные, иногда простые, иногда — очень сложные. Например, использование экранированного кабеля вместо «голого» провода; применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума и пр.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория кодирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части И при передаче может быть компенсирована. Например, если при разговоре по телефону вас плохо слышно, то повторяя каждое слово дважды, вы имеете больше шансов на то, что собе­седник поймет вас правильно.

Однако нельзя делать избыточность слишком большой, это приведет к задержкам и подорожанию связи. Теория кодирования К. Шеннона как раз и позволяет получить такой код, который будет оптимальным. При этом избыточность передаваемой И будет минимально-возможной, а достоверность принятой И — максимальной.

В современных системах цифровой связи часто применяется следующий прием борьбы с потерей информации при передаче. Все сообщение разбивается на порции — блоки. Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), кото­рая передается вместе с данным блоком. В месте приема заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной, то передача данного блока повторя­ется. Так будет происходить до тех пор, пока исходная и конечная контрольные суммы не совпадут.

Для рассмотрения скорости передачи инфор­мации воспользуемся аналогией с перекачкой воды по водопроводным трубам.

Характеристики

Информационный поток

Канал передачи

Интенсивность (скорость)

литров в секунду

или куб. метров в секунду

Информационный объем сообщения, передаваемый в единицу времени,

Пропускная способность канала

Увеличение расхода воды возможно путем увеличения давления, не выше предельного давления.

Предел определяется техническими параметрами линии связи: телефонный линии, радиосвязь, оптико-волокон­ный кабель

На любом этапе изучения информатики в школе представления об информационных процессах несут в себе систематизирующую методическую функцию. Изучая устройство компьютера, ученики должны получить четкое понимание того, с помощью каких устройств происходит хранение, обработка и передача данных. При изучении программирования следует обратить внимание учеников на то, что программа работает с данными, хранимыми в памяти компьютера (как и сама программа), что команды программы определяют действия процессора по обработке данных и действие устройств ввода-вывода по приему-передаче данных. Осваивая информационные технологии, следует обращать внимание на то, что эти технологии также ориентированы на выполнение хранения, обработки и передачи информации.

Объясняя тему “Обработка информации”, следует приводить примеры обработки, как связанные с получением новой информации, так и связанные с изменением формы представления информации.

Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний. К этому типу обработки относится решение математических задач. К этому же типу обработки информации относится решение различных задач путем применения логических рассуждений. Например, следователь по некоторому набору улик находит преступника; человек, анализируя сложившиеся обстоятельства, принимает решение о своих дальнейших действиях; ученый разгадывает тайну древних рукописей и т.п.

Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением формы, но не изменяющая содержания. К этому типу обработки информации относится, например, перевод текста с одного языка на другой: изменяется форма, но должно сохраниться содержание. Важным видом обработки для информатики является кодирование. Кодирование — это преобразование информации в символьную форму, удобную для ее хранения, передачи, обработки (см. “Кодирование” 2).

Структурирование данных также может быть отнесено ко второму типу обработки. Структурирование связано с внесением определенного порядка, определенной организации в хранилище информации. Расположение данных в алфавитном порядке, группировка по некоторым признакам классификации, использование табличного или графового представления — все это примеры структурирования.

Особым видом обработки информации является поиск. Задача поиска обычно формулируется так: имеется некоторое хранилище информации — информационный массив (телефонный справочник, словарь, расписание поездов и пр.), требуется найти в нем нужную информацию, удовлетворяющую определенным условиям поиска (телефон данной организации, перевод данного слова на английский язык, время отправления данного поезда). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации. Если информация структурирована, то поиск осуществляется быстрее, его можно оптимизировать (см. “Поиск данных” 2).

В пропедевтическом курсе информатики популярны задачи “черного ящика”. Исполнитель обработки рассматривается как “черный ящик”, т.е. система, внутренняя организация и механизм работы которой нам не известен. Задача состоит в том, чтобы угадать правило обработки данных (Р), которое реализует исполнитель.

Исполнитель обработки вычисляет среднее значение входных величин: Y = (X1 + X2)/2

На входе — слово на русском языке, на выходе — число гласных букв.

Наиболее глубокое освоение вопросов обработки информации происходит при изучении алгоритмов работы с величинами и программирования (в основной и старшей школе). Исполнителем обработки информации в таком случае является компьютер, а все возможности по обработке заложены в языке программирования. Программирование есть описание правил обработки входных данных с целью получения выходных данных.

Следует предлагать ученикам два типа задач:

— прямая задача: составить алгоритм (программу) для решения поставленной задачи;

— обратная задача: дан алгоритм, требуется определить результат его выполнения путем трассировки алгоритма.

При решении обратной задачи ученик ставит себя в положение исполнителя обработки, шаг за шагом выполняя алгоритм. Результаты выполнения на каждом шаге должны отражаться в трассировочной таблице.

Рассматривая передачу информации в пропедевтическом и базовом курсах информатики, прежде всего следует обсудить эту тему с позиции человека как получателя информации. Способность к получению информации из окружающего мира — важнейшее условие существования человека. Органы чувств человека — это информационные каналы человеческого организма, осуществляющее связь человека с внешней средой. По этому признаку информацию делят на зрительную, звуковую, обонятельную, тактильную, вкусовую. Обоснование того факта, что вкус, обоняние и осязание несут человеку информацию, заключается в следующем: мы помним запахи знакомых объектов, вкус знакомой пищи, на ощупь узнаем знакомые предметы. А содержимое нашей памяти — это сохраненная информация.

Следует рассказать ученикам, что в мире животных информационная роль органов чувств отличается от человеческой. Важную информационную функцию для животных выполняет обоняние. Обостренное обоняние служебных собак используется правоохранительными органами для поиска преступников, обнаружения наркотиков и пр. Зрительное и звуковое восприятие животных отличается от человеческого. Например, известно, что летучие мыши слышат ультразвук, а кошки видят в темноте (с точки зрения человека).

В рамках данной темы ученики должны уметь приводить конкретные примеры процесса передачи информации, определять для этих примеров источник, приемник информации, используемые каналы передачи информации.

При изучении информатики в старших классах следует познакомить учеников с основными положениями технической теории связи: понятия кодирование, декодирование, скорость передачи информации, пропускная способность канала, шум, защита от шума. Эти вопросы могут быть рассмотрены в рамках темы “Технические средства компьютерных сетей”.

В процессе изучения курса информатики ученики приобретают определенные знания и умения, относящиеся к хранению информации.

Ученики осваивают работу с традиционными (бумажными) источниками информации. В стандарте для основной школы отмечается, что ученики должны научиться работать с некомпьютерными источниками информации: справочниками, словарями, каталогами библиотек. Для этого их следует ознакомить с принципами организации этих источников и с приемами оптимального поиска в них. Поскольку данные знания и умения имеют большое общеучебное значение, то желательно дать их ученикам как можно раньше. В некоторых программах пропедевтического курса информатики этой теме уделяется большое внимание.

Ученики должны овладеть приемами работы со сменными компьютерными носителями информации. Все реже в последнее время используются гибкие магнитные диски, на смену которым пришли емкие и быстрые флэш-носители. Ученики должны уметь определять информационную емкость носителя, объем свободного пространства, сопоставлять с ним объемы сохраняемых файлов. Ученики должны понимать, что для длительного хранения больших объемов данных наиболее подходящим средством являются оптические диски. При наличии пишущего CD-дисковода следует научить их организации записи файлов.

Важным моментом обучения является разъяснение опасностей, которым подвергается компьютерная информация со стороны вредоносных программ — компьютерных вирусов. Следует научить детей основным правилам “компьютерной гигиены”: осуществлять антивирусный контроль всех вновь поступающих файлов; регулярно обновлять базы антивирусных программ.

7. Лингвистические аспекты в обучении информатике.

В стандарте основного общего образования при освещении понятия информации дается следующее требование:

Язык как способ представления информации: естественные и формальные языки.

Теоретические основы

Определение и классификация языков

Язык — это определенная система символьного представления информации. В словаре по школьной информатике, составленном А.П. Ершовым [6], дано такое определение: “Язык — множество символов и совокупность правил, определяющих способы составления из этих символов осмысленных сообщений”. Поскольку под осмысленным сообщением понимается информация, то данное определение по сути своей совпадает с первым.

Языки делятся на две группы: естественные и формальные. Естественные языки — это исторически сложившиеся языки национальной речи. Для большинства современных языков характерно наличие устной и письменной форм речи. Анализ естественных языков в большей степени является предметом филологических наук, в частности, лингвистики. В информатике анализом естественных языков занимаются специалисты в области искусственного интеллекта. Одна из целей разработки проекта ЭВМ пятого поколения — научить компьютер понимать естественные языки.

Формальные языки — это искусственно созданные языки для профессионального применения. Они, как правило, носят международный характер и имеют письменную форму. Примерами таких языков являются язык математики, язык химических формул, нотная грамота — язык музыки и др.

С любым языком связаны следующие понятия: алфавит — множество используемых символов; синтаксис — правила записи языковых конструкций (текста на языке); семантика — смысловая сторона языковых конструкций; прагматика — практические последствия применения текста на данном языке.

Для формальных языков характерна принадлежность к ограниченной предметной области (математика, химия, музыка и пр.). Назначение формального языка — адекватное описание системы понятий и отношений, свойственных для данной предметной области. Поэтому все названные выше компоненты языка (алфавит, синтаксис и др.) ориентированы на специфику предметной области. Язык может развиваться, изменяться, дополняться вместе с развитием своей предметной области.

Естественные языки не ограничены в своем применении, в этом смысле их можно назвать универсальными. Однако не всегда бывает удобным использовать только естественный язык в узкопрофессиональных областях. В таких случаях люди прибегают к помощи формальных языков.

Известны примеры языков, находящихся в промежуточном состоянии между естественными и формальными. Язык эсперанто был создан искусственно для общения людей разных национальностей. А латынь, на которой в древности говорили жители Римской империи, в наше время стала формальным языком медицины и фармакологии, утратив функцию разговорного языка.

Далее речь пойдет о языках, используемых при работе ЭВМ, в компьютерных информационных технологиях.

Информация, циркулирующая в компьютере, делится на два вида: обрабатываемая информация (данные) и информация, управляющая работой компьютера (команды, программы, операторы).

Информацию, представленную в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки компьютером, принято называть данными. Примеры данных: числа при решении математической задачи; символьные последовательности при обработке текстов; изображение, введенное в компьютер путем сканирования, предназначенное для обработки. Способ представления данных в компьютере называется языком представления данных.

Для каждого типа данных различается внешнее и внутреннее представление данных. Внешнее представление ориентировано на человека, определяет вид данных на устройствах вывода: на экране, на распечатке. Внутреннее представление — это представление на носителях информации в компьютере, т.е. в памяти, в линиях передачи информации. Компьютер непосредственно оперирует с информацией во внутреннем представлении, а внешнее представление используется для связи с человеком.

В самом общем смысле можно сказать, что языком представления данных ЭВМ является язык двоичных кодов. Однако с точки зрения приведенных выше свойств, которыми должен обладать всякий язык: алфавита, синтаксиса, семантики, прагматики, — нельзя говорить об одном общем языке двоичных кодов. Общим в нем является лишь двоичный алфавит: 0 и 1. Но для различных типов данных различаются правила синтаксиса и семантики языка внутреннего представления. Одна и та же последовательность двоичных цифр для разных типов данных имеет совсем разный смысл. Например, двоичный код “0100000100101011” на языке представления целых чисел обозначает десятичное число 16 683, а на языке представления символьных данных обозначает два символа — “А+”. Таким образом, для разных типов данных используются разные языки внутреннего представления. Все они имеют двоичный алфавит, но различаются интерпретацией символьных последовательностей.

Языки внешнего представления данных обычно приближены к привычной для человека форме: числа представляются в десятичной системе, при записи текстов используются алфавиты естественных языков, традиционная математическая символика и пр. В представлении структур данных используется удобная табличная форма (реляционные базы данных). Но и в этом случае всегда существуют определенные правила синтаксиса и семантики языка, применяется ограниченное множество допустимых символов.

Внутренним языком представления действий над данными (языком управления работой компьютера) является командный язык процессора ЭВМ. К внешним языкам представления действий над данными относятся языки программирования высокого уровня, входные языки пакетов прикладных программ, командные языки операционных систем, языки манипулирования данными в СУБД и пр.

Любой язык программирования высокого уровня включает в себя как средства представления данных — раздел данных, так и средства представления действий над данными — раздел операторов. То же самое относится и к другим перечисленным выше типам компьютерных языков.

Среди формальных языков науки наиболее близким к информатике является язык математики.
В свою очередь, из множества математических дисциплин наибольшее приложение в информатике имеют теория чисел и математическая логика.
В связи с этим можно говорить о том, что темы систем счисления (языка представления чисел) и основ математической логики (языка логики) относятся к фундаментальным основам информатики.

Синтаксис языков программирования и средства описания.

Согласно формальному определению синтаксис языка программирования – это грамматика.

Грамматика состоит из множества определений и правил, которые описывают последовательности символов, образующих программы, допустимые на определенном языке программирования.

Впервые синтаксис был предложен Джоном Бекусом (разработчиком языков программирования Фортран, Алгол). Синтаксис имеет дело с формой. Семантика разъясняет смысл этой формы. В программировании имеют дело с множеством синтаксически корректных программ (кждая – цепочка литер). Синтаксически корректная программа может быть семантически бессмысленной.

Графические средства описания синтаксиса

2. Видоизменения схемы Бекуса предложил Алкок

В пропедевтическом и базовом курсах информатики большое образовательное значение имеет разговор о языках применительно к человеку. Знакомый ученикам термин “язык” приобретает новый смысл в их сознании. Вокруг этого термина строится целая система научных понятий. Понятие языка является одним из важнейших системообразующих понятий курса информатики.

Изучая каждое новое средство ИКТ, следует обращать внимание учеников на то, что для работы с ним пользователь должен овладеть определенным формализованным языком, что его использование требует строгого соблюдения правил языка: знания алфавита, синтаксиса, семантики и прагматики. Такая строгость связана с тем, что формализованные языки, как правило, не обладают избыточностью. Поэтому любое нарушение правил (использование символа, не входящего в алфавит, неправильное употребление разделительных знаков, например, запятой вместо точки и т.п.) приводит к ошибке.

Следует обращать внимание учеников на общность некоторых языковых конструкций, используемых в различных технологиях. Например, правила записи формул в электронных таблицах и арифметических выражений в языках программирования практически одинаковы. Существуют и различия, на которые тоже следует обращать внимание. Например, в языках программирования логические связки (NOT, AND, OR) являются знаками операций, а в электронных таблицах — именами функций.

Для упрощения работы пользователя в современном программном обеспечении часто применяются различного рода оболочки, обеспечивающие удобный пользовательский интерфейс. Следует объяснять ученикам, что за этими оболочками, как правило, скрыт определенный формализованный язык. Например, за графической оболочкой операционной системы Windows скрывается командный язык ОС. Другой пример: СУБД MS Access предоставляет пользователю возможность для создания БД использовать конструктор таблиц, а для построения запросов — конструктор запросов. Однако за этими высокоуровневыми средствами “скрывается” SQL — универсальный язык описания данных и манипулирования данными. Перейдя в соответствующий режим, можно показать, как выглядят команды на SQL, сформированные в результате работы с конструктором.

8. Межпредметные связи информатики с другими предметами.

Школьная информатика является метадисциплиной, которая объединяет в себе множество школьных дисциплин посредством обучения школьников обработке информации различного характера.

Межпредментыне связи школьной информатики с другими школьными предметами реализуется по следующим направлениям:

Линия информации. При изучении понятия информации широко используются примеры из различных областей знания. Измерение информации тесно связано с понятием вероятности, которое в настоящее время изучается в курсе математики основной школы.

Информационные процессы. При изучении вопросов хранения информации рассматривают различные способы хранения, в том числе и на магнитных и лазерных дисках и тем самым (курс физики). Этот раздел связан курсом физики и математики.

Линия компьютера требует рассматривать представление данных в компьютере, а следовательно изучение систем счисления. В школьном курсе математики изучается преимущественно десятичная система счисления. Курс информатики позволяет обобщить понятие системы счисления, полученное школьниками в 5-6 классах по математике

Моделирование и формализация. Рассматриваются модели из разных областей знания: физики, математики, химии, экологии, экономики.

Алгоритмизация и программирование. Многие математические задачи имеют разные алгоритмы решения и это наглядно видно на примере вычислении НОД двух чиел.

Эффективным изложением материала является решение одной и той же задачи разными методами. Это позволяет учащимся не только решить задачу, но и сравнить методы решения, выбрать наиболее короткий и понятный. Это еще одна демонстрация того, что программирование – это творческий процесс. Его результат зависит от идеи решения и разработанного алгоритма.

Данная тема может рассматриваться как одно из направлений реализации межпредметных связей математики и информатики.

Рассмотрим методы решения задач на примере нахождения наибольшего общего делителя и наименьшего общего кратного двух чисел. НОД(А, В) и НОК (А,В)

1 способ (школьный курс математики)

Для наглядности в левой части таблицы будем разбирать решение на примере, а в правой – в общем виде.

Математика 5(6) класс

Пусть А = 18, В = 24

2. Разложить А на простые множители (отдельная задача)

3. Разложить В на простые множители

4. Выбрать общие простые множители (отдельная задача)

5. Найти произведение выбранных множителей.

6. Выделить результат

НОК (А,В) = 2 3 *3 2 = 72

Известно свойство НОД (А,В) * НОД(А,В) = А*В, тогда .

7. Вычислим НОК= А*В/НОД(А,В)

Реализация алгоритма в виде программы требует решить предварительно ряд задач:

· Является ли число простым,

· Разложить число ан простые множители (работа с массивами)

· Выбрать общие множители в двух разложениях (работа с массивами)

Поэтому метод решения данной задачи, доступный ученику 5 класса достаточно трудно программировать.

2 способ (машинный ±1)

Рассмотрим нахождение НОД и НОК «методом перебора» всех возможных значений.

Пусть А = 18, В = 24

Проверяем 18:18 и 24:18 – ложно

Проверяем 18:17 и 24:17 – ложно

Проверяем 18:16 и 24:16 – ложно

Проверяем 18:6 и 24:6 – истинно

Значит НОД(18,24) = 6

3. Пока А: Min и В: Min ложно

Для нахождения Нок можно воспользоваться формулой, указанной ранее, а можно так же воспользоваться «методом перебора»

Пусть А = 18, В = 24

Проверяем 24:18 и 24:24 – ложно

Проверяем 25:18 и 25:24 – ложно

Проверяем 26:18 и 26:24 – ложно

Проверяем 72:18 и 72:24 – истинно

Значит НОК(18,24) = 72

2. Если А> B , то M ах= A , иначе Мах =В

3. Пока А: M ах и В: M ах ложно

Машинные алгоритмы имеют недостатки: слишком длинный способ вычислений, требуется много шагов и больших затрат машинного времени.

3 способ. Алгоритм Евклида

Рассмотрим различные способы программной реализации алгоритма Евклида.

1) Нахождение частного и остатка..

Одним из достижений античной науки является изобретение Евклидом (4 в до н.э.) необычайно остроумного способа быстрого вычисления НОД двух натуральных чисел.

Пусть А=32, В=12. Рассмотрим последовательное деление делителя на остаток.

Последний не равный нулю остаток и есть НОД

В = О1*Ч2 + О2, то есть А=В и В=О1

О1 = О2*Ч3 +О3, то есть А=О1 и В = О2

Процесс нахождения НОД заключается в последовательном делении А на В. На место А на следующем шаге ставится делитель – В, на место В – остаток О. НОД найден, если остаток В=0. НОД = А.

Плюсы: короткий алгоритм и в записи и в количестве шагов исполнения.

· школьники не изучают теоретической арифметики, в курсе математики даже не предусмотрен алгоритм Евклида. Учителю информатики приходится объяснять и математические основы, и прием разработки алгоритма и программы;

· не смотря на простоту способа часто путают последовательность действий и меняют местами А:= B O := AmodB , это значит О=0 и уже на первом шаге цикла получается ошибка.

2) Разностный способ.

Будем последовательно вычитать из большего числа меньшее.

Если A > B , то А:=А-В, иначе В:= A -В

В этом способе деление заменяется вычитанием. Обоснование этого метода дано в учебнике Каймина «Основы информатики и вычислительной техники». Заметим, что все наиболее часто встречающиеся алгоритмы в этой книге математически обоснованы.

Доказательство можно провести методом от противного. Данное обоснование является ярким примером рекурсии: функция НОД обращается к функции НОД.

Следующей задачей является нахождение НОД и НОК нескольких чисел.

НОД(18, 24, 100, 120) =2

нц по i от 3 до п

Здесь алгоритм для НОД двух чисел используется как вспмогательный

Аналогично можно разработать алгоритм для нахождения НОК

9. Формирование алгоритмической и информационной культуры.

Алгоритмическая культура учащихся

В основе программирования для ЭВМ лежит понятие алгорит­мизации, рассматриваемой в широком смысле как процесс раз­работки и описания алгоритма средствами заданного языка.

Ниже приведены перечень и описание компонентов алгорит­мической культуры, составленные на основе анализа общеобра­зовательных основ алгоритмизации.

1. Понятие алгоритма и его свойства. Понятие алгоритма явля­ется центральным. В обучении алгоритмизации нет необходимости (да и возможности) исполь­зовать строгое математическое уточнение этого понятия, доста­точно его толкования на интуитивно-наглядном уровне. Существен­ное значение при изложении приобретают такие содержательные свойства алгоритмов, как понятность, массовость, детерминиро­ванность и результативность.

2. Понятие языка описания алгоритмов. Задача описания алго­ритма всегда предполагает наличие не которого языка, на кото­ром должно быть выполнено описание. Выбор языка в каждом отдельном случае определяется областью приме­нения алгоритма,

3. Уровень формализации описания. Применяемые на практике уровни формализа­ции представления алгоритмов могут варьироваться в довольно широком диапазоне: от уровня полного отсутствия формализа­ции до уровня формализации «в той или иной мере» и, наконец, до уровня «абсолютной» формализации. Умение работать с языка­ми различных уровней формализации с учетом фактора понятности алгоритма для исполнителя также является существенным компонентом алгоритмической культуры.

4. Принцип дискретности (пошаговости) описания. Построение алгоритма предполагает выделение четкой целенаправленной пос­ледовательности допустимых элементарных действий, приводя­щих к требуемому результату..

5. Принцип блочности. Необходимо уметь расчленять сложную задачу на более простые компоненты. Такой путь приходится избирать всегда, когда задача оказывается достаточно сложной, чтобы алгоритм ее реше­ния в нужном языке можно было описать сразу. В этом случае задача разбивается на информационно замкнутые части (блоки), которым придается самостоятельное значение, и после составления первона­чальной схемы, связывающей части задачи, проводится работа по детализации отдельных блоков. Каждый из этих блоков может быть детализирован по только что описанному принципу.

6. Принцип ветвления. Организация алгоритмов требует умело­го использования логических (разветвляющих) средств языка. Су­щественными компонентами алгоритмической грамотности здесь является осознание того, что:

а) описание должно предусматривать все возможные варианты исходных данных и для каждой их комбинации быть результативным;

б) для конкретных значений исходных данных исполнение ал­горитма всегда проходит только по одному из возможных путей, определяемому конкретными условиями.

7. Принцип цикличности. Эффективность алгоритмических опи­саний в большинстве случаев определяется возможностью неоднократного использования одних и тех же фрагментов описаний при различных значениях входных величин. Особенно важно, умение выделять при построении алгоритмов повторяющуюся (рабочую) часть цикла.

8. Выполнение (обоснование) алгоритма. Существенно важным компонентом алгоритмической грамотности является постоянно привлекаемое в процессе алгоритмизации умение воспринимать и исполнять разрабатываемые фрагменты описания алгоритма от­влеченно от планируемых результатов — так, как они описаны, а не так, как может быть, в какой-то момент хотелось бы самому автору или исполнителю.

9. Организация данных. Исходным материалом для алгоритма является информация или исходные данные, которые надлежит обработать. Составитель алгоритма обязан думать не только о том, как и в какой последовательности производить обработку, но и о том, где и как фиксировать промежуточные и окончательные ре­зультаты работы алгоритма.

Мы перечислили компоненты алгоритмической культуры, овла­дение которыми имеет основополагающее значение для формирова­ния навыка составления алгоритмов — алгоритмизации и, следова­тельно, программирования для ЭВМ.

Появление понятия компьютерной грамотности (КГ) явилось результатом расширения понятия алгоритмической культуры (АК) учащихся путем добавления компонентов: умение обращаться (или, на жаргоне информатиков общаться) с ЭВМ, знание устройства и принципов действия ЭВМ, а также роли ЭВМ в современном обществе.

Компоненты Понятие «компьютерная грамотность» :

1. Умение «общаться» с компьютером. Общение с ПК на «пользо­вательском уровне»:

· подготовить компь­ютер к работе,

· запускать и останавливать его,

· умение работать за дисплеем, т. е. овладеть клавиатурой, уметь вводить числа и пере­менные, корректировать введенные данные, вводить,

· отлаживать и запускать программу;

· навыки работы с простейшими сервисными программами, такими как редактор текстов, графический редактор, электронная таблица, разнообразные игровые программы,

· работа с компьюте­ром в режиме диалога (в частности обучающего).

2. Составление простейших программ для компьютера. Подготовка программистов не является целью общеобразовательной шко­лы, однако понимание основных принципов программирования для ЭВМ должно входить в систему общего образования. В старших звеньях обучения возможно ознакомление с несколькими различными языками программирования (в условиях углубленного изучения предмета). Важна прочность фундаментальных знаний, необходимых для разработки лежащих в их основе алго­ритмов.

3. Представление об устройстве и принципах действия ЭВМ В этом компоненте компьютерной грамотности выделяются две ос­новные составляющие:

а) структура ПК и функции его основных устройств;

б) физические основы и принципы действия основных элементов компьютера.

4. Представления об областях применения и возможностях ЭВМ, социальных последствиях компьютеризации. Формирование этого компонента компьютерной грамотности также не является зада­чей исключительно курса информатики и выходит за его пределы. В курсе географии, истории и ряда других гуманитарных предметов персональная ЭВМ может использовать­ся школьниками как информационная система, банк данных, ав­томатизированный справочник.

В методической ли­тературе сокращенно структура КГ обозначается: общение, программирова­ние, устройство, применение.

Нетрудно заметить, что даже при со­хранении всех компонентов компьютерной грамотности усилен­ное акцентирование внимания на том или ином из них может при­водить к существенному изменению конечной цели преподавания предмета информатики. Если, к примеру, начнет доминировать ком­понент общение, то курс становится преимущественно пользова­тельским, нацеленным, в частности, на освоение компьютерных технологий. При доминирующей компоненте программирование цели курса сведутся к подготовке программистов и т. д.

Во второй версии програм­мы ОИВТ (машинный вариант) наря­ду с уже известным понятием «компьютерная грамотность» использовалось новое поня­тие «информационная культура учащихся». Согласно пояснительной записке курс ОИВТ «. должен формировать у учащихся:

· навыки грамотной постановки задач, возникающих в практи­ческой деятельности, для их решения с помощью ЭВМ;

· навыки формализованного описания поставленных задач, элементарные знания о методах математического моделирования и умение строить простые математические модели поставленных задач;

· знания основных алгоритмических структур и умение приме­нять эти знания для построения алгоритмов решения задач по их математическим моделям;

· понимание устройства и функционирования ЭВМ и элемен­тарные навыки составления программ для ЭВМ по построенному алгоритму на одном из языков программирования высокого уровня;

· навыки квалифицированного использования основных типов современных информационных систем для решения с их помо­щью практических задач и понимание основных принципов, лежащих в основе функционирования этих систем;

· умение грамотно интерпретировать результаты решения прак­тических задач с помощью ЭВМ и применять эти результаты в практической деятельности.

Эти требования, взятые в их минимальном объеме, составляют задачу достижения первого уровня компьютерной грамотности, взятые в максимальном объеме — воспитание информационной культуры учащихся» [36].

Понятие «информационная культура» (ИК) образовано путем добавления новых и некоторого расширения прежних компонентов компьютерной грамотности: применение метода математического моделирования для решения задач с помощью ЭВМ, навыки «квалифицированного использования основных типов современных информационных систем» и «понимания основных принципов, лежащих в основе функционирования этих систем».

Схематически эволюция целей образования школьников в об­ласти информатики теперь может быть обозначена следующим образом:

АК ® КГ ® ИК~?

Корректировку целей обу­чения информатике в школе проводят в соответствии с современным состоянием развития науки и практики.

10. Методика изучения систем счисления в школьном курсе информатики.

В первом учебном пособии по информатике («Основы информатики и вычислительной техники» В 2 ч: пробное учебное пособие для средних учебных заведений / под редакцией А.П.Ершова, В.М.Монахова. ) понятие системы счисления не упоминалось совсем. Говорится лишь о том, что вся информация в компьютере представляется в двоичном виде. То же самое можно сказать про учебное пособие Кушнеренко А.Г. «Основы информатики и вычислительной техники». Среди учебников второго поколения наибольшее внимание системам счисления уделено в учебнике для 10-11 классов А.Г. Гейна «Основы информатики и вычислительной техники». Этой теме посвящен отдельный параграф, где дано следующее определение: «Система счисления – способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр)». В более позднем учебнике того же автора «Информатика для 7-9 классов» приводится такое определение: «Способ записи чисел называется нумерацией, или, по-другому, системой счисления».

Аналогичные определения даются в учебнике Н.В.Макаровой «Информатика. Базовый курс. 7 — 9»: «Система счисления – совокупность примеров и правил записи чисел с помощью определенного набора символов» — и в учебнике Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ. Базовый курс. 8 — 9»: «Система счисления – это знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита, называемых цифрами».

Если рассматривать систему счисления как язык представления числовой информации, то можно сказать, что данные выше определения затрагивают только алфавит, синтаксис и семантику языка чисел. Более полное определение дано в Математическом энциклопедическом словаре: «Система счисления – способ изображения чисел и соответствующие ему правила действия над числами». Под правилами действия понимаются способы выполнения арифметических вычислений в рамках данной системы счисления. Эти правила можно назвать прагматикой языка чисел. Аналогичное определение приводится в учебнике И.Г.Семакина «Информатика и ИКТ. 9 класс»: «Системой счисления называют определенные правила в записи чисел и связанные с ними способы выполнения вычислений».

Хотя в ФГОС тема систем счисления специально не выделяется, в Примерной программе [1] (2004г.) присутствует позиция: «Представление числовой информации в различных системах счисления. Компьютерное представление числовой информации». В учебниках четвертого поколения по базовому курсу («Информатика.7 – 9 класс» под редакцией Н.В.Макаровой; И.Г. Семакин « Информатика и ИКТ, 9 класс»; Н.Д. Угринович «Информатика и ИКТ. Базовый курс. 9 класс») тема систем счисления находит отражение при изучении информации и кодирования информации. Основное внимание уделяется двоичной системе счисления и ее связи с десятичной системой.

Базисный учебный план позволяет включать в дисциплины предпрофильной подготовки, элективные курсы. Для проведения таких курсов можно рекомендовать учебное пособие Е.В. Андреевой «Математические основы информатики» раскрывающее данную тему наиболее полно.

Из математики ученики знают записью чисел как римскими, так и арабскими цифрами. Они привыкли видеть римские цифры в обозначении глав в книге, в указании столетий ( XX в.) и в некоторых других нумерациях. Математические расчеты они всегда производили в арабской системе чисел. В данной теме учителю предстоит рассказать перед учениками эти, казалось бы, знакомые вещи с новой стороны.

С методической точки зрения бывает очень эффективным прием, когда учитель подводит учеников к самостоятельному, пусть маленькому, открытию. В данном случае желательно, чтобы ученики сами подошли к формулировке различия между позиционным и непозиционным принципом записи чисел. Сделать это можно, отталкиваясь от конкретного примера. Напишите два числа и объясните, какие числа они обозначают и посему:

После этого можно ввести термин «система счисления».

Теперь нужно дать понять ученикам, что позиционных систем счисления существует множество, и отличаются друг от друга алфавитом – множеством используемых цифр. Размер алфавита (число цифр) называется основанием системы счисления. Задайте вопрос: «Почему арабская система называется десятичной системой счисления?» Наверняка услышите в ответ про десять цифр в алфавите. Делаем вывод: основание арабской системы счисления равно десяти, поэтому она называется десятичной.

Следует показать алфавиты различных позиционных систем счисления. Системы с основанием не больше 10 используют только арабские цифры. Если же основание больше 10, то в роли цифр выступают латинские буквы в алфавитном порядке.

Далее нужно научить учеников записывать натуральный ряд чисел в различных позиционных системах. Объяснение следует проводить на примере десятичной системы, для которой вид натурального ряда чисел им хорошо известен:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, …, 19, 20, …, 99, 100, 101, …

Принцип построения ряда такой: сначала в порядке возрастания назначений записываются все однозначные числа; первое двузначное число – всегда 10 (у многозначных целых чисел 0 впереди не является значащей цифрой и обычно не пишется). Далее следуют все двузначные сочетания единицы с другими цифрами; затем – двузначные числа, начинающиеся с 2, затем – с 3 и т.д. Самое большое двузначное число – 99. Затем идут трехзначные числа, начиная от 100 до 999 и т.д.

По такому же принципу строится натуральный ряд и в других системах счисления. Например, в четверичной системе (с основанием 4):

1, 2, 3, 10, 11, 12, 13, 20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 100, 101, 102, 103, 110, 111, …, 333, 1000, …

Аналогично и для других систем. Наибольший интерес представляет натуральный ряд двоичных чисел. Вот как он выглядит:

1, 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111, 10000, …

Следует обратить внимание учеников на быстрый рост числа цифр. Для указания на основание системы, к которой относится число, вводим индексное обозначение. Например, 36₈ указывает на то, что это число в восьмеричной системе счисления, 1А6₁₆ – шестнадцатеричное число, 1011₂ – число в двоичной системе. Индекс всегда записывается десятичным числом. Следует подчеркнуть то, что в любой системе счисления ее основание записывается как 10.

Еще одно важное замечание: ни в коем случае нельзя называть недесятичные числа так же, как десятичные. Например, нельзя называть восьмеричное число 36₈ как тридцать шесть! Надо говорить: «Три — шесть». Или, нельзя читать 101₂ как «сто один». Надо говорить «один – ноль — один». Следует также помнить, что, например, 0,1₂ – это не одна десятая, а одна вторая, или 0,1₈ – это одна восьмая и т.п.

Сущность позиционного представления чисел отражается в развернутой форме записи чисел. Снова для объяснения привлекаем десятичную систему. Например:

5319,12 = 5000 + 300 + 10 + 9 + 0,1 + 0,02 =

=5×10 3 + 3×10 2 + 1×10 1 + 9 +1×10 -1 + 2×10 -2 .

Последнее выражение называется развернутой формой записи числа. Слагаемые в этом выражении являются произведениями значащих цифр числа на степени десятки (основания системы счисления), зависящие от позиции цифры в числе – разряда. Цифры в целой части умножаются на положительные степени 10, а цифры в дробной части — на отрицательные степени. Показатель степени является номером соответствующего разряда. Аналогично можно получить развернутую форму чисел в других системах счисления. Например, для восьмеричного числа:

1753₈ = 1×10 3 + 7×10 2 + 5×10 1 + 3.

Следующий вопрос, изучаемый в этом разделе, — способы перевода чисел из одной системы в другую. Основная идея заключается в следующем: перевод чисел неизбежно связан с выполнением вычислений. Поскольку нам хорошо знакома лишь десятичная арифметика, что любой перевод следует свести к выполнению вычислений над десятичными числами.

Объяснение способов перевода следует начать с перевода десятичных чисел в другие системы счисления. Делается это просто: нужно перейти к записи развернутой формы числа в десятичной системе. Вот пример такого перехода для приведенного выше восьмеричного числа:

1753₈ = (1×10 3 + 7×10 2 + 5×10 1 + 3)₈ = (1×8 3 + 7×8 2 + 5×8 1 + 3)₁₀.

Теперь нужно вычислить полученное выражение по правилам десятичной арифметики и получить окончательный результат:

Чаще всего развернутую форму числа сразу записывают в десятичной системе.

Применение двоичной системы в ЭВМ может рассматриваться в двух аспектах: 1) двоичная нумерация; 2) двоичная арифметика, т.е. выполнение арифметических вычислений над двоичными числами. С двоичной нумерацией ученики встретятся в теме «Представление текста в компьютерной памяти». Рассказывая о таблице кодировки ASCII , учитель должен сообщить ученикам, что внутренний двоичный код символа – это его порядковый номер в двоичной системе счисления.

В результате обучения учащиеся должны:

· знать (понимать): понятие «система счисления», различие между позиционными и непозиционными системами счисления;

· уметь: переводить целые числа из десятичной системы счисления в другие системы и обратно, выполнять простейшие арифметические операции с двоичными числами;

· использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни: для расширения представлений об интегративных связях информатики и математики, мотивации фундаментализации математического образования.

В рамках базового курса достаточно ограничиться рассмотрением вычислений с целыми двоичными числами.

11. Методика изучения основ логики в школьном курсе информатики.

В первом учебнике [3] элементы логики рассматривались применительно к алгоритмам (построение логических выражений при проверке условий) и к принципам устройства и работы ЭВМ. В учебниках этого периода [4] были так же введены элементы логического программирования на языке Пролог. Авторы учебников считали, что одной из главных задач должно быть развитие логического мышления учащихся, умения рассуждать и доказывать, подбирать факты и аргументы и обосновывать предлагаемые решения.

В 90-х годах XX века в школу стали проникать современные компьютерные технологии. Постепенно стало укрепляться понимание, что компьютерная грамотность и умение программировать — не совсем одно и то же.

В учебниках [5] этого периода элементы логики изучаются в теме логические схемы элементов ЭВМ.

В учебниках конца 90-х годов [6] элементы логики изучаются в контексте моделирования знаний и/или при изучении логического программирования. Практический материал и рекомендации по изучению логики в школьном курсе информатики содержится в ряде пособий [7] .

В 2004 году были приняты образовательные стандарты по информатике: Стандарт основного общего образования по информатике и информационным технологиям, Стандарт среднего (полного) общего образования по информатике и информационным технологиям (базовый уровень) и Стандарт среднего (полного) общего образования по информатике и информационным технологиям (профильный уровень). Однако как показывает анализ первых двух документов и соответствующих примерных программ изучение элементов математической логики не предполагается.

В Стандарте для профильного уровня включены следующие вопросы «Логика и алгоритмы. Высказывания, логические операции, кванторы, истинность высказывания» [8] . В требованиях к уровню подготовки выпускников отмечено, что ученики должны знать логическую символику и уметь вычислять логические выражения сложного высказывания по известным значениям элементарных высказываний.

Назначение логических задач и упражнений состоит в активизации умственной деятельности ребят, в оживлении процесса обучения.

В 5 классе мы считаем, нет необходимости выделять отдельный тематический блок для изучения логики. Более целесообразным является развитие логического мышления учащихся путем решения логических задач в течение всего учебного года. Логические задачи лучше наглядно представить в виде чертежа, рисунка, схемы. Это облегчает решение задачи, делает его более убедительным и доказательным. Поэтому логические задачи можно использовать как задания к различным темам курса. Так, например, при изучении различных форм представления информации можно использовать следующие виды задач:

Представление информации в виде схем – задачи на отношение, которые наиболее удобно решать с помощью графов.

Представление информации в форме таблицы – логические задачи на однозначное соответствие.

Графическая информация – ребусы.

Знакомство школьников с основами логики в рамках курса информатики может происходить параллельно с освоением темы «Множества», ведь все задания: поиск «лишнего», выделение существенного признака, поиск отличий, выявление закономерностей – относятся к классу логических задач.

А также задачи на переливания, задачи о переправах, разъездах

В качестве практических работ на ПК, развивающих логическое мышление, в УМК Босовой Л.Л. есть среди ЦОР логические игры, задачи и виртуальная лаборатория для решения задач на переливания.

В 6 классе имеет смысл выделить изучение основ логики в отдельный раздел «Логические рассуждения».

Задача изучения этого раздела: — формирование у учеников представления о:

• высказываниях, из которых состоит любое рассуждение, об истинности высказывания;
• логических величинах, значения которых отражают истинность высказываний;
• логических выражениях, с помощью которых записывают сложные высказывания;
• правилах «если – то», которые связывают между собой высказывания-условия и высказывания-заключения;
• схеме рассуждения, которая отражает связь между правилами «если – то» и позволяет строить цепочки логических выводов на основе исходных фактов.

На данном этапе можно выделить блок «Элементы формальной логики».

Задачи изучения этого раздела:

— знакомство учащихся с логикой, наукой о законах и формах человеческого мышления;

— формирование у учеников представления о:

· понятии, его содержании и объеме, единичных и общих понятиях, приемах формирования понятий,

· суждении как форме мышления

· умозаключении как форме мышления.

При изучении базового курса информатики ученики встречаются с элементами математической логики в теме «Базы данных». В реляционных базах данных логическими величинами являются поля логического типа. Логический тип используется наряду с другими типами полей и ученики должны научиться выделять его.

Логические выражения используются в запросах к базе данных в качестве условий поиска. Основная проблема – научить учеников формальному представлению условий поиска в виде логических выражений. Здесь необходимо актуализировать знания, полученные в 6 классе. В сложных условия выборки используются логические операции. Для правильной записи следует познакомить учащихся с порядком выполнения логических операций, научить расставлять скобки в логических выражениях.

Следующая встреча учеников с математической логикой происходит при изучении электронных таблиц. Язык электронных таблиц можно интерпретировать как своеобразный табличный язык программирования для решения вычислительных задач. Причем реализуемые на электронных таблицах вычислительные алгоритмы могут иметь не только линейную структуру, но и ветвящуюся и даже циклическую. Ветвления в электронных таблицах реализуются через условную функцию. Форма записи условной функции в значительной мере зависит от типа табличного процессора. Параметрами функции служат логическое выражение (условие), действие, выполняющееся при истинности условия и действие при ложном условии. Простое логическое условие представляет собой отношение. Сложное логическое выражение содержит логические операции. Особенность логических выражений для электронных таблиц заключается в том, что логическая связка (имя операции) стоит не между простыми выражениями, как учащиеся привыкли их записывать в 6 классе и в базах данных. Логическая операция является именем функции, а простые выражения записываются как ее параметры в скобках через запятую.

Математическая логика также может быть использована в программировании. В большинстве современных процедурных языков программирования высокого уровня имеется логический тип данных, реализованы основные логические операции. Использование этих средств позволяет решать на ЭВМ сложные логические задачи, моделировать логику человеческого мышления в программных системах искусственного интеллекта.

В программах решения задач с математическим содержанием логические выражения чаще всего применяются для описания системы неравенств (отношений). Решая задачи такого типа, ученики, прежде всего, должны проявить знания математики, а затем уже умение переложить математические отношения на язык логики и оформить решение задачи на языке программирования. В программах вычислительного характера логические выражения используются в условной части операторов ветвления и цикла.

В результате обучения учащиеся должны:

знать : что такое логическая величина, логическое выражение; как выполняются логические операции; правила записи и вычисления логических выражений;

уметь: определять истинность или ложность высказываний (логических выражений), записывать логические выражения с использованием основных логических операций: И, ИЛИ, НЕ.

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни : для развития логического мышления, интеллекта.

Начать изучение данного блока можно с исторического очерка. Актуализировать знания полученные в 7 классе напомнить детям о понятии, суждении, умозаключении. Далее необходимо вспомнить о высказывании и логической величине, отражающей истинность высказывания. Подвести учеников к понятию пропозициональная (высказывательная) переменная и логическая функция. Провести аналогию с алгеброй, математическими знаками. Познакомить учеников с различными формами записи логических функций: формулы, таблицы истинности, ряд значений, носители функции. Необходимо напомнить об основных логических связках, с которыми дети уже были знакомы: НЕ, И, ИЛИ, ЕСЛИ-ТО. Дать каждой известной функции свое название (инверсия, конъюнкция, дизъюнкция, импликация), дополнить список эквиваленцией, суммой по модулю 2, стрелкой Пирса, штрихом Шеффера. Составить соответствующие функциям таблицы истинности.

Важно объяснить детям какие функции называются тождественными. В качестве примера можно доказать тождественность основных законов алгебры логики. Эти доказательства можно использовать при объяснении темы основные равносильности алгебры логики.

Алгебра высказываний находит широкое применение при решении логических содержательных задач. Существуют разные способы формализации как условий задачи, так и процесса ее решения: алгебраический, табличный, графический и др. Каждый из этих способов обладает своими достоинствами.

Так, например, табличный метод очень нагляден, но не обладает универсальностью, т.е. предназначен для решения только определенного класса задач. Кроме того, он требует анализа находящейся в таблице информации умения сравнивать и сопоставлять.

Метод графов применяется тогда, когда между объектами, о которых идет речь в задаче, существует много связей. Граф позволяет наглядно представить эти связи и определить, какие из них не противоречат условиям задачи.

Метод диаграмм Эйлера — Венна позволяет, графически решать математические задачи на основе применения теории множеств.

При применении алгебраического метода наиболее трудным является перевод текста задачи на язык формул. Далее, если вы знаете логические законы и правила упрощения выражений, решение задачи сводится к формальным преобразованиям и приводит сразу к ответу, который остается лишь расшифровать, исходя из принятых вами обозначений.

Можно предложить ученикам решить различные задачи наиболее подходящим, по их мнению, способом. Примерами могут служить задачи, взятые из ЕГЭ разных лет. Следует также предложить решить логическую содержательную задачу методом таблиц и алгебраическим методом и показать экономичность второго.

На следующем этапе необходимо объяснить ученикам, что математическая логика с развитием вычислительных машин оказалась в тесной взаимосвязи с вычислительной математикой, со всеми вопросами конструирования и программирования электронных счетных машин. Все началось с того, что ученые сначала предположили, что возможно построение электронных схем на базе математической логики затем построили такие схемы. А теперь всевозможные электронные схемы лежат в основе вычислительных машин. Аппарат математической логики находит применение в вычислительной математике и в технике при конструировании сложных автоматических устройств. Алгебра высказываний применяется при синтезе релейно-контактных и электронных схем.

Следует дать понятие логического элемента, познакомить учащихся с основными логическими элементами и их функциональными схемами. Необходимо познакомить учеников с правилами составления функциональных схем сложных логических функций, здесь имеет смысл напомнить о приоритете выполнения логических операций.

Далее необходимо напомнить детям, что они уже умеют составлять таблицу истинности по формуле функции, реализующейся структурной схемой, но не наоборот. В связи с этим познакомить учащихся с совершенными дизъюнктивными и совершенными конъюнктивными нормальными формами и алгоритмами их получения.

И в заключении этой темы следует познакомить учеников с базовыми логическими элементами (триггеры, сумматоры), которые составляют основу ЭВМ.

В результате обучения учащиеся должны:

знать : что такое пропозициональная переменная, логическая функция, таблица истинности, структурная схема, СКНФ и СДНФ;

уметь: записывать логическую функцию различными способами, составлять таблицы истинности, составлять структурные схемы по заданным формулам и таблицам истинности, решать логические содержательные задачи различными способами;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни : для развития логического мышления, интеллекта, успешной сдачи экзамена по информатике .

12. Методика изучения архитектуры ЭВМ в школьном курсе информатики.

Рассмотрим требования к содержанию преподавания линии компьютера в государственных стандартах, программах и учебниках по информатике и «ИКТ».

«Компьютер как универсальное устройство обработки ин­формации

Основные компоненты компьютера и их функции. Програм­мный принцип работы компьютера. Командное взаимодействие пользователя с компьютером, графический интерфейс пользова­теля. Программное обеспечение, его структура. Программное обеспечение общего назначения. Представление о программировании…

Основные устройства ИКТ

Соединение блоков и устройств компьютера, других средств ИКТ, простейшие операции по управлению (включение и вы­ключение, понимание сигналов о готовности и неполадке ит. д.), использование различных носителей информации, рас­ходных материалов. Гигиенические, эргономические и техниче­ские условия безопасной эксплуатации средств ИКТ.

Оперирование компьютерными информационными объекта­ми в наглядно-графической форме (графический пользователь­ский интерфейс). Создание, именование, сохранение, удаление объектов, организация их семейств. Архивирование и разархи­вирование. Защита информации от компьютерных вирусов.

Оценка количественных параметров информационных объ­ектов и процессов: объем памяти, необходимый для хранения объектов, скорость передачи и обработки объектов, стоимость информационных продуктов, услуг связи. »

В результате изучения информатики и информационных технологий ученик должен: « ..знать/понимать:

· программный принцип работы компьютера;

· оперировать информационными объектами, используя гра­фический интерфейс: открывать, именовать, сохранять объекты, архивировать и разархивировать информацию, пользоваться меню и окнами, справочной системой; пред­принимать меры антивирусной безопасности;

· оценивать числовые параметры информационных объектов и процессов: объем памяти, необходимый для хранения ин­формации; скорость передачи информации;…

· пользоваться персональным компьютером и его периферий­ным оборудованием (принтером, сканером, модемом, мультимедийным проектором, цифровой камерой, цифровым датчиком); следовать требованиям техники безопасности, гигиены, эргономики и ресурсосбережения при работе со средствами информационных и коммуникационных техно­логий;…»

Содержание образовательного стандарта реализовано в примерной программе базового курса информатики и ИКТ в основной школе в виде темы «Компьютер как универсальное устройство обработки информации» (4 часа), которая включает следующие вопросы [11] :

«Основные компоненты компьютера и их функции (процес­сор, устройства ввода и вывода информации, оперативная и долговременная память).

Гигиенические, эргономические и технические условия безопасной эксплуатации компьютера.

Программный принцип работы компьютера. Программное обеспечение, его структура. Операционные системы, их функции. Загрузка компьютера.

Данные и программы. Файлы и файловая система.

Командное взаимодействие пользователя с компьютером, графический пользовательский интерфейс (рабочий стол, окна, диалоговые панели, меню)».

Программа рекомендует следующий перечень практических работ:

1. «Соединение блоков и устройств компьютера, подключение внешних устройств, включение, понимание сигналов о го­товности и неполадке, получение информации о характери­стиках компьютера, выключение компьютера.

2. Оперирование компьютерными информационными объектами в наглядно-графической форме (изучение элементов интер­фейса используемой графической операционной системы).

3. Планирование собственного информационного пространст­ва, создание папок в соответствии с планом, создание, име­нование, сохранение, перенос, удаление объектов, органи­зация их семейств, сохранение информационных объектов на внешних носителях».

Как видим, архитектура компьютера является основной составляющей частью данного раздела.

Для преподавания информатики в 7-9 классах Министерством образования рекомендованы учебники следующих авторов: Н.В. Макаровой, И.Г. Семакина и др., Н.Д. Угриновича. Все учебники соответствуют образовательному стандарту, поэтому в нашей квалификационной работе мы ограничимся анализом преподавания линии компьютера в курсе информатики и ИКТ Н.Д. Угриновича.

Согласно тематическому планированию данная тема называется « Аппаратные и программные средства ИКТ» и на ее изучение отводится 11 часов. Как видно, из таблицы представленной ниже, изучение начинается с архитектуры ЭВМ, где рассматриваются основные компоненты компьютера и их функции. Кроме того, данная тема содержит вопросы, посвященные технике безопасности, программному обеспечению в целом и системному программному обеспечению в частности, файловой системе

Основные компоненты компьютера и их функции (процессор, устройства ввода и вывода информации, оперативная и долговременная память).

Гигиенические, эргономические и технические условия безопасной эксплуатации компьютера.

Программный принцип работы компьютера. Программное обеспечение, его структура. Операционные системы, их функции. Загрузка компьютера.

Данные и программы. Файлы и файловая система.

Командное взаимодействие пользователя с компьютером, графический пользовательский интерфейс (рабочий стол, окна, диалоговые панели, меню).

Компьютерные вирусы и антивирусные программы.

№ 2. Тренировка ввода текстовой и числовой информации с помощью клавиатурного тренажера.

№ 3. Работа с файлами с использованием файлового менеджера.

№ 4. Форматирование, проверка и дефрагментация дискеты.

№ 5. Определение разрешающей способности экрана монитора и мыши.

№ 6. Установка даты и времени с использованием графического интерфейса операционной системы.

№ 7. Защита от вирусов: обнаружение и лечение.

В учебниках информатики эта тема представлена в следующем порядке:

· Информатика-7: Глава 1. Компьютер и программное обеспечение.

· Информатика-8: Глава 2. Компьютер как универсальное устройство обработки информации.

Контроль знаний и умений учащихся предлагается вести в форме тестирования, выполнения зачетной практической работы.

Таким образом, изучение архитектуры компьютера ведется в 7-8 классе. На наш взгляд с целью реализации линии информационных технологий в этой теме следовало бы уделить больше внимания структурной схеме ПК.

Термин «архитектура» используется в литературе по вычислительной технике очень часто. К сожалению, содержание этого понятия может у разных авторов отличаться достаточно существенно. В частности, к архитектуре компьютера порой относят абсолютно все, что хоть как-то связано с его устройством, вплоть до конструктивного оформления.

В свете, этого мы убедительно рекомендуем учителю внимательно разобраться в сути данного понятия и не приучать школьников к его неоправданно расширительной трактовке.

В ЭВМ первого и второго поколений информационным центром машины был процессор (см. рисунок а). Все информационные потоки проходили через него, и управление всеми процессами также принадлежало этому блоку.

Другой особенностью функциональной организации современных ЭВМ является наличие информационной магистрали , которая служит для передачи ин формации от одних узлов машины к другим (см. рисунок b). Благодаря магистральной структуре кон фигурация ПК может быть легко расширена путем присоединения к шине новых устройств. Еще од ним новшеством шинной архитектуры является возможность обмена данными между отдельными устройствами без непосредственного участия цен трального процессора .

Поскольку в новой схеме большая информационная нагрузка приходится на шину, в реальном компьютере делается несколько шин: устройства, быстродействие которых для вычислительной системы критично (например, ОЗУ или графический адаптер), получают отдельные шины.

В старших классах содержание обучения по линии компьютера значительно расширяется. Схема ПК предлагается следующая

Изучение линии компьютера строится концентрически, архитектура компьютера рассматривается в тесной взаимосвязи с программным обеспечением. Некоторые практические задания

· Выбор конфигурации компьютера в зависимости от решаемой задачи.

· Настройка BIOS и загрузка операционной системы.

· Работа с графическим интерфейсом Windows, стандар­тными и служебными приложениями, файловыми менеджера­ми, архиваторами и антивирусными программами.

трудно реализуемы в школьном курсе информатики по техническим причинам (конфигурация компьютеров в учебном классе строго определена и ее изменение может повлечь срыв занятий на следующем уроке в другом классе, настройка BIOS и загрузка операционной системы не вписывается во временные рамки урока).

13. Методика изучения линии моделирования в школьном курсе информатики.

Моделирование — одна из ведущих линий школьного курса информатики, которая направлена на достижение этих целей.

В стандарте основного общего образования линия моделирования изучается в четырех темах:

Представление информации. Формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов, в том числе компьютерного.

Обработка информации. Алгоритм, свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы.

Проектирование и моделирование . Диаграммы, планы, карты. Простейшие управляемые компьютерные модели.

Математические инструменты, динамические (электрон­ные) таблицы. Таблица как средство моделирования. Ввод данных в гото­вую таблицу, изменение данных, переход к графическому пред­ставлению.

В примерной программе основного общего образования на изучение темы «Формализация и моделирование» отводится 8 часов.

«Формализация описания реальных объектов и процессов, примеры моделирования объектов и процессов, в том числе — компьютерного.

Модели, управляемые компьютером.

Виды информационных моделей.

Чертежи. Двумерная и трехмерная графика. Диаграммы, планы, карты.

Таблица как средство моделирования [12] ».

Учащиеся должны выполнить следующие практические работы:

— Постановка и проведение эксперимента в виртуальной компьютерной лаборатории.

— Построение генеалогического дерева семьи.

— Создание схемы и чертежа в системе автоматизированного проектирования.

— Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием системы программирования.

— Построение и исследование компьютерной модели, реализующей анализ результатов измерений и наблюдений с использованием динамических таблиц.

— Построение и исследование геоинформационной модели в электронных таблицах и ли специализированной геоинформационной системе.

В стандарте среднего (полного) общего образования (базовый уровень) в теме «Информационные модели и системы» изучаются следующие понятия:

Информационные (нематериальные) модели. Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности. Назначение и виды информационных моделей. Формализация задач из различных предметных областей. Структурирование данных. Построение информационной модели для решения поставленной задачи. Оценка адекватности модели объекту и целям моделирования (на примерах задач различных предметных областей).

В примерной программе среднего (полного) общего образования (базовый уровень) на изучение темы «Информационные модели» отводится 9 часов. Содержание программы следующее:

«Информационное моделирование как метод познания. Назначение и виды информационных моделей. Информационные (нематериальные) модели. Объект, субъект, цель моделирования. Адекватность моделей моделируемым объектам и целям моделирования. Формы представления моделей: описание, таблица, формула, граф, чертеж, рисунок схема. Основные этапы построения моделей. Формализация как важнейший этап моделирования. Компьютерное моделирование и его виды: расчетные, графические, имитационные модели. Структурирование данных. Структура данных как модель предметной области. Алгоритм как модель деятельности. Гипертекст как модель организации поисковых систем. Примеры моделирования социальных, биологических и технических систем и процессов. Модель процесса управления. Цель управления, воздействия внешней среды. Управление как подготовка, принятие решения и выработка управляющего воздействия. Роль обратной связи в управлении. Замкнутые и разомкнутые системы управления. Самоуправляемые системы, их особенности. Понятие о сложных системах управления, принцип иерархичности систем. Самоорганизующиеся системы. Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности» [13] .

Учащиеся должны выполнить следующие практические работы. На их выполнение отводится 4 часа:

— Моделирование и формализация. Формализация задач из различных предметных областей. Формализация текстовой информации. Представление данных в табличной форме. Представление информации в форме графа. Представление зависимостей в виде формул. Представление последовательности действий в форме блок-схемы.

— Исследование моделей. Исследование учебных моделей: оценка адекватности модели объекту и целям моделирования (на примерах задач различных предметных областей). Исследование физических моделей. Исследование математических моделей. Исследование биологических моделей. Исследование геоинформационных моделей. Определение результата выполнения алгоритма по его блок-схеме.

— Информационные основы управления. Моделирование процессов управления в реальных системах; выявление каналов прямой и обратной связи и соответствующих информационных потоков.

Управление работой формального исполнителя с помощью алгоритма.

В стандарте среднего (полного) общего образования (профильный уровень) линия моделирования изучается в теме: « Информация и информационные процессы». В этой теме рассматривается следующий раздел: Моделирование и проектирование. В примерной программе среднего (полного) общего образования (профильный уровень) на его изучение отводится 13 часов. Перечень вопросов, подлежащих изучению в этом разделе следующий: «Описания (информационные модели) объектов, процессов и систем, соответствие описания реальности и целям описания. Фотографии, карты, чертежи, схемы, графы, таблицы, графики, формулы как описания. Использование описания (информационной модели) в процессах: общения, практической деятельности, исследования».

«Математические модели, их использование для описания объектов и процессов живой и неживой природы и технологии, в том числе – в физике, биологии, экономике».

«Связь между непрерывными моделями, их дискретными приближениями и компьютерными реализациями. Машинные представления целых и действительных чисел. Точность вычислений, интервальная арифметика».

«Модели информационных процессов в технических, биологических и социальных системах. Моделирование, прогнозирование, проектирование в человеческой деятельности».

«Использование сред имитационного моделирования (виртуальных лабораторий) для проведения компьютерного эксперимента в учебной деятельности. Использование инструментов автоматизированного проектирования».

Изучении материала в основной школе начинается в вводной беседы «Введение в информационное моделирование». Для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного ана­лиза. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников.

В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготов­ленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться с разной степенью подробности. Ниже будут рассмотрены три уровня изучения: первый — минимальный, второй — допол­ненный, третий — углубленный уровень. [14]

В соответствии с тремя отмеченными уровнями можно выде­лить три типа задач из области информационного моделирова­ния, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке:

1) дана информационная модель объекта; научиться ее пони­мать, делать выводы, использовать для решения задач;

2) дано множество несистематизированных данных о реаль­ном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом, получить информационную модель;

3) дан реальный объект (процесс, система); построить инфор­мационную модель, реализовать ее на компьютере, использовать для практических целей.

Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Сам тер­мин «модель» большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, учитель наверняка услышит в ответ: «модель автомобиля», «модель само­лета» и другие технические примеры. Хотя технические модели не являются предметом изучения информатики, все же стоит оста­новиться на их обсуждении. Информатика занимается информа­ционными моделями. Однако между понятиями материальной (на­турной) и информационной модели есть аналогии. Примеры ма­териальных моделей для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно будет перейти к разговору о свойствах информационных моделей.

Расширив список натурных моделей (глобус, манекен, макет застройки города и др.), следует обсудить их общие свойства. Все эти модели воспроизводят объект-оригинал в каком-то упрощен­ном виде. Часто модель воспроизводит только форму реального объекта в уменьшенном масштабе. Могут быть модели, воспроиз­водящие какие-то функции объекта. Например, заводной автомо­бильчик может ездить, модель корабля может плавать. Из обобще­ния всего сказанного следует определение:

Модель — упрощенное подобие реального объекта или процесса.

В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании яв­ляется понятие цели. Цель моделирования — это назначение буду­щей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, кото­рые должны быть воспроизведены в модели.

Полезно отметить, что моделировать можно не только матери­альные объекты, но и процессы. Например, конструкторы авиа­ционной техники используют аэродинамическую трубу для вос­произведения на земле условий полета самолета. В такой трубе корпус самолета обдувается воздушным потоком. Создается мо­дель полета самолета, т. е. условия, подобные тем, что происходят в реальном полете. На такой модели измеряются нагрузки на кор­пусе, исследуется прочность самолета и пр.

Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки «объект моделирования — цель моделирования — модель», можно перейти к разговору об информационных моделях. Самое общее определение:

Иначе можно сказать, что это информация об объекте модели­рования. А, как известно, информация может быть представлена в разной форме, поэтому существуют различные формы информа­ционных моделей. В их числе, словесные, или вербальные, модели, графические, математические, табличные. Следует иметь в виду, что нельзя считать этот список полным и окончательным. В науч­ной и учебной литературе встречаются разные варианты класси­фикаций информационных моделей. Например, еще рассматри­вают алгоритмические модели, имитационные модели и др.

Второй, дополнительный уровень изучения темы моделирования в базовом курсе связан с обсуждением таких понятий, как: система, структура, граф, деревья, сети. Необходимо отметить, что эти поня­тия постепенно начинают проникать в перечень обязательных для изучения в рамках базового курса. Перечисленные понятия относят­ся к области, которая в науке называется системологией (теорией систем). Знания элементов системологии придают целостность и по­нятийную полноту содержательной линии «Формализация и моде­лирование».

Понятие «система» часто употребляется как в научных дисцип­линах, так и в повседневной жизни. Примеров тому достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования и многое другое.

Под системой понимается любой объект, состоящий из множе­ства взаимосвязанных частей, и существующий как единое целое.

В информатике понятие «система» употребляется достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере — система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения — про­граммные системы (ОС, системы программирования, пакеты при­кладных программ и др.).

Основным методическим принципом информационного моде­лирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система.

Сама информационная модель представляет собой также неко­торую систему параметров и отношений между ними. Эти пара­метры и отношения могут быть представлены в разной форме: графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реаль­ного объекта к информационной модели:

Система данных, существенных для моделирования

Важной характеристикой всякой системы является ее структу­ра. Структура — это определенный порядок объединения элемен­тов, составляющих систему. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Важной разновидностью графов являются деревья. Дерево — это графическое представление иерархической структуры систе­мы.

Подводя итог, можно сказать, что второй уровень изучения темы «Введение в информационное моделирование» более под­робно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы.

Третий, углубленный уровень изучения общих вопросов модели­рования можно характеризовать как переход от ознакомительного обучения к выработке навыков активного использования методов системного анализа.

• Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов; осознавать, в чем проявля­ется системный эффект в результате объединения отдельных элементов в единое целое.

• Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подход харак­терен для кибернетики и применяется он в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рас­сматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружаю­щей средой. В таком случае основными понятиями, характеризую­щими систему, являются не ее состав и структура, а ее «входы» и «выходы».

• Дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности, декомпозиции, классификации.

• Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели.

• Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы.

Содержательная линия формализации и моделирования выпол­няет в базовом курсе информатики важную педагогическую зада­чу: развитие системного мышления учащихся. Эффективная работа с большими объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Компьютер предоставляет пользователю удобные инструменты для этой работы, но систематизацию данных пользо­ватель должен выполнять сам.

Информационное моделирование — это прикладной раздел информатики, связанный с самыми разнообразными предметны­ми областями: техникой, экономикой, естественными и обще­ственными науками и пр. Поэтому практическим решением задач моделирования занимаются специалисты в соответствующих об­ластях. В рамках школьного курса информатики информационное моделирование может быть предметом профильного курса, смеж­ного с другими школьными дисциплинами: физикой, биологи­ей, экономикой и др. Базовый курс информатики дает лишь на­чальные понятия о моделировании, систематизации данных, зна­комит с компьютерными технологиями, применяемыми для информационного моделирования.

14.Методика изучения основ алгоритмизации Методика введения понятия алгоритма.

Стандарт основного общего образования по информатике и информационным технологиям

n Обработка информации

Алгоритм, свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Алгоритмические конструкции. Логические значения, операции, выражения. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм. Обрабатываемые объекты: цепочки символов, числа, списки, деревья, графы.

Знать/понимать:

n Основные свойства алгоритма, типы алгоритмических конструкций: следование, ветвление, цикл; понятие вспомогательного алгоритма;

n Выполнять базовые операции над объектами: цепочками символов, числами, списками, деревьями; проверять свойства этих объектов; выполнять и строить простые алгоритмы.

Примерная программа по информатике и ИКТ

Алгоритмы и исполнители (19 часов)

n Алгоритм. Свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Возможность автоматизации деятельности человека.

n Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

n Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, повторение. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм.

n Алгоритмы работы с величинами: типы данных, ввод и вывод данных. …

Практические работы

Разработка алгоритма:

n Линейного, с использованием математических функций при записи арифметического выражения;

n Содержащего ветвление;

n Содержащего цикл;

n Содержащего оператор цикла;

n С использованием логических операций.

Введение понятия алгоритма

n Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи (А.П. Ершов ОИВТ, 1985)

n Алгоритм – описание последовательности действий (план), исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов (Н.В. Макарова 8-9 кл.)

n Алгоритм – понятное и точное предписание исполнителю выполнить конечную последовательность команд, приводящих от исходных данных к результату (Семакин И., 7-9 кл.)

n Алгоритм – последовательность команд управления работой исполнителя (Могилев, учебник для вузов)

Исполнитель

n Исполнитель – это объект (субъект) для управления которым составлен алгоритм.

n Основной характеристикой исполнителя является система команд исполнителя (СКИ) – это конечное множество команд, которые понимает исполнитель и умеет их исполнять

Схема функционирования алгоритма

Исполнитель

Свойства алгоритма
Дискретность

n Любой алгоритм должен состоять из ряда шагов следующих друг за другом. Следующий шаг выполняется только после завершения предыдущего.

Алгоритм «Разжигание костра при хорошей погоде»

1. Выберите место для костра в отдалении от кустов и деревьев.
2. Соберите сухие ветки.
3. Сложите их недалеко от выбранного для костра места.
4. На месте костра сложите «шалашиком» тонкие сухие ветки.
5. Подложите пол ветки бумагу для растопки.
6. Подожгите бумагу.
7. По мере разгорания подкладывайте толстые сухие ветки, соблюдая расстояние между ними для вентиляции.

(См. Макарова Н.В. 8-9, стр. 160)

Детерминированность

n Любое действие в алгоритме должно быть строго и недвусмысленно определено и описано для каждого случая

Алгоритм «Приготовление гречневой каши»

1. Обратитесь к алгоритму «Разжигание костра при хорошей погоде».
2. Промойте крупу холодной водой и млейте воду.
3. Налейте в котелок воды в в раза больше, чем объем крупы.
4. Установите котелок с водой над костром.
5. Доведите воду до кипения.
6. В кипящую воду засыпьте крупу.
7. Добавьте соли по вкусу.
8. Дождитесь, когда жидкость на поверхности крупы исчезнет.
9. Накройте котелок крышкой.
10. Доведите кашу до готовности на медленном огне (10 минут).

Массовость

n Один и тот же алгоритм может применяться для решения целого класса задач, отличающиеся исходными данными. Исходные данные должны выбираться из множества допустимых значений для данного алгоритма.

Результативность

n В алгоритме рассматриваются все возможные ситуации и для каждой из них получается результат. Если результат по каким либо причинам отсутствует, то об этом следует сообщить.

n Два рыбака поймали на соревнованиях рыбу. Составьте алгоритм «Кто победил»

Конечность

Завершенность каждого действия в отдельности и алгоритма в целом за конечное число шагов.

Формы представления алгоритмов

n Словесное или словесно-формульное;

n Рисунки, пиктограммы,

Основные типы учебных алгоритмических задач

n Выполнить роль исполнителя: дан алгоритм, формально исполнить его.

n Определить исполнителя и и систему команд для данного вида работы.

Например: выдача заработной платы, построение на плоскости и помощью циркуля и линейки.

n В рамках данной СКИ построить алгоритм.

Для исполнителя «Геометр» записать алгоритм решения задачи: дан отрезок АВ, построить окружность, для которой АВ является диаметром

n Определить необходимый набор исходных данных для решения задачи.

Определите полный набор данных для вычисления стоимости покупок в магазине.

Для обучения алгоритмизации используют учебных исполнителей6 Робот, Чертежник, Черепашка, Паркетчик, Муравей и др.

Каждый исполнитель имеет свою архитектуру: Среда, Система команд, Данные, Режим работы. В учебниках Босовой Л.Л. для 6-7 классов рассмотрены Робот и Чертежник. В учебнике Макаровой Н.В. для 6-7 классов рассматривается Черепашка.

15. Методика изучения и программирования в школьном курсе информатики.

Программирование – это раздел информатики, задача которого разработка программного обеспечения ЭВМ. Разработку средств системного программирования принято называть системным программированием. Разработку прикладных программ называют прикладным программированием.

Существуют различные парадигмы программирования, и преподавание каждой из них имеет свои особенности:

· Процедурное (Паскаль, бейсик, Фортран, Си, Ассемблеры);

· Обектно-ориентированное (Смолток, Си++, Делфи, VBA ).

Наибольший опыт накоплен по преподаванию процедурного программирования. Процесс изучения можно разделить на 3 части:

· Изучение методов построения вычислительных алгоритмов;

· Изучение языка программирования;

· Изучении и практическое освоение определенной системы программирования.

Языки программирования высокого уровня изучаются в ознакомительном плане. Наиболее распространенные паскаль и Бейсик. Основной метод – демонстрация языка программирования с краткими комментариями. Некоторые понятия ученикам демонстрируют наглядно. Самостоятельные задания ученики выполняют по «образцу».

Изучение алгоритмизации и программирования может быть реализовано разными способами:

1) сначала рассматриваются алгоритмы, их запись, а затем способы перевода на язык программирования (А.П. Ершов, 1985);

В учебнике Кушниренко(1993) условный алгоритмический язык доведен до языка программирования в системе КуМир.

2) алгоритмизация и языки программирования изучаются параллельно (Гейн 1992, Семакин 1998). На первых этапах рекомендуется провести ручную трассировку алгоритма.

Методическая схема изучения процедурных языков программирования

1. Структура программы. Здесь в зависимости от уровня обучения (базовый или профильный) и подготовленности учащихся может быть разобрана полная структура со всеми компонентами (даже теми, которые на первых порах изучены не будут) или рассмотрены основные элементы программы (для написания простейших программ). В дальнейшем по мере изучения новых понятий структура программы будет дополняться и уточняться.

2. Типы данных. Как правило, в начале рассматривают минимальный набор типов данных целочисленные, вещественные, логические, символические, строковые. По мере продвижения по материалу и усложнения решаемых задач типы данных расширяют.

3. Обучение программированию должно вестись на типовых задачах с усложнением структуры алгоритмов:

· Линейные алгоритмы: вычисления по формулам, всевозможные пересылки значений переменных;

· Ветвящиеся алгоритмы: поиск наибольшего и наименьшего значения, сортировка 2-х, 3-х значений, диалог с ветвями.

· Циклические алгоритмы: вычисление суммы и произведения числовых последовательностей, циклический ввод данных с последовательной обработкой;

· Алгоритмы содержащие ветвление и циклы в разных композициях;

4. Сложные типы данных: массивы, множества, списки, файлы

· Алгоритмы обработки поиска и сортировки.

5. Динамические типы данных: списки, очереди.

· Алгоритм проверки расстановки скобок и др.

В настоящее время изучение языка программирования неразрывно связывают с изучением системы программирования.

Важно, чтобы ученики понимали, что система программирования содержит в себе средства для написания программ на языке программирования средства для компиляции или трансляции программ (преобразование программы с языка программирования на язык машинных кодов и создание исполнительного модуля), средства отладки и др.

Основной метод изучения СП – практический: создание программы, отладка программы, исполнение программы.

В каждой СП можно выделить следующие компоненты: среда, режим работы, система команд, данные.

Под средой понимают обстановку на экране (системную оболочку). Здесь учитель должен показать именно ту оболочку, которую будет использовать.

На экране характерно наличие двух компонент:

· Окно команд редактора, на котором формируется текст программы;

· Меню команд переключения режимов работы СП.

Режимы работы СП:

· режим создания и редактирования текста программы,

· режим работы с файлами,

· режим отладки и трассировки программ,

Следуя этой схеме учитель должен рассказать о системе команд используемой в каждом режиме. На первом уроке, как правило, рассматривается простейшая программа, ее компиляция, отладка и запуск. При изучении следующих тем обращаются к различным режимам работы СП с целью их эффективного использования для отладки программы, пошаговой трассировки и др. для решения конкретных задач.

16. Методика изучения условных операторов.

Операторы выбора

По-другому эти операторы называют условными операторами или операторами ветвления.

В языках программирования имеется несколько видов условных операторов.

1) Полная форма записи:

2) Сокращенная форма записи:

Полный условный оператор соответствует алгоритмической структуре полного ветвления (рис 1). В языке программирования соответствующий условный оператор имеет вид:

Изучение материала начинают с простых задач:

· Определите наибольшее из двух чисел

· Если первое число больше второго, то найдите сумму чисел, иначе – произведение.

Затем рассматривают вложенные условия:

• С клавиатуры вводится средний балл сессии студента – S . Определить какую стипендию ему начислить: повышенную ( S >=4.5), обычную (4

· Составьте программу, которая вычисляет значение функции:

Если количество разветвлений программы больше двух, то используется оператор вариантов case , который является более общим случаем условного оператора. Оператор case выполняет один из нескольких операторов в зависимости от значения селектора. Если селектор не совпадает ни с одним из значений, то выполняется оператор после else или следующий после case , если else отсутствует.

Общий формат оператора case :

Селектор может быть целого, символьного, перечислимого, интервального типа или выражением.

В разных языках программирования синтаксис и даже семантика перечисленных операторов могут отличаться, но возможности, предоставляемые программисту подобными конструкциями, примерно одинаковы.

Здесь предлагаются задачи на определение дня недели, времени года, названия месяца и др.

Изучение данной темы позволяет реализовать межпредметные связи математики и информатики через задач на посторенние алгоритма и программы решения

Пример. Для алгоритма решения обобщенного квадратного уравнения с помощью конструкций ветвления приведем фрагмент программы его реализующей на языке Pascal.

if a = 0 then

if b = 0 then

if c = 0 then writeln(‘x — любое ‘)

else writeln(‘ нет корней ‘)

else writeln(—c/b)

Тема “Операторы языка программирования” обычно изучается только в контексте рассмотрения определенного языка программирования. При ее рассмотрении важно показать связь базовых алгоритмических конструкций и операторов: алгоритмические конструкции записываются в языке программирования с помощью соответствующих операторов. Исключение в некотором смысле составляет последовательная конструкция, она определяет линейный порядок выполнения действий. Действия в строго линейной программе реализуются только операторами присваивания и операторами вызова процедуры.

Трудности обучения программированию на начальном этапе.

· Ошибки в записи арифметических и логических выражений возникают из-за незнания старшинства операций, которые используются в выражении. При этом под операциями понимаются не только арифметические, но и операции сравнения и логические связки, а в языке С и операция присваивания, что весьма непривычно для школьников. Ситуация осложняется тем, что в разных языках программирования одни и те же операции имеют разные относительные приоритеты. Обращать внимание следует и на соответствие типов переменной и выражения в левой и правой частях оператора присваивания .

17.Методика изучения операторов цикла.

В методической литературе предлагаются различные варианты последовательности изучения операторов цикла: одни авторы рекомендуют изучение начать с цикла с параметром, так как он будет понятен ученикам основной школы, другие рекомендуют закончить обучения циклом с параметром, так как иначе ученики привыкают, что параметр цикла меняется автоматически. Так или иначе, разработанные в настоящее время методики позволяют достичь хорошего результата обучения структурному программированию

Изучении темы начинают с примеров алгоритмов содержащих циклы. Далее рассматривают запись оператора на языке программирования, указывают на тело цикла, особенности изменения параметра цикла.

На языке Pascal структура цикла «Пока» записывается следующим образом:

По-русски можно прочитать так: «Пока истинно условие, выполнять оператор». Здесь, так же как в формате условного оператора, подразумевается выполнение только одного оператора. Если необходимо выполнить несколько действий, то может быть использован составной оператор. Тогда формат оператора принимает такой вид:

While Do
Begin

Этот вид цикла отличается от предыдущего в основном тем, что проверка условия повторения тела цикла находится не перед ним, а после. Поэтому цикл «До» называют циклом «с постусловием», а «Пока» — «с предусловием».

Обратите также внимание на то, что новая итерация (повторное выполнение тела цикла) происходит не тогда, когда условие справедливо, а как раз тогда, когда оно ложно. Поэтому цикл и получил свое название (выполнять тело цикла до выполнения соответствующего условия).

Интересно, что в случае, когда условие цикла изначально истинно, тело цикла все равно будет выполнено хотя бы один раз. Именно это отличие «до» от «пока» привело к тому, что в программировании они не подменяют друг друга, а используются для решения задач, к которым они более подходят.

Формат цикла на языке Pascal:

Читается так: «Выполнять оператор #1, оператор #2. : до выполнения условия».

Здесь не требуется использование составного оператора, потому, что сами слова Repeat и Until являются операторными скобками.

В данном случае параметром будет являться целочисленная переменная, которая будет изменяться на единицу при каждой итерации цикла. Таким образом, задав начальное и конечное значения для такой переменной, можно точно установить количество выполнений тела цикла. Нарисовать блок-схему такой структуры вы сможете сами после некоторых пояснений.

Форматов у этого вида цикла предусмотрено два

Здесь И.П. — имя переменной-параметра, Н.З. — его начальное значение, К.З. — соответственно конечное значение параметра. В качестве начального и конечного значений

Читается данная структура так: «Для переменной (далее следует ее имя) от начального значения до конечного выполнять оператор (являющийся телом цикла)». Иногда цикл с параметром даже называют «Для» или «For». В первом случае параметр с каждой итерацией увеличивается на единицу, во втором — уменьшается.

Выполняется этот цикл по следующему алгоритму:

1. переменной-параметру присваивается начальное значение;

2. выполняется тело цикла

3. переменная-параметр автоматически увеличивается на 1 (в первом случае формата);

4. если параметр превышает конечное значение, то происходит выход из цикла, иначе — переход к пункту 2.

Примечание: при использовании Downto параметр автоматически уменьшается на 1, а выход из цикла происходит тогда, когда параметр становится меньше конечного значения.

Таким образом, в отличие от первых двух видов цикла, этот цикл используется тогда, когда известно необходимое количество выполнений тела цикла.

Вообще говоря, цикл «Пока» является универсальным, то есть любая задача, требующая использования цикла, может быть решена с применением этой структуры. Циклы «До» и «С параметром» созданы для удобства программирования.

При рассмотрении операторов цикла полезно предложить одну и ту же задачу запрограммировать тремя разными способами с использованием трех операторов цикла, и наоборот, по условию задачи научиться определять, какой именно оператор цикла является наиболее подходящим в том или ином случае.

Пример. Найти сумму квадратов всех натуральных чисел от 1 до 100.

Решим эту задачу с использованием всех трех видов циклов.

III. Цикл «С параметром»

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

Until A>100;
Writeln(S);

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

S:=0;
For A:=1 To 100 Do

18.Методика изучения массивов.

В школьном курсе информатики рассматривают сложные типы данных, такие как массив.

В литературе можно встретить разные определения массивов, но существенным является то, что это конечное множество элементов одного типа, каждый из которых имеет свой индекс

Массив — это последовательность однотипных элементов, число которых фиксировано, и которым присвоено одно имя. В языках программирования массивы используются для реализации таких структур данных, как последовательности и таблицы. Положение элемента в массиве однозначно определяется его индексом — номером элемента в последовательности (например, a₁, a₂, a₃, . a_n), номером строки и столбца в таблице (a_{1 1}, a_{2 5}, . a_{n n}) и т.д.

Описание массива в языке паскаль возможно следующими способами:

1 способ — в разделе переменных. Этот способ применяют на начальном этапе изучения массивов

Var A: array [1..n] of integer;

Var A: array [1..3,1..4] of integer;

2 способ – через описание типов. Этот способ применяют, когда хотят научить школьников правильному оформления программ.

Type Myarray= array [1..n] of integer;

Следующий шаг изучения массивов – заполнение массива.

Заполнять массив можно либо считывая значение каждого элемента, либо присваивая элементам некоторые значения. Вводить значения элементов с клавиатуры не всегда удобно. Более того, часто при отладке программы нам надо сделать так, чтобы она работала на произвольных массивах. В этом случае очень удобно задавать значения элементов массива случайным образом, с использованием встроенного в язык программирования так называемого датчика псевдослучайных чисел.

Учитель, который стремится научить школьников современным подходам к программированию, показвает заполнение массива с помощью процедуры.

Процедура формирования массива с клавиатуры, вывод массива в прямом порядке.

Procedure Initl( var A: Myarray);

Begin For I:=1 To 20 Do

For I :=1 to 20 Do

Суммирование элементов массива

for i := 1 to N do

Циклический сдвиг элементов массива: все элементы массива сдвигаются на один элемент влево или вправо, а первый (последний) элемент становится последним (первым).

Несмотря на кажущуюся простоту, данная задача вызывает затруднения при сдвиге вправо. А такая операция нужна, например, при реализации вставки элемента в массив (часть массива для этого сдвигается вправо). В данном случае операцию сдвига нужно производить с конца массива:

во вспомогательной переменной>

for i := N downto 2 do

for i := 2 to N do

if a[i] > a[imax] then imax := i else

Алгоритм поиска в неупорядоченном массиве, индексы которого меняются от 1 до N, значения, равного K, может выглядеть так:

until (i = N) or (a[i] = K);

if a[i] = K then write(i) else write(0)

В старших классах рассматриваются алгоритмы сортировки: пузырьковая сортировка, сортировка прямым выбором.

В профильном курсе информатики особое внимание надо уделить анализу вычислительной сложности каждого из рассматриваемых алгоритмов. Подобные задания также могут встретиться на экзаменах.

Алгоритмы обработки двухмерных массивов рассматриваются в старших классах. Ученикам показывают, как с помощью вложенных циклов просмотреть все элементы таблицы. Приведем фрагмент программы, печатающий двухмерный массив, состоящий из N строк и M столбцов, в виде соответствующей таблицы:

for i := 1 to N do

for j := 1 to M do

Изучение двумерных массивов вызывает трудности в связи с тем, понятие матрицы учащимся не знакомо. Поэтому двумерный массив можно представить как таблицу, у которой занумерованы. 1-я цифра индекса – это номер строки, 2-я – номер столбца.

Типовые задачи для двумерных массивов аналогичные: суммирование, сдвиг, поиск, упорядочивание элементов строк или столбцов.

19. Методические рекомендации по изучению процедур.

Данная тема возникает при изучении программирования на языках высокого уровня или на языке исполнителя, например, LOGO. Слово подпрограмма (routine) использовалось уже в 1949 г . при программировании на машине EDSAC, которую принято считать первой построенной машиной с хранением программ в памяти. Подпрограмма является основным строительным блоком в императивном программировании (такое программирование описывает процесс выполнения программы в виде инструкций, изменяющих состояние исполнителя, альтернативой императивному программированию служит декларативное — логическое или функциональное — программирование).

Подпрограммы используются главным образом для целей абстракции. Под абстракцией понимается действие, состоящее в выборе для дальнейшего изучения или использования небольшого числа свойств объекта и изъятии из рассмотрения остальных свойств, которые нам в данный момент не нужны. Основное свойство, которое выделяется при написании подпрограммы, — это то, что она делает. Главное свойство, которое опускается из рассмотрения, — как она это делает. В некотором смысле использование подпрограммы — в точности то же самое, что и использование любой другой операции, применимой в том или ином языке программирования, например, +. А написание подпрограммы — это расширение языка путем включения в него новой операции.

Существуют подходы к изучению языка программирования, в которых подпрограммы предлагается использовать на самых ранних этапах изучения языка, а в таких языках, как С, этого вообще практически не избежать. При этом допускается сначала не полное понимание того, что же представляют собой подпрограммы, какую память они используют и как происходит передача параметров при их вызове. Возможно, такой подход позволяет сразу вырабатывать правильный стиль написания структурированных программ. Однако учебные программы, которые ученикам приходится писать на первых этапах обучения, зачастую не требуют детализации с помощью процедур и функций, поэтому изучение последних можно отложить и на более поздний срок (или опустить совсем, если курс программирования является чисто ознакомительным).

В некоторых языках программирования, например в языке Pascal, достаточно сложным является механизм передачи параметров и следующие из него правила разделения параметров на параметры-значения и параметры-ссылки. Попробуйте объяснить учащимся этот механизм, только в этом случае они смогут грамотно и без ошибок выбирать тип параметров при описании процедур и функций.

Подробное изучение данной темы в 10–11-х профильных классах заканчивается рассмотрением рекурсии, ее применением и механизмом реализации в тех языках программирования, в которых она разрешена.

Процедуры и функции

Во многих языках программирования явно (как в Pascal) или неявно (как в С и С++) различают два вида подпрограмм — процедуры и функции. Основное отличие функций от процедур заключается в том, что функция возвращает результат некоторого типа.

После описания функции ее, как лексическую единицу, можно использовать в выражениях наряду со стандартными функциями. Функция активируется только при вызове ее из тела основной программы или из другой уже вызванной подпрограммы (процедуры или функции). При вызове функции указывается имя функции и конкретные параметры (их называют фактические параметры), необходимые для вычисления функции.

В описании процедуры или функции задается список формальных параметров. Каждый параметр, описанный в этом списке, является локальным по отношению к описываемой процедуре или функции, т.е. на него можно ссылаться по его имени из данной подпрограммы, но не из основной программы.

Процедура либо вообще не возвращает результат, либо делает это через параметры. Процедура активируется (вызывается) с помощью оператора процедуры. Он представляет собой то же имя, что и название процедуры, с перечислением в скобках фактических параметров (процедура параметров может и не содержать, например, процедура очистки экрана).

Приведем пример описания процедуры на языке Pascal, которая печатает первые N элементов массива. Используем эту процедуру для печати различных частей массива:

type aa = array [1..100] of integer ;

var a: aa;

i: integer;

procedure print(n: integer; var m: aa);

var i: integer;

begin

for i := 1 to n do

write(m[i], ‘ ‘);

writeln

end;

BEGIN

for i := 1 to 100 do a[i] := random(100);

for i := 1 to 100 do print(a,i)

END.

Приведем пример программы на языке Pascal нахождения максимума из трех чисел, использующей описание функции max нахождения максимума из двух чисел:

var x, y, z: integer;

function max(a, b: integer): integer;

begin

if a > b then max := a

else max := b

end;

BEGIN

readln(x, y, z)

writeln(max(max(x,y),z))

END.

20.Структуры данных и их изучение в школьном курсе информатики.

См. Лекции Антипова И.Н.

21. Методика обучения школьников работе с текстовой информацией.

В «машинном» варианте ОИВТ предполагалось знакомство с текстовым редактором. Так, в программное обеспечение подлежащее освоению школьниками входили: клавиатурный тренажер и простой редактор текстов [15] . Однако, широкого распространения машинный вариант в школе не получил из-за отсутствия техники и программного обеспечения.

В начале 90-х годов школы, имеющие современные компьютеры, начали обучение школьников использованию прикладных пользовательских программ, таких как текстовой редактор Лексикон ( Norton Editor , Work ), электронные таблицы SuperCalc , базы данных dBase IV plus . Появились учабники по информатике для средней школы авторов А.Г. Кушниренко и др., В.А. Каймина и др., А.Г. Гейна и др.

Одними из первых сконструировавших модель базового курса информатики для 10-11 классов средней школы и представивших пробные учебники были Завыркин В.М., Житомирский В.Г., Лапчик М.П. Основной акцент при проектировании содержания обучения был сделан на освоении учащимися всех этапов решения прикладных задач с помощью компьютера, при этом сами задачи относились к разнообразным областям человеческой деятельности.

Серия вышедших в середине 90-х годов прошлого столетия учебников вобрали в себя то положительное, что содержало учебное пособие А.П.Ершова – алгоритмический язык, блок теоретического материала, а также новые вопросы – основы программирования на языке Бейсик, подробное знакомство с аппаратным, программным – системным и прикладным – обеспечением. Особым шагом вперед было создание Пакета программ поддержки курса (Свердловский пакет), который включал в себя – учебные текстовый и графический редактор, электронную таблицу, систему управления базами данных и программу поддержки курса алгоритмического языка. Это позволило проводить за счет школьного компонента (или предмета по выборы) занятия в среднем и младшем звеньях школы.

Начиная с 2000г. развитие курса информатики и вычислительной техники характеризуются переосмыслением целей и содержания школьного курса информатики, возвращением ему полноценного общеобразовательного значения. Теперь на первый план выходит индивидуальный подход к личности в зависимости от ее потребностей и возможностей. В массовой школе обучение в рамках пользовательского курса производится в операционной системе Windows на основе программ среды Microsoft Office .

В современных учебниках по информатике и ИКТ уделяется достаточно большое внимание изучению информационных технологий и в частности технологии обработки текстовой информации в текстовом редакторе Word . Причиной изучения этого редактора является массовое распространение в школе операционной системы Windows и программ среды Microsoft Office . Однако это не единственный тестовый редактор, изучаемый в школе. Сейчас получают распространение так называемые бесплатные программные продукты, например, OpenOffice Writer , 602 PC SuiteText и др.

2. Содержание обучения школьников технологии создания и обработки текстовой информации

В Стандарте основного общего образования по информатике и информационным технологиям [16] приводится обязательный минимум содержания обучения текстовым редакторов:

«Тексты. Создание текста посредством квалифицированного клавиатурного письма с использованием базовых средств текстовых редакторов. Работа с фрагментами текста. Страница. Абзацы, ссылки, заголовки, оглавления. Выделение изменений. Проверка правописания, словари. Включение в текст списков, таблиц, изображений, диаграмм, формул. Печать текста. Планирование работы над текстом. Примеры деловой переписки, учебной публикации (доклад, реферат)». В требованиях к уровню подготовки выпускников по этой теме сказано следующее: «уметь: …структурировать текст, используя нумерацию страниц, списки, ссылки, оглавления; проводить проверку правописания; использовать в тексте таблицы, изображения;…» Примерной программой отводится на изучение темы «Обработка текстовой информации» 14 часов.

«Требования к уровню подготовки выпускников

· назначение и функции используемых информационных и коммуникационных технологий;…

· создавать информационные объекты, в том числе:

· структурировать текст, используя нумерацию страниц, списки, ссылки, оглавления; проводить проверку правописания; использовать в тексте таблицы и изображения…».

В примерной программе

«Обработка текстовой информации — 14 часов

Создание и простейшее редактирование документов (встав­ка, удаление и замена символов, работа с фрагментами текстов). Нумерация и ориентация страниц. Размеры страницы, величина полей. Колонтитулы. Проверка правописания.

Создание документов с использованием мастеров и шаблонов (визитная карточка, доклад, реферат).

Параметры шрифта, параметры абзаца.

Включение в текстовый документ списков, таблиц, диаграмм, формул и графических объектов.

Разработка и использование стиля: абзацы, заголовки. Гипертекст. Создание закладок и ссылок.

Запись и выделение изменений.

Компьютерные словари и системы перевода текстов. Сохранение документа в различных текстовых форматах.

1. Знакомство с приемами квалифицированного клавиатурного письма, «слепой» десятипальцевый метод клавиатурного письма и приемы его освоения.

2. Создание небольших текстовых документов посредством квалифицированного клавиатурного письма с использованием базовых средств текстовых редакторов.

3. Форматирование текстовых документов (установка параметров страницы документа; форматирование символов и абзацев; вставка колонтитулов и номеров страниц).

4. Вставка в документ формул.

5. Создание и форматирование списков.

6. Вставка в документ таблицы, ее форматирование и заполнение данными.

7. Создание гипертекстового документа.

8. Перевод текста с использованием системы машинного перевода.

9. Сканирование и распознавание бумажного текстового документа».

В Стандарте среднего (полного) общего образования по информатике и ИТ (базовый уровень)изучение работы с текстовой информацией предусмотрено в разделе «Средства и технологии создания и преобразования информационных объектов». Сюда включены следующие вопросы: «Текст как информационный объект. Автоматизированные технологии организации текста. Основные приемы преобразования текстов. Гипертекстовое представление информации…». Примерная программа отводит на изучение этих вопросов 4 часа.

В Стандарте профильного обучения информатике для старших классов имеется тема «Технологии создания и обработки текстовой информации», которая содержит следующие вопросы: « Понятие о настольных издательских системах. Создание компьютерных публикаций. Использование готовых и создание собственных шаблонов. Использование систем проверки орфографии и грамматики. Тезариусы. Использование систем двуязычного перевода и электронных словарей. Коллективная работа над текстом, в том числе в локальной компьютерной сети. Использование цифрового оборудования. Использование специализированных средств редактирования математических текстов и графического представления математических объектов. Использование систем распознавания текстов». На изучение этой темы отводится 18 часов.

Данная тема является, как правило, первой, изучаемой в базовом курсе, относящейся к содержательной линии «Информационные технологии». Текстовые информационные технологии относятся к числу наиболее часто используемых на практике.

Области применения: подготовка письменных документов, издательская деятельность. Специализированные компьютерные средства второго направления называются издательскими системами. Во всех учебниках, отражающих эту тему, раскрывается вопрос об областях применения данного вида технологий, о преимуществах компьютерного способа подготовки и хранения текстов по сравнению с «бумажным».

К теоретическим основам компьютерных технологий работы с текстом относятся вопросы кодирования текстовой информации.

Аппаратные средства. Процесс создания текстового документа с помощью тестового редактора носит комплексный характер: в нём задействованы все основные устройства компьютера. В рамках данной темы ученики должны не только развить практические навыки работы с различными аппаратными компонентами ЭВМ, но и углубить свои знания об их устройстве, о принципах их работы. В этом проявляется пересечение содержательной линии «Компьютер» с линией информационных технологий.

Клавиатура – основное устройство для ввода текста, для управления текстового редактора. Знакомство с клавиатурой с помощью клавиатурных тренажёров позволяет ученикам освоить только её центральную часть – символьные клавиши. При работе с текстовым редактором активно задействованы все остальные группы клавиш:

Дисплей. Во – первых, ученики должны узнать, что любое изображение на экране получается из совокупности светящихся точек – пикселей. Символы текста формируются не из непривычных линий, а из отдельных точек. Эту дискретную структуру символа можно разглядеть при внимательном рассмотрении экрана.

Рассказывая школьникам об истории развития операционных систем необходимо отметить, что операционная система MS – DOS и все её приложения различают два режима работы дисплея: символьный и графический. Все текстовые редакторы, работающие по DOS , используют символьный режим экрана. В этом режиме на экране строго определены позиции и размеры выводимых символов. Можно говорить о том, что экран разделен на клеточки, выстроенные в строки и столбцы, подобно листу из тетради в клетку. Каждая такая клетка содержится одинаковое число пикселей, совокупность которых называют матрицей пикселей. Изображение символа создается свечением определенного сочетания пикселей в пределах знакоместа. Например, если размер знакоместа 8 x 10 пикселей (первое число – горизонтальный размер, второе — вертикальный), а размер всей сетки пикселей экрана 640 x 200, то на экране помещается 20 символьных строк, а в каждой строке по 80 символов.

Текстовые редакторы, ориентированные на символьный режим экрана, не позволяют изменять размеры символов, использовать различные типы шрифтов. Существует один стандартный шрифт. В наиболее развитых текстовых редакторах можно менять лишь начертание символов: прямой, курсив, полужирный. Некоторые принтеры предоставляют возможность менять шрифт в печатном документе. Для этого они обладают небольшим набором встроенных шрифтов.

Операционная система Windows и все её приложения работают с дисплеем только в графическом режиме. Следствием этого является то, что при выводе на экран текста отсутствуют понятия: фиксированное знакоместо, стандартный размер символов, стандартный тип шрифта. Символы могут выводиться на экран в различных позициях, разных размеров и форм. Однако дискретная пиксельная структура экрана остается и, как следствие – мозаичный принцип изображения символов.

Память ЭВМ. При работе над текстовым документом задействована как внутренняя (оперативная), так и внешняя память компьютера. Ученики должны получить представление, для каких целей используется тот и другой вид памяти.

Сам текстовый редактор (как и все программное обеспечение персонального компьютера) хранится на магнитном диске. Следует указать ученикам, в каком каталоге (папке) находится текстовый редактор, объяснить, что запуск текстовый редактор происходит путем переписывания содержимого файла с программой редактора в оперативную память и инициализации его выполнения. В течение всей работы программа текстового редактора занимает определенную часть памяти. Память освобождается только после выхода, закрытия текстового редактора.

Вводимый пользователем текст заносится в специально отведенную для этого область оперативной памяти – рабочую область текстового редактора. Еще один раздел оперативной памяти занимает буфер для кодирования фрагментов текста. В него попадают фрагменты, с которыми выполняются команды ВЫРЕЗАТЬ, КОПИРОВАТЬ (забрать в буфер). Буфер хранит лишь один занесенный в него фрагмент. При выполнении вставки фрагмента в текст содержимое буфера сохраняется. При копировании следующего фрагмента предыдущий из буфера удаляется.

Сохранение текста, сформированного в рабочей области оперативной памяти, ведет к созданию файла документа на магнитном диске. Пользователю предоставляется возможность указать место сохранения файла на диске (имя диска, каталог) и задать имя файла. Некоторые текстовые редакторы присваивают таким файлам стандартные расширения. Это характерно для всех приложений Windows . Например, MS WORD создает файлы с расширением . DOC . Текст сохраненного на диске документа может быть снова вызван в рабочую область текстового редактора при выполнении команды ОТКРЫТЬ.

Для поиска в тексте грамматических ошибок на магнитном диске хранится файл с орфографическим словарем. Причем таких словарей может быть несколько для контроля текстов на разных языках; например, русский словарь и английский словарь. Справочник по работе с текстовым редактором также постоянно хранится на магнитном диске.

При работе с принтером следует сообщить ученикам, что у принтера есть своя небольшая буферная память. Вывод документа на печать происходит путем заполнения буфера принтера, а затем из буфера текст переносится на бумагу.

Тестовый редактор – первый тип прикладной программы, который должны освоить ученики. Выбор текстового редактора, используемого в учебных целях, зависит от технического и программного обеспечения школьного компьютерного класса. Если в классе работает операционная система Windows , то начать можно с текстовым редактором «Блокнот», а затем WordPad . Использование на следующем этапе текстового процессора MS Word совсем не обязательно. Безусловно, MS Word – это один из наиболее развитых текстовых редакторов, в котором реализована самая современная технология обработки текста. Тем не менее некоторые педагоги и методисты ставят под сомнение необходимость использования Word . Во – первых, MS Word входит в состав дорогостоящего офисного программного пакета Microsoft Office , который может окажется «не по карману» для законопослушных учебных заведений, допускающих использование только лицензированного программного обеспечения (к сожалению, такой аргумент вызовет лишь улыбку у большинства наших читателей). Второй аргумент – методического свойства. MS Word – очень сложный программный продукт. За время, отведенное под данную тему учебной программой, нельзя освоить даже половину его возможностей. Многие элементы интерфейса Word (пункты меню, инструменты, кнопки) оказываются невостребованными и создают определенный «информационный шум», отвлекающий учеников. Работа с MS Word на компьютерах с относительно медленным процессором и небольшим объемом оперативной памяти, как правило, происходит с заметными задержками. Это слишком «громоздкий» текстовый процессор для использования в учебных целях.

Отмеченные выше проблемы снимает использование текстового редактора WordPad , который всегда имеется в стандартной поставке Windows . Практически все приемы работы с текстовыми редакторами, которые можно освоить в рамках базового курса, реализованы в WordPad . Интерфейс этого редактора близок к интерфейсу Word , но «без излишеств».

Освоив WordPad , ученики легко смогут перейти к работе с MS Word . При наличии учебного времени такой переход можно произвести в конце данной темы, при необходимости познакомить учащихся с некоторыми возможностями текстовых процессоров, не поддерживаемых WordPad (например, многооконный режим работы, проверка орфографии, работа с таблицами).

Можно говорить о том, что компьютер, на котором запущен на исполнение текстовый редактор, становится специализированным исполнителем для работы с текстовой информацией: