Методика (3-й вопрос билета)

Содержание

1. Основные этапы формирования и суть концепции информатизации образования......... 1

2. Содержание школьного образования в области информатики. Принципы формирования содержания обучения......................................................................................................................................... 4

3. Формы и методы обучения информатике.............................................................................. 7

4. Средства обучения информатике: кабинет вычислительной техники и программирования. 8

Классификация средств обучения информатике....................................................................... 8

2. Кабинет информатики и ВТ..................................................................................................... 9

5. Методика изучения понятия информации. Подходы к определению информации и рекомендации по ее изучению...................................................................................................................................... 11

6. Методические рекомендации по изучению процессов хранения, передачи и обработки информации........................................................................................................................................................ 18

7. Лингвистические аспекты в обучении информатике......................................................... 24

8. Межпредметные связи информатики с другими предметами........................................... 28

9. Формирование алгоритмической и информационной культуры...................................... 31

10. Методика изучения систем счисления в школьном курсе информатики....................... 34

11. Методика изучения основ логики в школьном курсе информатики.............................. 37

12. Методика изучения архитектуры ЭВМ в школьном курсе информатики..................... 41

13. Методика изучения линии моделирования в школьном курсе информатики............... 44

14.Методика изучения основ алгоритмизации Методика введения понятия алгоритма... 50

15. Методика изучения и программирования в школьном курсе информатики................. 53

16. Методика изучения условных операторов......................................................................... 55

Операторы выбора.............................................................................................................. 55

17.Методика изучения операторов цикла................................................................................ 57

18.Методика изучения массивов............................................................................................... 59

19. Методические рекомендации по изучению процедур...................................................... 61

20.Структуры данных и их изучение в школьном курсе информатики............................... 63

21. Методика обучения школьников работе с текстовой информацией............................... 63

2. Содержание обучения школьников технологии создания и обработки текстовой информации 64

22. Методика обучения школьников работе с графической информацией.......................... 71

23. Методика обучения школьников сетевым технологиям.................................................. 77

24. Методика обучения школьников работе с базами данных и информационными системами. 77

25. Методика обучения школьников работе с электронными таблицами............................ 81

1. Основные этапы формирования и суть концепции информатизации образования.

1 Этап.

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.

Содержание этой книги включало следующие вопросы:

· 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

· Информация

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

2. Хранение, передачи информации, кодирование

3. Обработка информации (сортировка, упорядочивание, поиск)

· Алгоритм

1. Исполнитель

2. Средства описания алгоритма

· Компьютер

1. Устройство

2. Принципы работы

3. Структура

2 Этап.

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.

3 Этап.

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.

4 Этап.

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

5 Этап.

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.

Цели и задачи:

«… - овладение современными методами познания:

- формализация;

- моделирование;

- компьютерный эксперимент».

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

Сельское хозяйство - 4%

Промышленность - 16%

Информационная сфера - 60%

Др. - 20%

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

Сформулированы основные содержательные линии школьного курса информатики:

· Линия информационных процессов (№1972);

· Представления информации;

· 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 Автоматика

Инфор матика

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

- математическое моделирование,

- распознавание образов.

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:

· информационная культура

· теоретическая информатика

· социальная информатика

· средства информатизации

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 совместной 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.

· Экранные

· Звуковые

· Экранно-звуковые

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 школьного 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.

1. Средства ВТ.

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. дисциплину.

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 лаборанта (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. уч. 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;

- излучение.

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.

Теоретические основы

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;

· источника И;

· передатчика и;

· приемщика 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

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. (2⁰ = 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 2ⁱ = 6, откуда i = log ₂ 6 ≈ 2,58 бит. – объем И в этом сообщении.

В общем виде справедлива формула: 2ⁱ = 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 2ⁱ = 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 2² = 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 2³ = 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 = 2ⁱ — 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:

2ⁱ = 32 = 2⁵

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 2¹⁶ = 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: 2ⁱ = 6. Поскольку 2² < 6 < 2³, 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

Приемник информации

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	Вода	Информационный поток
Канал передачи	Трубы	Линии связи
Интенсивность (скорость)	Расход воды, литров в секунду или куб. метров в секунду	Информационный объем сообщения, передаваемый в единицу времени, байт/с, Кб/с и др.
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

Методические рекомендации

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.

Пример 1.

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

Пример 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.

Языки информатики

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

1. Схемы Бекуса

<идентификатор> ::= <буква> | <идентификатор> <буква> | <идентификатор> <цифра>

2. Видоизменения схемы Бекуса предложил Алкок

идентификатор ::= буква

3. Боон

4. П.Грогоно

Методические рекомендации

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

А = 2*3*3

В = 2*2*2*3

НОД (А,В) = 2*3=6

Алгоритм

1. Задать А И В.

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) = 2³*3² = 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

Мin(А,В) = 18

Проверяем 18:18 и 24:18 – ложно

Min=18 – 1

Проверяем 18:17 и 24:17 – ложно

Min=17 – 1

Проверяем 18:16 и 24:16 – ложно

……………

Min=7 – 1

Проверяем 18:6 и 24:6 – истинно

Значит НОД(18,24) = 6

1. Задать А и В

2. Если А<B, то Min=A, иначе Мin =В

3. Пока А:Min и В:Min ложно

Min=Min – 1

4. НОД (А,В) = Мin

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

Пусть А = 18, В = 24

Мах(А,В) = 18

Проверяем 24:18 и 24:24 – ложно

Mах=24+1

Проверяем 25:18 и 25:24 – ложно

Mах=25+1

Проверяем 26:18 и 26:24 – ложно

……………

Mах=71+1

Проверяем 72:18 и 72:24 – истинно

Значит НОК(18,24) = 72

1. Задать А и В

2. Если А>B, то Mах=A, иначе Мах =В

3. Пока А:Mах и В:Mах ложно

Мах = Мах + 1

4. НОК (А,В) = Мах

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

3

2

1

2

2

4

2

1

2

8

8

1

8

4

8

2

0

В общем виде:

А = В *Ч1 + О1,

В = О1*Ч2 + О2, то есть А=В и В=О1

О1 = О2*Ч3 +О3, то есть А=О1 и В = О2

НОД (А,В) = А

32 = 12*2 + 8

12 = 8*1 + 4

8 = 4*2 +0

НОД (32,12) = 4

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.

Трудности изучения:

· 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.

32>12

32-12=20

20>12

20-12=8

12>8

12-8=4

8>4

8-4=4

4=4

НОД(32,12) =4

Пока А<>В

Нц

Если A>B, то А:=А-В, иначе В:=A-В

Кц

Вывод НОД=А

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.

18, 24, 100, 120

НОД (18,24)=6,

НОД(6,100) =2,

НОД(2,120)=2,

НОД(18, 24, 100, 120) =2

Ввод х₁, х₂, …, х_п

Д=НОД(х₁,х₂)

нц по i от 3 до п

Д:=НОД(Д,х₃)

кц

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.

Понятие компьютерной грамотности учащихся

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.

АК ® КГ

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.

Информационная культура

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:

XXX 333

После этого можно ввести термин «система счисления».

Система счисления – это определенный способ представления чисел и соответствующие ему привила действия над числами.[2]

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 =

=5×10³+ 3×10²+ 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 = 1×10³ + 7×10²+ 5×10¹ + 3.

Здесь 10₈ = 8₁₀ .

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= (1×10³+ 7×10²+ 5×10¹+ 3)₈= (1×8³+ 7×8²+ 5×8¹+ 3)₁₀.

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

1753₈= (192 + 448 + 40 + 3)₁₀= 683_10.

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.

Согласно примерной программе для профильного уровня изучения информатики на тему «Логический язык» выделяется 5 часов. Содержание темы: «Имена, логические операции, кванторы, правила построения и семантика. Примеры записи утверждений на логическом языке. Логические формулы при поиске в базе данных. Дизъюнктивная нормальная форма. Логические функции. Схемы из функциональных элементов». Такой объем содержания, конечно, невозможно раскрыть за 5 часов. Поэтому в программе профильного курса информатики и ИКТ[9] на тему «Основы логики» отводится 18 часов в 10 классе.

5 класс

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.

6 класс

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.

7 класс

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.

8-9 класс

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.

10-11 класс

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».

Обучение информатике и ИКТ в 7-9 классе определяется государственным образовательным стандартом общего основного образования по информатике и информационным технологиям[10]. В нем содержится следующий образовательный минимум по линии компьютера:

«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

Тематическое планирование

Содержание темы	Практические работы
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.

Содержание темы

Практические работы

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

Гигиенические, эргономические и технические условия безопасной эксплуатации 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.

· Тестирование компьютера.

· 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.

Содержание программы следующее:

«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.

Понятие модели. Типы информационных моделей.

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:

Информационная модель — это описание объекта моделирования

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:

Реальный объект

Системный анализ

Система данных, существенных для моделирования

Информационная модель

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.

Дидактические цели:

• 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

Знать/понимать:

n Основные свойства алгоритма, типы алгоритмических конструкций: следование, ветвление, цикл; понятие вспомогательного алгоритма;

Уметь:

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

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»

Выберите место для костра в отдалении от кустов и деревьев.
Соберите сухие ветки.
Сложите их недалеко от выбранного для костра места.
На месте костра сложите «шалашиком» тонкие сухие ветки.
Подложите пол ветки бумагу для растопки.
Подожгите бумагу.
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»

Обратитесь к алгоритму «Разжигание костра при хорошей погоде».
Промойте крупу холодной водой и млейте воду.
Налейте в котелок воды в в раза больше, чем объем крупы.
Установите котелок с водой над костром.
Доведите воду до кипения.
В кипящую воду засыпьте крупу.
Добавьте соли по вкусу.
Дождитесь, когда жидкость на поверхности крупы исчезнет.
Накройте котелок крышкой.
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 Графическое:

n Рисунки, пиктограммы,

n Графы, схемы,

n Блок-схемы;

n Программа;

n Табличное.

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);

· Логическое (Пролог);

· Функциональное (Лисп);

· 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 компиляции,

· режим исполнения,

· режим работы с файлами,

· режим отладки и трассировки программ,

· режим помощи.

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:

IF <условие> THEN <оператор1> ELSE <оператор2>;

2) Сокращенная форма записи:

IF <условие> THEN <оператор1>;

Рис 1 Рис 2

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<=S<4.5) или отказать в ней (S<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:

case <выражение/переменная> of

<селектор1>: <оператор1>;

<селектор2>: <оператор2>;

<селектор3>: <оператор3>;

else <оператор4>;

end;

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

· Линейного уравнения,

· Квадратного уравнения.

Пример. Для алгоритма решения обобщенного квадратного уравнения с помощью конструкций ветвления приведем фрагмент программы его реализующей на языке Pascal.

readln(a,b,c);

if a = 0 then

if b = 0 then

if c = 0 then writeln('x — любое')

else writeln('нет корней')

else writeln(—c/b)

else begin

D := b*b — 4*a*c;

if D < 0 then writeln('нет корней')

else begin

x1 := -b + sqrt(D);

x2 := -b - sqrt(D);

writeln(x1:0:2,''', x2:0:2)

end

end;

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.

Цикл ПОКА

На языке Pascal структура цикла "Пока" записывается следующим образом:

While <условие> Do <оператор>;

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 <условие> Do
Begin

<оператор #1>;
<оператор #2>;
<оператор #3>;
. . .

End;

Цикл ДО

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:

Repeat

<оператор #1>;

………

<оператор #К>;

Until <условие>;

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.

Цикл "С параметром".

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

For <И.П.>:=<Н.З.> To <К.З.> Do <оператор>;

For <И.П.>:=<Н.З.> Downto <К.З.> Do <оператор>;

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.

I. Цикл "Пока"

II. Цикл "До"

III. Цикл "С параметром"

Program Zadacha3_2_1;

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

A:=1; S:=0;
While A<=100 Do
Begin

S:=S+A*A;
A:=A+1;

End;

Writeln(S);

End.

Program Zadacha3_2_2;

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

A:=1; S:=0;
Repeat

S:=S+A*A;
A:=A+1;

Until A>100;
Writeln(S);

End.

Program Zadacha3_2_3;

Var A : Integer;
S : Longint;
Begin

S:=0;
For A:=1 To 100 Do

S:=S+A*A;

Writeln(S);

End.

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

{линейный массив из n элементов целого типа}

Var A: array [1..n] of integer;

{двумерный массив 3х4 целого типа}

Var A: array [1..3,1..4] of integer;

2 способ – через описание типов. Этот способ применяют, когда хотят научить школьников правильному оформления программ.

{тип - линейный массив из n элементов целого типа}

Type Myarray= array [1..n] of integer;

Var A: Myarray;{переменная А типа Myarray }

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);

Var I : integer;

Begin For I:=1 To 20 Do {Организуем цикл с параметром I от1 до 20}

Readln(A[I]); {вводим A[I] с клавиатуры }

For I:=1 to 20 Do {Распечатываем массив в прямом порядке}

Write(A[I]:5);

End;

Типовые задачи

Суммирование элементов массива

S := 0; {переменная для накопления результата}

for i := 1 to N do

S := S + a[i];

Write(S);

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:

с := a[N]; {запоминаем последний элемент

во вспомогательной переменной}

for i := N downto 2 do

a[i] := a[i - 1];

a[1] := c;

Поиск максимума и минимума

imax := 1; {индекс максимального элемента}

imin := 1; {индекс минимального элемента}

for i := 2 to N do

if a[i] > a[imax] then imax := i else

if a[i] < a[imin] then imin := i;

Min := a[imin];

Max := a[imax];

Поиск числа К в массиве

Алгоритм поиска в неупорядоченном массиве, индексы которого меняются от 1 до N, значения, равного K, может выглядеть так:

i := 0;

repeat

i := i + 1

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

begin

for j := 1 to M do

write(a[i,j]:6:1);

writeln

end;

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.

Формат описания процедуры:
Procedure <Имя процедуры> (<Имя форм. параметра 1>:<Тип>;
< Имя форм. параметра 2>:<Тип>);
<Раздел описаний>
Begin
<Тело процедуры>
End;

Формат описания функции:
Function <Имя функции> (<Имя форм. параметра 1>:<Тип>;
< Имя форм. параметра 2>:<Тип>) : <Тип результата>;
<Раздел описаний>
Begin
<Тело функции>
End;

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, 602PC 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

Знать/понимать

· назначение и функции используемых информационных и коммуникационных технологий;…

уметь:

· 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.

Распознавание текста.

Компьютерные словари и системы перевода текстов. Сохранение документа в различных текстовых форматах.

Печать документа.

Практические работы:

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:

· функциональные;

· управляющие;

· переключения режимов;

· перемещения курсора;

· прочие клавиши.

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:

Исполнитель работы с текстами

Этот исполнитель работает под управлением человека (пользователя). Все действия, которые выполняет человек, работая с такой системой, можно рассматривать как команды управления исполнителем: ввести символ, удалить символ, занести фрагмент в буфер, сохранить текст в файле и прочее.

Методическая схема изучения всякого исполнителя:

· данные: структурные единицы текста;

· среда текстового редактора;

· режимы работы текстового редактора;

· система команд.

Среда текстового редактора. Независимо от того, какой конкретный текстовый редактор изучается на уроках, следует прежде всего обратить внимание учеников на те общие элементы среды, которые характерны для любых текстовых редакторов. Это позволит ученикам при переходе к работе с другими редакторами быстро сориентироваться в их интерфейсе. К таким общим элементам среды относятся:

· рабочее поле – пространство на экране, на котором отображается текст;

· курсор – место активного воздействия на рабочем поле (отмечается черточкой или прямоугольником);

· строка состояния – содержит информацию о текущим состоянии текстового редактора;

· строка меню – содержит команды переключения режимов работы текстового редактора и других действий.

Для конкретных текстовых редакторов должны быть отмечены и другие специфические элементы среды: линейки прокрутки, панель инструментов и пр.

Режимы работы. Под режимом работы понимается определенное состояние исполнителя (в данном случае текстовый редактор), в котором возможно выполнение определенного вида работы.

Ввод и редактирование текста. Состояние исполнителя, находящегося в этом режиме, отражается в строке состояний. Отметим основные компоненты состояния: координаты курсора; вставка/удаление; строчные/заглавные (нижний/верхний регистр); шрифт (рус/лат); разметка строки (абзац, длина строки); выравнивание по краям, перенос.

Последние два пункта есть не во всех школьных текстовых редакторах. При наличии многооконности каждое из окон представляет из себя самостоятельное рабочее поле.

Форматирование. Работа в этом режиме позволяет скомпоновать текст (фрагмент текста) в требуемом виде, установив размеры полей, красную строку, число позиций в строке и т.д.

Обращение за подсказкой. При переходе в этот режим на экране открывается дополнительное окно, содержащее краткую справочную информацию о работе текстового редактора. Подсказка может содержать несколько листов текста, в этом случае указывается способ перелистывания, кроме того, могут использоваться гиперсвязи.

Орфографическая проверка. Этот режим работы возможен лишь при наличии словаря. При проверке текста фиксируются слова, отсутствующие в словаре, что является косвенным свидетельством орфографической ошибки. Режим орфографической проверки может быть совмещен с режимом редактирования.

Обмен с ВЗУ возможен в двух направлениях: сохранение (запись, SAVE) и загрузка (считывание, LOAD) текста, который при хранении на ВЗУ называется файлом (текстовым файлом). Каждый файл характеризуется своим персональным именем. Магнитный носитель может быть структурирован на каталоги (директории) и подкаталоги. В этом случае возникает понятие пути к необходимому каталогу. Если компьютер имеет несколько ВЗУ, то они получают название устройств A:, B:, C: и т.д. Тогда при работе с файлами возникает дополнительная проблема выбора устройства.

Печать. В этом режиме осуществляется вывод текста на бумагу. С помощью текстового редактора можно управлять принтером, определив шрифт, вид печатаемой странице (левое и правое поле, число строк на странице), способ нумерации страниц (местонахождения номера страницы, порядок нумерации).

Система команд текстового редактора. Заметим, что изучение этих понятий является продолжение линии алгоритмизации и программирования. Ученикам следует сообщить, что систему команд текстового редактора можно условно разделить на следующие группы команд:

· команды интерфейса – вход в меню и выход из него, перемещение маркера по меню, выбор нужного пункта меню;

· команды изменения состояния текстового редактора, позволяющие в режиме редактирование выбрать шрифт, нижний/верхний регистр, режим вставки/замены и т.д.;

· команды перемещения по тексту, которые разделяются на две группы: пошаговое перемещение (стрелки вправо, влево, вверх, вниз); быстрое перемещение по тексту (переход в начало/конец строки, начало/конец текста, листание страниц, прыжок на метку и т.д.);

· команды посимвольного редактирования, позволяющие внести исправления в текст (вставить/удалить/заменить символ, заменить строчную букву на заглавную и т.д.);

· команды работы со строками, позволяющие манипулировать со строками (удалить, вставить пустую, рассечь на две части, «склеить» две последовательные строки);

· поиск по образцу служит для отыскания в тексте мест, содержащих указанный набор символов (букву, слово, фразу и т.д.);

· копирование включает в себя выделение копируемого фрагмента текста и помещение его в буфер (в некоторых текстовых редакторах эти процессы идут параллельно), воспроизведение содержимого буфера в требуемом месте текста;

· форматирование позволяет придать тексту требуемый вид, установить число символов в строке, выровнять правый край, выделить поля и красную строку и т.д.

В большинстве текстовых редакторов команды исполнителя реализуются двумя способами: с помощью функциональных, управляющих и прочих клавиш специального назначения; выбором соответствующего пункта меню.

Данные. Данная тема является продолжением изучения темы:”Представление информации в компьютере”. Ученикам сообщают, что текстовый редактор работает с символьной информацией, в которой можно выделить следующие виды структур: символы; слова; строки символов; фрагменты текста (блоки); файлы.

Важно отметить для учеников, что в системе команд имеются команды работы с каждой из этих структур как с единым, целым. Дадим краткие характеристики этим понятиям: Символ – минимальный объект, подлежащий обработке текстовым редактором. Слово – набор символов, ограниченный слева и справа проблемами или знаками препинания; используется в командах быстрого перемещения по тексту, удаления фрагментов текста. Строка символов – данные, занимающие в тексте одну строку, размеры которой могут быть четко очерчены форматированием. Исполнитель текстового редактора имеет ряд команд, оперирующих строками (вставить/удалить, соединить/разорвать, перейти в начало/конец и т.д.). Фрагмент текста – набор последовательных строк, с которым можно работать как с единым целым (удалять, перемещать, копировать и т.д.).

Понятие файла связано с хранением, считывание с записью информации на магнитный диск. В отличие от ранее рассмотренных структур данных , файлы являются поименованными данными, т.е. каждый из них имеет свое персональное имя. В ряде текстовых редакторов для быстрого перемещения по тексту («прыжков») используются метки.

ученики должны освоить приемы основного стандарта редактирования. К ним относятся:

1.Перемещение по тексту: клавиши [ → ], [ ← ], [ ↑ ], [ ↓ ], [Home], [End], [PageUp], [PageDown].

2.Удаление символа: клавиши [Backspace], [Del].

3.Вставка/замена символа: переключение режима с помощью клавиши [Insert].

4.Разрыв и слияние строк: клавиша [Enter]; клавиши [Del] в конце первой соединяемой строки или [Backspace] в начале второй строки.

Практическое знакомство с перечисленными приемами редактирования может начаться раньше темы «Текстовые редакторы», параллельно с изучением таких теоретических вопросов, как архитектура ЭВМ и программное обеспечение компьютера. Для обработки навыков следует использовать простейшие текстовые редакторы типа MS-DOS Editor или Блокнот.

Учитель должен ясно представлять последовательность педагогических целей, которые ставятся перед учащимися в процессе формирования умений и навыков для работы с программными средствами информационных технологий. В рамках темы «информационные технологии работы с текстом» указанные цели могут быть предоставлены следующим списком, расположенным ниже (список составлен «по максимуму»). Порядок пунктов в этом списке отражает рекомендуемую последовательность обучения.

· Поиск и запуск программы текстового редактора; обращение за справкой.

· Набор русского текста; переход на верхний/нижний регистр (строчные, прописные буквы); знаки препинания (Windows не всегда совпадают с обозначениями на клавишах); перевод строки.

· Переход «РУС/ЛАТ»

· Простейшие приемы редактирования: клавиши DEL, Backspace; режимы вставки и замены.

· Открытие файла с текстом; просмотр текста, приемы перемещения по тексту.

· Редактирования данного текста: поиск и исправление ошибок; разрыв строки, слияние строк.

· Сохранение документа на диске.

· Установка параметра формата: размеры полей, длина строки, межстрочный интервал, абзацный отступ, выравнивание строк.

· Работа с фрагментами: выделение фрагмента, перемещение, копирование через буфер обмена.

· Работа со шрифтами: установка типа шрифта, размера, начертания; изменение шрифта выделенного фрагмента.

· Поиск и замена.

· Работа в многооконном режиме; перемещение фрагментов между различными документами.

· Создание и редактирование таблиц.

· Формирование гиперссылок.

22. Методика обучения школьников работе с графической информацией.

Информационная технология – совокупность средств и методов обработки первичной информации для получения информации нового качества. Сегодня информационные технологии рассматривают как средство повышения производительности и эффективности труда. И компьютерная графика упрощает общение пользователя с компьютером, обеспечивая наглядное отображения информации, максимально раскрывает творческие возможности человека. Знание азов компьютерной графики и умения использовать их становится неотъемлемым элементом грамотности и культуры каждого современного человека. В настоящее время создано множество прикладных графических программ, позволяющих успешно применять созданную с их помощью продукцию практически во всех сферах человеческой деятельности.

Изучение темы “ Обработка графической информации ” направлено на формирование образного мышления, пространственного воображения, общей компьютерной культуры, способствует формированию положительного отношения учащихся к изучаемому материалу, оживляет учебный процесс.

Обязательный минимум[17] содержания образовательных программ представлен в форме набора предметных тем (дидактических единиц), предназначенных для изучения на всех уровнях школы. Тема “Технология обработки графической информации ” в разделе “Информационные технологии” включает: Способы представления графической информации. Пиксель. Графические примитивы. Способы хранения графической информации и форматы графических файлов. Графический редактор: назначение, пользовательский интерфейс и основные возможности. Графические объекты и операции над ними.

Согласно стандарта основного общего образования по информатике и ИКТ[18] содержание обучения школьников при обработке графической информацией определено следующим образом:

“Запись средствами ИКТ информации об объектах и процессах окружающего мира (природных, культурно-исторических, школьной жизни, индивидуальной и семейной истории):

изображений и звука с использованием различных устройств (цифровых фотоаппаратов и микроскопов, видеокамер, сканеров, магнитофонов);...

Создание и обработка информационных объектов.

...Рисунки и фотографии. Ввод изображений с помощью инструментов графического редактора, сканера, графического планшета, использование готовых графических объектов. Геометрические и стилевые преобразования. Использование примитивов и шаблонов.

...Проектирование и моделирование.

Чертежи. Двумерная и трехмерная графика. Использование стандартных графических объектов и конструирование графических объектов: выделение, объединение, геометрические преобразования фрагментов и компонентов. Диаграммы, планы, карты.

...Организация информационной среды.

Создание и обработка комплексных информационных объектов в виде печатного текста, Web-страницы, презентации с использованием шаблонов.”

Предъявляемые требования к уровню подготовки школьников в результате изучения информатики и информационных технологий включают умения:

- “создавать рисунки, чертежи, графические представления реального объекта, в частности, в процессе проектирования с использованием основных операций графических редакторов, учебных систем автоматизированного проектирования; осуществлять простейшую обработку цифровых изображений;...

- создавать презентации на основе шаблонов”.

В примерной программе базового курса «Информатика и ИКТ» в основной школе на тему «Обработка графической информации» отводится 4 часа. Перечень вопросов подлежащих изучению следующий[19]:

«Растровая и векторная графика. Интерфейс графических редакторов. Рисунки и фотографии. Форматы графических файлов».

Рекомендуется провести с учащимися следующие практические работы:

· Создание изображения с помощью инструментов растрового графического редактора. Использование примитивов и шаблонов. Геометрические преобразования.

· Создание изображения с помощью инструментов векторного графического редактора. Использование примитивов и шаблонов. Конструирование графических объектов: выделение, объединение. Геометрические преобразования.

· Ввод изображений с помощью графической панели и сканера, использование готовых графических объектов.

· Сканирование графических изображений.

Но это не единственная тема, в которой ведется изучение графических редакторов. Так в теме «Мультимедийные технологии» (8 часов) рассматриваются вопросы:

«Компьютерные презентации. Дизайн презентации и макеты слайдов.

Звуки и видеоизображения. Композиция и монтаж. Технические приемы записи звуковой и видеоинформации. Исnользоваnие простых анимационных графических объектов».

Практические работы направлены на формирование следующих умений и навыков:

· создавать презентации с использованием готовых шаблонов, подбор иллюстративного материала, создание текста слайда;

· демонстрировать презентации, использование микрофона и проектора;

· записывать изображения и звук с использованием различных устройств (цифровых фотоаппаратов и микроскопов, видеокамер, сканеров, магнитофонов).

О графической информации идет речь и в теме «Представление информации» (6 часов)

«Кодирование графической информации (пиксель, растр, кодировка цвета, видеопамять)».

Учащиеся должны выполнить практические работы по установке цвета в палитре RGB в графическом редакторе.

Сегодня тематическое планирование предмета «Информатика и ИКТ» разработано несколькими авторами для преподавания на пропедевтическом, базовом и профильном курсе школы. В числе известных авторов, чьи учебники рекомендованы и допущены министерством образования для преподавания в общеобразовательной школе, назовем Н.Д. Угринович, Н.В. Макарова, И.Г. Семакин, Гейн и др.

Рассмотрим серию учебников Л.Л. Босовой и Н.Д. Угриновича.

В учебнике для 5 класса первое знакомство с графической информацией начинается в 1 главе, затем учащихся знакомят с понятием компьютерной графики и графическим редактором Paint и системой презентации PowerPoint. 6 практических работ посвящены этим редакторам. В 7 классе учащиеся знакомятся с векторным графическим редактором встроенным в Word и продолжают работать в Paint (3 работы).

В тематическом плане для 7-9 классов Н.Д. Угрнович дает тему “Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации”.

Планирование по теме в базовом курсе «Информатика и ИКТ»

основной школы по Н. Угринович

Теория	Компьютерный практикум
Тема 5. Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации – 12 часов
Кодирование графической информации (пиксель, растр, кодировка цвета, видеопамять). Растровая и векторная графика. Интерфейс графических редакторов. Редактирование рисунков и изображений. Форматы графических файлов. Компьютерные презентации. Дизайн презентации и макеты слайдов. Переходы между слайдами с помощью кнопок и гиперссылок. Кодирование звуковой информации (глубина дискретизации, частота кодирования). Цифровое видео. Разрешающая способность и частота кадров. Flash-анимация в презентациях и на Web-страницах.	№ 24. Кодирование графической информации. № 25. Кодирование звуковой информации. № 26. Сканирование и редактирование изображений в растровом графическом редакторе. № 27. Создание рисунков в векторном графическом редакторе. № 28. Выполнение геометрических построений в системе компьютерного черчения. № 29. Разработка мультимедийной интерактивной презентации со встроенной анимацией и мультимедийными эффектами. № 30. Запись и монтаж звукового клипа. № 31. Запись и монтаж видео клипа. № 32. Разработка GIF и Flash-анимации.
Контроль знаний и умений: выполнение зачетной практической работы.
Информатика-7: Глава 2. Технология обработки графической информации. Информатика-9: Глава 1. Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации.

Для изучения темы в среде ОС Windows автором предложено следующее ПО: растровые графические редакторы GIMP и Paint, векторный графический редактор StarOffice Draw (OpenOffice Draw), система компьютерного черчения КОМПАС, программа разработки презентаций Microsoft PowerPoint, программа разработки презентаций StarOffice Impress (OpenOffice Impress).

Изучение кодирования информации

Очень важной частью при изучении графической информации являются вопросы, затрагивающие тему “Информация и ее кодирование. Измерение количества информации”. К ним относятся задачи, например, вычисления объема памяти, занимающего определенным графическим изображением или определение числа цветов в палитре изображения.

В главе 7 учебника автор Угринович Н.Д. в параграфе “Растровая графика” приводит следующий пример. Рассматривается черно-белое изображение стрелки размером 8х7. “Общее количество пикселей равно 56. Так как используется всего два цвета, то для хранения каждого пикселя необходим 1 бит. Таким образом, файл будет иметь объем 56 битов, или 7 байтов.”

Здесь следует вспомнить формулу, определяющую глубину цвета I – количество бит для кодирования цвета точки I = log₂N, где N – количество всех возможных цветов для данного изображения.

Вопросы данного типа входят и в Единый Государственный Экзамен – важнейшая итоговая аттестационная часть учебного процесса. Например, в пособии серии «Единый Государственный Экзамен 2008. Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся»[20] также имеют место задания по теме “Обработка графической информации”.

Приведу примеры некоторых из них.

1. Для хранения растрового изображения размером 64x64 пикселя отвели 1,5 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

1)8 2)2 3)16 4)4

Решение.

Вычислим объем выделенной памяти в битах: V=1,5*2¹⁰*2³=1,5*2¹³ и разделим на количество пикселей в изображении 64*64=2¹². Получим количество бит, отведенных на кодирование пикселя: I =1,5*2¹³/ 2¹²= 3 бита. Значит, по формуле N = 2^I вычисляем число цветов в палитре: N = 2³ = 8.

Ответ. 1) 8

2. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 64x64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов. Саму палитру хранить не нужно.

1)128 2)2 3)256 4)4

Решение.

Количество бит для кодирования цвета точки: I = log₂256 = 8 бит =1 байт.

Объем памяти: V=64*64*1=2¹²байт = 2² килобайт = 4 килобайта

Ответ. 4) 4

Работа в среде графических редакторов представляет особый интерес для школьников даже в ряду других программных средств. Целью изучения темы “Технология обработки графической информации” является не только запоминание, накопление информации об определенной области информационных технологий, но и применение полученных знаний в практической жизни, умению использовать данный опыт для творческого самовыражения. Использование всевозможной графической информации существенно увеличивает наглядность обучения, расширяет возможности индивидуальной работы учащихся.

Изучение данной темы предполагает совокупность мероприятий:

1. изучение теоретической части

2. практическое освоение программных продуктов, изучение инструментария и принципов построения иллюстраций в графических редакторах.

Методика обучения технологии обработки графической информации обязательно включает в себя необходимые для усвоения пройденного материала практические работы в графических редакторах. Система практических заданий и технология практического обучения графической информации должны стимулировать учащихся не просто осваивать богатый инструментарий графических редакторов, но и развивать творческие способности учеников, логически мыслить.

К особенностям методики изучения учащимися технологии обработки графической информации можно отнести необходимость тщательного подбора заданий для выполнения практических работ в графических редакторах и, конечно же, развивающий характер заданий при изучении графических редакторов.

Прикладные программные средства. Существует множество прикладных программ, предназначенных для работы с графикой. Для каждого раздела компьютерной графики имеются свои программы, например, для графической обработки научных данных используется программа Grapher; инженеры-конструкторы для подготовки чертежей пользуются пакетом AutoCad; существуют специализированные пакеты деловой графики, предназначенные для построения диаграмм, отражающих всевозможные статистические данные. Название «графический редактор» применяется по отношению к прикладным программам, не имеющим какой-либо специализированной ориентации и используемым для «произвольного рисования» или редактирования сканированных изображений. В соответствии с двумя принципами представления графической информации — растровым и векторным — графические редакторы делятся на растровые и векторные редакторы. К числу простейших растровых редакторов относятся Paintbrush и Paint (второй стал результатом развития первого). Растровый редактор Adobe Photoshop используется профессиональными дизайнерами. Чаще всего его применяют для редактирования сканированных изображений (фотографий, репродукций картин), создают художественные композиции, коллажи и пр. Для профессионального рисования на компьютере используются редакторы векторного типа. Наиболее известным из них является Corel Draw. Это профессиональный редактор с богатыми возможностями и в то же время вполне подходящий для детского художественного творчества. В стандартной поставке Windows в группе «Стандартные» имеется графический редактор Paint. Paint является прямым «родственником» редактора Paintbrush, который работает в среде MS-DOS. В базовом курсе информатики для практической работы с компьютерной графикой обычно используют один из этих редакторов. В профильном курсе компьютерной графики для получения рисованных изображений больше подходит CorelDraw. Заметим, что профессиональные графические редакторы, такие как CorelDraw, Adobe Photoshop — довольно дорогие программные продукты, и поэтому не всем доступны.

Использование на уроках информатики редакторов типа Paint вполне достаточно, с точки зрения учебных целей, стоящих перед базовым курсом. Растровый редактор позволяет наглядно продемонстрировать ученикам дискретную (пиксельную) структуру рисунка, дает возможность воздействовать на каждый отдельный элемент при увеличении масштаба в режиме прорисовки.

Еще одним полезным учебным элементом является возможность демонстрации механизма смешения цветов. Для этого в главном меню Paint нужно выбрать пункт [Палитра] — [Изменить палитру] — [Определить цвет]. Появившееся окно является прекрасным инструментом для экспериментов с цветом. Пользователь может изменять оттенки, контрастность, яркость цвета и при этом наблюдать RGB — состав полученной краски. Создав свою краску, пользователь может включить ее в палитру на соответствующей панели редактора.

Принцип растрового рисования — закрашивание каждого отдельного пикселя рисунка. Для растровых редакторов характерно наличие таких инструментов как кисточка, карандаш, резинка. Этих инструментов нет в векторных редакторах. Там рисунок создается только путем манипулирования с графическими примитивами: линиями, дугами, эллипсами и пр. Эти элементы рисунка могут быть в любой момент изменены: сжаты, растянуты, перевернуты, перемещены, удалены. В растровых редакторах тоже используются графические примитивы. Но их применение скорее похоже на использование линеек, лекал, циркуля и других чертежных инструментов при рисовании на бумаге. Один раз нарисованный такой элемент уже нельзя изменить. Его можно лишь стереть или отредактировать прорисовкой.

Методическая схема изучения графического редактора как исполнителя остается прежняя:

· данные: структурные единицы текста;

· среда текстового редактора;

· режимы работы текстового редактора;

· система команд.

Среда графического редактора.

Пользовательский интерфейс большинства ГР организуется единообразно. С левой стороны экрана располагается панель инструментов: набор пиктограмм с изображением инструментов, которыми можно пользоваться в процессе редактирования изображений.

В нижней части экрана размещается панель палитры, из которой художник выбирает краски требуемого цвета. Оставшаяся часть экрана представляет собой пустой «холст» (рабочее поле). Над рабочим полем находится меню, позволяющее изменять режим работы ГР. Слева от палитры располагается квадрат, окрашенных в фоновый цвет. В нем помещаются еще два квадрата, верхний из которых окрашен в первый рабочий цвет, а нижний — во второй рабочий цвет. Ниже панели инструментов располагается калибровочная шкала, которая позволяет устанавливать ширину рабочего инструмента (кисти, резинки и т.д.).

Режимы работы.

Режимы ГР определяют возможные действия пользователя, а также команды, которые пользователь может отдавать редактору в данном режиме.

Режим работы с рисунком (рисование). В этом режиме на рабочем поле находится изображение инструмента. Пользователь наносит рисунок, редактирует его, манипулирует его фрагментами.

Режим выбора и настройки инструмента. Курсор-указатель находится в области панели инструментов (меню инструментов), "роме того, с помощью меню можно настроить инструмент на определенный тип и ширину линии, орнамент закраски.

Режим выбора рабочих цветов. Курсор находится в области панели палитры. Здесь можно установить цвет фона, цвет рисунка, некоторые ГР дают возможность пользователю изменять палитру.

Режим работы с внешними устройствами. В этом режиме можно выполнять команды записи рисунка на диск, считывания рисунок с диска, вывода рисунка на печать. Графические редакторы на профессиональных ПК могут работать со сканером, используя его для ввода изображения с листа.

Система команд графического редактора. В каждом из перечисленных выше режимов пользователь может работать с определенным набором команд ГР, совокупность которых и составляет систему команд графического редактора. В различных ГР на разных компьютерах системы команд могут существенно различаться. Во всех вариантах характерно использование принципа меню для бора и инициализации команд.

В систему команд входят:

•команды выбора инструмента;

•команды настройки инструмента (ширина линий, шрифт);

•команды выбора цветов;

•команды масштабирования рисунка;

•команды работы с буфером обмена (вырезать, копировать, шить);

•команды манипулирования с выделенным фрагментом (повернуть, растянуть, отразить);

•команды ввода/вывода рисунка на внешние устройства.

Меню команд представляется в форме пиктограмм, а также в текстовой форме.

Из приведенного выше списка следует, что всякое действие — пользователя: выбор инструмента, выбор цвета, проведение линии стирание и прочие можно рассматривать как команду, выполняемую в соответствующем режиме. Из этих команд складываются алгоритмы работы в среде редактора. Правила выполнения определенных действий учитель может сообщать ученикам в форме алгоритмов. Вот несколько примеров таких алгоритмов, ориентированных на использования редактора Paint.

Пример 1.

Алгоритм рисования прямой линии с помощью инструмента «Линия».

1. Выбрать цвет линии.

2. На панели инструментов выбрать линию.

3. Выбрать ширину линии.

4. Нарисовать линию (команда состоит из 4 шагов).

4.1. Установить курсор на место начальной точки.

4.2. Нажать левую клавишу мыши.

4.3. Протянуть курсор до конечной точки.

4.4. Отпустить клавишу мыши.

Данные.

Вспомним, что данными называется обрабатываемая компьютером информация. Итоговой информацией является созданный рисунок. Но, с позиции растровой графики, рисунок — это совокупность разноцветных пикселей. Значит данными для ГР являются цвета, которые выбираются из палитры и разносятся по элементам графической сетки с помощью различных инструментов. В памяти ЭВМ они представляются соответствующими двоичными кодами.

Рекомендации по организации практической работы на компьютере.

Абсолютное большинство учеников с удовольствием рисуют в графическом редакторе. При выполнении практических заданий очень заметно проявляются различные способности детей к, рисованию. Безусловно, информатика — не уроки рисования и не всякий учитель информатики обладает художественными способностями. Учитель должен считать своей целью раскрытие всех возможностей графического редактора как инструмента для рисования. У редакторов типа Райи этих возможностей не так уж ого, и за 5 — 6 уроков, выделяемых для данной темы, все их вполне можно раскрыть.

Следует объяснить ученикам, что рисование от руки с помощю инструментов «Карандаш» или «Кисточка» обычно получатся некачественным. Необходимо максимально использовать графические примитивы: прямые, дуги, овалы и пр. В рисунках, где симметрия, следует научить детей использовать повороты, отражения. В рисунках с повторяющимися фрагментами они должны научиться применять копирование. Очень эффективным приемом обработки рисунков в растровом редакторе является прорисовка деталей через увеличение масштаба рисунка (использование инструмента «Лупа»).

23. Методика обучения школьников сетевым технологиям.

24. Методика обучения школьников работе с базами данных и информационными системами.

Трудно себе представить, чтобы в рамках базового курса учитель имел возможность продемонстрировать все этапы нисходящего проектирования БД. Однако такой задачи в базовом курсе и не ставится. Главное, чтобы учащиеся уяснили основные понятия, связанные с реляционными БД, — таблица, ключ, связь.

Продемонстрируем, как можно разумно минимизировать процесс демонстрационной разработки БД, сразу спустившись до нужного уровня абстракции, не используя понятий, не поддержанных временем, требуемым на усвоение и закрепление, и акцентируя внимание лишь на наиболее важных вопросах. Разработаем БД “Страница классного журнала”. Очень важно то, что типичная страница классного журнала хорошо знакома ученикам.

Приступая к проектированию базы данных, прежде всего следует определиться с тем, какие данные требуется хранить. Иногда, для того чтобы получить ответ на этот вопрос, приходится долго работать с заказчиком (экспертом) или структурировать свои собственные мысли. В нашем случае ситуация облегчается тем, что мы знаем, как выглядит журнал и что в нем хранят. Поскольку мы не собираемся делать “лучше лучшего”, постараемся просто “положить” бумажный классный журнал на “музыку” реляционной базы данных. На странице журнала, относящейся к одному предмету, присутствует список учеников (обычно для каждого ученика указываются имя и фамилия), даты уроков и оценки. Кроме того, учителя обычно помечают карандашом типы некоторых уроков (и, соответственно, происхождение полученных на них оценок: “с/р”, “тест” и т.д.). Все?.. Нет, не все. Помимо оценок, в журнале обычно отмечаются пропуски уроков. Это тоже следует учесть при проектировании структуры БД. Наконец, введем очень важное ограничение: мы будем считать, что в одной клеточке журнала хранится только одна оценка, т.е. клеточек вида 2/5 в журнале не встречается.

Предмет: Информатика Учитель: Гейтс Б.

Сразу отметим, поскольку речь идет об одной странице журнала, предмет и учитель являются свойствами самой БД, и хранить их в БД не имеет смысла. Пойдем дальше.

Вообще говоря, страница сама по себе уже является таблицей, но есть одна неприятность: количество столбцов в ней не фиксировано. Хотя в каждом конкретном журнале оно одно и то же, но и журналы разные бывают, и не все столбцы всегда заполнены (например, новую четверть нередко начинают на новой странице). Поэтому первое, что сделаем, — набросаем макет таблицы, содержащей все требуемые данные и имеющей фиксированное число столбцов.

Является ли такое представление данных удовлетворительным? Нет, не является. Но, отвечая на этот вопрос, важно не “перегнуть палку”, не быть слишком категоричным. Не раз приходилось видеть, как учитель, задав в классе приведенный выше вопрос, считал его риторическим и немедленно продолжал: “…поэтому изменим структуру базы данных…”. Ведь дети могут просто не понять, в чем дело: вся требуемая информация, присутствующая на странице журнала, в этой таблице есть, что же еще надо?

Перечислим те недостатки выбранного представления данных, которые лежат на поверхности.

1. Зачем мы много раз повторили, что 8.09 была самостоятельная работа? Ясно, что если уж она была, то у всех. И вообще, если уж был урок, то у всех (но не следует забывать, что ученик мог отсутствовать на уроке или просто не получить за него оценку).

2. Как мы собираемся хранить значения в поле “Содержимое клеточки журнала”? Как число? Но в этом столбце встречаются и символы “н”. Как символ? Можно, конечно, но тогда при различных вычислениях (например, при вычислении средней оценки) придется что-то с этим символом делать, чтобы превратить его в цифру.

3. Вдруг у нас в классе имеются два Банановых Бори? Как мы их собираемся различать?

4. Наконец, зачем нам строки с пустыми клеточками в поле “Содержимое клеточки журнала”? Это в журнале имеются пустые клеточки, нам-то они зачем?

Рассмотрим эти вопросы по порядку, начиная с последнего.

4. Такие строки нам не нужны. Можно просто выбросить их из таблицы.

3. Отвечая на третий вопрос, стоит еще раз вспомнить, как выглядит страница журнала. Все ли данные мы перенесли в таблицу базы данных? Ведь вопрос, который возник перед нами, не является специфичным именно для базы данных, его как-то приходится решать и в обычном журнале. Оказывается, мы просто забыли о том, что список учеников в журнале пронумерован, а номер и является тем уникальным полем, которое однозначно определяет каждого ученика. Имеет смысл завести отдельную таблицу для хранения номеров (уникальных идентификаторов) учеников и их имен и фамилий. Тогда именно номера можно будет использовать в других таблицах.

2. Символы “н” нам мешают. Так, может быть, и для фиксации пропусков завести отдельную таблицу? И отмечать в этой таблице, кто и в какой день отсутствовал.

1. И для уроков тоже можно завести отдельную таблицу. Достаточно будет один раз пометить в этой таблице дату урока и, возможно, здесь же записать дополнительную информацию.

После этих рассуждений выпишем новую структуру таблиц. Теперь, поскольку таблиц стало несколько, дадим им названия.

Лучше? Лучше. Но… Все ли мы предусмотрели в нашей модели? Ведь мы не учли важную особенность исходных данных: дело в том, что в один день может быть проведено больше одного урока. Конечно, записать их в таблицу “Уроки” не проблема, но вот как мы поймем из таблицы “Оценка”, за какой именно урок выставлена оценка? Эта проблема решается тем же способом, каким мы обеспечили уникальность учеников: уроки должны получить уникальные (для простоты — числовые) идентификаторы. Проще говоря, как и учеников, уроки (все, от начала до конца учебного года, насквозь) надо пронумеровать. И указывать в таблице “Оценка” не даты, а номера уроков. В таблице “Пропуск” мы тоже будем указывать номера уроков (ведь ученик может прийти на контрольную, а обычный урок пропустить). Снова изменим структуру таблиц (изменения коснутся лишь таблиц “Оценка”, “Урок” и “Пропуск”).

Вот БД и разработана. На ней легко показать и что такое ключи (причем в таблицах “Оценка” и “Пропуск” первичные ключи составные), и что такое связи (связь “один ко многим” здесь видна сразу, а вот показывать ли связь “многие ко многим”, которая разрешена посредством таблицы “Оценка”, остается на усмотрение учителя). Учитель также должен решить, на каком этапе перейти к использованию формальных терминов (например, когда назвать уникальный номер ключом). Однозначной рекомендации здесь нет, различные подходы могут быть удачными. Возможно, разумнее все же сначала разработать БД, дать учащимся прочувствовать смысл понятий, а уже потом сказать, что и как называется.

Все сказанное выше относилось преимущественно к базовому курсу. Для тех, кто ведет профильный курс, имеется достаточное количество удачных разработок. Например, учебное пособие по элективному курсу “Информационные системы и модели” И.Г. Семакина и Е.К. Хеннера, в котором, в частности, имеется разработка БД “Школа”.

25. Методика обучения школьников работе с электронными таблицами.

Электронные таблицы изучаются в основной и старшей школе. При этом различаются цели, содержание и методы обучения.

В основной школе, в соответствии со стандартом, электронные таблицы осваиваются в качестве инструмента моделирования. Необходимо научиться вводить данные в таблицу, изменять данные, оперировать математическими формулами, переходить к графическому представлению данных, представлять зависимости на графике, проводить компьютерные эксперименты с использованием готовых моделей объектов и процессов.

Основная организационная форма работы — урок, где используются устоявшиеся в дидактике методы обучения.

Можно выделить следующие вопросы для изучения по данной теме в основной школе:

1. Области применения электронных таблиц.

2. Среда табличного процессора, режимы работы, система команд.

3. Обрабатываемые данные.

4. Методы адресации (виды и способы реализации).

5. Используемые функции.

6. Графическое представление данных.

7. Сортировка и фильтрация данных.

8. Работа с электронной таблицей как с базой данных (при использовании макросов и внешних приложений).

9. Использование электронных таблиц для решения задач численного моделирования.

На начальном этапе знакомства с возможностями электронных таблиц используют демонстрацию и практические упражнения. Поскольку интерфейс программ компании MS сходный, используется методический прием по выделению знакомых учащимся команд в среде электронной таблицы. Данный прием нацеливает учащихся на исследовательские методы работы и вырабатывает самостоятельный поисковый стиль работы (учащиеся не ждут готовых алгоритмов работы, а сами находят наиболее эффективные приемы для решения различных задач). Следует обратить внимание на переход от небольших упражнений, позволяющих освоить некоторые приемы работы, целью которых является именно освоение электронной таблицы как инструмента для дальнейшего использования при решении практических задач, к самим содержательным задачам.

Для развития практических умений и формирования устойчивых навыков работы в среде электронной таблицы необходимо подготовить несколько лабораторных (практических) работ по наиболее часто решаемым задачам: статистическая обработка данных (нахождение среднего значения, минимального и максимального), табулирование функции, сортировка и фильтрация данных, построение диаграмм. Задача учителя на данном этапе — осуществить подборку и постановку задач таким образом, чтобы была возможность их решения разными способами: средствами электронной таблицы, а в дальнейшем и на языке программирования. Учащиеся должны научиться самостоятельно определять, какой из способов для конкретной задачи эффективней.

В старшей школе цели несколько иные, с большей ориентацией на будущую профессиональную деятельность.

На базовом уровне преподавания информатики интерпретация цели изучения применительно к данной теме находится в большей мере в практической плоскости. Содержание повторяет изученное в основной школе, при этом акценты делаются на практические задачи, актуальные для будущей профессиональной деятельности.

На профильном уровне преподавания предмета несколько расширяются как содержательная, так и практическая компоненты темы. Рассматриваются и решаются в большей мере задачи мини-проектного формата из разных областей профессиональной деятельности.

Предлагаемый в этом разделе материал можно использовать как в основной, так и в старшей школе, по усмотрению учителя.

Методическая схема изучения графического редактора как исполнителя остается прежняя:

· данные: структурные единицы текста;

· среда текстового редактора;

· режимы работы текстового редактора;

· система команд.

Электронные таблицы различают и позволяют использовать при обработке следующие типы данных:

· числовые данные (целочисленные или вещественные — определяется форматом отображения),

· текстовые данные,

· дату и время,

· логические величины,

· ссылки (на другие ячейки).

При обработке данных могут быть использованы несколько типов встроенных функций — заранее написанных процедур преобразования:

· статистические,

· функции обработки текста (строковые функции),

· функции работы с датой и временем,

· финансовые функции (специфические для финансовых задач),

· логические функции, функции работы со ссылками,

· функции поиска данных и другие.

Каждая функция для ее вызова имеет уникальное имя. Для упрощения работы оно, как правило, написано сокращением названия на естественном языке (на приведенном рисунке функция СЧЕТЕСЛИ выполняет подсчет значений, удовлетворяющих некоторому условию; СУММ — суммирование аргументов и т.д.). Функции построены по общему правилу: они вызываются с некоторыми аргументами и возвращают единственное значение — результат обработки. Аргументы функции при вызове перечисляются через запятую. В зависимости от характера функции число аргументов может быть фиксированным или изменяющимся. В качестве аргумента может быть передано конкретное значение или ссылка. Ссылкой может быть задана одна ячейка или некоторая прямоугольная область — диапазон ячеек.

Как и в языках программирования, результат работы функции может использоваться другой функцией как аргумент. Это позволяет построить для ячейки последовательность преобразований, включающую в себя и алгоритмические конструкции условия, то есть задать достаточно сложный алгоритм вычислений.

Для выполнения расчета в электронных таблицах задача должна быть представлена в виде табличной информационной модели. При подготовке этой модели выделяют исходные данные — то, что будет вводиться пользователем, — и организуют расчет в виде цепочки формул-преобразований.

Среда

Во всех современных табличных процессорах используется общая идеология представления данных и выполнения расчетов. В ее основе лежит понятие таблицы — заранее поделенного на строки и столбцы пространства. На пересечении каждой строки и столбца образуются ячейки — графы таблицы, в которые могут быть записаны данные или выполняемые над ними преобразования.

Каждый столбец и каждая строка имеют название или номер. В традиционных решениях строки получали номера, а столбцы — буквенные обозначения. В современных электронных таблицах столбцы также нумеруются. Это связано с тем, что возможное количество столбцов в современных реализациях электронных таблиц велико.

Один файл, с которым работает система обработки электронных таблиц, может включать в себя несколько отдельных таблиц. Каждая таблица в рамках файла называется листом, а их набор — книгой или блокнотом. Каждый лист имеет имя, которое может задаваться пользователем, исходя из содержимого листа.

Каждая ячейка на листе имеет координаты, задающие ее положение в таблице; они указываются как названия (номера) строки и столбца, на пересечении которых находится ячейка. В некоторых процессорах способ записи координат может меняться в зависимости от настроек. Традиционно столбцы обозначаются буквами (A, B, C и т.д.; после 26-го столбца начинаются двухбуквенные сочетания AA, AB), а строки — числами. Ячейка B2, таким образом, оказывается в столбце B, в строке № 2. В новых версиях Microsoft Excel ячейка может быть обозначена номером строки и столбца (R2C2) — это позволяет работать с таблицами, в которых больше 255 столбцов.

Информация в ячейках электронной таблицы

В каждой ячейке могут находиться либо данные (введенные пользователем), либо формулы — выражения, задающие те или иные преобразования данных. Тип данных в ячейке и способ их отображения (т.е. форматирование результатов) определяются автоматически, на основе анализа введенных данных, но могут быть и переопределены пользователем.

Для получения данных из других ячеек на них можно сослаться (поставить ссылку) при записи формул, указав координаты ячейки. Координаты могут быть записаны двумя способами:

· относительные (координаты, которые зависят от положения формулы и при ее переносе или копировании изменятся на вектор смещения),

· абсолютные (не зависящие от положения формулы).

По умолчанию ссылки вводятся как относительные (A1 или R[1]C[1]), при необходимости сделать абсолютную ссылку используют дополнительное обозначение ($A$1 или R1C1). Ссылка может включать в себя и название листа, на котором расположена таблица. Например, в табличном процессоре Microsoft Excel: Объекты!B99 — ячейка B99 на листе Объекты.

Применение относительных ссылок позволяет тиражировать формулы (при копировании формулы относительные координаты автоматически изменяются), копировать блоки созданной структуры и таким способом быстро создавать большие таблицы.

В обычном режиме работы, при наличии формулы в ячейке отображается результат ее вычисления. Этот результат автоматически пересчитывается при изменении исходных данных, т.е. при изменении значений связанных ячеек.

В современных системах (Microsoft Excel, OpenOffice.Org Calc, QuattroPro) пространство таблицы заранее размечено на ячейки, пользователь вводит в ячейки данные и формулы выполнения вычислений. Операции вставки столбца и строки не изменяют фактически доступное пространство.

Содержимое ячеек может быть оформлено с помощью стандартных средств оформления текстов: изменения рисунка шрифта, его размеров, начертания и выравнивания относительно ячейки, направления написания. Помимо этого, пользователю доступны средства оформления самой таблицы: объединения ячеек, различные способы прорисовки границ между ячейками при печати.

Применение электронных таблиц позволяет пользователям, не имеющим специальной подготовки в области программирования, определять процедуру расчета, выполнять различные преобразования данных и представлять результаты в текстовой, числовой и графической форме. Этот тип приложений — один из наиболее востребованных в повседневной практике.

Примеры программных продуктов Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc

[1]Программы для общеобразовательных учреждений. Информатика 2-11 классы./Составитель Бородин М. Н. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. – 448с.

[2]Семакин И.Г. Преподавание базового курса информатики в средней школе: методическое пособие – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. – 416 с.: ил.

[3] Основы информатики и вычислительной техники: пробное учеб.пособие для сред.учеб. заведений: в 2 ч./ Под ред. А.П. Ершова и В.М. Монахова. – М.: Просвещение, 1985,1986

[4] Основы информатики и вычислительной техники: Учеб.для 10-11 кл.ср.шк./ В.А. Каймин и др. – М. Просвещение, 1989.

[5] Кушниренко А.Г., Лебедев Г.В., Сворень Р.А. основы информатики и вычислительной техники:учеб. Пособие для учащихся. – М.:Просвещение, 1996.

[6] Информатика: базовый курс. 7-9 кл./И.Г. Семакин и др. – М.: Бином, 1999.

[7] Андреева Е., Фалина И. Системы счисления и компьютерная графика. – М.: Лаборатория базовых Знаний, 1999.; Касаткин В.Н. Логическое программирование в занимательных задачах. – Киев: техника 1980.

[8] Стандарт среднего (полного) общего образования по информатике и информационным технологиям (профильный уровень)// Угринович Н.Д. преподавание курса «Информатика и ИКТ» в основной и старшей школе. – М.: Бином, 2006

[9] Н.Д. Угранович Преподавание курса 2Информатика и ИКТ» в основной и старшей школе. – М.: БИНОМ, 2006

[10] Стандарт основного общего образования по информатике и информационным технологиям. См. Угринович Н.Д. Преподавание курса «Информатика и ИКТ». Методическое пособие для учителей. – М.: Бином, 2005 с. 11-16

[11] Примерная программа базового курса «Информатика и ИКТ» в основной школе.

[12] Программа по информатике для 2-11 класса

[14] Лапчик М.П., Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Методика преподавания информатики. – Москва: Академия, 2001

[15] Программа курса «основы информатики и вычислительной техники»// Математика в школе. – 1986. - № 3.

[16] Угринович Н.Д. Преподавание курса «Информатика и ИКТ» в основной и старшей школе: Методическое пособие. – М.: БИНОМ, 2006.

[17] Обязательный минимум содержания среднего (полного) общего образования. Приложение к приказу Минобразования России от 30.06.99 № 56

[18] Приложение к приказу Минобразования России от 05.03.04 № 1089 «Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования»

[19] Примерная программа по информатике и ИКТ для 7-9 классов средней школы.

[20] С.С. Крылов, В.Р. Лещинер, П.А. Якушкин. Единый государственный экзамен 2008. Информатика. Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся. ФИЛИ - М.: Интеллект-Центр, 2007, 120 с.