Автоматизированный тестовый контроль знаний. Обучающие программы. Компьютерный учебник

Вид материала

Учебник

Содержание Классификация ППС Разработка электронного учебного пособия Место предмета в учебном плане Общеучебные умения, навыки и способы деятельности Требования к уровню подготовки выпускников Библиотека(номер, автор, название, год, полка) Методика преподавания содержательной линии «моделирование и формализация» Цель изучения Основные понятия А. П. Ершова А. Г. Кушниренко А. Г. Гейна Н. В. Макаровой И.Г.Семакина и др. Н. В. Макаровой У Н. В. Макаровой Основы системологии Далее подходим к основной классификации моделей: материальные и информационные модели. Реляционная модель Иерархическая модель ... Полное содержание

Подобный материал:

• Компьютерный контроль знаний по лучевой диагностике, 831.66kb.
• Тема урока: ″ Углерод″. Учитель химии: Егорова О. А. Тип урока, 153.66kb.
• Учебно-методический комплекс учебной дисциплины дпп. В. 02. Тестовый контроль знаний, 122.75kb.
• Учебная программа курса повышения квалификации дыхательная недостаточность и ее интенсивная, 169.64kb.
• Район Магжана Жумабаева. Научно-практическая конференция: «Информатизация важнейший, 128.71kb.
• Об особенностях проверки знаний студентов по общеинженерным дисциплинам с помощью тестов, 183.87kb.
• Системы контроля и оценки знаний обучающихся Контроль знаний, 327.5kb.
• Крылов Психология «Психология: учебник (2 е издание)», 11832.62kb.
• Обучающие программы, электронный учебник «Трубное производство». Лаборатория металлургии, 24.63kb.
• Положение о рейтинговой системе оценке и знаний студента по дисциплине Автоматизированный, 39.26kb.

Классификация ППС

Педагогические программные средства можно классифицировать по нескольким типам:

1. Интерактивные учебники (программные комплексы).

2. Тематические программы (по отдельным тема физики как школьного курса).

3. Электронный задачники (комплексные или по отдельным темам).

В соответствии с этой классификацией каждый учитель может выбрать для себя тот или иной программный продукт в соответствии с педагогическими целями устанавливаемыми при изучении урока, темы, раздела. Таким образом весь процесс изучения школьного курса физики может эффективно поддерживаются различными педагогическими программными средствами. Одновременно с этим необходимо отметить, что при выборе ППС для работы на уроке учить, как правило, может конкретно сформулировать требования к ППС, но не знает какая программа ему подойдет. Поэтому в рамках проекта классификация ППС происходит по линейной структуре:

1. ППС для применения в конкретном классе.

2. ППС для применения в рамках изучения конкретной темы.

3. ППС для применения при реализации того или иного педагогического метода.


4. Педагогико-эргономические требования к созданию и использованию электронных средств учебного назначения, оценка их качества. Психолого-педагогические требования к организации диалога в системе "человек-информационная среда компьютера".


Наиболее полным считается комплекс, содержащий следующие компоненты:

-     аннотацию к курсу в которой даны краткие сведения об издании, его преимуществах и кому оно адресовано;

-     рабочая программа, которая формируется на основе Государственного образовательного стандарта специальности, на основе типовой программы по данной дисциплине (при наличии таковой). Рабочая программа учебной дисциплины в общем случае должна включать следующие разделы: цели и задачи учебной дисциплины, содержание теоретического и практического разделов дисциплины, тематику и перечень контрольных и курсовых работ, заданий и задач, перечень вопросов для итогового контроля (зачета или экзамена), учебно-методическое обеспечение дисциплины;

-     руководство по изучению дисциплины (методические указания для самостоятельной работы), включающее в себя указания и рекомендации по самостоятельному изучению теоретического материала и выполнения практических заданий, указания для студентов по рациональной технологии усвоения учебного материала на заданном уровне, по рациональному чередованию и использованию всего комплекса учебно-методических материалов, основной и дополнительной литературы;

-     учебное пособие, которое представляет собой изложение учебного материала (теоретического и практического) дисциплины, отобранного в соответствии с рабочей программой и структурированного на методические дозы (модули, блоки, учебные единицы);

-     практикум, предназначенный для выработки умений и навыков применения теоретических знаний, полученных при изучении учебного пособия, с примерами выполнения заданий и анализом наиболее часто встречающихся ошибок;

-     тесты, реализующие функции контрольного блока для проверки хода и результатов теоретического и практического усвоения студентами учебного материала;

-     справочник, содержащий справочных данные, таблицы, определения, глоссарий по дисциплине;

-     электронную библиотеку курса, упрощенным прототипом которой является обычная хрестоматия, которая может быть дополнена аудио/видео материалами, образовательными Интернет-ресурсами.

Как показывает практика, максимального эффекта в процессе обучения можно добиться, используя в образовательном процессе интерактивные дидактические игры и тренажеры, представляющие собой коллективную или индивидуальную деятельность в условиях смоделированных ситуаций, и направленных на формирование профессиональных умений и навыков. Интерактивная игра позволяет моделировать как реальные ситуации, возникавшие ранее в различных сферах будущей профессиональной деятельности, так и придуманные с целью сформировать личность будущего специалиста, определенные профессиональные качества и навыки. Однако создание именно дидактических игр и электронных тренажеров вызывает наибольшие трудности при создании ЭУМК. Это связано как с программно-техническими, так и с методическими трудностями реализации таких проектов.

Разработка электронного учебного пособия

При разработке такого средства, нужно учитывать следующие обстоятельства:

• электронное учебное пособие предназначено не только для обучения собственно предмету, оно должно служить средством изучения методов и способов работы и с другими информационными системами;

• электронное учебное пособие должно соединять в себе существующие возможности и справочно-информационных систем, и систем автоматизированного контроля и обучения;

• электронное учебное пособие, в отличие от бумажного, позволяет точнее учитывать индивидуальные особенности каждого учащегося за счёт вариативного изложения материала и организации обратной связи;

• основная цель применения компьютеров - повышение эффективности за счёт автоматизации механических операций, таких как проверка решения типовых задач, поиска нужной информации и т.п.;

• необходимы средства адаптации электронного учебного пособия к конкретному учебному процессу, поскольку невозможно предсказать, каким именно образом разработка будет использоваться во время обучения;

• электронное учебное пособие должно предоставлять возможности разработки дополнительных компонентов самого разного назначения и их интеграции в среду пособия. В то же время использование электронных учебных пособий тем же способом, что и обычных, вряд ли возможно как по техническим (для работы с ними требуется специальное оборудование), так и по эргономическим соображениям (соблюдение санитарных норм).

5. Методика изучения темы «Компьютерные коммуникации».


Только с появлением компьютеров развитие коммуникаций приобретает поистине небывалый размах. Новая среда позволяет обмениваться электронными копиями информации со сказочными скоростями и хранить их в виде, удобном для корректировки.

Однако, чтобы пользоваться этими новыми средствами коммуникаций, необходимы определенные знания. Компьютеры соединяются между собой в глобальную систему, создавая единую информационную среду. Появляется глобальное информационное поле, доступное с любого расстояния. Все владельцы компьютеров, имеющие доступ к этому полю, могут обеспечиваться любой информацией. Участники коммуникаций могут вступать в дискуссию по любым вопросам с людьми из разных точек нашей планеты. Компьютерные коммуникации дают возможность проявить себя, корректировать свои идеи. Совместная обработка информации на огромных расстояниях открывает границы между народами для совместной деятельности. Таким образом, мы пришли к понятию компьютерной коммуникационной среды.

Компьютерная коммуникационная среда-совокупность условий и средств обмена информацией между людьми с помощью компьютеров.

Рассмотрим, какие технические средства необходимы для коммуникации в компьютерной среде. Развитие компьютерных коммуникаций во многом было связано с тем, что людям приходилось работать сообща над весьма сложными и обширными задачами, а также пользоваться общими базами данных. Понадобилось объединить несколько компьютеров, чтобы передавать информацию с одного из них на другой, совместно использовать или изменять ее. Так появились компьютерные сети.

Компьютерная сеть-система взаимосвязанных компьютеров, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации.

В небольших сетях все компьютеры обычно равноправны, т.е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми. Если к сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увелтчния производительности , а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети, некоторые компьютеры специально выделяют для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами.Сервер должен быть мощным, иметь весьма значительный объем оперативной и дисковой памяти.

Компьютерная коммуникация позволяет учителям и ученикам пользоваться компьютером как универсальным средством обработки и передачи информации. Она открывает доступ к неограниченным массивам информации, хранящейся в централизованных банках данных, обеспечивает использование педагогом в учебном процессе всего массива знаний, доступных информационному обществу.

   Компьютерная коммуникация - процесс взаимообмена информацией между субъектами с помощью вербальных и невербальных коммуникативных систем, опосредованный компьютерными средствами коммуникации.

   Компьютерная коммуникация охватывает все традиционные виды и формы речи - устное, письменную, внутреннюю, монологическую и диалогическую. Благодаря ей сформировалась мета-коммуникация - особая форма коммуникации, которая снимает пространственно-временные ограничения в процессе работы с различными источниками информации. Ресурсы компьютерных коммуникаций открывают возможности для диалога отдаленных в пространстве субъектов. Эта форма взаимодействия является средством международной коммуникации, что дает возможность привлечь специалистов разных областей знаний к решению общечеловеческих проблем.
   Внедрение компьютерных коммуникаций повышает требования к устной и письменной речи (речевых умений), предусматривает умение пользоваться информационными ресурсами компьютерных технологий (диалог: "человек - компьютер", "человек - компьютер - человек").
   Компьютерные коммуникации имеют мощные коммуникативные возможности:
   1) мультимедийный связь, объединяющая голос, текст и видеоизображения, передаваемые по одной физической линии связи (переход от вербальной к графической коммуникации на наглядном, визуально-образном уровне. Существенным элементом такой коммуникации является выбор средства представления информации;
   2) гипермедиасистемы, стимулирующих внутренний диалог пользователя при условии, когда гипертекст (база данных, состоящая из текстовых и / или графических фрагментов, содержащих логико-смысловые или ассоциативные связи для перехода от одного узла к другому) сочетает в себе задачу в понимание и предметные микрозадачи. Эти виды деятельности, раскрывая способы мышления, способствуют сопоставлению разных позиций, побуждают к самостоятельному рассуждения, оценки высказанных гипотез, аргументов, принятия самостоятельных решений, анализа различных позиций, оценочных суждений;
   3) телекоммуникационные технологии (технологии передачи и получения информации с помощью глобальных компьютерных сетей), основанные на общении, сближении, стирании границ между отдельными социумами, свободном обмене мнениями, идеями, информацией участников совместного проекта. Основаны они на широких контактах с культурой разных народов, опытом человечества.


6. Методика изучения информационных технологий. Формирование представлений об области применения баз данных. Системы управления базами данных. Методика формирования навыков работы с СУБД: ввод и редактирование записей, сортировка и поиск записей.

И, наконец, содержательная линия "Информационные технологии". Освоение этой

содержательной линии является не только средством подготовки учащихся к жизни в ин-

формационном обществе и к будущей профессиональной деятельности, но и средством

практического закрепления и развития теоретической подготовки учащихся. Это наиболее

простая и наиболее доступная большинству учащихся часть курса информатики, составляющая основное содержание профильного курса информатики во многих образовательных учреждениях, оснащенных современными компьютерами.

При всей важности освоения технологий обработки текстовой, графической и числовой информации, освоения технологии поиска, хранения и сортировки информации,

мультимедийных технологий и технологий компьютерных коммуникаций главной целью

курса информатики является не профессиональная подготовка в этой области, а целый

комплекс учебно-воспитательных задач, таких, как: обеспечение прочного и сознательного овладения учащимися знаниями о процессах преобразования, передачи и использования информации и на этой основе раскрытие значения информационных процессов в формировании современной системно-информационной картины мира, выделение и раскрытие роли информационных технологий и компьютеров в развитии современного общества, привитие навыков сознательного и рационального использования компьютера в своей учебной, а затем и профессиональной деятельности.


"Информатика и информационные технологии" — предмет, востребованный во всех видах профессиональной деятельности и различных траекториях продолжения обучения. Подготовка по этому предмету на профильном уровне обеспечивает эту потребность, наряду с фундаментальной научной и общекультурной подготовкой в данном направлении.

Основными содержательными линиями в изучении данного предмета являются:

• информация и информационные процессы, информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) как средства их автоматизации;
  
• математическое и компьютерное моделирование;
  
• основы информационного управления.
  

При раскрытии содержания линии "Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) как средства их автоматизации" учащиеся осваивают базовые понятия информатики; продолжается развитие системного и алгоритмического мышления школьников в ходе решения задач из различных предметных областей. При этом эффективность обучения повышается, если оно осуществляется в ИКТ-насыщенной образовательной среде, где имеются соответствующие средства визуализации процессов, датчики, различные управляемые компьютером устройства. Содержание этого раздела обладает большой степенью инвариантности. Продолжается развитие системного и алгоритмического мышления на базе решения задач в среде языка программирования. Непосредственным продолжением этой деятельности является работа в практикумах.

Цели

Изучение информатики и информационных технологий в старшей школе на профильном уровне направлено на достижение следующих целей:

• освоение и систематизация знаний, относящихся к математическим объектам информатики; построению описаний объектов и процессов, позволяющих осуществлять их компьютерное моделирование; средствам моделирования; информационным процессам в биологических, технологических и социальных системах;
  
• овладение умениями строить математические объекты информатики, в том числе логические формулы и программы на формальном языке, удовлетворяющие заданному описанию; создавать программы на языке программирования по их описанию; использовать общепользовательские инструменты и настраивать их для нужд пользователя;
  
• развитие алгоритмического мышления, способностей к формализации, элементов системного мышления;
  
• воспитание культуры проектной деятельности, в том числе умения планировать, работать в коллективе; чувства ответственности за результаты своего труда, используемые другими людьми; установки на позитивную социальную деятельность в информационном обществе, на недопустимость действий, нарушающих правовые и этические нормы работы с информацией;
  
• приобретение опыта создания, редактирования, оформления, сохранения, передачи информационных объектов различного типа с помощью современных программных средств; построения компьютерных моделей, коллективной реализации информационных проектов, преодоления трудностей в процессе интеллектуального проектирования, информационной деятельности в различных сферах, востребованных на рынке труда.
  

Место предмета в учебном плане

Федеральный базисный учебный план для образовательных учреждений Российской Федерации отводит 280 часов для обязательного изучения информатики и информационных технологий на ступени среднего (полного) общего образования. В том числе в X классе — 140 учебных часов и XI классе — 140 учебных часов из расчета 4 учебных часа в неделю. В примерной программе предусмотрен резерв свободного учебного времени в объеме 30 часов (10%) для реализации авторских подходов, использования разнообразных форм организации учебного процесса, внедрения современных методов обучения и педагогических технологий, учета местных условий.

Общеучебные умения, навыки и способы деятельности

Примерная программа предусматривает формирование у учащихся общеучебных умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенции. В этом направлении приоритетами для учебного предмета "Информатика и информационные технологии" на этапе основного общего образования являются: определение адекватных способов решения учебной за дачи на основе заданных алгоритмов; комбинирование известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартное применение одного из них; использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации, включая энциклопедии, словари, Интернет-ресурсы и базы данных; владение умениями совместной деятельности (согласование и координация деятельности с другими ее участниками; объективное оценивание своего вклада в решение общих задач коллектива; учет особенностей раз личного ролевого поведения).

Требования к уровню подготовки выпускников

В результате изучения информатики и информационных технологий на профильном уровне ученик должен

знать

• логическую символику;
  
• основные конструкции языка программирования;
  
• назначение и области использования основных технических средств информационных и коммуникационных технологий и информационных ресурсов;
  
• базовые принципы организации и функционирования компьютерных сетей;
  
• нормы информационной этики и права, информационной безопасности, принципы обеспечения информационной безопасности;
  
• способы и средства обеспечения надежного функционирования средств ИКТ;
  

уметь

• выделять информационный аспект в деятельности человека; информационное взаимодействие в простейших социальных, биологических и технических системах;
  
• строить информационные модели объектов, систем и процессов, используя для этого типовые средства (язык программирования, таблицы, графики, диаграммы формулы и т.п.);
  
• вычислять логическое значение сложного высказывания по известным значениям элементарных высказываний;
  
• проводить статистическую обработку данных с помощью компьютера;
  
• интерпретировать результаты, получаемые в ходе моделирования реальных процессов;
  
• устранять простейшие неисправности, инструктировать пользователей по базовым принципам использования ИКТ;
  
• оценивать числовые параметры информационных объектов и процессов: объем памяти, необходимый для хранения информации; скорость передачи и обработки информации;
  
• оперировать информационными объектами, используя имеющиеся знания о возможностях информационных и коммуникационных технологий, в том числе создавать структуры хранения данных; пользоваться справочными системами и другими источниками справочной информации; соблюдать права интеллектуальной собственности на информацию;
  
• выполнять требования техники безопасности, гигиены, эргономики и ресурсосбережения при работе со средствами информатизации; обеспечение надежного функционирования средств ИКТ;
  

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

• поиска и отбора информации, в частности, относящейся к личным познавательным интересам, связанной с самообразованием и профессиональной ориентацией;
  
• представления информации в виде мультимедиа-объектов с системой ссылок (например, для размещения в сети); создания собственных баз данных, цифровых архивов, медиатек;
  
• подготовки и проведения выступления, участия в коллективном обсуждении, фиксации его хода и результатов;
  
• личного и коллективного общения с использованием современных программных и аппаратных средств коммуникаций;
  
• соблюдения требований информационной безопасности, информационной этики и права.
  

Методика обучения учащихся технологиии работы с базами данных и СУБД.
База данных создается для постоянного, активного использования хранящейся в ней информации. Прикладные программы или СУБД, обслуживающие базу данных, позволяют ее пополнять, изменять, осуществлять поиск информации, сортировку, группировку данных, получение отчетных документов и пр.
Изучаемые вопросы:
Области применения.
Изучение темы следует начать с описания области применения компьютерных информационных систем, с обоснования актуальности данного приложения компьютерной техники. Задачу можно сформулировать следующим образом: имеется большой объем данных о какой-то реальной системе объектов или событий. Необходимо организовать хранение этой информации таким образом, чтобы ее было удобно просматривать, пополнять, изменять, искать нужные сведения, делать любые выборки, осуществлять сортировку в любом порядке. Такой работой людям приходилось заниматься и задолго до появления компьютеров. Основным средством хранения данных была бумага. Данные хранились в виде списков в толстых журналах, папках, на картонных карточках. Тем не менее, если такая картотека содержит тысячи карточек, то, как бы совершенна ни была ее организация, обработка данных в ней – дело длительное и трудоемкое. В наше время решению описанных проблем помогают компьютеры.
Компьютерные информационные системы позволяют хранить большие объемы данных, осуществлять в них быстрый поиск, вносить изменения, выполнять всевозможные манипуляции с данными (группировать, сортировать и пр.). Следует привести примеры таких информационных систем. Например, система продажи железнодорожных и авиационных билетов. Основой всякой информационной системы является база данных – организованная совокупность данных на магнитных дисках. Ученики уже хорошо знают, что информация на дисках храниться в виде файлов. Поэтому первый вывод, который можно сделать относительно организации больших баз данных – это то, что они требуют больших объемов дисковой памяти.
Классификация баз данных. Базы данных классифицируются по разным признакам. По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. В фактографических БД храниться краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД – всевозможные документы.
Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные. Вся информация в централизованной БД храниться на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.
Третий признак классификации баз данных – по структуре организации данных. три способа организации данных: табличный, иерархический и сетевой. Базы данных, использующие соответствующий способ организации информации, называются реляционными (табличные БД), иерархическими и сетевыми БД.
В базовом курсе информатики рассматриваются лишь фактографические реляционные базы данных. Это связано не только с ограниченностью школьного курса, но и с тем фактом, что реляционный тип БД используется сегодня наиболее часто и является универсальным.
Структура однотабличной РБД. Таблица содержит информацию о некоторой системе объектов или событий. В разных строчках содержится информация о разных объектах описываемой системы, а столбцы соответствуют различным атрибутам этих объектов. В терминологии реляционных баз данных строки таблицы называются записями, столбцы – полями. Объяснение данного материала следует проводить на конкретных примерах. Следует подчеркнуть, что в базах данных каждая таблица должна иметь свое имя.
Основные представления, которые должны быть закреплены учениками:
- всякая таблица содержит в себе информацию о некоторой реальной системе (процессе) и, следовательно, является ее информационной моделью;
- всякая запись в таблице – информация о конкретном объекте (событии) данной системы;
- значение поля в каждой записи – это определенная характеристика (свойство, атрибут) объекта.
Основные понятия, связанные с записями и полями: главный ключ записи, имя поля, значение поля, тип поля.
Главный ключ – это поле или совокупность полей, которое однозначно определяет запись в таблице. Можно еще сказать так: главный ключ – это идентификатор записи. В базах данных слово «ключ» имеет несколько употреблений: ключ поиска – поле, по значению которого ищется запись в БД, ключ сортировки – поле, по значению которого происходит упорядочение записей. Поэтому идентификатор записей приходится называть главным ключом.
В большинстве случаев в базах данных используются 4 основных типа: символьный, числовой, дата и логический
В данном разделе впервые в курсе информатики ученики встречаются с логическим типом данных, с логическими величинами. Первое понятие о логической величине можно дать как ответ на альтернативный вопрос. Например: «Имеется ли данная книга в библиотеке?», Ответами на такие вопросы могут быть только «да» или «нет». Синонимами являются «истина», «ложь»; «true», «false».
Необходимо закрепить понятия «главный ключ», «имя поля», «тип поля» на серии заданий.
Задания первого типа: дано имя таблицы и перечень полей, требуется указать главный ключ и определить типы всех полей. Примеры из учебника:
БИБЛИОТЕКА(НОМЕР, АВТОР, НАЗВАНИЕ, ГОД, ПОЛКА)
ПОГОДА(ДЕНЬ, ОСАДКИ, ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ, ВЛАЖНОСТЬ)
ФАКУЛЬТАТИВЫ(УЧЕНИК, ГЕОЛОГИЯ, ЦВЕТОВОДСТВО, ТАНЦЫ)
Задания второго типа: определена предметная область базы данных; требуется озаглавить таблицу, определить имена полей и их типы, назначить главный ключ.
Программное обеспечение СУБД – система управления базами данных.
Для персональных компьютеров существует целый ряд СУБД реляционного типа. dBASE, FoxPro, Paradox; СУБД с русифицированными оболочками Карат и Ребус, работающие в операционной системе MS DOS. В состав пакета Microsoft Office входит реляционная СУБД Access, все чаще используемая в школе.
Существует два способа работы пользователя с базой данных: работа с помощью прикладных программ, заранее составленных программистом в среде СУБД и работа путем непосредственного взаимодействия с СУБД.
В различных системах различается способ взаимодействия пользователя с СУБД – пользовательский интерфейс. Есть два принципиально различных режима такого взаимодействия: посимвольный ввод команд и работа с диалоговой оболочкой. У всякой СУБД существует свой язык описания данных и язык манипулирования данными.
Любая команда – это информация, управляющая выполнением определенного вида работы. Она должна содержать все необходимые данные для этого. Обычно это имя команды и набор параметров. С методической точки зрения важно, чтобы ученики, выполняя любые действия с БД, понимали: какая отдается команда, какие параметры для ее выполнения должны быть сообщены системе.
Изучение конкретной СУБД следует проводить по стандартной методической схеме: «среда – режимы работы – система команд – данные».
Например, для СУБД Access различаются следующие основные режимы работы:
режим работы с таблицей: «Таблица», режим работы с запросами: «Запрос», режим работы с отчетами: «Отчет», режим работы с формами: «Форма» (режимы работы с макросами и модулями в базовом курсе не рассматриваются). В свою очередь, в каждом из отмеченных режимов есть подрежимы.
Основные типы решаемых задач Обозначим два уровня изучения: минимальный и углубленный. Задача первого уровня: дать общие представления о базах данных, научить работе с готовой БД: осуществлять поиск информации; сортировку, удаление и добавление записей. Дополнительные задачи второго уровня: познакомить с основами проектирования БД; научить создавать структуру и заполнять базу данных.
Первое понятие, которое должны усвоить ученики: база данных храниться в файле; чтобы начать с ней работать, необходимо открыть файл с БД. Затем учитель должен показать, как можно просмотреть на экране записи таблицы. Для этого должна быть заранее подготовлена демонстрационная база данных.
Представляя ученикам демонстрационную базу данных, необходимо обратить внимание на то, что наряду с самой таблицей в памяти компьютера хранится описание ее структуры, откуда пользователь может узнать параметры полей: имя, тип, формат и др. В СУБД Access это делается в режиме «Таблица – Конструктор».
Запросы на поиск данных. Поиск происходит по запросу пользователя. Здесь мы встречаемся еще с одной фундаментальной составляющей данной темы курса – с основами математической логики.
Переходя к работе с конкретной СУБД, учитель знакомит учеников с правилами формирования в ней команды запроса. Если отсутствует диалоговая оболочка и команды задаются посимвольным вводом, то нужно описывать синтаксис команд, обращая внимание на все детали.
В СУБД Access для создания запросов используется конструктор запросов. Формируемая команда оказывается скрытой от пользователя. Работа с конструктором требует определенных навыков, которые следует отрабатывать на упражнениях. Целесообразно поступать следующим образом: выполнение любого задания на поиск данных в БД начинать с записи в тетради команды на языке гипотетической СУБД, а затем, перейдя в режим создания запроса на выборку, соответствующим образом заполнить поля конструктора.
В СУБД Access используется своеобразный табличный способ представления условий поиска. В ячейках таблицы конструктора запросов записываются условия, накладываемые на значения соответствующих полей. Условия, стоящие в одной строке, должны выполняться одновременно, т.е. соединены между собой операцией И; условия в разных строках соединены операцией ИЛИ. Таблица играет роль фильтра при отборе записей из БД: сначала отбираются записи, удовлетворяющие условиям первой строки, затем к ним добавляются записи, удовлетворяющие условиям второй строки и т.д.
Запросы на удаление данных. Условия поиска в форме логических выражений используются и в командах удаления записей из таблицы. Команда имеет следующую структуру: удалить для <логическое выражение>
Запросы на сортировку. Здесь основными понятиями, которые должны усвоить ученики, являются «ключ сортировки» и «порядок сортировки». Ключ сортировки – это поле, по значению которого происходит упорядочение записей в таблице. Порядок сортировки имеет два варианта: по возрастанию значений ключа и по убыванию значений.
Если ключей несколько, то среди них устанавливается иерархия: первичный ключ, вторичный ключ и т.д. В первую очередь записи сортируются по значению первичного ключа; внутри группы записей с одинаковыми значениями первичного ключа происходит сортировка по вторичному ключу и т.д.

Конец формы


9. Методика изучения темы «Моделирование и формализация». Место моделирования в базовом курсе и его значение как метода познания. Методика введения понятия модели. Информационные модели. Формализация. Исследование на компьютере информационных моделей из различных предметных областей.


Линия «Формализация и моделирование» формирует системно-информационную картину мира в сознании учащихся, так как позволяет осознанно выделять в окружающей действительности отдельные объекты, видеть отношения между объектами, выделять их существенные признаки, классифицировать и объединять в множества, строить схемы, представлять одни объекты посредством других с целью их изучения, представления, изготовления или использования. Особое внимание следует уделить сущности компьютерного моделирования, выделить его достоинства и недостатки, рассмотреть на конкретных примерах.

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ»

В данной статье рассматривается подход к преподаванию содержательной линии «Моделирование и формализация» в базовом курсе информатики, связь основных понятий и тем.

Цель изучения содержательной линии «Моделирование и формализация» — формирование у учащихся системно-информационной картины мира через освоение основных понятий моделирования и решение исследовательских задач с помощью компьютера.

Основные понятия: объект, система, системный эффект, системный анализ, модель, моделирование, формализация.

Требования к уровню подготовки учащихся.

В результате изучения данной линии учащиеся должны: понимать:

• сущность информационного моделирования;

• необходимость формализации при моделировании;

знать:

• основные понятия раздела;

• об информационных моделях организации данных;

уметь:

• объяснять связи между элементами системы;

• выделять основное свойство системы;

• отличать модель от объекта в конкретной ситуации;

• выбирать наиболее эффективный способ хранения, представления и обработки данных с помощью компьютерной технологии.

Содержательная линия «Моделирование и формализация» — самая новая в курсе информатики, поэтому выделение в ее рамках основных понятий и разработка методики преподавания еще не завершены. Одним из направлений развития предмета «Информатика» является расширение данной линии наряду с линиями «Информация и информационные процессы» и «Представление информации» как составляющих теоретическую основу предмета. Изучение моделирования и формализации позволяет решить одну из задач курса информатики — формирование у учащихся системно-информационной картины мира, а основные понятия этой содержательной линии являются мощным аналитическим инструментарием на современном этапе развития предметного курса информатики. Актуальной проблемой сегодняшнего дня является построение базового курса информатики с опорой на основные понятия содержательной линии «Моделирование и формализация», что позволит не перегружать изучаемый материал лишней терминологией, связать воедино все содержательные линии и, что очень важно для учащихся, преодолеть противоречие между постоянной потребностью строить и использовать в процессе обучения информационные модели и неумением это делать.

В различных учебниках тема информационного моделирования занимает разное место. Первый учебник информатики под редакцией А. П. Ершова [3] знакомил учащихся с численным моделированием физических процессов в разделе «Роль ЭВМ в современном обществе. Перспективы развития вычислительной техники», причем сделано это было просто для расширения общего кругозора школьников. Понятия «модель» и «моделирование» использовались в контексте без объяснения их смысла.

А. Г. Кушниренко рассматривает в своем учебнике [8], в разделе «Моделирование и физический эксперимент», тот же подход к моделированию. Шагом вперед является введение неполного объяснения информационной модели — как набора величин, без описания отношений между ними. В качестве модели исполнителя выступает не только набор характеризующих его параметров, но и алгоритм его работы. Все это говорит об одностороннем рассмотрении информационного моделирования.

В учебнике А. Г. Гейна [2] понятие модели раскрывается полнее — рассмотренные задачи представляют самые разные области человеческой деятельности. Проблема решения задачи приводит к цепочке: задача — математическая формализация — перевод на язык программирования — компьютерный эксперимент — анализ результатов и в случае необходимости уточнение модели.

В современных учебниках наиболее полно данная линия раскрыта в учебнике информатики Н. В. Макаровой для IX класса [5]. Особенно удачной оказалась теоретическая часть изложения основ моделирования; практическая часть (т. е. примеры и задачи для практической работы) не вполне соответствует возрасту учащихся.

Практическая часть данной линии наиболее полно рассмотрена в задачнике-практикуме И.Г.Семакина и др. [б]. В учебнике тех же авторов «Информатика.

Базовый курс. 7—9 классы» [10] теория изложена очень кратко.

Какие понятия данной содержательной линии и в какое время следует изучать? Вот вопрос, который в первую очередь волнует учителя информатики.

Одно из основных понятий данной содержательной линии — «объект».

По учебнику Н. В. Макаровой для VI—VII классов [4] «объект — некоторая часть окружающего нас мира, которая может быть рассмотрена как единое целое». Далее рассматриваются объекты-предметы, имена объектов, свойства, действия объектов и над объектами, среда обитания объектов. Пожалуй, среда обитания объектов — это уже избыточная информация, когда говорится только об объектах-предметах. Лишь вскользь упоминается, что объектом можно считать продукты умственной деятельности человека. Остается без должного внимания замечательный пример — отрывок стихотворения А. Барто, где в качестве объектов можно рассмотреть «листопад» и «осень», тем самым расширив понятие объекта.

В соответствии с задачником-практикумом И.Г.Семакина [6] «объект — это то, о чем идет речь. Объектом может быть все, что угодно: дом, если мы говорим о доме, звезды, если мы смотрим на звездное небо, голод, если мы думаем о том, что проголодались». Необходимо несколько конкретизировать это объяснение для учащихся, не сужая его по содержанию. Если учитель информатики разделяет мнение о том, что содержательная линия «Моделирование и формализация» является связующей для всего курса, то понятие объекта вполне возможно вводить в начале VII класса, аналогично тому, как в физике вводится понятие физического тела: «Объектом можно считать предмет, процесс или явление, имеющее имя и воспринимаемое нами как единое целое» [9].

Далее следует разобрать примеры объектов-предметов (книга, человек, кошка и пр.), объектов-явлений (снег, гром, вулкан, молния и пр.), объектов-процессов (учеба, суд, выборы и пр.). Рассмотрение явлений и процессов как сложных объектов упрощает в дальнейшем восприятие основ системологии и элементов кибернетики.

Не следует упускать возможности логического перехода к идее формализации использованием заданий типа:

«Дайте имена объектам ...

а) выросшим на яблоне;

б) находящимся в библиотеке;

в) продающимся в «Детском мире»;

г) находящимся на рабочем столе Windows».

Путем рассуждений о том, что все основные объекты, находящиеся в библиотеке, имеют имя «книга», так как обладают общими признаками (существенными свойствами), можно подойти к основному тезису формализации — возможности разделения объекта и его обозначения, ведь мы говорим не о конкретной книге, а об объекте «книга» вообще, т. е. формально о любой книге. Здесь же уместно введение простейших схем, например:




Естественно, необходимо в дальнейшем опираться на вводимые понятия, изучая темы, относящиеся к другим содержательным линиям. Например, можно перейти к теме «Основные устройства компьютера», активно используя схемы, или к теме «Программное обеспечение компьютера», где понятие «объект» относится к файлу, папке, документу и т. д. Все это удачно реализовано в учебнике Н. В. Макаровой для VI—VII классов [4].

Переход к понятию «система» может быть достаточно простым. На протяжении одного-двух лет обучения учащиеся оперируют понятием «объект» в самых разных контекстах, теперь следует связать объекты в систему. На наш взгляд, это следует делать после изучения основ алгоритмизации, где продолжается изучение формального описания действий объекта-исполнителя (также формального).

У Н. В. Макаровой переход к моделированию происходит без рассмотрения основ системологии в отличие от подхода И.Г.Семакина, в котором простые и сложные объекты анализируются как системы. «Система — это целое, состоящее из элементов, взаимосвязанных между собой» — такое объяснение дается в задачнике-практикуме И.Г.Семакина [6], а далее следует хорошая подборка задач, посильная для учащихся VII—IX классов.

Объясняя понятие «система», можно сделать акцент на приоритет логических связей между объектами системы, тогда объяснение этого понятия может быть таким: «Множество объектов, логически связанных между собой, образуют систему». Акцент на логические связи не случаен, ведь задачей изучения основ системологии в курсе информатики является анализ систем различной природы, нахождение и объяснение связей между элементами систем с целью управления информационными процессами, в них протекающими, а также выделение основного свойства любой системы — возникновение «системного эффекта». Логические взаимосвязи элементов системы — это продуманная структура будущей системы. У И. Г. Семакина «структура — это определенный способ объединения элементов, составляющих систему». Разная структура — разные свойства — разное назначение систем, состоящих из одинаковых элементов. Например, куча кирпичей или блоков не система, так как нет связей. Кирпичный (блочный) дом — сложный объект, можно считать системой. Элементами системы являются кирпичи или блоки. Логическую взаимосвязь (структуру) продумал архитектор. Из тех же элементов можно получить другие системы — церковь, гараж и пр.

Другой пример явных логических связей объектов системы: периодическая система химических элементов структурирована наглядно в виде таблицы, но в виде целого существует только как табличная информационная модель.

Рассмотрение таких систем, как файловая, государственной власти, система образования, и других в виде структурных схем позволит заложить у учащихся основы системно-структурного взгляда на мир. Переход в дальнейшем к любой теме курса информатики вполне обоснован, так как мы изучаем системы в различных проявлениях (компьютер, системы программирования) и информационные процессы, в них протекающие (представление и обработку графической, текстовой и числовой информации).

Основы системологии хорошо проработаны в учебных пособиях для начального курса информатики авторского коллектива под руководством А. В.Горячева [7]. При переходе к базовому курсу наработанные навыки систематизации теряются. И это вместо того, чтобы развивать их и перейти к профильному изучению информатики любого направления в старших классах, где эти навыки необходимы для эффективной организации учебного труда, а также для понимания объектно-ориентированной парадигмы программирования.

Прежде чем перейти к теме моделирования более широко (в рамках линии «Основы алгоритмизации» учащиеся познакомились лишь с математической моделью как одним из необходимых шагов формализации), т. е. рассмотреть теоретические основы моделирования, можно познакомить учащихся с элементами кибернетики. В настоящее время этой теме уделено немного внимания в учебниках информатики И.Г.Семакина [10] и Н. Д. Угриновича [11].

В учебнике И.Г.Семакина [10] тема «Информация и управление» идет после изучения баз данных и баз знаний как мотивация к изучению темы «Основы алгоритмизации и программирования». Практика показала, что с элементами кибернетики лучше знакомить после изучения алгоритмизации и программирования, когда накоплено достаточно примеров взаимодействия между объектами системы. Вместе с учащимися можно проанализировать различные виды алгоритмов (линейный, разветвленный, циклический), реализованных в виде команд по управлению объектом или системой, приводящих к заранее поставленной цели, оценить ее эффективность. А предшествующее изучение темы «Основы системологии» позволит учащимся легко выделять связи (прямые и обратные) между объектами системы. Знакомство с элементами кибернетики мотивирует изучение основ моделирования и формализации, так как часто учащиеся не удовлетворены ответом на вопрос о цели моделирования как методе научного познания окружающего мира, а цель изучения этого метода как инструментария нахождения эффективного решения поставленной задачи функционирования системы учащимся IX класса уже понятна и вполне удовлетворяет.

Обсуждение с учащимися проблемы исследования сложных объектов или систем (гроза, вулкан) приведет к пониманию сложности или полной невозможности процесса исследования непосредственно объекта. Таким образом учащимся объясняется цель моделирования и вводится понятие модели. Разговор о моделях следует вести в режиме диалога, развивая те представления, которые уже есть у учащихся на интуитивном уровне. Определение модели может быть таким: «Модель — это упрощенное подобие реального объекта или процесса, содержащее существенное свойство данного объекта».

Чтобы определить, какие свойства будут являться существенными, необходимо провести системный анализ, т. е. определить цель моделирования для конкретного случая, структуру и внешний вид будущей модели.

Необходимо сделать акцент именно на цель моделирования, поскольку она определяет те свойства оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Если помнить, что по определению объект — это не только предмет, но и процесс или явление, то и примеры моделирования должны быть соответствующими. Умение выделять отношение «объект—модель» в конкретной ситуации может оказаться полезным в будущем.

Например, можно предложить учащимся такое задание:

«Выделите отношения «объект—модель» в следующих цепочках:

1. Автомобиль — фото автомобиля — детальный чертеж автомобиля.

2. Самолет — ураган — аэродинамическая труба, создающая аналогичные условия для полета.

3. Человек — сердце — кардиограмма».

Примеры должны помочь учащимся прийти к выводу, что один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.

Далее подходим к основной классификации моделей: материальные и информационные модели.

Понятие информационной модели лучше сразу дать по учебнику С. А. Бешенкова,.Е.А.Ракитиной [1]: «Информационная модель — это описание моделируемого объекта на одном из языков кодирования информации». Здесь очевидна связь данной линии с линиями «Информация и информационные процессы» и «Представление информации».

В развитие темы информационных моделей вводится понятие формализации — из того же учебника: «Формализация — приведение существенных свойств и признаков объекта моделирования к выбранной форме».

Закрепление элементов формализации отрабатывается на примерах представления информационной модели в различных ее формах; в виде рисунка, схемы, таблицы, чертежа, формулы, словесного описания, программы и пр.

Здесь же можно ввести классификацию моделей по временному фактору: один и тот же объект можно изучать, используя как статическую, так и динамическую модель. Например, необходимые чертежи для строительства дома — это статическая информационная модель. А расчеты и графики, отражающие состояние дома через несколько лет после взаимодействия с ветрами, снегами и прочими природными явлениями, можно считать динамической информационной моделью.

Рассмотрение трех моделей организации данных позволит связать изученное в базовом курсе с дальнейшим изучением информатики в виде профильного или углубленного курса.

Данных об одном объекте (системе) накапливается со временем столько, что необходимо определить способ их хранения и представления. Существуют три модели организации данных: реляционная (табличная), иерархическая, сетевая.

Реляционная модель представляет информацию об объекте в строках и столбцах прямоугольной таблицы. Программы, позволяющие реализовать этот способ хранения и представления данных, — Excel, Access.

Иерархическая модель представляет систему в виде структурной схемы (граф, блок-схема), где объекты располагаются по уровням с фиксированными связями между уровнями.

Сетевая модель отличается от иерархической типом связей между уровнями — здесь они свободные. Примером сетевой модели организации данных может служить структура организации глобальной сети Интернет.

После повторения в старшем звене теоретических основ моделирования уместен переход к графам, разумеется, в объеме не более чем подборка задач в двухтомнике И. Г. Семакина [6]. С блок-схемами учащиеся знакомы по линии «Основы алгоритмизации и программирования». Схема моделей организации данных позволяет рассмотреть взаимосвязь моделирования и других тем курса информатики.

К представленной схеме организации данных можно возвращаться многократно, повторяя и дополняя ее. Она связывает тему математического и компьютерного моделирования с табличным представлением данных (Excel), базами данных (Access), основами системологии (модели на графах), элементами теории управления, телекоммуникациями (локальные и глобальные сети).


10. Методика знакомства с языком программирования (на примере языка Pascal или ШАЯ).


В процессе развития информатики как прикладной науки появились разные подходы к программированию. Курс "Программирование" призван содействовать знакомству студентов с различными парадигмами проектирования и разработки программного обеспечения. Он важен с той точки зрения, что, являясь составной частью подготовки учителя информатики, способствует развитию алгоритмического мышления, навыков программирования студентов.

Цель дисциплины: изучение методов программирования для овладения знаниями в области технологии программирования; подготовка к осознанному использованию как языков программирования, так и методов программирования.

Воспитательной целью дисциплины является формирование у студентов научного, творческого подхода к освоению технологий, методов и средств производства программного обеспечения.

Основные задачи курса программирования на основе структурного и объектно-ориентированного подхода:

• знакомство с методами структурного и объектно-ориентированного программирования как наиболее распространенными и эффективными методами разработки программных продуктов;
  
• обучение разработке алгоритмов на основе структурного и объектно-ориентированного подхода;
  
• закрепление навыков алгоритмизации и программирования на основе изучения языка программирования Object Pascal;
  
• знакомство с основными структурами данных и типовыми методами обработки этих структур;
  
• создание практической базы для изучения других учебных дисциплин, таких, как "Численные методы", "Компьютерное моделирование" и др.
  

Отбор материала основывается на необходимости ознакомить студентов со следующей современной научной информацией:

• о парадигмах программирования (императивной, функциональной, логической);
  
• о технологиях программирования (структурной, модульной, объектно-ориентированной);
  
• об аспектах формализации синтаксиса и семантики языков программирования.
  

Содержательное наполнение дисциплины обусловлено общими задачами в подготовке учителя математики и информатики.

Изучение дисциплины базируется на знании математических дисциплин и общего курса информатики.

Концепция дисциплины основана на том, что эта дисциплина имеет общеобразовательный и в определенной степени мировоззренческий характер и предназначена для формирования учителя математики и информатики с широким научным кругозором.

Научной основой для построения программы данной дисциплины является теоретико-прагматический подход в обучении.