С какими основными свойствами ос должны быть ознакомлены учащиеся

Важной задачей для учителя является сообщение учащимся сведений об организации файловой системы и формирование навыков работы с ней. Под файловой сис темой понимают раздел ОС, который предназначен для обслуживания файлов – чтения, записи, копирования на дисковых носителях. На вводных занятиях по этой теме учащиеся должны получить представления об организа ции файлов и возможностей работы с ними. На последую щих практических занятиях необходимо предусмотреть виды работы, требующие от учащихся умений работать с дисками и файлами. Следует стремиться сформировать прочные навыки работы с файловой системой, что позво лит в последующем выиграть время и избежать массы не приятностей, связанных с «потерей файлов» и их поиска ми.

В конце изучения функций операционной системы учителю следует остановиться на принципе управлении внешними устройствами компьютера. Для этого в состав ОС включают специальные программы, управляющие ра ботой внешних устройств. Эти программы называют драй верами. Для каждого типа внешнего устройства и каждой конкретной модели имеется свой драйвер, который, обычно, поставляется с ним. Современные версии ОС Win dows автоматически подбирают необходимый драйвер из своей библиотеки и устанавливают его, но иногда пользо вателю приходится делать это самостоятельно.

1.Составьте перечень вопросов по теме «Программное обеспечение ЭВМ».

2.С какими основными свойствами операционных систем должны быть ознакомлены учащиеся?

261

3. Какую аналогию можно использовать при изучении по нятия интерфейс пользователя?

262

Глава 9. Методика обучения информацион­ ному моделированию и алгоритмизации

В образовательном стандарте и примерной про грамме курса «Информатика и ИКТ» для основной школы тема, относящаяся к моделированию, стоит после темы «Алгоритмы». Такой порядок изучения отличается от при нятого в стандартных учебниках по базовому курсу и в ме тодических пособиях, где принят обратный порядок. Логи ка изложения базового курса и степень трудности учебно го материала говорят о том, что вначале лучше изучать модели, а затем изучать алгоритмы и сразу после этого – основы программирования. В такой последовательности базовый курс изложен в учебнике [26]. Моделирование является теоретической основой базового курса информа тики, выступает важным методом научных исследований, средством решения широкого класса информационных задач. Поэтому вначале рассмотрим методику изучения информационного моделирования, а затем – алгоритми зации и программирования.

9.1. Содержание образования по линии инфор­ мационногомоделирования

Основным содержанием обучения по этой линии яв ляется изучение информационных моделей. По этой теме

вбазовом курсе изучаются следующие вопросы:

•моделирование как метод познания;

•модели материальные и информационные;

•информационное моделирование;

•формализация информационных моделей;

•типы информационных моделей.

263

Основное содержание темы – это понятие модели и основных типов моделей. Если преподаватель располагает дополнительным временем, то следует познакомить уча щихся с такими понятиями как: «граф», «структура», «сис тема», и с представлениями об объектно информационном типе моделей.

Линия моделирования является теоретической осно вой курса информатики, так же как и линия информации и информационных процессов. Однако эта линия тесно свя зана с другими линиями курса. Технологические приемы обработки информации и соответствующие программные средства можно рассматривать как инструменты для рабо ты с различными информационными моделями. В базо вом курсе изучаются только начальные понятия, относя щиеся к информационному моделированию, и показыва ются возможности, которые даёт для этого применение компьютерных технологий.

Современный подход к моделированию в базовом курсе информатике отличается значительной широтой. Темы алгоритмизация и программирование тоже считают ся непосредственно относящимися к моделированию. Та ким образом, моделирование является сквозной линией для многих разделов базового курса информатики.

Отдельные темы в базовом курсе изучаются в раз личном объёме:

•натурные модели рассматриваются лишь при введе нии понятия модели;

•информационные модели изучаются подробно и классифицируются;

•моделирование знаний лишь упоминается, что свя зано как со сложностью данного вопроса, так и ма лой разработанностью его в науке;

264

•подробно рассматривается классификация моделей на графические, вербальные, табличные, математи ческие и объектно информационные.

Что касается моделирования знаний, то оно относит ся к сфере искусственного интеллекта, изучение которого в базовом курсе информатики пока проблематично. Тем не менее, нужно сообщить учащимся, что с искусственным интеллектом они сталкиваются в следующих случаях: когда автоматически выполняется проверка орфографии в на бранном на компьютере тексте, когда делают машинный перевод, когда работают с обучающими и контролирую щими программами. Эти сведения существенно расширя ют кругозор учащихся, способствуют систематизации зна ний и профориентации.

9.2. Методическиеподходы к введению пред­ ставлений об информационных моделях и мо­ делировании

Существующие учебники информатики уделяют мо делированию различный объём внимания. Так, в учебнике И.Г. Семакина [26] этой теме отведено 6 страниц, а в учеб нике А.Г. Кушниренко [24] – 33 страницы.

Изучая данную тему необходимо остановиться на рассмотрении общих понятий моделирования, особенно на тех из них, которые носят методологический характер и связаны с понятием системного анализа. Этот материал является весьма трудным для учащихся 7–9 классов из за своей высокой степени абстракции, что требует примене ния учителем адекватных методов и средств обучения. Методисты предлагают изучать вопросы информационно го моделирования на трёх уровнях подробности: мини

265

мальном, дополненном и углублённом [6].

На минимальном уровне в базовом курсе вначале рассматривается система основных понятий темы. В боль шинстве случаев учителю можно использовать метод обу чения – беседу. Понятие модели знакомо большинству де тей и они могут самостоятельно привести примеры раз личных моделей. Рассматривая примеры моделей необ ходимо подвести учащихся к определению того, что мо дель – это некоторое упрощённое подобие реального объекта. Что в модели повторяются лишь те свойства ре ального объекта, которые необходимы для её будущего использования. Пример – существуют различные модели человека, используемые для соответствующих целей: ске лет в кабинете анатомии, манекен в магазине готовой одежды, манекен в швейном ателье и т.п.

Затем следует рассмотреть цель моделирования, ко торая состоит в назначении будущей модели. Именно цель определяет те свойства оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Далее необходимо перейти к рассмотрению того, что моделироваться могут не только материальные объекты, но и различные процессы. Поэтому моделирование следу ет понимать в более широком смысле. Например, синоп тики моделируют на мощных компьютерах атмосферные процессы и дают прогноз погоды, физики в лабораториях моделируют различные физические процессы, авиацион ные конструкторы используют аэродинамическую трубу для моделирования процесса обтекания воздушным пото ком модели самолета.

Рассмотрев цепочку понятий «объект моделирова ния – цель моделирования – модель», следует перейти к рассмотрению информационных моделей. Под информа

266

ционной моделью понимают описание объекта модели рования. Другими словами – информационная модель это информация об объекте моделирования.

Важным моментом при рассмотрении является показ учащимся того, что моделирование является мощным спо собом познания окружающей действительности, а метод моделирования считается фундаментальным методом на учного познания. Поэтому моделирование определяют как метод познания, состоящий в создании и исследова нии моделей.

9.3. Методика изучения информационных мо­ делей и формализации

Материал этой темы достаточно абстрактен для уча щихся 7–9 классов, поэтому целесообразно подойти к классификации моделей по формам представления ин формации, так как модель это информация об объекте. Форма модели будет зависеть от цели её создания. Тогда формами информационных моделей будут:

•словесные или вербальные;

•графические;

•математические;

•табличные.

На рис. 9.1 показана структура процесса моделиро вания и основные типы информационных моделей. Уча щимся следует на примерах показать, что для описания одного и того же объекта могут использоваться несколько различных моделей. Например, карты поверхности Земли бывают: физические, политические, климатические и др. И наоборот, одна и та же модель может использоваться для описания и исследования различных объектов – например, уравнения движения материальной точки в механике ис

267

пользуется для описания движения камня, автомобиля, поезда, планет.

На углублённом уровне изучения можно рассмотреть такие понятия, как «система», «структура», «графы», «се ти», «системный анализ». Это позволит учителю подойти к решению важной задачи развития системного мышления учащихся. Для чего необходимо решать задачи на систе матизацию различных данных, приведённых в вербальной форме, и приведение их к представлению в табличной или графовой форме. Например, составить родословную семьи и представить её в виде графа (родословного дерева).

268

Объект

моделирования

Цель моделирования

Построение модели по алгоритму

вербальные графические математические табличные

Рис. 9.1. Структура моделирования и типы моделей

Рассматривая понятие формализации, учителю вна чале следует остановиться на том, что для построения ин формационных моделей используются самые различные способы и инструменты. Для создания вербальных моде лей обычно используют естественные языки и рисунки. Но этих средств часто недостаточно для построения таких мо делей, которые позволяли бы производить их исследова ние с привлечением математических методов и получения

269

количественных характеристик. Поэтому математики, фи зики, химики уже давно создают математические модели объектов, явлений и процессов. В математических моде лях для описания используются математические понятия, алгебраические формулы, геометрические фигуры, т.е. специальный, так называемый, формальный язык. Приме ром формальных языков является известные учащимся язык химических формул, нотная грамота и даже смайли ки, которыми они пользуются при передаче текстовых со общений по мобильному телефону.

После такого рассмотрения, можно сформулировать определение понятия формализация. Формализация – это процесс построения информационной модели с по мощью формальных языков. Формализованные модели позволяют, во многих случаях, прейти к математическим моделям, рассчитывать их на компьютере и получать ко личественные результаты.

Затем на примерах можно продемонстрировать, как осуществляют визуализацию формальных моделей для их наглядного представления с помощью различных средств, в частности, компьютерной графики. Например, для пред ставления алгоритмов используют блок схемы; для моде лей электрических цепей, которые учащиеся собирают на лабораторных работах по физике, используют электриче ские схемы.

В конце изучения данной темы следует провести сис тематизацию и обобщение знаний и предложить для рас смотрения схему, на которой показана структура основных понятий.

270

9.4. Содержание обучения по линии алгоритми­ зации

Алгоритмизация как часть программирования явля ется основным, центральным элементом содержания кур са информатики. Однако объём её изучения в базовом курсе остается дискуссионным, что связано как с важно стью осуществления фундаментализации курса, так и с не обходимостью проведения профориентации на профессию программиста. Поэтому изучение алгоритмизации имеет два аспекта: развивающий и программистский. Развиваю щий аспект связан с необходимостью развития алгоритми ческого мышления учащихся как необходимого качества личности современного человека. Программистский ас пект носит преимущественно профориентационный харак тер и связан с необходимостью показа учащимся содержа ния деятельности программистов. Учащиеся должны полу чить представление о том, что такое программа и языки программирования, как создаются программы, как рабо тают с современными системами программирования.

Структуру раздела по изучению программирования можно видеть на рис. 9.2, а структура раздела алгоритми зации показана на рис. 9.3.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Рис. 9.2. Структура изучения раздела «Программирование»

271

В образовательном стандарте базового курса по информатики и ИКТ основное содержание по линии алго ритмизации определяется через следующие понятия:

•алгоритм, свойства алгоритма, способы записи алго ритмов;

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

•компьютер как формальный исполнитель алгорит мов;

•основные алгоритмические конструкции (следова ние, ветвление, повторение);

272

•разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм;

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

В базовом курсе указанные понятия изучаются в раз личном объёме. В младших и средних классах подробно изучаются графические учебные исполнители, что можно делать, в значительной мере, без использования компью тера. В первоначальном варианте школьного курса ин форматики алгоритмизация была главной задачей и ос новным содержанием обучения. В настоящее время лишь

вучебнике А.Г. Кушниренко [24] две трети объёма мате риала посвящены этому, а в остальных – основной акцент делается на изучение компьютера, программного обеспе чения и информационных технологий.

9.5. Методическиеподходы к изучению алго­ ритмизации

Как уже отмечалось выше, основным необходимым качеством программиста является развитое алгоритмиче ское мышление. С середины 1980 годов основной задачей обучения информатике было формирование алгоритмиче ской культуры учащихся. Поэтому раздел алгоритмизации является хорошо разработанным в базовом курсе. Обуче ние алгоритмизации имеет две стороны:

•обучение структурной методике построения алго ритмов;

•обучение методами работы с величинами.

При изучении тем: «Программный принцип работы ЭВМ» и «Информация и управление» учащиеся знакомятся

спонятиями алгоритма и исполнителя алгоритмов. В пер

274

вом учебнике по информатике (Основы информатики и вычислительной техники: Пробное учеб. пособие для сред. учеб. заведений: В 2 ч. / Под ред. А.П. Ершова и В.М. Мо нахова, – М.: Просвещение, 1985–1986.) алгоритмизации отводилось центральное место, а в качестве исполнителя алгоритма выступал человек. Такой прием давал возмож ность формировать понятие формального исполнителя ал горитма, позволял учащимся ощутить себя исполнителем алгоритма и находить ошибки в алгоритмах. В то время это обеспечивало изучение информатики в безмашинном ва рианте.

Однако ещё в конце 1960 годов американским педа гогом и программистом С. Пейпертом для обучения детей алгоритмизации был разработан специальный учебный язык программирования ЛОГО, в состав которого входил исполнитель Черепашка, позволявший изображать на эк ране компьютера чертежи и рисунки, состоящие из отрез ков прямых линий. Система команд Черепашки включала в себя команды: вперед, назад, налево, направо, поднять хвост, опустить хвост (Черепашка рисует хвостом, когда он опущен). Язык ЛОГО имел основные структурные ко манды и позволял обучать структурной методике про граммирования. Большим методическим достоинством исполнителя Черепашка являлась его наглядность в про цессе выполнения команд.

Группой академика А.П. Ершова для обучения про граммированию был разработан язык Робик, в котором использовалось несколько различных исполнителей. Дальнейшее развитие идей академика А.П. Ершова по обучению алгоритмизации нашло в учебнике А.Г. Кушни ренко, в котором основным методическим приёмом стало использование учебных исполнителей – Робота и Чертеж

275

ника. Робот предназначен для перемещения по полю из клеток с разными стенками и выполнению при этом раз личных заданий: закрашивать клетки, измерять темпера туру и радиацию. Причем Робот управляется компьюте ром, который подает ему управляющие команды, и полу чает от него ответы на запросы о текущей обстановке. Та ким способом осуществляется идея обратной связи, что позволяет создавать для управления работой исполнителя алгоритмы сложной структуры, содержащие циклы и ветв ления.

Чертежник предназначен для выполнения в системе координат чертежей, графиков, рисунков, состоящих из прямолинейных отрезков. Его работа во многом подобна действиям Черепашки.

Языком описания для этих исполнителей является учебный алгоритмический язык (АЯ), основы которого раз работал академик А.П. Ершов. В 1980 годах для учебных целей был создан язык Рапира. Под руководством Г.А. Звенигородского была разработана первая отечественная интегрированная система программирования «Школьни ца», ориентированная на обучение школьников. В 1987 году в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова была создана учебная среда программи рования на основе АЯ, которая затем была интегрирована в широко известный пакет учебного программного обес печения КуМир.

Вучебнике А.Г. Кушниренко компьютер рассматри вается как универсальный исполнитель алгоритмов, для которого предлагаются типовые задачи по обработке чис ленной и символьной информации.

Вучебнике А.Г. Гейна [27] линия алгоритмизации рассматривается по двум линиям – это использование

276