Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии "Моделирование и формализация"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учебно-методический комплекс изучения содержательной лини «Моделирование и формализация»

Оглавление

Глава I.Теоретические основы создания учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

1.1 Учебно-методический комплекс

1.2 Содержательные линии информатики

1.3 Содержательная линия информатики «Моделирование и формализация

Глава II. Разработка и проектирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

2.1 Методика изучения содержательной линии «Моделирование и формализация»

2.2 Проектирование и разработка учебно-методического комплекса

2.2.1 Предпосылки и условия возникновения электронных учебно-методических комплексов

2.3 Конструирование учебно-методического комплекса

2.3.1 Конструирование содержания информационного модуля

2.3.2 Конструирование содержания операционного модуля

2.4 Конструирование учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

Заключение

Литература

Введение

информатика методический моделирование формализация

Современный этап развития школьной информатики однозначно характеризуется как этап смены парадигм. Изжила себя идея введения основ информатики в школу как средства обеспечения «компьютерной грамотности молодежи». Компьютерная грамотность с позиций современного понимания целей и ценностей школьного образования уже не может рассматриваться как приоритетная задача изучения информатики в школе. Растущие объемы и необходимость ускорения информационной работы делают насущной ее автоматизацию. Для этой цели используются компьютеры, в том числе и персональные, и умение применять их в качестве инструмента в своей интеллектуальной деятельности становится одним из основных умений всех членов информационного общества независимо от их профессии.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью изучения основ информатики и информационных технологий, прежде всего с огромным общеобразовательным потенциалом данного в плане формирования у учащихся информационно-коммуникационных компетенций (умений сравнивать преимущества и недостатки различных источников информации, выбирать соответствующие технологии поиска информации, создавать и использовать должные модели и процедуры изучения и обработки информации и т.п.). Все это требует новых подходов к преподаванию базового курса информатики с учетом современных тенденций развития содержания и методики его преподавания в контексте интеграции учебных дисциплин.

Здесь есть определенный повод для беспокойства. Многие учителя «с чистой совестью» фактически подменяют курс информатики изучением информационных технологий, мотивируя прикладной значимостью последних, другие -- программированием (тоже важно для подготовки учащихся в технический вуз), третьи «не успевают» познакомить учащихся с основами логики или рассказать о компьютерных коммуникациях и т.п. Ситуация, разумеется, недопустимая для общеобразовательного предмета, входящего в федеральный компонент Базисного учебного плана.

Применение современных информационных технологий в обучении является одной из наиболее важных и устойчивых тенденций развития мирового образовательного процесса, что является закономерным проявлением информатизации всех сфер человеческой деятельности. В качестве одной из сторон процесса информатизации образования можно рассматривать подготовку пользователя, знающего возможности и сферу применения ИТ, умеющего использовать компьютер в учебной, а затем и профессиональной деятельности.

Одной из наиболее заметных тенденций в развитии школьного курса информатики является увеличение места информационных технологий в ее содержании. В обязательном минимуме содержания школьной информатики в числе изучаемых прикладных средств компьютерных информационных технологий перечислены: текстовые и графические редакторы, базы данных, электронные таблицы, средства компьютерных телекоммуникаций, технологии мультимедиа. Указанные средства относят к прикладному программному обеспечению общего назначения, владение которыми на сегодняшний день определяет общий уровень информационной культуры человека независимо от направления его профессиональной деятельности.

На первый план, как считает руководитель лаборатории теории и методики обучения информатики ИОСО РАО, д.п.н. С.А. Бешенков, должна выходить «подготовка не технолога-исполнителя, умеющего действовать по заранее заданным технологиям, а аналитика-технолога, умеющего создавать технологии, приспосабливать их к новым условиям». По его мнению, основы информатики в ее мировоззренческом понимании, и информационные технологии являются двумя сторонами единого целого, содержание которого может быть охвачено предметом «Основы информатики и информационных технологий».

Проблема исследования определяется противоречием между необходимостью совершенствования методики изучения содержательных линий информатики и наличием устаревших методик, которые на сегодняшний день не актуальны.

Для устранения данного противоречия многие учителя пытаются выбирать в качестве основы для построения содержания курса информатики конкретные средства и информационные технологии, разрабатывают авторские учебно-методические комплексы в поддержку своих курсов.

Таким образом, тема данного исследования Учебно-методический комплекс изучения содержательной линии «Моделирование и формализация».

Целью исследования является разработка учебно-методического комплекса для изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Объект исследования - процесс изучения образовательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Предметом исследования являются содержание, методы, методика обучения применению учебно-методического комплекса в образовательной линии информатики «Моделирование и формализация».

Гипотеза исследования - обучение учащихся по образовательной линии информатики «Моделирование и формализация» будет более эффективной, если обучение проводить на основе современной методики и использовать при этом учебно-методический комплекс.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:

- изучить учебно-методическую и научную литературу по теме исследования;

- проанализировать имеющиеся методики изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация»

- разработать информационно-компьютерную среду для реализации учебно-методического комплекса.

Методологической основой исследования служат работы, посвященные исследованиям в области содержательной линии информатики «Моделирование и формализация» Бешенкова С.А., Ракитиной Е.А., Кузнецова А.А., Лапчика М.П., Стариченко Б.Е, Фридланда А.Я., Кюршунова А.С., Хмельниковой О.П., Парминов Е.А., Островской Е.М., Могилева А.В., Соловьевой А.Ф., Самылкиной Н.Н., Макаровой Н.В., Титовой Ю.Ф. и многих других ученых.

В ходе проведения исследования для решения поставленных задач предполагается использовать следующие методы: сравнение, анализ, опрос, наблюдение, проведение анкетирования, тестирования студентов, и статистическая обработка результатов исследования.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке и обосновании возможности изучения содержательной линии информатики «Моделирование и формализация» на основе использования учебно-методического комплекса.

Практическая значимость заключается в том, что разработанная информационно-компьютерная среда может быть использована учителями, ведущими занятия по информационным технологиям в рамках школьного курса информатики.

Глава I Теоретические основы создания учебно-методического комплекса содержательной линии «Моделирование и формализация»

1.1 Учебно-методический комплекс

Существует несколько подходов к пониманию термина учебно-методический комплекс (УМК): традиционный - в котором он рассматривается, как система учебно-методических материалов, призванных помочь провести учебный процесс более эффективно и новый подход, в котором УМК это средство самой организации учебного процесса. В этом случае в УМК входят материалы не только помогающие учебному процессу, но и документы, описывающие сам процесс. Например, документы, структурирующие и описывающие способы структурирования содержания, документы, регламентирующие различные способы и формы контроля, их протяженность во времени и объем, документы, определяющие ресурсное обеспечение процесса. По сути, при таком подходе УМК превращается в основной документ, регламентирующий весь учебный процесс, в комплекс входят все материалы и документы, касающиеся учебного процесса. Необходимое условие создания такого комплекса его системность, все его компоненты должны быть взаимосвязаны и взаимозависимы. Возможно, такой подход к организации учебного процесса закладывает новую технологию обучения или правильнее будет сказать новую технологию организации обучения.

Основная проблема современного высшего образования это организация самостоятельной работы студента. Огромные информационные ресурсы, ставшие широко доступными в последние годы заставляют значительно пересмотреть традиционную роль преподавателя как основного источника и ретранслятора знаний. В новой, только формирующейся, образовательной парадигме его роль иная. Преподаватель в первую очередь организатор процесса, его технолог и мотиватор.

Основа современного образования - самостоятельная работа и это не дань моде, это реалии нашего времени. Причин тому множество: это и распространение всеобщего высшего образования, и вступление в эпоху информационного общества, и серьезнейшие экономические причины. Но очевидно, что самостоятельная работа это серьезный и сложно организуемый процесс, который должен заканчиваться конкретными, измеряемыми результатами. Учебно-методические комплексы это средство позволяющее достичь указанных выше результатов, органично встроить самостоятельную работу в общую канву учебного процесса, структурировать ее и определить мотивации.

Необходимо отметить, что существует два типа учебно-методических комплексов это УМК дисциплины и УМК специальности (направления). Эти комплексы, при сохранении общности подходов, довольно сильно различаются содержательно. Приведем обобщенные списки документов входящих в УМК (по материалам положений различных вузов).

Учебно-методический комплекс специальности.

Учебно-методический комплекс специальности представляет собой совокупность взаимосвязанных учебно-методических документов и материалов.

Основой УМКС является Государственный общеобязательный стандарт высшего профессионального образования по специальности.

Учебные планы разного назначения и формата.

Общая рабочая программа специальности, раскрывающая содержание подготовки специалистов в логической последовательности, базирующаяся на взаимосогласованных рабочих учебных программах дисциплин, методическая концепция их преподавания и изучения.

Планы непрерывной подготовки по фундаментальным дисциплинам, раскрывающих конкретные пути и методы использования аппарата этих дисциплин в других, особенно специальных, дисциплинах, а также указывающих содержание и формы учебной работы, обеспечивающие закрепление, пополнение и развитие фундаментальных и общепрофессиональных знаний студентов.

Нормативные требования (рейтинговые) к знаниям студентов.

Общая программа учебной и производственной практики студентов, представляющая собой единый методический документ, раскрывающий цели, задачи, содержание и методы практической подготовки студентов, последовательность и назначение ее конкретных этапов, их роль в формировании профессиональных умений и навыков специалиста.

Календарный график внеаудиторной самостоятельной работы студентов по семестрам с указанием расчетного объема этой работы по каждой дисциплине (с распределением ее по неделям), а также данные о сроках и формах контроля хода усвоения учебно-программного материала.

Методический комплекс по выполнению курсовой, выпускной квалификационной работы (проекта), определяющий их тематическую направленность, цели и задачи выполнения, требования к содержанию, объему, оформлению и организации руководства их подготовкой со стороны кафедр и преподавателей.

Положения и методические материалы по проведению Государственных экзаменов раскрывающие, исходя из квалификационных характеристик специалистов, требования к содержанию экзаменационных заданий и критерии оценки их выполнения студентами.

Методические материалы по проведению стажировки молодых специалистов.

График утверждения и пересмотра учебно-методических комплексов по дисциплинам рабочего учебного плана специальности.

Учебно-методический комплекс по дисциплине.

УМК должен содержать комплект нормативных документов:

Цели изучения дисциплины, соотнесенные с общими целями государственного образовательного стандарта;

Квалификационные требования по изучаемой дисциплине: какие теоретические и практические знания студент должен получить в процессе изучения этой дисциплины, какие умения должен выработать, какими навыками должен обладать;

Четкое определение места и роли учебной дисциплины в овладении студентами знаниями, умениями и навыками, вытекающими из квалификационной характеристики специалиста и обеспечивающими успешное обучение студентов их профессиональной деятельности;

Введение в УМК (включает краткое описание разделов УМКД);

Рабочая учебная программа для преподавателя;

Рабочая учебная программа для студента;

Планы аудиторных занятий и методику их проведения;

Список заданий студенту (вопросы дискуссии, сборники задач и ситуаций и т.п.);

Перечень и содержание видов самостоятельной работы, график самостоятельной учебной работы студентов по дисциплине с указанием ее содержания, объема в часах по неделям, сроков и форм контроля за результатами;

Рекомендации по организации самостоятельной работы студента (по изучению дисциплины (раздела, темы), выполнению лабораторных работ, практикумов, контрольных работ, домашних заданий и других видов учебной работы, включая выполнение курсовых проектов (работ));

Программное и методическое обеспечение практики;

Рекомендации по рейтинговому контролю знаний студента - оценка каждой компоненты курса, критерии оценки по каждой компоненте. Методические материалы, обеспечивающие возможность самоконтроля и систематического контроля преподавателем результативности изучения дисциплины (сборник тестов и т.п.);

Программа (курсового) итогового экзамена по дисциплине;

Перечень специализированных аудиторий, кабинетов и лабораторий с указанием используемого в учебном процессе по дисциплине основного учебно-лабораторного оборудования, технических средств обучения и контроля;

Раздаточный материал и наглядные пособия, которые включают краткий конспект лекций, рабочие тетради, справочные и хрестоматийные издания, компьютерные учебники, аудио- и видеоматериалы;

Карта обеспеченности дисциплины учебно-методическими материалами, включая перечень программного обеспечения ЭВМ;

Требования к уровню усвоения программы, формы текущего, промежуточного и итогового контроля;

Учебно-методическое обеспечение дисциплины, включая использование информационных и педагогических технологий, лабораторного оборудования и т.д.

Как видно из вышеприведенных материалов и в УМК специальности и в УМК дисциплины важное место занимает вопрос самостоятельной работы студента, именно в рамках УМК она становится одним из главных компонентов учебного процесса. Все остальные требования, включая и обеспеченность различными ресурсами, и технологии, и структурирование содержания, относятся к ней в полной мере.

Предмет информатики как учебной дисциплины определяется как комплекс науки и практической деятельности. К задачам теоретической информатики относят создание и синтез знания о содержании и закономерностях информационного процесса в обществе, формирование гипотез и научных законов, разработку понятий этой дисциплины. На основе расширения области применения компьютерной техники постепенно создается и прикладная наука о современных информационных технологиях, возрастает практическая направленность информатики на решение различных классов задач [1]. Предмет информатики включает две части - информационную культуру и информационные технологии. Под информационной технологией понимается «процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления» [2].

Таким образом, можно определить первую особенность учебного предмета информатики, влияющую на процесс отбора содержания дисциплины - выделение в информатике относительно стабильных базовых знаний (ядра) и динамично изменяемых знаний (вариативная часть). Данная особенность предмета определяет и его ведущую функцию или ведущий компонент. В информатике выделяют две ведущих функции - знания и способы деятельности. Способы деятельности считают доминирующей функцией, т. к. одна из главных задач информатики - уметь решать задачи с использованием ЭВМ. Деятельностный характер информатики можно считать второй ее особенностью, т. к. он предъявляет особые требования к разработке заданий для учащихся.

Компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач. Любой специалист в своей области должен знать, какие профессиональные задачи можно решить, используя компьютер, и уметь это делать. Таким образом, информатика является предметом не только общеобразовательным, но и профессиональным, в котором очень важна система межпредметных связей. Это можно считать третьей особенностью предмета информатики.

На сложность разработки содержания информатики в профессиональной школе влияют и темпы обновления содержания. В литературе [3] приводятся следующие цифры: 16% всех университетов (исследовались 160 европейских университетов) обновляют содержание своих курсов ежегодно, 32% - каждые 2 года, 18% - по необходимости, 15% - каждые 5 лет, 17% - от случая к случаю. Там же высказывается мнение, что для тех университетов, которые обновляют учебные программы раз в 5 лет, возникает угроза отставания от стремительного развития информационных технологий и безнадежного устаревания содержания предлагаемых учебных программ. Практически каждый год перед преподавателями информатики встает задача определить ту часть знаний, которая уже устарела и заменить ее новым содержанием. Высокие темпы обновления содержания - это четвертая особенность предмета информатики.

Кроме этого, отметим такую особенность информатики в профессиональной школе как различный исходный уровень знаний студентов. Это связано, прежде всего, с тем, что существует несколько стандартов информатики в средней школе. Данная особенность влияет на содержание информатики на младших курсах вузов и обязательно должна учитываться при проектировании содержания.

Таким образом, можно выделить следующие особенности предмета информатики в профессиональной школе, которые должны учитываться при проектировании содержания предмета на всех этапах от учебного плана до учебного пособия:

1. Деление содержания предмета информатики на две части: относительно стабильные базовые знания и динамично изменяемые знания. К первой части относят информационную культуру, ко второй - информационные технологии.

2. Деятельностный характер предмета информатики. Доминирующей функцией предмета информатики являются способы деятельности - умение решать задачи с использованием компьютерной техники.

3. Профессиональная направленность предмета. Для будущих специалистов с высшим образованием компьютер является рабочим инструментом для решения профессиональных задач.

4. Высокие темпы обновления содержания. Эти темпы более высоки, чем в фундаментальных областях, что связано со стремительным развитием информационных технологий.

5. Различный исходный уровень знаний по предмету. Подготовка студентов по информатике очень сильно отличается, что связано с существованием нескольких стандартов информатики в средней школе и с различным уровнем оснащения школ компьютерной техникой.

По курсу информатики «Моделирование и формализация» был создан учебно-методический комплекс, при разработке содержания и структуры которого мы учитывали вышеперечисленные особенности предмета.

Базовые знания мало зависят от специальности и формы обучения, они содержатся в обычных учебниках по информатике. Такие учебники могут сопровождаться рядом учебных пособий для студентов различных специальностей и форм обучения.

Комплекс может быть расширен за счет разработки пособий по другим темам курса и факультативным темам, что позволит индивидуализировать обучение таким образом, что студенты, имеющие хорошие знания по некоторым темам курса, смогут изучать факультативные темы.

1.2 Содержательные линии информатики

В ряде исследований последних лет (Е.А. Ракитина и др.) было обосновано, что содержание обучения информатике можно распределить по трем основным содержательным линиям: "Информационные процессы и информационные системы", "Моделирование и формализация", "Управление и информационные технологии". Каждая из этих линий соответствует определенно группе целей.

Первая линия раскрывает преимущественно мировоззренческий аспект информатики, ее соотношение с окружающим миром. Центральным понятием здесь является понятие информационного процесса.

Вторую линию "моделирование и формализация" условно можно назвать методологической, поскольку именно она формирует основные подходы, необходимые для работы с информацией. Она также достаточно полно представлена в учебниках.

Наконец, третья линия - технологическая, которая раскрывает суть автоматизации и развивает навыки использования информационных средств, прежде всего компьютера, при решении учебных и практических задач.

На каждом этапе обучения доминируют свои содержательные линии, например, в базовом курсе информатики предпочтение следует отдать информационному моделированию и информационным технологиям.

Наиболее важным моментом в преподавании информатики и информационных в общеобразовательной школе является установление внутренней логики, позволяющей связать все понятия курса в единое целое. Только установив такую логику, можно говорить о минимальном наборе понятий курса, методике его преподавания, необходимых для этого программных средствах.

Приведенная ниже логика развертывания системы понятий, разумеется, не является единственно возможной. Однако она, в некотором смысле, является наиболее естественной, поскольку следует уже сложившейся естественно научной традиции. Поскольку большинство современных специалистов относят информатику именно к естественным наукам, такой подход вполне оправдан.

I. Основным понятием информатики является понятие информационного процесса. В процессе изучения это понятие объясняется на примерах. Важно подчеркнуть, что информационные процессы могут протекать как в живой природе, так и в технических и социальных системах. При этом структура процесса остается неизменной. Если информационные процессы осуществляются человеком, то речь идет об информационной деятельности.

Информационный объект является "срезом" информационного процесса в фиксированный момент времени. Соотношение между информационным объектом и информационным процессом приблизительно такое же, как и соотношение между точкой и траекторией движения, проходящей через эту точку. Можно сказать, что информационный процесс является процессом преобразования или передачи информационного объекта. Информационные процессы и информационные объекты всегда рассматриваются в некоторой информационной системе, подробно тому, как физические объекты или процессы всегда соотносятся с некоторой системой координат.

Изучение курса информатики и информационных технологий (независимо: базового или профильного) Необходимо начать с рассмотрения информационных процессов и информационных объектов, а также информационных систем (в этом специфика курса на старшей ступени), поскольку именно они являются обобщающими понятиями предметной области информатики. При этом важно подчеркнуть отличие информационных объектов и процессов от объектов и процессов другой природы, скажем химических или биологических. Это различие фиксируется в понятии информации. Современная наука еще не выработала общезначимое определение информации, которое бы отражало все аспекты протекания информационных процессов. Поэтому в преподавании целесообразно сконцентрировать внимание учащихся, прежде всего, на свойствах информации (полнота, достоверность и пр.). В качестве примеров можно привести определение информации в различных областях человеческой деятельности (технике, журналистике и др.).

II. Информационные объекты и процессы составляют основу таких видов деятельности как: познание, общение, практическая деятельность. Информационный процесс, соответствующий данному виду деятельности должен:

а) иметь какой - либо носитель;

б) каким-то образом быть представленным.

Основным моментом является представление информационного процесса.

Заметим, что часто говорят о "представлении информации". По сути, это эквивалентные понятия, поскольку "информация" проявляется, прежде всего, в информационном процессе.

Представление информации, раскрывается через понятие формализации, результатом которой является информационная модель. В общем случае формализация означает умение выделять главное и отбрасывать второстепенное. В процессе формализации можно не учесть важных моментов и, напротив, можно сосредоточить свое внимание на второстепенных вещах в ущерб главному. В этом случае полученная информационная модель может оказаться неадекватной исходному информационному процессу (разумеется, под углом зрения конкретных целей формализации).

Важно донести до учащихся мысль, что мы живем в мире информационных моделей. Большинство объектов, с которыми они имеют дело, являются именно моделями, т.е. созданы с какой-то целью, являются адекватными или не адекватными и пр. Осознание этого факта является одним из главных факторов успешной социализации учащихся в современном информационном обществе.

Развитие навыка формализации является одной из основных задач общего образования. В ее решении информатике отводится особая роль, поскольку формализация является основой автоматизации, вершинной точкой которой являются информационные технологии. Способы формализации информационного процесса могут быть самые разнообразные. С точки зрения информатики наиболее важной является формализация, информационного процесса, которая приводит к алгоритму.

Понятие алгоритма - одно из основных понятий курса информатики и информационных технологий. По сложившейся традиции оно рассматривается как базовое понятие, содержание которого раскрывается через свойства и примеры. В курсе информатики и информационных технологий старшей школы (особенно на базовом уровне и в гуманитарном профиле) исключительно важно показать, что алгоритм является одним из видов информационных моделей.

Существенное отличие алгоритма в информатике, от математического понятия алгоритма заключается в том, что алгоритм в информатике - это формализованная запись действий, в то время как в математике - это сами формализованные действия (например, машина Тьюринга). Таким образом, для адекватного отображения алгоритмом информационного процесса, формализованная запись должна быть дополнена понятием формализованного исполнителя, на которого и ориентирована формализация. В этом случае от формализации информационного процесса необходимо потребовать точности и понятности, - чтобы исполнитель понимал и данную формализацию и был бы в состоянии исполнить каждый шаг формализованного информационного процесса.

Важно подчеркнуть еще один существенный момент. Алгоритм, формализованная запись - информационная модель осуществляет управление формальным исполнителем: ведет его от начального к конечному информационному объекту. Этот момент особенно важен при рассмотрении вопросов автоматизации информационного процесса.

Таким образом, понятие алгоритма в информатике раскрывается через понятия формализованной записи (информационной модели) и формализованного исполнителя, при этом данная информационная модель по отношению к формальному исполнителю играет роль управляющей системы.

III. Одной из существенных тенденций современной жизни является стремление к автоматизации информационной составляющей человеческой деятельности. Это распространяется, в частности, на указанные выше обобщающие виды деятельности:

- познание;

- общение;

- практическая деятельность.

Информационная составляющая каждого из этих процессов, в применении к конкретной ситуации формализуется (например, в процессе общения люди обмениваются информационными моделями, которые они незаметно для себя тут же и создают). Другое дело, когда отдельные фрагменты этого процесса автоматизируются, т.е. между человеком и объектом действительности или другим человеком встает техническое устройство, компьютер. Что бы осуществить такую автоматизацию необходимо построить формализация специального вида. Основное условие автоматизации информационного процесса состоит в разбиении его на такие шаги, которые понятны компьютеру и которые он может исполнить.

Компьютер сам по себе является устройством (исполнителем) с крайне ограниченными возможностями: он "понимает" только двоичный код и может осуществлять простейшие логические операции. Расширение его возможностей целиком зависит от искусства формализации.

Эту мысль стоит выделить особо. Готовые программные средства и технологии далеко не всегда можно использовать для решения возникающих задач. Более того, современные программные инструменты все чаще строятся по принципу "открытой системы", когда пользователь может настроить их на свою задачу. Однако для этого необходимо владеть навыками формализации и моделирования, понимать их возможности и ограничения.

В рамках информатики старшей школы очень важно подчеркнуть, что любой алгоритм может быть реализован на компьютере и тем самым может быть построена компьютерная модель информационного процесса. Если же изначальный процесс осуществлялся человеком, т.е. был информационной деятельностью, то результатом этой же последовательной формализации является информационная технология.

Общеобразовательный стандарт по основным содержательным линиям курса информатики.

Стандарт образования по информатике представлен в виде двух взаимосвязанных компонентов по каждой из выделенных содержательных линий курса:

- обязательного минимального (базового) уровня предъявления учебного материала;

- требований к уровню подготовки школьников.

Линия информационных процессов

Обязательный минимум содержания учебного материала Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

- получить представление о сущности информационных процессов; структуре и назначении основных элементов информационных систем, функциях обратной связи; общности информационных принципов строения и функционирования систем различной природы;

- получит представление о носителях информации, процессе передачи информации, линии связи;

- познакомиться со способом измерения информации, единицами количества информации (бит, байт, килобайт и т.д.).

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- уметь приводить примеры передачи, хранения и обработки информации в деятельности человека, живой природе, обществе и технике;

- иметь представления об информационных системах, общности информационных принципов строения и функционирования управляющих орлов этих систем независимо от их природы;

- иметь представление о принципах работы замкнутых и разомкнутых систем управления, обратной связи;

- иметь представления о мере количества информации, знать основные единицы количества информации.

Линия представления информации

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

- понять функции языка как способа представления информации;

- познакомиться с двойной формой представления информации, ее особенностями и преимуществами;

- получить представление о типах величин;

- познакомиться с принципами представления данных и команд в компьютере.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- знать особенности и преимущества двоичной системы счисления;

- знать типы величин и формы их представления для обработки на компьютере.

Алгоритмическая линия

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии курса обеспечивает учащимся возможность:

- понять (на основе анализа примеров) смысл понятия алгоритма, знать свойства алгоритмов, понять возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

- освоить основные алгоритмические конструкции (цикл, ветвление, процедура), применять алгоритмические конструкции для построения алгоритмов решения учебных задач;

- получить представление о «библиотеке алгоритмов», уметь использовать библиотеку для построения более сложных алгоритмов;

- получить представление об одном из языков программирования (или учебном алгоритмическом языке), использовать этот язык для записи алгоритмов решения простых задач.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- понимать сущность понимания алгоритма, знать его основные свойства, иллюстрировать их на конкретных примерах алгоритмов;

- понимать возможность автоматизации деятельности человека при исполнении алгоритмов;

- знать основные алгоритмические конструкции и уметь использовать их для построения алгоритмов;

- определять возможность применения исполнителя для решения конкретной задачи по системе его команд, построить и исполнить на компьютере алгоритм для учебного исполнителя (типа «черепахи», «робота» и т.д.);

- записать на учебном алгоритмическом языке (или языке программирования) алгоритм решению простой задачи.

Линия исполнителя (компьютера)

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

- получить представление о функциональной организации компьютера, общих принципах работы его основных устройств и периферии;

- понять принцип автоматического исполнения программ в компьютере; знать названия и иметь представление о назначении основных видов программного обеспечения компьютера: функциях базового программного обеспечения, назначении программы транслятора, применении языков программирования, инструментальных программных средств, прикладного программного обеспечения;

- узнать основные типы ЭВМ и их важнейшие характеристики;

- познакомиться с основными этапами развития информационно-вычислительной техники и программного обеспечения ЭВМ.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- знать правила техники безопасности при работе на ЭВМ;

- знать название и функциональное назначение основных устройств компьютера;

- иметь представление о программном обеспечении компьютера;

- уметь пользоваться клавиатурой ЭВМ;

- уметь использовать «меню», «запрос о помощи», инструкции для пользователя.

Линия формализации и моделирования

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечивает учащимся возможность:

- получить представление о моделировании и как методе научного познания;

- понять основные принципы формализации и подходы к построению компьютерных моделей.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- иметь представление о сущности формализации и методе моделирования;

- уметь построить простейшие модели и исследовать их с использованием компьютера.

Линия информационных технологий

Обязательный минимум содержания учебного материала:

Изучение учебного материала данной содержательной линии обеспечит учащимся возможность:

- узнать о технологической цепочке решения задач с использованием компьютера: постановка задачи, построение модели, разработка и исполнение алгоритма, анализ результатов;

- пользоваться текстовым редактором, организовывать хранение текстов во внешней памяти и вывод их на печать в соответствии со стандартным форматом;

- пользоваться простым графическим редактором;

- обращаться с запросами к базе данных, выполнять основные операции над данными;

- осуществлять основные операции с электронными таблицами, выполнять с ее помощью простейшее вычисления;

- применять учебные пакеты прикладных программ дня решения типовых учебных задач;

- получить представление о телекоммуникациях, телекоммуникационных сетях различного типа (локальные, региональные, глобальные), их назначении и возможностях, использовании электронной почты, организации телеконференций;

- познакомиться с возможностями мультимедиа технологий.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащиеся должны:

- исполнить в режиме диалога простую прикладную программу (типа «Решение квадратного уравнения», «Построение графиков функций» и т.д.);

- набрать на компьютере и откорректировать простой текст;

- построить простейшее изображение с помощью графического редактора;

- уметь обращаться с запросами к базе данных;

- выполнять простейшие вычисления, используя электронную таблицу (типа подсчета общей стоимости покупок в магазине);

- уметь самостоятельно выполнить на компьютере простые задания, используя основные функции инструментальных программных средств, прикладных программ;

- иметь представление о телекоммуникациях, их назначении, возможностях применения мультимедиа технологий.

Основными содержательными линиями курса информатики являются:

в направлении «Моделирование и формализация»:

«Моделирование и формализация»,

«Алгоритмизация и программирование»,

«Исполнитель»,

«Компьютер как средство автоматизированной обработки информации»;

в направлении «Информация и информационные процессы»:

«Информация и информационные процессы»,

«Информационные технологии»,

«Автоматизированные информационные системы»,

«Информационные ресурсы общества»;

в направлении «Моделирование и формализация»:

«Моделирование и формализация»,

«Алгоритмизация и программирование»,

«Исполнитель»,

«Компьютер как средство автоматизированной обработки информации»;

в направлении «Информационные основы управления»:

«Системы и системный подход»,

«Информационные основы управления»,

«Системы искусственного интеллекта»,

«Социальная информатика».

Основные задачи курса информатики и информационных технологий во II--III--V--VI классах:

- познакомить с особенностями восприятия информации, способами ее кодирования и интерпретации, основами представления информации в специализированных технических системах, в частности в компьютере, сформировать основные навыки работы с такого рода информацией;

- заложить основы грамотной работы с информацией. Прежде всего, это относится к восприятию информации и ее адекватной интерпретации, а также целенаправленному использованию полученной информации в учебной деятельности и повседневной жизни;

- раскрыть способы и правила представления информации, ее кодирование--де кодирование через первоначальное знакомство с основными понятиями ин формационного моделирования, а также в рамках знакомства с различными простейшими исполнителями, способами представления команд и данных для них;

- научить работать с информационными системами, причем такая работа должна охватывать не только (и не столько) электронные энциклопедии самого разного назначения, но и обучение правилам работы в библиотеке, с печатными словарями и справочниками, глоссариями книг, правилам ведения собственных записных книжек и пр. Это залог последующей грамотной работы с информацией, представленной в электронном виде.

Таким образом, основными вопросами начального курса информатики являются:

- в направлении «Информация и информационные процессы» -- представление информации, кодирование, правила работы с информационными системами;

- в направлении «Моделирование и формализация» -- основы моделирования, знакомство с различными исполнителями и их свойствами;

- в направлении «Информационные основы управления» -- предварительное знакомство с системным подходом, основами управления системами.

Приоритетными задачами курса информатики и информационных технологий в VII--VIII--IX классах являются:

- углубление представлений о научной картине мира;

- изучение информационных процессов в системах различной природы;

- изучение способов представления информации;

- освоение навыков формализации в самом широком смысле этого слова;

- знакомство с основами информационного моделирования.

Таким образом, основными вопросами базового курса информатики являются:

- в направлении «Информация и информационные процессы» -- сущность понятия «информация»; закономерности протекания информационных процессов в различных системах; основы функционирования информационных систем;

- в направлении «Моделирование и формализация» -- основы информационно го моделирования и формализации; различные алгоритмы и их свойства; использование аппаратного и программного обеспечения для создания собственных информационных продуктов;

- в направлении «Информационные основы управления» -- знакомство с системным анализом; основы автоматизированного управления системами; возможности систем искусственного интеллекта.

Основной задачей курса информатики и информационных технологий в X--XI классах является подготовка к последующей профессиональной деятельности, продолжению образования в вузе. Курс информатики в старшей школе, решая задачу допрофессиональной подготовки учащихся, все же является общеобразовательным по существу. Потому в содержании должны быть отражены основные вопросы всех содержательных линий. Чаще всего приоритетность в изучении содержательных линий определяется в зависимости от основных видов информационной деятельности специалистов данного профиля. На этом этапе:

- наиболее активно формируется информационная идеология и культура учащегося;

- рассматриваются способы и правила создания и использования самых разно образных информационных ресурсов;

- изучаются средства и технологии работы с информацией.

В физико-математических классах основными являются технологии программирования и технологии моделирования реальных физических процессов. В гуманитарных классах -- технологии использования редакторов, использования и создания баз данных, геоинформационные системы (ГИС), знакомство с вопросами социальной информатики и пр. В классах социально-экономического профиля приоритетными являются информационное моделирование, использование средств обработки числовой информации, презентационных пакетов и средств деловой графики и пр.

Таким образом, основными инвариантными вопросами профильных курсов информатики являются:

- в направлении «Информация и информационные процессы» -- систематизация представлений об информации и информационных процессах; использование информационных технологий; закономерности создания и использования автоматизированных информационных систем;

- в направлении «Моделирование и формализация» -- способы информационно го моделирования; систематизация представления о компьютере как средстве автоматизации информационных процессов;

- в направлении «Информационные основы управления» -- закономерности управления и самоуправления в системах; основы автоматизированного управления; вопросы социальной информатики.

Таким образом, сегодня в России выделяют следующие тематические разделы (содержательные линии) базового курса информатики в школе:

1. Линия информации и информационных процессов

2. Линия представления информации

3. Линия компьютера

4. Линия моделирования и формализации

5. Линия алгоритмизации и программирования

6. Линия информационных технологий.

Данные содержательные линии могут быть дополнены. К примеру, проведены убедительные теоретические и экспериментальные исследования, показавшие, что основы кибернетического знания должны не только стать составной частью содержания общего школьного образования, но и необходимо их представить в виде отдельного раздела курса. Соответствующую содержательную линию можно было бы назвать линией управления. Однако процесс уточнения места и роли в базовом образовании общекибернетических оснований информатики ещё продолжается. Кроме того, в будущем в школьной информатике, несомненно, предстоит развитие линии искусственного интеллекта.

Но в целом состав и перспективы развития системообразующих направлений содержания предмета «Информатика» можно считать более или менее определёнными. Вместе с тем, дискуссионным остаётся вопрос о выборе из перечисленных одного или двух доминирующих направлений, которые могли бы определять характер всего школьного курса информатики и в известной мере подчинять себе другие содержательные линии.

За двадцатилетнюю историю существования предмета информатики в российской школе этот вопрос решался по-разному. Если в первых отечественных школьных учебниках главными понятиями и объектами изучения выступали «компьютер» и «алгоритм», то наметившаяся в последнее время тенденция к фундаментализации школьного образования потребовала поставить в центре предмета понятие «информация». По этой же причине необходимо расширение линии моделирования, которая наряду с линией информации и информационных процессов, должна стать теоретической основой базового курса информатики. Таким образом, по мнению многих исследователей, дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением именно этих двух содержательных линий. Одной из наиболее заметных тенденций в развитии школьной информатики является увеличение места информационных технологий (ИТ) в её содержании. Начиная со второй половины 90-х годов, в результате широкого распространения в различных сферах практической деятельности ИТ, обострилась проблема «технологизации» содержания обучения информатике в ущерб развитию общеобразовательных, фундаментальных основ школьной информатики. Появились авторские концепции и соответствующие учебные пособия для школы, в которых технология, практически, подменяет общее развитие. Однако большая часть российских специалистов в области теории и методики обучения информатике считает, что будущее школьного предмета информатики заключается в развитии её фундаментальной компоненты, а не в «погружении» в область информационных технологий.

1.3 Содержательная линия информатики «Моделирование и формализация»

История моделирования насчитывает тысячи лет. Человек рано оценил и часто использовал в практической деятельности метод аналогий. Моделирование прошло долгий путь - от интуитивного аналогизирования до строгого научного метода.

Термины «модель», «моделирование» являются неразрывно связанными, поэтому целесообразно обсуждать их одновременно.

Слово «модель» произошло от латинского слова modelium, которое означает: мера, образ, способ и т.д. Его первоначальное значение было связано со строительным искусством, и почти во всех европейских языках оно употребляется для обозначения образа или прообраза, или вещи, сходные в каком-то отношении с другой вещью.

В энциклопедическом словаре «Информатика» под моделью объекта понимается «другой объект (реальный, знаковый или воображаемый), и отличный от исходного, который обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект».

В философской литературе можно найти близкие по смыслу определения, которые обобщаются так: «Модель используется при разработке теории объекта, и в том случае, когда непосредственное исследование его не представляется возможным вследствие ограниченности современного уровня знаний и практики. Данные о непосредственном интересующем исследователя объекте получаются путем исследования другого объекта, который объединяется с первым общностью характеристик, определяющих качественно-количественную специфику обоих объектов».

В.А. Штофф указывает на такие признаки модели:

Это мысленно представляемая или материально реализуемая система;

Она воспроизводит или отображает объект исследования;

Она способна замещать объекты;

Ее изучение дает новую информацию об объекте.

А.И. Уемов выделяет обобщенные признаки модели:

Модель не может существовать изолированно, потому что она всегда связана с оригиналом, т.е. той материальной или идеальной системы, которую она замещает в процессе познания.

Модель должна быть не только сходна с оригиналом, но и отлична от него, причем модель отражает те свойства и отношения оригинала, которые существенны для того, кто ее применяет.

Модель обязательно имеет целевое назначение.

Таким образом, модель - это упрощенный (в том или ином смысле) образ оригинала, неразрывно с ним связанный, отражающий существенные свойства, связи и отношения оригинала;

Система, исследование которой служит инструментом, средством для получения новой (или) подтверждение уже имеющейся информации о другой системе.

Отметим, что моделирование в широком смысле слова есть не только процесс построения модели, но и ее исследование.

Формализация - это один из этапов моделирования, в результате завершения которого, собственно, и появляется модель процесса или явления. Приведем выдержку из работы Н.П. Бусленко, где отражены основные особенности этого процесса: «Формализации любого реального процесса предшествует изучение структуры составляющих его явлений. В результате этого появляется так называемая «содержательное описание процесса», которое представляет собой первую попытку четко изложить закономерности, характерные для исследуемого процесса, и постановку прикладной задачи. Содержательное описание является исходным материалом для последующих этапов формализации: построение формализованной схемы процесса и модели для него».

В.А. Штофф называет такие признаки как:

Способ построения (форма модели),

Качественная специфика (содержание модели).

По способу построения модели бывают материальные и идеальные. Назначение материальных моделей - специфическое воспроизведение структуры, характера, протекания, сущности изучаемого процесса.

Из материальных моделей можно выделить:

а) физически подобные модели (они сходны с оригиналом по физической природе и геометрической форме, отличаясь от него лишь числовыми значениями параметров - действующая модель электродвигателя, паровой турбины);

б) пространственноподобные модели (сходство с оригиналом на основе физического подобия - макеты самолетов, судов);