Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе



ОГЛАВЛЕНИЕ

• Введение
• Глава 1. Анализ существующих подходов к знакомству младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий
• 1.1 Методическая система обучения информатике в начальной школе
• 1.2 Основные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы темы «Компьютер»
• 1.3 Основное содержание темы «Алгоритмы» в курсах информатики начальной школы
• 1.4 Определение сущности понятия «суперкомпьютерные технологии» и возможности его рассмотрения в начальной школе
• 1.5 Опыт учителей-новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами
• Выводы по главе 1
• Глава 2. Экспериментальная работа по формированию у младших школьников представлений о суперкомпьютерных технологиях
• 2.1 Технологические карты уроков по теме «Параллельные алгоритмы» для учащихся 3 классов
• 2.2 Анализ проведенных уроков по темам «Суперкомпьютеры» и «Параллельный алгоритм»
• Выводы по главе 2
• Заключение
• Список литературы



ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. Компьютеры занимают прочное место в современном образовании, выполняя функции технического средства обучения, хранилища материалов и разработок, средства диагностики и контроля, источника информации и т.д. Компьютер в школе может быть как объектом изучения, так и средством обучения. Применение компьютера на уроках помогает существенно разнообразить и активизировать процесс обучения, обеспечивая школьникам возможность осуществлять самостоятельную работу (Е.И. Булин-Соколова, А.А. Муранов, М.А. Плаксин и др.)

Окружающий нас мир быстро меняется. Меняется и его компьютерная составляющая, которая в последние годы становится все более «параллельной»: компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Это особенно ярко проявляется в вычислительных системах, работающих на предельных скоростях и обладающих рекордной производительностью. Для таких систем даже введено специальное название - «суперкомпьютеры». Суперкомпьютерные технологии активно проникают во многие области современных научных исследований и промышленных разработок, обеспечивая решение важных научно-технических проблем (В.В. Воеводин, В.П.. Гергель, А.А. Жирков). Уже ушло в прошлое время однопроцессорных вычислительных систем. Не только суперкомпьютеры, но и современные персональные компьютеры, ноутбуки, игровые приставки основаны на многопроцессорных, многоядерных и других технологиях, предполагающих одновременное выполнение множества инструкций. Для их полноценного использования каждому пользователю необходимо иметь хотя бы самое общее представление о проблемах, возникающих при параллельной обработке данных, которая, в свою очередь, основывается на понятиях параллельного алгоритма и параллельного программирования, расширяя традиционные представления об алгоритмизации. Действительно, алгоритмизация является одной из основных содержательных линий отечественных курсов информатики для учащихся младшей и основной школы (А.В. Горячев, Ю.А. Первин, А.Л. Семенов, М.А. Плаксин, Н.В. Матвеева, М.С. Цветкова и др.); при её изучении рассматриваются разнообразные «последовательные» алгоритмы; активно используются многочисленные программно реализованные (компьютерные, виртуальные) исполнители последовательных алгоритмов. Формировать начальные представления в области современных компьютерных технологий можно уже в начальной школе, так как многие дети с раннего детства приобщаются к компьютерам через игры, микропроцессорные электронные игрушки. По мнению ряда отечественных специалистов, способность видеть в окружающем нас мире и последовательные, и параллельные алгоритмы необходимо закладывать уже на ранних этапах обучения (Л.Л. Босова, В.В. Воеводин, М.А. Плаксин и др.). Школа, опираясь на имеющийся у детей жизненный опыт, должна обеспечить условия его обогащения с учетом психологических закономерностей развития детей данного возраста, преемственности его этапов. В настоящее время опыт знакомства школьников с суперкомпьютерными технологиями уже представлен в работах А.А. Логинова, Е.Ю. Киселевой, Е.А. Еремина и др.; Л.Л Босова, И.В Гаврилова, М.А. Плаксин получили положительные результаты при работе в данном направлении с младшими школьниками. Тем не менее, на наш взгляд, вопросу знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий все еще уделяется недостаточно внимания, мало исследованы аспекты, касающиеся методов и средств такого обучения.

Изменения в компьютерной технике, широкое распространение многопроцессорной техники, делают актуальной работу, связанную с изучением элементов суперкомпьютерных технологий в начальной школе, и определяют тему нашего исследования.

Объект исследования - процесс обучения информатике в начальной школе.

Предмет исследования - начальное знакомство младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий.

Цель исследования - развитие компьютерной и алгоритмической линий начального курса информатики за счет формирования у младших школьников представлений о суперкомпьютеных технологиях и параллельной обработке данных.

Согласно с объектом, предметом и целью, поставлены следующие задачи исследования:

1) проанализировать традиционные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы тем «Компьютер» и «Алгоритмы»;

2) выявить сущность основных понятий, связанных с суперкомпьютерными технологиями;

3) изучить имеющийся опыт знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий, в том числе опыт учителей- новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами;

4) разработать сценарии уроков информатики для учеников начальных классов, направленных на их знакомство с элементами суперкомпьютерных технологий;

5) проверка успешности обучения младших школьников элементам суперкомпьютерных технологий.

Для решения задач исследования были использованы следующие методы:

· анализ психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования, обобщение и классификация полученной информации, формулирование собственных выводов;

· проведение уроков по разработанным сценариям, наблюдение за работой учеников.



ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ЗНАКОМСТВУ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ С ЭЛЕМЕНТАМИ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Методическая система обучения информатике в начальной школе

Обязательное изучение информатики в отечественной школе началось в 1985 г., когда в учебные планы старшей школы был введен предмет «Основы информатики и вычислительной техники». Уже тогда многие ученые и педагоги-практики указывали, что информатика как учебный предмет в старших классах «опаздывает» с формированием навыков использования компьютера, что изучение информатики должно начинаться в начальной школе. На протяжении тридцати лет перед начальным курсом информатики ставились разные целевые ориентиры; формировалась методическая система раннего обучения информатике, включающая в себя такие компоненты как цели предмета, содержание предмета, методы обучения предмету, средства предмета, организованные формы обучения. Но и в настоящее время перед учителем информатики встают актуальные вопросы.

Важнейшей целью-ориентиром изучения информатики в школе является воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, в частности приобретение учащимися информационной и коммуникационной компетентности (далее ИКТ- компетентности) [11], сочетающей в себе компоненты всех трех групп современных образовательных результатов.

Современного ребёнка необходимо научиться воспринимать, анализировать информацию, работать, учится ставить адекватные цели, а также развивать умение контролировать свои действия и искать причину проблем. При обучении информатике в начальной школе у обучающихся происходит формирование первоначальных представлений о свойствах информации, способах работы с ней, в частности, с использованием компьютера, формируется его компьютерная грамотность - первый шаг к формированию информационной культуры.

Следующая важная цель обучения информатике в начальной школе связана с целенаправленной работой по формированию алгоритмического стиля мышления, которую целесообразно начинать в младших классах, так как у старшеклассников стиль мышления уже фактически сложился, новые формы мышления воспринимаются ими с трудом. В младшем школьном возрасте развиваются такие важные качества как рефлексия и внутренний план действий, которые являются основой для формирования алгоритмического стиля мышления, поэтому важно обучать алгоритмическому мышлению еще в младших классах, если упустить это время, то в старшем возрасте развить эти качества будет намного труднее [20]. При этом возникает проблема, связанная с необходимостью установить правильное соотношение теоретических аспектов информатики (линия алгоритмизации) и компьютерных технологий (линия компьютера).

Обратимся к действующим в настоящее время ФГОС начального общего образования. ФГОС начального общего образования предусматривает формирование ИКТ-компетентности как одного из основных метапредметных результатов, достигаемых выпускниками начальной школы. Согласно примерной основной образовательной программе начального общего образования в результате изучения всех без исключения предметов на уровне начального общего образования начинается формирование навыков, необходимых для жизни и работы в современном высокотехнологичном обществе; выпускники начальной школы научатся: активно использовать средства ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач; вводить текст с помощью клавиатуры; фиксировать (записывать) в цифровой форме и анализировать изображения, звуки и измеряемые величины; готовить свое выступление и выступать с аудио-, видео- и графическим сопровождением; использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами и технологиями учебного предмета.

В результате интеграции фундаментальных аспектов информатики в начальное математическое образование обучающиеся на уровне начального общего образования должны овладеть основами логического и алгоритмического мышления. Перечислим соответствующие планируемые результаты. Выпускник начальной школы получает возможность научиться составлять, записывать и выполнять инструкцию (простой алгоритм), план поиска информации; распознавать одну и ту же информацию, представленную в разной форме (таблицы и диаграммы); планировать несложные исследования, собирать и представлять полученную информацию с помощью таблиц и диаграмм; интерпретировать информацию, полученную при проведении несложных исследований (объяснять, сравнивать и обобщать данные, делать выводы и прогнозы).

Таким образом, ФГОС НОО ориентирован на формирование алгоритмического мышления и ИКТ-компетентности обучающихся, что может достигаться при овладении специально предусмотренным учебным планом школы курсом информатики (содержательные линии «Компьютер» и «Алгоритмизация»). Отметим, что в настоящее время информатика не является обязательным предметом учебного плана начальной школы, но, как правило, присутствует в его части, самостоятельно формируемой участниками образовательных отношений (учениками, родителями и педагогами). На этот случай в Федеральный перечень учебников (раздел «Учебники, рекомендуемые при реализации части основной образовательной программы, формируемой участниками образовательных отношений») включен ряд учебно-методических комплектов (УМК) по информатике для начальной школы.

Современные школы, как правило, хорошо оснащены различной техникой и компьютерами в том числе. В таких школах дети активно проводят время за компьютером. У этого явления существуют как положительные, так и отрицательные стороны.

Положительные результаты обучения учителя и родители видят сразу, но негативные последствия могут проявиться спустя годы. Как считают отечественные и зарубежные исследователи, частое использованием ребенком компьютера может привести к нарушению восприятия окружающей действительности а также изменение процесса мышления ребенка [20]. При работе с компьютером, у детей часто происходит разрыв между реальностью и фантазией, дети по-своему развитию не могут извлечь пользу из опыта работы с абстрактной информацией, кроме этого, необходимые для работы с компьютером навыки не соответствует способностям ребенка.

Также считается, что работа ребенка за компьютером может служить препятствием для получения необходимого опыта работа с реальными объектами и событиями окружающего мира. Кроме этого часы работы за компьютером ограничивают физическую активность и физическое развитие детей, поэтому строя процесс обучения информатике в младшей школе педагогу нужно учитывать эти моменты.

В связи с высокой долей использования компьютеров в учебном процессе, вопрос о разработке методик обучения информатике в младших классах, компенсирующих негативные последствия работы с компьютером, становится особенно актуальным.

Сущность учебного предмета необходимо раскрывать на основе системно-деятельностного подхода. Системно-деятельностный подход подразумевает построение учебного процесса, как целенаправленно организованной системы. При такой учебной деятельности учащиеся начальной школы, совершая определенные действия, осваивают универсальный предметный способ действий, ключевые утверждения, свойства объектов и отношений между ними [18].

Учитель информатики может использовать следующие формы обучения, которые позволяют эффективно построить учебный процесс, с учетом специфических особенностей младшего школьника: диалоги, работа в группах, игровые методики, информационные минутки и т.д.

Так, в педагогической литературе отмечается, что использование групповой работы, или работа в малых группах на уроке имеет большое значение для повышения интереса к предмету. Если детей с нейтральным отношением к предмету информатика объединить с детьми, которые любят этот предмет, то результаты совместной работы будут очень высокими.

1.2 Основные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы темы «Компьютер»

Рассмотрим существующие подходы к изучению темы «Компьютер» на основе УМК М.А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой и УМК А.В. Горячева.

Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина включает в себя [24]:

· Правила техники безопасности в компьютерном классе.

· Устройство компьютера. Назначение его основных блоков.

· Основные составляющие интерфейса «человек - компьютер» (курсор, меню, пиктограмма, назначение основных клавиш и кнопок мыши и т.д.).

· Хранение информации на компьютере: понятия файл, каталог, дерево каталогов

· Управление компьютером с помощью стандартных элементов интерфейса (меню, пиктограммы).

· Управление компьютером как с помощью клавиатуры (клавиши Enter, Esc, стрелки), так и с помощью мыши (одинарный и двойной щелчки).

· Обращение к стандартной справочной службе программного продукта.

· Ориентирование в системе хранения информации на компьютере (в дереве каталогов). Умение передвигаться по дереву каталогов.

· Сохранение информации в файле. Загрузка информации из файла.

Понятие «компьютер» вводится в третьем классе после знакомства с понятием «информация», после чего рассматриваются следующие темы: «Какие инструменты помогают работать с информацией», «Компьютер -- помощник человека». С § 5 начинается тема «Знакомство с компьютером». Даная тема раскрывается на 3-5 уроках, а на 6 уроке проводится проверочная работа в виде тестирования [24].

Содержание § 6 «Как человек общается с компьютером» раскрывает учащимся понятия рабочего стола компьютера; на следующем занятии (§ 7) раскрывается материал об использовании мыши при работе с компьютером. На уроке 5 происходит объяснение материала управление компьютером с помощью меню (§ 8. Как управлять компьютером с помощью клавиатуры). Затем проводится тестирование. На уроке 7 знания по темам «Информация» и «Компьютер» систематизируются и повторяются.

Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина в четвертом классе продолжается в разделе «Обработка и хранение информации на компьютере» и распределяется по пяти урокам, начинаясь с § 5. Кроме этого, изучая параграфы 5.4 и 5.5, дети проводят работу по оформлению текста, приобретают знания о программе-редакторе и тому, что эта программа умеет делать [24]. В четвертом классе изучение темы компьютер расширено понятиями поиска и замены в тексте, работой с графической информацией в среде текстового редактора, исследованием возможностей этой среды.

Для успешного освоения курса информатики по УМК М.А. Плаксина для 3-4 классов предлагается использовать на уроках следующие виды деятельности: эвристическую беседу; выполнение заданий интеллектуального практикума; наблюдение за объектом изучения, проведение экспериментальных исследований; просмотр и обсуждение учебных презентаций и мультфильмов; выполнение на компьютере заданий компьютерного практикума; работу со словарями, энциклопедиями, справочниками и т. д.; изготовление орфографического словаря; заполнение толкового словаря по информатике; контрольный опрос, контрольную письменную работу; тестирование (промежуточное и итоговое), в том числе, на компьютере; работу по инструкции; чтение и обсуждение текста; разбор домашнего задания; физкультурные минутки; компьютерные эстафеты. Предполагается использовать как групповую, так и индивидуальную формы обучения. Вариативность преподавания курса обеспечивается большим количеством практических заданий в практикумах.

В результате изучения информатики по данному УМК в третьем классе учащиеся приобретают теоретические знания: устройство компьютера, назначение его основных блоков; основные составляющие интерфейса «человек - компьютер» (курсор, меню, пиктограмма, назначение основных клавиш и кнопок мыши и т. д.).

В 4 классе: хранение информации на компьютере (понятия файл, каталог, дерево каталогов); понятие программы-редактора; поиск информации на компьютере; гиперссылки; компьютерная сеть; интернет; интернет-страницы; браузеры; адрес интернет-страницы.

Рассмотрим представление темы «Компьютер» в УМК Н. В. Матвеевой (2-4 классы). Существует несколько вариантов планирования курса Н. В. Матвеевой [26]:

?Информатика - 34 часа, 1 час в неделю инвариантной части планирования, минимальная модель электронно-программного обеспечения с использованием ЦОР;

?Информатика - 34 часа, 1 час в неделю в дополнительной учебное время, базовая модель электронно-программного обеспечения с использованием ЦОР;

?Модуль в курсе математики - 17 часов минимальная модель;

?Модуль в курсе математики и компьютерный практикум по курсу

«Информатика» - 51 час (1 час в две недели и 1 час в неделю проектная деятельность учащихся - вариативная часть, базовая модель электронно- программного обеспечения с использованием ЦОР к урокам учащимися);

?Модуль в курсе математики и расширенный компьютерный практикум по курсу «Информатика» - 85 часов;

?Информатика - 68 часов»

?Информатика - 104 часа.

Рассмотрим первый вариант: Информатика - 34 часа (1 час в неделю инвариантной части планирования, минимальная модель электронно- программного обеспечения с использованием ЦОР).

Тема «Компьютер» для 2 класса начинается с раздела «Человек и компьютер», когда на 5-6 уроке (§ 5) изучается компьютер и его части. В поддержку изучения этой темы в УМК предусмотрен электронный словарь; тренажер мыши; презентация «Функции и задачи компьютера».

Тема «Компьютер» для 3 класса начинается с 4 урока; она следует после тем «Человек и информация», «Источники и приемники информации»,

«Носители информации» в контексте раздела «Информация, человек и компьютер» и продолжается один урок. Далее возвращение к теме начинается с 25 урока. По разделу «Компьютер, системы, сети» предусмотрено 5 уроков, на которых изучается материал следующих параграфов [26]:

§ 16. Компьютер - это система

§ 17. Системные программы и операционная система

§ 18. Файловая система

§ 19. Компьютерные сети

§ 20. Информационные системы

Затем в течении двух уроков проводится подготовительная работа к годовой контрольной и работа над ошибками.

В четвертом классе, так же как ив третьем, тема начинает изучаться в первой четверти в разделе «Повторение». Тема «Компьютер» вводится на 5 уроке и представлена в § 5 «Компьютер как система». После этого на 6 уроке следует повторение и компьютерный практикум. Потом тема «Компьютер» повторяется разделе «Мир моделей» (урок 22, § 18. «Компьютер как исполнитель»); косвенно тема затрагивается в разделе «Управление».

Перейдем к рассмотрению темы «Компьютер» в УМК А.В. Горячева (2-4 класс). Отдельно выделенной темы «Компьютер» во втором и третьем классе нет, но косвенно эта тема затрагивается в таких разделах как «Текст как источник информации», и «Систематизация информации» - в третьем классе, а во втором понятие компьютер объясняется с понятием понятие «Информация». В разделе для третьего класса «Текст как источник информации» излагаются основные правила набора текста на компьютере; практическая работа направлена на формирование следующих умений:

?набирать текст на компьютере, с полной постановкой рук и со скоростью не меньше 10 символов в минуту;

?владеть базовыми основами форматирования текста, изменения шрифта, текста, выравнивания;

?анализировать текст с использованием таблиц;

?готовить рассказ (доклад) на основе собранной информации в форме, указанной в задании [26].

В разделе «Систематизация информации» изучение компьютера происходит через работу и с информацией, направленной на выработку умения собирать информацию на конкретных ресурсах сети Интернет в соответствии с условиями поставленной задачи; на решение задач на расстояние между объектами при помощи схемы, графа, таблицы.

Кроме этого, среди приобретаемых умений в третьем классе остается: умение набирать текст на компьютере, с полной постановкой рук и со скоростью не меньше 10 символов в минуту; умение готовить рассказ (доклад) на основе собранной информации в форме, указанной в задании.

В четвертом классе также нет обозначенной темы «Компьютер», но дети работают с этим понятием в разделе «Мультимедиа и инфографика». При изучении этого раздела приобретаются следующие знания и умения: основные виды словарей и справочников и основные приёмы поиска информации в них, основные приёмы создания презентаций с помощью ПК, основные приёмы записи звука и видеоизображения на компьютер [1].

Ниже приведем умения, формируемые при изучении понятия «компьютер» в разделе «Мультимедиа и инфографика»:

?выполнять поиск информации по заданному условию на конкретных ресурсах,

?представлять результаты работы с информацией в виде инфографики,

?представлять результаты работы с информацией в виде доклада с презентацией

?представлять результаты работы в виде мультимедийной презентации со звуком и видео.

Рассмотрев подходы к представлению темы «Компьютер» в разных УМК по можно подвести следующие итоги:

1. Данная тема присутствует во всех рассмотренных учебно- методических комплексах. При этом она следует после изучении темы «Информация» (УМК М. А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой) или в её контексте (УМК А.В. Горячева).

2. Наиболее полно тема «Компьютер» представлена в УМК М.А. Плаксина, где особенность её рассмотрения заключается в детальном изучении устройства компьютера, его назначения и интерфейса. Компьютер представляется как устройство; закрепив назначение основных элементов компьютера, автор программы предлагает начать работу с ним. Тщательно разбирается работа с деревом каталогов, работа с файлами, ведется работа с текстовыми и графическими редакторами. Кроме того, в УМК М.А. Плаксина хочется отметить удобное построение учебника по параграфам.

3. В УМК Н.В. Матвеевой компьютер рассматривается как система, и это представление проводится через весь курс. Персональный компьютер представляется частью системы «человек -- компьютер», и сам компьютер как взаимосвязь между объектами системы - интерфейсом. Таким образом, начиная с младшей школы, вводится представление ПК как системы, включающей подсистемы аппаратного обеспечения, программного обеспечения и информационных ресурсов. Такой подход характерен для более взрослых учеников, но и в младшем возрасте дает представление. Также хотелось бы отметить, что данный УМК имеет множество вариантов планирования.

4. УМК А.В. Горячева отличается тем, в нем нет четко обозначенной темы «Компьютер», но понятие компьютера вводится и изучается совместно с темой «Информация» и «Мультимедиа». Такое представление материала позволяет сделать упор на развитие навыков беглого набора текста, подготовку презентаций и различных докладов.

5. Нет ни одного УМК, где бы шла речь о разнообразии современной компьютерной техники, в том числе о многопроцессорных устройствах и суперкомпьютерах.

1.3 Основное содержание темы «Алгоритмы» в курсах информатики начальной школы

Алгоритмизация по праву является центральным элементом содержания курса информатики в школе. Изучение алгоритмизации предполагает собой два аспекта: развитие мышления и программирование. Аспект развития связан с необходимостью разработки алгоритмического мышления учеников, как необходимого качества личности современного человека, а программный аспект этого вопроса имеет карьерный характер и связан с необходимостью показать ученикам содержание деятельности программистов - таким образом, ученики знакомятся с понятиями алгоритма и исполнителя алгоритма [6].

Так как цели преподавания информатики в школе заключаются в развитии системного, аналитического и алгоритмического мышления, для этого необходимо четко определить объект педагогического воздействия (ученик и его мышление в) и найти средства воздействия на ученика, учитывая его психологические характеристики, а не только способы формирования знаний, навыков и навыков. Учитель должен понимать, что мышление не является чем-то совершенно независимым, а является элементом целостной личности школьника.

Необходимо учитывать в процессе обучения информатике, что мышление - это психический процесс, процесс интерпретации того, что воспринимается ребенком, что означает - даже одинаково воспринимаемый материал, понимается по-разному, то есть в процессе мышления интерпретация того, что воспринимается, зависит от ряда факторов: возраста, образования, мировоззрения, жизненного опыта и других качеств.

Как считают современные психологи и методисты - умственная деятельность может быть направлена как бы «внутри себя» и внешне [27]. Этот тип называется «внутренним информационным потоком», а тип, выражаемым в словесной форме, - «внешним информационным потоком».

Как внутренние, так и внешние информационные потоки можно рассматривать как процессы, таким образом, строить динамические модели мышления и речи. Под «внешним информационным потоком» можно понимать процесс вывода информации из нашей памяти и представления информации [2].

Современный учитель информатики должен наряду с методами обучения информационным технологиям изучать также методы формирования понятий информатики и методы развития систематического или алгоритмического мышления, использовать их в сочетании с методами формирования знаний, умений и навыков. Для разработки новых методов требуется некоторое время и усилия, но эффективность от приложенных усилий со временем принесет должный результат, как с точки зрения ускорения изучения программного материала, так и с точки зрения повышения эффективности учебно-образовательного процесса в целом, а также с точки зрения повышения качества образованного процесса.

Младший школьный возраст характеризуется тем, что у детей в этот период развивается и формируется стиль мышления. Поэтому для подготовки детей к жизни в современном информационном обществе, прежде всего, необходимо разработать логическое и алгоритмическое мышление, умение анализировать (изолировать структуру объекта, идентифицировать отношения, понимать принципы организации) и синтезировать какой - либо объект (создание новых схем, структур и моделей). Важно отметить, что технология такого обучения должна быть массовой, общедоступной и не должна зависеть исключительно от возможностей школ или родителей.

Во многих отношениях роль информатики в развитии алгоритмического мышления школьника объясняется современными достижениями в области моделирования и проектирования, особенно в объектно-ориентированном моделировании и проектировании [14].

Предмет информатики тесно связан с курсом математики, основной целью которого является формирование у школьников основ алгоритмического мышления. Способность мыслить алгоритмически понимается, как способность решать задачи различного происхождения, которые требуют составления плана действий для достижения желаемого результата [15].

Алгоритмическое мышление, рассматриваемое как представление последовательности действий, определяет интеллектуальную силу человека, его творческий потенциал. Навыки планирования, привычка к точному и полному описанию их действий, помогают школьникам разрабатывать алгоритмы решения проблем различного происхождения. Алгоритмическое мышление является необходимой частью научного мировоззрения. Поэтому посещая курс математики и информатики, школьник учится мыслить алгоритмически.

В познании велика роль игр, при их активном использовании в сочетании с театрализацией достигается оптимальный результат в развитии мышления младшего школьника [15].

Рассмотрим содержание темы «Алгоритмы» на примере УМК М. А. Плаксина.

Развитие алгоритмического мышления через решение алгоритмических задач, изучение «черных ящиков» - одно из ключевых направлений рассматриваемого курса. В результате его реализации формируется представление об алгоритмах и отрабатывается умение решать алгоритмические задачи на компьютере средствами ресурса «Интерактивный задачник для младших школьников» [24].

В третьем классе ученик, изучая тему «Алгоритм», знакомится с понятием алгоритма. В четвертом классе ученики осваивают различные способы представления алгоритма (словесное описаниеё блок-схемы), изучают виды алгоритмов (линейные, ветвящиеся и циклические).

Практическая компонента для третьего класса заключаются в умениях: анализировать и прогнозировать последствия своих действий (реальных или гипотетических); строить цепочки причинно-следственных связей; демонстрировать единство противоречий в знакомом объекте; исполнять алгоритмы, записанные в понятной форме; определять исходную информацию и результаты алгоритма.

Практические умения, формируемые в четвертом классе заключаются в исполнении алгоритмов, записанных в понятной форме, в том числе ветвящихся и циклических.

Для третьего класса тема «Алгоритм» раскрывается в третьей четверти на 23, 24 уроках (параграфы 24 и 25 - «Что такое алгоритм» и «Где используются алгоритмы»), после изучения темы «Что такое «черный ящик». В четвертом классе тема «Алгоритм» изучается в разделе «Алгоритмы», состоящем из следующих параграфов:

§ 2.1. Способы представления алгоритмов.

§ 2.2. Что такое алгоритмы с ветвлениями?

§ 2.3. Что такое циклические алгоритмы?

Рассматриваемый УМК направлен на формирование алгоритмического мышления - умения планировать последовательность действий для достижения какой-либо цели (личной, коллективной, учебной, игровой и др.). Кроме этого развиваются следующие умения:

?умение решать задачи, ответом для которых является описание последовательности действий на естественных и формальных языках;

?умение вносить необходимые дополнения и изменения в план и способ действия в случае расхождения начального плана (или эталона), реального действия и его результата;

?умение использовать различные средства самоконтроля с учетом специфики изучаемого предмета (дневник, в том числе электронный, портфолио, таблицы достижения результатов, беседа с учителем и т.д.).

Рассмотрим УМК Н.В Матвеевой. Данный УМК отличает системность, достигаемая опорой на сквозные содержательные линии:

• информация, виды информации (по способу восприятия, по способу представления, по способу организации);

• информационные объекты (текст, изображение, аудиозапись, видеозапись);

• источники информации (живая и неживая природа, творения человека);

• работа с информацией (обмен, поиск, преобразование, хранение, использование);

• средства информационных технологий (телефон, компьютер, радио, телевидение, устройства мультимедиа);

• организация информации и данных (оглавление, указатели, каталоги, записные книжки и другое).

Во втором и третьем классе в УМК Н.В Матвеевой темы «Алгоритмы» нет. Тема появляется в четвертом классе в конце обучения в подразделе «Мир моделей» и состоит из параграфов:

§ 15. Алгоритм как модель действий.

§ 16. Формы записи алгоритмов. Виды алгоритмов.

§ 17. Исполнитель алгоритма [26].

Рассмотрим УМК А.В. Горячева. Теме «Алгоритм» уделено большое значение, начиная со второго класса школьники знакомятся с тем, что такое «алгоритм», «порядок шагов», «последовательность», узнают значение термина «исполнитель», изучают основные принципы ветвления и цикличности.

В итоге, во 2 классе школьники осваивают основные правила записи порядка шагов.

В третьем классе теме «Алгоритмы» уделяется 8 часов, в рамках которых осваиваются: значение термина «алгоритм», «линейный алгоритм», «алгоритм с ветвлением», «циклический алгоритм»; основные свойства алгоритма; правила записи алгоритма естественным языком и языком блок- схем; основные правила работы в среде Kodu. При этом формируются следующие умения:

?решать (выполнять) линейные вычислительные и событийные алгоритмы;

?составлять линейные алгоритмы и записывать их естественным языком или языком блок-схем;

?создавать и открывать шаблоны и ранее сохранённые проекты в среде Kodu; создавать и первично настраивать собственные проекты; управлять простыми исполнителями [1].

В четвертом классе, как и в предыдущих классах, теме «Алгоритмы» уделено 8 часов. Тема появляется после раздела «Мультимедиа и инфографика», перед темой «Программирование и управление» и служит связующим звеном между ними [1].

Тема «Алгоритмы» дает возможность ученикам понять необходимость разработки письменных алгоритмов как этапа программирования, а также понимание структуры и правил работы в среде Scratch.

Таким образом, нами было рассмотрено представление темы

«Алгоритмы» в трех УМК разных авторов. В УМК Н.В Матвеевой теме

«Алгоритмы» не уделено внимания, этот комплекс больше направлен на рассмотрение разных видов информации, объектов и систем.

В УМК М.А. Плаксина тема «Алгоритмы» получила должное развитие; при её раскрытии уделено внимание способам представления алгоритмов, алгоритмам с ветвлениями, циклическим алгоритмам.

Наиболее полно тему «Алгоритмы» раскрывает УМК А.В. Горячева; комплекс прочно закрепляет значение термина, основные свойства, правила записи, использование блок-схем. Тема используется на протяжении всей младшей школы, начиная со второго класса, тогда как начало изучения информатики по УМК М.А. Плаксина начинается с третьего класса. Но в целом представление темы схоже, только в УМК А.В. Горячева в третьем классе этой теме уделяется 16 часов и используются среды Kodu и Scratch.

Нет ни одного УМК, где бы школьники при изучении темы «Алгоритмы» знакомились бы с параллельными алгоритмами.

1.4 Определение сущности понятия «суперкомпьютерные технологии» и возможности его рассмотрения в начальной школе

Мир, окружающий современного человека, стремительно меняется.

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. С началом разработки и появления первых компьютеров основное внимание разработчиков уделялось производительности вычислительных систем. С увеличением роста числа пользователей и расширением сферы приложений к вычислительным системам предъявлялись новые требования, в том числе - к мощности вычислительной техники. Современные компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Результатом такого подхода стало появление суперкомпьютеров, вычислительных машин значительно превосходящих по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров [2].

Суперкомпьютер - это мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). То есть супер-ЭВМ - это вычислительная система, которая позволяет производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. Каждая компьютерная система состоит из 3-х основных частей: центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент). Но главную роль играют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей [6].

Основные функции, выполняемые суперкомпьютером, заключаются в решении сложных математических задач, участии в исследованиях национального и международного масштаба. Прежде всего, это задачи получения точных прогнозов долгосрочных климатических изменений и геологических катаклизмов (землетрясений, извержений вулканов, столкновений тектонических плит), прогнозов цунами и разрушительных ураганов, экологических прогнозов и т.п. Это задачи расшифровки генома человека, определение роли каждого гена в организме, влияние генов на здоровье и продолжительность жизни человека. Не обойтись без компьютеров в сейсморазведке, нефте и газодобывающей промышленности, автомобилестроении, проектировании электронных устройств, фармакологии, синтезе новых материалов и многих других отраслях. Новые задачи подобного рода появляются постоянно; постоянно возрастают требования к точности и к скорости решения прежних задач. Решение этих и подобных им задач связано с использованием параллельных вычислительных систем, в которых предусмотрена одновременная (параллельная) реализация нескольких вычислительных процессов.

Принцип параллельной обработки данных занимает главное место и воплощает идею одновременного и параллельного выполнения нескольких действий. Если некое устройство выполняет одну операцию за единицу времени, то тысячу операций оно выполнит за тысячу единиц. Если предположить, что есть пять таких же независимых устройств, способных работать одновременно, то ту же тысячу операций система из пяти устройств может выполнить уже не за тысячу, а за двести единиц времени. Аналогично система из N устройств ту же работу выполнит за 1000/N единиц времени. Конвейерная обработка состоит в выделении отдельных этапов выполнения общей операции и каждый этап, выполнив свою работу, передаёт результат следующему этапу, одновременно принимая новую порцию входных данных [2].

Рассмотрение темы суперкомпьютеров помогает определить важность преподавания компьютерных технологий в школе [18]. Понятия, связанные с параллельными процессами, алгоритмами, суперкомпьютерами и параллельными вычислительными системами - являются актуальными в настоящее время, так как эти концепции во многом определяют одно из стратегических направлений в развитии информатики и информационных технологий [17].

Формируя навыки и представления в области параллельных вычислений и параллельного программирования, каждый педагог по информатике задает себе такой вопрос: «Можно ли начинать такую работу в рамках обычного школьного курса информатики?» и «Когда можно начинать эту работу?».

Традиционно считается, что работа по приобретению навыков в области параллельных вычислений должна применять только в старшей школе. Но как показывает опыт педагогов, предварительное ознакомление с азами параллельных вычислений надо начинать с младших школьников, так как именно тогда начинает формироваться мышление ребенка и именно в этот момент можно повлиять на него.

Параллельное программирование требует особого мышления, которое опирается на системное, логическое, алгоритмическое начало. Кроме того, специалисты, работающие в этой области, должны также иметь - параллельное мышление, которое заключается в способности видеть в окружающем мире, а также последовательные и параллельные алгоритмы. Такая способность должна быть необходимо развивать уже на ранних этапах обучения - в младшей школе

Согласно ФГОС одним из важных результатов изучения информатики в школе является формирование алгоритмической культуры и алгоритмического мышления, данные качества, сформированные в школе, помогут ребенку в будущем. Он сможет самостоятельно планировать пути достижения целей и научится ставить альтернативные цели, а также выбирать наиболее эффективные способы решения каких-либо проблем [22].

Способность соотносить свои действия с запланированными результатами, а также умение контролировать их деятельность в процессе достижения результата определяется возможностями параллельного мышления. Умение определять методы действий в соответствии с предлагаемыми условиями и требованиями, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, способность оценивать правильность выполнения образовательной задачи, свои возможности ее решения, владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и реализации сознательного выбора в образовательной и познавательной деятельности - это те аспекты, которые необходимо развивать в младшей школе.

Обучение алгоритмизации проходит красной нитью через содержание курса информатики в российской школе. Алгоритмизация начинается для учащихся начальных и средних школ, обучение начинается с изучения различных последовательных алгоритмов, также при обучении активно используются многочисленные компьютерные исполнители последовательных алгоритмов.

Параллельный алгоритм - это такой алгоритм, который может быть реализован в частях на множестве различных исполнителей, с последующим сочетанием полученных результатов, что полностью соответствует концепции параллельного программирования.

Само понятие параллельного программирования может вводится на уроках на основе обыденных представлений учащихся, например, несколько человек может выполнять общую работу: строить дом, собирать какой-либо аппарат. Но иногда в процессе выполнения этих действий может быть назначен руководитель, который будет координировать их действия. Или в других ситуациях руководитель может быть и не назначен, исполнители будут согласовано действовать, без руководителя, имея определённую, единую систему команд.

Именно в таких простых жизненных примерах проявляется возможность осознать важность параллельного программирования, так можно акцентировать внимание ребенка, на том, что результат зависит от взаимного действия многих детей, от согласованных действий разных исполнителей, и эти действия должны строиться с учетом различных ресурсов.

Рис.1.1 Задача на параллельные алгоритмы



В заключение заметим, что тематика, связанная с пропедевтикой параллельных алгоритмов, интересует не только отечественных, но и зарубежных специалистов. Например, в 2015 году в задания Международного конкурса по информатике «Бобер» была включена соответствующая задача (рис. 1.1).

Вышеизложенное определяет поле возможных задач для пропедевтики основных понятий в области параллельных вычислений и суперкомпьютерных технологий. По мнению Л.Л. Босовой разработка целостной методики пропедевтической подготовки учащихся основной школы в области параллельного программирования - задача нескольких ближайших лет [5].

1.5 Опыт учителей-новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами

Передовой педагогический опыт содержит в себе элементы творческого поиска и новизны, а также новаторство, поэтому необходимо анализировать данный опыт и собирать его, так он очень ценен тем, что прокладывает новые пути в педагогической науке.

Анализ опыта заключается в мысленном расчленении целостного педагогического процесса на элементы его составляющие. В процессе анализа оцениваются эти элементы с точки зрения их эффективности применения на уроке [27].

Первым важным признаком передового педагогического опыта является соответствие новаторской программы современному общественному развитию. Передовые педагоги всегда остро реагируют на требования современного, в нашем случае информационного общества, к обучению и воспитанию школьников, и поэтому быстро находят пути совершенствования существующего педагогического процесса.

Второй признак педагогического опыта это - высокая результативность внедряемой программы. Передовой педагогический опыт всегда основан на высоких результатах эффективности, он помогает давать школьнику высокое качество знаний, и обеспечивает значительное повышение уровня воспитанности и общего развития детей, причём результаты педагогов- новаторов часто бывает, отличаются от результатов массового опыта деятельности педагогов и коллективов [21].

Еще один признак передового педагогического опыта - это оптимальность. Достижение устойчивых положительных результатов в обучения детей не должно подразумевать перегрузок. То есть педагогический опыт подразумевает собой грамотное сочетание методик без перегрузки и без слишком больших объемов трудоемких занятий, но при таком сочетании обеспечивается высокий уровень знаний, поэтому внедрение передового педагогического опыта не должно сопровождаться напряжением здоровья детей.

Четвертый признак передового педагогического опыта - это стабильность результатов учебно-воспитательного процесса. Именно стабильность при меняющихся условиях обучения и воспитания, а также достижение положительных результатов на достаточном большом отрезке времени является важным критерием передового педагогического опыта.

Перечислим элементы, подлежащие анализу: основные педагогические задачи; содержание учебного материала; способы, обеспечивающие развитие мышления ученика; деятельность учителя; деятельность учащихся; материальное обеспечение деятельности учителя, которое включает в себя различные пособия; внешние условия обучения, например, рабочее место; результаты обучения, под ними подразумевается качество знаний, уровень обученности и многое другое.

Босова Л.Л. представляет классы задач, связанных с параллельными алгоритмами, которые могут быть использованы в работе с младшими школьниками [5].

Самый простой вариант - это класс задач на совместное выполнение работы однотипными исполнителями.

Пример 1. Если включить кран с холодной водой, то ванна наполнится за полчаса, а если с горячей - то за час. Сколько времени потребуется, чтобы заполнить ванну, когда включены оба крана?

Большинство учащихся отвечает - 45 минут, что является неправильным ответом, т.к. только при одном включенном кране ванна набирается за полчаса. Использование подобного примера, можно рассматривать как более удачный вариант для демонстрации процессов параллелизма и по сравнению с классическим примером о «землекопах», т.к. он требует большей интеллектуальной активности учащегося.

2. Трое мужчин могут покрасить три забора за три часа. Сколько времени потребуется, чтобы один человек покрасил один забор?

Наиболее частый вариант ответа - один час, что также неверно (так как каждый человек должен красить свой забор в течение трех часов).

Пример 3. Три пятиклассницы Анна, Ева и Лиза одинаково быстро и хорошо умеют печатать на компьютере. Если любые две из этих девочек будут работать одновременно, то смогут напечатать материалы для школьной газеты за час. Сколько времени они потратят на эту работу, если будут выполнять её все трое вместе?

С точки зрения параллельного программирования здесь важно обратить внимание на узкие места, связанные с возможностью распараллеливания: например, все хорошо, если девочкам предстоит перепечатать 6 одинаковых по количеству знаков заметок для стенгазеты. А если заметок всего 2? Как делить работу на части? Сколько времени уйдёт на «объединение полученных результатов и получением корректного результата»?

Задач такого рода достаточно много в курсе математики. Подобного рода задачи считаются наиболее ценными среди текстовых задач - они тренируют внимание, заставляют остановиться и посмотреть на задачу с совершенно неожиданной стороны. Также уместно при использовании такого класса задач на уроке отмечать и их недостатки. Так, в задаче о трех мужчинах и трех заборах, которые они красят в течение трех часов, подразумевается, что, во-первых, все троя красят с одинаковой скоростью и, во-вторых, красят непрерывно, не снижая и не повышая темпа работы. Оба предположения нереальны. Предполагается, что мы игнорируем все это, иначе задача оказалась бы слишком сложной, и у нас не было бы достаточно данных для ее решения. Необходимо было бы точно знать, сколько раз каждый маляр замедлял работу и насколько он устал на третьем часу, как часто останавливался, чтобы перекусить и т.п. По сути, текстовые задачи заставляют делать упрощающие предположения, что является ценным навыком математического моделирования.

Дадим оценку представленному выше опыту по включению задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников (табл.1.).

Таблица 1

Включение задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников

Критерий	Оценка
Достоверность	Данный педагогический опыт был предоставлен Босовой Л.Л. Заслуженным учителем РФ, д.п.н, автора по УМК по информатике.
Оптимальность	Тема «знакомство с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами» является оптимальной с точки зрения затрат усилий и средств.
Длительность функционирования опыта	длительность функционирования опыта не очень долгая, так как «знакомство с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами» представляет собой новаторскую методику.
Творчество	Творческий элемент реализован достаточно ярко, так как в методике автора предполагается использование игр.
Соответствие современным достижениям методики	Проанализированная методика полностью соответствует современным достижениям и отвечает на потребности информационно развитого общества.

Страница:

•  1 
•  2 

дипломная работа "Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе" скачать

Подобные документы

• Формирование нравственных представлений у младших школьников

  Связь нравственности и морали. Особенности формирования нравственных представлений у младших школьников. Содержание нравственного воспитания в современной начальной школе. Формирование нравственных представлений младших школьников в игровой деятельности.
  
  курсовая работа [47,1 K], добавлен 09.05.2015
  

• Развитие алгоритмической культуры школьников методами дистанционных технологий

  Теоретические аспекты дистанционных технологий, как средства развития алгоритмической культуры школьников на уроках информатики. Характеристика возможностей и методических рекомендаций по использованию дистанционных технологий на уроках информатики.
  
  курсовая работа [62,2 K], добавлен 08.07.2010
  

• Цели и методы формирования пространственных представлений в системе обучения математике в начальной школе

  Сущность и особенности пространственных представлений младших школьников. Разработка программы и методического обоснования процесса развития пространственных представлений у младших школьников. Оценка практической эффективности предлагаемых методик.
  
  дипломная работа [1,3 M], добавлен 08.11.2013
  

• Эффективность мультимедийных презентаций в обучении младших школьников

  Применение компьютерных технологий в начальной школе. Развитие наблюдательности, ассоциативности, сравнения, аналогии, выделения главного, обобщения, воображения и познавательной активности младших школьников средствами мультимедийных презентаций.
  
  курсовая работа [138,1 K], добавлен 21.01.2016
  

• Формирование логической культуры мышления у младших школьников на уроках информатики

  Анализ существующих методик преподавания информатики в начальной школе. Моделирование дидактической системы формирования логической культуры мышления у младших школьников на основе решения логических задач. Экспериментальное исследование ее эффективности.
  
  дипломная работа [1,1 M], добавлен 10.03.2012
  

• Обучение младших школьников с компьютерной поддержкой

  Современные проблемы компьютеризации обучения младших школьников. Концепция современных проблем образования. Специфика компьютерного обучения младших школьников. Российский опыт в обучении младших школьников с компьютерной поддержкой.
  
  курсовая работа [57,5 K], добавлен 18.06.2004
  

• Особенности педагогической работы в начальных классах

  Особенности работы в начальной школе. Развитие познавательной активности младших школьников. Направленность учебных и познавательных интересов младших школьников. Динамика развития познавательных интересов, потребностей и склонностей младших школьников.
  
  курсовая работа [42,1 K], добавлен 16.04.2016
  

• Нравственное развитие школьников

  Особенности нравственного развития младших школьников. Современный подход к изучению басни в начальной школе. Методика работы над басней как средство нравственного воспитания младших школьников, исследование и оценка эффективности данного процесса.
  
  курсовая работа [44,8 K], добавлен 15.10.2014
  

• Духовно-нравственное воспитание младших школьников

  Сущность и природа нравственности. Методы и приемы духовно-нравственного воспитания младших школьников. Изучение уровня развития духовно – нравственных качеств у младших школьников. Работа по духовно-нравственному воспитанию в начальной школе.
  
  курсовая работа [55,6 K], добавлен 19.01.2007
  

• Нравственное воспитание младших школьников на уроках литературного чтения посредством литературных сказок С.Я. Маршака

  Формирование нравственности младших школьников на уроках литературного чтения в начальной школе. Изучение особенностей восприятия сказок младшими школьниками. Знакомство со сказками С.Я. Маршака как средство нравственного воспитания младших школьников.
  
  дипломная работа [207,5 K], добавлен 25.12.2015
  

Другие документы, подобные "Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам