Этапы введения ЭВМ

1(ТиМОИ). Этапы введения ЭВМ и программирования в среднюю школу России

1. Компьютеризация средней школы началась с введения в учебные планы дисциплины по изучению программирования для ЭВМ. К началу 50-х гг. стали появляться первые ЭВМ в нашей стране. Вскоре после появления первых ЭВМ в научно-исследовательских учреждениях и крупных вузовских центрах стали возникать разновозрастные группы учащихся по изучению начал программирования на ЭВМ. К концу 50-х гг. этот опыт под руководством А.П.Ершова получил развитие в школах Новосибирска, но этот опыт не имел непосредственного отношения к формированию регулярного общеобразовательного курса ОИВТ.

2. Специализации по программированию на базе школ с математическим уклоном (начало 60-х гг.). Толчком к созданию первых официальных учебных программ по курсу программирования послужило появление в начале 60-х гг. школ с математической специализацией, предусматривающих предпрофессиональную подготовку вычислителей-программистов на базе общего среднего образования. Широкую известность в эти годы получила опытная работа, начатая в сентябре 1959 г. на базе одного из классов школы № 425 г. Москвы С.И. Шварцбурдом. С 1960-61 уч.г. стали расти школы готовящие программистов. В июле 1961 г. Министерство Просвещения утвердило 1 вариант документации для школ с математической специализацией, учебный план, программы по курсу математики и специальным предметам – математические машины и программирование, вычислительная математика. В это время был накоплен опыт, позволивший впоследствии эффективно взаимодействовать школам и вычислительным центрам. С начала 60-х гг. стал выходить журнал «Математика в школе».

3. Начало 60-х гг. – обучение школьников элементам кибернетики. С 1961 г. В.С. Леднев ввёл экспериментальное преподавание курса по общим основам кибернетики для средней школы. Впоследствии в это новое направление исследований активно включился А.А. Кузнецов – ученик В.С. Леднева (велись исследования места кибернетики в содержании общего среднего образования, её значение для образования учащихся, пути изучения её в школе, содержание и методы преподавания курса кибернетики). В середине 70-х гг. курс «Основы кибернетики» был официально включен в содержание образования по 70 час в 9,10 классы в число факультативных курсов.

4. С введением в среднюю школу факультативных занятий, как новой формы учебной работы, нацеленной на углубление знаний и развитие учащихся, началась работа по организации факультативов по математике и её приложениям. Появилось 3 специальных факультативных курса: «Программирование», «Вычислительная математика», «Векторные пространства и линейное программирование». Чаще всего обучение строилось в безмашинном варианте. Впоследствии в перечень факультативных курсов были введены следующие темы: «Системы счисления и арифметические устройства ЭВМ», «Алгоритмы и программирование», «Основы кибернетики», «Языки программирования». Специальные факультативные курсы не могли получить широкого распространения в связи с: неподготовленностью преподавателей, отсутствием ВТ, отставанием СССР в области производства ЭВМ.

5. Специализации на базе учебно-производственных комбинатов. В начале 70-х гг. стали возникать специализации по профессиональной подготовке учащихся старших классов в области применения вычислительной техники. С 1971 г. соответствующий эксперимент начат в УПК Первомайского района г. Москвы. УПК обладали хорошей материальной базой, имели подготовленные кадры, имели межшкольную основу (их посещали учащиеся школ). В это же время специализации по вычислительной технике и программированию стали открываться в межшкольных районных УПК по всей стране. Были некоторые направления трудовой подготовки:1) оператор ЭВМ, 2) электромеханик по обслуживанию внешних устройств ЭВМ и др.

6. Формирование общеобразовательного подхода к программированию как перспективной области, оказывающей влияние на содержание всего школьного образования. Систематический анализ общеобразовательной сущности программирования привёл к формированию нового подхода и понятия «алгоритмическая культура учащихся» (сер 70-х гг.). В это время в курс Алгебры 8 кл. была введена тема для беседы «Вычисления и алгоритмы», а затем раздел «Алгоритмы и элементы программирования». Исследовалось межпредметное влияние алгоритмизации на традиционные школьные предметы, прежде всего на математику.

7. Вторая половина 70-х гг. – широкое распространение электронных калькуляторов. Было решено ввести калькуляторы в учебный процесс общеобразовательных школ в обязательном порядке.

8. Появление ЭВМ массового применения и проникновение их в школу – качественно новый этап (вторая половина 70-х гг.) в тенденции проникновения информатики в общеобразовательную школу. Стали проводиться первые Всесоюзные олимпиады школьников по информатике, были организованы летние школы юных программистов и др. формы работы с учащимися. Значительный вклад в введение программирования и алгоритмизации в школу внес Г.А. Звенигородский (под его руководством была создана интегрированная система программирования «Школьница» - первая отечественная программная система, ориентированная на школьный учебный процесс).

9. 1 Сентября 1985 г. – введение в школу предмета Основы информатики и вычислительной техники. В 1984 году был издан документ «Основные направления реформы общеобразовательной и профессиональной школы». Одним из ключевых направлений стала задача введения информатики в учебно-воспитательный процесс и обеспечение всеобщей компьютерной грамотности молодёжи. Была разработана учебная программа 1985 года и учебники. Необходимо было подготовить и учителей. Велась массовая переподготовка учителей математики и физики. К концу 70-х гг. в педвузах России было открыто только 4 кафедры программирования и ВТ – Москва, Ленинград, Свердловск и Омск. К моменту введения ОИВТ в школу уровень компьютерной подготовки выпускников физматов не соответствовал требованиям преподаваемого предмета, т.к. педвузовское образование было ориентировано только на ознакомление с курсом информатики, педвузовская подготовка носила исключительно образовательный характер и не была ориентирована на преподавание этого предмета в школе + недостаток материальной базы. В связи с этим перед научно-педагогической общественностью возникла проблема: на основе точного прогноза и анализа целей и перспектив нужно было апробировать и внедрить научно-методическую систему подготовки учителя в педвузе в области информатики и ИТ, ориентированную на те задачи, которые будет решать школа. Свидетельством большого внимания государства к проблеме компьютеризации школы явилось учреждение нового научно-методического журнала «информатика и образование», первый номер которого вышел к началу 1986-1987 учебного года.

Формирование представлений о функциональной организации компьютера, принципах работы, его основных устройствах и периферии

Линия компьютера делится на четыре ветви: устройство компьютера; программное обеспечение; представление данных в ЭВМ; история и перспективы развития ЭВМ. Освоение темы происходит в двух направлениях: 1) теоретическое изучение устройства, принципов функционирования и организации данных в ЭВМ; 2) практическое освоение компьютера, получение навыков применения компьютера для выполнения различных видов работы с информацией.

В курсе информатики устройство компьютера изучается на уровне его архитектуры. Под архитектурой понимают описание устройства и принципов работы ЭВМ без подробностей технического характера на уровне, достаточном для пользователя. В ходе изучения базового курса ученики должны постепенно углублять свои знания об архитектуре компьютера вплоть до получения представлений о языке машинных команд, о работе процессора. Необходимость таких знаний следует из основной концепции курса: направленности на фундаментальное, базовое образование. Как правило, в учебниках разъясняются общие понятия архитектуры без привязки к конкретным маркам ЭВМ. Практическая же работа на уроках происходит на определенных моделях компьютеров. В связи с этим возникает проблема увязки общетеоретических знаний с практикой. Эту проблему должен решать учитель. Вводя общие понятия, например, объем памяти, разрядность процессора, тактовая частота и др., следует сообщать ученикам, какие конкретно значения этих параметров имеются у школьных компьютеров. Рассказывая о назначении устройств ввода-вывода, о носителях информации, учитель должен продемонстрировать эти устройства, познакомить учеников с их характеристиками, с правилами обращения. Главные понятия данной темы: архитектура ЭВМ; память ЭВМ (оперативная, внешняя); процессор; устройства ввода; устройства вывода; программное управление. Для раскрытия понятия «архитектура ЭВМ» следует использовать прием аналогии, суть которого заключается в следующем: по своему назначению компьютер – это универсальная машина для работы с информацией, но в природе уже есть такая «биологическая машина» - это человек. Человек способен осуществлять основные информационные процессы: хранение, обработка, прием, передача информации. Значит в состав устройств компьютера должны входить технические средства для реализации этих процессов: память, процессор, устройства ввода и вывода.

Функция	Человек	Компьютер
Хранение информации	Память	Устройства памяти
Обработка информации	Мышление	Процессор
Прием информации	Органы чувств	Устройства ввода
Передача информации	Речь, двигательная система	Устройства вывода

Деление памяти компьютера на внутреннюю и внешнюю также поясняется через аналогию с человеком. Внутренняя память – это собственная (биологическая) память человека; внешняя память – это разнообразные средства записи информации: бумажные, магнитные и пр. Различные устройства компьютера связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода; поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное ее хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной двусторонней связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты обработки. Информация из внутренней памяти может быть передана во внешний мир через устройства вывода.

Именно эти положения должны быть поняты учениками при изучении работы компьютера. Архитектуру ЭВМ нельзя описывать статично. В сознании учеников с самого начала необходимо создавать представление о функционировании компьютера. Для решения любой задачи компьютеру нужно сообщить исходные данные и программу работы. И данные и программа представляются в определенной форме, «понятной» машине, заносятся во внутреннюю память и затем компьютер переходит к выполнению программы, т.е. решению задачи. Компьютер является формальным исполнителем программы. Подводя итог теме, следует сказать, что суть принципа программного управления компьютером сводится к следующим трем положениям: 1) любая работа выполняется компьютером по программе; 2) исполняемая программа находится в оперативной памяти; 3) программа выполняется автоматически. Ученикам следует сообщить о двух типах свойств памяти: о физических свойствах и о принципах организации информации (о внутренней памяти). К физическим свойствам внутренней памяти относят:

§ это память, построенная на электронных элементах (микросхемах), которая хранит информацию только при наличии электропитания (энергозависимая);

§ это быстрая память, время записи в нее информации и чтения очень маленькое – микросекунды;

§ это память небольшая по объему по сравнению с внешней памятью.

Быструю энергозависимую внутреннюю память называют оперативной памятью или ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. В качестве дополнительной информации ученикам можно сообщить, что в компьютере имеется еще один вид внутренней памяти – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Основное его отличие от ОЗУ – энергонезависимость и то, что однажды записанная информация в ПЗУ не меняется. ПЗУ – это память, предназначенная только для чтения, в то время как ОЗУ – и для чтения, и для записи. Обычно ПЗУ по объему существенно меньше ОЗУ. Физические свойства внешней памяти:

§ энергонезависимость;

§ медленная по скорости;

§ большая по объему по сравнению с ОЗУ.

Необходимо обращать внимание учеников на точность в используемой терминологии. Ленты, диски – это носители информации. Устройство компьютера, которое работает с магнитной лентой, записывает и считывает с нее информацию, называется накопителем на магнитной ленте. Устройство чтения/записи на магнитный диск называется накопителем на магнитном диске или дисководом. С оптическими дисками работает оптический дисковод. Изучив базовый курс, ученики должны будут узнать о принципах организации информации:

1) компьютер работает со следующими видами данных: символьными, числовыми, графическими, звуковыми;

2) любая информация в памяти компьютера представляется в двоичном виде, т.е. с помощью двух символов – 0 и 1.

Информационную структуру внутренней памяти следует представлять как последовательность двоичных ячеек – битов. Основные свойства: дискретность (каждый бит памяти в данный момент хранит одно из двух значений: 0 или 1, т.е. один бит информации. В процессе работы компьютера эти нули и единицы «мигают» в ячейках); адресуемость (адресуются не биты, а байты – 8 расположенных подряд битов памяти. Адрес байта – это его порядковый номер в памяти.).

Информационная структура внешней памяти – файловая. Наименьшей именуемой единицей во внешней памяти является файл. Для объяснения этого понятия рекомендуется использовать аналогию с книгой: файл – это аналог наименьшего поименованного раздела книги (параграфа, рассказа).

Основная педагогическая задача при обучении теме «Программное обеспечение ЭВМ» заключается в том, чтобы привести учеников к пониманию того факта, что современный компьютер представляет собой двуединую систему, состоящую из аппаратной части (технических устройств) и информационной части (программного обеспечения). Программное обеспечение – это совокупность программ, хранящихся на устройствах долговременной памяти компьютера и предназначенных для массового использования. Учителю необходимо обращать внимание на то, чтобы ученики отчетливо понимали, с помощью каких программных средств какие информационные задачи можно решать. При этом они должны научиться отделять задачи системного характера от задач прикладного характера. Например, понимать, что копирование или удаление файлов осуществляется с помощью операционной системы, а редактирование текстового документа – с помощью текстового редактора, т.е. прикладной программы. Необходимо привести ученикам классификацию ПО, согласно которой все программы делятся на системные, прикладные и системы программирования. При объяснении назначения прикладных программ учителю следует рассказать или продемонстрировать разнообразные прикладные возможности современных компьютеров (напечатать рассказ, нарисовать рисунок на экране и распечатать его на бумаге, поиграть в компьютерную игру и т.д.). Привести примеры прикладных программ, имеющихся на школьных компьютерах: «Калькулятор», «Блокнот», «Paint», объяснить их назначение. Подробное изучение средств прикладного ПО происходит при изучении тем, относящихся к содержательной линии «ИТ». В рамках базового курса ученики знакомятся с текстовыми и графическими редакторами, системами управления БД, табличными процессорами, сетевыми программами: браузерами, поисковыми серверами.

Первоначальное представление о системах программирования должно быть дано в самом общем виде. Ученикам необходимо получить представление о том, что

§ программы для компьютера составляют программисты;

§ программисты пишут программы на языках программирования;

§ существует множество различных языков программирования (Паскаль, Бейсик, Фортран и др.);

§ системы программирования позволяют программисту вводить программы в компьютер, редактировать, отлаживать, тестировать, исполнять программы.

В разделе базового курса «Введение в программирование» ученики получают начальные представления и навыки работы с одной из систем программирования на языке высокого уровня. Чаще всего в школе изучаются языки Паскаль или Бейсик.

При объяснении назначения системного ПО нужно дать понять ученикам, что оно предназначено, прежде всего, для обслуживания самого компьютера, для управления работой его устройств. Главной частью системного ПО является операционная система (ОС). В рамках базового курса не нужно детально объяснять ее состав и функции. Но общее назначение, роль ОС в работе компьютера ученики должны представить. В начале нужно сообщить ученикам название ОС, используемой в школьных компьютерах (н-р, MS-DOS, Windows98). Любые ОС, независимо от типа, выполняют три основные функции: 1) управление устройствами компьютера, 2) взаимодействие с пользователем, 3) работа с файлами. Далее следует сказать ученикам, какой режим работы поддерживает данная ОС: однозадачный или многозадачный. Например, MS-DOS поддерживает однозадачный режим работы компьютера, т.е. в данный момент на компьютере может выполняться только одна программа, запущенная пользователем на исполнение; ОС Windows поддерживает многозадачный режим работы компьютера, т.е. пользователь может запустить сразу несколько прикладных программ и работать с ними одновременно. В поддержке многозадачного режима работы проявляется одна из сторон управляющей функции ОС: управление процессором и оперативной памятью. Для одновременного выполнения нескольких программ ОС должна разделять между ними время работы процессора, следить за размещением этих программ и данных в памяти так, чтобы они не мешали друг другу (разделять память). Управление внешними устройствами компьютера – еще одна из сторон первой функции ОС. В состав ОС входят специальные программы управления внешними устройствами, которые называются драйверами внешних устройств. Для каждого типа и каждой конкретной модели внешнего устройства существует свой драйвер. Основные пользовательские навыки работы с ОС сводятся к следующему: уметь находить нужную программу и инициализировать ее выполнение; уметь выполнять основные операции с файлами: копировать, переносить, удалять, переименовывать, просматривать содержимое файлов; получать справочную информацию о состоянии компьютера, о заполнении дисков, о размерах и типах файлов. Общение ОС с пользователем происходит в диалоговом режиме в форме: <приглашение ОС> - <команда, отдаваемая пользователем>. Признаком приглашения ОС является появление на экране интерфейса оболочки, например, Рабочего стола Windows. Пользователь отдает команды путем выбора из представленных на экране меню нажатием функциональных клавиш или каких-либо групп клавиш. Работа с файлами осуществляется с помощью раздела ОС, который называется файловой системой. Первоначальные понятия, которые должны быть даны ученикам по данной теме – это имя файла, тип файла, файловая структура, логический диск, каталог, путь к файлу, дерево каталогов. Ученики должны научиться выполнять основные операции с файлами и каталогами (папками): копировать, перемещать, удалять, переименовывать. Для пояснения представлений об иерархической файловой структуре можно использовать аналогию с системой шкаф – ящики – папки – документы: шкаф – физический диск; ящики – логические диски, на которые поделен физический диск; папки – каталоги, которые могут быть вложены друг в друга; документ – файл с информацией.

При обучении теме «Представление данных в компьютере» необходимо рассмотреть вопросы: представление числовой информации, представление символьной информации, представление графической информации, представление звука. Информация, хранимая в памяти компьютера и предназначенная для его обработки, называется данными. Для представления всех видов данных в памяти компьютера используется двоичный алфавит. Однако интерпретация последовательностей двоичных цифр для каждого вида данных своя.