Вопрос 22. Формы и методы обучения информатике.

Основной формой организации учебно-воспитательной работы с учащимися по всем предметам в средней школе является урок. Школьный урок образует основу классно-урочной системы обучения, характерными признаками которой являются:

• постоянный состав учебных групп учащихся;

• строгое определение содержания обучения в каждом классе:

• определенное расписание учебных занятий;

• сочетание индивидуальной и коллективной форм работы уча­щихся;

• ведущая роль учителя;

• систематическая проверка и оценка знаний учащихся.

Классно-урочная система организации учебного процесса, вос­ходящая от выдающегося чешского педагога Я. А. Коменского, является основой структурной организации отече­ственной школы на протяжении почти всей истории ее существо­вания. Как показывает весь (пока незначительный) опыт, который накопила наша школа после введения курса ОИВТ, преподавание основ информатики, без сомнения, наследует все дидактическое богатство отечественной школы — урочную систему, домашние задания, лабораторную форму занятий, контрольные работы и т. п. Все это приемлемо и на уроках по информатике.

Вместе с тем следует заметить, что со времен Я. А. Коменского и до наших дней взгляды на формы организации учебного процесса в мировой практике не оставались неизменными. Зарубежный педаго­гический опыт от начала XIX в. до современного периода накопил целый ряд подходов, получивших широкую известность. Среди них белль-ланкастерская форма организации занятий, мангеймская си­стема, дальтон-план, план Трампа. В условиях внедрения в учебный процесс школы КВТ и поисков новых эффективных форм организации обучения на ос­нове ИКТ весь известный опыт должен быть подвергнут критическому анализу, с тем чтобы все прогрессивное стало достоянием нашей практики. Применение ИКТ может существенно изменять характер школьно­го урока, что делает еще более актуальным поиск новых организа­ционных форм обучения, которые должны наилучшим образом обес­печивать образовательный и воспитательный процесс.

Классификацию типов уроков (или фрагментов уроков) мож­но проводить, используя различные критерии. Главный признак урока — это его дидактическая цель, показывающая, к чему дол­жен стремиться учитель. Исходя из этого признака, в дидактике выделяются следующие виды уроков:

1) уроки сообщения новой информации (урок-объяснение);

2) уроки развития и закрепления умений и навыков (трениро­вочные уроки);

3) уроки проверки знаний умений и навыков.

В большинстве случаев учитель имеет дело не с одной из на­званных дидактических целей, а с несколькими (и даже со всеми сразу), поэтому на практике широко распространены так называ­емые комбинированные уроки. Комбинированный урок может иметь разнообразную структуру и обладать в связи с этим рядом достоинств: обеспечивая многократную смену видов деятельности, они создают условия для быстрого применения новых зна­ний, обеспечивают обратную связь и управление педагогическим троцессом, накопление отметок, возможность реализации индивидуального подхода в обучении.

Важнейшая особенность постановки курса информатики на базе КВТ — это систематическая работа школьников с ЭВМ. Поэтому учебные фрагменты на уроках информатики можно классифици­ровать также по объему и характеру использования ЭВМ. Так, на­пример, уже самая первая программа машинного варианта курса ОИВТ предусматривала три основных вида организационного использования кабинета вычислительной техники на уроках — де­монстрация, фронтальная лабораторная работа и практикум.

Демонстрация. Используя демонстрационный экран, учитель показывает различные учебные элементы содержания курса (но­вые объекты языка, фрагменты программ, схемы, тексты и т.п.).

При этом учитель сам работает за пультом ПЭВМ, а учащиеся наблюдают за его действиями или воспроизводят эти действия на экране своего компьютера. В некоторых случаях учитель пересылает специальные демонстрационные программы на ученические компьютеры, а учащиеся работают с ними самостоятельно. Воз­растание роли и дидактических возможностей демонстраций с по­мощью компьютера объясняется возрастанием общих графичес­ких возможностей современных компьютеров. Очевидно, что ос­новная дидактическая функция демонстрации — сообщение школьникам новой учебной информации.

Лабораторная работа (фронтальная). Все учащиеся одновремен­но работают на своих рабочих местах с программными средства­ми, переданными им учителем. Дидактическое назначение этих средств может быть различным: либо освоение нового материала (например, с помощью обучающей программы), либо закрепле­ние нового материала, объясненного учителем (например, с по­мощью программы-тренажера), либо проверка усвоения получен­ных знаний или операционных навыков (например, с помощью контролирующей программы). В одних случаях действия школьни­ков могут быть синхронными (например, при работе с одинако­выми педагогическими программными средствами), но не исклю­чаются и ситуации, когда различные школьники занимаются в различном темпе или даже с различными программными средства­ми. Роль учителя во время фронтальной лабораторной работы — наблюдение за работой учащихся (в том числе и через локальную сеть КВТ), а также оказание им оперативной помощи.

Практикум (или учебно-исследовательская практика). Учащи­еся получают индивидуальные задания учителя для протяжен­ной самостоятельной работы (в течение одного-двух или более уроков, включая выполнение части задания вне уроков, в частности дома). Как правило, такое задание выдается для отработки знаний и умений по целому разделу (теме) курса. Учащиеся сами решают, когда им воспользоваться компьютером (в том числе и для поиска в сети), а когда поработать с книгой или сделать необходимые записи в тетради. Учитывая гигиенические требо­вания к организации работы учащихся в КВТ, учитель должен следить за тем, чтобы время непрерывной работы учащихся за компьютером не превышало рекомендуемых норм. В ходе практикума учитель наблюдает за успехами уча­щихся, оказывает им помощь. При необходимости приглашает всех учащихся к обсуждению общих вопросов, обращая внима­ние на характерные ошибки.

Но урок не является единственно целесообразной формой организации учебной работы по школьному курсу информатики. Выделяют также различные формы внеклассных занятий по информатике: летние школы юных программистов, олимпиады, компьютерные клубы и т.д. По большому счету поиск новых подходов и форм организации учебной работы с учащимися диктуется стрем­лением современной школы к развитию личности и интеллекта икольника в такой степени, чтобы выпускник школы был спосо­бен не только самостоятельно находить и усваивать ранее сгене­рированную и обработанную информацию, но и сам генерировать новые идеи. Одним из направлений поиска решения этой проблемы является деятельностный подход к обучению и, в частности, так называемый метод проектов, который применительно к обу­чению информатике (говоря точнее — обучению компьютерной пологий) может с успехом использоваться как на пропедевти­ческом этапе обучения, так и в старших звеньях средней школы.

Учебный проект (УП) как педагогический феномен впервые появился в России в 20-х гг. прошлого века в сфере учебно-ремес­ленной подготовки. Основанный на концепции «учения через де­ятельность» метод проектов успешно использовался для быстрого освоения (в основной своей массе неграмотными выходцами из деревень) рабочих профессий. Позднее метод УП был подвергнут резкой критике за то, что он не обеспечивал системности образо­вания. В настоящее время интерес к проектному методу организа­ции учебного процесса вновь проявляется как на Западе, так и в России.

Проек­том может быть и компьютерный курс изучения определенной темы, и логическая игра, и макет лабораторного оборудования, смодели­рованный на компьютере, и тематическое общение по электрон­ной почте и многое другое.

Укажем полученный на основе конкретного опыта ряд условий, которые необходимо учитывать при использовании метода проектов.

1.Учащимся следует предоставить достаточно широкий набор проектов для реализации возможности реального выбора. Следует отметить, что проекты могут быть как индивидуальными, так и коллективными. Последние, помимо прочего, способствуют ос­воению учеником коллективных способов работы.

2. Поскольку школьник не владеет проектным способом рабо­ты, он должен быть снабжен инструкцией по работе над проек­том. При этом важно учитывать индивидуальные способности раз­ных школьников (одни лучше усваивают материал, читая текст, другие — слушая объяснения, третьи — непосредственно пробуя, ошибаясь и находя решения в процессе практической работы).

3. Для ребенка важна практическая значимость полученного им результата и оценка со стороны окружающих. Поэтому УП дол­жен предполагать для исполнителя законченность и целостность проделанной им работы, желательно в игровой или имитацион­ной форме. Очень важно, чтобы завершенный проект был презен­тован и получил внимание взрослых и сверстников.

4. Как показывает практика, необходимо создать условия, при которых школьники имеют возможность обсуждать друг с другом свои успехи и неудачи. При этом происходит взаимообучение, что полезно как для обучаемого, так и для обучающего.

5. Метод проектов ориентируется главным образом на освоение приемов работы с компьютером (ИКТ).

 

Вопрос 22. Методические особенности изучения содержательной линии представления информации на базовом уровне в старшей школе.

Тема представления информации является сквозной в курсе информатики. Ключевым понятием этой темы выступает понятие языка. Здесь, как и в предыдущей теме, разговор о языках можно вести применительно к человеку, а также рассматривать языки представления информации, используемые в компьютерах.

1. Роль и место понятия языка в информатике.

Изучаемые вопросы:   

Символьная и образная информация, воспринимаемая чело­веком.

Язык как способ представления символьной информации.

Естественные и формальные языки,

Формальный язык и предметная область.

Обсуждая проблему восприятия человеком информации из внешнего мира, нужно обратить внимание учеников на то, что человек обладает множеством каналов, по которым в его мозг (память) поступает информация. Эти каналы - наши органы чувств. Их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание. Информацию, с которой имеет дело человек можно разделить на два вида: на символьную и образную. К символьной относится информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной (знаковой) форме. Все ос­тальное, не относящееся к этому, будем называть образной ин­формацией. Образная информация — это сохраненные в памяти ощущения человека от контакта с источником; она воспринимается всеми органами чувств человека.

Язык — это определенная система символьного представления информации. Языки делятся на две группы: естественные и формальные. Есте­ственные языки — это исторически сложившиеся языки нацио­нальной речи. Для большинства современных языков характерно наличие устной и письменной речи. Формальные языки — это искусственно созданные языки для профессионального применения. Они, как правило, носят меж­дународный характер и имеют письменную форму. Для формальных языков характерна принадлежность к ограни­ченной предметной области (математика, химия, музыка и пр.). Назначение формального языка — адекватное описание системы понятий и отношений, свойственных для данной предметной об­ласти. С любым языком связаны следующие понятия: алфавит — мно­жество используемых символов; синтаксис — правила записи язы­ковых конструкций (текста на языке); семантика — смысловая сторона языковых конструкций; прагматика — практические по­следствия применения текста на данном языке.

Приведенный выше разговор о языках имеет важное значение для общеобразовательного содержания базового курса информа­тики. Знакомый ученикам термин «язык» приобретает новый смысл в их сознании. Вокруг этого термина строится целая система науч­ных понятий. Понятие Языка является одним из важнейших систе­мообразующих понятий курса информатики.

2. Формальные языки.

Изучаемые вопросы:   

Внутренние и внешние языки.

Языки представления данных.

Языки представления действий над данными.

Информацию, циркулирующую в компьютере, можно разде­лить на два вида: обрабатываемая информация (данные) и ин­формация, управляющая работой компьютера (команды, програм­мы, операторы). Информацию, представленную в форме, пригодной для хране­нии, передачи и обработки компьютером принято называть данны­ми. Способ представления данных в компьютере называется языком представления данных.

Для каждого типа данных различается внешнее и внутреннее представление данных. Внешнее представление ориентировано на человека, определяет вид данных на устройствах вывода: на экра­не, на распечатке. Внутреннее представление — это представление на носителях информации в компьютере, т.е. в памяти, в линиях передачи информации.

В самом общем смысле можно сказать, что языком представления данных ЭВМ является язык двоичных кодов. Однако с точки зрения приведенных выше свойств, которыми должен обладать всякий язык, нельзя говорить об одном общем языке двоичных кодов. Общим в нем является лишь двоичный алфавит: 0 и 1. Но для различных типов данных различаются правила синтаксиса и семантики языка внутреннего представления. Одна и та же последовательность двоичных цифр для разных типов данных имеет совсем разный смысл. Например, двоичный код «0100000100101011» на языке предъявления целых чисел обозначает десятичное число 16683, а на языке представления символьных данных обозначает два символа «А+». Таким образом, для разных типов данных используются раз­ные языки внутреннего представления.

 Языки внешнего представления данных обычно приближены к привычной для человека форме: числа представляются в десятич­ной системе, при записи текстов используются алфавиты есте­ственных языков, традиционная математическая символика.

Внутренним языком представления действий над данными (язы­ком управления работой компьютера) является командный язык процессора ЭВМ. К внешним языкам представления действий над манными относятся языки программирования высокого уровня, вход­ные языки пакетов прикладных программ, командные языки опера­ционных систем, языки манипулирования данными в СУБД и пр.

3. Языки представления чисел: системы счисления.

Изучаемые вопросы:   

Позиционные и непозиционные системы счисления.

Основные понятия позиционных систем: основание, алфавит.

Развернутая форма представления чисел в позиционных системах.

Перевод чисел из одной системы в другую.

Особенности двоичной арифметики.

Связь между двоичной и шестнадцатеричной системами.

Тема «Системы счисления» имеет прямое отношение к математической теории чисел. Однако в школьном курсе математике, она, как правило, не изучается. Необходимость изучения этой темы в курсе информатики связана с тем фактом, что числа в памяти компьютера представлены в двоичной системе счисления, а для внешнего представления содержимого памяти, адресов памяти используют шестнадцатеричную или восьмеричную системы. Это одна из традиционных тем курса инфсорматики или программирования. Являясь смежной с математикой, данная тема вносит вклад также и в фундаментальное математическое образование школьников.

Ученики, безусловно, знакомы с записью чисел как римскими, так и арабскими цифрами. Они привыкли видеть римские цифры в обозначении глав в книге, в указании столетий (XX в.) некоторых других нумерациях. Математические расчеты они производили в арабской системе чисел. В данной теме училю предстоит раскрыть перед учениками эти, казалось бы, знамыe вещи с новой стороны.

 В римском способе записи чисел значение, которое несет каждая цифра в числе, не зависит от позиции этой цифры. В арабском же способе значение, которое несет каждая цифра в записи числа, зависит не только от того, какая это цифра, но и от позиции, которую она занимает в числе. Сделав ударение на слове «позиция», учитель сообщает, что римский сп соб записи чисел называется непозиционным, а арабский — поз ционным. После этого можно ввести термин «система счисления

Система счисления — это определенный способ представления чисел и соответствующие ему правила действия над числами.

Теперь нужно дать понять ученикам, что позиционных систем счисления существует множество, и отличаются они друг от друга алфавитом — множеством используемых цифр. Размер алфавита (число цифр) называется основанием системы счисления. Задайте вопрос: «Почему арабская система называется десятичной систе­мой счисления!» Наверняка услышите в ответ про десять цифр в алфавите. Делаем вывод: основание арабской системы счисления равно десяти, поэтому она называется десятичной.

Следует показать ученикам алфавиты различных позиционных систем счисления. Далее нужно научить учеников записывать натуральный ряд чисел в различных позиционных системах.

Одно важное замечание: ни в коем случае нельзя называть недесятичные числа так же, как десятичные. Например, нельзя называть восьмеричное число 36₈ как тридцать шесть! Надо гово­рить: «Три —шесть».

Сущность позиционного представления чисел отражается в развернутой форме записи чисел. Для объяснения привлекаем десятичную систему. Например:

5319,12 = 5000 + 300 + 10 + 9 + 0,1 + 0,02 =  5*10³ + З*10² + 1*10¹ + 9*10⁰ + 1*10^-1 + 2*10^-2.

Аналогично можно получить развернутую форму чисел в других системах счисления.

Следующий вопрос, изучаемый в этом разделе, — способы ревода чисел из одной системы в другую. Основная идея заключается в следующем: перевод чисел неизбежно связан с выполнением вычислений. Поскольку нам хорошо знакома лишь десятичная арифметика, то любой перевод следует свести к выполнению вычислений над десятичными числами.

Объяснение способов перевода следует начать с перевода десятичных чисел в другие системы счисления. Делается это просто: нужно перейти к записи развернутой формы числа в десятичной системе. Вот пример такого перехода для восьмеричного числа:

101101,1₂ = (1×2⁵ + 0×2⁴ + 1×2³+ 1×2² + 0×2¹ + 1 + 1×2^-1)₁₀ =32 + 8 + 4+1+0,5 =45,5₁₀.

Для вычисления значения числа по его развернутой форме писи существует удобный прием, который называется вычиси тельной схемой Горнера. Суть его состоит в том, что развернута запись числа преобразуется в эквивалентную форму с вложенными скобками. Например:

1753₈ = (1×8³ + 7×8² + 5×8¹ + 3)₁₀ =((1×8 + 7) ×8 + 5) × 8 + 3. 

Схема Горнера сводит вычислена таких выражений к минимальному числу операций.

Перевод десятичных чисел в другие системы счисления — задача более сложная.

Алгоритм: чтобы перевести целую часть числа из десятичной системы в систему счисления основанием в, нужно разделить ее на в, а остаток даст младший разряд числа. Полученное частное необходимо разделить на в и т.д. Чтобы перевести дробную часть, ее необходимо умножить на в. Целая часть полученного произведения будет первой после запятой, затем полученную дробную часть необходимо снова умножить на в и т.д., в зависимости от того, сколько цифр после запятой вам нужно.          

Изучаемые вопросы:   

Логические величины, операции, выражения.

Математическая логика в базах данных.

Математическая логика в электронных таблицах.

Математическая логика в программировании.

 Основными понятиями темы являют­ся: высказывание, логическая величина (константа, переменная), ло­гические операции, логическое выражение и т.д.

Методика обучения логике см. в вопросе 27.

Требования к знаниям и умениям учащихся

по линии представления информации

Учащиеся должны знать:

•  функции языка как способа представления информации; что такое естественные и формальные языки;

• что такое «система счисления»;

• в чем различие между позиционными и непозиционными си­стемами счисления;

• что такое логическая величина, логическое выражение;

• что такое логические операции, как они выполняются;

• правила записи и вычисления логических выражений.

Учащиеся должны уметь:

•переводить целые числа из десятичной системы счисления в другие системы и обратно;

•выполнять простейшие арифметические операции с двоичными числами;

•определять истинность высказываний (логических выражений);

•записывать логические выражения с использованием основ­ных логических операций: И, ИЛИ, НЕ.

• использовать логические выражения при работе с базами дан-кьд. электронными таблицами, языками программирования;

• осуществлять перевод целых и дробных десятичных чисел в ■ругие позиционные системы счисления и обратный перевод;

• *переходить от записи двоичной информации к восьмеричной и шестнадцатеричной форме и осуществлять обратный переход.