Обучение информатике

обязательный общеобразовательный минимум по этому предмету, третий этап –

дифференцированное изучение информатики в рамках одного из профильных

курсов.

§2. Профильная дифференциация

В психолого-педагогической, дидактической и методической литературе

принято различать 2 основных типа дифференциации содержания обучения:

профильную и уровневую.

Коротко проанализируем сущность профильной дифференциации содержания

обучения.

Стремительный рост объема информации в современном мире делает

невозможным усвоение ее в полном объеме каждым человеком, приводя к

необходимости его специализации в определенной сфере, а, следовательно, и

специализации его подготовки на основе общего образования. Профильная

дифференциация содержания образования обращена на реализацию этой задачи.

В литературе сущность профильной дифференциации содержания образования

определяется в направленной специализации образования в области устойчивых

интересов, склонностей и способностей, обучаемых с целью максимального их

развития в избранном направлении.

Профильная дифференциация предусматривает объединение учащихся в

относительно стабильные группы, где идет обучению предмету пол особым

программам, которые различаются содержанием, требованиями к знаниям и

умениям школьников.

Анализируя практическую реализацию профильной дифференциации

содержания образования, большинство исследователей отмечает, что наиболее

благоприятный возраст для профильного обучения, исходя из возрастных

особенностей учащихся – 15 лет (10 класс), когда начинают формироваться

устойчивые познавательные интересы, профессиональные намерения.

Профильная дифференциация основана на добровольном выборе школьниками

профиля обучения, исходя из их познавательных интересов, способностей,

достигнутых результатов обучения и профессиональных намерений. Она обращена

на реализацию индивидуального подхода по отношению к отдельным группам

учащихся. Процесс обучения в различных группах протекает по-разному:

отличается содержание образования, изменяется доминирующая роль тех или

иных методов обучения, их формы и пре мы, стиль взаимоотношений учащихся и

учителя.

В последние годы в российской школе наблюдается резкий рост интереса к

проблеме профильной дифференциации. Во многих школах страны созданы классы

с углубленным изучением отдельных предметов; организуются профильные

классы: гуманитарные, технические, естественнонаучные, физико-

математические и другие.

Рассмотрим специфику профильной дифференциации обучения информатике.

Рассмотренная выше структура обучения информатике, теоретически

обоснованная в ряде работ и уже складывающая в настоящее время в практике

школы, предусматривает продолжение образования в области информатики и

информационных технологий в рамках дифференцированного обучения в старших

классах.

Рассмотрим особенности информатики как образовательной области и как

учебного предмета общеобразовательной школы.

Начнем с анализа общеобразовательной значимости изучения информатики,

роли этого учебного предмета в решении основных задач школьного

образования.

В настоящее время под влиянием пресса информатизации складывается

новая общественная структура – информационное общество. Его развитие

существенным образом влияет на цели и содержание образования, стимулирует

изменение методов и организационных форм обучения.

Оценивая проникновение информатики и компьютеров в различные сферы

деятельности человека, их влияние на развитие общества, многие

исследователи характеризуют этот процесс как новую научно-техническую

революцию. По их мнению, развитие компьютеров и информационных технологий

приведет к тому, что к 2000 году большая часть (около 90%) населения

развитых стран мира будет занято в сферах деятельности, связанных с

информационной индустрией.

Как известно, общеобразовательное значение учебного предмета,

педагогические функции образовательной области определяется ее вкладом в

решение основных задач общего образования человека:

1) формирование современного научного мировоззрения школьников;

2) развитие мышления учащихся;

3) подготовка выпускников школы к практической деятельности,

продолжению образования, труду в информационном обществе.

Велика роль изучения информатики для развития мышления школьников,

формирования черт личности, отвечающих требованиям современного

производства.

Изучение информатики связано также с формированием целого ряда

важнейших обще учебных, интеллектуальных умений (например, формулирование

цели, выделение и координация подцелей, анализ исходных условий и средств,

формализация содержания задачи, построение модели и т.д.).

Общеобразовательная функция информатики связана также с решением

задачи подготовки школьников к труду, продолжению образования в условиях

информатизации народного хозяйства, реализацией задач политехнического

образования и профессионального самоопределения молодежи.

Роль изучения информатики в этой области определяется тем, что методы,

и средства информатики используются в настоящее время уже практически во

всех областях человеческой деятельности.

Учитывая, что одной из основных задач дифференциации содержания

обучения в школе является предпрофессиональная подготовка школьников в

области выбранной специализации, а также подготовке к продолжению

образования в этой области, можно предположить, что информатика,

информационные технологии должны стать одним из обязательных компонентов

содержания профильного обучения в любом из направлений специализации школы.

Таким образом, анализ значения информатики для решения основных задач

школьного образования , формирования ряда важнейших компонентов личности

учащихся, ее вклада в подготовку молодежи к труду, последующему

профессиональному образованию убедительно показывает необходимость

обязательного продолжения обучения этому предмету в рамках дифференциации

образования на старшей ступени школы независимо от выбранного профиля

специализации.

Это обстоятельство ставит информатику в уникальное положение в учебном

плане школы, определяет ее главную особенность с точки зрения

дифференциации образования. Обоснование обязательности продолжения обучения

информатике в старших классах в форме одного из профильных курсов в рамках

дифференциации обучения становится одним из важнейших принципов построения

многоэтапной структуры обучения информатике в школе.

С учетом выделенных особенностей информатики, проанализируем подходы к

дифференциации содержания обучения информатике, выдвинутые различными

авторами.

Н.В.Апатовой предлагается в 10-11 классах изучать объективно-

ориентированное программирование на языке Паскаль; логическое

программирование на Прологе или Лиспе; деревья, сети, фреймы; операционные

системы, базы данных, информационные и экспертные системы.

Однако при этом она отмечает, что содержание может быть заменено

курсами, в которых изучается прикладная информатика, например:

- "Информатика для математиков" – для учащихся, занимающихся в

математических классах, – содержит вопросы разработки и реализации на

компьютере различных численных методов; моделирование различных

пространств и множеств; изображение геометрических тел, их сечений,

движение тел и фигур и другое.

- "Информатика для филологов" – анализ и генерация текстов, работа с

различными словарями и другое.

- "Информатика для биологов" – разработка и использование готовых

классификаторов, моделирование поведения различных существ и их групп в

различных условиях и т.д.

- "Информатика для экономистов" – анализ деятельности предприятия,

разработка и испытание модели, информационные системы и базы данных.

Как видно, здесь предлагается некоторый "смешанный" подход: с одной

стороны, углубленное изучение информатики, а с другой, - специализация

содержания по предметным областям и задачам других школьных учебных

дисциплин.

В программе непрерывного курса информатики для средней школы (14),

А.Л.Семенов и Н.Д.Угринович предлагают 7 профильных курсов для углубленного

изучения информатики в старшем звене школы (10-11 классы):

1) Архитектура компьютера и операционная система;

2) Арифметические и логические основы компьютера;

3) Алгоритмизация и языки программирования;

4) Решение задач на компьютере;

5) Обработка текстов и издательская деятельность на компьютере;

6) Основы технологии мультимедиа;

7) Компьютерные телекоммуникационные сети.

Отметим положительный момент выделения широкого спектра профильных

курсов. Подчеркнем также, что ориентация на углубленное изучение не всегда

оправдана в определении содержания профильной дифференциации обучения.

Кроме того, предложенные здесь критерии выделения профилей носят различный

характер, недостаточно систематизированы.

В.Г.Мануйлов (9) разработал программу курса "Основы информационных

технологий", ориентированную на подготовку школьников, обучающихся в

классах с экономической ориентацией. Курс разбит на 2 части: "Введение в

информационные технологии" и "Информационные технологии для экономистов".

И.Ю.Степанова (20) предлагает программу спецкурса "Элементы языка

Пролог", для успешного изучения которого учащиеся должны обладать

математическими навыками оперирования с алгебраическими объектами и знать

аксиоматику школьного курса геометрии.

В профильной дифференциации обучения информатике важнейшее значение

имеют 2 принципа:

-принцип "бинарного вхождения" образовательной области в содержание

общего среднего образования, обоснованной В.С.Ледневым;

-принцип дифференциации содержания образования по его ведущей

педагогической функции.

В соответствии с принципом "двойного вхождения" образовательной

области в содержание общего среднего образования, образовательная область

отражается в содержании образования, с одной стороны, как объект изучения,

с другой стороны, как некоторый аспект изучения всей окружающей

действительности. К примеру, информатика представлена в содержании

школьного образования, как учебный предмет, и отражена, как принцип

"информатизации образования".

Следуя этой позиции, можно выделить принцип дифференциации по

критерию "фундаментальных" и "прикладных" (для информатики –

"пользовательских") профильных курсов.

К такому же делению мы приходим, если попытаемся дифференцировать их

по другому критерию – ведущей педагогической функции. Тогда для

"фундаментальных" курсов в качестве ведущей функции следует назвать

формирование научного мировоззрения или, как принято говорить, "научной

картины мира", а для "прикладных" – подготовку к практической деятельности,

труду.

Как же "профилируются" (дифференцируются по содержанию) профильные

курсы информатики "фундаментального" направления?

Направления их профилизации определяются применительно к предметным

областям, являющимися ведущими для каждого конкретного направления

специализации обучения в школе (классе).

Иначе говоря, если взять основные направления специализации школы по

предметным областям: математика, информатика, естествознание, история и

социальные науки, языки, то для каждого из них необходим свой профильный

курс информатики. В каждом из таких курсов углубленно изучается тот раздел

информатики, предмет которого пересекается с предметом науки, являющейся

ведущей, определяющей направленность специализации образования в данной

школе (классе).

Например, в классах математической специализации может быть предложен

курс "Вычислительная математика (численные методы) и программирование"

(С.А.Жданов, Э.И.Кузнецов, М.П.Лапчик и др.). Для школ и классов

естественнонаучной специализации – курс "Информационное моделирование"

(В.К.Белошапка), "Компьютерные методы обработки данных научных

экспериментов" и т.д. При гуманитарной специализации это может быть курс

"Информатика и информационные технологии" (С.Л.Бешенков и др.).

Основная задача курсов такого типа – развитие научных представлений,

формирование научного мировоззрения, обогащение изучения основ других

фундаментальных наук методами научного познания, привнесенными или

развитыми информатикой.

Профильные курсы информатики другого типа – прикладные (или

"пользовательские") дифференцируются не по предметным областям, а по

критерию вида информационной деятельности. Основное назначение таких курсов

– формирование (развитие) навыков использования методов и средств НИТ в

разных областях.

Глава II. Прикладной профильный курс «Новые информационные технологии»

В предыдущей главе были рассмотрены принципы дифференциации

содержания обучения информатике на старшей ступени школы. Были обоснованы

два основных принципа дифференциации, в соответствии с которыми выделены

профильные курсы фундаментальной и прикладной направленности.

Профильный курс в 10-11 классах – продолжение подготовки по

информатике и смежным областям, где требуются более специальные знания. Он

отмечается значительной широтой, максимальным использованием меж предметных

связей информатики. Учащиеся приобщаются к вычислительной технике, у них

вырабатываются навыки систематического использования вычислительной техники

в повседневной деятельности. Компьютер из объекта познания переходит в

раздел инструментов познания, инструмент для самореализации учащихся.

Во второй главе рассмотрим подход к разработке содержания прикладного

профильного курса «Новые информационные технологии».

§1. Курс «Новые информационные технологии» для

специализированных классов

Потребность в математических расчетах по-прежнему велика в нашем

обществе, идущем сквозь тернии к рыночной экономике. Миллионам людей

приходится вести математические расчеты. Не говоря уж об учебе, ни одна

серьезная разработка в любой отрасли науки и производства не обходится без

трудоемких математических расчетов. Для облегчения таких расчетов были

созданы мощные, универсальные интегрированные системы (пакеты прикладных

программ). Под пакетом прикладных программ следует понимать комплекс

взаимосвязанных прикладных программ и системных средств, позволяющих решать

некоторый класс задач. Такое понимание пакета позволяет охватить достаточно

широкий круг программных разработок, имеющих своей целью повышение уровня

прикладной квалификации вычислительной машины путем совместного

использования прикладных и системных программ.

В настоящее время существует немалое количество математических

пакетов. Наиболее распространенные из них – это Mathcad, Matlab, Derive,

Eureka, Mathematika, Maple. Данные пакеты многофункциональны.

Например, интегрированная система автоматизации математических,

физических, химических, электро- и радиохимических и прочих научно-

технических расчетов «Eureka» позволяет:

- выполнить типовые математические и экономические расчеты;

- вычислять производные и интегралы;

- решать системы уравнений;

- искать экстремумы;

- выводить данные в табличной форме;

- строить по выбору график одной из функций;

- работать с комплексными числами.

«Eureka» также интегрирует в одной системе редактор для подготовки файлов,

вычислитель, верификатор, проверяющий правильность вычислений, генератор

отчетов, простой графопостроитель. Данный пакет работает в многооконной

оболочке, позволяющей одновременно наблюдать описание решаемой задачи,

результаты вычислений и их проверки, готовить отчет о работе и график

выбранной функции.

Математический пакет «Derive» является системой символьной

математики, т.е. позволяет производить символьные вычисления. Пакет

обладает богатыми графическими возможностями. Задания и результаты

вычислений представлены на экране в привычной математической записи.

Интерфейс системы прост, но исключительно удобен для пользователя. Пакет

можно эффективно использовать при решении широкого круга математических

задач от планиметрии до теории вероятностей и статистики, а также

производить финансовые расчеты.

«Derive» имеет несколько десятков встроенных функций:

- элементарные и специальные функции;

- действия с комплексными числами;

- решение задач математического анализа: отыскание пределов функций,

производных, определенных и неопределенных интегралов, конечных сумм и

сумм числовых рядов, бесконечных произведений;

- операции векторной алгебры;

- действия с матрицами, вычисление обратной матрицы, собственных значений

матрицы.

«Derive» имеет библиотеку функций-утилит, предназначенных для решения

специальных задач, есть возможность пополнения библиотеки функциями

пользователя.

«Matlab» является одной из старейших и проработавших систем

автоматизации автоматических расчетов. Она была разработана С.В.Молером и с

конца 70-х годов широко использовалась на больших ЭВМ. Система Matlab

оказала большое внимание на разработку ряда пакетов для выполнения

матричных операций, расчета систем управления, в свою очередь, вобрав в

себя лучшие из средств, накопленных за более чем 30-летнюю историю развития

матричных методов вычислений на ЭВМ.

«Matlab» - расширяемая система, и ее можно легко приспособить к

решению нужных классов задач. Возможности ее весьма обширны, по скорости

выполнения задач система не уступает многим другим подобным системам.

Своим названием (MATrixLABoratory – «матричная лаборатория») система

«Matlab» обязана ориентации на матричные и векторные вычисления. Она

выполняет операции над векторами и матрицами даже в режиме простых

вычислений без какого-либо программирования.

Система содержит средства, особенно удобные для электро- и радиотехнических

расчетов (операции с комплексными числами, полиномами, обработка данных,

анализ сигналов и цифровая фильтрация). «Matlab» содержит также операторы

построения графиков в декартовой и полярной системах координат, трехмерных

поверхностей. На одном графике данная система может представить множество

кривых, различающихся цветом и отличительными символами. Графики «Matlab»

выводит в одном или несколько окон.

Будучи ориентированной, на работу с реальными данными, эта система

выполняет все вычисления в арифметике с плавающей точкой. Система также

поддерживает выполнение операций с массивами данных, регулирует сингулярное

и спектральное разложения, вычисление ранга и чисел обусловленности матриц,

поддерживает работу с алгебраическими полиномами, решение нелинейных

уравнений и задач оптимизации, интегрирование в квадратурах, решение

дифференциальных и разностных уравнений. В системе реализована удобная

операционная среда, которая позволяет формулировать проблемы и получать

решения в привычной математической форме, не прибегая к рутинному

программированию.

Каждая из вышеописанных систем имеет свои достоинства и недостатки.

Одни из них чрезвычайно сложны для освоения, требуют основательной

математической подготовки и предназначены в первую очередь для

профессионалов, имеют встроенные языки программирования математических

действий и дополнительные библиотеки электронных справочников, другие,

простые в освоении, обладают ограниченными возможностями и неудобным

интерфейсом пользователя.

Особое же место среди систем автоматизации математических расчетов

занимает пакет «Mathcad» . Это наиболее мощная интегрированная система

автоматизации математических расчетов, широко распространенная в России.

Отличительная черта этой системы – входной язык, максимально приближенный к

математическому языку или языку научных статей и книг. Объединение в этой

системе текстового редактора с возможностью использования общепринятого

языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ.

«Mathcad» столь же гибок, как самые мощные электронные таблицы и

языки программирования, но легок в освоении и приятен в использовании.

Система «Mathcad» содержит текстовый редактор, мощный графопостроитель и

графический процессор.

Текстовый редактор служит для ввода и редактирования текстов. Текст

может состоять из слов, математических выражений и формул, спецзнаков.

Вычислитель обладает уникальными возможностями:

- обеспечивает вычисления по сложным математическим формулам;

- имеет большой набор встроенных математических функций;

- позволяет вычислять ряды, суммы и произведения, определенные интегралы и

производные;

- работать с комплексными числами;

- решать линейные и нелинейные уравнения;

- выполнять векторные и матричные операции.

В вычислитель входят и такие мощные средства как линейная и сплайн-

интерполяция, регрессия, прямое и обратное быстрое преобразование Фурье.

Легко можно менять разрядность чисел и погрешность итерационных методов.

«Mathcad» позволяет записывать на экране компьютера формулы в их

привычном виде. Но формулы в «Mathcad» могут значительно больше, чем просто

хорошо выглядеть. С их помощью можно решить почти любую мыслимую

математическую задачу символьно либо численно. Можно реализовать текст в

любых местах вокруг уравнений, чтобы документировать процесс решения.

Графический процессор служит для создания графиков. Графический

процессор сочетает чрезвычайную простоту общения с пользователем с самыми

изысканными возможностями графических средств. Простые графики нескольких

Страницы: 1, 2, 3, 4