Методика преподавания информатики (стр. 53 )

1. Построить логико-структурную модель учебного материала.

2. На основе анализа учебных пособий заполнить таблицу «Базовые понятия темы» (см. табл. 7.1).

3. Изучить основные функции прикладного программного обеспечения, систем программирования *л операционной системы, изучаемых в базовом курсе информатики.

4. Выделить основные виды задач, используемых в процессе организации изучения учащимися прикладных программ общего назначения, систем программирования, операционных систем.

5. Составить тематическое и поурочное планирование учебного материала и представить результаты в табл. 7.3.

Программные средства к лабораторному практикуму:

1. Программно-методический комплекс по курсу информатики «Первые уроки информатики».

2. Программно-методическая система для изучения алгоритмизации и функционирования компьютера «Учебные роботы».

3. Операционные системы: Windows, MS-DOS и др. Программы-оболочки: Norton Commander, Windows 3.1/3.11 и др.

Литература к главе 9

1. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие. — Минск: Вышэйш. шк., 1998.

2. , , Информатика: Классы 7-9.-М.: Дрофа, 1998.

3. Как работает современный компьютер. — Пермь: Изд-во ПРИПИТ, 1997.

4. Изучение основ информатики и вычислительной техники: Пособие для учителей / Под ред. , . — М.: Просвещение, 1985.— Ч. 1,2.

5. Информатика: Задачник-практикум: В 2 т. / Под ред. , .— М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999.

6. Информатика: Учеб. по базовому курсу / , , . — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1998.

7. Информационная культура: Кодирование информации. Информационные модели: 9—10 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб, заведений. — М.: Дрофа, 1996.

8. Информационная культура: 11 кл.— М.: Дрофа, 1999.

9. Информация, алгоритмы, ЭВМ: Пособие для учителя. — М.: Просвещение, 1991.

10. , Основы информатики: 8 — 9 кл. — М.: Дрофа, 1999.

11. овейшая энциклопедия персонального компьютера. — М.: Олма-ПРЕСС, 1999.

12. Основы информатики и вычислительной техники: Пробное учеб, пособие для 10—11 кл. сред. шк. /, , Е. В.Ли-нецкий и др. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1992.

13. Основы информатики и вычислительной техники: Пробное учеб, пособие для 10—11 кл. сред. шк. / , , -на, . — М.: Просвещение, 1989.

14. Основы информатики и вычислительной техники: Пробное учеб, пособие для сред. учеб, заведений / , , -рень. — М.: Просвещение, 1993.

15. Основы информатики и вычислительной техники: Пробное учеб, пособие для сред. учеб, заведений: В 2 ч. / Под ред. и . — М.: Просвещение, 1985, 1986. — Ч. 1, 2.

16. Программно-методические материалы: Информатика: 1—11 кл. / Сост. .— М.: Дрофа, 1998.

17. Проект федерального компонента Государственного образовательного стандарта начального общего, основного общего и среднего (полного) образования. Образовательная область «Информатика» // ИНФО. — 1997.-№1.-С. 3-11.

18. , Структурированный конспект базового курса информатики. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000.

19. и др. Педагогика: Учеб. пособие для студентов пед. учеб, заведений. — М.: Школа-Пресс, 1997.

20. Логико-гносеологические основы процесса формирования понятий в обучении. — М., 1981.

Глава 10

ЛИНИЯ ФОРМАЛИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

В обязательном минимуме содержания образования по информатике присутствует линия «Моделирование и формализация». Содержание этой линии определено следующим перечнем понятий: моделирование как метод познания, формализация, материальные и информационные модели, информационное моделирование, основные типы информационных моделей. Линия моделирования, наряду с линией информации и информационных процессов, является теоретической основой базового курса информатики. Дальнейшее развитие общеобразовательного курса информатики должно быть связано, прежде всего, с углублением этих содержательных линий. Основными проблемами для разработчиков базового курса является, во-первых, выделение из обширной научной области информационного моделирования тех базовых знаний и понятий, которые должны войти в общеобразовательный школьный предмет; во-вторых — разработка методики преподавания этих вопросов.

Содержательная структура линии формализации и моделирования представлена на схеме 3 (Приложение 1). Предметом изучения информатики является информационное моделирование. Тема натурных моделей затрагивается лишь в самом начале, в связи с определением понятия модели и разделением моделей на материальные (натурные) и информационные. В свою очередь, информационное моделирование делится на моделирование объектов и процессов и моделирование знаний. Тема моделирования знаний — это тема искусственного интеллекта, разработка которой в базовом курсе информатики пока носит поисковый характер. Классификация моделей объектов и процессов производится по форме представления. По этому признаку модели делятся на графические, вербальные, табличные, математические и объектно-информационные. Последний тип моделей возник и развивается в компьютерных технологиях: в объектно-ориентированном программировании и современном системном и прикладном ПО. Развитие темы объектного моделирования также можно отнести к поисковому направлению в базовом курсе.

10.1. Подходы к раскрытию понятий

«информационная модель»,

«информационное моделирование»

Подходы к раскрытию темы в учебной литературе

Место, которое занимает тема информационного моделирования, в различных учебниках существенно различается. В целом, в процессе развития школьной информатики следует отметить увеличение веса данной линии в общем содержании курса.

В первом школьном учебнике информатики [21] затрагивается только тема математического моделирования. Во введении отмечается: «Важнейшим средством современного научного исследования является математическое моделирование физических явлений и исследование этих моделей с помощью ЭВМ». Далее говорится о вычислительном эксперименте. Термины «модель», «моделирование» употребляются как очевидные, без какого-либо пояснения.

В конце первой части учебника имеется материал на тему «Построение алгоритмов для решения задач из курса физики». Здесь рассматриваются три задачи: 1) расчет сопротивления проводника по результатам лабораторных измерений; 2) расчет движения пружинного маятника; 3) расчет распределения температуры в квадратной теплопроводной пластине. Вводится понятие вычислительной модели, под которой подразумевается программная реализация численного метода решения задачи.

Первая задача иллюстрирует статистический метод решения. В этом случае численной обработке подвергаются результаты большого числа измерений (силы тока в цепи при различных значениях напряжений). Дается готовая расчетная формула, которая получена путем применения метода наименьших квадратов. По этой формуле составляется программа расчета. В этом примере подчеркивается мысль о том, что применение ЭВМ снимает проблему обработки больших объемов данных, что дает возможность получать более точные результаты, чем при неавтоматизированных расчетах.

Следующие две задачи иллюстрируют другой прием, характерный для вычислительных моделей — прием дискретизации. Дискретизация — это разбиение области решения задачи на конечное число промежутков. В пределах каждого такого промежутка допускается некоторое упрощенное поведение исследуемого объекта. При расчете движения пружинного маятника время движения разбивается на конечные шаги Δt, в пределах каждого из которых движение считается равноускоренным. Такое предположение позволяет применить знакомые школьникам формулы равноускоренного движения для расчета изменения координаты и скорости на каждом шаге.

В задаче теплопроводности используется пространственная дискретизация. Поверхность пластины разбивается на маленькие квадратные ячейки. Считается, что в пределах каждой такой ячейки температура остается постоянной. Однако на границах ячеек температура изменяется скачком. Распределение температуры на внешних границах поддерживается неизменным.

В таком случае все температурное поле представляется матрицей

Т[М, N], каждый элемент которой — температура в соответствующей ячейке. Из уравнения теплового баланса выводится формула для расчета температуры во внутренних ячейках:

Смысл ее очень простой: температура во всякой внутренней ячейке равна среднему арифметическому значению температур на ее границах. Подчеркнем, что ведется расчет установившегося (стационарного) распределения температур. Решение задачи производится итерационным методом: первоначально задается постоянное распределение температуры во всей пластине. И далее, отталкиваясь от заданных температур границы пластины, ведется итерационное уточнение температуры во внутренних ячейках. Процесс продолжатся до установления распределения температуры с заданной точностью.

Для двух последних задач, использующих метод дискретизации, делается общий вывод: чем меньшими берутся промежутки дискретизации (меньше Δt, большее число ячеек разбиения пластины), тем результаты расчетов более точные. Высокое быстродействие современных ЭВМ позволяет достигать высокой точности результатов, полученных на подобных вычислительных моделях.

Данные примеры обсуждены столь подробно в связи с их характерностью для иллюстрации методики математического моделирования в школьной информатике. Цель этой методики: не привлекая аппарата высшей математики, дать представление о возможностях вычислительных моделей, реализованных на ЭВМ.

В учебниках информатики второго поколения информационному моделированию уделяется большее внимание. В учебнике [15] тема моделирования раскрывается в двух аспектах. В разделе «Моделирование и вычислительный эксперимент на ЭВМ» рассматривается тот же подход к математическому моделированию физических процессов, что и в учебнике : метод дискретизации. Обсуждается задача расчета свободного падения парашютиста с учетом сопротивления воздуха. С математической точки зрения она близка к задаче о пружинном маятнике. Более подробно, чем в учебнике [21], рассматриваются вопросы точности и сходимости результатов вычислений.