Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Теория и методика обучения информатике младших школьников. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
ся в сборке простых роботов; онизнакомятся с системой команд робота и создают простые программы, решающие практические задачи. Витоге ученики должны уметь согласно предлагаемой схе­ме выбрать необходимые компоненты иосуществить сборку ипро­граммирование простого робота.
Завершая анализ подготовки в области информатики иин­формационных технологий учащихся 1–6 классов китайских школ, следует еще раз подчеркнуть, что введение в младших классах обязательного
изучения информационных технологий, включающего алгоритмику и робототехнику, позволяет китай­ским коллегам, в отличие от нас, более четко формулировать требования к результатам, которые должны быть достигнуты школьниками.
В США нет единого стандарта вотношении изучения информа­тики, равно какего нет ивбольшинстве штатов; есть прекрасные примеры подготовки школьников поинформатике, ноонинеот­ражают общего состояния дел. Представление отом, какдолж-
но видеале выглядеть изучение информатики вшколе, пред­ставлено в материалах Американской ассоциации учителей информатики (Computer Science Teachers Association– CSTA), опубликовавшей в2016 г. рассчитанную на12 лет обучения рамочную образовательную программу поинформатике.
Программа построена вокруг пяти основных содержательных линий: 1)вычислительные системы; 2) сети иИнтернет; 3) данные ианализ; 4) алгоритмы ипрограммирование; 5) влияние инфор­мационных технологий.
Для каждой изсодержательных линий сформулированы своего рода требования кзнаниям иумениям учеников кконцу 2, 5, 8 и12 классов.
Авторы рамочной программы особо подчеркивают роль линии «Алгоритмы ипрограммирование». Приведем несколько соответ­ствующих цитат:
С раннего возраста детей учат читать иписать, чтобы онимог­ли воспринимать чужие ивыражать собственные мысли.
Большинство школьников учатся использовать («читать»), анесоздавать («писать») компьютерные продукты.
161
Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Вместо того чтобы быть пассивными потребителями компью­терных технологий, школьники могут стать их активными произ­водителями исоздателями.
В наш цифровой век вы можете или «программировать, илибыть запрограммированными».
Умение планирования деятельности особенно важно внаше вре­мя, когда все больше рутинных операций можно поручить роботизи­рованным комплексам.
Понимание того, какпереложить накомпьютер работы, ското рыми доэтого справлялись только люди; понимание того, скакими трудностями приэтом предстоит столкнуться.
В рамках содержательной линии «Алгоритмы ипрограммиро­вание» большое внимание уделяется таким понятиям, как«алго­ритмы», «переменные», «управление», «модульность», «разработ­ка программ»:
• алгоритм представляет собой последовательность шагов, на­правленных на выполнение конкретной задачи. Алгоритмы переводятся в программы (код), представляющие инструк­ции длявычислительных устройств;
• представление опеременных испособах организации боль­ших данных вструктуры данных;
• управляющие конструкции определяют порядок, в котором выполняются команды алгоритма (программы);
• разбиение задачи на подзадачи, конструирование сложных алгоритмов изпростых, использование типовых алгоритмов; разработка программы какитерационный процесс, повторя­ющийся дотех пор, пока программист неудовлетворен реше­нием; компромиссы.
В программе констатируются значимые успехи визучении ин­форматики, достигнутые впоследние годы младшими школьни­ками. Это связано впервую очередь сиспользованием специально разработанных для обучения визуальных языков программиро­вания, позволяющих учащимся избегать синтаксических ошибок (ошибки привводе команд), чтоприсуще работе страдиционны­ми текстовыми языками. Эти языки могут использоваться школь­никами достаточно долго, так каксих помощью можно создавать
-
162
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
сложные программы, игры, приложения ианимацию. Социальные сообщества, сформировавшиеся вокруг них, позволяют учащим­ся поддерживать развитие друг друга путем обмена, повторным использованием, атакже переделкой продуктов, созданных дру­гими. Начиная сначальной школы учащиеся используют визуаль­ный язык программирования суправляющей графикой иизучают переменные (параметры), циклы, условные операторы, функции имногое другое вконтексте создания проектов, которые
онина­ходят весьма интересными. Одним излучших примеров такого языка является программная среда длясоздания цифровых объ­ектов SCRATCH. Есть общенациональная программа ипрофессио­нальные усилия пооказанию помощи учителям начальной школы (например, Code.org, 2016).
При переходе изначальной школы всреднюю ученики полу­чают возможность выбора ряда узконаправленных дисциплин, и информатика часто уходит на второй план. Этому способ­ствует инехватка современной техники для организации пол­ноценного изучения информатики в средней школе. Дляпре­одоления таких трудностей разрабатываются интегрированные занятия информатики иматематики, естественных наук, анг­лийского языка исоциальных исследований. Кроме того, фор­мирование представлений о ряде фундаментальных тем ин­форматики может быть осуществлено и без компьютеров (CS Unplugged, 2016г.). Ученики идут напоиски сокровищ идово­дят эти действия доавтоматизма; делают фокусы, чтобы узнать, каккомпьютеры обнаруживают ошибки; передают фрукты, что­бы узнать о сетевой маршрутизации и тупиковых ситуациях. Учителям рекомендуется совмещать данный опыт с упражне­ниями попрограммированию.
В целом выделенные в программе пять содержательных ли­ний достаточно хорошо коррелируют ссодержательными блока­ми нашего курса информатики для основной истаршей школы. Исключением являются вопросы, касающиеся различных аспек­тов информационной безопасности, раскрывающиеся в рамках таких содержательных линий, как«Сети иИнтернет» и«Влияние вычислительной техники». Рассмотрим их более детально.
163
Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Так, кконцу 2 класса учащиеся узнают, что Интернет позво­ляет людям общаться сдругими людьми повсему миру, однако анонимный характер сетевых коммуникаций создает условия для неподобающего поведения отдельных людей, в том чис­ле для киберзапугивания. Дети понимают, что такие правила взаимодействия в реальном мире, как «опасный незнакомец», относятся также иконлайновой среде, в которой следует избе­гать обмена информацией иличного взаимодействия
снезнако-
мыми людьми.
В начальных классах учащиеся узнают, какзащитить свою лич­ную информацию, используя такие меры аутентификации, какна­дежные пароли длязащиты устройств иинформации отнесанкци­онированного доступа. Онипроинформированы отом, чтонельзя передавать посторонним свои регистрационные данные, нуж­но надежно хранить пароли, выходить из аккаунта позаверше­нию работы. Следует соблюдать осторожность при размещении в Интернете личной информации; такая информация может со­храняться втечение длительного времени иоказаться доступной случайным пользователям.
К концу 5 класса школьники изучают все более сложные спо­собы защиты информации, передаваемой через Сеть. Так, они узнают, чтоинформация может быть защищена спомощью раз­личных мер безопасности; эти меры могут быть физическими и/илицифровыми. Учащиеся узнают оцелесообразности автоном­ного резервного копирования данных; оналичии различных про­граммных приложений, обнаруживающих вирусы и вредоносное ПО ипредупреждающих пользователей обих присутствии; отом, чтомеры безопасности могут быть применены кСети илик от­дельным устройствам вСети; сними обсуждается понятие конфи­денциальности.
Американские специалисты отмечают, чтокачество обучения всегда зависит от знающих и хорошо подготовленных учителей, тщательно разработанных учебных материалов, адекватных ре­сурсов иинфраструктуры для поддержки учителей и учащихся. Эти позиции должны быть подкреплены политической волей, ко­торая поддерживает развитие учителей, сертификацию и повы-
164
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
шение квалификации, разработку соответствующих учебных про­грамм, атакже возможность доступа дляучащихся. Вотношении информатики такая система все еще незаработала вполную силу.
Отталкиваясь от трактовки вычислительного мышления как когнитивного процесса, приводящего к автоматизации засчет использования абстракции, декомпозиции, проектиро­вания алгоритмов, оценки иобобщения, В. Дагене (V. Dagiene) детализировала соответствующие ему навыки (computational thinking skills) таким образом, чтобы наэтой основе можно было развивать ификсировать развитие вычислительного мышления обучающихся. Представим эти навыки вычислительного мыш­ления:
• абстрагирование – умение отбросить ненужные детали длявыделения главного иопределения основной идеи;
• логика – навыки анализа высказываний, установления ипро­верки фактов;
• анализ данных – навыки сбора ипредставления данных всо­ответствующих формах иих дальнейшего анализа наоснове известных способов действий;
• декомпозиция – разбиение задачи (проблемы, процесса) наподзадачи (более мелкие, управляемые части);
• алгоритмизация – создание алгоритма (последовательности шагов) длярешения и выполнения поставленной задачи;
• моделирование – разработка иисследование моделей объек­тов окружающего мира;
• оценка полученного результата – нахождение лучшего ре­шения, принятие решения оправильном использовании ре­сурсов, осоответствии полученного результата поставленной цели;
• обобщение – выявление закономерностей, атакже сходств и связей; решение новых задач наоснове уже решенных задач.
Идеи вычислительного мышления положены в осно-
ву Международного конкурса по информатике Bebras, кото-
рый проводится с 2003 г. по инициативе Вильнюсского универ­ситета (Литва). В2018 г. в конкурсе приняли участие школьники
165
Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
1–11классов из63стран мира; Россия участвует вконкурсе с2012г. (официальный сайт конкурса вРоссии: http://bebras.ru/).
Именно конкурс Bebras представляет сегодня консолидиро­ванный взгляд международного профессионального сообщества нато, каким должно быть современное образование школьников вобласти информатики иинформационных технологий.
При отборе конкурсных заданий предпочтение отдается зада­ниям, ориентированным наознакомление школьников стеорети­ческими основами информатики.
В
целом все задачи конкурса Bebras могут быть отнесены код-
ной изследующих пяти содержательных областей:
1) алгоритмы ипрограммирование;
2) данные, структуры данных (например, кучи, стеки иочере-
ди) ипредставления (включая графики, интеллектуальный анализ данных);
3) компьютерная архитектура и процессы (включает в себя все, чтосвязано сработой компьютера, – планирование, па­раллельная обработка);
4) коммуникация исетевое взаимодействие (включая крипто­графию, облачные вычисления);
5) взаимодействие человека икомпьютера.
Приведем по одному примеру задач изкаждой вышеперечис-
ленной содержательной области.
Пример 1. Алгоритмы ипрограммирование.
Название задачи: Перевозка автомобилей. Страна, представившая задачу наконкурс: Чехия. Год: 2015. Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 3–4 классов.
Новый красный автомобиль сходит с конвейера каждые семь минут. Новый желтый автомобиль сходит сконвейера каждые три минуты. Водитель загружает очередной автомобиль на автопе­ревозчик. Сначала загружается верхняя палуба автоперевозчика. Оба конвейера начинают работать одновременно. Если два авто­мобиля сходят со своих линий одновременно, тосначала загружа­ется желтый. Какбудет выглядеть второй автоперевозчик после его загрузки?
166
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Варианты ответов:
А)
Б)
В)
Г)
Правильный ответ: Г.
С точки зрения информатики это пример задачи слияния двух упорядоченных последовательностей.
Моменты выпуска красных автомобилей: 7, 14, 21, 28, 35, …
Моменты выпуска желтых автомобилей: 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24,
27, 30, 33, …
167
Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Процесс слияния мыначинаем спервых элементов этих после­довательностей ивыбираем наименьшее изних: 3, 6, 7, 9, 12, 14, 15,
18, 21 21, 24, 27, 28, 30, 33, 35, …
Рассматриваемая задача – своего рода пропедевтика метода сортировки слиянием, скоторой школьники могут познакомиться впроцессе изучения информатики встарших классах.
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вы­числительного мышления 1, 3, 6 и7.
Пример 2. Данные, структуры данных ипредставления.
Название задачи: Браслет.
Страна, представившая задачу наконкурс: Малайзия.
Год: 2015.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 1–2, 3–4
классов.
У бобра Эмили есть любимый браслет, сделанный изкрасочных бусинок разной формы. Однажды ее браслет порвался и теперь выглядит так:
Помогите Эмили найти новый браслет, чтобы онбыл такой же, какее прежний.
Варианты ответов:
А) Б) В) Г)
Правильный ответ: А.
168
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
В информатике, математике и других самых разных научных сферах важно уметь распознавать паттерны (схемы-образы).
Основные идеи задачи сточки зрения информатики:
• умение выделять закономерности;
• определение правила создания последовательности поодно-
му илинескольким признакам;
• развитие навыков сопоставления данных наоснове выявлен­ных закономерностей.
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вы-
числительного мышления 1, 3, 6 и7.
Пример 3.
Компьютерная архитектура ипроцессы.
Название задачи: Рукопожатия хёрлеров. Страна, представившая задачу наконкурс: Ирландия. Год: 2016. Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 5–6, 7–8, 9–10
и11 класс.
В конце матча похёрлингу бобры каждой издвух команд вы­страиваются в линию один задругим ипроходят мимо игроков другой команды. Кактолько бобры оказываются напротив игро­ков другой команды, ониобмениваются рукопожатием иговорят: «Спасибо заигру!»
Сначала только первые игроки команд обмениваются рукопо­жатием, затем рукопожатиями обмениваются уже по два игрока каждой команды.
Так продолжается, пока каждый игрок вкаждой команде необ­менялся рукопожатием скаждым игроком другой команды.
В хёрлинге команда состоит из15 игроков. Если каждый игрок тратит 1 секунду, чтобы обменяться рукопожатием идвинуться кследующему игроку, сколько секунд будет продолжаться про­цедура рукопожатий?
169
Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Правильный ответ: 29.
Вот положение игроков после первого рукопожатия:
1514131211
987654321
10
123456789
1011121314
Таким оно станет после 15 секунд рукопожатий:
1514131211
1
2345678
9876543
10
9
1011121314
2
1
15
На схеме видно, чтопопрошествии 15 секунд все положенные рукопожатия совершили только первые игроки команд. Должно пройти еще 14 секунд, чтобы сэтой задачей справились все игро­ки, втом числе исномерами 15:
987654321
10
123456789
1011121314
1514131211
15
Основные идеи задачи с точки зрения информатики: задача может быть рассмотрена какиллюстрация такой парадигмы па­раллельных вычислений, как вычислительный конвейер. Кроме того, здесь осуществляется анализ времени работы алгоритма (анализ вычислительной сложности алгоритма).
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вы­числительного мышления 1, 4, 6 и7.
Следует отметить, чтозадачи такого рода начинают предлагать­ся ученикам в5–6 классах; вначальной школе подобных задач нет.
Пример 4. Коммуникация исетевое взаимодействие.
Название задачи: Почта бобров.
Страна, представившая задачу наконкурс: Швейцария.
Год: 2013.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся III–IV классов.
Бобры из Бобровска хотят рассказать бобрам из Боброграда, какмного деревьев онисрубили. Дляэтого онизапускают потече­нию реки меченые палочки. Количество срубленных деревьев «за-
15
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]