Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и методика обучения информатике младших школьников. Учебное пособие
.pdf
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
ся в сборке простых роботов; онизнакомятся с системой команд
робота и создают простые программы, решающие практические
задачи. Витоге ученики должны уметь согласно предлагаемой схеме выбрать необходимые компоненты иосуществить сборку ипрограммирование простого робота.
Завершая анализ подготовки в области информатики иинформационных 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 вотношении изучения информатики, равно какего нет ивбольшинстве штатов; есть прекрасные
примеры подготовки школьников поинформатике, ноонинеотражают общего состояния дел. Представление отом, какдолж-
но видеале выглядеть изучение информатики вшколе, представлено в материалах Американской ассоциации учителей
информатики (Computer Science Teachers Association– CSTA),
опубликовавшей в2016 г. рассчитанную на12 лет обучения
рамочную образовательную программу поинформатике.
Программа построена вокруг пяти основных содержательных
линий: 1)вычислительные системы; 2) сети иИнтернет; 3) данные
ианализ; 4) алгоритмы ипрограммирование; 5) влияние информационных технологий.
Для каждой изсодержательных линий сформулированы своего
рода требования кзнаниям иумениям учеников кконцу 2, 5, 8 и12
классов.
Авторы рамочной программы особо подчеркивают роль линии
«Алгоритмы ипрограммирование». Приведем несколько соответствующих цитат:
С раннего возраста детей учат читать иписать, чтобы онимогли воспринимать чужие ивыражать собственные мысли.
Большинство школьников учатся использовать («читать»),
анесоздавать («писать») компьютерные продукты.
161

Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Вместо того чтобы быть пассивными потребителями компьютерных технологий, школьники могут стать их активными производителями исоздателями.
В наш цифровой век вы можете или «программировать, илибыть
запрограммированными».
Умение планирования деятельности особенно важно внаше время, когда все больше рутинных операций можно поручить роботизированным комплексам.
Понимание того, какпереложить накомпьютер работы, ското
рыми доэтого справлялись только люди; понимание того, скакими
трудностями приэтом предстоит столкнуться.
В рамках содержательной линии «Алгоритмы ипрограммирование» 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 длявычислительных устройств;
• представление опеременных испособах организации больших данных вструктуры данных;
• управляющие конструкции определяют порядок, в котором
выполняются команды алгоритма (программы);
• разбиение задачи на подзадачи, конструирование сложных
алгоритмов изпростых, использование типовых алгоритмов;
разработка программы какитерационный процесс, повторяющийся дотех пор, пока программист неудовлетворен решением; компромиссы.
В программе констатируются значимые успехи визучении информатики, достигнутые впоследние годы младшими школьниками. Это связано впервую очередь сиспользованием специально
разработанных для обучения визуальных языков программирования, позволяющих учащимся избегать синтаксических ошибок
(ошибки привводе команд), чтоприсуще работе страдиционными текстовыми языками. Эти языки могут использоваться школьниками достаточно долго, так каксих помощью можно создавать
-
162

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
сложные программы, игры, приложения ианимацию. Социальные
сообщества, сформировавшиеся вокруг них, позволяют учащимся поддерживать развитие друг друга путем обмена, повторным
использованием, атакже переделкой продуктов, созданных другими. Начиная сначальной школы учащиеся используют визуальный язык программирования суправляющей графикой иизучают
переменные (параметры), циклы, условные операторы, функции
имногое другое вконтексте создания проектов, которые
онинаходят весьма интересными. Одним излучших примеров такого
языка является программная среда длясоздания цифровых объектов SCRATCH. Есть общенациональная программа ипрофессиональные усилия пооказанию помощи учителям начальной школы
(например, Code.org, 2016).
При переходе изначальной школы всреднюю ученики получают возможность выбора ряда узконаправленных дисциплин,
и информатика часто уходит на второй план. Этому способствует инехватка современной техники для организации полноценного изучения информатики в средней школе. Дляпреодоления таких трудностей разрабатываются интегрированные
занятия информатики иматематики, естественных наук, английского языка исоциальных исследований. Кроме того, формирование представлений о ряде фундаментальных тем информатики может быть осуществлено и без компьютеров (CS
Unplugged, 2016г.). Ученики идут напоиски сокровищ идоводят эти действия доавтоматизма; делают фокусы, чтобы узнать,
каккомпьютеры обнаруживают ошибки; передают фрукты, чтобы узнать о сетевой маршрутизации и тупиковых ситуациях.
Учителям рекомендуется совмещать данный опыт с упражнениями попрограммированию.
В целом выделенные в программе пять содержательных линий достаточно хорошо коррелируют ссодержательными блоками нашего курса информатики для основной истаршей школы.
Исключением являются вопросы, касающиеся различных аспектов информационной безопасности, раскрывающиеся в рамках
таких содержательных линий, как«Сети иИнтернет» и«Влияние
вычислительной техники». Рассмотрим их более детально.
163

Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Так, кконцу 2 класса учащиеся узнают, что Интернет позволяет людям общаться сдругими людьми повсему 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 иконлайновой среде, в которой следует избегать обмена информацией иличного взаимодействия
снезнако-
мыми людьми.
В начальных классах учащиеся узнают, какзащитить свою личную информацию, используя такие меры аутентификации, какнадежные пароли длязащиты устройств иинформации отнесанкционированного доступа. Онипроинформированы отом, чтонельзя
передавать посторонним свои регистрационные данные, нужно надежно хранить пароли, выходить из аккаунта позавершению работы. Следует соблюдать осторожность при размещении
в Интернете личной информации; такая информация может сохраняться втечение длительного времени иоказаться доступной
случайным пользователям.
К концу 5 класса школьники изучают все более сложные способы защиты информации, передаваемой через Сеть. Так, они
узнают, чтоинформация может быть защищена спомощью различных мер безопасности; эти меры могут быть физическими
и/илицифровыми. Учащиеся узнают оцелесообразности автономного резервного копирования данных; оналичии различных программных приложений, обнаруживающих вирусы и вредоносное
ПО ипредупреждающих пользователей обих присутствии; отом,
чтомеры безопасности могут быть применены кСети илик отдельным устройствам вСети; сними обсуждается понятие конфиденциальности.
Американские специалисты отмечают, чтокачество обучения
всегда зависит от знающих и хорошо подготовленных учителей,
тщательно разработанных учебных материалов, адекватных ресурсов иинфраструктуры 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, атакже возможность доступа дляучащихся. Вотношении
информатики такая система все еще незаработала вполную силу.
Отталкиваясь от трактовки вычислительного мышления
как когнитивного процесса, приводящего к автоматизации
засчет использования абстракции, декомпозиции, проектирования алгоритмов, оценки иобобщения, В. Дагене (V. Dagiene)
детализировала соответствующие ему навыки (computational
thinking skills) таким образом, чтобы наэтой основе можно было
развивать ификсировать развитие вычислительного мышления
обучающихся. Представим эти навыки вычислительного мышления:
• абстрагирование – умение отбросить ненужные детали
длявыделения главного иопределения основной идеи;
• логика – навыки анализа высказываний, установления ипроверки фактов;
• анализ данных – навыки сбора ипредставления данных всоответствующих формах иих дальнейшего анализа наоснове
известных способов действий;
• декомпозиция – разбиение задачи (проблемы, процесса)
наподзадачи (более мелкие, управляемые части);
• алгоритмизация – создание алгоритма (последовательности
шагов) длярешения и выполнения поставленной задачи;
• моделирование – разработка иисследование моделей объектов окружающего мира;
• оценка полученного результата – нахождение лучшего решения, принятие решения оправильном использовании ресурсов, осоответствии полученного результата поставленной
цели;
• обобщение – выявление закономерностей, атакже сходств
и связей; решение новых задач наоснове 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). В2018 г. в конкурсе приняли участие школьники
165

Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
1–11классов из63стран мира; Россия участвует вконкурсе с2012г.
(официальный сайт конкурса вРоссии: http://bebras.ru/).
Именно конкурс Bebras представляет сегодня консолидированный взгляд международного профессионального сообщества
нато, каким должно быть современное образование школьников
вобласти информатики иинформационных технологий.
При отборе конкурсных заданий предпочтение отдается заданиям, ориентированным наознакомление школьников стеоретическими основами информатики.
В
целом все задачи конкурса Bebras могут быть отнесены код-
ной изследующих пяти содержательных областей:
1) алгоритмы ипрограммирование;
2) данные, структуры данных (например, кучи, стеки иочере-
ди) ипредставления (включая графики, интеллектуальный
анализ данных);
3) компьютерная архитектура и процессы (включает в себя
все, чтосвязано сработой компьютера, – планирование, параллельная обработка);
4) коммуникация исетевое взаимодействие (включая криптографию, облачные вычисления);
5) взаимодействие человека икомпьютера.
Приведем по одному примеру задач изкаждой вышеперечис-
ленной содержательной области.
Пример 1. Алгоритмы ипрограммирование.
Название задачи: Перевозка автомобилей.
Страна, представившая задачу наконкурс: Чехия.
Год: 2015.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 3–4 классов.
Новый красный автомобиль сходит с конвейера каждые семь
минут. Новый желтый автомобиль сходит сконвейера 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, тосначала загружается желтый. Какбудет 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 ИМЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ
Процесс слияния мыначинаем спервых элементов этих последовательностей ивыбираем наименьшее изних: 3, 6, 7, 9, 12, 14, 15,
18, 21 21, 24, 27, 28, 30, 33, 35, …
Рассматриваемая задача – своего рода пропедевтика метода
сортировки слиянием, скоторой школьники могут познакомиться
впроцессе изучения информатики встарших классах.
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вычислительного мышления 1, 3, 6 и7.
Пример 2. Данные, структуры данных ипредставления.
Название задачи: Браслет.
Страна, представившая задачу наконкурс: Малайзия.
Год: 2015.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 1–2, 3–4
классов.
У бобра Эмили есть любимый браслет, сделанный изкрасочных
бусинок разной формы. Однажды ее браслет порвался и теперь
выглядит так:
Помогите Эмили найти новый браслет, чтобы онбыл такой же,
какее 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 сточки зрения информатики:
• умение выделять закономерности;
• определение правила создания последовательности поодно-
му илинескольким признакам;
• развитие навыков сопоставления данных наоснове выявленных закономерностей.
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вы-
числительного мышления 1, 3, 6 и7.
Пример 3.
Компьютерная архитектура ипроцессы.
Название задачи: Рукопожатия хёрлеров.
Страна, представившая задачу наконкурс: Ирландия.
Год: 2016.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся 5–6, 7–8, 9–10
и11 класс.
В конце матча похёрлингу бобры каждой издвух команд выстраиваются в линию один задругим ипроходят мимо игроков
другой команды. Кактолько бобры оказываются напротив игроков другой команды, ониобмениваются рукопожатием иговорят:
«Спасибо заигру!»
Сначала только первые игроки команд обмениваются рукопожатием, затем рукопожатиями обмениваются уже по два игрока
каждой команды.
Так продолжается, пока каждый игрок вкаждой команде необменялся рукопожатием скаждым игроком другой команды.
В хёрлинге команда состоит из15 игроков. Если каждый игрок
тратит 1 секунду, чтобы обменяться рукопожатием идвинуться
кследующему игроку, сколько секунд будет продолжаться процедура рукопожатий?
169

Л.Л.БОСОВА. ТЕОРИЯ ИМЕТОДИКА 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, чтопопрошествии 15 секунд все положенные
рукопожатия совершили только первые игроки команд. Должно
пройти еще 14 секунд, чтобы сэтой задачей справились все игроки, втом числе исномерами 15:
987654321
10
123456789
1011121314
1514131211
15
Основные идеи задачи с точки зрения информатики: задача
может быть рассмотрена какиллюстрация такой парадигмы параллельных вычислений, как вычислительный конвейер. Кроме
того, здесь осуществляется анализ времени работы алгоритма
(анализ вычислительной сложности алгоритма).
Решение задачи ориентировано наразвитие компонентов вычислительного мышления 1, 4, 6 и7.
Следует отметить, чтозадачи такого рода начинают предлагаться ученикам в5–6 классах; вначальной школе подобных задач нет.
Пример 4. Коммуникация исетевое взаимодействие.
Название задачи: Почта бобров.
Страна, представившая задачу наконкурс: Швейцария.
Год: 2013.
Возрастная категория конкурсантов: учащиеся III–IV классов.
Бобры из Бобровска хотят рассказать бобрам из Боброграда,
какмного деревьев онисрубили. Дляэтого онизапускают потечению реки меченые палочки. Количество срубленных деревьев «за-
15
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
