73 Формирование представлений учащихся о по эвм

Во всех учебниках по базовому курсу информатики тема программного обеспечения находит свое отражение. С течением времени она становится все более актуальной.

Программное обеспечение – это совокупность программ, хранящихся на устройствах долговременной памяти компьютера и предназначенных для массового использования.

В структуру программного обеспечения входят:

• системные - это ПО, предназначенное для обеспечения работы самого компьютера и его устройства (операц. системы и драйвера);

• прикладные - ПО, предназначенное для решения определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями.

• системы программирования

Прикладное ПО

Проще всего ученикам понять назначение прикладных программ. Это те программы, которые непосредственно удовлетворяют информационные потребности пользователя: поиграть в компьютерную игру, напечатать рассказ, нарисовать рисунок на экране и распечатать его на бумаге.

Задача учителя – рассказать и продемонстрировать ученикам разнообразные прикладные возможности современных компьютеров.

То что принято называть современными информационными технологиями, прежде всего, состоит из множества прикладных программ.

На первом же уроке по данной теме учитель приводит примеры некоторых прикладных программ, имеющихся на школьных компьютерах.

Классификация прикладного программного обеспечения:

• Программные средства общего назначения (текстовые редакторы, издательские системы, графические системы, СУБД, интегрированные системы)

• Программные средства специального назначения (авторские системы, экспертные системы, гипертекстовые системы, системы мультимедиа)

• Программные средства профессионального уровня (АРМ, САПР, АСНИ, АСУ, педагогические комплексы, системы телекоммуникаций)

ПС общего назначения

• Текстовые процессоры используются для набора, редактирования и форматирования текстовых документов.

• Табличный процессор – это программа (набор программ), которая записывает информацию, воспроизводит ее в виде электронной таблицы

• Графические редакторы позволяют пользоваться различным инструментарием художника, стандартными библиотеками изображений, наборами стандартных шрифтов, редактированием изображений и др.

• СУБД – это набор средств программного обеспечения, необходимых для создания, обработки и вывода записей баз данных. Различают несколько типов СУБД: иерархические, сетевые, реляционные.

• Универсальные интегрированные системы разрабатывались по принципу единой системы, содержащей в качестве элементов текстовые и графические редакторы, электронные таблицы и СУБД.

ПС специального назначения

• Авторская система представляет интегрированную среду с заданной интерфейсной оболочкой, которую пользователь может наполнить информационным содержанием своей предметной области.

• Экспертная система – это программа, которая ведет себя подобно эксперту в некоторой узкой прикладной области. Экспертные системы призваны решать задачи с неопределенностью и неполными исходными данными, требующие для своего решения экспертных знаний.

• Гипертекст – это форма организации текстового материала в форме указаний возможных переходов (ссылок), связей между отдельными его фрагментами.

• Мультимедиа – это взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного ПО.

ПС профессионального уровня

Каждая прикладная программа этой группы ориентируется на достаточно узкую предметную область, но проникает в нее менее глубоко.

АСНИ – автоматизированные системы научных исследований, каждая из которых привязана к определенной области науки;

САПР – системы автоматизированного проектирования, каждая и которых также работает в узкой области;

АСУ – автоматизированные системы управления.

Назначение систем программирования

Первоначальное представление о системах программирования должно быть дано в самом общем виде.

Ученикам необходимо получить представление о том, что:

• программы для компьютера составляют программисты;

• программисты пишут программы на языках программирования;

• существует множество различных языков программирования (Паскаль, Бейсик и т.д.);

• системы программирования позволяют программисту вводить программы в компьютер, редактировать, отлаживать, тестировать, исполнять программы.

А также сообщить ученикам, с каким из языков программирования им предстоит познакомиться в школе.

Основные функции операционной системы

Более сложной задачей является объяснение назначения системного ПО.

Нужно дать понять ученикам, что системное ПО предназначено, прежде всего, для обслуживания самого компьютера, для управления работой его устройств.

Главной частью системного ПО является операционная система (ОС).

ОС – называется комплекс программных средств, предназначенных для управления работой компьютера и взаимодействия человека с компьютером.

В начале нужно сообщить ученикам название ОС, используемой в школьных компьютерах.

Затем сообщить, что при включении компьютера происходит загрузка операционной системы в оперативную память ЭВМ.

Диск, на котором хранится ОС и с которого происходит ее загрузка, называется системным диском.

Любые операционные системы выполняют три основные функции:

1. управление устройствами компьютера;

2. взаимодействие с пользователем;

3. работа с файлами.

Затем нужно сказать о том, какой режим работы поддерживает данная система: однозначный или многозначный.

Однозначный режим- это значит, что в данный момент на компьютере может выполняться только одна программа, запущенная пользователем на исполнение.

Многозначный режим – это означает, что пользователь может запустить сразу несколько прикладных программ и работать с ними одновременно.

Запущенные программы называются активными задачами, и все они отражаются значками на панели задач Windows. Пользователь, переходя из одного окна в другое, может поочередно работать с этими приложениями. При таких переходах предыдущая программа не закрывается, т.е. не выгружается из операционной памяти, и в любой момент готова продолжить свою работу, как только пользователь вернется в ее окно.

Сведения об организации файлов

Первоначальные понятия, которые должны быть даны ученикам по данной теме, — это имя файла, тип файла, файловая структура, логический диск, каталог, путь к файлу, дерево каталогов. Все эти понятия, в частности раскрываются в учебнике. Здесь учителю также следует ориентировать учеников на конкретную операционную систему. Допустим, если с MS-DOS, то говорить ученикам, что имя файла может содержать не более 8 символов — латинских букв и цифр; для Windows сообщить, что имя файла может быть длинным (до 255 символов) и допускает использование русских букв.

Рассказывая о типах файлов и связи типа с расширением имени файла, в первую очередь разделить файлы на программные (их еще называют исполняемыми файлами) и файлы данных. Программные файлы имеют расширение имени .ехе или .сот. Есть еще один вид исполняемых файлов — это так называемые командные файлы с расширением .bat. Они представляют собой программы, написанные на командном языке ОС, и выполняют некоторые системные функции.

Все прочие типы файлов — это файлы данных. В дальнейшем при изучении каждого нового приложения обращать внимание учеников на типы файлов, с которыми это приложение работает. Так постепенно они узнают, что текстовый редактор Word сохраняет создаваемые документы в файлах типа .doc; графический редактор Paint создает файлы типа .bтр; табличный процессор Excel — файлы типа .xls и пр.

Полезно в самом начале обратить внимание учеников на расширения . arj, .rar, .zip. В таких файлах может храниться любая информация (программы и данные) в сжатом виде. Их называют архивными файлами. Сжатие (архивацию) информации производят для сокращения занимаемого места в памяти при длительном хранении информации.

Под каталогом (директорией) диска понимается общий список файлов на диске. В подавляющем большинстве случаев пользователю современных ПК приходится иметь дело с иерархическими файловыми структурами.

Знакомство с иерархической файловой структурой дисков имеет не только практическое значение, но и теоретическое, общеобразовательное. Знакомясь с этим вопросом, ученики впервые встречаются с информационной структурой, т.е. с системой данных, имеющих определенную взаимосвязь. Эти вопросы будут затронуты впоследствии в теме «Базы данных».

Иерархические структуры — это один из распространенных способов организации данных (наряду с сетевым и табличным). Наглядное представление о файловой структуре дает дерево — графическое отображение иерархии каталогов (папок) на диске. Учителю рекомендуется активно использовать представление дерева на экране в оболочке «Проводник» для Windows. Ученики должны понять принципы навигации по файловому дереву, научиться перемещаться по нему вверх и вниз. Вводя представление о пути к файлу, подчеркнуть факт единственности пути к каждому файлу от корневого каталога. Полезно выполнить на компьютере упражнения такого рода: учитель записывает на доске полное имя файла (диск — путь — имя), ученики находят этот файл в директории на экране, работая в одной из оболочек ОС.

Освоив навигацию по файловой структуре, нужно переходить, к основным операциям с файлами и каталогами. Эти операции следует давать в таком порядке: просмотр содержимого файла, копирование и перемещение файла, создание каталога (папки), удаление файла и каталога, переименование файла и каталога.

Требования к знаниям и умениям учащихся:

Учащиеся должны знать:

• назначение программного обеспечения;

• классификация программного обеспечения ЭВМ;

• что такое программное ПО;

• назначение систем программирования;

• основные функции ОС;

• сведения об организации файлов.

Учащиеся должны уметь:

• уметь находить программу и запускать ее на исполнение;

• уметь работать с несколькими программами одновременно;

• просматривать на экране директорию диска;

• выполнять основные операции с файлами и каталогами: копировать, перемещать, удаление, переименование, поиск.

74. МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ЛИНИИ ФОРМАЛИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

Место раздела в содержании базовой подготовки учащихся по информатике

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 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.

Предметом изучения информатики является информационное моделирование. Тема материальных (натурных) моделей затрагивается лишь в самом начале, в связи с определением понятия модели и разделением моделей на материальные и информационные. В свою очередь, информационное моделирование делится на моделирование объектов и процессов и моделирование знаний. Тема моделирование 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.

Методика рассмотрения вопросов: понятие модели, информационное моделирование, типы информационных моделей, формализация

Прежде чем перейти к прикладным вопросам моделирования, необходим вводный разговор, обсуждение некоторых общих понятий, в частности тех, которые обозначены в обязательном минимуме. Для этого в учебном плане должно быть выделено определенное время под тему «Введение в информационное моделирование». Для учителя здесь возникают проблемы как содержательного, так и методического характера, связанные с глубоким научным уровнем понятий, относящихся к этой теме. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. В возрасте 14-15 лет дети еще с трудом воспринимают абстрактные, обобщенные понятия. Поэтому раскрытие таких понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры.

В зависимости от количества учебных часов, от уровня подготовленности учеников вопросы формализации и моделирования могут изучаться с разной степенью подробности. Существуют три уровня изучения: первый – минимальный, второй – дополненный, третий – углубленный уровень.

В соответствии с уровнями можно выделить три типа задач из области информационного моделирования, которые по возрастанию степени сложности для восприятия учащимися располагаются в таком порядке:

1. дана информационная модель объекта; научиться её понимать, делать выводы, использовать для решения задач;

2. дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизировать и, таким образом, получить информационную модель;

3. дан реальный объект (процесс, система); построить информационную модель, реализовать её на компьютере, использовать для практических целей.

Понятие модели. Типы информационных моделей

Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Сам термин «модель» большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры каких-нибудь известных им моделей, учитель наверняка услышит в ответ: «модель автомобиля», «модель самолета» и другие технические примеры. Хотя технические модели не являются предметом изучения информатики, все стоит остановиться на их обсуждении. Информатика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Примеры материальных моделей для учеников более понятны и наглядны. Обсудив на таких примерах некоторые общие свойства моделей, можно перейти к разговору о свойствах информационных моделей.

Расширив список натурных моделей (глобус, манекен, макет застройки города и др.), следует обсудить их общие свойства. Все эти модели воспроизводят объект-оригинал в каком-то упрощенном виде. Часто модель воспроизводит только форму реального объекта в уменьшенном масштабе. Могу быть модели, воспроизводящие какие-то функции объекта. Например, заводной автомобильчик может ездить, модель корабля может плавать. Из обобщения всего сказанного следует определение:

Модель – упрощенное подобие реального объекта или процесса.

В любом случае модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Поэтому важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования – это назначение будущей модели. Цель определяет те свойства объекта-оригинала, которые должны быть воспроизведены в модели.

Полезно отметить, что моделировать можно не только материальные объекты, но и процессы. Например, конструкторы авиационной техники используют аэродинамическую трубу для воспроизведения на земле условий полета самолета. В такой трубе корпус самолета обдувается воздушным потоком. Создается модель полета самолета, т.е. условия, подобные тем, что происходят в реальном полете. На такой модели измеряются нагрузки на корпусе, исследуется прочность самолета и пр. С моделями физических процессов работают физики-экспериментаторы.

Закрепив в сознании учеников понимание смысла цепочки «объект моделирования – цель моделирования - модель», можно перейти к разговору об информационных моделях.

Информационная модель – это описание объекта моделирования. Иначе, это информация об объекте моделирования. А как известно информация может быть представлена в разной форме, поэтому существуют различные формы информационных моделей. В их числе, словесные, или вербальные, модели, графические, математические, табличные. Следует иметь в виду, что нельзя считать этот список полным и окончательным. В научной и учебной литературе встречаются разные варианты классификаций информационных моделей. Например, еще рассматривают алгоритмические модели, имитационные модели и др. Естественно, что в рамках базового курса мы вынуждены ограничить эту тему. В старших классах при изучении профильных курсов могут быть рассмотрены и другие виды информационных моделей.

Построение информационной модели, так же как и натурной, должно быть связано с целью моделирования. Всякий реальный объект обладает бесконечным числом свойств, поэтому для моделирования должны быть выделены только те свойства, которые соответствуют цели. Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описания называется системным анализом.

Форма информационной модели также зависит от цели её создания. Если важным требованием к модели является её наглядность, то обычно выбирают графическую форму. Примеры графических моделей: карта местности, чертеж, электрическая схема и т.д. Следует обратить внимание учеников на различные назначения этих графических моделей. На примере графика температуры можно обсудить то обстоятельство, что та же самая информация могла бы быть представлена и в другой форме. Зависимость температуры от времени можно отразить в числовой таблице – табличная модель, можно описать в виде математической функции – математическая модель. Для разных целей могут оказаться удобными разные формы модели. С точки зрения наглядности, наиболее подходящей является графическая форма.

А что обозначает слово «формализация»? Это все то, о чем мы говорили.

Формализация – это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т.е. его информационной моделью.

Построив информационную модель, человек использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и т.д.

Этапы решения задачи на ЭВМ методами информационного моделирования

Решение задач осуществляется по следующим этапам:

1-й этап - постановка задачи

2-й этап – формализация, теоретическое построение информационной модели

3-й этап – выбор инструментального компьютерного средства для реализации модели.

4-й этап – реализация информационной модели на ЭВМ

5-й этап – использование модели для решения поставленной задачи

Программные средства для изучения моделирования в курсе информатики

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

2. Система программирования: Turbo Pascal, Turbo Prolog, Turbo C и др.

3. Текстовые редакторы: MS Word, Write и др. Настольные издательские системы.

4. Графические редакторы и программы анимации: PaintBrush, CorelDraw и др.

5. Электронные таблицы: Calc, MS Excel и др.

6. Системы управления базами данных: MS Access и др.

7. Интегрированные системы: Microsoft Office и др.

Требования к знаниям и умениям учащихся по линии формализации и моделирования

Учащиеся должны знать:

• что такое модель; в чем разница между натурной и информационной моделью;

• какие существуют формы представления информационных моделей (графические, табличные, вербальные, математические).

Учащиеся должны уметь:

• приводить примеры натурных и информационных моделей;

• проводить в несложных случаях системный анализ объекта (формализацию) с целью построения его информационной модели;

• ставить вопросы к моделям и формулировать задачи.