Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Конкурсы » НПК 2014

НОВАЯ ЛИНИЯ УЧЕБНИКОВ ИНФОРМАТИКИ
УГЛУБЛЁННОГО УРОВНЯ (10-11 классы)

Поляков Константин Юрьевич, учитель информатики

ГБОУ СОШ № 163, г. Санкт-Петербург,

Еремин Евгений Александрович, доцент кафедры

мультимедийной дидактики и ИТО ПГГПУ, г. Пермь

Школьная информатика – один из тех предметов, которые в наше время бурно развиваются. Её содержание по сей день остаётся предметом споров и до окончательного ответа на вопрос «чему же учить?» еще далеко. Неудивительно, что вектор её развития за прошедшие годы несколько раз существенно менялся.

Школьный курс информатики был введён в 1985 году, когда общаться с вычислительной техникой можно было только с помощью языков программирования. Поэтому в тот момент на первый план вышли вопросы программирования и алгоритмизации, что и определило содержание первых учебников информатики [1-4].

В 90-е годы началось повальное увлечение «офисным» ПО, которое многими даже стало восприниматься как основное содержание школьного курса информатики. Тем не менее, уже тогда специалисты предупреждали, что «ошибочно было бы ориентировать курс ОИВТ только на практическое освоение работы с редакторами, электронными таблицами, базами данных и пр. … Общеобразовательная цель заключается в освоении учащимися фундаментальных понятий современной информатики» [5].

Благодаря повсеместному распространению компьютеров в «нулевые» годы освоение в школе офисных продуктов во многом потеряло актуальность. Вновь стала очевидной потребность вернуть школьную информатику в рамки научной дисциплины. В связи с этим в 2004 году появился новый Стандарт курса [6], в котором упор был сделан на философское осмысление процессов обработки (причем не обязательно компьютерной!) информации. Например, в аннотации учебника [7], прямо сказано, что в нем «впервые информатика рассматривается как существенный элемент гуманитарной культуры человека». Эти попытки не могли привести к успеху, поскольку нельзя построить школьный предмет там, где у учёных еще не сложилась чёткая общепринятая картина. Как следствие – большинство учителей, не говоря уже о школьниках, с трудом понимали «расплывчатые» неубедительные тексты и не чувствовали никакого желания их изучать.

Между тем, ведущей дисциплиной в системе образования зарубежных стран остаётся «наука о компьютерах» (computer science), содержание которой в течение многих лет остаётся достаточно стабильным [8]. Более того,  потребность в специалистах с глубокими компьютерными знаниями отнюдь не уменьшается. Так, по сведениям сайта [9], к 2020 году в США предполагается 1,4 млн. вакансий, связанных с компьютерами, в то время как страна сможет получить лишь 400 тыс. обученных сотрудников.

Появление в российской школе углубленного уровня изучения информатики возродило интерес к фундаментальным научным знаниям. Учителя остро почувствовали потребность в современных школьных учебниках, которые отражают теоретические основы дисциплины и написаны на доступном для школьников языке.

Ситуация усугубилась целым рядом противоречий: между содержанием ЕГЭ по информатике и содержанием учебников по предмету [10], между примерными программами, написанными разными группами авторов. Неудивительно, что на таком фоне тексты учебников содержат много неясных (а порой даже неправильных! [11]) рассуждений и формулировок. В качестве недостатка нельзя также не упомянуть склонность авторов к инструкциям вместо объяснения сути. В итоге большинство учителей фактически вынуждены работать, используя фрагменты нескольких учебников, собственные разработки и материалы, найденные в Интернете.

В качестве ответа на сложившуюся ситуацию, в 2013 году издательство «Бином» выпустило новый учебник информатики углублённого уровня для 10-11 классов [12-13]. Его авторы считали своей задачей написать учебник, который

  • ориентирован прежде всего на фундаментальные знания, умения и навыки в области информатики, которые не изменяются с «приходом» новой операционной системы и другого программного обеспечения;
  • понятен для школьника и учителя;
  • соответствует стандарту образования ФГОС [14];
  • в максимальной степени «закрывает» проблему подготовки к ЕГЭ по информатике;
  • не только содержит необходимый минимум информации, но и указывает направления для дальнейшего развития тем ученикам, которые в этом заинтересованы;
  • будет «принят» в сообществе учителей информатики.

Чтобы удовлетворить таким строгим требованиям, авторы использовали широкое открытое обсуждение материалов: первоначальные варианты многих глав были опубликованы в журнале «Информатика», велось интенсивное обсуждение учебника на специализированном форуме [15], материалы рецензировали учителя информатики и IT-специалисты.

Работа над учебником велась с 2009 года на основе тщательного анализа существующих подходов к изучению предмета, а также многолетнего личного преподавательского опыта авторов.  В 2012 году учебник прошел экспертизу в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом нового поколения и получил гриф «рекомендовано».

Для методического сопровождения учебника в Сети был создан и постоянно пополняется сайт сопровождения [16], где можно найти самые разнообразные материалы для учителей, в том числе поурочное планирование, самостоятельные и контрольные работы, готовые презентации к урокам.

Поскольку учебник действительно обладает новизной изложения многих аспектов школьного курса информатики, имеет смысл рассмотреть его содержание подробнее.

Учебник включает как классические разделы («Информация и информационные процессы», «Кодирование информации», «Моделирование» и т.п.), так и материал, который ранее не присутствовал в явном виде в школьных учебниках информатики (например, глава «3D-моделирование и анимация»), но, на взгляд авторов, является необходимым для подготовки школьников, выбирающих профессии, связанные с информационными технологиями.

В первых главах учебника для 10 класса («Информация и информационные процессы», «Кодирование информации», «Логические основы компьютеров», «Устройство компьютера») содержится полный материал для повторения фундаментальных понятий, изученных в основной школе. В то же время, согласно принципу спирали, в эти главы включен и новый материал, позволяющий подойти к изучению предмета на более высоком уровне.

Глава 4 «Компьютерная арифметика» посвящена особенностям хранения и обработки данных в цифровых компьютерах. В первую очередь, здесь рассматриваются  ограничения, связанные с представлением данных с помощью конечного числа двоичных разрядов. Изучаются битовые логические операции и сдвиги, широко  используемые в практическом программировании. Для знакомства с работой процессора предлагается использовать учебную модель компьютера «ЛамПанель» (http://kpolyakov.spb.ru/prog/lamp.htm).

Главы 6 («Программное обеспечение») и 7 («Компьютерные сети») в целом имеют классическое содержание.

Центральная глава учебника для 10 класса – глава 8 «Алгоритмизация и программирование». Параллельно рассматриваются два языка программирования: школьный алгоритмический язык свободно распространяемой системы КуМир (http://www.niisi.ru/kumir) и язык Паскаль, который широко используется в школах России. В тоже время можно изучать эти темы и на базе других языков: C, C++, C#, Javascript, Python. На сайте поддержки [16] уже опубликованы варианты глав по программированию на основе языков C, C++ и Python. Реализацию основных приёмов программирования на других языках предлагается рассмотреть в виде докладов, которые выполняют заинтересованные ученики. Программы на языке Паскаль, приведённые в учебнике, можно загружать в веб-среду PascalABC.NET прямо с сайта поддержки.

В главе 9 рассматриваются методы решения вычислительных задач на компьютере с помощью собственных программ и табличных процессоров. Глава начинается с параграфа «Точность вычислений», в котором анализируются источники ошибок и вводятся понятия абсолютной и относительной погрешности. Далее рассматриваются классические вычислительные задачи: численное решение уравнений, оптимизация, вычисление длины кривой и площадей фигур, статистические расчёты, восстановление зависимостей.

Глава 10 учебника для 10 класса посвящена информационной безопасности. Здесь рассмотрены способы защиты от вредоносных программ, шифрование, хэширование, стеганография. Особое внимание уделяется вопросам безопасности в сети Интернет, в частности, проблеме составления надёжных паролей.

Учебник для 11 класса начинается, так же, как учебник для 10 класса, с главы «Информация и информационные процессы». Однако здесь эта тема рассматривается на более высоком уровне: изучается вероятностный подход к оценке количества информации, помехоустойчивое кодирование, сжатие данных (в том числе алгоритм Хаффмана). В последних параграфах главы рассмотрены некоторые вопросы теории систем и социальной информатики.

Глава 2 посвящена моделированию. В ней рассматриваются задачи моделирования движения с учётом сопротивления среды, математические модели в биологии (модели неограниченного и ограниченного роста, модель «хищник-жертва»), системы массового обслуживания (моделирование работы банка) [17].

В главе 3 «Базы данных» авторы старались изложить соответствующий материал на уровне, доступном ученикам старшей школы. В то же время основное внимание уделяется не столько выработке навыков «нажатия на кнопки», сколько пониманию основных принципов построения баз данных. Поэтому, например, вместе с визуальным проектированием запросов рассмотрены базовые понятия языка SQL (по этой теме предусмотрена отдельная практическая работа). В этой главе рассказывается и про нереляционные базы данных (базы данных типа «ключ-значение»), которые широко применяются в современных распределённых информационных системах.

В главе 4 «Создание веб-сайтов» представлен оригинальный учебный материал, отражающий современный подход к разработке веб-документов. Основной принцип – разделение содержания веб-страницы (логической разметки) и её оформления, которое полностью выносится в стилевой файл. Рассматриваются вопросы табличной и блочной вёрстки гипертекстовых документов, а также основы языка Javascript [18]. Отдельный параграф посвящен языку XML и его использованию для обмена данными в интегрированных информационных системах [19].

Глава 5 посвящена теоретическим вопросам: алгоритмически неразрешимым задачам, оценке сложности алгоритмов и доказательству правильности программ.

В главе 6 «Алгоритмизация и программирование» рассмотрены основные структуры данных, используемые в современном программировании: структуры, динамические массивы, списки, стеки, очереди, деревья, графы. Изучаются также целочисленные алгоритмы («длинная арифметика») и динамическое программирование.

Глава 7 содержит авторский учебный материал по объектно-ориентированному программированию (ООП). Сложность этой темы связана со следующими моментами. С одной стороны, многие авторы признают, что знакомство с этим материалом необходимо для школьников старших классов, планирующих в будущем заниматься программированием. С другой стороны, в существующих учебниках информатики рассказ про ООП сводится, как правило, к расстановке элементов на форме в среде быстрой разработки приложений типа Delphi. Кроме того, нужно учитывать, что преимущества ООП проявляются в больших проектах, для выполнения которых в рамках школьной программы обычно не хватает времени. Авторы старались подробно объяснить основные понятия ООП и показать их применение на простых  примерах. В качестве среды для разработки графических приложений выбрана среда Lazarus (http://lazarus.freepascal.org). На сайте поддержки [16] приводится также описание аналогичных работ и готовые проекты для языков C# (с использованием Visual Studio Express) и Python (на базе библиотеки tkinter).

Заключительные главы 8 и 9 содержат материал по двухмерной растровой графике и трёхмерному моделированию. Впервые в школьном учебнике рассмотрены свободные кроссплатформенные программные средства – графический редактор GIMP и программа для трёхмерного моделирования Blender.

Одна из главных особенностей учебника состоит в том, что изучение материала можно строить полностью на основе свободного программного обеспечения. Например, достаточно использовать следующий набор бесплатных программ:

Большинство из этих программ являются кроссплатформенными, то есть могут работать в различных операционных системах. Использование коммерческого программного обеспечения (например, операционной системы Windows и пакета Microsoft Office) при наличии лицензий также не представляет никаких проблем.

Учебник «перекрывает» все задания ЕГЭ-2014 по информатике, таким образом, он может служить надёжным источником для подготовки к экзамену по выбору. Дополнительные материалы для подготовки к ЕГЭ представлены на сайте [20].

Авторами разработаны два основных варианта учебных программ [21]:

  • полный курс (по 4 часа в неделю, всего 276 часов);
  • сокращённый курс (по 2 часа в неделю, всего 138 часов);

В то же время учебник может служить основой для изучения базового курса, и авторами разработана соответствующая программа (по 1 часу в неделю, всего 69 часов). Все программы и авторское планирование можно скачать на сайте поддержки учебника.

Учебник построен по модульному принципу. Это означает, что большинство глав независимы друг от друга и могут изучаться в разном порядке. Однако для поддержания системности рекомендуется начинать изучение в 10 классе с первых трёх глав учебника, которые содержат фундаментальные сведения.

В то же время,  у учителя есть возможность изменить программу в зависимости от фактического уровня подготовки и особенностей своих учеников. Материал учебника в значительной степени обладает «избыточностью» для того, чтобы предоставить возможности для изучения предмета на разных уровнях.

Обширные сопроводительные  материалы доступны на сайте поддержки, в том числе:

  • учебные программы и планирование;
  • список публикаций авторов, в том числе журнальные варианты некоторых глав учебника;
  • задания практикума в электронном виде, включая самостоятельные и контрольные работы, а также всех необходимые файлы к ним;
  • тесты для системы сетевого тестирования NetTest [22] и онлайн-тесты;
  • полный комплект презентаций к урокам;
  • программы на школьном алгоритмическом языке системы КуМир;
  • программы на языке Паскаль;
  • проекты по объектно-ориентированному программированию;
  • материалы для изучающих языки программирования C, C++ и C#, в том числе главы учебника по программированию (в электронном варианте), презентации и тесты;
  • материалы для изучающих язык программирования Python;
  • ментальные карты (или карты памяти, mindmaps), которые могут быть полезными при подготовке к урокам, а также для повторения и обобщения материала;
  • дополнительное программное обеспечение к учебнику:
    • тренажёр «ЛамПанель» – учебная модель компьютера, управляющего ламповой панелью;
    • тренажёры для изучения универсальных исполнителей: машины Тьюринга, машины Поста и нормальных алгорифмов Маркова;
    • тренажёры для изучения алгоритмов сжатия данных (http://kpolyakov.spb.ru/prog/compress.htm);
    • веб-редактор HEFS (http://kpolyakov.spb.ru/prog/hefs.htm).

Авторы надеются, что новый учебник информатики для старшей школы окажется полезен школьникам и учителям.

Литература

  1. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для сред. учеб. заведений. В 2-х частях / А.П. Ершов, В.М. Монахов, С.А. Бешенков и др. – М.: Просвещение, 1985. – 96 с.; 1986. – 143 с.
  2. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для 10-11 кл. сред. шк. / В.А. Каймин, А.Г. Щеголев, Е.А. Ерохина и др. – М.: Просвещение, 1989. – 272 с.
  3. Основы информатики и вычислительной техники: / А.Г. Гейн, В.Г. Житомирский, Е.В. Линецкий, М.В. Сапир, В.Ф. Шолохович. – Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. – 272 с.
  4. Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. для сред. учеб. заведений / А.Г. Кушниренко, Г.В. Лебедев, Р.А. Сворень. – М.: Просвещение, 1990. – 224 с.
  5. Основы информатики и вычислительной техники в базовой школе: Пособие для учителя / Л.А. Залогова, С.В. Русаков, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер, Л.В. Шестакова. – Пермь: Лаборатория информатизации образования Пермской области, 1995. – 346 с.
  6. Пакет документов Министерства образования РФ. // Информатика и образование. – 2004. – № 4. – C. 2-35.
  7. Бешенков С.А. Информатика. Систематический курс: Учебник для 10-го класса / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 432 с.
  8. Curricula Recommendations. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.acm.org/education/curricula-recommendations    (дата обращения: 10.03.2014).
  9. Computer Science: America's Untapped Opportunity. [Электронный ресурс]. – URL: http://www.code.org/stats (дата обращения: 10.03.2014).
  10. Шумилина Н.Д. Изучение информатики или подготовка к ЕГЭ? // Информатика ("Первое сентября"). – 2008. – № 19. – C. 15-19.
  11. Поляков К.Ю. Методизмы. [Электронный ресурс]. – URL: http://kpolyakov.spb.ru/school/mdizm/mdizm.htm   (дата обращения: 10.03.2014).
  12. Поляков К.Ю. Информатика. Углублённый уровень: учебник для 10 класса. В 2-х частях / К.Ю. Поляков, Еремин Е.А. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 344 и 304 с.
  13. Поляков К.Ю. Информатика. Углублённый уровень: учебник для 11 класса. В 2-х частях / К.Ю. Поляков, Еремин Е.А. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 240 и 304 с.
  14. Федеральный государственный образовательный стандарт [Электронный ресурс]. – URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=6408 (дата обращения: 10.03.2014).
  15. Форум: «Информатика: профильный уровень». [Электронный ресурс]. – URL: http://profilbook.forum24.ru (дата обращения: 10.03.2014).
  16. Учебник «Информатика 10-11 класс. Углублённый уровень». [Электронный ресурс]. – URL: http://kpolyakov.spb.ru/school/probook.htm (дата обращения: 10.03.2014).
  17. Поляков К.Ю. Имитационное моделирование // Информатика, № 1, 2014, с. 4-15.
  18. Поляков К.Ю. Веб-дизайн: практикум // Информатика, № 12, 2013, с. 4-15.
  19. Поляков К.Ю. XML: практикум // Информатика, № 8, 2013, с. 4-11.
  20. Поляков К.Ю. Подготовка к ЕГЭ по информатике // [Электронный ресурс]. – URL: http://kpolyakov.spb.ru/school/ege.htm (дата обращения: 10.03.2014).
  21. Бородин М. Н. Информатика. УМК для старшей школы: 10 – 11 классы (ФГОС). Методическое пособие для учителя. Углублённый уровень . – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. – 197 с. Электронная версия http://files.lbz.ru/pdf/mpPolyakov10-11fgos.pdf.
  22. Поляков К.Ю. Программа NetTest для компьютерного тестирования знаний в сети. [Электронный ресурс]. – URL: http://kpolyakov.spb.ru/prog/nettest.htm  (дата обращения: 10.03.2014).
Категория: НПК 2014 | Добавил: irina-shir (20.04.2014)
Просмотров: 1713
Яндекс.Метрика