При использовании материалов этого сайта - АКТИВНАЯ ССЫЛКА и размещение баннера -ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

Информатика и технологии программирования в школе

Пояснительная записка
Основными задачами обучения информатике в средней школе можно считать следующие: развитие интереса учащихся к изучению новых информационных технологий и программирования; изучение фундаментальных основ современной информатики; формирование самостоятельности и творческого подхода к решению задач с помощью средств современной вычислительной техники;; формирование навыков алгоритмического мышления; приобретение навыков работы с современным программным обеспечением. В современных условиях программа курса должна, по мнению автора, удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать знакомство с фундаментальными понятиями информатики и вычислительной техники на доступном уровне иметь практическую направленность с ориентацией на реальные потребности, соответствующие возрасту ученика; изучение материала должно строиться по принципу спирали (в каждом классе изучаются те же базовые разделы, но на более высоком уровне); должна охватывать как алгоритмическое направление, так и вопросы практического применения компьютеров, то есть, курс ОИВТ должен быть интегрированным; необходима ориентация на существующий парк вычислительной техники и дополнительные ограничения (в частности, в приведенной ниже программе количество теоретических и практических занятий примерно одинаково, причем они чередуются); допускать возможность варьирования в зависимости от уровня подготовки и интеллектуального уровня учащихся (как группового, так и индивидуального); предусматривать возможность индивидуальной работы с учащимися, чей уровень подготовки отличается от среднего по классу. Ни одна из программ, предлагаемых Министерством образования РФ (Программы общеобразовательных учреждений. Информатика, М: Просвещение, 2000), не удовлетворяет этим требованиям. Это обстоятельство вынудило автора составить свою собственную программу, которая (с ежегодными естественными модификациями) реализуется в 163 школе с 1991-1992 учебного года. Курс предназначен для классов с углубленным изучением информатики и предусматривает (кроме обязательного базового курса) изучение принципов хранения и обработки данных в компьютерах; глубокое изучение программирования на различных алгоритмических языках, принципов выбора языка программирования для решения конкретной задачи; изучение структуры и принципов работы различных операционных систем, взаимосвязи программных и аппаратных средств; изучение стандартных алгоритмов и численных методов решения задач; знакомство с современными методами программирования (включая основы объектно-ориентированного подхода); овладение практическими навыками программирования в виде выполнения индивидуальных проектов. На изучение курса отводится 510 часов (1 час в неделю в 5 классе, по 2 часа в неделю в 6-9 классах и по 3 часа в неделю в 10-11 классах). В старших классах дополнительное время на разработку собственных проектов учащимися обеспечивается за счет индивидуальных, факультативных и кружковых занятий. В программе курса предусмотрено примерно равное количество часов, отведенных на теоретические и практические занятия. Одной из важнейших задач любого школьного курса является формирование навыков самостоятельного поиска информации. Поддержка предлагаемого курса осуществляется с помощью школьного Web-сайта (Интранет), в ходе выполнения работ учащиеся используют его ресурсы для получения дополнительной информации и самостоятельного освоения некоторых тем. Во всех классах, начиная с 6-ого, предусматривается широкое использование глобальной сети Интернет. Содержание программы можно условно разделить на 3 взаимосвязанных блока: "Основы информатики", "Программирование" и "Компьютерные технологии". Ниже дается краткая характеристика особенностей программы по всем трем блокам. Основы информатики В этом блоке особое внимание уделяется изучению фундаментальных понятий информатики, независимых от конкретной реализации на компютере. Среди них можно выделить следующие разделы информация, единицы измерения количества информации; информационные процессы; кодирование информации в компьютерах; файлы и файловые системы; сжатие информации; основы математической логики. Основная содержательная часть этого раздела базируется на материале учебника [1] и собственных методических разработках автора. Программирование Основная оригинальная часть специального курса представляет собой разработанную автором методику непрерывного обучения программированию на языке Си, начиная с 5 класса. Выбор языка Си в качестве основного связан с тем, что является и, скорее всего, в ближайшее время останется лидирующим языком профессионального программирования. Его главный конкурент - язык Паскаль - устойчиво теряет позиции среди специалистов и фирм-разработчиков сред программирования. Тем не менее, изучение языка Паскаль предусмотрено в качестве второго языка с перспективой последующего перехода на среду Delphi. Наиболее плодотворной идеей в методике преподавания алгоритмизации является идея перехода от математических объектов и алгоритмов к исполнителям [2-5]. В предлагаемом курсе для записи алгоритмов используется оригинальный алгоритмический язык, основу которого составляют конструкции языка Си. Синтаксис языка Си был дополнен командами конкретных исполнителей - Черепаха [2], Робот и Чертежник [5], а также оператором цикла повтори (repeat), заимствованным из языка LOGO. Освоение основных алгоритмических конструкций на примерах управления исполнителем дает возможность избежать излишней математизации предмета. Более того, использование исполнителей облегчает восприятие учениками основных алгоритмических конструкций и позволяет изучать их с 5-6 класса. Методика преподавания может быть выражена принципом "от частного - к общему". В результате решения какой-то задачи учащиеся приходят к выводу о том, что существующих средств управления исполнителем недостаточно, и только после этого вводится очередная конструкция для конкретного случая, которая затем обобщается [5]. Заметим, что этот же принцип используется и при изучении других разделов: обобщение и систематизация проводятся только тогда, когда учащиеся уже в целом освоили какой-либо материал на практике и способны воспринять абстрактные понятия. В старших классах предусмотрена глубокая профессиональная подготовка в области алгоритмизации, структур данных [6], численных методов и практических приемов программирования. Учащиеся изучают параллельно два основных современных языка профессионального программирования - Си и Паскаль. Особое внимание уделяется компьютерному моделированию [7] с помощью стандартных и собственных программ. Компьютерные технологии Попутно изучаются вопросы пользовательского курса, которые, как показывает практика, обычно не вызывают затруднений при достаточно высоком интеллектуальном уровне специализированных математических классов. В программе предусмотрено глубокое изучение возможностей электронных таблиц и баз данных, в том числе фундаментальных теоретических вопросов. Это особенно важно в связи с тем, что существуют сотни различных реализаций прикладных программ и целесообразно изучать главным образом общие принципы их работы, руководствуясь афоризмом "Знание некоторых принципов заменяет знание некоторых фактов" (Гельвеций). Учащиеся осваивают Web-технологии, в частности, создают собственные Web-страницы, используют электронную почту, файловые архивы и форумы. Большинство существующих учебников и пособий для средней школы, в которых рассматриваются компьютерные технологии, ориентируются, по мнению автора, на механическое повторение учащимся некоторых предписанных действий. В то же время при изучении технологий чрезвычайно важно добиться не просто механического выполнения действий, а понимания их сущности. Поэтому учащимся никогда не предлагается готовый алгоритм выполнения практических работ. На теоретических занятиях излагаются приемы решения тех или иных промежуточных задач, а практические работы построены так, что каждый учащийся вынужден самостоятельно определить последовательность своих действий. Это особенно важно потому, что во многих случаях нужную операцию можно выполнить по-разному, и каждый имеет возможность выбрать лучший именно для него способ решения задачи. Результативность Желаемым конечным результатом на момент окончания полной средней школы является достижение учащимися уровня допрофессиональной компетентности как пользователь ПК и уровня функциональной грамотности в области программирования. Отдельные учащиеся могут достигать уровня компетентности как программисты, что предполагает возможность успешно работать самостоятельно по этой специальности. Апробация в 1991-2003 годах подтвердила эффективность предлагаемых методик. Главное внимание уделяется развитию способности учащихся самостоятельно решать возникающие проблемы, а также искать информацию в доступных источниках (учебник, интерактивная справочная система, средства сети Интернет, конспект, справочная литература, книги). Ежегодно учащиеся, проходящие подготовку по данной программе, занимают около половины призовых мест на районных олимпиадах Центрального района Санкт-Петербурга по программированию. Начиная с 10 класса возможно разделение класса на 2 потока, ориентированных на профессиональную подготовку по специальностям "лаборант-программист" и "оператор ПК" соответственно. Как показал эксперимент, это позволяет наиболее полно учесть интересы учащихся и лучше подготовить их к использованию вычислительной техники в выбранной будущей профессии. В конце обучения учащимся предоставляется возможность сдать профессиональный экзамен. Начиная с 1992 года, 104 человека сдали экзамен и получили квалификацию "лаборант-программист", а 127 человек - квалификацию "оператор ПК". Литература Шауцукова Л.З. Информатика 10-11 кл. М.: Просвещение, 2002. Пейперт С. Переворот в сознании: дети, компьютеры и плодотворные идеи. - М.: Педагогика, 1989. Звенигородский Г.А. Первые уроки программирования (Б-ка "Квант", вып. 41 ). Дуванов А., Зайдельман Я., Первин Ю., Гольцман М. Роботландия - курс информатики для младших школьников // Информатика и образование", 1988 - № 1, 5; 1989 - № 4, 5; 1990 - № 1, 2, 3, 4, 6; 1991 - № 1, 4, 5, 6. Кушниренко А.Г., Лебедев Г. В., Сворень Р.А. Основы информатики и вычислительной техники. - М.: Просвещение, 1991. Н. Вирт. Алгоритмы и структуры данных. М: Мир, 1989. Учебник Информатика 9 кл. под ред. Макаровой Н. В. - СПб.: Питер, 1999. Угринович Н. Информатика и информационные технологии - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.

Требования к знаниям и умениям учащихся
Учащиеся должны знать: правила техники безопасности при работе на компьютерах, средства и методы защиты глаз от излучения; названия, назначение и наиболее важные характеристики основных устройств компьютеров; последовательность решения задач с помощью компьютеров; область применимости различных информационных технологий; один из современных профессиональных языков программирования. Учащиеся должны понимать: значение информационных процессов в жизни общества; сущность основных алгоритмических конструкций (процедуры, функции, циклы, ветвления, рекурсия) и смысл их использования; принципы, лежащие в основе математических методов решения задач, преимущества, недостатки и границы применимости различных методов; назначение и сферу применения различных видов программного обеспечения. Учащиеся должны уметь: использовать все доступные источники (интерактивные компьютерные справочные системы, книги, справочники, технические описания) для самостоятельного решения задач с помощью компьютеров; составлять алгоритмы в словесной форме для решения разнообразных задач; применять метод пошаговой детализации при составлении алгоритмов грамотно выбирать язык программирования и переводить алгоритмы на этот язык; составлять алгоритмы и программы для новых методов решения задач; работать с различными структурами данных (массив, структура, очередь, стек, список, дерево, объект); работать с редакторами текстовой и графической информации; использовать электронные таблицы, базы данных, прикладное программное обеспечение; работать с операционными системами современных персональных компьютеров.

5 класс (34 часа)
Тема I. Введение в информатику (12 часов) Инструктаж по технике безопасности. Информатика. Информация. Информационные процессы. Устройство компьютера. Системный блок. Внешние устройства. Включение и выключение компьютера. Управление с помощью мыши. Файлы и папки (каталоги). Имена файлов. Поиск файла на диске по адресу. Понятие о локальной компьютерной сети. Запуск программ. Клавиатурный тренажер. Основы работы в Windows. Рабочий стол и работа с окнами. Работа с носителями информации (дискетами). Тема II. Обработка текстовой информации (12 часов) Программа Блокнот. Загрузка и редактирование файла. Сохранение файла на диске. Операции с файлами и папками в Windows. Текстовый редактор WordPad. Правила набора текста. Оформление текста. Оформление абзацев. Тема III. Обработка графической информации (6 часов) Графический редактор Paint. Рисование от руки. Изменение цвета. Заливка. Геометрические фигуры. Работа с фрагментами. Резерв 4 часа.

6 класс (68 часов)
Тема I. Основы информатики (14 часов) Инструктаж по технике безопасности. Информация и информационные процессы (повторение). Единицы измерения количества информации. Задачи на определение количества информации. Системный блок. Процессор и память. Внешняя память (диски, дискеты, флэш-карты). Внешние устройства компьютера. Клавиатурный тренажер. Файлы и папки, операции с ними (повторение). Форматирование дискет. Системные дискеты. Программа Проводник. Программа Калькулятор. Совместное использование программ Калькулятор и Блокнот. Тема II. Программирование для исполнителей (26 часов) Алгоритмы и исполнители. Система команд исполнителя. Виды алгоритмов. Запись алгоритмов для исполнителя Робот. Программы. Линейные алгоритмы. Циклические алгоритмы. Цикл "повтори". Вложенные циклы. Обратная связь. Циклы с условием. Практическая работа - условные операторы. Переменные. Объявление переменных. Вывод данных. Оператор вывода. Ввод данных. Вычисления. Диалоговая программа. Процедуры как вспомогательные алгоритмы. Процедуры с параметрами. Структурное программирование. Тема III. Редактор Word. Составные документы (15 часов) Редактор Word. Набор и оформление текста. Работа с файлами. Вставка рисунков из набора ClipArt и из файла. Буфер обмена. Вставка рисунков в документ Word через буфер обмена. Фигурные заголовки WordArt. Буквица. Таблицы. Изменение структуры таблицы. Тема IV. Глобальная сеть Интернет (7 часов) Понятие о сети Интернет. Серверы, адреса. Гипертекст. Служба WWW. Файловые архивы. Электронная почта. Использование браузера. Копирование информации с Web-страниц в другие приложения (на примере Word). Получение информации с заданной Web-страницы. Поиск информации в Интернет. Поисковые машины. Составление реферата по материалам Интернет. Резерв 6 часов.

7 класс (68 часов)
Тема I. Основы информатики (11 часов) Инструктаж по технике безопасности. Информация и информационные процессы (повторение). Задачи на определение количества информации. Системный блок. Процессор и память (повторение). Внешняя память (повторение). Внешние устройства компьютера (повторение). Клавиатурный тренажер. Файловые оболочки типа Norton Commander или Far. Файловые операции. Тема II. Основы программирования (37 часов) Введение в язык Си. Структура программы. Трансляция. Вывод сообщений на экран. Целые переменные. Оператор присваивания. Вещественные переменные. Форматный вывод. Ввод данных с клавиатуры. Отладка программ. Ручная прокрутка. Специальные арифметические операции в языке Си. Циклы for с известным количеством шагов. Последовательности. Вычисления сумм последовательностей. Условные операторы if-else. Простые и сложные условия. Логические операции. Цикл while с неизвестным числом шагов. Цикл do-while с проверкой условия в конце цикла. Работа в графическом режиме. Графические примитивы. Использование циклов в графическом режиме. Заливка. Подпрограммы- процедуры. Подпрограммы-функции. Тема III. Моделирование (10 часов) Анимация в графическом режиме. Моделирование отскока от стены. Управление объектом с помощью клавиатуры. Случайные и псевдослучайные числа. Тема IV. Редактор Word (6 часов) Списки в редакторе Word. Инструменты рисования в редакторе Word. Действия с объектами. Операции с группами объектов. Резерв 4 часа.

8 класс (68 часов)
Тема I. Основы информатики (20 часов) Инструктаж по технике безопасности. Информация и информационные процессы (повторение). Системный блок. Процессор и память. Кэш-память. Внешняя память. Внешние устройства компьютера (повторение). Язык как способ представления информации. Двоичное кодирование. Кодирование чисел. Двоичная система счисления. Кодирование символов. Кодирование рисунков. Растровый способ кодирования. Режим истинного цвета. Кодирование с палитрой. Кодирование рисунков. Векторный способ кодирования. Кодирование звука. Оцифровка и инструментальное кодирование. Программное обеспечение. Операционные системы. Прикладные программы. Языки программирования. Программы пользователей. Компьютерные вирусы и их типы. Антивирусы. Меры профилактики. Действия при заражении компьютера вирусами. Использование антивирусов. Настройка Windows. Панель управления. Создание ярлыков в Windows. Тема II. Массивы (18 часов) Понятие о массивах. Заполнение массива с клавиатуры. Случайные и псевдослучайные числа (повторение). Выбор нужных значений из массива. Поиск минимального элемента в массиве. Использование массивов в процедурах. Алгоритмы работы с массивами. Файловые операции. Сортировка методом вставки и методом пузырька. Тема III. Символьные строки (8 часов) Символьные строки. Посимвольная обработка символьных строк. Функции для работы с символьными строками. Функции для поиска в символьных строках. Тема IV. Моделирование (4 часа) Вращение объекта на экране. Использование массивов для моделирования. Тема V. Редактор Word. Составные документы (6 часов) Многоколоночный набор. Ввод формул в редакторе Word. Диаграммы. Тема VI. Мультимедийные технологии (7 часов) Понятие о презентациях Power Point. Создание слайда. Работа с несколькими слайдами. Интерактивные средства. Средства мультимедиа в презентациях. Резерв 4 часа.

9 класс (68 часов)
Тема I. Основы информатики (18 часов) Инструктаж по технике безопасности. Информация и информационные процессы (повторение). Системный блок. Процессор и память. Кэш-память. Внешняя память (повторение). Внешние устройства компьютера (повторение). Системы счисления. Римская система. Двоичная система счисления. Перевод в десятичную системы и обратно, арифметические действия. Шестнадцатеричная система счисления. Перевод в другие системы, арифметические действия. Принципы сжатия информации. Архиваторы. Архиватор WinRAR. Упаковка с паролем. Самораспаковывающиеся и многотомные архивы. Инсталляция программ. Правовая охрана программ и данных. Тема II. Основы структурного программирования (8 часов) Этапы разработки программ. Методы проектирования программ ("сверху вниз" и "снизу вверх"). Основы структурного программирования. Построение и разметка осей координат. Построение графика функции. Тема III. Численные методы (8 часов) Численное решение уравнений. Метод деления отрезка пополам. Штриховка замкнутой области. Вычисление площади фигуры. Методы прямоугольников. Метод Монте-Карло. Тема IV. Программная документация (5 часов) Правила оформления исходных текстов программы. Оформления отчета по работе. Подготовка и печать отчета. Защита отчета по контрольной практической работе. Тема V. Матрицы (12 часов) Матрицы. Объявление, ввод и вывод. Алгоритмы работы с матрицами. Массивы символьных строк. Указатель как адрес переменной в памяти. Сортировка строк с помощью указателей. Тема VI. Введение в электронные таблицы (7 часов) Введение в электронные таблицы Excel. Формулы и функции в Excel. Виды ссылок. Оформление электронных таблиц. Диаграммы в Excel. Тема VII. Компьютерные сети (6 часов) Компьютерные сети. Протоколы. Типы локальных сетей. Сетевые средства Windows. Протоколы Интернет. Адресация. Службы Интернет. Электронная почта. Создание электронного почтового ящика. Использование групп новостей. Резерв 4 часа.

10 класс (102 часа)
Тема I. Основы информатики (20 часов) Инструктаж по технике безопасности. История и перспективы развития компьютерной техники. Архитектура компьютеров. Принципы фон Неймана. Магистрально-модульный принцип построения ПК. Моделирование как метод познания. Формализация. Виды моделей. Использование моделей в практической деятельности человека. Этапы моделирования. Основы логики высказываний. Булева алгебра. Логические операции. Таблицы истинности. Диаграммы. Работа в тренажере "Логика". Законы алгебры логики. Упрощение логических выражений. Синтез логических выражений. Логические устройства компьютера (триггер, регистр, сумматор). Хранение данных в памяти. Целые числа. Хранение данных в памяти. Вещественные числа. Выполнение арифметических операций с нормализованными числами. Тема II. Язык Паскаль (20 часов) Структура программы. Типы данных. Циклы. Условные операторы. Выбор из нескольких вариантов. Работа в графическом режиме. Процедуры. Массивы. Матрицы. Символьные с троки. Функции для работы с символьными строками. Работа с текстовыми файлами. Тема III. Последовательности и ряды (4 часа) Последовательности и ряды. Вычисление суммы ряда. Вычисление функций sin и cos в компьютере. Тема IV. Динамические массивы (4 часа) Динамические массивы. Выделение памяти. Динамические матрицы. Тема V. Рекурсия (12 часов) Рекурсия. Рекурсивные процедуры и функции. Косвенная рекурсия. Построение рекурсивных фигур. Рекурсивный перебор вариантов. Комбинации, сочетания. Быстрая сортировка массивов. Цифровая сортировка. Сравнение методов сортировки. Тема VI. Структуры (9 часов) Понятие структуры. Простейшие операции. Файловые операции со структурами. Сортировка структур с помощью указателей. Операции со структурами в языке Паскаль. Файловые операции со структурами в языке Паскаль. Сортировка структур в языке Паскаль. Тема VII. Электронные таблицы (14 часов) Подбор параметра в Excel. Решение уравнений. Оптимизация с помощью электронных таблиц. Статистические расчеты в Excel. Прогнозирование в Excel. Тренды. Восстановление зависимостей по экспериментальным данным. Моделирование в Excel. Моделирование экологической системы. Моделирование физических процессов. Тема VIII. Создание Web-страниц (15 часов) Понятие о Web-страницах. Структура Web-страницы. сновы языка HTML. Оформление текста. Ссылки. Вставка рисунков. Таблицы. Фреймы. Создание Web-сайта. Возможности редактора Word для создания Web-страниц. Динамические Web-страницы (обзор). Резерв 4 часа.

11 класс (102 часа)
Тема I. Основы информатики (9 часов) Инструктаж по технике безопасности. Вещество, энергия, информация - основные понятия науки. Информационные основы процессов управления. Информационная культура человека. Информационное общество. Вероятностный подход к определению количества информации. Устройство компьютера (обзор). Основы алгебры логики (повторение). Тема II. Целочисленные алгоритмы (13 часов) Алгоритм Евклида. Решето Эратосфена. Рекуррентные последовательности. Целочисленная оптимизация. Задача коммивояжера. Сложность алгоритмов. спользование случайных чисел в задачах оптимизации. Многоразрядные целые числа. Тема III. Численные методы (11 часов) Метод хорд. Метод итераций. Метод Ньютона (касательных). Вычисление интегралов. Оптимизация методом "золотого сечения". Методы оптимизации функций многих переменных (обзор). Тема IV. Моделирование (5 часов) Математическое моделирование физических процессов. Дискретизация процессов. Тема V. Структуры данных (18 часов) Динамические структуры данных. Связанный список. Операции со связанным списком. Двусвязный список. Циклические списки. Стек. Реализация в языке Си. Системный стек. Очередь. Реализация с помощью массива. Дек. Деревья. Свойства деревьев. Реализация деревьев в языке Си. Синтаксический разбор с помощью деревьев. Постфиксная и префиксная формы записи арифметических выражений. Сортировка с помощью деревьев. Графы. Основные понятия. Задача Прима-Краскала. Задачи, решаемые с помощью графов (обзор). Тема VI. Базы данных (26 часов) Введение в БД. СУБД. Виды информационных систем. Технология клиент-сервер. Табличные базы данных. Ключ. Индексы. Иерархические базы данных. Сетевые базы данных. Реляционные базы данных. Нормализация базы данных. Введение в СУБД Access. Совместная работа с другими программами MS Office. Создание и редактирование таблиц. Конструктор таблиц. Операции с таблицами. Фильтрация, поиск, сортировка. Формы. Макросы. Запросы. Вычисляемые поля. Сложные виды запросов. Запросы с параметрами. Отчеты. Конструктор отчетов. Формы и отчеты с подчиненными. Отчеты с группировкой. Тема VII. Основы объектно-ориентированного программирования (7 часов) Основные идеи ООП. Инкапсуляция. Абстрактные классы. Наследование. Разработка классов-наследников. Полиморфизм. Реализация методов у наследников. Конструкторы и деструкторы. Тема VIII. Основы программирования для Windows (7 часов) Программы, основанные на обработке сообщений. Среда Delphi. Основные идеи и приемы работы. Использование стандартных компонентов. Программа из нескольких модулей. Резерв 6 часов.