Методические рекомендации по решению задач

Пример 1: Вместо многоточия вписать в алгоритм несколько команд присваивания, в результате чего должен получиться алгоритм возведения в 4-ю степень введенного числа (дополнительных переменных кроме А не использовать).

Пример 2: Пользуясь ограничениями предыдущей задачи, написать наиболее короткие алгоритмы вычисления:

a) Y = X⁸; б) У = X¹⁰; в) У = X¹⁵; r) Y = X¹⁹.

Постараться использовать минимальное количество дополнительных переменных. Выполнить трассировку алгоритмов.

Пример 3: Составить алгоритм, по которому на компьютере будет происходить следующее: в переменную S вводится возраст Саши, в переменную М вводится возраст Маши. В качестве результата на экран выводится фраза «Саша старше Маши» или «Маша старше Саши», или: «Саша и Маша ровесники». Написать программу на Паскале по этому алгоритму.

Пример 4: Составить алгоритм упорядочения значений трех переменных по возрастанию, то есть при любых исходных значениях А, В, С отсортировать их так, чтобы стало: А < В < С. Написать программу на Паскале по этому алгоритму.

Пример 5: Последовательно вводятся N целых чисел. Найти максимальное из них.

В программировании часто приходится решать задачу поиска максимального (минимального) значения в числовом массиве. В разделе «Введение в программи­рование» не рассматриваются структурированные данные, в том числе массивы. Однако эту задачу можно решить и без использования массива, ограничившись простыми переменными.

18. Методика изучения темы «Формализация и моделирование».

В обязательном минимуме содержания образова­ния по информатике присутствует линия «Моделирова­ние и формализация». Содержание этой линии опреде­лено перечнем понятий: моделирование как метод познания; формализация; материальные и инфор­мационные модели; информационное моделирование; основные типы информационных моделей. Линия моде­лирования является теоретической основой базового курса информатики. СУБД, табличные процессоры, следует рассмат­ривать как инструменты для работы с информацион­ными моделями. Алгоритмизация и программирование имеют прямое отношение к моделированию. Линия моделирования является сквоз­ной для многих разделов базового курса. Методика информационного моделирования связана с вопросами системологии, системного анализа. Степень глубины изучения этих вопросов существенно зависит от уровня подготовленности школьников. Поэтому раскрытие понятий должно опираться на простые, доступные ученикам примеры. Линия формализации и моделиро­вания выполняет в базовом курсе информатики важную педагогическую задачу: развитие системного мышле­ния учащихся

Выделяют три типа задач из области инфор­мационного моделирования по возрастанию степени сложности: 1) дана информационная модель объекта; научиться ее понимать, делать выводы, использовать для реше­ния задач; 2 ) дано множество несистематизированных данных о реальном объекте (системе, процессе); систематизиро­вать их и, таким образом, получить информационную модель; 3) дан реальный объект (процесс, система); получить его информационную модель.

Цели изучения темы в базовом курсе информатики: Ввести понятие модели. Познакомить учащихся с основными типами информационных моделей. Рассмотреть различные варианты использова­ния таблиц для представления информации. В углуб­ленном варианте познакомить детей с понятиями «сис­тема», «структура», «граф», дать представление объектно-информационном типе моделей.

Изучаемые вопросы: Модели натурные и информационные; Типы информационных моделей; Графические информационные модели; Таблицы типа «объект—свойство» и «объект—объ­ект»; Двоичные матрицы; Системы и структуры; Графы; Начала системологии; Объектно-информационные модели.

Тема рассматривается на трех уровнях изучения: первый — минимальный, второй — дополненный, тре­тий — углубленный.

Первый уровень. Минимальный уровень содержания темы «Введе­ние в информационное моделирование». Разговор с учениками по данной теме можно вести в форме беседы. Термин «модель» большинству из них знаком. Попросив учеников привести примеры ка­ких-нибудь известных им моделей, можно услышать: «модель автомобиля», «модель само­лета» и другие технические примеры. Техниче­ские модели не являются предметом изучения информа­тики, все же стоит остановиться на их обсуждении. Ин­форматика занимается информационными моделями. Однако между понятиями материальной (натурной) и информационной модели есть аналогии. Обсудив на материальных моделях некоторые общие свойства моделей, затем их можно будет перенести на модели информационные. Следует отметить, что модель не повторяет всех свойств реального объекта, а лишь только те, которые требуются для ее будущего применения. Важнейшим понятием в моделировании является понятие цели. Цель моделирования — это на з начение будущей модели. 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. Ин­формация может быть представлена в разных формах, поэтому существуют различные формы информацион­ных моделей. В их числе: словесные, или вербальные, графические, математические, табличные, алгоритмические модели, имитационные модели. Нужно сказать, что построение информационной модели, должно быть связано с целью моделирования. Процесс выделения существенных для моделирования свойств объекта, связей между ними с целью их описа­ния называется системным анализом. В минимальном содержании данной темы, сущ­ность системного анализа практически не раскрывается.

Форма информационной модели также зависит от цели ее создания. Формализация — это замена реального объекта или процесса его формальным описа­нием, то есть его информационной моделью.

Второй уровень. Дополнительный материал для изучения темы «Введение в информационное моделирование» содер­жится в разделе 6.1 «Информационные модели на гра­фах». Здесь обсуждаются понятия: «систе­ма», «структура», «граф», «деревья», «сети». Под системой понимается любой объект, состоя­ний из множества взаимосвязанных частей и суще­ствующий как единое целое. В информатике понятие «система» употребляется достаточно часто. Совокуп­ность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере — система данных. Совокуп­ность взаимосвязанных программ определенного на­значения — программные системы (ОС, системы про­граммирования, пакеты прикладных программ и др.). Информационные системы — одно из важнейших при­ложений компьютерных технологий.

Основным методическим принципом информаци­онного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рас­сматривается как система. Из всего множества элемен­тов, свойств и связей выделяются лишь те, которые яв­ляются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. За­дача системного анализа, который проводит исследова­тель — упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели.

Важной характеристикой всякой системы является структура. Структура — это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему.

Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Описываются основные правила представ­ления графов, вводятся понятия «вершина», «дуга» «ребро», «ориентированный граф», «дерево», «сеть». Важной разновидностью гра­фов являются деревья. Дерево — это графическое пред­ставление иерархической структуры системы. Это системы, между элементами которых уста­новлены отношения подчиненности или вхождения друг в друга: системы власти, административные сис­темы, системы классификации в природе и др. Учени­ки уже знакомы с понятием дерева применительно к системе файлов на дисках компьютера. Многим из них известен смысл понятия «родословное дерево».

Второй уровень изучения темы «Введение в информационное модели­рование» более подробно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инстру­ментом формализации, как графы, дает начальные представления об объектно-информационном модели­ровании.

Третий уровень. Содержание данного уровня позволяет реализовать на уроках следующий перечень дидактических целей: 1. Научить учеников рассматривать окружающие объ­екты как системы взаимосвязанных элементов, осознавать, в чем проявляется системный эффект в результате объедине­ния отдельных элементов в единое целое. 2. Раскрыть смысл модели «черного ящика». Этот подход характерен для кибернетики и применяется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой. 3. Дать детям представление о некоторых методах системного анализа, в частности декомпозиции классификации. 4. Научить учеников читать информационные моде­ли, представленные в виде графов, и строить граф-модели. 5. Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таб­лицы для организации данных, грамотно оформ­лять таблицы.

19. Методика изучения темы «Хранение информации».

Цели изучения темы: Дать ученикам представление о назначении информационных систем и баз данных. Познакомить детей с основами реляционных баз данных. Обучить их основным приемам работы с одной из реляционных баз СУБД. Обучить учеников организации поиска, сортировки, редактирования данных.

Изучаемые вопросы: Области применения информационных систем и баз данных (БД); Классификация БД; Структура реляционной базы данных (РБД); Элементы РБД: главный ключ; имя, значение и тип поля; Назначение системы управления базами данных (СУБД); режимы работы СУБД; Запросы на поиск данных; Запросы на удаление данных; Запросы на сортировку; Области применения.

Изучение темы следует начать с описания области применения компьютерных информационных систем, с обоснования актуальности данного приложения компьютерной техники. Задачу можно сформулировать следующим образом: имеется больше объем данных о какой-то реальной системе объектов или событий. Например, о книгах в библиотеке, работниках предприятия, товарах на складе, дорожно-транспортных происшествиях за длительный период времени и т.п. необходимо организовать хранение этой информации таким образом, чтобы ее было удобно просматривать, пополнять, изменять, искать нужные сведения, делать любые выборки, осуществлять сортировку в любом порядке. Такой работой людям приходилось заниматься и задолго до появления компьютеров. Основным средством хранения данных была бумага. Данные хранились в виде списков в толстых журналах, папках, на картонных карточках.

В наше время решению описанных проблем помогают компьютеры. Компьютерные информационные системы позволяют хранить большие объемы данных осуществлять в них быстрый поиск, вносить изменения, выполнять всевозможные манипуляции с данными (группировать, сортировать и пр.). Следует привести пример таких информационных систем. Например, система продажи железнодорожных, авиационных билетов, во время телерепортажей с крупных международных соревнований, олимпийских игр на экран мгновенно выводится досье любого спортсмена, о котором говорит комментатор. Основой всякой информационной системы является база данных - организованная совокупность данных на магнитных дисках.

Тема «Хранение информации» насыщена теоретическими понятиям. Эти понятия пересекаются с другими содержательными линиями базового курса: информационное моделирование, представление информации. К теоретическим вопросам, рассматриваемым в рамках базового курса, относят вопросы классификации БД, структуры однотабличной РБД.

Базы данных классифицируются по разным признакам.
По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные (фактографические БД - это картотеки, а документальные - архивы), в фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате, в документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные. Вся информация в централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях.

Третий признак классификации БД — по структуре организации данных табличная, иерархическая и сетевая. Базы данных, использующие соответствующий способ организации информации, называются реляционными (табличными иерархическими и сетевыми) БД.

В базовом курсе информатики рассматриваются лишь фактографические реляционные базы данных. Это связано не только с ограниченностью школьного курса, но и с тем фактом, что реляционный тип БД используется сегодня наиболее часто является универсальным.

В терминологии реляционных баз данных строки таблицы называются записями, столбцы — полями. Само название «реляционная БД» происходит от английского слова «relation» переводится как «отношение». Термин «отношение» понимается как взаимосвязь между полями таблицы. В реляционном подходе таблица называется отношением.

Объяснение данного материала следует проводить на конкретных примерах, в качестве примера используются разнообразные таблицы: «Домашняя библиотека «Погода», «Успеваемость», «Факультативы».

Основные представления, которые должны быть закреплены учениками: всякая таблица содержит в себе информацию о некоторой реальной системе (процессе) и, следовательно, является ее информационной моделью; всякая запись в таблице — информация о конкретном объекте (событии) данной системы; значение поля в каждой записи — это определенная характеристика (свойство, атрибут) объекта.

Учителю важно понимать, что тема «Базы данных» содержит в себе ряд узловых вопросов, имеющих фундаментальное значение для курса информатики в целом. В этой теме ученики впервые встречаются с понятием величины. Величина — это отдельный информационный объект, имеющий собственное имя и занимающий место в памяти компьютера. С этой точки зрения поля являются величинами. Каждое поле в таблице имеет имя, для каждого поля определен тип.

Понятие типа величины связано с тремя ее свойствами: множеством значений; множеством операций, которые можно выполнять с этой и величиной; формой внутреннего представления в памяти ЭВМ. В большинстве случаев в базах данных используются четыре основных типа: символьный, числовой, дата и логический.

Существует два способа работы пользователя с базой данных работа с помощью прикладных программ, заранее составленных программистом в среде СУБД, и работа путем непосредственного взаимодействия с СУБД.

В разных школах используется разная техника и программное обеспечение. Варианты доступных СУБД могут быть самыми разнообразными: от учебной РБД для УКНЦ до профессиональной MS Access для IBM PC. В различных системах различается способ взаимодействия пользователя с СУБД — пользовательский интерфейс. Есть два принципиально различных режима такого взаимодействия: посимвольный ввод команд и работа с диалоговой оболочкой.

Подобно большинству тем базового курса, изучение темы «Базы данных» может происходить на разных уровнях. Выделяют два уровня изучения: минимальный и углубленный. Задача первого уровня: дать общие пред­ставления о базах данных, научить работе с готовой БД: осуществлять поиск информации; сортировку, удаление и добавление записей. Дополнительные задачи второго уровня: познакомить с основами проектирования БД; научить создавать структуру и заполнять БД. Работа с СУБД начинается с запуска соответствующей программы, поэтому ученикам необходимо показать, где хранится программа и как ее запустить на исполнение.

Первое понятие, которое должны усвоить ученики: БД хранится в файле; чтобы начать с ней работать, необходимо открыть Файл с БД. Затем учитель должен показать, как можно просмотреть на экране записи таблицы. Для этого должна быть заранее подготовлена демонстрационная БД. Представляя ученикам демонстрационную БД, необходимо обвить внимание на то, что наряду с самой таблицей в памяти компьютера хранится описание ее структуры, откуда пользовать может узнать параметры полей: имя, тип, формат и др. В СУБД Access это делается в режиме «Таблица — Конструктор».

20. Методика изучения темы «Коммуникационные технологии».

Цели изучения темы в базовом курсе информатики: Дать ученикам представление о назначении и структуре локальных и глобальных сетей. Познакомить учащихся с основными информационными услугами сетей, с возможностями Интернета. Обучить детей способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса. Познакомить со способами поиска информации в Интернете (при наличии технических возможностей).

Изучаемые вопросы: Локальная сеть (ЛС), организация и назначение; локальные сети школьных кабинетов; организация глобальных сетей (ГС); информационные услуги ГС; аппаратные средства сетей; что такое Internet; информационные услуги Internet и World Wide Web.

Если компьютеры в школьном кабинете информатики объедине­ны в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегча­ет изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре о передаче информа­ции в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как си­стему компьютеров, связанных каналами передачи информации, учи­тель демонстрирует такую систему на оборудовании компьютер­ного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной. Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и ра­ботают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компь­ютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети.

Использование локальных сетей отвечает двум основным требованиям: 1. обмену файлами между пользователями сети; 2. использованию общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной системы данных, программного обеспечения.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабо­чей группой, а компьютеры, за которыми они работают, — рабо­чими станциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций пользователей, то ее на­зывают одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя.

Другой способ организации локальной сети — сеть с выделеным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. К файл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями. Все рабочие станции соединеныны с главной машиной (схема соединения «звезда»). Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждой рабочей станцией.

Работой сети управляет сетевая операционная система. Операци­онная система поддерживает стандарты (протоколы) обмена ин­формацией в сети, устанавливает очередность при обращении раз­личных пользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС — дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу.

Учебный план не позволяет долго задерживаться на теме ло­кальных сетей. Учитель, прежде всего, должен дать представление ученикам об организации сети, работающей в компьютерном клас­се, а также общешкольной сети (если такая имеется). В качестве практической работы на данную тему следует организовать обмен посланиями между учениками в виде текстовых файлов, переда­ваемых через сеть.

Глобальные компьютерные сети объединяют между собой ЭВМ, расположен­ные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны, мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомство с глобальными сетями будет носить более описатель­ный характер. Здесь, как и во многих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальной сети можно срав­нить с устройством системы телефонной связи — телефонной сети.

На примере электронной почты хорошо иллюстрируется суть технологии клиент-сервер, принятой в современных сетях. Эта тех­нология основана на разделении функций программного обеспе­чения, обслуживающего каждую информационную услугу, между компьютером клиента и сервером. Соответствующее ПО называ­ется клиент-программой и сервер-программой (часто говорят ко­роче: клиент и сервер). Популярными клиент-программами элект­ронной почты являются: MAIL для MS-DOS и Outlook Express для Windows.

Наряду с электронной почтой в глобальных сетях существуют и другие виды информационных услуг для пользователей: Telnet; FTP; Archie; Gopher; WAIS; Usenet.

Сервер имеет собственный уникальный адрес в сети и выпол­няет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качестве сервера используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ и даже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основ­ные требования — высокоскоростной процессор и большой объем дисковой памяти (десятки и сотни Гбайт). На хост-компьютерах в сети Internet используется операционная система Unix. Все сер­вер-программы, обслуживающие приложения, работают под уп­равлением Unix.

Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерами сети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволокон­ный кабель и радиосвязь. Главными параметрами линий связи яв­ляются пропускная способность (максимальная скорость переда­чи информации), помехоустойчивость, стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми — телефонные.

Для передачи информации по каналам связи необходимо пре­образовывать ее из той формы, в которой она существует в ком­пьютере, в сигналы, передаваемые по линиям связи. Такие преоб­разования осуществляют специальные устройства, которые назы­ваются сетевыми адаптерами. Существуют адаптеры для кабельной, для оптоволоконной связи. Адаптер вставляется в свободное гнез­до материнской платы и соединяется кабелем с адаптером друго­го компьютера. Так обычно делается в локальных сетях.

В глобальных сетях, связанных по телефонным линиям, в каче­стве устройства сопряжения используются модемы. Назначение модема состоит в преобразовании информации из двоичного ком­пьютерного кода в телефонный сигнал и обратно. Помимо этого, модем выполняет еще ряд функций. Например, модем клиента сети должен дозваниваться до узла, к которому он подключается.

Интернет — это суперсеть, охватывающая весь мир, представляющая из себя совокупность многих (более 2000) сетей, поддерживающих единый протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

С точки зрения пользователя, Ин­тернет — это определенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети. В число услуг входят: элект­ронная почта, телеконференции (списки рассылки), архивы фай­лов, справочники и базы данных, Всемирная паутина — WWW. Интернет — это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажет Интернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.