Введение
Глава 1. Анализ существующих подходов к знакомству младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий
1.1 Методическая система обучения информатике в начальной школе
1.2 Основные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы темы «Компьютер»
1.3 Основное содержание темы «Алгоритмы» в курсах информатики начальной школы
.4 Определение сущности понятия «суперкомпьютерные технологии» и возможности его рассмотрения в начальной школе
.5 Опыт учителей-новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами
Выводы по главе 1
Глава 2. Экспериментальная работа по формированию у младших школьников представлений о суперкомпьютерных технологиях
2.1 Технологические карты уроков по теме «Параллельные алгоритмы» для учащихся 3 классов
2.2 Анализ проведенных уроков по темам «Суперкомпьютеры» и «Параллельный алгоритм»
Выводы по главе 2
Заключение
Список
литературы
Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. Компьютеры занимают прочное место в современном образовании, выполняя функции технического средства обучения, хранилища материалов и разработок, средства диагностики и контроля, источника информации и т.д. Компьютер в школе может быть как объектом изучения, так и средством обучения. Применение компьютера на уроках помогает существенно разнообразить и активизировать процесс обучения, обеспечивая школьникам возможность осуществлять самостоятельную работу (Е.И. Булин-Соколова, А.А. Муранов, М.А. Плаксин и др.)
Окружающий нас мир быстро меняется. Меняется и его компьютерная составляющая, которая в последние годы становится все более «параллельной»: компьютеры соединяются в мощные кластеры, процессоры становятся многоядерными, вычислительные системы разных организаций могут объединяться в распределенные вычислительные среды для совместного решения особо сложных задач. Это особенно ярко проявляется в вычислительных системах, работающих на предельных скоростях и обладающих рекордной производительностью. Для таких систем даже введено специальное название - «суперкомпьютеры». Суперкомпьютерные технологии активно проникают во многие области современных научных исследований и промышленных разработок, обеспечивая решение важных научно-технических проблем (В.В. Воеводин, В.П.. Гергель, А.А. Жирков). Уже ушло в прошлое время однопроцессорных вычислительных систем. Не только суперкомпьютеры, но и современные персональные компьютеры, ноутбуки, игровые приставки основаны на многопроцессорных, многоядерных и других технологиях, предполагающих одновременное выполнение множества инструкций. Для их полноценного использования каждому пользователю необходимо иметь хотя бы самое общее представление о проблемах, возникающих при параллельной обработке данных, которая, в свою очередь, основывается на понятиях параллельного алгоритма и параллельного программирования, расширяя традиционные представления об алгоритмизации. Действительно, алгоритмизация является одной из основных содержательных линий отечественных курсов информатики для учащихся младшей и основной школы (А.В. Горячев, Ю.А. Первин, А.Л. Семенов, М.А. Плаксин, Н.В. Матвеева, М.С. Цветкова и др.); при её изучении рассматриваются разнообразные «последовательные» алгоритмы; активно используются многочисленные программно реализованные (компьютерные, виртуальные) исполнители последовательных алгоритмов. Формировать начальные представления в области современных компьютерных технологий можно уже в начальной школе, так как многие дети с раннего детства приобщаются к компьютерам через игры, микропроцессорные электронные игрушки. По мнению ряда отечественных специалистов, способность видеть в окружающем нас мире и последовательные, и параллельные алгоритмы необходимо закладывать уже на ранних этапах обучения (Л.Л. Босова, В.В. Воеводин, М.А. Плаксин и др.). Школа, опираясь на имеющийся у детей жизненный опыт, должна обеспечить условия его обогащения с учетом психологических закономерностей развития детей данного возраста, преемственности его этапов. В настоящее время опыт знакомства школьников с суперкомпьютерными технологиями уже представлен в работах А.А. Логинова, Е.Ю. Киселевой, Е.А. Еремина и др.; Л.Л Босова, И.В Гаврилова, М.А. Плаксин получили положительные результаты при работе в данном направлении с младшими школьниками. Тем не менее, на наш взгляд, вопросу знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий все еще уделяется недостаточно внимания, мало исследованы аспекты, касающиеся методов и средств такого обучения.
Изменения в компьютерной технике, широкое распространение многопроцессорной техники, делают актуальной работу, связанную с изучением элементов суперкомпьютерных технологий в начальной школе, и определяют тему нашего исследования.
Объект исследования - процесс обучения информатике в начальной школе.
Предмет исследования - начальное знакомство младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий.
Цель исследования - развитие компьютерной и алгоритмической линий начального курса информатики за счет формирования у младших школьников представлений о суперкомпьютеных технологиях и параллельной обработке данных.
Согласно с объектом, предметом и целью, поставлены следующие задачи исследования:
1) проанализировать традиционные подходы к представлению в учебниках информатики для начальной школы тем «Компьютер» и «Алгоритмы»;
2) выявить сущность основных понятий, связанных с суперкомпьютерными технологиями;
3) изучить имеющийся опыт знакомства младших школьников с элементами суперкомпьютерных технологий, в том числе опыт учителей- новаторов по знакомству школьников с параллельными алгоритмами и многопроцессорными вычислительными устройствами;
4) разработать сценарии уроков информатики для учеников начальных классов, направленных на их знакомство с элементами суперкомпьютерных технологий;
) проверка успешности обучения младших школьников элементам суперкомпьютерных технологий.
Для решения задач исследования были использованы следующие методы:
· анализ психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования, обобщение и классификация полученной информации, формулирование собственных выводов;
· проведение уроков по разработанным сценариям, наблюдение за
работой учеников.
Обязательное изучение информатики в отечественной школе началось в 1985 г., когда в учебные планы старшей школы был введен предмет «Основы информатики и вычислительной техники». Уже тогда многие ученые и педагоги-практики указывали, что информатика как учебный предмет в старших классах «опаздывает» с формированием навыков использования компьютера, что изучение информатики должно начинаться в начальной школе. На протяжении тридцати лет перед начальным курсом информатики ставились разные целевые ориентиры; формировалась методическая система раннего обучения информатике, включающая в себя такие компоненты как цели предмета, содержание предмета, методы обучения предмету, средства предмета, организованные формы обучения. Но и в настоящее время перед учителем информатики встают актуальные вопросы.
Важнейшей целью-ориентиром изучения информатики в школе является воспитание и развитие качеств личности, отвечающих требованиям информационного общества, в частности приобретение учащимися информационной и коммуникационной компетентности (далее ИКТ- компетентности) [11], сочетающей в себе компоненты всех трех групп современных образовательных результатов.
Современного ребёнка необходимо научиться воспринимать, анализировать информацию, работать, учится ставить адекватные цели, а также развивать умение контролировать свои действия и искать причину проблем. При обучении информатике в начальной школе у обучающихся происходит формирование первоначальных представлений о свойствах информации, способах работы с ней, в частности, с использованием компьютера, формируется его компьютерная грамотность - первый шаг к формированию информационной культуры.
Следующая важная цель обучения информатике в начальной школе связана с целенаправленной работой по формированию алгоритмического стиля мышления, которую целесообразно начинать в младших классах, так как у старшеклассников стиль мышления уже фактически сложился, новые формы мышления воспринимаются ими с трудом. В младшем школьном возрасте развиваются такие важные качества как рефлексия и внутренний план действий, которые являются основой для формирования алгоритмического стиля мышления, поэтому важно обучать алгоритмическому мышлению еще в младших классах, если упустить это время, то в старшем возрасте развить эти качества будет намного труднее [20]. При этом возникает проблема, связанная с необходимостью установить правильное соотношение теоретических аспектов информатики (линия алгоритмизации) и компьютерных технологий (линия компьютера).
Обратимся к действующим в настоящее время ФГОС начального общего образования. ФГОС начального общего образования предусматривает формирование ИКТ-компетентности как одного из основных метапредметных результатов, достигаемых выпускниками начальной школы. Согласно примерной основной образовательной программе начального общего образования в результате изучения всех без исключения предметов на уровне начального общего образования начинается формирование навыков, необходимых для жизни и работы в современном высокотехнологичном обществе; выпускники начальной школы научатся: активно использовать средства ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач; вводить текст с помощью клавиатуры; фиксировать (записывать) в цифровой форме и анализировать изображения, звуки и измеряемые величины; готовить свое выступление и выступать с аудио-, видео- и графическим сопровождением; использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами и технологиями учебного предмета.
В результате интеграции фундаментальных аспектов информатики в начальное математическое образование обучающиеся на уровне начального общего образования должны овладеть основами логического и алгоритмического мышления. Перечислим соответствующие планируемые результаты. Выпускник начальной школы получает возможность научиться составлять, записывать и выполнять инструкцию (простой алгоритм), план поиска информации; распознавать одну и ту же информацию, представленную в разной форме (таблицы и диаграммы); планировать несложные исследования, собирать и представлять полученную информацию с помощью таблиц и диаграмм; интерпретировать информацию, полученную при проведении несложных исследований (объяснять, сравнивать и обобщать данные, делать выводы и прогнозы).
Таким образом, ФГОС НОО ориентирован на формирование алгоритмического мышления и ИКТ-компетентности обучающихся, что может достигаться при овладении специально предусмотренным учебным планом школы курсом информатики (содержательные линии «Компьютер» и «Алгоритмизация»). Отметим, что в настоящее время информатика не является обязательным предметом учебного плана начальной школы, но, как правило, присутствует в его части, самостоятельно формируемой участниками образовательных отношений (учениками, родителями и педагогами). На этот случай в Федеральный перечень учебников (раздел «Учебники, рекомендуемые при реализации части основной образовательной программы, формируемой участниками образовательных отношений») включен ряд учебно-методических комплектов (УМК) по информатике для начальной школы.
Современные школы, как правило, хорошо оснащены различной техникой и компьютерами в том числе. В таких школах дети активно проводят время за компьютером. У этого явления существуют как положительные, так и отрицательные стороны.
Положительные результаты обучения учителя и родители видят сразу, но негативные последствия могут проявиться спустя годы. Как считают отечественные и зарубежные исследователи, частое использованием ребенком компьютера может привести к нарушению восприятия окружающей действительности а также изменение процесса мышления ребенка [20]. При работе с компьютером, у детей часто происходит разрыв между реальностью и фантазией, дети по-своему развитию не могут извлечь пользу из опыта работы с абстрактной информацией, кроме этого, необходимые для работы с компьютером навыки не соответствует способностям ребенка.
Также считается, что работа ребенка за компьютером может служить препятствием для получения необходимого опыта работа с реальными объектами и событиями окружающего мира. Кроме этого часы работы за компьютером ограничивают физическую активность и физическое развитие детей, поэтому строя процесс обучения информатике в младшей школе педагогу нужно учитывать эти моменты.
В связи с высокой долей использования компьютеров в учебном процессе, вопрос о разработке методик обучения информатике в младших классах, компенсирующих негативные последствия работы с компьютером, становится особенно актуальным.
Сущность учебного предмета необходимо раскрывать на основе системно-деятельностного подхода. Системно-деятельностный подход подразумевает построение учебного процесса, как целенаправленно организованной системы. При такой учебной деятельности учащиеся начальной школы, совершая определенные действия, осваивают универсальный предметный способ действий, ключевые утверждения, свойства объектов и отношений между ними [18].
Учитель информатики может использовать следующие формы обучения, которые позволяют эффективно построить учебный процесс, с учетом специфических особенностей младшего школьника: диалоги, работа в группах, игровые методики, информационные минутки и т.д.
Так, в педагогической литературе отмечается, что
использование групповой работы, или работа в малых группах на уроке имеет
большое значение для повышения интереса к предмету. Если детей с нейтральным
отношением к предмету информатика объединить с детьми, которые любят этот
предмет, то результаты совместной работы будут очень высокими.
Рассмотрим существующие подходы к изучению темы «Компьютер» на основе УМК М.А. Плаксина, УМК Н.В. Матвеевой и УМК А.В. Горячева.
Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина включает в себя [24]:
· Правила техники безопасности в компьютерном классе.
· Устройство компьютера. Назначение его основных блоков.
· Основные составляющие интерфейса «человек - компьютер» (курсор, меню, пиктограмма, назначение основных клавиш и кнопок мыши и т.д.).
· Хранение информации на компьютере: понятия файл, каталог, дерево каталогов
· Управление компьютером с помощью стандартных элементов интерфейса (меню, пиктограммы).
· Управление компьютером как с помощью клавиатуры (клавиши Enter, Esc, стрелки), так и с помощью мыши (одинарный и двойной щелчки).
· Обращение к стандартной справочной службе программного продукта.
· Ориентирование в системе хранения информации на компьютере (в дереве каталогов). Умение передвигаться по дереву каталогов.
· Сохранение информации в файле. Загрузка информации из файла.
Понятие «компьютер» вводится в третьем классе после знакомства с понятием «информация», после чего рассматриваются следующие темы: «Какие инструменты помогают работать с информацией», «Компьютер - помощник человека». С § 5 начинается тема «Знакомство с компьютером». Даная тема раскрывается на 3-5 уроках, а на 6 уроке проводится проверочная работа в виде тестирования [24].
Содержание § 6 «Как человек общается с компьютером» раскрывает учащимся понятия рабочего стола компьютера; на следующем занятии (§ 7) раскрывается материал об использовании мыши при работе с компьютером. На уроке 5 происходит объяснение материала управление компьютером с помощью меню (§ 8. Как управлять компьютером с помощью клавиатуры). Затем проводится тестирование. На уроке 7 знания по темам «Информация» и «Компьютер» систематизируются и повторяются.
Тема «Компьютер» по УМК М.А. Плаксина в четвертом классе продолжается в разделе «Обработка и хранение информации на компьютере» и распределяется по пяти урокам, начинаясь с § 5. Кроме этого, изучая параграфы 5.4 и 5.5, дети проводят работу по оформлению текста, приобретают знания о программе-редакторе и тому, что эта программа умеет делать [24]. В четвертом классе изучение темы компьютер расширено понятиями поиска и замены в тексте, работой с графической информацией в среде текстового редактора, исследованием возможностей этой среды.
Для успешного освоения курса информатики по УМК М.А. Плаксина для 3-4 классов предлагается использовать на уроках следующие виды деятельности: эвристическую беседу; выполнение заданий интеллектуального практикума; наблюдение за объектом изучения, проведение экспериментальных исследований; просмотр и обсуждение учебных презентаций и мультфильмов; выполнение на компьютере заданий компьютерного практикума; работу со словарями, энциклопедиями, справочниками и т. д.; изготовление орфографического словаря; заполнение толкового словаря по информатике; контрольный опрос, контрольную письменную работу; тестирование (промежуточное и итоговое), в том числе, на компьютере; работу по инструкции; чтение и обсуждение текста; разбор домашнего задания; физкультурные минутки; компьютерные эстафеты. Предполагается использовать как групповую, так и индивидуальную формы обучения. Вариативность преподавания курса обеспечивается большим количеством практических заданий в практикумах.