Дипломная (вкр): Элементы суперкомпьютерных технологий в начальной школе

Дадим оценку представленному выше опыту по включению задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников (табл.1.).

Таблица 1

Включение задач на разработку параллельных алгоритмов в курс информатики для младших школьников

Рассмотрим опыт по знакомству с многопроцессорными вычислительными устройствами, предложенный Ереминым Е.А. [12]/

Преподаватели информатики обычно с энтузиазмом воспринимают представление новых тем, таких как многопроцессорные вычислительные устройства, при помощи игрового метода.

В методической литературе опубликованы различные игровые подходы, способствующие лучшему понимаю этой темы, но в тоже время в существующих игровых методик для изучения многопроцессорных вычислительных устройств недостаточно и они зачастую не эффективны.

Это происходит от того, что у большинства учеников не сформировано представление об аппаратных основах, широко изучаемых в рамках курса информатики. И главная трудность при объяснении темы, заключается в том, что нужно продемонстрировать преимуществом на какой-либо конкретной задаче. Рассказ учителя о расшифровке генома впечатляет учеников, но не убеждает их, вследствие чего, ученики не могут оценить как именно многопроцессорные вычислительные устройства могут работать эффективно. Связи с этим возникает противоречие, задачи по многопроцессорным вычислительным устройствам достаточно сложны. Поэтому педагогу необходимо переосмыслить эти задачи так, чтобы было понятно всем ученикам. Этот момент представляется сложным неподготовленным детям, поэтому хотелось бы обратить внимание на такую задачу такую проблему, проблема подбора подходящей вычислительной задачи при объяснении темы.

Разрабатывая задачи на тему многопроцессорные вычислительные устройства, педагогу необходимо сделать упор на производительность подобных устройств, на количество операций производимых системой за единицу времени, это помогает понять ученику особенности многопроцессорных вычислительных устройств.

Также можно применить задачу для определения пиковой производительности компьютера, при этом может потребоваться определенное оборудование, при этом можно будет определить пиковую производительность в идеальных условиях, при равномерной загрузки всех устройств.

Также при объяснении темы многопроцессорные вычислительные устройства можно использовать набор тестов, которые могут быть реализованы в виде программы.

Объясняя тему, необходимо показать ученикам одно из отличительных способности и многопроцессорные вычислительные устройства - это сеть обмена, при помощи которой процессоры соединяется с друг другом. Этот момент очень важен для понимания многопроцессорных устройств, моделируя систему, ученики могут выявить характеристики производительности, что будет соответствовать понимаемой им темы.

Проведем оценку передового педагогического опыта на основе критериев (табл.2):

Таблица 2

Знакомство с многопроцессорными вычислительными устройствами

Игровые методики при знакомстве младших школьников с суперкомпьютерными технологиями использует педагог И.В. Гаврилова [7], считающая. что разъяснить новое, непривычное понятие можно с помощью игры - имитации параллельной обработки информации. Информация может быть любой (текстовой, графической и т. д.). Основная задача - выполнять совместную работу (которую нужно поделить между собой). В игре принимают участие 3 команды (К1, К2 и К3). Для каждой команды необходимо подготовить по 2 коробки и по 16 мячей. В начале игры у каждой команды одна коробка пустая, в другой коробке лежат мячи. Перед игроками ставится задача: перенести все мячи (или другие предметы) как можно быстрее, не нарушая указаний (для каждой команды своих) в другую коробку. Расстояние между коробкой с мячами и пустой коробкой для всех команд должно быть одинаковым.

В процессе игры понадобятся судьи. Судьи должны следить за игрой, а также за временем выполнения задания. Время необходимо фиксировать для каждой команды отдельно.

Команды действуют согласно предложенным правилам:

К1: по принципу обычного персонального компьютера (последовательного): в команде 1 человек и он все делает сам (по одному мячу носит из одной коробки в другую).

К2: по принципу конвейера: (4 игрока в команде) первый игрок достает мяч из коробки, передает второму игроку, второй передает третьему, третий - четвертому, четвертый кладет мяч в коробку. Как только первый игрок отдает второму мяч, он берет еще один мяч из коробки (и так до тех пор, пока мячи в коробке не закончатся), после чего сразу отдает его второму игроку (если у второго игрока мяча нет). И так до тех пор, пока все мячи не окажутся в коробке, которая в начале игры была пустой.

К3: параллельно: (4 игрока в команде) все четверо берут по одному мячу из коробки и несут в пустую коробку, складывают, после чего возвращаются за другими мячами. Так происходит до тех пор, пока все предметы не окажутся в коробке, которая в начале игры была пустой.

Количество мячей в коробке можно изменять при необходимости, но для всех команд число мячей должно быть одинаковым. Количество игроков в командах К2 и К3 также можно изменить.

Чтобы было не так обидно игроку, который один в команде, можно сделать еще одну-две команды, в каждой из которых будет всего один игрок. При подведении итогов следует обратить внимание на следующее: «Кто оказался быстрее?», «Во сколько раз?», «Почему так получилось?», «Что было бы, если число игроков во 2 и 3 командах было бы не 4, а 8?», «Не 4 игрока, а 50?», «Не помешают ли игроки друг другу, особенно если дорога узкая?»

Аналогично устроена и следующая игра - по математике и информатике. Для трех команд предложено по 4 задачи (для всех команд одинаковые). Снова в команде К1 только один человек, который самостоятельно будет решать все 4 задачи. В команде К2 и К3 по 4 человека. Решение задачи разбивается на 4 этапа:

1.     Игрок определяет и записывает: что «дано» и что необходимо «найти».

2.       Игрок определяет, какие величины необходимо найти для решения задачи, записывает формулы для нахождения этих величин, при необходимости выражая их из формулы.

3.       Игрок подставляет в формулу значения известных величин, переходит к необходимым единицам измерения, если это требуется в задаче, записывает выражение.

4.       Игрок вычисляет результат.

Вместо задач можно предложить ребятам решать примеры, 8-12 (для случая 4 игроков в двух командах). Много примеров неинтересно для игроков «последовательных» команд, да и придется дожидаться, пока игрок решит их все - «простаивают» другие игроки. Можно подобрать один пример, в котором можно выполнять большинство действий одновременно и, соответственно, поделить вычисления между игроками, предварительно определив этапы решения (для разделения работы). Для «конвейерной команды» этот пример будет выполняться по действиям.

В игре по английскому языку можно рассмотреть перевод текста или слов, используя словарь. В случае текста - можно разбивать работу по предложениям или абзацам. В случае слов - по отдельным словам. И снова надо указать, как должна работать «конвейерная» команда.

Пример действия игрока конвейерной команды К2:

1.     Переводит все знакомые ему слова (без словаря). Значения слов записывает над словами на карточке, передает карточку игроку №2.

2.       Ищет в словаре значения слов, которые еще не переведены (предварительно можно договориться о используемых словарях, в т.ч. онлайн), переводит их. Если слово знакомо игроку, то можно словарем не пользоваться. Передает карточку игроку №3.

3.       Выбирает подходящие по смыслу значения слов, из тех, которые предложили игроки №1 и №2, ненужное вычеркивает.

4.       Составляет согласованные предложения.

Оценка передового педагогического опыта по использованию игровых методик на этапе знакомства школьников с параллельными алгоритмами представлена в таблице 3:

Таблица 3«Параллельные» игры

В заключение отметим, что начало знакомства младших школьников с суперкомпьютерными технологиями было положено еще в конце прошлого века. Так, в книге «Алгоритмика» [29] был описан исполнитель Директор строительства (ДС), руководящий работой строительных бригад, возводящих здание из блоков. Всякий блок независимо от формы и размера может быть установлен одной бригадой за один день. Две бригады не могут устанавливать один и тот же блок. Установка блока может начаться только после того, как установлены все блоки, на которые он опирается. Строительная бригада устанавливает блок по команде ДС установи (n), где n-номер блока.

Необходимо построить здание следующей конструкции:

Требуется разработать алгоритм строительства этого здания за 6 дней тремя бригадами.

Задачи подобного типа разнообразны: здание предлагается строить одной бригадой; к строительству предлагается привлечь столько бригад, чтобы закончить работу в минимальные сроки; за определённое количество дней здание предлагается построить с помощью определенного количества бригад; предлагается доказать, что решение некоторой задачи единственное.

В виртуальной лаборатории «Алгоритмика» (в составе CD «Математика. 5-11 классы. Практикум») была реализована программная поддержка исполнителя Директор Строительства.

«Алгоритмика» - одно из наиболее значительных достижений отечественной школы в области параллельного программирования для младших школьников.

Выводы по главе 1

Компьютеры и информационные технологии проникают в нашу жизнь, предлагая все новые и новые возможности для общения, работы, учебы. 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). 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. 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»).