Предпрофессиональные предметные компетенции ориентированы на обеспечение основ профессиональной подготовки в сфере информационных технологий и большинства инженерных специальностей. Конкретизированные в разной степени подробности предпрофессиональные предметные компетенции могут обеспечить модульность школьной информатики профильного уровня. Когда определенная тема из таблицы содержания научных направлений и сквозных цифровых технологий разрабатывается в той степени подробности, которая задана предпрофессиональными предметными компетенциями. Таким образом, получаем тематический модуль с современным контентом, который может быть использован для углубленного или профильного изучения, обеспечивая при этом связь с глобальными компетенциями.
Глобальные или прогностические предметные компетенции «подразумевают наличие у человека знаний, установок, умений и навыков, позволяющих рассматривать проблемы с различных позиций - локальных, глобальных, межкультурных; понимать и уважать картину мира, точку зрения других людей; участвовать в открытом и эффективном взаимодействии с представителями различных культур; прилагать усилия для обеспечения коллективного благополучия и устойчивого развития» [10] (табл. 5).
Полученная иерархия компетенций для углубленного уровня обучения информатике может обеспечить реализацию углубленного уровня в разных профилях обуче- ния и в предпрофессиональных (инженерных, академических и ИТ) классах.
Представленная иерархия компетенций по своему статусу может относиться к группе требований к результатам освоения основной образовательной программы ФГОС СОО. Предполагается конкретизация этих компетенций на уровне примерной основной образовательной программы и основных образовательных программ конкретных образовательных организаций. Именно конкретизированные компетенции входят в состав методической системы обучения информатике в качестве планируемых результатов освоения ООП соответствующей ступени образования, то есть являются целями изучения предмета.
В результате проведенного исследования можно констатировать наличие взаимосвязанных подходов к обновлению структуры и содержания углубленного курса информатики, опирающегося на потребности профессиональной ИТ-от- расли, обновленную иерархию компетенций, актуальную для профессионального сообщества и формируемую только в цифровой среде, развитие которой обеспечивается фундаментальной наукой информатикой.
Содержание сквозных цифровых технологий в углубленном курсе
информатики
Таблица 1
|
№ п/п |
Основные сквозные цифровые технологии |
Возможное отражение в курсе информатики углубленного уровня |
|
|
1 |
Большие данные |
Вопросы кодирования и обработки структурированных и неструктурированных данных; структуры данных и алгоритмы их обработки; основные методы анализа и обработки больших данных, связь с направлениями искусственного интеллекта |
|
|
2 |
Нейротехнологии и искусственный интеллект |
Задачи искусственного интеллекта, интеллектуальные системы; онтологии и их классификации; некоторые виды экспертных систем; самообучающиеся технические системы. Наиболее распространенные интеллектуальные алгоритмы и их реализация (Apriori, Cart) |
|
|
3 |
Системы распределенного реестра |
Базы данных в составе информационных систем различного назначения; жизненный цикл и модели разработки; архитектура и некоторые виды информационных систем; защита данных в сетях, сертификаты и доверие, электронная подпись |
|
|
4 |
Новые производственные технологии |
Могут рассматриваться как компоненты техносферы в интеграции. Цифровое проектирование и моделирование CAD-системы и 3Б-моделирование Сквозные PLM-системы Аддитивные и гибридные технологии 3Б-печать |
|
|
5 |
Промышленный интернет |
Концепция интернета вещей промышленного назначения, возможности в условиях цифровой экономики (взаимодействие сетевых комплексов без участия человека, интеллектуальные алгоритмы управления) |
|
|
6 |
Компоненты робототехники и сенсорика |
Интегрируется новыми производственными технологиями (автоматизированные производственные комплексы), использующими облачные технологии и интеллектуальные алгоритмы |
|
|
7 |
Технологии беспроводной связи |
Сети и сетевые технологии. Интегрируется со всеми направлениями информационных технологий |
|
|
8 |
Технологии виртуальной и дополненной реальностей |
Фотореалистичные изображения, визуализация. Реализации и сферы применения технологий. Моделирование процессов и сложных явлений, аналог-имита- ционное моделирование |
Отражение содержания науки информатики в предметном
содержании информатики углубленного уровня
Таблица 2
|
№ п/п |
Основные направления науки |
Возможное отражение в курсе информатики углубленного уровня |
|
|
1 |
Вопросы теории вычислений (параллельные вычисления, распределенные вычисления) |
Модели вычислений, ресурсы, классы сложности, алгоритмически неразрешимые проблемы, вычислимые функции, управление вычислительными заданиями, суперкомпьютеры, распределенные операционные системы |
|
|
2 |
Алгоритмы и структуры данных |
Элементы теории алгоритмов, структуры данных: массив, список, стеки, деревья и пр. |
|
|
3 |
Языки программирования |
Жизненный цикл ПО, системы реального времени, языки программирования: спецификация, классификация, парадигмы |
|
|
4 |
Архитектура компьютерных систем |
Логические элементы и схемы компьютера. Современные микросхемы цифровых устройств и технология их производства. Развитие архитектурных решений компьютера, перспективные направления |
|
|
5 |
Программное обеспечение (как программная инженерия) |
Программное обеспечение (системное и прикладное). Специализация современных компьютеров, мобильных приложений и задачи управления комплексом программных и аппаратных средств |
|
|
6 |
Вопросы искусственного интеллекта |
Понятие «интеллект» и возможность его моделирования. Область изучения и направления искусственного интеллекта. Продукционная модель, логическая модель, семантические сети, фреймовая модель. Нейронные сети, генетические алгоритмы. Деревья анализа вариантов. Знания и их представление (онтологии, виды онтологий), Экспертные системы. Самообучающиеся технические системы |
|
|
7 |
Компьютерные сети и телекоммуникации |
Шифрование, защита данных в сетях, модели сетевого обмена, электронная цифровая подпись |
|
|
8 |
Системы управления базами данных |
Информационные системы в окружении человека. Жизненный цикл информационных систем. Компоненты и структура информационных систем. Базы данных как основной компонент ИС. Обработка данных. Запросы. Организация хранения и доступа. Архитектура крупных систем Информационное обеспечение. Некоторые классы информационных систем |
|
|
9 |
Взаимодействия между человеком и компьютером |
Понятие «управление» как универсальное для любой системы. Замкнутые и разомкнутые системы управления. Кибернетика. Искусственный интеллект |
|
|
10 |
Компьютерная графика |
Хранение изображений, визуализация, цветовые модели, некоторые алгоритмы и методы машинной графики, фотореалистичные изображения, моделирование физического мира. Представление видеоданных. Сжатие видеоданных. Мультимедиа |
Совмещенная таблица содержания научных направлений
и сквозных цифровых технологий
Таблица 3
|
Основные направления науки информатики |
Основные сквозные цифровые технологии |
|
|
Теория вычислений, параллельные вычисления, распределенные вычисления |
Большие данные |
|
|
Алгоритмы и структуры данных |
||
|
Языки программирования |
||
|
Архитектура компьютерных систем. Программное обеспечение. Системы управления базами данных |
Системы распределенного реестра. Новые производственные технологии. Компоненты робототехники и сенсорика |
|
|
Искусственный интеллект |
Нейротехнологии и искусственный интеллект |
|
|
Компьютерные сети и телекоммуникации. Взаимодействия между человеком и компьютером. |
Промышленный интернет. Технологии беспроводной связи |
|
|
Компьютерная графика |
Технологии виртуальной и дополненной реальности |
Таблица 4
Понятийный ряд предмета «Информатика» углубленного уровня
|
Поня тия |
Разбивка элементов понятийного ряда, включая возможное развитие по спирали, в учебнике по классам обучения |
||
|
10-й класс |
11-й класс |
||
|
Информация |
Классификации видов информации |
Знания и их представление (онтологии) |
|
|
Информационные процессы |
Обработка данных |
||
|
Измерение информации |
Роль информации в современном обществе |
||
|
Кодирование информации. Код Хаффмана и Хемминга. Теорема Котельникова |
Шифрование |
||
|
Данные и структуры данных |
Защита данных в сетях |
||
|
Представление и обработка чисел |
Хранение изображений. Визуализация |
||
|
Представление и хранение текста. Анализ и синтез текста |
Представление звука. Синтез звука. Сжатие звука. Представление видеоданных. Сжатие видеоданных. Мультимедиа |
||
|
Информационная модель |
Алгоритм как модель процесса. Алгоритмы и программы. Типовые алгоритмы поиска и сортировки. Сложность алгоритма. Классы сложности. Алгоритмически неразрешимые проблемы. Вычислимые функции. Программирование. Структуры данных |
Интеллект и его моделирование. Продукционная модель, логическая модель, семантические сети, фреймовая модель. Нейронные сети и генетические алгоритмы. Деревья анализа вариантов |
|
|
Моделирование (формализация как необходимый этап). Жесткие и мягкие математические модели |
Модели сетевого обмена |
||
|
Объект |
Электронная цифровая подпись |
||
|
Подготовка печатных изданий (модель будущей книги) |
Цветовые модели |
||
|
Регулярные выражения, как аналитический инструмент обработки больших объемов текста |
Некоторые алгоритмы и методы машинной графики |
||
|
Численные методы (интерполяция, численное интегрирование) |
Фотореалистичные изображения. Моделирование физического мира |
||
|
Информационная система |
Системы и системный подход. Моделирование различных систем. Имитационное моделирование. Динамические системы. Структурно-устойчивые и структурно-неустойчивые системы. Теория катастроф. Управление и управляемые системы |
Информационные системы. Жизненный цикл информационных систем. Компоненты и структура информационных систем. Обработка данных. Запросы. Организация хранения и доступа. Архитектура крупных систем Информационное обеспечение. Некоторые классы информационных систем |
|
|
Статистические закономерности. Шкалы. Корреляционные зависимости |
Экспертные системы. Самообучающиеся технические системы |
||
|
Информационное управление |
Компьютер как устройство обработки информации. Логические элементы и схемы. Типовые логические устройства компьютера. Микросхемы и технология их производства. Архитектура компьютера. Программное обеспечение (системное и прикладное). Специализация компьютеров и задачи управления комплексом программных и аппаратных средств |
Роль информации в современном обществе. Информационные ресурсы. Глобализация экономики. Законодательное регулирование в информационной области Персональная информационная безопасность с законодательной точки зрения. Электронный документооборот и информационный бизнес |
|
|
Управление и управляемые системы. Замкнутые и разомкнутые системы. Кибернетика. Искусственный интеллект |
Информационные системы. Жизненный цикл информационных систем. Компоненты и структура информационных систем. Обработка данных. Запросы. Организация хранения и доступа. Архитектура крупных систем Информационное обеспечение. Некоторые классы информационных систем |
||
|
Информационные технологии |
Технологии обработки числовой информации |
Информационные системы |
|
|
Технологии обработки текстовой информации |
Технологии обработки графической информации. 3D-моделирование |
||
|
Анализ текста на естественном языке |
Звук и видео. Мультимедиа |
||
|
Сети и сетевые технологии |
|||
|
Электронная цифровая подпись и развитие экономики |
Основные, предпрофессиональные и глобальные предметные
компетенции, формируемые в углубленном курсе информатики
Таблица 5
|
Основные предметные компетенции |
Предпрофессиональные предметные компетенции |
Глобальные предметные компетенции |
|
|
Способность воспринимать информацию в разных форматах (текстовом, визуальном, формальном, естественном) с использованием различных информационных носителей |
Способность изменять форматы представления информации на разных носителях в соответствии с заданными требованиями (или характеристиками используемых устройств) |
Способность оценивать достоверность информационных источников с различных позиций (общегосударственных, личностных, корпоративных) |
|
|
Способность рассчитывать характеристики устройств для работы с информацией при решении конкретной задачи |
Способность настраивать параметры устройств и программного обеспечения (интерфейса, установка и замена управляющего программного обеспечения) для работы с информацией |
Способность выбрать и оценить новые технологические решения в области аппаратных и программных средств обработки информации |
|
|
Способность кодировать и декодировать информацию, используя равномерные и неравномерные коды |
Способность применять конкретные алгоритмы кодирования и шифрования для конкретных задач |
Способность оценивать результаты применения конкретных алгоритмов на реалистичность |
|
|
Способность к системному анализу, проявляющуюся в умении идентифицировать компоненты системы и процессы в системе, выделять связи разных уровней и их влияние на поведение системы, т.е. идентифицировать динамические отношения внутри системы [11] |
Способность организовать компоненты систем, процессы и их взаимодействия в рамках взаимосвязей, анализировать причины изменения структуры и поведения систем |
Способность делать обобщения -- решать проблемы, основанные на понимании механизмов поведения и развития систем |
|
|
Владеть основами современных языков программирования и уметь подбирать среду разработки под конкретные задачи |
Способность производить оптимизацию разрабатываемых алгоритмов и тестировать их в выбранной среде разработки |
Способность к анализу программного кода и контроля его разработки в соответствии со спецификацией или ТЗ |
|
|
Способность определять логику построения и способы использования общедоступных ИС различного уровня |
Способность разрабатывать и использовать несложную структуру базы данных, включая запросы на выборку и обновление данных для нескольких таблиц, создание различных форм и отчетов для работы |
Способность оценивать вновь разрабатываемые ИС и средства их создания и функционирования на предмет соответствия целям и задачам области деятельности |
|
|
Способность выбирать основные сетевые сервисы для решения типовых личных и производственных задач |
Способность установить и настроить устройства коммутации, маршрутизации, а также задать основные параметры 1Т-прото- кола и настроить параметры сетевых сервисов, обеспечив информационную безопасность (пароли, сертификаты, доверие, аутентификацию и пр.) |
Способность оценить перспективы развития и воздействия на глобальную телекоммуникационную среду новых технологий, принимаемых правовых норм в информационной сфере, а также последствия применения этих норм |