Российский государственный социальный университет Рубежный контроль к разделу 5 по дисциплине «Научные и методические основы школьного курса информатики» Реферат Межпредметные связи курса информатики (тема реферата) ФИО студента Галиуллин Тимур Гайратович Направление подготовки 44.04.01 Педагогическое образование Группа ПОИ–М–З–2020–1_ДИСТАНТ Москва 2022 Оглавление Введение .................................................................................................................... 3 1. Интегративность курса информатики ................................................................ 5 2. Особенности обучения программированию в школьном курсе информатики при реализации межпредметных связей ................................................................ 8 Заключение ............................................................................................................. 13 Библиографический список .................................................................................. 15 2 Введение Неотложность изучения интегративных процессов диктуется тем, что в развитии науки в последнее время выявился ряд трудностей, преодолеть которые можно лишь, уяснив пути и средства синтеза научных знаний. Нынешний этап развития науки показывает, что барьеры, ограждавшие одни науки от других, исчезают, между родственными и даже не совсем родственными отраслями знания устанавливается тесное взаимодействие. Тот или иной объект природы изучается теперь не одной, а целым комплексом взаимосвязанных и взаимодействующих наук. Задачами реализации межпредметных связей при конструировании содержания учебного предмета являются: выявление общих элементов содержания различных учебных предметов для определения «возможных» (сопутствующих) межпредметных связей; выявление элементов содержания, требующих предварительного изучения в другом предмете, для определения «необходимых» (предшествующих и перспективных) межпредметных связей. Имея в качестве основного объекта изучения информацию, предмет информатика использует элементы знаний из других предметов для демонстрации собственных законов, теорий и т.п. Элементы содержания других учебных предметов, характеризующие какую-либо действительность с других позиций, могут стать основой для параллельного рассмотрения действительности, для создания интегрированных курсов [10]. Так, например, одно из основных понятий теории информации «количество информации» связано с физическим понятием энтропии. В разделе «Информационные системы» в кибернетическом аспекте с информационных позиций рассматриваются физические системы (паровая машина, двигатели, регуляторы и пр.), биологические системы (клетка, организм и пр.). Такие и аналогичные им взаимосвязи можно и нужно реализовывать. Это позволит существенно повысить уровень понимания, глубину изучения элементов содержания как информатики, так и физики, биологии. Межпредметные связи в курсе информатики могут быть реализованы с математикой, физикой, лингвистикой (русским языком, английским языком), 3 логикой, философией, историей, биологией, анатомией. При изучении вопросов, связанных с информацией, информационными процессами следует приводить разнообразные примеры из различных предметных областей (например, использование словарей, устройства передачи информации и пр.). Основой при объяснении устройства ЭВМ являются сведения из курса физики. Понятие величины вводится на основе и в сравнении с величинами в физике и математике. Знания о системах счисления должны формироваться в курсе математики. Основу межпредметных связей по теме «Основы алгоритмизации и программирования» составляют типы задач, для которых строится алгоритм или создаётся программа. Алгоритмы вычисления функций позволяют расширить представление о понятии математической функции. В теме «Программирование» могут развиваться некоторые представления о численных методах, формируемых в курсе математики. А если взять во внимание, что большинство современных языков программирования позволяют писать программы, используя команды только на английском языке, то также прослеживается межпредметная связь. Содержание раздела «Формализация и моделирование» вполне реально востребовать на уроках физики, химии, биологии. Разделы, посвящённые роли ЭВМ в современном обществе, смыкаются с вопросами, изучаемыми в курсах истории, обществоведения. Связи можно реализовать и с такими предметами как русский язык, география и пр. При изучении основ объектно-ориентированного программирования в профильных класса также можно и нужно использовать интегрированные уроки, например, написание программы в среде Delphi для распознавания химических волокон (химия), компьютерная модель движения тела (физика), исследование моделей развития популяций (биология), построение и исследование оптимизационных моделей (экономика) и пр. В этой работе рассмотрены следующие вопросы: интегративность курса информатики; особенности обучения программированию в школьном курсе информатики при реализации межпредметных связей. 4 1. Интегративность курса информатики Интегративность курса информатики определяется: фундаментальностью самой науки информатики и интегративным характером основных объектов её изучения; тем, что умение работать с информацией относится к общеучебным умениям; ролью информатики в информатизации учебного процесса. Естественная реализация межпредметных связей информатики с другими дисциплинами обеспечивается тем, что учебные задачи и ситуации в курсе информатики строятся на базе содержательных постановок задач и учебных информационных моделей, знакомых обучаемым из других учебных курсов [4]. Информатика позволяет учащимся взглянуть на них с «информационной» или «алгоритмической» точки зрения, что естественно приводит к углублению и систематизации знаний учащихся, появлению новых ассоциативных связей. Необходимо отметить, что такое понимание целей обучения информатике не требует коренной перестройки содержания школьного курса информатики. Так, по мнению большинства учёных, большую часть содержания этого курса по-прежнему будет составлять изучение информационных и коммуникационных технологий, алгоритмов и другого достаточно традиционного материала. Тем не менее, пора поставить вопрос о локальном и поэтапном обновлении практико-ориентированной компоненты курса информатики в контексте интеграции учебных дисциплин [5]. Учащимся необходимо показать мировоззренческую и методологическую значимость курса информатики, актуальность овладения средствами информационных технологий как инструментом учебной (а затем, профессиональной) деятельности. В этом плане крайне важна методическая подготовка педагогов, их готовность к реализации такого интегративного курса, умения: проводить микро- и макроанализ учебной темы в контексте реали- зации внутри- и межпредметных связей курса информатики, её прикладной значимости; 5 формировать систему средств обучения, обеспечивающую осознан- ное восприятие учащимися методологической значимости курса информатики и универсальности средств информационных технологий; вести отбор педагогически эффективных методов и приёмов для ре- ализации интегративного характера курса; формировать у учащихся в процессе обучения информатике компе- тенции в сфере информационно-аналитической и коммуникативной деятельности, технологические компетенции, компетенции в сфере социальной деятельности и т.п. При этом интегративный характер курса реализуется в рамках требований обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования [9]. Говоря о формах проведения занятий по информатике, следует отметить, что всё большее распространение получает метод проектов и кооперированная деятельность учащихся и связанные с этими подходами методы обучения: исследовательский, поисковый, метод мозговой атаки, сбор и обработка данных, анализ справочных и литературных источников, эксперимент и опытная работа, анализ и обобщение. В контексте рассматриваемого вопроса, следует отметить, что использование метода проектов позволяет выбрать любую тему из любой области знаний и предполагает организацию деятельности учащихся по решению значимой в исследовательском, творческом плане проблеме, требующей, как правило, интегрированного знания, исследовательского поиска для её решения. И в этом плане оспорить методологическую значимость информационных технологий достаточно сложно. Многообразие межпредметных связей курса информатики подчёркивает его значение в формировании у учащихся современной картины мира [1]. Мировоззренческая функция предмета «Информатика» – одна из главных. Отсюда следует и важность реализации межпредметных связей при формировании содержания курса. Из информационных технологий наиболее часто в школе на различных предметах применяются мультимедийные технологии и компьютерные телекоммуникации (Интернет). 6 Говоря об интегрированных уроках, их можно разделить на две группы: интегрированные (бинарные) уроки информатики с другими предметами и интегрированные относительно различных технологий, применяемых на одном уроке. Средства реализации межпредметных связей в процессе обучения могут быть разнообразны: вопросы, задания, задачи, наглядные пособия, тексты, проблемные ситуации, познавательные задачи, учебные проблемы межпредметного содержания и пр. Информатика – курс с ярко выраженным межпредметным характером. Данный курс позволяет систематизировать знания учащихся, формировать навыки применения средств других дисциплин в изучении информатики, повышать эффективность обучения [2]. В тех случаях, когда речь идёт о вычислительных процессах, о моделировании и описании алгоритмов и их машинной реакции, курс информатики очень тесно связан с курсом математики. Изучение элементов базы ПК, специфики работы различных периферийных устройств, их характеристик и параметров, непосредственно связан с курсом физики. При изучении алгоритмических языков и особенно языков диалогового общения с ПК проявляются лингвистические аспекты обучения основам информатики: шифровка текста, синтаксический анализ и преобразование текстовой информации, простейшие случаи перевода и пр. В зарубежной школе элементы программирования нередко входят в курсы биологии, химии, психологии, социологии, политики, бизнеса и пр. В перспективе курс «Информатика», несомненно, окажет существенное влияние на весь процесс обучения, а его идеи и технический инструментарий в той или иной мере скажутся на изучении всех общеобразовательных дисциплин, предусмотренных учебным планом. Вместе с тем при изучении данного курса должен быть в полной мере использован материал других учебных предметов. 7 2. Особенности обучения программированию в школьном курсе информатики при реализации межпредметных связей Раздел алгоритмизации и программирования является важной частью школьного курса информатики [7]. Бурное развитие информационных технологий в современном мире, цифровая трансформация требуют, чтобы практически каждый школьник владел навыками программирования. Растёт количество выпускников школы, которые выбирают в качестве итогового испытания ЕГЭ информатику. Стоит заметить, что около половины заданий ЕГЭ по информатике требуют умения программировать. Возникает вопрос в выборе инструмента, то есть языка программирования, с помощью которого возможно сделать программирование доступным для большинства школьников. Одним из наиболее интересных, современных и актуальных инструментов на сегодняшний день можно считать язык Python. Данный язык, являясь современным, развивающимся и перспективным инструментом программирования, получил широкое распространения в зарубежных странах. Причиной для выбора данного языка является простота и понятность синтаксиса, поддержка широко набора данных, что позволяет строить более простые алгоритмы, писать программы длина, которых существенно короче аналогичных программ на других языках программирования. Последний фактор позволяет за одно и тоже время решить большее количество задач по сравнению с другими языками программирования, так как уменьшается время ввода текста программы и в меньшем размере кода допускается меньшее количество синтаксических ошибок. Python позволяет использовать различные парадигмы программирования, включая императивную, объектно-ориентированную, функциональную, что позволяет ознакомить учащихся с особенностями современного программирования. Изучение программирования в рамках внеурочной деятельности с опорой на межпредметные связи с различными предметами школьной программы позволяет повысить интерес как к информатике, так и к учебным предметам, с которыми происходит межпредметное взаимодействие [3]. Изучение программи8 рования способствует развитию мышления, формированию различных приёмов умственной деятельности школьников. Обозначенная роль информатики схожа с ролью математики в школьном образовании, что позволяет использовать большие возможности программирования для решения различных задач с целью развития познавательной активности и формирования общеучебных учений и навыков у учащихся. Основная цель курса «Программирование межпредметных задач на языке Python» состоит в формировании интереса к изучению программирования через реализацию межпредметных связей. Задачей курса является обучение программированию на языке Python, играющего роль инструмента для решения различных задач с использованием современных подходов к программированию и формирование навыков грамотной разработки программ, а также углубление знаний, умений и навыков решения задач по программированию. Курс состоит из двух разделов. В первом разделе изучаются базовые понятия, типы данных и конструкции языка программирования позволяющие реализовать требования нового стандарта ФГОС ООО. Второй раздел посвящён использованию библиотеки Matplotlib для решения различного класса задач из межпредметной области. К наиболее важным темам первого раздела относятся темы, связанные с изучением базовых конструкций языка программирования Python и реализованным в нём типам данных. При этом особое внимание уделено объектноориентированному программированию, как наиболее широко используемой парадигме программирования. Знание особенностей ООП позволяет более творчески подходить к использованию и пониманию библиотек, расширяющих возможности языка Python. Второй раздел, связанный с изучением и использованием библиотеки Matplotlib, является наиболее важной частью курса. Библиотека Matplotlib – это кроссплатформенная библиотека Python для построения двумерных графических рисунков. Она может использовать в различных средах программирования, включая различные среды написания скриптов на Python, интерактивную оболочку IPython, веб-интерактивную вычислительную среду, 9 для создания Jupyter Notebook, веб-приложения и приложения с графическим интерфейсом, реализуемые с использованием различных библиотек. Matplotlib состоит из множества модулей. Модули содержат различные классы и функции, которые иерархически связаны между собой. Процесс создания рисунка схоже с реальной практикой построения графиков без использования компьютера, который широко используется в школе при обучении построению графиков функций. В Matplotlib все эти этапы также существуют, и в качестве традиционных действий (рисование осей, нанесение меток числовых делений осей, подписей около осей, название графиков и т.п.) при построении используются объекты и методы из различных модулей библиотеки. При использовании этой библиотеки практически не требуется знания большинства особенностей языка программирования Python, а требуется только знание базовых объектов и их методов. Всё это происходит благодаря использованию принципов объектноориентированного программирования при разработке библиотеки Matplotlib. Библиотека может использоваться в двух режимах: интерактивный (консольный) и не интерактивный (текст программы записывается в виде файла с расширением .py). Интерактивный режим помогает в создании широкого спектра визуальных образов тех или иных функций, используемых при построении графических рисунков. Он удобен при начальном обучении построению графиков, так как позволяет видеть соответствие между используемой функцией и её отображением на графике. Данный режим требует использования специальных команд, позволяющих использовать библиотеку интерактивно. Библиотека организована иерархически, поэтому знакомство с ней начинается с наиболее простого модуля, реализующего самые высокоуровневые функции pyplot. При программировании задач из первого раздела курса, учащиеся знакомятся с использованием модулей из стандартной библиотеки языка Python. Здесь они знакомятся с возможностью подключения внешней библиотеки и одного из её модулей. Так же им необходимо рассказать, как этот модуль можно загрузить на компьютер и сделать его доступным для использования. Далее в этом разделе учащиеся знакомятся с базовым набором функций, которые поз10 воляют строить графики математических функций. Например, как изобразить заголовок области рисования (функция title), как оформить подпись оси «x» (функция xlabel) или подпись оси «y» (функция ylabel), как выделить на созданном рисунке ту или иную кривую (функция legend), как нанести деления на оси «x» и «y» (функции xticks и yticks соответственно). При этом знакомство с этими и другими функциями библиотеки Matplotlib происходит при построении простейшего графика линейной функции в интерактивном режиме. При построении более сложных функций учащиеся закрепляют знания по этим функциям. Кроме большого многообразия доступных функций, ответственных за построение графиков, в Matplotlib имеется большой набор функций для конфигурирования построенных графиков. Они позволяют разнообразить графическое изображение цветом, типом линий или использованием различных маркеров, толщиной линий, степенью прозрачности элементов, размером и типом шрифта, и другими возможностями. Особое внимание при обучении возможностям построения графических изображений отводится знакомству с функцией plot ответственной за построение зависимостей между значениями «y» и «x». Данная функция использует разнообразный набор параметров, который может меняться в зависимости от решаемой задачи. Использование одного имени функции и различных параметров при её вызове и есть одно из наиболее эффективных достоинств объектно-ориентированного программирования. При знакомстве с функцией plot надо особо уделить этому внимание. Как показывает практика обучения по программе курса, второй раздел вызывает у учащихся особый интерес. Часто они применяют полученные знания для решения задач вне курса программирования. Особенно часто используется возможность сохранения полученных результатов в виде файлов с расширением .pdf или .png, которые можно демонстрировать не только на компьютере, но и на любом смартфоне или планшете. Хотя большая часть программируемых задач по второму разделу курса относится к школьным математическим задачам, подобный подход по использованию библиотеки Matplotlib можно также использовать и при изучении дру11 гих школьных предметов, используя широкий набор графических средств визуализации, предлагаемых данной библиотекой. 12 Заключение Курс информатики как университета, так и школы, формировался под влиянием очень многих, зачастую противоречивых, тенденций, свойственных и самой дисциплине информатики. Возникнув в недрах кибернетики, информатика быстро расширяла свои границы, уточняла свой основной предмет и методы его исследования. На сегодняшний день общепринятая точка зрения состоит в том, что основным предметом информатики являются информационные процессы, протекающие в различных средах (или, по-другому, «в системах различной природы»), а также способы и средства организации этих процессов. К основным средам можно отнести: техническую, биологическую и социальные среды. Информационные процессы в этих средах существенно различаются, причём в иных случаях настолько, что имеет смысл говорить о различных достаточно самостоятельных направлениях в области развития информатики – технической, биологической и социальной информатике. В настоящее время можно констатировать, что школьный курс информатики прочно занял место в системе общеобразовательных предметов. Это, в свою очередь, потребовало выполнения главного системного требования: отражения в общеобразовательном учебном предмете соответствующей области действительности и новых, характерных для информатики видов деятельности. Одновременно с этим, согласно фундаментальному принципу двойного вхождения В.С.Леднева, содержание всякой, в том числе информационной, подготовки строится как на основе отдельного курса, так и элементов, входящих в содержание других учебных дисциплин [6]. В настоящее время информационная подготовка в общеобразовательной школе и, особенно, в непрофильных университетах строится, преимущественно, на основе отдельного курса информатики и информационных технологий. В других учебных дисциплинах элементы информатики практически не рассматриваются. Такое положение, в целом, характерно для некоторых других учебных предметов. Однако для информатики подобная практика создаёт особого рода трудности [8]. 13 Информатика является дисциплиной с исключительно широкими межпредметными связями (это отражено в работах А.А.Кузнецова, С.А.Бешенкова, Т.Б.Захаровой, Н.В.Матвеевой, Е.А. Ракитиной и пр.). Более того, содержание курса информатики раскрывается через эти связи. Однако, как показывает опыт преподавания, реализовать их в рамках отдельного курса информатики практически невозможно. Более эффективным является создание системы информационной подготовки, при которой курс информатики исполняет роль идеологического стержня, объединяющего изучение информационных аспектов других учебных дисциплин. 14 Библиографический список 1. Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Моделирование и формализация. – М.: Ла- боратория Базовых знаний, 2002. – 336 с. 2. Бешенков С.А. Школьное образование: информатика и информационные технологии // Информатика и образование / Российская академия образования, издательство «Образование и Информатика». – М., 2000. – № 7. – С.7–9. 3. Грамаков Д.А., Харитонов П.И. Особенности обучения программированию в школьном курсе информатики при реализации межпредметных связей // Проблемы теории и практики инновационного развития и интеграции современной науки и образования / Московский государственный областной университет. – М., 2019. – С.68–71. 4. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс инфор- матики: от концепции к содержанию // Информатика и образование / Российская академия образования, издательство «Образование и Информатика». – М., 2004. – № 2. – С.2–7. 5. Кузнецов А.А., Бешенков С.А., Ракитина Е.А. Современный курс инфор- матики: от элементов к системе // Информатика и образование / Российская академия образования, издательство «Образование и Информатика». – М., 2004. – № 1. – С.2–9. 6. Мозолин В.В., Шутикова М.И., Самоделова Л.А. Межпредметные связи курса информатики // Вестник Тамбовского университета. Серия: естественные и технические науки / Тамбовский государственный университет имени Г.Р.Державина. – Тамбов, 2005. – Т. 10. – № 3. – С.256–257. 7. Набиулина Л.М. Лабораторные работы по курсу «Информатика и инфор- мационные технологии» с учётом межпредметных связей // Казанский педагогический журнал / Институт педагогики, психологии и социальных проблем. – Казань, 2010. – № 4 (82). – С.136–140. 8. Рычкова Н.В. Практическая направленность межпредметных связей курса «Информатика и информационные технологии в профессиональной деятельно15 сти» в новых образовательных стандартах высшего профессионального образования // Вестник учебного отдела Барнаульского юридического института МВД России / Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Барнаульский юридический институт Министерства внутренних дел Российской Федерации». – Барнаул, 2011. – № 18. – С.58–59. 9. Стариченко Б.Е. Теоретические основы информатики. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 312 с. 10. Чукавина А.В. Реализация межпредметных связей в курсе информатики // Педагогическое образование на Алтае / Алтайский государственный педагогический университет. – Барнаул, 2011. – № 1. – С.346–349. 16
