© Данная статья была опубликована в № 02/2007 журнала "Информатика" издательского дома "Первое сентября". Все права принадлежат автору и издателю и охраняются.      Главная страница "Первого сентября"
     Главная страница журнала "Информатика"
     Содержание № 02/2007
Контексты профильного изучения информатики

Профильное обучение: мнения

А.Л. Семенов,
ректор МИОО, д. ф.-м. н., чл.-корр. РАО

Контексты профильного изучения информатики

Говоря о профильном изучении информатики, мы хотим вписать его в систему контекстов, к которым относятся:

  • Современное представление о содержании информатики и в прикладном, и в фундаментальном аспекте.
  • Профильное обучение как системная подготовка по многим предметам, ориентированная и ориентирующая на выбор жизненного пути.
  • Формирование системы ориентиров и приоритетов информационной цивилизации. Быстро меняющийся мир современных технологий.
  • Общемировые тенденции развития образования, в частности, в области информатики.

Указанные контексты взаимосвязаны и взаимно пересекаются, но нам полезно все их иметь в виду.

Вопрос о том, что такое профильное обучение информатике, в действительности разбивается на ряд подвопросов:

1. Каково то общее содержание (стандарт, программа и т.д.) в области информатики (и информационных технологий), которое должен (и может) получить всякий учащийся, учебный план которого включает изучение информатики на профильном уровне?

2. Каково то особое содержание (стандарт, программа и т.д.) в области информатики (и информационных технологий), которое должен (и может) получить учащийся, учебный план которого включает изучение информатики на профильном уровне, в зависимости от того, в чем состоит весь профиль обучения для этого учащегося, например:

  1. Математический профиль;
  2. Естественно-научный профиль;
  3. Информатический профиль;
  4. Экономический профиль;
  5. И т.д.?

В данной публикации мы пытаемся разобраться в ответе на первый вопрос. Второй упомянут здесь, чтобы подчеркнуть, что он важен, хотя им мы будем заниматься в меньшей степени.

Заметим, что рассмотрение второго вопроса приводит к тому, что существенная часть задач по программированию, математическому моделированию, прикладным инструментам может быть дана в контексте целостного профиля (например, из числа упомянутых выше). Соответствующее содержание может входить как в курсы по другим предметам (например, по экономике), так и в факультативный курс информатики.

В первом вопросе мы пытаемся выстроить инвариантное содержание в первую очередь в фундаментальной информатике и в нашем представлении об информационной компетентности.

Фундаментальное содержание информатики

Основную часть фундаментального содержания информатики составляют разделы математики, относящиеся к дискретным объектам и процессам. Строящиеся там математические модели с точки зрения современной науки описывают все основные понятия, необходимые информационным технологиям, в том числе — необходимые в построении средств ИКТ (устройств и программных систем). Эти модели охватывают такие понятия, как объект в памяти компьютера, алгоритм, программа, вычисление, универсальность компьютера, конструкции структурного программирования, передача информации, логическая формула, истинность, доказуемость, доказательство правильности программы, сложность вычисления, существование неразрешимых и переборных задач, сложность объекта, логическая схема, случайность, управление с обратной связью.

Математические результаты действительно “проливают свет” на происходящее в информатике. Таким является, например, тезис Черча, фиксирующий открытие того, что каждый из компьютеров может в принципе выполнять работу любого другого (даже еще не изобретенного). Представление об универсальном алгоритме, который может интерпретировать работу любой программы (в заданном языке), — еще один пример. Колмогоровская сложность объекта, определяемая как длина его кратчайшего описания, понятие случайной последовательности, общее понятие доказательства, примеры неразрешимых и труднорешаемых проблем и т.д. — это классические примеры именно фундаментальных знаний, объясняющих мир и помогающих решать прикладные задачи. Их инвариантность определяет их необходимость не только в пространстве существующих технологий, но и во временном измерении быстро сменяющихся технологических поколений. Наконец, важным является и то, что математические модели описывают процессы обработки информации не только в сфере современных электронных ИКТ, но и в биологических, социальных системах, в человеческой психике.

Заметим, что в современной математике все перечисленные математические модели используют базовые математические понятия, слабо представленные в современном школьном курсе математики, например, понятие множества (его можно заменить на несколько более удобное в конечной области и более наглядное понятие мешка, но это не меняет дела). Такие базовые математические понятия при их высокой степени инвариантности также необходимо включать в инвариантную часть курса информатики.

Фундаментальное содержание информатики, лежащее вне математики, то есть вне математических моделей, подвергается описанию и классификации с большим трудом.

Все же некоторые темы для рассмотрения и обсуждения мы укажем:

1. “Общая теория всего” или общая теория систем.
В повседневной практике, общенаучной литературе, публицистике встречаются понятия, для которых, с одной стороны, имеется интуитивный смысл, с другой — этого смысла может оказаться недостаточно и бывает полезным наличие более строгой модели. Скажем, к таким понятиям относятся “ускорение”, “тепло” и т.д. Строгие модели для них строятся в физике и, в свою очередь, основываются на математических моделях. Перечислим еще несколько понятий: система, элемент системы, состояние элемента, действие одного элемента на другой, сигнал, управление, обратная связь. Рассмотрением этих понятий в середине прошлого века занимались кибернетика и теория систем, как и в случае физики привлекая в качестве формального аппарата моделирования и предсказания математику. Фундаментальность данных понятий бесспорна. Наиболее подходящим местом для них в современной школе является информатика. Наличие интересных задач в этой области видно хотя бы из теории конечных автоматов.

2. Математическая связь между полосой пропускания канала и скоростью передачи информации по нему (основанная на теореме Котельникова — Шеннона). Эта связь расположена в математике у границы с физикой, но принадлежит, безусловно, информатике, имея там важный прикладной и даже экономический смысл (борьба за частотные лицензии в сотовой телефонии).

3. Закон логарифмического восприятия (закон Вебе-ра — Фехнера), состоящий в том, что человек ощущает (воспринимает, замечает) относительное, а не абсолютное изменение. Этот закон располагается в области психофизиологии (то есть где-то на границе между психологией и физиологией), но выглядит математически и относится к информатике, как мы полагаем, к фундаментальной ее части. К той же области, психофизиологии, относится не вполне еще проясненная психофизиология восприятия цвета человеком. Она сегодня находится на периферии “большой науки”, а в школьную науку совсем не входит, но в прошлом изучалась великими учеными как весьма фундаментальное знание. Сегодня же вопрос о размерности пространства цветов имеет фундаментальное значение для информационной технологии.

4. Особого внимания заслуживает вопрос о рассмотрении той базовой системы физических эффектов, которые лежат (или лежали) в основе работы компьютеров. Как работает электронное устройство, которое имеет ровно два стабильных состояния и переключается из одного в другое под воздействием импульса тока? Как реализовать логические функции с помощью электронных схем? Эти вопросы смыкаются с другими, уже более специальными и технологическими: как организовать параллельную работу нескольких устройств, обменивающихся данными между собой, и т.д.

В то время как фундаментальное знание считается ценностью и само по себе, компетентность представляет собой понятие прагматическое. Безусловно, компетентность может предполагать или требовать и некоего фундаментального знания, но именно как обеспечивающего возможность более эффективной деятельности.
В следующем разделе мы как раз останавливаемся на компетентностях, входящих в информатику.

Информационная компетентность. Компетентностное содержание информатики

В отечественном и мировом образовательном сообществе были предприняты многочисленные попытки описать качества, необходимые для информационной деятельности в современном мире. Мы предлагаем систему определений, не претендующую ни на оригинальность, ни на окончательность, в ней учтены многие предшествующие предложения разных групп:

(Общая) информационная компетентность (И-компетентность) — общее умение работать с информацией;

Профессиональная И-компетентность — общее умение работать с информацией в профессиональной области;

ИКТ-компетентность — умение решать распространенные информационные задачи, используя современные общедоступные информационные ресурсы (инструменты и источники);

ИКТ-квалификация — умение использовать общедоступные информационные ресурсы для решения распространенных задач;

Профессиональная ИКТ-компетентность — умение решать информационные задачи профессиональной области, используя современные общедоступные в профессиональной области информационные ресурсы (инструменты и источники);

Профессиональная ИКТ-квалификация — умение использовать общедоступные в профессиональной области информационные ресурсы для решения задач профессиональной области.

Как можно видеть, мы различаем:

  • Общие и профессиональные умения. Общие умения относятся к задачам, например, написания текста, профессиональные — например, к редактированию химических формул.
  • Компетентность и квалификацию. В определении компетентности подчеркивается умение решать задачи некоторого круга, при этом правильно используя доступные ИКТ, в определении квалификации подчеркивается умение использовать те или иные инструменты. Это различие достаточно важно: квалификация необходима, но если, например, в подготовке учителей ограничиваться только ею, то мы получим учителя, который может подготовить презентацию, но не знает, как это свое умение применить в преподавании своего предмета.
  • Информационные умения и ИКТ-умения. ИКТ-умения предполагают использование всех общедоступных современных инструментов, информационные умения предполагают использование тех инструментов, которые фактически оказываются “под рукой”. Например, оценивая математическую ИКТ-компетентность, мы не будем просить специалиста умножать числа вручную, а оценивая математическую И-компетентность — будем.

Что эти понятия означают в обсуждаемой ситуации профильной школы? Естественно, с одной стороны, формировать у учащихся общую ИКТ-компетентность, с другой стороны, давать им элементы профессиональных ИКТ-компетентностей из профильных областей. С третьей, очень важной стороны, представляется осмысленным говорить об ученичестве как своего рода профессии и тем самым определить учебную ИКТ-компетентность.

Структура информационной компетентности

В данном разделе мы рассматриваем структуру общей И-компетентности по видам деятельности. В рамках этой структуры выделяется техническая сторона ИКТ-квалификации и может быть естественно вычленена ИКТ-компетентность. При этом мы структурируем И-компетентность по отдельным областям и внутри них — по видам и формам деятельности:

  • Представления об информационных объектах, процессах и технологиях
    • Обладать базовыми знаниями, относящимися к информационным объектам и процессам в биологических, социальных и технологических системах.
    • Понимать, учитывать и использовать в работе основные принципы функционирования и использования средств ИКТ (дискретизация информации, программы и данные, основные устройства компьютера, шины и сети, интерфейсы).
    • Уметь оценивать числовые параметры информационных объектов и процессов (Арифметика информации).
    • Иметь и использовать представления о стоимости информационных процессов и ресурсов (Экономика информации).
    • Иметь и использовать представления об интеллектуальной собственности, личном характере информации, стиле общения (Этика информации).
    • Обладать знаниями об опасностях и трудностях, связанных с применением средств ИКТ (Эргономика информации).

      •  

      Квалификация

    • Соблюдать требования техники безопасности, гигиены, эргономики, этики, правопорядка информационной деятельности.
  • Сбор и хранение информации
    • Фиксировать информацию об окружающем мире, вести запись наблюдений и воспоминаний (своих и других людей) в заданном формате, в том числе, указывая качественные и числовые данные, используя свои органы чувств, устройства фиксации изобразительной и звуковой информации, измерительные приборы, опрос. Вести личные дневники и архивы.

      •  

      Квалификация

    • Осуществлять цифровой и аналоговый ввод и сохранение информации, в том числе — визуальной (камеры, сканеры), звуковой (магнитофон, диктофон, компьютер), измерять расстояния (механические приборы, лазерные и ультразвуковые локаторы), координаты на местности (карта, устройства глобального позиционирования), температуру (аналоговые и цифровые термометры), освещенность (цифровые датчики), силу (аналоговые и цифровые датчики), напряженность магнитного поля (аналоговые и цифровые датчики), химические параметры среды (качественные, аналоговые и цифровые датчики) и др.
    • Вводить алфавитно-цифровую информацию с помощью клавиатур и аналоговых устройств (в том числе ручки и бумаги, стилуса).
    • Преобразовывать информацию из одного формата в другой, пользоваться технологиями распознавания информации, транскрибировать речевую запись, выбирать технологии ввода и хранения.
  • Поиск информации
    • Находить объект по его фрагменту и фрагменту его имени, в том числе — искать фрагмент в тексте.
    • Формировать систему ключевых слов, относящихся к предмету поиска и логических комбинаций слов, вести поиск по ключевым словам.
    • Формировать систему атрибутов, признаков данного информационного объекта, вести поиск по атрибутам, признакам.
    • Искать нужный объект по аннотации, реферату.
    • Вести поиск с использованием механизма ссылок.
    • Искать и выделять нужную информацию путем беглого просмотра текста, линейных информационных источников (видео, аудио), других объектов и коллекций, СМИ.

      •  

      Квалификация

    • Использовать средства операционной системы, предназначенные для поиска файлов, в названии или в содержании которых имеются данные фрагменты, использовать средства поиска вхождений, имеющиеся в редакторах текста.
    • Вести поиск в базах данных, в бумажных каталогах и библиотеках, в Интернете с использованием браузера, поисковых систем и каталогов.
  • Восприятие, понимание, отбор и анализ информации
    • Осваивать лексику и образный язык, использовать определения, толкования.
    • Логически анализировать аргументы и доказательства.
    • Выявлять совпадения, сходства, различия и противоречия в информации.
    • Использовать и строить классификации и определители.
    • Обобщать собранную информацию.
    • Обрабатывать собранную информацию с помощью математических и статистических методов, выявлять, интерпретировать и отбрасывать ошибки.
    • Целостно воспринимать информационные объекты.
    • Визуализировать получаемую информацию.
    • Выделять главное, линии повествования, временные последовательности, причинные и ассоциативные связи, логические аргументы, средства эмоционального и непрямого воздействия.
    • Обращаться за дополнительной информацией, формулировать задачи поиска.
    • Конспектировать и записывать устное выступление.
    • Переводить текст с одного языка на другой.
    • Учитывать физиологию и психологию своего восприятия информации.

      •  

      Квалификация

    • Использовать редакторы.
    • Использовать словари, энциклопедии, справочники, классификаторы и определители, переводчики.

      •  

      Использовать инструменты математической и статистической обработки данных.

    • Использовать средства визуализации, в том числе редакторы концептуальных диаграмм.
  • Организация и представление информации
    • Объединять информационные объекты в одну гиперструктуру. Структурировать информационный объект, выделять компоненты и фрагменты в соответствии с задачей, формировать внутренние и внешние ссылки, указатели, в том числе — для текста. Использовать шрифтовые выделения и колонтитулы.
    • Выделять ключевые слова, называть, создавать заголовки.
    • Отбрасывать лишнее, реферировать, аннотировать.
    • Создавать линейную последовательности изложения, исходя из имеющегося материала или гиперобъекта.
    • Грамотно цитировать.
    • Графически представлять информацию, учитывая общие особенности человеческого восприятия и целевую аудиторию, в том числе — с использованием

      — списочной структуры текста;
      — таблиц;
      — древесной структуры папок;
      — средств концептуальной визуализации;
      — организационных диаграмм, диаграмм процессов, планов и проектов;
      - числовых графиков и диаграмм.

    • Формировать систему атрибутов в соответствии с задачей организации системы информационных объектов с целью хранения и поиска, в том числе в рамках базы данных.
    • Создавать и использовать классификации.
    • Описывать информационные объекты в соответствии с заданной системой атрибутов и классификаций.
    • Оценивать релевантность и важность информации, классифицировать и размещать информацию в соответствии с важностью, организовывать архивы, уничтожать информацию.
    • Организовывать информацию в собственной памяти, запоминать, организовывать запоминание информации другими.

      •  

      Квалификация

    • Использовать устройства вывода информации.
    • Редактировать гипермедиа и другие объекты данного раздела (в том числе текст, видео, звук, графику, web-страницы, концептуальные диаграммы).
    • Использовать базы данных.
  • Создание информационного объекта на основе внутреннего представления человека
    • Создавать гипермедиа-объекты, в том числе — включающие ранее созданные и цитируемые объекты.
    • Редактировать созданный объект, анализируя, выявляя недостатки, воспринимая анализ и оценку других людей.
    • Создавать информационный объект вместе с другими людьми.

      •  

      Квалификация. Использовать:

    • Редакторы гипермедиа.
    • Социальные редакторы.
    • Камеры.
    • Графические панели.
    • Микрофоны.
    • Музыкальные клавиатуры.
  • Передача информации, коммуникация, совместная информационная деятельность
    • Планировать выступление, готовить материалы для него и проводить его с поддержкой аудиовизуальными средствами, учитывая специфику различных форм восприятия и различных аудиторий; особенности пространства и используемых технических средств (например, микрофона).
    • Организовывать и вести коллективное обсуждение, фиксировать его результаты.
    • Выявлять разногласия, голосовать и организовывать голосование, формировать общую позицию (консенсус).
    • Взаимодействовать через телефонный канал, телефонную конференцию.
    • Взаимодействовать через аудиовидеоканал, видеоконференцию.
    • Вести удаленное текстовое взаимодействие, синхронное (чат) и асинхронное (электронная и иная почта).
    • Размещать информацию в Интернете, СМИ, на выставочных и иных пространствах, вывесках, буклетах, визитных карточках, достигать целевую аудиторию.
    • Устно и письменно общаться с иноязычным партнером.
    • Учитывать психофизиологические аспекты восприятия.
    • Защищать хранимую и передаваемую информацию от несанкционированного доступа.
    • Соблюдать этические и формальные правила использования информации.

      •  

      Квалификация

      Использовать следующие инструменты коммуникации:

    • Микрофон, акустические системы.
    • Проектор.
    • Видеокамера.
    • Наладонник.
    • Мобильный телефон как средство голосовой и цифровой (SMS) коммуникации.
    • Редактор текстов.
    • Инструменты совместной работы над документами.
    • Средства телеконференций и электронной почты.
    • Интерактивные сайты в Интернете.
    • Переводчики.
  • Моделирование
    • Строить качественное, вербальное описание объекта моделирования, выбирать переменные.
    • Использовать готовые имитационные модели в различных предметных областях (например, экономика, экология), в том числе динамические таблицы и модели системной динамики.
    • Строить информационную модель функционирования различных систем (организаций, сообществ, технических устройств).
    • Интерпретировать результаты моделирования.

      •  

      Квалификация

    • Использовать готовые имитационные модели и динамические таблицы.
  • · Проектирование
    • Планировать деятельность, относящуюся к:

      • — наблюдению, в том числе — создавать формат фиксации наблюдений;
      — эксперименту;
      — исследованию;
      — поиску информации;
      — выступлению, обсуждению;
      — учебному процессу;
      — созданию материального или информационного объекта, в том числе — групповому;
      — развитию организации;
      — личной жизни.

    • Проектировать объекты реального мира:

      • — Выявлять потребности.
      — Создавать и визуализировать концепции.
      — Осваивать конкретные интерфейсы и примитивы графического дизайна.
      — Переходить от виртуальной модели к натурной.

    • Ориентироваться в современном состоянии и тенденциях ИКТ:

      • — Иметь представления о различных ИКТ, их технических реализациях, количественных и качественных возможностях и характеристиках.
      — Принимать решения об использовании в своей деятельности тех или иных средств ИКТ, учитывая технические и экономические факторы.

      Квалификация. Использовать:

    • Системы поддержки проектного менеджмента.
    • Общие интерфейсы и инструменты различных систем САПР (здания, обстановка, одежда, детали машин и машины, электротехника-электроника, программное обеспечение).
    • Компьютерные модели.
    • Организационно-деятельностные игры.
    • Органайзеры, планировщики.
  • Управление
    • Проектировать систему управления, использовать механизмы обратной связи.
    • Управлять социальными процессами.
    • Использовать различные компоненты ИКТ-компетентности в процессе управления (например, сбор информации, визуализацию, выступление).
    • Управлять технологическими процессами.
    • Реализовывать общую схему построения системы управления с обратной связью.

      •  

      Квалификация

    • Использовать инструменты проектного менеджмента и общепользовательские инструменты для управления коллективом, организацией, проектом.
    • Использовать конструкции языка программирования компьютерно-управляемых устройств.

Предложения американского научно-образовательного сообщества

На рубеже веков компьютерная общественность США начала проявлять озабоченность уровнем преподавания информатики (Computer Science) в американских школах. При этом подчеркивалось внимание, которое этому предмету уделяется в Канаде, Франции, Израиле, России и других странах. В 1999 году был опубликован доклад Национального совета по научным исследованиям NRC (National Research Council) США, в 2003 г. — предложения рабочей группы ACM (Association for Computing Machinery). И сами организации, и участники указанных работ являются чрезвычайно авторитетными.

Параллельно с этим Международным обществом технологий в образовании ISTE (The International Society for Technology in Education) были разработаны стандарты по применению ИКТ в изучении всех школьных предметов: The National Educational Technology Standards (NETS). Эти стандарты послужили основой для многих разработок в США и других странах.

Предложения NRC

Предложения NRC построены на основе десяти концептуальных областей, десяти базовых способностей и десяти технических навыков. Вот соответствующие списки:

Понимание в концептуальных областях: Цифровое представление информации. Компьютеры. Сети. Способы организации, представления, поиска информации. Моделирование. Алгоритмическое мышление и программирование. Универсальность компьютеров. Ограничения компьютеров; сложность. Человеко-машинные информационные системы. Роль компьютеров в обществе.

Способности: Вести продолжительную и систематическую интеллектуальную деятельность. Преодолевать трудности, справляться со сложностью. Проверять решение. Исправлять ошибки. Находить, оценивать, организовывать информацию. Сотрудничать. Передавать информацию другим. Ожидать неожиданное. Быть готовым к технологическим переменам. Рассматривать информационные технологии на различных уровнях абстракции.

Технические навыки: Запуск персонального компьютера. Использование базовых возможностей операционной системы. Использование текстового редактора. Использование графических редакторов. Подключение к компьютерной сети. Компьютерная коммуникация. Использование Интернета для поиска ресурсов. Использование динамических (электронных) таблиц для моделирования экономических процессов и финансовых ситуаций. Использование баз данных. Использование документации для освоения новых инструментов.

Приведем более развернутое изложение указанных трех измерений.

Понимание в концептуальных областях:

  • Цифровое представление информации

    • Универсальность двоичного представления. Точность. Сжатие. Форматы и их преобразование, стандартизация.

  • Компьютеры

    • Процессор и память, иерархия памяти. Программы и данные, программный принцип работы. Информационные потоки, внешние устройства.

  • Сети

    • Виды сетей и взаимодействий в них. Физическая и логическая структура. Скорость передачи данных и полоса пропускания.

  • Способы организации, представления, поиска информации

    • Классификации, описания и признаки. Базы данных, библиотеки, каталоги. Поисковые системы. Качество информации. Цитирование.

  • Моделирование

    • Математические модели: системы уравнений, графы. Абстрагирование от деталей. Непрерывные и дискретные модели. Структуры данных, используемых в моделировании: списки, массивы, процедуры.

  • Алгоритмическое мышление и программирование

    • Основные конструкции структурного программирования. Типы данных (запись, массив, список). Проектирование программ. При этом не имеется в виду знание какого-либо обычно используемого для программирования языка.

  • Универсальность компьютеров

    • Независимость множества решаемых в принципе задач от конкретного компьютера. Возможность задать любой алгоритм, используя обозримую систему простых базовых операций. Универсальность компьютера в отличие от других устройств.

  • Ограничения компьютеров. Сложность

    • Алгоритмически неразрешимые задачи. Сложность и практически неразрешимые задачи. Сложность в конкретных приложениях. Практические примеры нерешаемых и сложных задач.

  • Человеко-машинные информационные системы

    • Взаимодействие в системах. Доступность, надежность, безопасность.

  • Роль компьютеров в обществе

    • Принципы цифрового взаимодействия в обществе. Компьютерные преступления. Собственность, безопасность, этические и юридические вопросы.

Наиболее интересным и нетривиальным является раздел, относящийся к способностям. В этом разделе вслед за формулировкой и комментарием NRC мы приводим в квадратных скобках наш комментарий.

Способности:

  • Вести продолжительную и систематическую интеллектуальную деятельность

Такая деятельность включает формулировку и уточнение задачи, понимание того, что означает решить задачу и как определить, что она уже решена. Предполагается параллельное и последовательное рассмотрение разных вариантов решения, планирование деятельности, исполнение плана и оценка результатов. Продолжительность означает, что задачу решают не в течение урока, а, скорее, в течение нескольких недель.

[Нам представляется очень важным именно то, что в такой деятельности проходится весь цикл проектирования, создания результата, оценки и улучшения. Такой цикл, с одной стороны, представляется очень важным с точки зрения деятельности в реальном мире, а не в искусственной “учебной среде”, с другой стороны, он становится возможным именно благодаря ИКТ.]

  • Преодолевать трудности, справляться со сложностью

Принятие решения может требовать рассмотрения и оценивания многих факторов. Компоненты существующей или проектируемой системы могут взаимодействовать непредвиденным образом, небольшие изменения в одной части могут привести к значительным эффектам в другой. Может требоваться их изменение или добавление к ним, например, программных модулей. Еще одним источником сложности является управление ресурсами.

[Эта способность связана с предыдущей, но в некотором смысле расположена в другом измерении. Теперь мы говорим не о продолжительной работе, а о сложности в данный момент или сложности, не зависящей от времени.]

  • Проверять решение

Проверка правильности решения обычно предполагает как минимум две проверки: соответствия проекта проблеме, которую он решает, соответствие реализации проекту. Особая трудность здесь может быть связана с тем, что система используется не в тех условиях, которые исходно предполагались. Проверка (тестирование) системы, предполагает выбор ситуаций, в которых тестирование происходит. Проверка идет параллельно с исправлением ошибок и совершенствованием системы, и это приводит к дополнительным сложностям, поскольку исправление ошибок может привести к новым ошибкам.

[Мы полагаем, что проверка соответствует важнейшему человеческому качеству — умению посмотреть на себя со стороны и увидеть, что ты делаешь неправильно.]

  • Исправлять ошибки

Исправление ошибок предполагает проверку, выявляющую факт наличия ошибки и позволяющую высказывать предположения об источнике ошибки. За этим следует планирование устранения ошибки с учетом всех последствий от вносимых изменений. Правильная методология исправления ошибок должна сочетаться с правильной методологией проектирования, в частности, программ. Эта методология может включать, в частности, проектирование программ, правильно структурированных и понятных, как автору, так и другим. Методология исправления ошибки может использоваться и в простейших ситуациях, например, для того чтобы напечатать документ, который принтер отказывается печатать.

[В широком спектре подходов к ошибкам можно указать два заслуживающих внимания в нашем контексте. Подход, рассматриваемый Пейпертом в Mindstorms, состоящий в том, что программа считается не ошибочной, а как бы экспериментальным объектом, поведение которого мы изучаем и можем пытаться модифицировать и снова рассмотреть. Подход доказательного программирования состоит в том, чтобы пытаться, рассматривая статические индуктивные рассуждения о работе программы, постараться получить высокую степень уверенности в том, что она работает правильно.]

  • Находить, оценивать, организовывать информацию

В данной способности мы встречаем то, к чему часто сводят всю или почти всю ИКТ-компетентность.

  • Сотрудничать

Использование современных ИКТ меняет технологии сотрудничества, в основном сохраняя его содержание.

[В последние годы, позднее выхода в свет рассматриваемого документа, все более существенную роль в ряде областей применения ИКТ играют так называемые “инструменты социального взаимодействия” (social software). Интересной представляется параллель между алгоритмами, построенными на идее разделения труда и разделения труда между людьми. Эту параллель можно использовать для формирования у учащихся представлений о переносе ситуации из одного контекста в другой.]

  • Передавать информацию другим

Коммуникация должна быть диалогичной и может допускать различные уровни формализации. Одной из форм коммуникации является создание отчета о своей деятельности.

  • Ожидать неожиданное

Нужно быть готовым к тому, что технологическая система, в силу наличия определенного контекста, будет вести себя не так, как планировалось. Примерами является использование Интернета и нежелательные использования сети, как и значительные расходы на поддержание информационных систем.

  • Быть готовым к технологическим переменам

    • Такая готовность предполагает, в частности, рассмотрение вопроса: стоит ли немедленно следовать за очередным изменением?

  • Рассматривать информационные технологии на различных уровнях абстракции.

    • Отвлечение от технических деталей, абстрактное рассмотрение технологических ситуаций может оказаться необходимым для перехода к новым технологиям.

    Вот десять технических навыков:

  • Запуск персонального компьютера.

    • Включает умение соединить устройства, установить часы.

  • Использование базовых возможностей операционной системы.

    • Инсталляция и удаление программ, запуск приложений и т.д.

  • Использование текстового редактора.

    • Выбор шрифта, нумерация страниц, организация и редактирование документа, вставка графики. Редактирование web-страниц.

  • Использование графических редакторов.

    • Включает также создание презентаций.

  • Подключение к компьютерной сети.
  • Компьютерная коммуникация.

    • Включает электронную почту, форумы и возникающие виды коммуникаций (вроде появившихся с тех пор средств коллективной работы вики).

  • Использование Интернета для поиска ресурсов.

    • Предполагает умение задавать вопросы и отбирать ответы.

  • Использование динамических (электронных) таблиц для моделирования экономических процессов и финансовых ситуаций.
  • Использование баз данных.
  • Использование документации для освоения новых инструментов.

    • Предполагается умение использовать экранный хелп и печатные руководства.

Предложения ACM

Наиболее авторитетная в США организация, объединяющая университетских профессоров, исследователей и специалистов из частных корпораций и правительственных структур в области информатики и ИКТ — Association for Computing Machinery, предложила четырехуровневую модель изучения информатики в школе — от детского сада до 12-го класса.

Уровень 1 (детский сад — 8-й класс, в наших условиях — до 7-го класса) — начальная подготовка в информатике, объединяющая базовые технологические навыки с формированием алгоритмического мышления. Это наилучшим образом достигается включением небольших модулей в курсы различных предметов: математики, естественных, общественных, гуманитарных дисциплин и освоения алгоритмического мышления в проектах, например, строящихся на базе Лого.

Уровень 2 (реализуемый в 9-м или 10-м классе, в наших условиях — в 8-м или 9-м классе) — это годовой курс, формирующий систему основных понятий и методов информатики, представление о применениях ИКТ в современном мире.

Уровень 3 (реализуемый в 9-м или 10-м классе, в наших условиях — в 10-м классе) — это годовой элективный (в наших условиях — профильный или элективный) курс, продолжающий уровень 2, но дающий фундаментальную подготовку в области информатики и ИКТ, включающие математические основы информатики, построение алгоритмов и программирование, вопросы проектирования оборудования и программного обеспечения и сетей, социальные аспекты информатики.

Уровень 4 (реализуемый в 11-м или 12-м классе, в наших условиях — в 11-м классе) — это годовой элективный (в наших условиях — профильный или элективный) курс в одной из областей информатики. Это может быть, например, курс по программированию и структурам данных, реализующий американскую модель “Advanced Placement”, в которой профильный курс засчитывается как курс колледжа. Другими вариантами могут быть — проектный курс по мультимедиадизайну или курс профессиональной подготовки, завершающийся сертификацией какой-то компании (например, в качестве специалиста по обслуживанию сетей или компьютерной бухгалтерии и т.д.). Некоторые из курсов четвертого уровня могут требовать курс третьего уровня (который, как было сказано выше, элективный, но единый для разных профилей).

Рассмотрим чуть более подробно указанные уровни.

Первый уровень

Первый уровень находится вне нашего рассмотрения, посвященного профильной школе. Все же отметим, что его предполагается базировать на стандартах The National Educational Technology Standards (NETS), разработанных ISTE (The International Society for Technology in Education), которые послужили основой для многих разработок в США и других странах.

В этих стандартах подчеркиваются две цели: эффективное использование ИКТ и освоение алгоритмического мышления. Для достижения этих целей необходимы средства ИКТ для решения задач и коммуникации в различных предметных областях. Они должны искать, организовывать, анализировать и синтезировать информацию, делать выводы и обобщения из полученной информации, понимать прочитанное и обращаться к дополнительным источникам, самостоятельно управлять своим учением, работать в команде, анализировать проблему и строить алгоритм ее решения, взаимодействовать с другими, соблюдая установленные нормы работы с ИКТ.

Многие из этих задач реализуются в определенной степени уже ко второму классу.

Второй уровень

Второй уровень реализуется как годовой курс информатики. В нем формируется понимание работы ИКТ с точки зрения пользователя в ходе решения практических задач, таких, как создание web-страницы. Сюда же входит профессиональная ориентация и формирование представлений о роли компьютеров в обществе, юридических и этических аспектов применения ИКТ.

Вот краткое описание содержания курса:

  • Организация структуры и функционирования компьютера (ввод, вывод, оперативная и внешняя память, процессор, программное обеспечение, операционная система и т.д.).
  • Основные шаги алгоритмизации (постановка задачи и исследование путей ее решения, рассмотрение отдельных примеров, проектирование алгоритма, программирование, проверка, тестирование, отладка).
  • Базовые элементы компьютерных сетей (серверы, очереди, защита данных, протоколы обмена и маршрутизации).
  • Организация Интернета, дизайн web-страниц (формы, включение текста и графики, скрипты серверов и клиентов), дизайн гипермедиа (ссылки, навигация, поисковые системы и стратегии, интерпретация и оценка).
  • Иерархии и уровни абстракции, в том числе разные уровни языков, трансляторы, машинные языки, логические схемы (уровень устройств).
  • Математические основы: двоичная система счисления, логика, множества, функции.
  • Компьютерное моделирование интеллектуальной деятельности (примеры из поведения роботов, распознавания речи, понимания естественного языка, компьютерного зрения), отличие в поведении компьютерных систем и человека.
  • Примеры, показывающие единство алгоритмических процессов в компьютерных системах и иных системах, в которых реализуются алгоритмы.
  • Этические проблемы ИКТ (безопасность, защита персональных данных и интеллектуальной собственности, плюсы и минусы бесплатного программного обеспечения, достоверность информации в Интернете), позитивное и негативное влияние технологии на человеческую культуру.
  • Карьеры, базирующиеся на ИКТ, и их связь со школьными предметами (например, карьеры ИКТ-специалистов, web-дизайнеров, системных аналитиков, программистов, руководителей направления информатизации в организации — CIO).

    • В программу обучения включены практические работы по алгоритмизации, программированию и дизайну. Выбор языков программирования остается на усмотрение преподавателя.

    В этих работах должны быть учтены следующие вопросы:

  • Переменные, типы данных и их представление в компьютере.
  • Использование проектирования сверху вниз и объектно ориентированного проектирования.
  • Процедуры и параметры.
  • Конструкции структурного программирования (последовательное выполнение, ветвление, цикл).
  • Инструменты представления программ в процессе дизайна (блок-схемы, псевдокод, UML [Unified Modeling Language — универсальный язык моделирования], N-S charts — [Nassi — Schneiderman Diagrams, так называемые “диаграммы Насси — Шнайдермана”].

    • Работы по web-дизайну предусматривают:

  • Использование гипертекстовых ссылок для загрузки новых страниц и запуска процессов.
  • Хранение, компрессия, шифровка, вывод изображений, видео, звука.
  • Дизайн пользовательских интерфейсов.
  • Инструменты проектирования (сценарные планы, карты сайта).

Третий уровень

В задачи курса третьего уровня входит освоение навыков алгоритмизации и программирования на базе принципов программного проектирования. Программирование является основным содержанием этого курса, однако такие темы, как дизайн интерфейса, границы применимости компьютерных методов и этические вопросы применения ИКТ, также входят в содержание образования.

Основными элементами программы курса должны являться:

  • Фундаментальные идеи из области проектирования программ и их применения для решения задач, в том числе: стиль программирования, уровни абстракции, первоначальное обсуждение правильности и эффективности программ как части процесса проектирования.
  • Простейшие структуры данных и их использование.
  • Элементы дискретной математики: логика, множества, функции в контексте информатики.
  • Пользовательский дизайн: дизайн web-страниц, интерактивных игр, документации.
  • Элементы проектирования оборудования.
  • Уровни языка, программные системы, трансляция, характеристики компиляторов, операционных систем, сетей.
  • Пределы вычислимости: неразрешимые и практически неразрешимые проблемы.
  • Принципы организации производства программного обеспечения: программистские команды, жизненный цикл ПО.
  • Социальные аспекты: ПО как интеллектуальная собственность, профессиональная практика.
  • Карьеры в области ИКТ.

Четвертый уровень

Среди различных вариантов элективного курса четвертого уровня имеются, в частности, следующие (но есть и другие возможности):

  • Курс по программе колледжа Advanced Placement (AP) in Computer Science.
  • Проектно ориентированные курсы.
  • Курсы компаний, завершающиеся профессиональной сертификацией.

TopList