Размышления о профильном стандарте по информатике

Образовательный стандарт — самый важный нормативный документ по любому школьному предмету, на его основе должны создаваться программы обучения, учебники, методические материалы. При этом профильный стандарт предназначен прежде всего для подготовки учащихся к последующему профильному образованию в вузе.

Имея более чем 30-летний опыт преподавания различных специальных дисциплин в области информатики в вузе, а также опыт проведения факультативов по информатике в школе, автор этой статьи был уверен, что вполне представляет, чему и как нужно учить школьников. Когда же я увидел профильный стандарт (он был опубликован во 2-м номере газеты “Информатика” за 2007 г.), то был просто нокаутирован. Быть может, я что-то не так понял? Тогда я обратился к коллегам и попросил ведущих профессоров факультета информатики поделиться своим мнением.

— Если бы на наш факультет поступали абитуриенты, которые все это знают и умеют, то факультет следовало бы закрыть, а абитуриентам можно было бы сразу, без защиты, выдавать диплом.

— Интересно, найдется ли хотя бы один школьный учитель, который сам все это знает, да так, что сможет донести это до школьников?

— Это просто волшебство, тот объем знаний, который изучается 4–5 лет в вузе, оказывается, можно освоить за 2 года, в 10-м и 11-м классах, и всего при четырех уроках в неделю!

— Теперь понятно, почему у многих абитуриентов такая каша в голове.

— Много в своей жизни мы видели некомпетентных документов, изобретенных чиновниками, но такой ужас встретили впервые.

— … (Это мнение нельзя публиковать из цензурных соображений.)

Чтобы понять причину таких высказываний, достаточно привести несколько фрагментов из текста стандарта. Так, в разделе “Информация и информационные процессы” присутствует фраза: “Цепочки (конечные последовательности), деревья, списки, графы, матрицы (массивы), псевдослучайные последовательности”. В ней смешаны понятия из нескольких дисциплин (не считая собственно информатики), в частности: теория графов (деревья, графы), линейная алгебра (матрицы), теория вероятностей (псевдослучайные последовательности). В том же разделе стандарта приведена фраза: “Кодирование с исправлением ошибок”. Чтобы освоить эту тему, надо сначала изучить линейную алгебру, а затем изучить весьма нетривиальную теорию помехоустойчивого кодирования.

Еще пример. В разделе “Средства ИКТ” написано, в частности: “Типичные неисправности и трудности в использовании ИКТ. …Профилактика оборудования”. Здесь, по-видимому, предполагается, что школьник обладает знаниями и умениями на уровне инженера-электроника.

В разделе “Технология создания и обработки графической и мультимедийной информации” присутствует фраза: “Опытные работы в области картографии, использование геоинформационных систем в исследовании экологических и климатических процессов, городского и сельского хозяйства”. Насколько можно понять, здесь от школьника требуются знания и умения на уровне выпускника географического факультета, который дополнительно получил специализацию по геоинформационным системам.

И таким примерам несть числа! В общем, если бы кто-то задумал написать учебник, полностью соответствующий стандарту, то ему пришлось бы объединить в единое целое содержание примерно полутора десятков вузовских дисциплин. Такой учебник должен включать знания как из фундаментальных дисциплин (из математического анализа, линейной алгебры, теории графов, теории алгоритмов и др.), так и специальных (электроника, системное администрирование, геоинформатика и др.). Понятно, что такой учебник никто и никогда не напишет. Ясно также, что и экзамен по предмету информатика, который бы удовлетворял стандарту, ни один школьник сдать не сможет, если только он не закончил перед этим вуз по соответствующей специальности.

Тем не менее жизнь продолжается. При этом все допущенные Министерством учебники, все рекомендованные программы обучения, а также ЕГЭ по информатике бесконечно далеки от стандарта. Можно, конечно, и дальше жить, как жили, не обращая внимания на стандарт. Но ведь стандарт — это закон, и такая ситуация рано или поздно приведет к неразрешимым проблемам.

Что же делать? Если закон в принципе невыполним, то единственный выход — принятие другого, разумного закона. Поэтому чрезвычайно актуальна проблема создания такого нового профильного стандарта, который прежде всего отвечал бы требованиям высшего образования по основным специальностям в сфере информатики, предъявляемым к абитуриентам. При разработке нового стандарта целесообразно учесть опыт применения ранее действовавшего “Обязательного минимума содержания образования по информатике (уровень Б)”, утвержденного Министерством в 1999 г. Этот документ тоже не идеален, но он хотя бы в общих чертах не противоречит здравому смыслу.

Поэтому хотелось бы развернуть дискуссию по содержанию нового стандарта, в частности, на страницах газеты “Информатика”. Надо, чтобы плодом дискуссии стал такой проект стандарта по информатике, за который не было бы стыдно. Для начала предлагается проект стандарта, основанный на следующих принципах:

1) изучение информационных технологий на уровне пользователя таких специализированных программ, как текстовые и графические редакторы, электронные таблицы и др., должно входить в стандарт базового уровня для неполной средней школы (до 9-го класса включительно) и поэтому не должно включаться в профильный стандарт;

2) основная цель профильного стандарта по информатике — формирование алгоритмического мышления, поэтому основные разделы должны содержать знания по алгоритмам решения типовых задач, для понимания которых достаточно математики школьного уровня, и по принципам разработки алгоритмов;

3) остальные разделы профильного стандарта должны содержать такой минимум знаний (по способам представления информации, основам логики, устройству компьютера, операционной системе, языку программирования, среде разработки программ), который достаточен как для написания простых алгоритмов, так и для их полной реализации и тестирования на компьютере.

Проект стандарта среднего (полного) общего образования по информатике

Профильный уровень

Изучение информатики на профильном уровне среднего (полного) общего образования направлено на достижение следующих целей:

• освоение и систематизация знаний, относящихся к математическим объектам информатики;
• овладение умениями формализации простых задач, создания компьютерных программ для их решения на одном из языков программирования;
• развитие алгоритмического мышления, способностей к формализации;
• приобретение опыта работы с одной из систем программирования, тестирования и отладки простых программ.

Обязательный минимум содержания основных образовательных программ

1. Информационные сообщения

Понятие сообщения. Способы представления данных. Системы счисления. Представление положительных и отрицательных целых чисел в компьютере. Перевод чисел из одной системы в другую. Кодирование символов. Кодирование растровых изображений. Кодирование цвета пикселей в растровом изображении. Скорость передачи данных.

2. Элементы математической логики

Логические высказывания. Логические (булевы) значения и переменные. Логические операции, таблицы истинности. Законы булевой алгебры. Логические выражения и их преобразование. Связь логических операций с операциями в двоичной системе. Логические задачи.

3. Алгоритм и его свойства

Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Исполнитель алгоритма. Способы задания алгоритмов. Примеры исполнителей и алгоритмов.

4. Компьютер и его функционирование

Общее устройство компьютера. Процессор, оперативная память, внешние устройства. Адресация в памяти. Команды процессора и их выполнение. Внешние запоминающие устройства. Устройства ввода и отображения данных.

5. Операционная система

Программное обеспечение. Операционная система. Выполнение программы в компьютере. Пакетный режим работы. Диалоговый (интерактивный) режим. Файлы и файловая система. Команды операционной системы для работы с файлами.

6. Язык программирования (Паскаль или другой язык высокого уровня с аналогичными возможностями)

Общая структура программы. Стандартные типы данных (целые, вещественные, символьные, логические) и их представление. Одно- и двумерные массивы. Символьные строки. Описания данных. Основные операции над данными. Переменные. Присваивания и выражения. Стандартные функции и их вызов. Стандартные операторы ввода и вывода. Составной оператор. Условный оператор, простые и сложные условия. Операторы цикла (цикл с заданным числом повторений и цикл с условием). Вложенность операторов в программе.

7. Разработка программ

Математическая модель. Информационная модель. Процесс поэтапной разработки программы. Среда разработки для языка программирования. Программа для пакетного (консольного) режима. Тестирование и отладка программы.

8. Элементы анализа программ

Логические условия для переменных, их изменение при исполнении операторов в программе. Понятие пред- и постусловия. Пред- и постусловия для оператора присваивания, составного оператора, условного оператора, оператора цикла. Понятие инварианта цикла.

Понятие трудоемкости программы. Трудоемкость в наихудшем. Трудоемкость выполнения основных операторов (присваивания, составного, условного, цикла). Расчет трудоемкости вложенных операторов.

9. Простые алгоритмы

Вычисления по формулам. Точные и приближенные вычисления. Применение стандартных математических функций. Решение линейных и квадратных уравнений. Генерирование случайных чисел стандартными функциями.

10. Рекуррентные алгоритмы

Рекуррентные последовательности, вычисление их элементов. Вычисление сумм, произведений. Численное решение уравнений.

11. Простые алгоритмы с массивами

Алгоритмы с одномерными числовыми массивами. Представление рекуррентной последовательности в массиве. Представление чисел в различных системах счисления в виде элементов массива. Алгоритм перевода чисел из одной системы в другую. Вычисление минимума, максимума. Распознавание подпоследовательностей в массиве. Поиск числового значения в произвольном массиве.

12. Алгоритмы с упорядоченными массивами

Упорядоченные массивы. Поиск числового значения в упорядоченном массиве. Дихотомический поиск. Простые алгоритмы упорядочения (сортировки).

13. Алгоритмы с символьными строками

Символьные строки, операции над ними. Лексикографическое сравнение символьных строк. Массивы символьных строк, их упорядочение. Поиск в неупорядоченном массиве строк и дихотомический поиск в упорядоченном массиве строк.

14. Алгоритмы с двумерными числовыми массивами

Формирование двумерных массивов. Перечисление элементов по строкам, столбцам, диагоналям. Кодирование растрового изображения в двумерном массиве.

15. Алгоритмы обработки текста

Контекстный поиск по образцу в массивах символов. Простой алгоритм поиска. Выделение слов из текста, содержащего слова и разделители. Формирование словаря из текста.

16. Алгоритмы с информационными таблицами

Информационные таблицы. Представление в виде набора массивов таблицы, содержащей фиксированное количество разнородных столбцов (полей) и произвольное количество однородных строк. Вычисления значений по столбцам таблицы. Поиск по строкам таблицы. Упорядочение строк таблицы по значениям одного из столбцов. Удаление повторяющихся строк в таблице после исключения некоторых столбцов. Сопоставление данных из нескольких таблиц.

Требования к уровню подготовки выпускников

В результате изучения информатики на профильном уровне ученик должен

знать/понимать

• логическую символику;
• общие принципы функционирования компьютера, операционной системы;
• основные типы данных и конструкции языка программирования;
• основные свойства алгоритма, процесс разработки простых программ;
• примеры простых алгоритмов, решающих несложные задачи.

уметь

• вычислять логические выражения;
• формализовать задачу, конкретизировать требуемые для ее решения типы данных;
• вести поэтапную разработку алгоритма, записывать его на каком-либо языке программирования;
• работать с одной из систем программирования, вести тестирование и отладку программ;
• использовать стандартные функции и процедуры, модифицировать известные алгоритмы для решения задач в измененной постановке.