Изучение информатики или подготовка к ЕГЭ?

В этом номере:

<>· Новости ЕГЭ: презентации Всероссийского совещания, утвержденные КИМы-2009.

<>· Информационные процессы в системах.

<>· Машина Поста как пример обработки информации.

<>· Система задач для машины Поста.

Добрый день, уважаемые коллеги!

С течением времени главным новостным источником о ЕГЭ стал портал “Российское образование” http://www.edu.ru/. Здесь удобно представлены различные новости образования, в том числе и единого экзамена. Но самые полные сведения о декабрьском Всероссийском совещании, посвященном ЕГЭ-2009, — на портале информационной поддержки ЕГЭ (http://ege.edu.ru/). Выложено 17 презентаций! По самым различным нюансам экзамена. Если вы, уважаемые коллеги, еще не видели эти материалы, то советую это сделать. Вы сможете познакомиться с материалами совещания в целом, а также отобрать удачные слайды, компактно представляющие ту или иную информацию.

По информатике новостей не встретила. И нового формата экзамена, о котором упоминалось в предшествующих материалах ФИПИ, не оказалось. На сайте ФИПИ размещены теперь уже утвержденные КИМы по всем предметам, в том числе по информатике. То есть сомнений по содержанию и структуре предстоящего экзамена быть не должно.

По представленным презентациям для меня было две новости. Первая — создание единой системы оценки готовности выпускников к сдаче ЕГЭ. Цель этой системы: “Обеспечение равных возможностей для учащихся из различных регионов Российской Федерации для поступления в вузы Российской Федерации путем повышения качества контроля готовности учащихся к сдаче ЕГЭ”. О равных возможностях уже говорилось при возникновении самого ЕГЭ, теперь речь заходит об отдельном этапе подготовки к ЕГЭ, но только для поступления в вузы. Однако чего я не вижу в этих планах, так это именно увязки содержания обучения и содержания контроля.

Вторая новость связана с появлением на сайте ФИПИ информации о полемике по поводу “двухуровневого ЕГЭ” в “Независимой газете”. В номере от 10 ноября опубликована статья “Удвоение ЕГЭ” доктора педагогических наук, профессора В.Аванесова. Директор ФИПИ А.Ершов ответил на нее статьей “Что же такое «двухуровневый ЕГЭ»”.

И вот теперь в материалах Всероссийского совещания нахожу источник, подтверждающий обеспокоенность В.Аванесова. В выступлении директора ФИПИ А.Ершова на совещании сказано о том, что с переходом ЕГЭ в штатный режим одним из наиболее перспективных направлений является разработка ЕГЭ на базовом и профильном уровне. Пока не ясно, будет ли работать механизм деления школьников по уровням до сдачи экзамена, будет ли это добровольный акт. Ясно, что следующий этап нововведений не будет проще и спокойнее.

Информационные процессы в системах

Пора познакомить читателей газеты с героями наших публикаций, с детьми, которые самым непосредственным образом участвуют и помогают в создании этого материала. Для этого номера я выбрала вот это фото. Казалось бы, совсем незатейливое, у каждого учителя в личном альбоме найдется аналогичное. Идет опрос, ученики за партами, компьютеры по периметру, все как обычно. Однако, несмотря на свою простоту, оно хорошо иллюстрирует наш реальный процесс обучения и некоторые его особенности.

На фото — момент опроса по теме “Содержательный подход при измерении информации”. Большинство девочек (мальчишки на физкультуре) продолжает работу, а некоторые уже приступили к работе за компьютером. На первом плане, на столе лежит дискета — с подготовленной презентацией (по теме “Информационные процессы”).

Вопросы курса, связанные с осознанием понятий “система” (и “модель”), к которым мы перешли, по существу, ЕГЭ не проверяются, да и не могут быть проверены в связи с принятой формой заданий. Я имею в виду определенный терминологический минимум в данной области знаний, а также осознание базовых понятий детьми. Речь идет о понятиях:

· система: ее элементы и подсистемы, структура системы, связи (материальные и информационные), системный эффект, основные свойства систем, системный подход,

· информационные процессы в системах (естественных и искусственных): хранение, передача, обработка информации; управление,

· хранение информации: носители информации, факторы качества носителей,

· передача информации в технических системах связи: модель К.Шеннона, кодирование, декодирование, канал связи, пропускная способность канала, защита информации от потерь при воздействии шума, кодирование с избыточным кодом.

А вот вопросы обработки информации и связанные с ней вопросы алгоритмизации конечно же в той или иной форме традиционны и базируются на решении задач.

Понятия системы и модели стали в последние годы базовыми в языке любой научной и прикладной области. Информатика внесла и вносит существенный вклад в становление этих понятий. А.В. Могилев¹ выделяет эти понятия как начальные, базовые и определяет их как метапонятия, т.е. понятия, не определяемые через более простые. В учебнике И.Г. Семакина изложение сделано доступно, понятно, с достаточным количеством примеров. Однако как построить, как организовать изучение материала? Как оставить в сознании наших учеников действительно некоторую систему понятий по теоретической части темы?

Рецепт был уже озвучен: подготовка детьми презентаций на основе материала учебника. О качестве презентаций я уже упоминала: начиналось все со слайдов, перегруженных большими текстами. Совет использования и демонстрация возможностей Википедии уже принесли свои плоды. Вот слайд по теме “Хранение информации”:

Шаблон оформления может показаться “тяжеловатым”, однако можно понять логику его использования именно в связи с излагаемой темой.

Не обходится и без неожиданностей. Цифровые носители классифицированы:

· Магнитные;

· Оптические;

· Флеш-носители;

· Перспективные виды носителей.

Как перспективный носитель рассматривается “Розеттский диск”, о котором рассказано в Википедии.

Суть в следующем. Авторы проекта “Розетта”, проявляя обеспокоенность о сохранении языков, используемых человечеством, решили осуществить хранение с помощью никелевого диска (диаметром порядка 5 см). Информация наносится путем гравировки в виде обычного изображения (микроскопических размеров), рассматриваемого путем просто 500-кратного увеличения. Подобная технология позволит хранить информацию до 10 тысяч лет, что было воспринято детьми как вариант перспективного вида носителей. С чем, в определенном смысле, можно согласиться.

Однако старательная работа одних детей не означает такого же рвения других. Для обеспечения должного уровня освоения материала назначаю опрос по основным понятиям обозначенных разделов главы. Готовлю для контроля следующие элементы содержания, опираясь на учебник, его подходы, структуру и отдельные схемы. Материал группируется как раз вокруг четырех параграфов.

1. Система, основные свойства.

2. Структура системы.

3. Системный эффект.

4. Суть системного подхода.

Информационные процессы

1. Вариант классификации систем.

2. Естественные системы: примеры систем в живой и неживой природе.

3. Искусственные системы: примеры технической и общественной систем.

4. Примеры материальных связей в естественной и искусственной системах.

5. Примеры информационных связей в естественной и искусственной системах.

6. Управление.

7. Модель процесса управления.

8. Информационные процессы в системах.

Хранение информации

1. Носитель информации.

2. Факторы качества носителей информации.

3. Количественные характеристики современных носителей: CD и DVD.

4. Суть нанотехнологий в создании носителей информации.

Передача информации

1. Модель передачи информации по Шеннону.

2. Кодирование информации для передачи.

3. Пропускная способность канала связи, единицы измерения.

4. Идеи борьбы с шумом.

Опираясь на эти позиции, формирую 4 варианта вопросов. Поскольку пунктов по информационным процессам получилось с запасом, то в следующих четырех вариантах заменяю 2-й вопрос. Перед опросом даю 5 минут на повторение по учебнику.

Опрос по основным понятиям информационных процессов в системах

Вариант 001. Дайте ответы (пояснения) по каждому вопросу.

1. Что такое система? Укажите ее основные свойства.

2. Приведите вариант классификации систем.

3. Что такое носитель информации?

4. Изобразите модель передачи информации по Шеннону.

Вариант 010. Дайте ответы (пояснения) по каждому вопросу.

1. Что такое структура системы?

2. Естественные системы: приведите примеры систем живой и неживой природы.

3. Каковы факторы качества носителей информации?

4. Что такое кодирование информации при ее передаче?

Вариант 011. Дайте ответы (пояснения) по каждому вопросу.

1. Объясните смысл системного эффекта, приведите пример.

2. Искусственные системы: приведите по одному примеру технической и общественной систем.

3. Каковы количественные характеристики современных носителей: CD и DVD?

4. Что такое пропускная способность канала связи, каковы ее единицы измерения?

Вариант 100. Дайте ответы (пояснения) по каждому вопросу.

1. В чем состоит суть системного подхода?

2. Приведите примеры материальных связей в естественной и искусственной системах.

3. В чем заключается суть нанотехнологий при разработке носителей информации?

4. Назовите и поясните одну из главных идей борьбы с шумом на уровне передаваемой информации.

В итоге, конечно, определенный результат получен. Подучили, дочитали, запомнили, уточнили. Иногда встречается путаница в понимании состава системы и ее структуры: считают, что структура — это “то, из чего состоит система”.

Фиксируем вместе с детьми, что на текущий момент формы нашей работы включают в себя: освоение системы основных понятий курса, решение задач, подготовку и презентацию разделов теории или решений задач с помощью PowerPoint, что включает в себя и работу с Интернетом.

Далее мы переходим к теме “Обработка информации и алгоритмы”. Обсуждаем на основе учебника понятия: обработка информации (получение новой, изменение формы представления, структурирование, поиск), исполнитель обработки, алгоритм обработки, свойства алгоритма, алгоритмическая машина (Тьюринга, Поста). После этого начинаем знакомиться с машиной Поста.

Программную реализацию исполнителя “Машина Поста” авторы учебника рекомендуют получить по ссылке http://priklinfa.narod.ru/anti800.htm. Адрес указан в Практикуме, предлагаю детям либо самостоятельно скопировать программу по ссылке, либо скопировать ее в классе на свои носители.

Однако на следующем уроке выясняется, что особого энтузиазма по освоению нового материала не возникло. Более того, возникают вопросы: “А зачем она, т.е. машина Поста, нам нужна?” Хороший вопрос. Он возникает фактически у каждого поколения учеников, начинающих изучать материал, в котором не видна непосредственная практическая направленность. Зачем? Отвечаю. Однако каждый раз задумываюсь, все ли сказала, убедила ли? А как вы, коллеги, отвечаете на этот вопрос? Было бы очень интересно узнать ваше мнение. Ведь здесь нужны слова, обращенные не к учителю, которого надо побудить к использованию нового исполнителя, а к ученику, который хочет понять: “Зачем мне это нужно?”

На следующем уроке уточняю, кому удалось реально поработать с программой? Оказалось, что запустил программу и что-то попытался сделать только один человек. В таких ситуациях я обычно ориентируюсь на то, как подготовились к уроку сильные ученики. Если они не сделали задание, для меня это показатель: например, перегружены другими предметами, дала слишком объемное задание и пр. В этот раз отрицательный результат был предсказуем: материал необычен. Поэтому урок был сориентирован на объяснение основ и на решение простейших задач.

Знакомство с новым исполнителем проводим по хорошо знакомой схеме: среда, СКИ, ошибки типа “не могу”, т.е. недопустимые действия исполнителя. Поскольку не каждая программа и учебник содержит материал по машине Поста, то приведу объяснения полностью.

Среда исполнителя: бесконечная лента с ячейками, в которые может быть записана/не записана метка одного типа. То есть запись на ленту осуществляется с помощью двоичного алфавита. Чтение/запись производит головка (каретка), которая может передвигаться вдоль ленты.

СКИ машины Поста. Система содержит 6 команд, представленных в следующей таблице:

Ошибка типа “Не могу” возникает в случае попытки записи метки в ячейку с меткой, а также в случае попытки стирания метки в пустой ячейке.

Команды записываются точно по одной в каждой строке. Строки нумеруются.

Формат команды состоит из трех элементов и может быть представлен записью: N k M, где N — номер текущей строки (команды), k — обозначение самой команды, M — номер строки (команды), к которой необходимо перейти на следующем шаге. Например: 2 V 3 означает вторую строку алгоритма, с командой “записать метку в текущую ячейку” и переход к строке с номером 3.

Демонстрирую на экране папку с программой, вид файла запуска. Рассматриваем представление программой машины Поста и машины Тьюринга, о которой также идет речь в учебнике.

На рисунке видно, что команды можно вставлять из списка, что, конечно, удобно. Формат команды поддержан таблицей, в строки которой записываются команды. Программа имеет удобное окно для записи условия.

Разбираем как пример запись метки в текущую ячейку и выполнение этой программы. Учимся очищать ленту, таблицу или все элементы одновременно.

Демонстрирую возможность записи состояния ленты в память.

Далее раздаю каждому лист с условиями первых задач по теме. Здесь следует пояснить. Задачи, приведенные в учебнике, в практикуме, а также задачи, которые приводятся в книге², не дают так любимую мною “лесенку”, систему задач, помогающую уверенно идти от незнания к знанию. Поэтому, продолжая работу в этом направлении, составляю подобную последовательность заданий. Напомню, что идея подхода изложена в предшествующей публикации (№ 22/2008). За критерий сложности в этих задачах можно взять и количество необходимых команд, и количество проверок, являющихся аналогом проверки условия в ветвлении или цикле с условием.

Очевидно, что задачи, приведенные в параграфе, не слишком сложны, но требуют нескольких упражнений для освоения работы с машиной. А вот в пособии² первые две задачи как раз отвечают нашей цели, они просты. Берем их на вооружение, соотносим с другими задачами по трудности, все заносим в таблицу.

Разбираем устно первую задачу. Казалось бы — формат команды объяснен, но, пока не привыкли, в первый раз все оказывается не так просто: “1 V 2” воспринимается как “поставить 2 метки”; а “2 > 3” — сдвинуться вправо на 3 ячейки и т.д. Приходится проговаривать команды полностью. Просьба устно предсказать результат первой программы почти не дает верных результатов. Иногда правильные предложения поступают, но не очень уверенные.

Демонстрирую результат ошибочной программы на компьютере. Переходим ко второй задаче. Здесь останавливаюсь на порядке работы, которого прошу придерживаться в процессе работы с машиной Поста. На самом деле, конечно, это касается решения любых задач с помощью компьютера. Дети обычно с трудом воспринимают необходимость продумывания плана решения до его реализации на машине. Прошу их записать:

1. Идея решения, набросок, схема, алгоритм.

За компьютером:

2. Лента: заполнить ячейки по условию.

3. Лента: запомнить состояние.

4. Программа.

5. Отладка.

6. Результат.

Обращаю внимание и демонстрирую важность пункта 3. В процессе отладки возникнет необходимость возвращения к начальному состоянию ленты и повторному запуску программы. Поэтому важно запомнить ее начальное состояние.

Обсуждаем идею решения, проговариваем устно, начинаем писать алгоритм. Учимся записывать команду перехода: если в ячейке пусто, то перейти на первую из указанных строк, если ячейка заполнена, то на вторую. Разобрав вторую задачу совместными усилиями, ребята переходят к самостоятельному решению 2-, 3- и 5-й задач. В файл решения не сохраняем. Добиваюсь выполнения записи состояния ленты в память и считывания его из памяти. Работая за компьютером, дети устно дают пояснения к задачам 3 и 5: что делает данный алгоритм?

Надо сказать, что активность работы с задачами была очень высокой. Думаю, что это результат верно подобранных упражнений: когда у человека что-то получается, когда проблемы не слишком велики, то они преодолимы, с большой долей вероятности он выполнит задание. Решали, можно сказать, на ура, просили посмотреть на полученные решения наперебой. Только успевала отмечать успехи каждого. Чему конечно же я была очень рада :).

В чем состоит целесообразность работы с машиной Поста? С одной стороны, это средство, позволяющее обратиться к основам теории алгоритмов. Разнообразие исполнителей всегда идет на пользу усвоения основ алгоритмики и формирования алгоритмического мышления. Правда, говорить о его формировании в 10-м классе можно уже с определенной долей условности, но все-таки не будем скидывать этот момент со счетов. Кроме этого, реализация машины Поста позволяет, на мой взгляд, очень наглядно продемонстрировать работу алгоритмических конструкций: следования, ветвления, цикла. То, что могло остаться не усвоенным в 9-м классе, возможно, прояснится теперь. Поэтому раздел ЕГЭ, содержащий задания на проверку знаний по алгоритмизации и программированию, конечно, будет связан с успехами в освоении данного раздела. Безусловно, в процессе необычной записи команд параллельно тренируется и умение кодировать информацию.

Решению задач для машины Поста мы посвятим следующий урок, а в некоторых группах и еще один. Параллельно готовятся презентации по интереснейшим темам “Поиск информации” и “Защита информации”. Это последние темы первой половины учебного года.

Занимаясь темой обработки информации и решением задач для машины Поста, хотелось бы обсудить вопрос графического представления алгоритмов. В заданиях ЕГЭ есть задачи для определения значений переменных, представленные с помощью блок-схем. Обычно, видя блок-схемы, вспоминаю диаграммы Насси–Шнайдермана (“Информатика” № 3/2006) и сожалею, что эта форма записи не прижилась у нас в обучении информатике. После ознакомления с системой записи кода в Scratch (“Информатика” № 18/2008) появились дополнительные соображения относительно графической записи алгоритмов. К этому вопросу мы обратимся в следующей части.

Продолжение следует…