В программе непрерывного курса информатики для средней школы (14), А.Л.Семенов и Н.Д.Угринович предлагают 7 профильных курсов для углубленного изучения информатики в старшем звене школы (10-11 классы):
1) Архитектура компьютера и операционная система;
2) Арифметические и логические основы компьютера;
3) Алгоритмизация и языки программирования;
4) Решение задач на компьютере;
5) Обработка текстов и издательская деятельность на компьютере;
6) Основы технологии мультимедиа;
7) Компьютерные телекоммуникационные сети.
Отметим положительный момент выделения широкого спектра профильных курсов. Подчеркнем также, что ориентация на углубленное изучение не всегда оправдана в определении содержания профильной дифференциации обучения. Кроме того, предложенные здесь критерии выделения профилей носят различный характер, недостаточно систематизированы.
В.Г.Мануйлов (9) разработал программу курса "Основы информационных технологий", ориентированную на подготовку школьников, обучающихся в классах с экономической ориентацией. Курс разбит на 2 части: "Введение в информационные технологии" и "Информационные технологии для экономистов".
И.Ю.Степанова (20) предлагает программу спецкурса "Элементы языка Пролог", для успешного изучения которого учащиеся должны обладать математическими навыками оперирования с алгебраическими объектами и знать аксиоматику школьного курса геометрии.
В профильной дифференциации обучения информатике важнейшее значение имеют 2 принципа:
-принцип "бинарного вхождения" образовательной области в содержание общего среднего образования, обоснованной В.С.Ледневым;
-принцип дифференциации содержания образования по его ведущей педагогической функции.
В соответствии с принципом "двойного вхождения" образовательной области в содержание общего среднего образования, образовательная область отражается в содержании образования, с одной стороны, как объект изучения, с другой стороны, как некоторый аспект изучения всей окружающей действительности. К примеру, информатика представлена в содержании школьного образования, как учебный предмет, и отражена, как принцип "информатизации образования".
Следуя этой позиции, можно выделить принцип дифференциации по критерию "фундаментальных" и "прикладных" (для информатики – "пользовательских") профильных курсов.
К такому же делению мы приходим, если попытаемся дифференцировать их по другому критерию – ведущей педагогической функции. Тогда для "фундаментальных" курсов в качестве ведущей функции следует назвать формирование научного мировоззрения или, как принято говорить, "научной картины мира", а для "прикладных" – подготовку к практической деятельности, труду.
Как же "профилируются" (дифференцируются по содержанию) профильные курсы информатики "фундаментального" направления?
Направления их профилизации определяются применительно к предметным областям, являющимися ведущими для каждого конкретного направления специализации обучения в школе (классе).
Иначе говоря, если взять основные направления специализации школы по предметным областям: математика, информатика, естествознание, история и социальные науки, языки, то для каждого из них необходим свой профильный курс информатики. В каждом из таких курсов углубленно изучается тот раздел информатики, предмет которого пересекается с предметом науки, являющейся ведущей, определяющей направленность специализации образования в данной школе (классе).
Например, в классах математической специализации может быть предложен курс "Вычислительная математика (численные методы) и программирование" (С.А.Жданов, Э.И.Кузнецов, М.П.Лапчик и др.). Для школ и классов естественнонаучной специализации – курс "Информационное моделирование" (В.К.Белошапка), "Компьютерные методы обработки данных научных экспериментов" и т.д. При гуманитарной специализации это может быть курс "Информатика и информационные технологии" (С.Л.Бешенков и др.).
Основная задача курсов такого типа – развитие научных представлений, формирование научного мировоззрения, обогащение изучения основ других фундаментальных наук методами научного познания, привнесенными или развитыми информатикой.
Профильные курсы информатики другого типа – прикладные (или "пользовательские") дифференцируются не по предметным областям, а по критерию вида информационной деятельности. Основное назначение таких курсов – формирование (развитие) навыков использования методов и средств НИТ в разных областях.
Глава II. Прикладной профильный курс «Новые информационные технологии»
В предыдущей главе были рассмотрены принципы дифференциации содержания обучения информатике на старшей ступени школы. Были обоснованы два основных принципа дифференциации, в соответствии с которыми выделены профильные курсы фундаментальной и прикладной направленности.
Профильный курс в 10-11 классах – продолжение подготовки по информатике и смежным областям, где требуются более специальные знания. Он отмечается значительной широтой, максимальным использованием меж предметных связей информатики. Учащиеся приобщаются к вычислительной технике, у них вырабатываются навыки систематического использования вычислительной техники в повседневной деятельности. Компьютер из объекта познания переходит в раздел инструментов познания, инструмент для самореализации учащихся.
Во второй главе рассмотрим подход к разработке содержания прикладного профильного курса «Новые информационные технологии».
§1. Курс «Новые информационные технологии» для
специализированных классов
Потребность в математических расчетах по-прежнему велика в нашем обществе, идущем сквозь тернии к рыночной экономике. Миллионам людей приходится вести математические расчеты. Не говоря уж об учебе, ни одна серьезная разработка в любой отрасли науки и производства не обходится без трудоемких математических расчетов. Для облегчения таких расчетов были созданы мощные, универсальные интегрированные системы (пакеты прикладных программ). Под пакетом прикладных программ следует понимать комплекс взаимосвязанных прикладных программ и системных средств, позволяющих решать некоторый класс задач. Такое понимание пакета позволяет охватить достаточно широкий круг программных разработок, имеющих своей целью повышение уровня прикладной квалификации вычислительной машины путем совместного использования прикладных и системных программ.
В настоящее время существует немалое количество математических пакетов. Наиболее распространенные из них – это Mathcad, Matlab, Derive, Eureka, Mathematika, Maple. Данные пакеты многофункциональны.
Например, интегрированная система автоматизации математических, физических, химических, электро- и радиохимических и прочих научно-технических расчетов «Eureka» позволяет:
- выполнить типовые математические и экономические расчеты;
- вычислять производные и интегралы;
- решать системы уравнений;
- искать экстремумы;
- выводить данные в табличной форме;
- строить по выбору график одной из функций;
- работать с комплексными числами.
«Eureka» также интегрирует в одной системе редактор для подготовки файлов, вычислитель, верификатор, проверяющий правильность вычислений, генератор отчетов, простой графопостроитель. Данный пакет работает в многооконной оболочке, позволяющей одновременно наблюдать описание решаемой задачи, результаты вычислений и их проверки, готовить отчет о работе и график выбранной функции.
Математический пакет «Derive» является системой символьной математики, т.е. позволяет производить символьные вычисления. Пакет обладает богатыми графическими возможностями. Задания и результаты вычислений представлены на экране в привычной математической записи. Интерфейс системы прост, но исключительно удобен для пользователя. Пакет можно эффективно использовать при решении широкого круга математических задач от планиметрии до теории вероятностей и статистики, а также производить финансовые расчеты.
«Derive» имеет несколько десятков встроенных функций:
- элементарные и специальные функции;
- действия с комплексными числами;
- решение задач математического анализа: отыскание пределов функций, производных, определенных и неопределенных интегралов, конечных сумм и сумм числовых рядов, бесконечных произведений;
- операции векторной алгебры;
- действия с матрицами, вычисление обратной матрицы, собственных значений матрицы.
«Derive» имеет библиотеку функций-утилит, предназначенных для решения специальных задач, есть возможность пополнения библиотеки функциями пользователя.
«Matlab» является одной из старейших и проработавших систем автоматизации автоматических расчетов. Она была разработана С.В.Молером и с конца 70-х годов широко использовалась на больших ЭВМ. Система Matlab оказала большое внимание на разработку ряда пакетов для выполнения матричных операций, расчета систем управления, в свою очередь, вобрав в себя лучшие из средств, накопленных за более чем 30-летнюю историю развития матричных методов вычислений на ЭВМ.
«Matlab» - расширяемая система, и ее можно легко приспособить к решению нужных классов задач. Возможности ее весьма обширны, по скорости выполнения задач система не уступает многим другим подобным системам.
Своим названием (MATrixLABoratory – «матричная лаборатория») система «Matlab» обязана ориентации на матричные и векторные вычисления. Она выполняет операции над векторами и матрицами даже в режиме простых вычислений без какого-либо программирования.