4.2. Особливості вивчення інформаційної системи

Аналіз існуючих програм, навчальних посібників з інформатики для школи свідчить, що практично у всіх наявний розділ, в якому об'єктом вивчення є комп'ютер, однак кожний з них має різні назви, найбільш поширені "Пристрої ЕОМ", "Архітектура ЕОМ" або "Принципи будови і робота ШМЛ

Незважаючи на різні назви, розділ фактично має однаковий зміст. Він або мас абстрактну теоретичну спрямованість, або суто практичну.

У зв'язку з цим деякі вчителі або виключають цей розділ з курсу інформатики, обмежуючись лише вивченням призначеного для користувача аспекту інформатики і основ програмування, або вивчають лише короткі теоретичні відомості про структуру комп'ютера.

Незважаючи на це, необхідність вивчення даного розділу в школі залишається. Учням треба знати, як користуватися комп'ютером, як його організовано і які принципи його конструювання. Йдеться про те, що учні повинні бути орієнтовані і як майбутні користувачі комп'ютера, і як люди, які в майбутньому можуть обрати професію, пов'язану із створенням, виробництвом та обслуговуванням інформаційних систем.

З відомостями про комп'ютер пов'язана одна із змістових ліній курсу інформатики. При вивченні більшості тем курсу учні матимуть справу з комп'ютером, поглиблюючи свої уявлення про його будову, можливості використання, розвиваючи власні навички роботи на комп'ютері. Опанування змістовою лінією ''Комп'ютер'⁷ відбувається за двома напрямами:

• теоретичне вивчення будови, принципів функціонування і зберігання даних (повідомлень) в комп'ютері;

• практичне опанування комп'ютера; одержання навичок застосування комп'ютера для виконання різних видів роботи з повідомленнями різноманітного характеру (програми, дані, музичні записи, тексти, графічні зображення та ін.).

Сформулюємо основні цілі вивчення цього розділу в школі:

• сформувати у учнів поїїяття: комп'ютер, інформаційна система, суттєві ознаки комп'ютера, програмні і апаратні складові інформаційної системи, архітектура комп'ютера, принципи функціонування комп'ютера, комп'ютерна мережа, канат зв'язку, сервер, робоча станція познайомитися з архітектурою конкретного комп'ютера і основними принципами роботи ЕОМ при опрацюванні повідомлень,

У курсі інформатики будова комп'ютера вивчається на рівні його архітектури. Під архітектурою мається на увазі опис будови і принципів роботи комп'ютера без подробиць технічного характеру (електронних схем, конструктивних деталей та ін.). Опис архітектури - це уявлення про комп'ютер, якого достатньо для людини, що працює за комп'ютером, але не конструює чи не ремонтує його.

Для того, щоб учні розуміли, що комп'ютер використовується не тільки для виконання різного роду обчислень, а і для опрацювання повідомлень різних типів, слід крім поняття комп'ютера ввести також поняття інформаційної системи. Однак при систематизації знань доцільно спочатку говорити про комп'ютер, а потім послідовно з відповідними обґрунтуваннями переходити до поняття інформаційної системи.

Процес формування поняття комп'ютера доцільно поділити на такі основні етапи, в кожному з яких вирішуються свої завдання:

1. Початкове ознайомлення з поняттям комп'ютера.

2. Вивчення функціональної структури комп'ютера, призначення основних пристроїв, формування уявлень про принципи їх дії, принципи збереження, введення і виведення інформації.

3. Робота на персональному комп'ютері. Техніка безпеки при роботі з комп'ютером.

4. Основні принципи функціонування комп'ютера.

5. Вивчення основних галузей застосування комп'ютера.

6. Початкове ознайомлення з поняттям локальних і глобальних комп'ютерних мереж.

На першому етапі необхідно систематизувати та узагальнити знання учнів про комп'ютер, які вони одержали з різних інформаційних джерел. Практика свідчить, що учні мають різні уявлення про комп'ютер і ці уявлення потребують узагальнення і систематизації.

При формуванні уявлень про комп'ютер слід виходити з того, що вони повинні бути зв'язаними з поняттями інформації і алгоритму. Саме на цьому етапі вже з самого початку с можливість з єднати воєдино три основних поняття курсу - інформація, алгоритм, комп'ютер.

Основний метод цього етапу - бесіда, побудована на частково-пошуковій основі та яка спирається на асоціативне мислення учнів, що активізується при порівняння комп'ютера з будь-яким пристроєм, призначеним для опрацювання деякої сировини, наприклад, м'ясорубки.

На перший погляд це зовсім незрівнянні речі, але, з іншого боку, порівняння саме з побутовим пристроєм, призначеним для опрацювання деякої сировини чи продуктів харчування, дозволить, спираючись на асоціативне мислення учнів, знайти разом з учнями суттєві ознаки комп'ютера.

Бесіда дозволяє учням самостійно дати описове означення та визначити суттєві ознаки комп'ютера. Практика свідчить, що поггяття комп'ютера при цьому засвоюється свідомо і учні легко та вільно пояснюють його функціональне призначення, вказують пристрої, без наявності яких комп'ютер не може працювати правильно.

Важливо при цьому формування свідомого використання поняття комп'ютер, для чого доцільним стає виділення суттєвих ознак компьютера:

1. Комп'ютер - досить складний електронний пристрій, що складається з деякої сукупності взаємозв'язаних і взаємодію цих електронних пристроїв, кожний з яких виконує свої функції, тобто комп'ютер - це система пристроїв (вже тут на інтуїтивному рівні вводиться поняття системи).

2. Комп'ютер призначений для автоматичного, без втручання людини, з великою швидкістю опрацювання повідомлень зазаздалегідь введеними до його запам'ятовуючих пристроїв правилами, сукупність яких називають програмою.

3. Комп'ютер "може" опрацьовувати різні (але не будь-які)повідомлення, які надходять через відповідні пристрої введення (втому числі і з мережі), що перетворюють повідомлення на сукупність електричних сигналів, які відповідно фіксуються в пам'яті комп'ютера.

4. Комп'ютер "може" запам'ятовувати в спеціальних запам'ятовуючих пристроях (зовнішніх та внутрішніх) як вхідні повідомлення, так і повідомлення, що одержуються після опрацювання.

Опрацьовані повідомлення комп'ютер "може" видавати в різній формі через відповідні пристрої виведення у вигляді рисунків, графіків, текстів, електричних сигналів, звукових повідомлень та ін

6. Комп'ютер "може" працювати лише за правилами (програмами), які заздалегідь були розроблені та введені до запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера людиною.

Слід підкреслити, що на цьому етапі не слід намагатися означувати поняття програми. Воно також вводиться на інтуїтивному рівні та не викликає у учнів запитань щодо його сутності. Справа в тому, що слово "програма" часто зустрічається в життєвому оточенні учнів: програма концерту, змагань, телепередач, вечора тощо. Синонім цього слова, який допомагає вчителю дати йому описове означення - сукупність правил, порядок дій.

Виділені основні суттєві ознаки комп'ютера дозволяють швидко і чітко визначити призначення основних пристроїв комп'ютера, скласти уявлення про сфери застосування комп'ютера, про різні типи комп'ютерів, про доцільність використання того чи іншого типу комп'ютера залежно від кола задач, які розв'язуються з його допомогою та від умов, за яких він експлуатується.

Учні повинні засвоїти, що:

1. за допомогою комп'ютера можна опрацьовувати такі види повідомлень: символьні, числові, графічні, звукові;

2. будь-яка інформація в пам'яті комп'ютера подається у вигляді двійкового коду.

При цьому не потрібно вводити правила опрацювання двійкових кодів повідомлень та пропонувати учням вивчення алгоритмів переведення чисел із двійкової системи в шістнадцяткову (або десяткову) ї навпаки, двійкових кодів літер і т.п. Цей матеріал на сучасному етапі розвитку комп'ютерної техніки не є практично значущим та світоглядним. Той факт, що тема "Двійкова система числення" до цього часу лишається в деяких шкільних підручниках для базової школи, слід вважати консервативними поглядами на добір змісту для вивчення.

Важливо підкреслити факт швидкого розвитку апаратної і програмної складових комп'ютера та факт, що з часом технічні характеристики комп'ютера постійно продовжують удосконалюватися, що приводить до розширення можливостей його використання при опрацюванні різних повідомлень - текстових, графічних, звукових та ін. Саме тому з наукової точки зору такий пристрій (разом з відповідним програмним забезпеченням та наборами даних) правильно називати не обчислювальною системою, а системою для опрацювання інформації, тобто інформаційною системою.

Важливо розуміння учнями того факту, що сучасний комп'ютер являє собою триєдину систему, яка складається з апаратної частини, програмної і інформаційної частин {програми + дані) та має відповідні ресурси.

Сучасний комп'ютер доступний практично кожному. Ця доступність обумовлена тим, що комп'ютер оснащений потужним програмним забезпеченням. Якщо користувачеві необхідно виконати деяку роботу на комп'ютері, то він повинен знайти потрібну для розв'язування таких задач програму із програмного забезпечення, опрацювати за її допомогою потрібні дані, отримати результати та проаналізувати їх. Таким чином, використання комп'ютера людиною відбувається за схемою: Задача - добір та ініціалізація програми - опрацювання вхідних даних - аналіз отриманих результатів.

Термін задача приймається в цьому контексті в широкому розумінні та означає будь-яку інформаційну потребу користувача, яку можна задовольнити за допомогою комп'ютера: створити текстовий документ, підготувати ілюстрацію, виконати обчислення, отримати довідку, прийняти та відправити пошту та ін.

Вважливо надалі протягом всього курсу інформатики звертати увагу на те, щоб учні чітко розуміли, за допомогою яких програмних засобів які інформаційні задачі можна розв'язувати і за допомогою яких такі задачі можна розв'язувати ефективніше (швидше, якісніше, точніше тощо). При цьому учні повинні навчитися відрізняти задачі, які можна розв'язати за допомогою послуг операційної системи, від задач, для розв'язування яких потрібно скористатися прикладними програмами загального чи конкретного (спеціального) призначення.

Крім того, суттєво розуміння поняття інформаційної частини (програм і даних, які опрацьовуються на комп'ютері за допомогою обраної користувачем програми І які необхідно звідкись "взята").

Вивчення правил роботи на комп'ютері проводиться паралельно з вивченням основного матеріалу. При цьому навчання роботи на комп'ютері проходить ряд етапів.

Перш за все відбувається ознайомлення з правилами техніки безпеки при роботі з комп'ютером. На перших уроках доцільно дозволити учням лише доступ до клавіатури та мишки. Навчати їх користуванню будь-якими іншими засобами управління комп'ютером на цьому етапі не слід. Вчитель повинен самостійно підготувати комп'ютер до роботи, завантажити необхідне програмне забезпечення для організації навчальної діяльності, підготувати всі пристрої машин до роботи і лише після цього запропонувати учням почати роботу з комп'ютером. Те саме стосується і закінчення робота - після виконання учнями всіх вправ учитель сам вимикає пристрої комп'ютера. Якщо ж все необхідне програмне забезпечення знаходиться в постійній пам'яті комп'ютера, тоді після вивчення правил техніки безпеки вчитель може дозволити учням самим ввімкнути живлення комп'ютера.

Дія вивчення призначення клавіш клавіатури слід використовувати клавіатурний тренажер.

На наступному етапі ознайомлення з роботою комп'ютера учні навчаються розуміти повідомлення операційної системи, правильно на них реагувати, вводити програму до запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера, запускати на виконання програму, аналізувати одержані результати. Далі в процесі виконання практичних і лабораторних робіт учні закріплюють навички роботи з комп'ютером, його периферійними пристроями та комп'ютерною мережею.

Серед питань, які пов'язані з вивченням апаратури комп'ютера, пристроїв та принципів дії комп'ютера, можна виділити чотири основні групи:

1. Структура комп'ютера (на рівні структурної функціональної схеми машини) і функції та призначення її основних пристроїв.

2. Принципи взаємодії апаратної і програмної складових комп’ютера.

3. Фізичні основи функціонування основних елементів комп'ютера.(Фізичні основи будови і дії комп'ютера більш глибоко повинні вивчатися на уроках фізики).

4. Арифметико-логічні основи будови і дії комп'ютера.

При обговоренні призначення основних складових апаратури комп'ютера, їх зовнішнього вигляду, призначення та функцій, доцільно спиратися на наочну схему інформаційної системи, мета використання якої - систематизація знань.

Вивчення основних понять інформаційної системи доцільно будувати циклічно, коли формуються лише найзагальніші уявлення про об'єкт вивчення, з часом дещо уточнюють його характеристики (чи ознаки поняття, якщо йдеться про його формування), далі (можливо в наступних класах чи при вивченні інших навчальних предметів) ці уточнення стають ще детальнішими, і нарешті у кожного учня буде сформоване своє власне бачення об'єкта вивчення, оскільки з одержаних повідомлень кожен учень здобуває свою інформацію (таким чином інформація, яку несе повідомлення.

виявляється суб'єктно залежною). Такий підхід до формування знань дещо нагадує метод послідовних уточнень при розробці алгоритмів і програм і взагалі структуризацію знань, понять та ін.

Особливо складними для учнів при вивченні цієї теми с питання, що стосуються функціональної схеми роботи комп'ютера, магістрально-модульного принципу та інших принципів функціонування пристроїв комп'ютера.

Для досить ефективного використання комп'ютера в навчально-пізнавальній діяльності та різних видах виробничої діяльності немає потреби детально роз'яснювати принципи будови і дії пристроїв комп'ютера. Пересічному користувачеві досить знати, що до складу сучасного комп'ютера входить системний блок та пристрої введення/виведення, що під'єднуються до системного блоку. Окрім того, в спеціальні роз'єми (слоти) на системній (материнський) платі можуть встановлюватися контролери (спеціальні мікросхеми) додаткових периферійних пристроїв (внутрішній модем, сканер, плотер, дігітайзер та ін.), до яких за допомогою кабелю під'єднуються відповідні зовнішні пристрої. Таким чином під'єднання нових пристроїв (модулів) комп'ютера не викликає особливих принципових ускладнень та розширює його функціональні можливості.

Різні пристрої комп'ютера пов'язані між собою каналами передавання послідовностей сигналів (кодів команд і даних) - в цьому випадку проводиться етап пропедевтики поняття каналу зв'язку, який може зв'язувати між собою різні комп'ютери в локальних і глобальних мережах. Суто світоглядними важливими для розуміння процесів, що відбуваються при опрацюванні кодів повідомлень, є знання про те, що із зовнішнього світу повідомлення (дані і програми) надходять до комп'ютера через пристрої введення до внутрішньої пам'яті. Якщо необхідно повідомлення зберігати протягом тривалого часу, то із внутрішньої пам'яті вони переписуються до зовнішньої. Опрацювання кодів повідомлень здійснюється процесором при неперервному двосторонньому зв'язку з внутрішньою пам'яттю, звідки вибираються вхідні дані, туди ж розміщуються результати опрацювання,

Важливо звернути увагу учнів на основні принципи функціонування комп'ютера, який має фон-нейманівську архітектуру: , 1. Принцип двійкового кодування даних і програм:

повідомлення будь-якого типу та програми в оперативному

запам'ятовуючому пристрої подаються за допомогою двійкових кодів

- впорядкованих наборів нулів та одиниць.

2. Принцип програмного управління полягає в тому, що всі арифметико-логічні та управляючі операції в комп'ютері здійснюються за програмами, які зберігаються в оперативному запам'ятовуючому пристрої.

3. Принцип адресності полягає в тому, що дані та програми знаходяться в окремих полях простору для зберігання кодів повідомлень (комірках, регістрах) в оперативному запам'ятовуючому пристрої, кожне з яких має свою адресу - місце його знаходження в загальному просторі для зберігання кодів повідомлень (внутрішньої "пам'яті"). При опрацюванні кодів повідомлень процесор вибирає дані та програми із пам'яті за конкретними адресами їх знаходження. Ці адреси пересилаються до процесора через спеціальну шину адрес, а дані спрямовуються до запам'ятовуючого пристрою або до процесора через шину даних. Управляючі сигнали надходять від процесора до периферійних пристроїв та запам'ятовуючих пристроїв через шину управління.

4. Магістрально-модульний принцип, який полягає в тому, що до інформаційної магістралі комп'ютера (шини даних) можуть під'єднуватися додаткові периферійні пристрої, одні моделі пристроїв можуть замінюватися на інші. Можливе збільшення внутрішньої пам'яті, заміна мікропроцесора на більш потужний.

Заслуговує на особливу увагу модульний принцип будови комп'ютера, який дозволяє користувачеві самому комплектувати потрібну йому конфігурацію комп'ютера і проводити при необхідності його модернізацію. Цей принцип ще називають принципом відкритої архітектури.

Практичну значущість має ознайомлювальний матеріал про різні типи комп'ютерів, можливості їх використання та сфери застосування. Від правильного вибору методів для ознайомлення з цим матеріалом залежить успіх вирішення завдань підвищення мотивації до вивчення змісту курсу. До проведення уроків з теми ''Основні галузі застосування комп'ютера" доцільно готуватися практично на кожному уроці: кілька хвилин кожного уроку з інформатики можуть бути присвячені питанням історії створення комп'ютерів та різним галузям їх застосування.

Необхідно зазначити, що такий підхід до вивчення поняття інформаційної системи дає можливість значно підвищити пізнавальну активність та інтерес учнів до інформатики, що в свою чергу впливає на ефективність засвоєння основних понять інформатики та досягнення цілей навчання з використанням комп'ютерно-орієнтованих дидактичних систем .

Слід відмітити, що знання історії створення комп'ютера, дат та прізвищ не є обов'язковими, але разом з тим вони сприяють формуванню загального рівня культури, головне завдання при ознайомленні учнів з основними поняттями теми - формування уявлень та знань про те, що при зміні апаратної складової основні принципи функціонування комп'ютера залишаються незмінними. Важливо також, щоб учні розуміли вплив науково-технічного прогресу на діяльність людини. Також слід відзначити роль вітчизняних вчених у розвитку обчислювальної техніки в світі, а вона неперевершена. На жаль в шкільних підручниках з інформатики майже відсутня пізнавальна інформація про С.О.Лєбедева, В.М. Глушкова та ін.

Логічним завершенням вивчення цієї теми на сучасному етапі розвитку інформаційного суспільства є ознайомлення з поняттями комп'ютерної мережі, оскільки значна кількість сучасних інформаційних технологій заснована на використанні комп'ютерних мереж. Важливими для розуміння впливу соціальних запитів суспільства на розвиток комп'ютерних технологій є знання про те, що першопричиною створення комп'ютерних мереж послужило бажання економити ресурси. З поняттям ресурси також відбувається ознайомлення учнів поетапно - спочатку на інтуїтивному рівні, а потім більш глибоко стосовно об'єкту, що вивчається.

Очевидно, що цей матеріал є світоглядним, саме тому він має особливе значення. Методика ознайомлення учнів з основними поняттями цієї теми описана в роботах [191, 194-196].