Данному образовательному сайту пришлось несколько раз менять свое имя. С 2011 года доступ к нему обеспечивается по URL
http://educomp.runnet.ru

emc.km.ru (2001-2007) ==> educomp.org.ru (2007-2011) ==> educomp.runnet.ru (2011-...)
Более подробно об истории сайта можно прочитать здесь.


Учебные модели компьютера



Модели (software):

"Е14" (parallel !!!)

Модели (hardware):






Награды сайта
Награды сайта

На главную страницу

Обсуждение результатов

Проанализируем теперь результаты, полученные в виде табл. 3, а также попробуем вывести из них некоторые практические рекомендации по структуре изучаемой содержательной линии. Попутно подчеркнем, что даже сама работа по составлению глоссария необычайно полезна для преподавателя: при выделении основных категорий курса и их связей приходится проводить тщательный анализ учебного материала и его систематизацию. Получившиеся данные позволяют планировать последовательность введения на занятиях новых понятий, более равномерно их распределять, а также более обоснованно организовывать повторение необходимого для изложения материала.

Начнем с анализа количества связей у объектов, поскольку оно косвенно характеризует значимость соответствующих понятий: если связей много, то понятие для курса важно и наоборот. Результаты для наиболее «связанных» терминов приведены в табл. 4. При ее анализе следует учитывать, что хотя абсолютные значения чисел вполне могут быть оспорены, в целом факт «много связей или мало» при аккуратном анализе не является субъективным.

Таблица 4
объектсвязей иих типов
кодирование данных135
software127
процессор125
система команд95
hardware84
контроллер83
теоретические основы82
ОЗУ74
регистры73
базовые принципы73

Важно обращать внимание и на последний столбец таблицы. Например, 8 связей для понятия «теоретические основы» имеют всего 2 типа, что скорее говорит о том, что этих основ много, чем свидетельствует о важности самого термина.

Теперь выпишем те понятия, которые связывают между собой разные части таблицы. Они также должны иметь для курса большое значение, поскольку служат своего рода связями между его разными темами. В связи с этим отметим следующие понятия:

  • программный принцип (программы и их исполнение, основной алгоритм процессора, некоторые регистры УУ);
  • данные (результат программной обработки, измерение объема, носители и кодирование; связь с содержательной линией «Информация»);
  • ROM BIOS (реализация процесса начальной загрузки, разновидность внутренней памяти, hardware со встроенным software, часть системной платы);
  • ОС, файловая система (относятся к программному обеспечению, управляют аппаратной частью, существенно связаны с внешней памятью, загружают программы и данные);
  • команда (является составной частью программы; состоит из тактов, от которых, в конечном счете, происходит термин тактовая частота; связана с основным алгоритмом работы процессора; различные виды команд образуют систему команд процессора, которая является важной его характеристикой);
  • байт (единица измерения информации, связана с ее хранением в ОЗУ и понятием разрядности; ячейка современной компьютерной памяти, имеющая адрес);
  • бит (единица информации, часть байта, связан с принципом дискретности, соответствует одной двоичной цифре, служит основой при конструировании аппаратных устройств).

Теперь обратим свое внимание на некоторые характерные «цепочки» понятий, что также позволит нам сделать некоторые выводы о взаимосвязях материала в курсе информатики.

Традиционно в компьютерные курсы обычно включается знакомство с двоичной системой. Пользуясь табл. 3, проследим, на что данные знания влияют. Получим следующую цепочку понятий: двоичная система – принцип двоичного кодирования – кодирование команд и данных – система команд, а также кодирование данных (чисел, текстов и т.д.) Таким образом, отчетливо видно, что если в изучаемом курсе не требуется рассматривать вопросы кодирования или расшифровки данных и не изучается система команд компьютера, то рассмотрение в таком курсе двоичной системы есть не более чем дань традициям.

Аналогичные выводы можно сделать и относительно необходимости включения в курс материала о логических элементах. Здесь отчетливо прослеживаются следующие связи: логические элементы, логические действия и алгебра логики, логические схемы, функциональные узлы и блоки. Опять-таки прямых выходов на пользовательскую информатику и ИКТ не получается, что снова приводит к «отчуждению» материала. В то же время, если отойти от принципа черного ящика (т.е. не исключать из рассмотрения базовые принципы устройства компьютера) существует весьма наглядный и простой способ связного изложения материала от отдельных логических элементов к логическим узлам (триггер, одноразрядный сумматор), устройствам (регистр, сумматор) и функциональным узлам (АЛУ, УУ). Вариант такого построения материала продемонстрирован в недавно опубликованной «Энциклопедии учителя информатики» под редакцией И.Г.Семакина [21] в статье «Логические элементы и узлы» раздела III.

Можно применить построенный тезаурус и при оценке содержания учебного курса с других позиций. Многие пользовательские курсы базируются исключительно на основе изучения программного обеспечения. Что мы потеряем, если примем на вооружение такой подход? Из табл. 3 немедленно виден круг вопросов, где знания будут как минимум поверхностными: управление аппаратной частью компьютера с помощью ОС, вопросы, связанные с загрузкой, работа с файловой системой, представление данных.

Отметим также еще некоторые интересные группы связанных понятий, на которые не всегда обращают внимание при построении и изложении школьного курса. В частности это группа понятий: программа (software), команда, такт, система команд, арифметические, логические и прочие операции, адресация операндов команд в памяти, основной алгоритм процессора, его регистры. Другой пример: внешняя память, носители, файловая система, блочная запись, контроллер, емкость носителей, хранение программ и данных, их загрузка. Возможно, к приведенному перечню стоит добавить, что необходимость загрузки программ для исполнения в ОЗУ обусловлена именно блочным характером хранения информации на дисках и доступа к ней – именно по этой причине исполнить программу непосредственно с диска принципиально невозможно.

Приведенные выше выводы получены непосредственно из анализа глоссария, представленного в табл. 3. Несколько условно это можно назвать анализом низкого уровня. Если же сгруппировать термины таблицы в некоторые характерные темы, то объем информации уменьшится, и ее представление можно сделать более наглядным. Правда, справедливости ради следует заметить, что из-за подобной группировки результаты могут получиться более субъективными.

Применим сформулированный метод к имеющемуся у нас глоссарию. Результат группировки может выглядеть так, как показано в табл. 5.

Таблица 5
N/NСодержаниеСвязи
 информационные процессы в компьютере, применение, техника безопасности, социальные аспектыне рассматривались
1виды ПО [в т.ч. сетевые], пользовательский интерфейс2, 5, 6, 10, 14
2понятие о данных и носителях1, 4, 9, 11
3конструкция компьютера, соединение устройств и характеристики6, 7
4разрядность, слово, бит, байт, единицы измерения2, 9, 11, 14
5история ЭВМ, поколения (в т.ч. элементная база)1, 13
6базовые принципы, исполнение программы, функциональные блоки1, 3, 7, 8, 9, 13, 14
7взаимодействие блоков, шины и интерфейсы, протоколы [в т.ч. сети]3, 6, 10, 14
8процессор, его характеристики, система команд и регистры6, 12, 13, 14
9устройство внешней и внутренней памяти2, 4, 6, 10, 12, 14
10управление ОС аппаратной частью, файловая система, загрузка1, 7, 9
11представление данных2, 4, 12, 14
12теория: системы счисления, дискретность, кодирование, алгебра логики, двоичная арифметика8, 9, 11, 13, 14
13логические элементы, схемы (напр., триггер) и узлы (напр., регистр)5, 6, 8, 12
14учебная модель компьютера (Кроха, Нейман, Малютка и др.)1, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 12

В таблице приведены наиболее важные темы и их взаимосвязи. Подчеркнем, что для уменьшения субъективности группировки, табл. 5 внимательно сравнивалась с развернутым описанием соответствующей содержательной линии в [3]. Прокомментируем содержание таблицы.

Спешу объяснить, что исключение из рассмотрения информационных процессов, объявленных центральной идеей в школьном Стандарте информатики [2,3], связано не с «идеологическими», а с чисто техническими соображениями. Дело в том, что для корректного отражения данной темы, имеющийся в нашем распоряжении тезаурус потребуется расширить, включив основные категории линии «Информация и информационные процессы» – как следует из приведенного выше описания метода, для указания связей необходимо иметь все необходимые для них объекты. Таким образом, отражение данного аспекта темы автор посчитал выходящим слишком далеко за рамки принятой постановки задачи и поэтому не рассматривал.

Все остальные чисто описательные вопросы, перечисленные в первой строке таблицы, также были исключены из рассмотрения по аналогичным причинам.

Заметив дополнительно, что последняя строка таблицы будет обсуждаться в отдельном разделе, перейдем к рассмотрению остальных результатов табл. 5.

Начнем с того, что разобьем строки таблицы по содержанию материала на три уровня:

  • уровень A (строки 1-5) – наиболее близкие к практике вопросы, образующие типичное ядро (поверхностного) пользовательского курса;
  • уровень B (строки 6-11, выделенные серым фоном) – базовые, наиболее стабильные и неизменные, представления об устройстве компьютера, изложенные в доступной школьникам форме;
  • уровень C (строки 12-13) – теоретические принципы и детали.

Анализ связей между вопросами курса всех трех уровней станет гораздо удобнее, если представить его в графическом виде (см. рис. 2).

структура курса

Рис. 2

Рисунок отчетливо демонстрирует, что уровни A и C не имеют непосредственных связей, за исключением 5-13. Последняя соответствует тому второстепенному факту, что и поколения ЭВМ, и логические элементы имеют элементную базу. Учитывая, что из-за большой «задержки» в появлении ЭВМ очередного (пятого) поколения из многих учебников последнего времени вопрос этот незаметно исчезает, мы также можем пренебречь этой связью.

Итак, из рис. 2 отчетливо видно, что попытки добавлять к пользовательскому курсу (уровень A) фундаментальные темы типа двоичной системы счисления или алгебры логики (уровень C) приводят к появлению двух абсолютно независимых частей курса. В то же время, как только мы добавляем к курсу уровень B (функциональное устройство компьютера), внутренняя связность курса немедленно восстанавливается. По мнению автора, значение материала данного уровня в современном курсе информатики существенно недооценивается.

Если дополнительно вспомнить уже сформулированный ранее вывод, что чисто пользовательскому курсу недостает вопросов об ОС, файловой системе и загрузке (обозначение 10 на рис. 2), то и в этом случае немедленно возникает потребность в вопросах группы 7 и 9. Таким образом мы опять приходим к соответствующим представлениям о функциональных блоках компьютера и их взаимодействии.

Аналогичная ситуация имеет место и для представления данных (2,4 – 9,11 – 12).

Завершая обсуждение рис. 2 особо подчеркнем, что не стоит путать конструктивное устройство компьютера (системный блок, материнская плата и т.п. описание типовой настольной версии изготовления компьютера IBM PC – на рисунке это блок 3) с функциональным устройством компьютера (уровень B), не зависящим от конкретной марки и заводского исполнения компьютера. При всей очевидности, в большом числе методических работ одно подменяет другое: тезис, цитирую: «Основные устройства компьютера: системный блок, устройства вывода информации, устройства ввода информации», приводимый в таких работах, является примитивным и ограниченным даже для школьника. Подмена уровня B блоком 3 не только резко нарушает целостность курса, но и делает его изменчивым во времени. В частности, конструктивное исполнение меняется постоянно – ноутбуки, «наладонники» и т.д., в то время как функциональная структура современного компьютера «на уровне познаний школьника» не противоречит классической статье [4], английский оригинал которой был написан на заре вычислительной техники в 1946 году.


На главную страницу


© Е.А.Еремин, 2008
Публикация:
Еремин Е.А. Анализ содержательной линии "Компьютер" курса информатики с применением компьютерных средств представления знаний. "Информатика", 2008, N 9, с.8-18.


Автор сайта - Евгений Александрович Еремин (Пермский государственный педагогический университет). e_eremin@yahoo.com