Методика вивчення поняття інформаційної системи Питання

1. 
   Початкове ознайомлення з комп'ютером
   
2. 
   Апаратна складова інформаційної системи
   
3. 
   Принципи функціонування комп'ютера
   
4. 
   Комп’ютерні мережі.
   

Аналіз чинних програм, навчальних посібників з інформатики для школи свідчить, що практично в усіх наявний розділ, у якому об'єктом вивчення є комп'ютер, однак кожний з них має різні назви, найбільш поширені «Пристрої ЕОМ», «Архітектура ЕОМ» або «Принципи будо­ви і роботи ЕОМ».

Однак, незважаючи на різні назви, розділ фактично має однаковий зміст. Він має або абстрактну теоретичну спрямованість, або суто прак­тичну. Необхідність вивчення даного розділу в сучасній 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 зі створенням, виробництвом та обслуговуванням перетворювачів інформації.

Із відомостями про комп'ютер пов'язана одна із змістових ліній кур­су інформатики. Під час вивчення більшості тем курсу учні матимуть справу з комп'ютером, поглиблюватимуть свої знання про його будову, можливості використання, розвиватимуть власні навички роботи на комп'ютері. Опанування змістовою лінією «Комп'ютер» відбувається за двома напрямами:

• 
  теоретичне вивчення будови, принципів функціонування і орга­нізації даних у комп'ютері;
  
• 
  практичне опанування комп'ютера; одержання навичок засто­сування комп'ютера для виконання різних видів роботи з інфор­мацією.
  

Щоб учні розуміли, що комп'ютер використовується не тільки для виконання різного роду обчислень, а й для опрацювання повідомлень різного типу, слід крім поняття комп'ютера вводити також поняття інформаційної системи. Однак при систематизації знань учнів доцільно спочатку говорити про комп'ютер, а потім послідовно з відповідними обґрунтуваннями переходити до поняття інформаційної системи.

На першому етапі необхідно систематизувати та узагальнити знання учнів про комп'ютер, які вони одержали з різних інформаційних джерел.

При формуванні уявлень про комп'ютер слід виходити з того, що вони повинні бути зв'язаними з поняттями інформації й алгоритму. Саме цей етап вже з самого початку дає можливість поєднати три основних поняття курсу — інформація, алгоритм, комп'ютер.

На уроці вчителю слід використати бесіду, побудовану на частково-пошуковій основі, яку можна почати зі спроби порівняти комп'ютер з будь-яким пристроєм, призначеним для опрацювання деякої сировини, наприклад кухонний комбайн.

Аналогічні процеси відбуваються і в комп'ютері, тільки за його допомогою можна опрацьовувати повідомлення (коди повідомлень), які спочатку слід ввести до комп'ютера. Повідомлення при цьому повинні бути подані в певному вигляді, щоб комп'ютер міг їх опрацювати. В результаті цього одержуються нові повідомлення, які людина може вико­ристовувати далі.

Доцільно навести приклади опрацювання повідомлень, в яких звер­тається увага на те, з чого починалось опрацювання -— вхідні дані, і що одержали після опрацювання -— вихідні дані.

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

Важливо також, щоб учні відразу свідомо користувались поняттям комп'ютера. Для цього доцільно виділити суттєві ознаки комп'ютера, кожну з яких, за можливості, проілюструвати на конкретних прикладах.

1. 
   Комп'ютер — досить складний електронний пристрій, що скла­дається з деякої сукупності взаємопов'язаних і взаємодіючих електронних пристроїв, кожний з яких виконує свої функції, тобто комп'ютер — це система пристроїв.
   
2. 
   Комп'ютер здатний автоматично, без втручання людини, з великою швидкістю опрацьовувати повідомлення за заздалегідь 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, що перетворюють повідомлення на сукупність електричних сигналів, які відповідно фіксуються в пам'яті комп'ютера.
   
4. 
   Комп'ютер може запам'ятовувати в спеціальних пристроях (зовнішніх та внутрішніх) як вхідні повідомлення, так і повідом­лення, що одержуються після опрацювання.
   

5. 
   Опрацьовані повідомлення комп'ютер може видавати в різній формі через відповідні пристрої виведення у вигляді малюнків, графіків, текстів, електричних сигналів, звукових повідомлень тощо.
   
6. 
   Комп'ютер може працювати лише за правилами (програмами), які заздалегідь були розроблені та введені до запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера людиною.
   

Виділені основні суттєві ознаки комп'ютера дозволяють швидко і чітко визначити призначення основних його пристроїв, 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.

1. 
   комп'ютер працює з такими видами повідомлень: символьними, числовими, графічними, звуковими;
   
2. 
   будь-яка інформація в пам'яті комп'ютера подається у вигляді двійкового коду. Двійковий код означає, що інформація в пам'яті комп'ютера подається за допомогою лише двох символів: нуля і одиниці. В електронних елементах комп'ютера відбувається пере­давання і перетворення електричних сигналів. Двійкові символи розпізнають так: є сигнал — одиниця, немає сигналу — нуль. На магнітних носіях одиниці відповідає намагнічена дільниця поверхні, нулеві — ненамагнічена.
   

Сучасний комп'ютер доступний практично кожному. Ця доступність обумовлена тим, що комп'ютер оснащений потужним програмним забез­печенням. Якщо користувачеві необхідно виконати якусь роботу на ком­п'ютері, то він повинен знайти та вибрати потрібну для розв'язування таких задач програму із програмного забезпечення, опрацювати за її до­помогою потрібні дані, одержати результати та проаналізувати їх. Таким чином, використання комп'ютера людиною відбувається за схемою:

Надалі вчителю необхідно звертати увагу на те, щоб учні чітко розу­міли, за допомогою яких програмних засобів які інформаційні задачі можна розв'язувати. При цьому учні повинні навчитися розрізняти задачі, які можна розв'язати за допомогою послуг операційної системи, та задачі, для розв'язування яких потрібно скористатися прикладними програмами.

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.
   

1. 
   Принципи взаємодії апаратної і програмної складових комп'ютера.
   

2. 
   Фізичні основи функціонування основних елементів комп'ютера. (Фізичні основи комп'ютера повинні вивчатися учнями на уро­ках фізики.)
   

2. 
   Арифметико-логічні основи комп'ютера.
   

Така схема в процесі ознайомлення з іншими пристроями комп'ю­тера поступово може уточнюватися та доповнюватися.

Вивчення основних понять інформаційної системи доцільно буду­вати циклічно: формуються лише найзагальніші уявлення про об'єкт вивчення; з часом дещо уточнюються 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; нарешті, у кожного учня буде сформоване своє власне бачення об'єкта вивчення. Адже з повідомлень учителя 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 та програм і взагалі структуризацію знань.

При ознайомленні з основними пристроями комп'ютера доцільно разом з учнями побудувати відповідні таблиці для відображення їх основних характеристик.

Ознайомлення учнів з поняттям процесора можна почати із його узагальненого опису. Головне — розуміння учнями призначення цього пристрою та його функцій.

Вивчення призначення запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера (спеціальних носіїв повідомлень) доцільно починати в евристичній бесіді із з'ясування терміна пам'ять. Можна спочатку визначити з учнями роль пам'яті людини, різні види такої пам'яті — довготривалої та оперативної. Важливо також навчити учнів знаходити асоціації, порівнювати та аналізувати. Внут­рішня пам'ять — це власна (біологічна) пам'ять людини; зовнішня пам'ять —- це різні засоби для записування і зберігання повідомлень —-паперові, магнітні тощо.

Доцільно пояснити учням, що запам'ятовуючі пристрої комп'ютера поділяються на внутрішні та зовнішні. Потім з'ясувати, з чого склада­ється окремо внутрішня та окремо зовнішня пам'ять, вказати на відмін­ності між оперативними і постійними запам'ятовуючими пристроями. Для систематизації знань можна разом з учнями побудувати схему, в якій відображено всі види запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера (мал. 21.3). Складати схему слід послідовно, ознайомлюючись з новим матеріалом.

До запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера належать також зовніш­ні засоби зберігання інформації — магнітні та оптичні диски. За допомогою евристичної бесіди вчитель може з'ясувати основні характеристики дисків. Слід ознайомити учнів з правилами захисту інформації на дискетах, їх зберіганням, вимогами до поведінки користувача при читанні та зберіганні інформації на дискеті.

Крім того, якщо доступ до сучасних комп'ютерів з розвинутою пери­ферією обмежений, пристрої комп'ютера можна вивчати за допомогою навчальних фільмів або навчальних програм та комп'ютерних презен­тацій. У цих випадках ознайомитися з матеріалом можна достатньо пов­но, детально аналізуючи складові частини на конкретних прикладах.

Для закріплення вивченого матеріалу, що містить багато нових термінів, які інколи важко запам'ятовуються за відсутності навичок практичної роботи з ними, вчитель може скористатися такими мето­дами та прийомами:

1. 
   Учням пропонується із наданого вчителем набору картинок із зображеннями різних пристроїв комп'ютера скласти схему авто­матизованого робочого місця секретаря (бухгалтера, наукового працівника, лікаря, працівника правоохоронних органів, банкіра тощо).
   
2. 
   Клас поділяється на команди і кожній з них пропонується на «аукціоні ідей» подати свою модель комп'ютера, захистити таку ідею, розкрити переваги, сформулювати галузі застосування, тех­нічні характеристики, скласти орієнтовні прайс-листи, розробити свою рекламу тощо.
   

3. Учням пропонується розв'язати ребуси, що містять терміни з інформатики, а потім для нових понять скласти аналогічні.

4. Під час колективної або індивідуальної роботи учнів можна залу­чити до розгадування та складання кросвордів з використанням термінів з теми «Інформаційна система».

5. На уроці використовуються ідеї відомої телевізійної гри «Поле чудес» з запитаннями про комп'ютер. Зрозуміло, що до неї слід заздалегідь ретельно готуватися і вчителеві і учням. Щоб біль­шість учнів узяла участь у грі, можна спочатку одній групі учнів запропонувати дібрати запитання (кожний учень готує запитання та подає його до оргкомітету, який створює базу запитань. Потім кращі з них відбираються для гри). Друга група учнів відповідає на запитання першої, з часом групи міняються ролями. Наприклад, запитання можуть бути такими:

1) Пристрій для створення графічних зображень на екрані дисплея за допомогою спеціального пера. (Дигітайзер)

2) Запам'ятовуючий пристрій для зчитування і записування інформації з використанням магнітної стрічки великої ємності. (Стример)

6. При організації інтелектуальних змагань між командами учнів можна скористатися ідеєю гри «назви міст» з обов'язковим засто­суванням комп'ютерних термінів. Одна з команд називає термін, команда-суперниця називає інший термін, що починається з літе­ри, якою закінчується названий термін. Разом із названим словом команда повинна дати і означення названого терміна. Наприклад, Диск — Кілобайт — Такт — Трафік — Клавіатура — Адаптер — Регістр — Растр — Розмірність - ...

Інший варіант попередньої гри може бути таким. Команди задумують слова і записують їх, поставивши на місці всіх літер, крім першої і останньої, крапки. Наприклад, к…р (комп'ютер), а…р (адаптер), к…р (контролер). Команда-суперник намагається швидко відгадати слово, за кожну відгадану літеру команді нараховуються бали.

5. 
   Цікавою та корисною для систематизації понять цієї теми може стати гра на послідовне знаходження командами учнів характе­ристик та властивостей деякого об'єкта. Вчитель називає слово, а учні з кожної команди послідовно називають нову характерис­тику чи властивість. Переможцем вважається той, хто останнім назвав чергову нову властивість об'єктів. Наприклад, для слова Диск:
   

8. 
   Досить цікавим є використання пантоміми на уроці інформатики, коли учні намагаються без слів показати роботу однієї з апарат­них складових, а інші — відгадати, про що йде мова.
   
9. 
   Під час вивчення понятійного апарату з курсу інформатики, який є справді об'ємним для учнів, доцільно для його розуміння та застосування на практиці проводити таку гру. Учні отримують набір слів, з яких повинні побудувати зв'язне речення. Наприк­лад, звукова карта, gате-порт, джойстик. Із наведених слів можна скласти таке речення: Маніпулятор джойстик підключається до gате~порту, що знаходиться на звуковій карті.
   
10. 
    Для контролю засвоєння термінів можна запропонувати учням завдання, що полягає у виборі серед наведених термінів синонімічного ряду. Наприклад, серед наведених слів знайти синоніми.
    1) каталог, 2) файл, 3) монітор, 4) жорсткий диск, 5) DOS, 6) від­галуження, 7) атрибут файла, 8) підкаталог, 9) набір програм, 10) термінал, 11) перелік файлів, 12) дерево, 13) дисплей, 14) він­честер, 15) листок, 16) параметр.
    
11. 
    Жвавий інтерес викликає в учнів підготовка і проведення пізнавальної вікторини на основі ідеї телевізійної гри «Щасливий випадок». Учитель заздалегідь оголошує тему уроку-гри, конкре­тизує, який матеріал повинні знати учні, уточнює завдання. Для ефективності такого уроку потрібно попередньо зорієнтувати учнів і на конкретних прикладах показати, запитання якого типу слід підбирати, дати учням орієнтовний список літератури, яка може бути використана при підготовці до вікторини. Клас має бути поділений на дві або більше команд. Учитель ставить лако­нічні запитання, а кожна з команд за певний, наперед визначений, проміжок часу намагається дати правильні відповіді на більшу кількість запитань. Крім цього, одним із етапів вікторини може бути запитання однієї команди до іншої і такі запитання учні готують удома.
    

1. 
   Повідомлення, які опрацьовує комп'ютер. (Дані.)
   
2. 
   Початковий зміст англійського слова комп'ютер. (Обчис­лювач.)
   
3. 
   Пристрій виведення інформації, який управляє рухом одного чи кількох олівців для нанесення ліній на аркуш паперу. (Графобудівник.)
   
4. 
   Графобудівник також називається …(Плоттером.)
   
5. 
   Пристрій, що забезпечує зв'язок одного комп'ютера з іншим через телефонні лінії. (Модем.)
   

6. 
   Пристрій для введення текстових і цифрових повідомлень до комп'ютера. (Клавіатура.)
   
7. 
   Пристрій виведення повідомлень, який працює за принци­пом телевізора. (Дисплей.)
   
8. 
   Друкуючий пристрій називається .... (Принтером.)
   
9. 
   У системному блоці комп'ютера міститься диск, який називається ....(Вінчестером.)
   
10. 
    Щоб ввести до внутрішніх запам'ятовуючих пристроїв комп'ютера повідомлення, які зберігається на дискеті, дис­кету слід помістити до .... (Дисковода.)
    
11. 
    Повідомлення зберігаються в комп'ютері за допомогою пристроїв, які називаються .... (Запам 'ятовуючими — пам 'ять.)
    

Крім того, вчителю доцільно запропонувати учням самостійно поповнювати словник термінів.

Особливо складними для учнів під час вивчення цієї теми є питання, що стосуються функціональної схеми роботи комп'ютера, магістрально-модульного принципу та інших принципів функціонування пристроїв комп'ютера.

Практика свідчить, що для використання комп'ютера в навчально-пізнавальній діяльності та багатьох видах виробничої діяльності немає потреби детально роз'яснювати учням принципи будови і роботи пристроїв комп'ютера. Досить пояснити, що до складу сучасного ком­п'ютера входить системний блок та пристрої введення/виведення, що під'єднуються до системного блоку. Крім того, в спеціальні роз'єми (слоти) на системній (материнський) платі можуть встановлюватися контролери (спеціальні мікросхеми) додаткових периферійних при­строїв (внутрішній модем, сканер, плотер, дигітайзер та ін.), до яких за допомогою кабелю під'єднуються відповідні зовнішні пристрої. Таким чином, під'єднання нових пристроїв (модулів) комп'ютера розширює його функціональні можливості.

Важливо, щоб учитель звернув увагу на основні принципи функціо­нування комп'ютера:

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 роботою комп'ютера 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 поле має свою адресу — місце його знаход­ження в загальному просторі для зберігання кодів повідомлень (внутрішньої пам'яті). При опрацюванні інформації процесор вибирає дані та програми з 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 (доречно навести малюнок магістрально-модульної побудови комп’ютера).
   
4. 
   Магістрально-модульний принцип, який полягає в тому, що до інформаційної магістралі комп'ютера (шини) можуть під'єднуватися додаткові периферійні пристрої, одні моделі пристроїв можуть замінюватися на інші. Можливе збільшення внутрішньої пам'яті, заміна мікропроцесора на потужніший.
   

Інформаційний зв'язок між пристроями комп'ютера здійснюється через інформаційну магістраль (інша назва — загальна шина). Магіст­раль — це кабель, що складається з сукупності провідників. По одній групі провідників (шина даних) передаються дані, які опрацьовуються, по іншій (шина адрес) — адреси полів внутрішньої пам'яті або зовніш­ніх пристроїв, до яких звертається процесор. Існує ще третя частина магістралі — шина управління, через яку передаються сигнали управ­ління (наприклад, сигнал готовності пристрою до роботи, сигнал на початок роботи пристрою тощо). Кількість бітів, що передаються через шину одночасно через паралельні провідники, називається розрядністю шини (розрядністю комп'ютера). Будь-яка інформація, що передається від процесора до інших пристроїв через шину даних, супроводжується адресою, що передається через адресну шину (як лист супроводжується адресою на конверті). Це може бути адреса поля запам'ятовую­чого простору в оперативній пам'яті або адреса (номер) периферійного пристрою.

Під'єднання окремих модулів комп'ютера до магістралі на фізич­ному рівні здійснюється за допомогою контролерів, а на програмному забезпечується драйверами. Контролери (від англ. tо сопtrol — управ­ляти) монтуються на окремих платах, які називають адаптерами. На одній платі можуть розміщуватися контролери одного або кількох зов­нішніх пристроїв. Контролер приймає сигнал від процесора і дешиф­рує його, щоб відповідний пристрій мав змогу прийняти цей сигнал і правильно відреагувати на нього. Далі пристрій працює незалежно від процесора під управлінням контролера. Набір зовнішніх пристроїв ком­п'ютера можна змінювати, і такий набір модулів може бути довільним.

Програмне управління роботою зовнішнього пристрою проводиться через програму-драйвер, яка є компонентою операційної системи. Отже, для під'єднання нового периферійного пристрою до запам'я­товуючих пристроїв комп'ютера необхідно використати відповідний контролер (встановити його до системного блоку) і завантажити до пам'яті комп'ютера відповідний драйвер.

На заключному етапі вивчення теми слід значно розширити уяв­лення учнів про різні типи комп'ютерів, можливості їх використання, сфери застосування, сприяти продовженню процесу формування поняття комп'ютера. До проведення уроків з теми «Основні галузі застосування комп'ютера» доцільно готуватися практично на кожному уроці: кілька хвилин можуть бути присвячені питанням