Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК ПО ПРОБЛЕМАМ ОБУЧЕНИЯ
ОСНОВАМ БАЗ ДАННЫХ И СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ 13
1.1. Информатика как наука и учебная дисциплина на современном этапе развития информационного общества 13
1.2. Анализ научно-методических материалов в области российских и украинских подходов к преподаванию баз данных и систем управления базами данных 25
1.3. Реализация возможностей профильной дифференциации в процессе обучения информатике 44
1.4. Особенности реализации метода проектов в условиях профильной дифференциации обучения 49
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 55
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБУЧЕНИЯ БАЗАМ ДАННЫХ И
СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ КЛИЕНТ-
СЕРВЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 59
2.1. Совершенствование понятийного аппарата содержания обучения базам данных на современном этапе развития научно-технического прогресса 59
2.2. Особенности обучения базам данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики на основе реализации возможностей клиент-серверных технологий 76
2.3. Организация учебной деятельности в процессе обучения базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий (на примере моделирования информационных процессов) 84
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 94
ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРЕПОДАВАНИЮ ОСНОВ БАЗ
ДАННЫХ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 97
3.1. Реализация внутрипредметных и межпредметных связей при обучении базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий 97
3.2. Методические рекомендации по использованию sql-ориентированных заданий при обучении основам баз данных и систем управления базами данных... 110
3.3. Реализация метода проектов с использованием клиент-серверных технологий при изучении основ баз данных в условиях профильной дифференциации 120
3.4. Организация проведения педагогического эксперимента оценки уровня сформированности знаний, умений и навыков по результатам обучения базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий (на примере курса информатики украинской школы) 133
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
ЛИТЕРАТУРА 149
- Информатика как наука и учебная дисциплина на современном этапе развития информационного общества
- Совершенствование понятийного аппарата содержания обучения базам данных на современном этапе развития научно-технического прогресса
- Реализация внутрипредметных и межпредметных связей при обучении базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий
Введение к работе
Актуальность исследования. В современном информационном обществе деятельность человека в самых разнообразных сферах тесно связана с реализацией процессов получения, преобразования, передачи, хранения, использования информации и информационного взаимодействия, создания и применения современных информационных систем прикладного характера.
Одно из центральных мест в курсе «Информатика и информационно-коммуникационные технологии» занимают темы, связанные с обучением школьников основам баз данных и систем управления базами данных (СУБД). При изучении этих тем у школьников формируется целостное видение основных понятий информатики, основных принципов функционирования информационных систем, обработки информации с использованием языка структурированных запросов, взаимосвязи разнообразных тем школьного курса информатики.
Вопросам отбора содержания и разработки методики преподавания
информатики в общем и профессиональном образовании были посвящены
работы С.А. Бешенкова, Л.Л. Босовой, Т.Б. Захаровой, С.С. Кравцова,
А.А. Кузнецова, Э.И. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, М.П. Лапчика,
В.В. Лапинского, СВ. Панюковой, И.В. Роберт, Н.И. Рыжовой,
Н.В. Софроновой и др. Отдельным аспектам исследований в области
использования баз данных в образовании посвящены работы М.А. Арефьевой,
А.И. Змитровича, В.П. Лешинера, Е.А. Морозова, Г.И. Ревункова,
Ю.С. Рамского, Н.В. Сазоновой, О.А. Ткачева, Г.Ю. Цыбко, В.Э. Фреймана.
Анализ современного состояния научно-педагогических и учебно-методических разработок по проблемам обучения основам баз данных и СУБД в школьном курсе информатики показал, что ознакомление с технологией проектирования баз данных осуществляется в условиях: привлечения ученика к осознанному практическому применению баз данных в начале обучения основам вычислительной техники; ознакомления обучаемых с технологией баз
5 данных, которое будет стимулом для углубленного изучения вычислительной
техники и математики; практикума по программированию, ориентированного
на использование файлов, записей, формирование запросов. При преподавании
информатики не всегда учитывается, что современные базы данных построены
на клиент-серверных технологиях.
Исходя из основных положений теории баз данных (Э. Кодд, К. Дж. Дейт) под термином «клиент-сервер» будем подразумевать, прежде всего, архитектуру или логическое разделение обязанностей. Сервером будем считать непосредственно компьютер базы данных, поддерживающий все функции СУБД, а именно: определение данных, обработку данных, защиту и целостность; предоставляет полную поддержку на внешнем, концептуальном и внутреннем уровне. Клиенты - это разнообразные приложения, которые выполняются «над» СУБД: приложения, написанные пользователями, и встроенные приложения, представляемые поставщиками СУБД.
В настоящее время существует ряд реляционных продуктов (СУБД), являющихся серверами баз данных: NetWare SQL, MS SQL Server, InterBase, SQLBae Server, Intelligent Database. Выбор клиент-серверного инструментария обучения основам реляционных баз данных, предлагаемых в данном исследовании, обусловлен следующими требованиями: кроссплатформенностъ (переносимость) приложений (включая Microsoft Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux и некоторых Unix-платформы); высокая производительность и легкость в администрировании при наличии чрезвычайно низких системных требований; простота установки и поддержки сервера; удобный и не требующий специальной подготовки механизм администрирования баз данных; версионностъ архитектуры, удобная при многопользовательской работе.
Вышеперечисленным требованиям соответствует простая и надежная в использовании СУБД InterBase (продукт компании Borland) или ее аналог Firebird (производитель — IB Phoenix), релизы которой являются бесплатными для России и стран СНГ.
В процессе работы с СУБД при составлении запросов и фильтрации данных внимание обучаемых не акцентируется на осуществлении выборки данных с использованием операции Select. Это диктует необходимость ознакомления с языками описания и манипулирования данными, основой которых является язык структурированных запросов, а именно, обучать школьников обобщенному методу, а не умению использовать конкретный программный продукт.
Таким образом, проблема исследования обусловлена противоречием между потенциальными возможностями использования клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам баз данных и недостаточным уровнем научно-методических разработок в этой области.
Актуальность исследования определяется необходимостью
совершенствования обучения базам данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий адекватно современному этапу научно-технического прогресса.
Объектом исследования является процесс обучения основам баз данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики.
Предметом исследования являются содержательные и методические аспекты обучения основам баз данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий в школьном курсе информатики.
Цель исследования состоит в разработке содержания и методических подходов к обучению базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий и использованию возможностей языка структурированных запросов в процессе обучения информатике в общеобразовательных школах.
Гипотеза состоит в том, что обеспечение повышения уровня сформированности знаний, умений и навыков в области баз данных и систем управления базами данных на основе клиент-серверных технологий в процессе обучения с использованием языка структурированных запросов как в среде графических систем управления базами данных MS Access, так и систем,
7 построенных на основе командного интерфейса InterBase/Firebird, достигается
при условиях: поэтапной организации учебной деятельности в процессе поиска,
сохранения, обработки, представления, структурирования, передачи, защиты
информации и установления связей между данными; реализации метода
проектов с использованием клиент-серверных технологий в условиях
профильной дифференциации; выполнения SQL-ориентированных заданий.
В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой были поставлены
следующие задачи исследования:
Проанализировать современную психолого-педагогическую, методическую, научно-техническую литературу отечественных и зарубежных авторов, посвященную обучению информатике как учебной дисциплине в общеобразовательной школе, в частности, основам баз данных и системам управления базами данных.
Выявить особенности реализации возможностей профильной дифференциации в процессе обучения информатике.
Обосновать совершенствование понятийного аппарата содержания обучения базам данных и системам управления базами данных адекватно современному этапу развития научно-технического прогресса.
Выявить особенности обучения базам данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики на основе реализации клиент-серверных технологий.
Выделить основные этапы организации учебной деятельности в процессе обучения основам баз данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий.
Разработать методические подходы к использованию клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам управления базами данных в рамках курса информатики российской и украинской общеобразовательной школы.
8 7. Провести экспериментальную проверку уровня сформированности знаний,
умений и навыков в области основ баз данных и систем управления базами
данных с использованием клиент-серверных технологий.
Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области: педагогики и психологии (СИ. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.Г. Беспалько, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Л.В. Занков, В.В. Краевский, A.M. Леонтьев, И.Я. Лернер, В.А. Сластенин, Н.Ф. Талызина и др.); теории и методики обучения информатике и информатизации образования (С.А. Бешенков, Я.А. Ваграменко, М.И. Жалдак, Л.Х. Зайнутдинова, К.К.Колин, А.А. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, В.В. Лапинский, М.П. Лапчик, Л.П. Мартиросян, Н.И. Пак, СВ. Панюкова, В.А. Поляков, И.В. Роберт, Н.В. Софронова и др.); автоматизированных обучающих систем (СГ. Данилюк, О.А. Козлов, А.А. Павлов, В.П. Поляков, Ю.А. Романенко, В.И. Сердюков и др.); проектирования и эксплуатации баз данных и систем баз данных (К.Дж. Дейт, Э.Ф. Кодд, Дж. Мартин, Д. Мейер, Дж. Ульман и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ философской, психолого-педагогической, учебно-методической, научно-технической литературы по проблеме исследования; изучение современного состояния обучения основам баз данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики общеобразовательных учебных заведений; наблюдение, беседа, анкетирование студентов педагогических вузов, учителей информатики; педагогический эксперимент и обработка его результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в: совершенствовании понятийного аппарата содержания обучения базам данных и введении понятий, касающихся системы «клиент-сервер»; выявлении особенностей реализации клиент-серверных технологий при обучении базам данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики; выявлении педагогических, эргономических и технологических требований к реляционным системам управления базами
9 данных; определении этапов организации учебной деятельности в процессе
обучения базам данных и системам, управления базами данных, ориентированных на осуществление проектной деятельности на основе клиент-серверных технологий; выявлении возможностей реализации внутрипредметных связей обучения базам данных и системам управления базами данных с различными темами курса информатики, а также реализации межпредметных связей с базовыми школьными дисциплинами.
Практическая значимость исследования состоит в разработке: курса «Использование информационных и коммуникационных технологий в проектной деятельности», адаптированного к условиям профильной дифференциации обучения; методических рекомендаций к проведению лабораторных работ по основам баз данных и системам управления базами данных с использованием языка структурированных запросов в среде MS Access и консоли InterBase/Firebird на основе реализации клиент-серверных технологий; методических рекомендаций к проведению лабораторных работ по теме «Обработка табличной информации в приложении MS Excel» для работы с базами данных в табличных процессорах; учебной базы данных «ComputingHistory» на основе системы управления базами данных, реализованной средствами MS Access (инвариантная составляющая процесса обучения) и на основе клиент-серверной системы управления базами данных InterBase/Firebird (вариативная составляющая); методических рекомендаций по использованию SQL-ориентированных заданий, выполняемых в среде клиент-серверных систем баз данных; Internet-проекта «Изучение SQL в школе» с использованием возможностей клиент-серверных технологий и построения SQL-запросов.
Результаты исследования могут быть использованы в процессе подготовки будущих учителей, учителей школ и средних специальных учебных заведений к использованию клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам управления базами данных.
10 Этапы исследования.
Исследование проводилось в три этапа:
/ этап (2001-2002 гг.): проводился анализ научно-методических материалов в области российских и украинских подходов к преподаванию баз данных и систем управления базами данных; рассматривались вопросы реализации метода проектов в условиях профильной дифференциации обучения информатике.
II этап (2002-2003 гг.): совершенствовался понятийный аппарат содержания обучения базам данных за счет уточнения основных понятий адекватно современному этапу развития научно-технического прогресса и дополнения понятиями, связанными с информационными системами «клиент-сервер»; выявлялись особенности обучения базам данных и СУБД в школьном курсе информатики на основе реализации возможностей клиент-серверных технологий и определялись основные этапы организации учебной деятельности.
/// этап (2003-2005 гг.): разработаны методические подходы к преподаванию основ баз данных и систем управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий и проведен педагогический эксперимент; осуществлялась доработка и оформление диссертации, формулировка выводов и обобщений.
Апробация результатов диссертации проводилась в ходе выступлений на: Всеукраинской конференции «Теория и методика обучения математики, физики, информатики» (г. Кривой Рог, 2002 г.); II Всеукраинской научно-практической конференции «Компьютеры в учебном процессе» (г. Умань, 2002 г.); Межрегиональной конференции «Социально-педагогические проблемы подготовки педагогических кадров для сельской школы» (г. Бердянск, 2002 г.); Всеукраинской научно-методической конференции «Теория и методика обучения фундаментальных дисциплин в высшей технической школе» (г. Кривой Рог, 2003 г.); Межвузовской научной сессии «Учитель современной школы: достижения, проблемы и перспективы его
11 подготовки» (г. Бердянск, 2003 г.); Международной научно-практической
конференции «Компьютерно-информационные и коммуникационные технологии в учебном процессе средней и высшей школы» (г. Косов, 2003 г.); XIV и XVI Международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» (г. Троицк, 2003, 2005 г.г.); II Международной научно-практической конференции «Информатизация образования Украины: состояние, проблемы, перспективы» (г. Херсон, 2003 г.); Международном конгрессе конференций «Информационные технологии в образовании» (г. Москва, 2003-2005 г.г.); Международной научно-методической конференции «Измерение учебных достижений школьников и студентов» (г. Харьков, 2003 г.); IV научно-практической конференции «Проблемы современного учебника» (г. Киев, 2004 г.); I Международной научно-методической конференции «Информационно-коммуникативные технологии в преподавании иностранных языков» (г. Москва, 2004 г.); Всеукраинской научно-практической конференции «Информатика и компьютерная поддержка учебных дисциплин в средней и высшей школе» (г. Бердянск, 2004 г.); Всеукраинском научно-методическом семинаре по вопросам использования средств современных информационных технологий в учебном процессе (г. Киев, 2005 г.); на заседаниях кафедры информатики и информационных технологий в обучении Бердянского государственного педагогического университета; семинарах Института информатизации образования РАО.
Внедрение результатов исследования: разработанные материалы внедрены в учебный процесс Бердянского государственного педагогического университета (справка № 64/1248-08 от 14.09.2005 г.), общеобразовательных школах №1, №4, №5 г. Бердянска (справка от № 415 от 11.06.2004 г.), Новотроицкой, Осипенковской, Новопетровской общеобразовательных школ Бердянского района (справка №977 от 09.09.2004 г.), общеобразовательных школ №4, 16 и Украинской гимназии им. И.Франко г. Тернополя (справка №29 от 28.04.2005 г.). Разработан Internet-проект «Изучение SQL в школе».
12 Обоснованность и достоверность проведенного исследования, его
результатов и выводов обусловлены методологической и теоретической
обоснованностью исходных данных; опорой на теоретические разработки в
области психологии, педагогики, методики преподавания информатики;
использованием ИКТ в обучении; совокупностью разнообразных методов
исследования, адекватных сути проблемы; согласованностью полученных
выводов с основными положениями современной концепции информатизации
образования, а также результатами педагогического эксперимента.
Положения, выносимые на защиту:
Обучение базам данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий основано на: совершенствовании понятийного аппарата за счет уточнения ключевых понятий и введения понятий системы «клиент-сервер»; поэтапной организации учебной деятельности при моделировании информационных процессов; реализации внутрипредметных связей в курсе информатики и межпредметных связей с базовыми школьными дисциплинами.
Реализация методических подходов к преподаванию баз данных и систем управления базами данных на основе клиент-серверных технологий с использованием SQL-ориентированных заданий обеспечит формирование у обучаемых знаний, умений и навыков в области осуществления поиска, сохранения, обработки, представления, структурирования данных, установления связей между данными, передачи и защиты данных средствами современных систем управления базами данных.
Структура диссертации. Диссертационное исследование состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений.
class1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК ПО ПРОБЛЕМАМ ОБУЧЕНИЯ
ОСНОВАМ БАЗ ДАННЫХ И СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ class1
Информатика как наука и учебная дисциплина на современном этапе развития информационного общества
В современных условиях информатизации образования, использования информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) при обучении различным учебным дисциплинам одно из центральных мест занимает школьный курс информатики.
Одной из проблем преподавания информатики в общеобразовательных школах на базовом и профильном уровнях является постоянное совершенствование аппаратной и программной составляющих современной компьютерной техники, накладывающей определенный отпечаток на процесс обучения. Использование ИКТ в процессе обучения информатике способствует ориентированию содержания и структуры учебного материала на изучение базовых алгоритмов обработки информации, возможностей осуществления информационных процессов. Согласно целям обучения информатике, можно выявить возможности отображения и моделирования информационных процессов во время изучения информатики, что, прежде всего, реализуется при работе с СУБД. Чтобы точнее раскрыть ключевые понятия при изучении информатики и основ баз данных в условиях глобальной коммуникации современного общества, необходимо вернуться к истокам информатики как науки в целом и учебной дисциплины, в частности.
Информатика как самостоятельная наука вступает в свои права, когда для изучаемого фрагмента исследуемого реального мира построена так называемая информационная модель, значение которой можно трактовать как совокупность информации об объекте или процессе. Для создания информационной модели объекта необходимо изучить его свойства и состояния. Для построения модели выделяют лишь существенные свойства объекта, характеризующиеся параметрами.
Информационное моделирование можно рассматривать как:
- инструмент познания, поскольку получение новых знаний о реальном объекте, соответствующей информационной модели, объектах языка моделирования, используемых для описания этой модели, происходит в процессе построения и исследования модели;
- средство обучения, так как процесс обучения в большинстве случаев связан с оперированием информационными моделями объекта (словесное описание, графическое изображение, формульное представление закономерностей);
- объект изучения, так как информационная модель может рассматриваться как самостоятельный объект, с присущими ему особенностями, свойствами, характеристиками [18, с.5].
Формирование информационной картины мира является важным аспектом обучения информатике, определяющим направление развития методики ее преподавания, но не обращает на себя достаточное внимание учителей-предметников. Необходимо отображение практического применения ИКТ в процессе обучения информатике, в разнообразных сферах науки, техники, хозяйственной деятельности, бизнесе, управлении и т.д.
При выявлении специфики и особенностей учебного материала по информатике, рассмотрим определение информатики как науки, с одной стороны, и как учебной дисциплины, с другой. По мнению А.П. Ершова: «Информатика - наука, которая находится в процессе становления, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации средствами ЭВМ, а также (в переносном смысле) область человеческой деятельности, связанную с использованием ЭВМ» [37, с.6]. А.Ф. Ржанов дает следующее определение: «Информатикой является научно-техническое направление, разрабатывающее принципы и пути технической реализации процессов восприятия, передачи и обработки информации» [127]. Анализируя определения понятия информатики как науки различными авторами, можно выделить два основных подхода: 1) информатика фундаментальная наука; 2) информатика - прикладное научно-техническое
направление.
Предметом изучения информатики как учебной дисциплины являются информационные процессы: регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых явлениях, процессах, в том числе реально протекающих; передача достаточно больших объемов информации, представленной в различной форме [129]. Предметом информатики как фундаментальной науки является информационный ресурс, некий «симбиоз» знаний и информации [101].
В 60-х годах прошлого столетия была поставлена задача применения кибернетики в обучении - задача важная, но, как оказалось в 70-х годах, не достаточно обоснованная и подготовленная ни в кибернетике, ни в самой педагогике. Сегодня наука информатика вышла за пределы научно-индустриальной отрасли и постоянно выступает в качестве одного из важнейших направлений развития современного общества, социальный заказ которого направлен на подготовку специалистов в области информатики, подготовку пользователя с использованием средств ИТ [129, с. 15].
В условиях информатизации образования к совершенствованию содержания школьного курса информатики выдвигаются определенные требования, обусловленные потребностью формирования у современного человека информационной культуры, являющейся прерогативой не только тех, кто связывает свою деятельность с информатикой.
Вехами развития информатики, определяющими цели ее обучения в общеобразовательных школах являются: появление персональных ЭВМ; появление операционных систем с графическим интерфейсом; развитие объектно-ориентированного программирования; развитие Internet и телекоммуникационных технологий. Рассмотрим этапы становления основ информатики и вычислительной техники как школьного предмета [68, с.34-35].
Первый этап (1985-1990 гг.) - формирование методической системы обучения основам информатики и вычислительной техники, целью которой является развитие компьютерной грамотности. Обучение осуществлялось преимущественно в старших классах; в результате, знания и умения школьников этого курса не могли в достаточной мере быть применены в других отраслях и дисциплинах, т.о. терялось первичное предназначение информатики как прикладной науки. На этом этапе существовала парадигма обучения преимущественно основам алгоритмизации и программирования, осуществлялось техническое оснащение школ. Эта тенденция обусловлена пониманием информатики как науки об алгоритмизации, программировании и решении задач на ЭВМ [47]. Таким образом, будем считать этот этап подготовительным в становлении основ информатики.
Второй этап (1990-1995 гг.) - внедрение компьютеров в образование, обусловившее переход к курсу информатики с ориентацией на систематическое использование компьютеров в учебном процессе, что способствовало перенесению курса информатики в неполную среднюю школу (7-9 классы). На этом этапе ставилась задача ознакомления учеников с основами информатики как фундаментальной области научного знания. В этот период существовала парадигма подготовки пользователя ЭВМ, всеобщей компьютеризации, -массовая подготовка программистов уже утратила актуальность. Мнение, что для квалифицированного пользования ЭВМ не требуется специальных знаний или программистских умений, а лишь умение использовать разнообразные инструментальные средства, прикладное программное обеспечение, как оказывается сегодня, не совсем оправданно. Обобщая вышесказанное, назовем этот период этапом компьютеризации.
class2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБУЧЕНИЯ БАЗАМ ДАННЫХ И
СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ КЛИЕНТ-
СЕРВЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ class2
Совершенствование понятийного аппарата содержания обучения базам данных на современном этапе развития научно-технического прогресса
Рассмотрим вопросы совершенствования понятийного аппарата содержания обучения основам баз данных в школьном курсе информатики. При изучении баз данных и СУБД в школьном курсе информатики следует предварительно согласовать и выделить ключевые понятия в области баз данных. В основу создания отбора содержания учебного материала по базам данных положены следующие принципы: 1) соответствие учебного материала целям обучения; 2) соблюдение дидактических принципов научности, доступности и практической значимости; 3) профессионально-педагогический принцип; 4) гармоническое сочетание теоретических (реляционная алгебра, алгебра отношений), технологических (совокупность правил формирования структур данных, систем организации баз данных) и технических аспектов преподавания информатики (технические средства поиска, сбора, обработки данных, их сохранения, передачи); 5) изучение алгоритмов и структур данных, их реализация с помощью информационных систем; 6) использование учебных и профессиональных средств при изложении учебного материала [139, с.35-41]. Обучение информатике должно основываться на закономерности процессов формирования у учеников знаний, умений и навыков и одновременно соответствовать общедидактическим принципам обучения: принципу научности и посильной сложности, принципу последовательности и систематичности обучения, принципу наглядности содержания и деятельности, принципу активности и самостоятельности, принципу сознательности, принципу систематичности знаний, принципу индивидуализации и коллективности обучения, принципу связи теории с практикой, принципу гармоничного развития личности и т.д. Требования принципа научности содержания обучения предусматривают соответствие смысла понятий, формирующихся на всех этапах обучения, смыслу, который несут эти понятия в соответствующую области науки. Эти же требования должны быть распространены и на термины, которые обозначают соответствующие понятия. Термин «информация», в отличие от большинства научных терминов, широко распространен в быту и во многих близких между собой областях науки. Смысл, который вкладывается в этот термин, зависит от контекста.
Эффективность и глубина изучения и усвоения смысла понятий «информация», «сообщение», «данные», «информационные процессы», «системы управления базами данных», зависит от качества пропедевтики, начиная с ранних ступеней изучения информатики, от образования целостно-обоснованной методической системы систематического и постепенного обучения информатике в общеобразовательных учебных заведениях.
Очевидна фундаментальность понятия «информация» при изучении основ баз данных в современной системе образования. В методологическом плане первичное понятие «информация» целесообразно рассматривать как интегрированное, на стыках многих наук, а именно: кибернетики, математики, физики, философии, информатики, педагогики, социологии, природоведения и др. Лишь при совокупном изучении и исследовании формирования понятия информации можно более исчерпывающе раскрыть перед учениками общеобразовательных школ его суть, генезис, функции и затем объективную основу интеграции полученных этими науками знаний, составить полное представление об информации [53]. Поэтому следует считать формирование понятия информации задачей изучения не только курса информатики.
Заметим, что единого подхода относительно концептуального определения понятия информации и использования его на практике не существует. Сформулировать точное определение понятия информации сложно (а иногда и нецелесообразно). В толковом словаре приведено следующее определение «Информация -это: 1) сведения об окружающем мире и процессах, которые в нем осуществляются, осознаются человеком и специальными устройствами; 2) сообщения, предупреждающие о состоянии чего-нибудь...» [110, с.205].
Если на бытовом уровне (в средствах массовой информации, например), такое положение вещей допустимо, то при изучении физико-математических, научно-естественных учебных дисциплин «размытость», неоднозначность терминологии приводит к нарушению одного из главных требований к научной теории, которое А. Эйнштейном названо «...требованием внутренней непротиворечивости». Таким образом, в соответствии с теорией поэтапного формирования знаний в процессе обучения, целесообразно определить последовательность раскрытия значения термина «информация» и соответствующих областей применений, определенным образом спланированную и гармонизированную, как с содержанием обучения, так и синхронизированную с последовательностью изучения информатики и другими дисциплинами. В зависимости от области изучаемой науки или предмета, понятие информации получило много определений и рассматривается в работах выдающихся ученых и исследователей Н. Винера, В.М. Глушкова, СИ. Архангельского, А.Н. Колмогорова, К. Шеннона, Р.В.Л. Хартли и других.
Проблема понятия информации остается актуальной в условиях современности, когда в результате «компьютерной революции» функции обработки, передачи, сохранения, трансформирования информации фактически переданы машинам. В более обобщенном виде в кибернетике информация толкуется как « ... мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени; мера изменений, которыми сопровождаются все процессы, происходящие в мире...» [1, с. 170].
Первое определение, кроме фрагмента о «специальных устройствах», практически совпадает с определением Бора. Расширять понятие, таким образом, по нашему мнению нецелесообразно, поскольку любые устройства обрабатывают некоторые коды, данные. Наиболее полно охватывает все многообразие информационных процессов понимания информации как: 1) совокупности знаний о фактических данных и зависимостях между ними, одного из видов ресурсов, которые используются человеком в трудовой деятельности, быту; 2) содержания, которое присваивается данным с помощью соглашений, распространяющиеся на эти данные; данные, подлежащие использованию к введению в ЭВМ, для сохранения в памяти, которые обрабатываются на ЭВМ и предоставляются пользователям [115]. Как первое, так и второе определение явным образом предусматривают наличие человека, отображения данных (сообщений) в его сознании.
К. Шеннон, которым были заложены основы теории информации - науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приемом, преобразованием и сохранением сообщений, трактовал информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то (объект, явление) [178], [203].
Трактование понятия «информация» можно представить следующим образом: это параметр состояния системы, противоположный энтропии (Л. Бриллюен) [10]; это мера сложности структур (А.А. Моль); это отображенное многообразие (А.Д. Урсул); это содержание процесса отображения (В.А. Тузов) [156], [157]; вероятность выбора (Яглом) [194].
Современное научное представление об информации четко сформулировал Н. Винер следующим образом: «информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств» [202]. Тот же «образ внешнего мира», полученный в процессе познания в гносеологии трактуется как знание [8,с.27], [151,с.15].
Трактовка понятия «информация» по Бору, Борну, Бриллюену широко рассматривается в [69, с. 121-177]. Приводится анализ, в котором демонстрируется невозможность обобщения модели Бриллюена на реальные системы, и приходится нетождественность термодинамической и «информационной» (по К. Шеннону) энтропии. Таким образом, в науке существует три теоретически развитых модели определения понятия информации: 1) комбинаторная модель Р.В.Л. Хартли, касающаяся информационных свойств систем, если они состоят из конечного числа элементов [167, с.5-35]; 2) модель информации А.Н.Колмогорова, базирующаяся на фундаментальных понятиях алгоритма, машины Тьюринга, рекурсивной функции и теории сложности вычислений [60, с.213-223];
3) модель К. Шеннона-Л. Больцмана, связанная с понятием вероятности [203].
В философском понимании «информация» в определенной мере может быть противопоставлена понятию «знания». Информацией можно называть результат интерпретации человеческим мозгом разнообразных данных, которые поступают из окружающей среды (в виде сигналов, сообщений). По мнению В.Г. Афанасьева, информация является частью тех знаний, которыми владеет человечество и которые используются для ориентирования, совершения активных действий, для управления (в целях сохранения) качественной специфики, усовершенствования и развития систем [3, с. 156-172].
Научная работа в направлении формирования понятия информации связана, в первую очередь, с изучением информационных процессов, включающих поиск, сбор, сохранение, обработку, анализ и передачу информации. Все перечисленное определяет значимость понятия информации в школьном курсе информатики.
Впервые в Украине тема «Информация и сообщения» рассмотрена с точки зрения системообразующего направления совокупности рассмотренных понятий в экспериментальном учебном пособии для учеников 7 класса общеобразовательной школы «Информатика-7» (авторы М.И. Жалдак, Н.В.Морзе) [41]. Авторами пособия разработана качественно новая методика ознакомления учеников с понятиями информации [40], сообщения, сигнала, языка, с ролью правил интерпретации сообщения.
class3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРЕПОДАВАНИЮ ОСНОВ БАЗ
ДАННЫХ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
КЛИЕНТ-СЕРВЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ class3
Реализация внутрипредметных и межпредметных связей при обучении базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий
Значимость изучения основ баз данных состоит не только в обретении новых знаний, умений и навыков, айв обобщении знаний, полученных ранее в процессе изучения других тем и разделов школьного курса информатики. Обучение информатике в общеобразовательных учебных заведениях возможно лишь при условии комплексного подхода к изучению каждой темы, каждой содержательной линии. Нельзя успешно изучать основы баз данных, если ученик достаточно не осведомлен в понятиях «информация», «данные», «модель данных», «информационные процессы» и др. ( 2.1). Роль внутрипредметных связей в учебном процессе велика, т.к. они оказывают непосредственное влияние на достижение учебной, развивающей и воспитательной целей обучения. При этом указанные связи выполняют следующие функции: формируют у учеников научное мировоззрение; способствуют установлению логических связей между информационными понятиями, тем самым, способствуя развитию логического мышления учеников; выступают средствами предупреждения и устранения формализма в знаниях по информатике; повышают эффективность использования учебного времени; способствуют устранению перегруженности школьников за счет рационального распределения учебного времени. Одним из наиболее ярких примеров реализации внутрипредметных связей есть изучение темы «Табличные процессоры», которая предшествует изучению основ баз данных. Построение, заполнение и форматирование таблиц создают основу для понимания соответствующих операций в среде баз данных, высокоуровневые операции поиска, фильтрации, сортировки данных позволяют приобрести умения и навыки не только для работы в электронных процессорах, а и для дальнейшего их использования при изучении основ баз данных.
Для формирования умений работы с электронными таблицами при изучении баз данных целесообразно подготовить общий для этих двух тем учебный материал. Целесообразно на занятиях по изучению табличных процессоров предлагать ученикам использовать материал, содержащий факты из биографии отечественных ученых, для заполнения одной таблицы. Вторая таблица заполняется данными о технических, технологических и теоретических достижениях ученых. Вся работа над моделированием, форматированием таблиц; фильтрацией, сортировкой и поиском данных; вычислениями по формулам; построением сводных таблиц и диаграмм организована таким образом, что перечисленные операции должны выполняться на основе единого учебного материала. Для работы с электронными таблицами от учеников требуется, прежде всего, выполнить декомпозицию материалов карточек, содержащих данные про отечественные ЭВМ (год создания, руководитель разработки, быстродействие и т.д.) [149], [89]. Это способствует продуктивному воспроизведению учебного материала [193]. На рисунке 4 представлен пример учебной карточки. При изучении баз данных и систем управления базами данных обработанная учениками информация из таблиц MS Excel переносится в базу данных благодаря импорту данных и существенным образом дополняется новыми данными, в данном случае - расширяется список персоналий, вносятся новые данные. Добавление графических полей в записи, реализация связывания таблиц средствами СУБД MS Access, выполнение фильтрации записей, создание запросов - по всем перечисленным пунктам необходимо подобрать задания, способы решения которых заранее неочевидны.
Реализация внутрипредметных связей между темами «Табличные процессоры» и «Базы данных. СУБД» может быть эффективно реализована на примере использования математических функций SUM, COUNT, MAX, MIN, первое ознакомление с которыми происходит при выполнении вычислений в среде электронных таблиц, а позднее при работе с СУБД. Предназначение математических функций и принципы работы выясняются при записи SQL-запросов в процессе работы в системе баз данных. Таким образом, ученики имеют возможность сравнить некоторые операторы при изучении двух тем, что значительно сократит время и повысит эффективность изучения. Это является подтверждением необходимости реализации внутрипредметных связей и существования единой идеологии базовых алгоритмов, на которых построены два разных класса программных средств - электронных таблиц и СУБД, таким образом реализуется принцип «перехода от простого к сложному», что обосновано, потому что системы управления базами данных обеспечивают пользователю более широкие возможности для обработки больших массивов информации, чем электронные таблицы.
Во время работы с таблицами баз данных можно использовать модель их представления в виде кортежей нестандартных типов данных. Операции сортировки массивов, установление вхождения в массивы по значениям-параметрам (поиск данных), выборки диапазона записей по определенным критериям, заполнение полей элементов записей значениями соответствующего типа данных - это далеко не полный перечень операций над массивами, которые реализуют элементарную модель основных действий над данными и сведениями, представленными в базах данных.
При изучении программирования в качестве заданий предлагается создание действующей модели элементарной базы данных (телефонный справочник, регистрационный список автомобилей, библиотечная картотека и т.д.). При программировании подобных задач перед обучаемым возникает необходимость использования практически всего набора базовых синтаксических структур и операций языка программирования, а именно: объявления собственных типов данных, организации памяти под массивы сменной длины нестандартных типов данных, реализации циклических процессов поиска и сортировки в массивах, терминального введения и вывода данных, чтения и записи файлов разных типов, построения удобного и действующего пользовательского интерфейса - это неполный перечень операций, реализуемых при построении действующей модели элементарной СУБД.
Без четкого представления о содержании перечисленных тем раздела «Основы алгоритмизации и программирования» невозможно глубокое понимание внутренней структуры любой базы данных. На этом примере четко продемонстрирована необходимость глубокого всестороннего знания элементов программирования при изучении баз данных и СУБД, чем обусловлена необходимость реализации опережающих внутрипредметных связей. Следует отметить, что раздел «Основы алгоритмизации и программирования» можно изучать также после изучения основ баз данных в качестве закрепления знаний по данной теме.
Кроме вышеупомянутых внутрипредметных связей, большую роль в обучении информатике играют межпредметные связи [142], [160], реализацию которых следует осуществлять средствами отбора организационных форм, методов и приемов обучения, направленных на успешное усвоение учебного материала. Использование средств ИКТ в учебном процессе позволяет учителям математики, физики, астрономии, иностранного языка, истории и других дисциплин школьного учебного плана довольно активно реализовывать межпредметные связи с информатикой, но связи обратного направления не нашли широкого распространения.
Рассмотрим реализацию межпредметных связей на уроках информатики при обучении теме «Базы данных. Системы управления базами данных», которая традиционно является одной из более сложных для усвоения учениками.
Существует связь между понятиями данной темы с некоторыми темами математики. Теория структуры и принципов реализации основных операций над сведениями в базе данных основывается на понятии множества, операций над множествами. На современном рынке вакансий от программистов и администраторов баз данных, в первую очередь, требуется не наличие определенного уровня навыков программирования в той или иной среде, а знание математического аппарата разнообразных областей алгебры множеств и реляционной алгебры. Подтверждением этого являются результаты проведенного в рамках исследования анкетирования специалистов, работающих в области информационных технологий на производстве, предприятиях и учебных заведениях: 53,85 % всех респондентов утверждают, что в профессиональной деятельности им понадобились именно математические знания.
Похожие диссертации на Совершенствование обучения базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий
