Углубленное (профильное) изучение информатики в старших классах как подготовка к профессиональному образованию в ИТ-сфере Е. К. Хеннер, Пермский государственный национальный исследовательский университет 1
Основные тезисы 1. В настоящее время в высшей школе сложилась система подготовки ИТ-специалистов, осуществляемая в рамках более чем 20 направлений и специальностей. 2. Подготовка ИТ-специалистов является одним из самых востребованных видов подготовки в системе высшего профессионального образования России. 3. Спрос на ИТ-специалистов высокой квалификации в государственных и коммерческих структурах значительно опережает наличие таких специалистов. Согласно прогнозам на обозримый период, все подготовленные вузами ИТ-специалисты (с учетом выпускников смежных специальностей) будут полностью востребованными в ИТ-индустрии и на предприятиях народного хозяйства. 4. Относительно высокая заработная плата в ИТ-индустрии делает ИТ-специальности привлекательными для молодежи. 2
Основные тезисы 5. Профильная подготовка по информатике в старшей школе может быть фундаментом профессиональной подготовки ИТспециалистов в существенно большей мере, чем это имеет место в настоящее время. 6. Для этого необходимо, пользуясь происходящей перестройкой как школьного, так и профессионального образования, выделить «супернаправления» профессиональной подготовки ИТспециалистов и построить соответствующие им варианты профильной подготовки по информатике в старшей школе. 7. «Управляемая вариабельность» профильного обучения информатике не противоречат базовым представлениям о профильном обучении; ее реализация требует разработки учебнометодического обеспечения, совершенствования подготовки и повышения квалификации учителей, создания системы сертификации компетенций и т. д. 3
Занятость населения в области ИТтехнологий (2011 г. ) Страна Доля ИТВВП на душу работников, населения, долл. % США Доля ИТкомпетентных, % Норвегия 4, 8 56 800 23, 8 США 3, 7 46 400 20, 2 Великобритания 3, 2 35 200 28, 0 Германия 3, 1 34 100 21, 6 Польша 2, 8 17 900 17, 9 Турция 1, 7 11 200 11, 8 Россия 1, 4 15 100 Н/Д 4
Из концепции профильного обучения «Переход к профильному обучению преследует следующие основные цели: • обеспечить углубленное изучение отдельных предметов программы полного общего образования; • создать условия для существенной дифференциации содержания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных программ; • способствовать установлению равного доступа к полноценному образованию разным категориям обучающихся в соответствии с их способностями, индивидуальными склонностями и потребностями; • расширить возможности социализации учащихся, обеспечить преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно подготовить выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования» 5
«Количественные» ресурсы профильного обучения На изучение информатики на профильном уровне в 10 -11 классах отводится до 280 часов (что в вузе соответствовало бы как минимум вдвое большей нормативной трудоемкости, включающей как аудиторную, так и самостоятельную работу студентов), и что оно может быть поддержано элективными курсами, общее время изучения которых также может достигать 280 часов [3], возникает ситуация, в которой потенциально предпрофессиональное образование по объему отводимого на него времени сопоставимо с профессиональной компонентой высшего образования. К примеру, на изучение курсов «Языки программирования» , «Архитектура вычислительных систем» , «Компьютерные сети» и «Технологии баз данных» примерный рабочий план подготовки бакалавров по направлению 511900 «Информационные технологии» отводит в совокупности 264 ч. аудиторного времени [4], т. е. меньше, чем школьный курс информатики профильного уровня. 6
Анализ структуры подготовки специалистов в сфере информационных технологий Специалисты – разработчики и те, кто профессионально сопровождают программное обеспечение и информационные системы: • специалисты в сфере программной инженерии; • специалисты по проектированию информационных систем; • специалисты по математическому моделированию, разрабатывающие новые численные методы и модели; • администраторы информационных систем, настраивающих и обеспечивающих работу и безопасность информационных систем, локальных сетей и т. д. ; • специалисты по интеграции информационных систем и т. д. 7
Направления и специальности подготовки ИТ-специалистов Группа направлений и специальностей Название направления (специальности) 010200 Математика и компьютерные науки Физико-математические науки 010300 Фундаментальная информатика и информационные технологии 010400 Прикладная математика и информатика 010500 Математическое обеспечение и администрирование информационных систем 010800 Механика и математическое моделирование Гуманитарные науки Экономика и управление 036000 Интеллектуальные системы в гуманитарной сфере 080500 Бизнес-информатика 090900 Информационная безопасность 090301 Компьютерная безопасность Информационная безопасность 090302 Информационная безопасность телекоммуникационных систем 090303 Информационная безопасность автоматизированных систем 090305 Информационно-аналитические системы безопасности 090915 Безопасность информационных технологий в правоохранительной сфере Радиотехника и связь 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи 230100 Информатика и вычислительная техника 230400 Информационные системы и технологии 230700 Прикладная информатика 231000 Программная инженерия 231300 Прикладная математика 8
Основные блоки дисциплин ИТ-цикла и их содержание 9
Основные блоки дисциплин ИТ-цикла и их содержание 10
Этапы анализа структуры совокупности знаний ИТ-специалистов разных категорий 1) все дисциплины ИТ-подготовки, с учетом рекомендации комиссии ACM и IEEE, были разбиты на 16 блоков – содержательных линий подготовки ИТ-специалистов; 2) из описания содержания дисциплин федеральной компоненты ГОСов каждой из рассмотренных специальностей выделены дидактические единицы, относящиеся к каждому из блоков; 3) проанализированы знания и умения, зафиксированные в ГОСах, в соответствии с блоками дисциплин; 4) на основе пунктов 2 и 3 выставлены экспертные оценки (по шкале от 0 до 4) «покрытия» дидактическими единицами блоков дисциплин для каждой из рассматриваемых ИТ-специальностей. 11
Результаты кластерного анализа ИТнаправлений и специальностей График значений средних рангов по каждому кластеру на основании экспертных оценок по 16 блокам 12
Укрупненные группы подготовки ИТспециалистов Вывод: существует три базовых вида подготовки ИТспециалистов: • «математики-программисты» (кластер № 1), • «инженеры-программисты» (кластер № 2), • «системные администраторы» (кластер № 3). Содержание подготовки внутри каждого кластера в значительной мере схоже. 13
Профессиональные компетенции ИТспециалистов (обобщение по разным ФГОС) Научно-исследовательская деятельность Способность к: применению современного математического аппарата, фундаментальных концепций и системных методологий; расчетноэкспериментальной деятельности, построению компьютерных моделей и проведению исследований; взаимодействию и сотрудничеству с профессиональными сетевыми сообществами, отслеживанию динамики развития выбранных направлений области ИТ. Производственно-технологическая деятельность Способность применять базовые математические знания для решения задач, связанных с развитием и использованием информационных технологий; методологии компьютерного моделирования, электронные библиотеки и коллекции, библиотеки и пакеты программ; современные парадигмы и методологии программирования, языки программирования и языки баз данных; методологии системной и программной инженерии; технологии высокопроизводительных вычислений; методы и навыки использования сетевых технологий, конфигурирования операционных систем и платформенных окружений; профессиональные стандарты информационных технологий; методы и навыки поддержания информационной безопасности компьютеров и компьютерных сетей. Способность разрабатывать проектную документацию, удовлетворяющую нормативным требованиям; ИТ-инфраструктуру предприятия, обеспечивающую поддержку бизнес-процессов; контент предприятия, управление процессами создания и использования информационных 14 сервисов.
Профессиональные компетенции ИТспециалистов Сервисно-аналитическая деятельность Способность к: монтажно-наладочной и сервисно-эксплуатационной деятельности; оцениванию и анализу функционирования средств и систем информационных технологий; проведению обследования деятельности и ИТ-инфраструктуры предприятий, выработке рекомендаций по ее совершенствованию. Педагогическая деятельность Способность к: преподаванию учебных дисциплин информатического цикла; созданию образовательного контента; использованию современных технических и программных средств обучения; созданию локальных обучающих информационных систем. Консалтинговая деятельность Способность к: консультированию заказчиков по совершенствованию ИТинфраструктуры предприятия, по рациональному выбору информационных систем и информационно-коммуникационных технологий управления бизнесом; организации взаимодействия с клиентами и партнерами в процессе решения задач управления 15 жизненным циклом ИТ-инфраструктуры предприятия.
Профессиональные стандарты в области ИТ Профессиональные стандарты Администратор баз данных Архитектор программного обеспечения Менеджер по информационным технологиям Менеджер продуктов в области информационных технологий Программист Руководитель проектов в области информационных технологий Руководитель разработки программного обеспечения Системный аналитик Специалист по информационным ресурсам Специалист по информационным системам Специалист по тестированию в области информационных технологий Технический писатель (Специалист по технической документации в области ИТ) 16
Пример: трудовые функции программиста Обобщенные трудовые функции код наименование Трудовые функции уровень квалификации наименование Формализация и алгоритмизация поставленных задач Написание программного кода с использованием языков программирования, определения и манипулирования данными А Разработка и отладка программного кода 3 Оформление программного кода в соответствии с установленными требованиями Работа с системой контроля версий Проверка и отладка программного кода Разработка процедур проверки работоспособности и измерения характеристик программного обеспечения B Проверка работоспособности и рефакторинг кода программного обеспечения Разработка тестовых наборов данных 4 Проверка работоспособности программного обеспечения Рефакторинг и оптимизация программного кода Исправление дефектов, зафиксированных в базе данных дефектов C Интеграция программных модулей и компонент и верификация выпусков программного продукта Разработка процедур интеграции программных модулей 5 Осуществление интеграции программных модулей и компонент и верификации выпусков программного продукта Анализ требований к программному обеспечению D Разработка требований и проектирование программного обеспечения 6 Разработка технических спецификаций на программные компоненты 17 и их взаимодействие Проектирование программного обеспечения
Принципы формирования профильного курса информатики • преемственность к содержанию обучения информатике в основной школе, • доступность для освоения учащимися 10 -11 классов с точки зрения их подготовленности по другим смежным дисциплинам (прежде всего, математике и физике), • представленность основных блоков дисциплин ИТ-цикла вузовских специальностей. Учебный курс, основанный на перечисленных принципах, позволит учащимся получить достаточно подробное представление о предметной области информатики как сферы профессиональной деятельности. 18
От школьной информатики к профессии 19
Содержательные линии профильного курса информатики 1. 2. 3. 4. Теоретические основы профессиональной деятельности в области информатики. Технологические средства профессиональной деятельности. Виды профессиональной деятельности. Социальные аспекты информатизации. Детальное наполнение перечисленных содержательных линий должно вытекать из анализа содержания обучения в системе ВПО на профильных по отношению к информатике и информационным технологиям специальностях и направлениях бакалавриата. 20
Содержательная структура профильного курса информатики Разделы и темы профильного курса Блоки дисциплин ВПО Тематические модули 1. Теоретические основы профессиональной деятельности 1. Информация: определение, измерение, представление, кодирование, передача, обработка Дискретные структуры Теория информации Математическая логика, кодирование, теория алгоритмов, измерение информации, цифровая обработка сигналов, избыточность, теоремы Шеннона, кодирование информации 2. 1. Компьютер Архитектура и организация ЭВМ Цифровая логика и цифровые системы (логические основы ЭВМ), представление данных в ЭВМ, машинная организация на ассемблерном уровне, организация систем памяти, интерфейсы и связь, функциональная организация ЭВМ 2. 2. Компьютерные системы Распределенные вычисления Архитектура распределенных систем, сети и телекоммуникации, архитектура «клиент-сервер» , разработка web-приложений 2. 3. Программное обеспечение компьютерных систем Операционные системы Графика и визуализация Функции ОС, обзор существующих ОС, основные методы компьютерной графики, прикладное ПО компьютерной графики, мультимедиа 21 2. Технологические средства профессиональной деятельности
Содержательная структура профильного курса информатики Разделы и темы профильного курса Блоки дисциплин ВПО Тематические модули 1. Теоретические основы профессиональной деятельности 1. Информация: определение, измерение, представление, кодирование, передача, обработка Дискретные структуры Теория информации Математическая логика, кодирование, теория алгоритмов, измерение информации, цифровая обработка сигналов, избыточность, теоремы Шеннона, кодирование информации 2. 1. Компьютер Архитектура и организация ЭВМ Цифровая логика и цифровые системы (логические основы ЭВМ), представление данных в ЭВМ, машинная организация на ассемблерном уровне, организация систем памяти, интерфейсы и связь, функциональная организация ЭВМ 2. 2. Компьютерные системы Распределенные вычисления Архитектура распределенных систем, сети и телекоммуникации, архитектура «клиент-сервер» , разработка web-приложений 2. 3. Программное обеспечение компьютерных систем Операционные системы Графика и визуализация Функции ОС, обзор существующих ОС, основные методы компьютерной графики, прикладное ПО компьютерной графики, мультимедиа 22 2. Технологические средства профессиональной деятельности
Содержательная структура профильного курса информатики Разделы и темы профильного курса Блоки дисциплин ВПО Тематические модули 3. 1. Программирование Алгоритмы и теория сложности Языки и методы программирования Основы алгоритмизации, сложность алгоритмов и программ, основные алгоритмы обработки данных, основные конструкции языков программирования, алгоритмы обработки основных структур данных, рекурсивные алгоритмы, обработка динамических структур данных, объектно-ориентированное программирование, различные технологии программирования, обзор языков программирования 3. 2. Использование и разработка информационных систем Базы данных и информационны е системы Интеллектуальные системы Информационные системы, базы данных и СУБД, традиционные модели данных, проектирование и реализация БД, искусственный интеллект, интеллектуальные ИС 3. 3. Компьютерное моделирование в предметных областях Методы вычисления Основы программирования Графика и визуализация Аппроксимация функций, решение уравнений и систем уравнений, методы решения задач оптимизации, основные алгоритмы обработки данных, процедурное программирование, графическое представление результатов моделирования 3. 4. Обслуживание и эксплуатация компьютерных систем Взаимодействие человека и машины Распределенные вычисления Основные понятия человеко-машинного интерфейса, технические средства человеко-машинного интерфейса, дружественность интерфейса, стандартизация интерфейса человек-ЭВМ, управление сетями и сетевая безопасность 3. Виды профессиональной деятельности 23
Содержательная структура профильного курса информатики Разделы и темы профильного курса Блоки дисциплин ВПО Тематические модули 4. Социальные аспекты информатики Социальные и профессиональн ые вопросы программирован ия Компьютерная безопасность История информационных технологий Влияние ИТ на социальные процессы Анализ этических проблем и норм Риски и ответственность компьютерных систем Интеллектуальная собственность Частная жизнь и гражданские свободы Процессы программного обеспечения Основные понятия: риски, атаки, стандарты безопасности Сетевая безопасность Криптографическая защита информации Антивирусная защита Защита от несанкционированного доступа 24
Рекомендуемая структура профильного курса информатики ИНВАРИАНТНОЕ ЯДРО КУРСА Расширение 1: «математикпрограммист» программирование & моделирование Расширение 2: «инженерпрограммист» средства информатизации & программирование Расширение 3: «системный администратор» информационные системы & информационные технологии Элективные курсы 25
Варианты учебно-тематического планирования профильного курса 1 вариант: ориентирован на углубленное использование математики при изучении теоретических основ информатики, на математическое моделирование и его реализацию на ЭВМ через прикладное программирование и прикладные средства математического моделирования (физико-математический профиль); 2 вариант: акцент делается на углубленное изучение архитектуры ЭВМ, на языки и методы программирования (в большей степени – системного направления), на программное обеспечение информационных технологий (информационно-технологический профиль); 3 вариант: ориентирован на углубленное изучение устройства и системного ПО ЭВМ, на организацию прикладных программных и информационных систем, на обеспечение функционирования аппаратно-программного комплекса и компьютерную безопасность (информационно-технологический профиль). 26
Примерный план распределения учебного времени в 10 классе 27
Примерный план распределения учебного времени в 11 классе 28
Элективные курсы информатики Элективные курсы в профильном обучении информатике могут: • развивать содержание одного из базовых курсов; • поддерживать изучение основных профильных предметов на заданном профильным стандартом уровне; • оставаясь за пределами государственного образовательного стандарта, служить для внутрипрофильной специализации обучения и для построения индивидуальных образовательных траекторий. • реализовывать компенсирующую функцию по отношению к базовым и профильным курсам. Речь идет не только о компенсации ограниченных возможностей базовых и профильных курсов в удовлетворении индивидуальных образовательных потребностей школьников, но и о построении содержания образования по информатике, адекватного современному пониманию предмета и содержанию этой отрасли научного знания и деятельности человека. 29
Обзор учебников по элективным курсам информатики Теоретические основы информатики Искусственный интеллект. Ясницкий Л. Н. , Черепанов Ф. М. Задача курса – познакомить школьников с историей искусственного интеллекта, с основными стратегиями, применяемыми при создании интеллектуальных информационных систем. Основы компьютерной алгебры. Поднебесова Г. Б. Курс затрагивает вопросы как алгебры (системы счисления, деление полиномов и т. д. ), так и информатики, в основном из программирования. Математические основы информатики. Андреева Е. В. , Босова Л. Л. , Фалина И. Н. Курс раскрывает взаимосвязь математики и информатики, показывает, как развитие одной из этих научных областей стимулировало развитие другой. Введение в криптографию: как защитить свое письмо от любопытных. Танова Э. В. УМК в составе: учебное пособие, методическое пособие для учителя и электронное приложение. Основы разработки алгоритмов. Костюк Ю. Л. , Фукс И. Л. Учебное пособие. Курс направлен на формирование у учащихся прочного фундамента алгоритмического мышления. 30
Обзор учебников по элективным курсам информатики Программирование и моделирование Основы программирования на примере Visual Basic®. NET. Курс позволяет сделать первые шаги в программировании с использованием системы объектноориентированного программирования Visual Basic®. NET 2003. Моделирование в интегративном проекте по математике и информатике. Совертков П. И. , Назин А. Г. Даны основы программирования на языке Visual Basic, а также рассмотрены простейшие задачи для моделирования. Компьютерное моделирование математических задач. Сулейманов Р. Р. Курс содержит большое количество задач с решениями, комментариями и готовыми к исполнению программами на языке программирования Паскаль. Введение в автоматизированное проектирование. Шевцова А. М. , Пантюхин П. Я. Курс предназначен для профильной ориентации учащихся в сфере материального производства. Информационные системы и модели. Семакин И. Г. , Хеннер Е. К. Задача курса — научить создавать информационные системы, конструировать и исследовать информационные модели. Исследование информационных моделей. Угринович Н. Д. Курс учит создавать и исследовать информационные модели из различных предметных областей. Учимся проектировать на компьютере. Монахов М. Ю. , Солодов С. Л. , Монахова Г. Е. Курс обеспечивает изучение компьютерного проектирования, позволяет освоить основы 31 современных компьютерных технологий проектирования и дизайна.
Обзор учебников по элективным курсам информатики Сетевые технологии Глобальные и локальные сети: создание, настройка и использование. Колбин Р. В. Курс знакомит с историей создания и основными принципами функционирования локальных компьютерных сетей и Интернета, с основными типами оборудования и программного обеспечения, их настройкой, с основными протоколами и сервисами Интернета. Web-конструирование HTML. Дуванов А. А. Основные темы курса – проектирование структуры, дизайн и потребительские свойства сайта. Описывается Web-пространство и средства навигации, рассматривается создание одностраничных и многостраничных документов, изучается работа с таблицами стилей. Технология создания сайтов. Хуторской А. В. , Орешко А. П. Курс учит основам веб-дизайна, умению создавать красочную страницу в Интернете с рассказами, фотографиями и различными зрелищными эффектами, поддержке и раскрутке сайта в сети Интернет. Создаем школьный сайт в Интернете. Монахов М. Ю. , Воронин А. А. Курс позволяет получить профессиональные навыки создания сайтов в Интернете. Он формирует у обучаемых умение использовать типовые инструментально-технологические средства и эффективно работать в неоднородных командах. Основы информационной безопасности при работе в телекоммуникационных сетях. Калинин И. А. , Самылкина Н. Н. Цель курса – познакомить учащихся с основными понятиями, способами и методами обеспечения личной информационной безопасности, основными источниками угроз, законодательной базой обеспечения информационной безопасности. Основы компьютерных сетей. Курс позволяет в доступной форме ознакомиться с основными принципами построения и функционирования локальных и глобальных компьютерных сетей, научиться проектировать, монтировать и налаживать работу небольших домашних и офисных сетей, настраивать сетевые операционные системы. 32
Обзор учебников по элективным курсам информатики Компьютерная графика, анимации и мультимедиа Компьютерная графика. Залогова Л. А. Курс посвящен получению навыков создания и редактирования изображений с помощью программ Corel. DRAW и Adobe Photoshop, а также обмена графической информацией между различными приложениями. Создание компьютерной анимации в Adobe Flash CS 3 Professional. Платонова Н. С. Курс включает в себя освоение инструментов, использование растровых изображений, анимацию, работы с текстом, озвучивание анимаций и иные возможности программы. Графический редактор Photoshop. Леготина С. Н. Курс обучает работе с популярным графическим редактором. 33
Информационные системы и модели (элективный курс, УМК) И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. «Бином. Лаборатория знаний» , 2008. Содержание Глава 1. Моделирование и разработка информационных систем 1. 1. Информационные системы и системология 1. 2. Реляционная модель и базы данных 1. 3. Электронная таблица – инструмент информационного моделирования 1. 4. Программирование приложений Глава 2. Компьютерное математическое моделирование 2. 1. Введение в моделирование 2. 2. Инструментарий компьютерного математического моделирования 2. 3. Моделирование процессов оптимального планирования 2. 4. Компьютерное имитационное моделирование 34
Литература 1. Русаков С. В. , Семакин И. Г. , Хеннер Е. К. Анализ структуры подготовки специалистов по информатике и информационным технологиям в российской системе высшего профессионального образования. // Вопросы образования. 2010. № 3. С. 135 -151. 2. Хеннер Е. К. Анализ системы подготовки специалистов по информатике и информационным технологиям в российских вузах. // Е. К. Хеннер, Ю. А. Аляев, С. В. Русаков, И. Г. Семакин, Т. Н. Соловьева. Пермь: ПГУ, 2010. 174 с. 3. Computing Curricula 2001: Computer Science. «Рекомендации по преподаванию информатики 2001» . http: //www. computer. org/education/cc 2001. 4. Семакин И. Г. , Хеннер Е. К. Профильное обучение в школе как этап подготовки специалистов по информатике и информационным технологиям. // Информатизация образования и науки. 2011. № 1(9). С. 3 -14. 5. Лапчик М. П. Теория и методика обучения информатике. // М. П. Лапчик, И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер. Под ред. М. П. Лапчика. М. : Издательский центр «Академия» , 2008. 592 с. 35
Конец лекции 36
Скачать презентацию Углубленное профильное изучение информатики в старших классах как
лекция_през.ppt