перевод


I бөлім. Орта мектепте информатиканы оқыту кезіндегі компьютерлік математикалық пакеттердің мүмкіндіктері.
кәсіптік сыныптарда информатиканы оқыту ерекшеліктері
1985 жылы мектептік білім мазмұнында жаңа пән «Информатика және есептеу техника негіздері» (ИЕТН) пайда болды. Алғашқы курс бағдарламалаудың негіздерін оқуға, ал соңынан сол уақытта болған ақпараттық технологиялардың құралдарын меңгеруге және қолдануға бағытталған болды. Тез арада «ИЕТН» курсын енгізгеннен кейін компьютерлік техниканың және бағдарламалық жасақтаманың жылдам дамуы білім жүйесінде осы пәннің орнын және мақсаттарын қайта қарастыру үрдісіне алып келді. Соңғы онжылдықта информатика іргелі ғылым ретінде барлықғылыми таным жүйесінде басты құраушысы болып жатыр және білімге негізделген ғаламдық ақпараттық қоғамның құрылу жолдарын айтарлықтай анықтайтын болады. Қазіргі таңда әлемдік ғылыми және білім қауымдасдықтарында информатика пәніне және оның зерттеу облысына үш негізгі көз қарас бар [133, 134, 135, 136].
Олардың біріншісіне сәйкес информатика әліде заманауи ақпараттандыру құралдарының көмегі арқылы және, ең бастысы, ЭЕМ мен телекоммуникациялық желінің көмегімен автоматты түрде өңдеудің және ақпараттарды берудің әдістері мен амалдарын қарастыратын кешенді техникалық пән ретінде жүйеленеді. Дәл осы көзқарас 1995 жылға шейін үстем болды және отандық ғылымның информатикаға қатынасын анықтады. АҚШ-та, Канадада және басқа көптеген ағылшын тілде мемлекеттерде «Информатика» деген орыс тілдегі терминге қазіргі кезде, аз дегенде, төрт ағылшын тілді терминдер мен төрт білім саласында қалыптасқан: Information science, Computer science, Computer Science and Information Scienceмен Computational Science сәйкес келеді[254]. Сонымен қатар Computer Science саласында басты көңіл бұл мемлекеттерде «Information Science» атауына ие болған, басқа ғылым айналысатын ақпараттық үрдістерді зерттеуге емес, аспапты-техникалық аспектілерге бөлінеді.
Сонымен бірге басқа да көзқарас бар, онда информатика іргелі жаратылыстану ғылымы мен қатар тәжірибелік қызметтің кешенді саласы ретінде қарастырылады. Бұл көзқарас 1990 жылы Ресейде информатика сабағын туралы эволюцияны қолдайтын және ғылым жүйесінде оның орнын, пәнаралық мағынасы мен басқа пәндермен байланысын көрсететін жұмыстар пайда болғаннан бастап тарқай бастады[129].Осылайша, қазіргі кезде көптеген ресейлік ғалымдар информатиканың пәндік саласын басқа мемлекеттерде «Computer science»терминімен белгіленген пәндік салаға қарағанда кеңінен түсінеді. Басқаша айтқанда, қазір Ресейде «Информатика» термині «Computer science» мен «Information science» мәселнамасын бірқатар қосатын пәндік саланы білдіреді. Соңғы жылдары ресейлік ғалымдар А. П. Ершова[91, 92, 93], Ю. И. Шемакина [249, 250], Ю. А. Шрейдера[252], А. Д. Урсула[192, 238, 239]жұмыстарымен байланысты тағы да бір көзқарасқа Ресеймен қатар шетелден де көптеген қолдаушылар тауып жатыр. Осыдан 20 жыл бұрын олар информатиканы барлық жаратылыстану үшін ғана емес, сонымен қатар гуманитарлық ғылымдар үшін бірінші қатарлы мағынаға ие болатын жаңа іргелі қалыптастырушы ғылым ретінде қарастырды. Ресейлік ғалымдардың бұл жобасы ақпарат түсінігінің іргелілігін мойындауына негізделді, ол іргелі ғылым ретінде информатиканы қарастыруда маңызды объект болып табылады. Сонымен қатар ақпараттық заңдылықтар тірі және өлі табиғатта және адам жасаған жасанды техникалық жүйелерде өзін көрсету кезінде ортақ негізге сүйену керек деген болжамға сәйкес негізделген.
Заманауи инфороматика үшін басты зерттеу объектісі ақпараттық үрдістер мен табиғатта және қауымдастықта болатын ақпараттық өзара әрекеттесу үрдістері, сонымен қатар техникалық, әлеуметтік, биологиялық және физикалық жүйелердегі осы үрдістерді жүзеге асыру әдістері мен амалдары болып табылады. Бұдан басқа ғылыми пән бұл үрдістерді арнайы қарастырумен айналыспайды, бірақ ақпараттық үрдістердің пайда болуының жеке аспектілерінің сол немесе басқа ақпараттық орталарда толығымен қарастырыла алады. Сондықтан заманауи информатиканы жеке өзіндік ғылыми пән ретінде анықтай алады. Информатика үшін зерттеу пәні ақпараттық үрдістер мен табиғатта және қауымдастықта болатын ақпараттық өзара әрекеттесу үрдістері, әр түрлі ақпараттық орталарда олардың пайда болу ерекшеліктері (техникалық, әлеуметтік, биологиялық және физикалық), оларды жүзеге асыру әдістері мен амалдары, сонымен қатар осы әдістер мен амалдарды әлеуметтік тәжірибенің әр түрлі орталарында қолдануы болып табылады. Қазіргі таңда информатиканың өзінің жеке ғылыми зерттеу әдістері бар, соның ішінде ең атақтылары ақпараттық моделдеу әдісі мен ақпараттық тәсілдеме әдісі болып табылады. Бұл амалдар тек информатикада ғана кеңінен қолданылмайды, сонымен бірге басқа ғылыми салаларда да қолданылады, осылайша олар тез арада пәнаралық болды. Осы әдістердің дамуы қазіргі кезде информатиканың әдістемелік тапсырмаларының маңыздыларының бірі болып саналады.
Информатиканың проблемаларын кешенді зерттеу қажеттіліктері тек ғылымның академиялық секторында ғана емес, сонымен қатар білім беру жүйесіндегі жұмыстарда ашылған[129, 134, 135, 136]. Осы жұмыстардың мазмұнына талдау жасағанда алатын басты шешімі басқа ғылымдар үшін интограциялық функцияларды орындайтын пәнаралық ғылыми бағытта да, жаратылыстану ғылыми бағытта да, сол сияқты гуманитарлық бағытта инфортиканың жаңа даму кезеңі басталып жатқанын қорытындылайды. Осы облыстарға информатиканың әдістері мен амалдарының енуі қазіргі кезде іргелі ғылымның өзінің қажеттіліктерімен және даму логикасымен, сонымен қатар қолданбалы мәселелерді шешу қажеттілігмен айқындалады. Бұл тек информатиканың басқа ғылымдармен байланыстағы ғылыми зерттеулердің дамуы үшін жаңа импульсті бере тұрмай, сонымен бірге жалпы информатикада жаңа перспективалық идеяларды беруін де күтуіміз керек. Мұндай перспективті мүмкіндіктерге 80-ші жылдары алдын-ала байқауға қиындық туғызған, 90-шы жылдары қолданбалы математика мен ақпараттық технологияларда мүлдем жаңа бағыт болған, математикалық пакеттердің пайда болуы жатады. Олардың пайда болуы жалпы информатика пәнін, оның мазмұнын және мақсаттарын, бұл пәннің басқа базалық пәндермен байланыс құрылымын да, сонымен бірге оның білім беру жүйесіндегі орны мен ролін де қайта қарастыруды қажет етеді. Бұл жаңа және әліде толығымен зерттелмеген, бірақ перспективті мүмкіндіктер информатикаға және ақпараттық технолгияларға заманауи мектептік білім беруде оның әртүрлі, бірінші көзқарас бойынша, тіптен алшақ бөліктерді біртұтас біріктіруге мүмкіндік беретін ядро ролін шарттайды. Қазіргі кезде Ресейде компьютерлік математикалық пакеттердің ғылыми қызметке және білім беру үрдісіне енгізілу мәселелерін Смоленск мемлекеттік университетінде (Дьяконов В.П.), |Москва энергетикалық институтында (Кирсанов М.Н.), Санкт-Петербург мемлекеттік университетінде (Матросов А.В.), Санкт-Петербург мемлекеттік су коммуникациялау университетінде (Голоскоков Д.П.), Татар мемлекеттік гуманинарлық педагогикалық университетінде (ТМГПУ) (Игнатьев Ю.Г.), Москва облыстық педагогикалық университетінде (Мантуров О.В.), Елабужск педагогикалық университетінде (Капустина Т.В.), сонымен бірге Самарада, Тольяттида, Рязанда, Омскіде және басқа да ғылыми орталықтарда қарастырылды.
Бейінді сыныптарда информатиканы оқыту ерекшеліктері
Информатика – бұл әр түрлі табиғаттағы жүйелерде ақпараттық үрдістердің ағу заңдылықтары, әдістері, амалдары және ақпараттық үрдістерді технологиялық автоматизациялау туралы ғылым[189]. Ол оқушылардың заманауи ғылыми дүниетанымының қалыптасуына, зияттық қабілеттіліктерінің және танымдық мүдделердің дамуына мүмкіндік береді. Бұл ғылымға негізделген ақпараттық технолгиялар меңгеру оқушылар үшін білім беру жүйесінде де, және күнделікті және болашақ өмірге де қажетті.
Информатика пәнін оқу мынандай мүмкіндіктерді дамытады: ақпаратты жүйелік талдау, әртүрлі дереккөздерінен ақпараттарды іздеу, өз ойын және көзқарасын көрсету, моделдеу, жобалау, жеке және ұжымдық қызметті ұйымдастыру. Қазіргі кезде жалпы білім беретін мектептің басты мақсаты білім алушылардың ақпараттық сауаттылықтарын мен ақпартатық-компьютерлік біліктіліктерін қалыптастыру, олардың ақпараттық мәдениеттілігін дамыту болып табылады.
Бейінді оқыту – білім беру үрдісінің құрылысының, мазмұнының және ұйымының өзгеруіне байланысты білім алушылардың қызығушылықтарын, икемділіктерін және мүмкіншіліктерін толығынан ескеруге, кәсіптік мақсаттарына және білім алуды жалғастыруға қатысты ниеттеріне сәйкес жоғарғы сынып оқушыларының білім алуы үшін талаптарды құруына мүмкіндік беретін білім алудың саралау құралы. Сонымен бірге елеулі түрде жеке білім алу траекториясын салу мүмкінкіндіктері кеңейеді[219]. Бейінді оқыту жоғарғы мектептерге енгізіледі. Әр білім беру орталығы өзінің бағдарын немесе бірнеше бейінді бағыттарды жүзеге асырады. Таңдап алынған бейіндерде «Информатика және АҚТ(ақпараттық коммуникациялық технологиялар)» пәні екі деңгейдің тек біреуінде беріледі: базалық немесе бейіндік. Базалық деңгейде пәнді оқыту стандарт бойынша жалпы мәдениеттің қалыптасуына негізделген және үлкен дәрежеде жалпы білім берудің дүниетанымдық, тәрбиелілік және дамушылық мақсаттарымен, әлеуметтену тапсырмаларымен байланысты. Бейінді деңгей білім алушының жеке икемділіктеріне, қажеттіліктеріне негізделе таңдалады және оның келесі кәсіптік білім алуына немесе кәсіптік қызметке дайындалуына негізделген.
50-ші жылдардың басында ең алғашқы электрондық есептеуіш машина (ЭЕМ) пайда болды. Осыдан кейін бағдарламалаудың шалқып өркендеуі басталды. ЭЕМ пайда болғаннан кейін ғылыми-зерттеу орталықтарында оқушылардың ЭЕМ-нің бағдарламалау негіздерін оқу мақсатында әртүрлі жастағы топтары құрыла бастады. Бұл сатыда балаларды бағдарламалауға үйрете беруге болады деген шешімге келді[63]. Орта мектептер үшін бағдарламалау курсында алғашқы бағдарлааманы құруға 60-шы жылдары есептеуіш бағдарламашыларды қарастыратын, математикалық мамандандырылған мектептердің пайда болу түрткі болды. Бағдарламалау саласында мамандандырылған мектептердің дамуы басты рөл атқарды: ол оқушыларға бағдарламалауды оқыту сұрақтарына арналған публикациялар мен әдістемелік зерттемелердің ағынын өркендетті. Осы жылдары математикалық мамандандырылған мектептер үшін бағдарламалау жүйесі бойынша дайын оқу құралдары кеңінен таралуда болды[121].
Кибернетика элементтерін оқыту бойынша білім алушыларда тәжірибелер жүргізу басталды. Бұл зерттеулерге негізін қалаушы В.С.Леднев болды. Ол мектептің оқу жоспарына кибернетика негіздерін қосудың қажеттілігін дәлелдеді. Ал Кузнецов А.А: және Леднев В.С: жеке пән ретінде орта мектепке кибернетиканы енгізу міндеттілігін дәлелдеді. Олар 9-10 сыныптарда факультатив ретінде «Кибернетика негіздері» курсын жалпы көлемде 140 сағатта қосылуына қол жеткізді. Бұл курста келесі сұрақтар қарастырылды: «кибернетика нені біледі», «моделдері», «алгоритмдері», «ақпараттың логикалық жасаушылары», «бағдарламалау», «ақпарат және оның кодталуы». Осының салдарына байланысты курста оқытылатындар мектеп курсындағы информатиканың негізгі компоненттер қатарына қосылды. Дәл осы кибернетика курсының негіздері заманауи мектептік информатика курсының іргелі компоненттерінің қалыптасуына алдын ала себеп құрды[180].
60-70-ші жылдары алгоритмдік мәдениеттің негізгі компоненттері қалыптасты: алгоритм түсінігі және оның қасиеттері, алгоритмдерді сипаттау тілі түсінігі, суреттемені нысандау деңгейі, дискреттілік принципі, кезеңділік принципі. Информатика бойынша алғашқы оқулық академик А.П. Ершова басшылығымен 1985 жылы жазылған болды, онда алгоритмдеу негіздерін және дербес ЭЕМ үшін Basic тіліндегі бағдарламалалау элементтерін оқытуға көңіл бөлінген[89]. А.П. Ершова курсы оқу процессі кезінде компьютерді міндетті түрде қолдануды қажет етпеді және өзінің мақсаты ретінде оқушыны алгоритмдеуге оқыту, жасөспірімді ойлауға және өзінің түсінетін үрдістерін нақты терминдермен түсіндіруге үйрету болды. Информатиканың ең алғашқы оқулығында орыс тілінің шартты белгілерімен алгоритм тектес мектептік алгоритмдік тіл енгізілген болды. Осы жүйені құруға қатысқан Кушниренко А.Г. информатика оқулығы авторларының бірі болды[144, 145, 146]. Бұлар мектептерге арналған баламасыз оқу құралдары болды, дегенмен нақты пәнді оқыту көбінде нақты мұғалімнің қалауына және шеберлілігіне байланысты болды. Бірақ 90-шы жылдары ғана әр түрлі авторлардың оқулықтары және әр түрлі информатика мен бағдарламалауды оқыту концепциялары пайда бола бастады. Сол авторлардың ішінде С.А.Бешенковты, А.Г.Гейнді, А.А.Кузнецовты, Э.И.Кузнецовты, М.П.Лапчикті, Н.В.Макарованы, Е.А.Ракитинді, И.Г.Семакинді, А.И.Сенокосовты, Н.Д.Угриновичті, Е.К.Хеннерді және басқаларды атап айтсақ болады.
Информатиканың мазмұнын сұрыптау сұрақтарына және оқытудың жалпы тұжырымдамасын әзірлеуге көптеген жұмыстар арналған. Информатика курсын оқытудың алғашқы сатысында мазмұны негізінен бағдарламалау тілдерін оқытуға ғана негізделді. Бағдарламалау – бағдарламалау тілдерінің көмегімен компьютерлік бағдарламаларды және/немесе бағдарламалық жасақтаманы құру үрдісі мен шеберлігі. Бағдарламалауды оқу негізгі екі мақсатты көздейді – алгоритмдік ойлауды дағдылау және дамыту мен ақпаратты өңдеу бойынша есептерді шешу дағдыларын қалыптастыру.
Информатиканың ғылыми сала ретінде дамуы және ақпараттық технологиялардың тұрақты жетілуі тек қана алгоритмдерді кодтаудың тілдік құралдарының пайда болуына алып келген жоқ, сонымен бірге осы алгоритмдердің, бағдарламалаудың парадигмаларын жасаудың негізгі төрт жолының нақты түрде қалыптасуына алып келді. Төрт парадигма анықталған: процедуралы, объектілі хабардар, логикалық, және қызметтік. Алгоритмдерді бөлшектеудің барлық әдістерін парадигмаларға бөлуіне қазіргі күнде барлық атақты бағдарламалау тілдері кіреді. Бағдарламалау парадигмасының қысқаша сипаттамасын бағдарламаларды жазу стилін анықтайтын идеялар мен түсініктер жинағы ретінде қарастырайық.
Процедуралы (құрылымдық, бұйрықты) бағдарламалау кезінде операторлардың (командалар) нақты реттілігімен шешімді алу үрдісі сипатталады. Деректері операнд деп аталады, әртекті деректер құрылымды құрастырады. Элементтер арасындағы байланыс әрқашанда бір мағынаны береді: «команданы орындауға көшу». Құрылымдық бағдарламалар оқу үрдісі үшін сипатталған оңай есептік тапсырмаларды шешуге ыңғайлы. Процедуралы бағдарламалау тілдеріне қатысты: Basic, Turbo Pascal, Ada, Фортран, Модула-2, ПЛ/1, Рапира, REXX. Процедуралы парадигма көптеген бағдарламалау курстарын оқытудың негізі болған. Осы жұмыстардың тәжірибесі мынандай зерттеушілердің жұмыстарында көрсетілген: А.Г.Гейн, А.П.Ершов, В.Е.Жужжалов, А.Г.Кушнеренко, В.М.Монахов және тағы басқалар.
Объектілі хабардар парадигмасында бастапқы болып, мәлімдемелерді жеткізу механизмінің көмегі арқылы бір-бірімен белсенді өзара әрекет жасай алатын объектілер (деректер) саналады. Бағдарламалау объектілерді сипаттауға және осындай объектілерге бастапқы деректер мен нәтижелердің құрылымдауына саяды. Өзінің мәні бойынша объектілі хабардар бағдарламалау – ол объектілерден қосымшаларды құру. Кейбір объектілерді толығымен өздігінен құру тиіс болады, сонымен қатар басқаларды бұрыннан бар кітапханалардан дайын түрде алып пайдалануға болады. Объектілі хабардар тілдер операциялық жүйелерді, таратушыларды, деректер қорын, басқа да қолданбалы және жүйелік бағдарламаларды құру үшін қолданылады. Олар мынандай бағдарламалау тілдері: Симула, Smalltalk, Self, C++, Delphi, Object Pascal, Java, Oberon-2, Ruby. Бағдарламалаудың объектілі хабардар парадигмасы процедуралыға жақын Е.Г.Андросов, Н.Н.Истомина, Н.Д.Угринович жұмыстарынан және басқа да зерттеулерден қолдау тапты.
Логикалық бағдарламалау жасанды ақыл-парасат саласындағы зерттеулерден туындайды және әр түрлі бекітулерді, логикаларды, пікірлерді сипаттауға, сонымен бірге жасанды ақыл-парасат құралдарын құруға қолданылады. Логикалық парадигма негізіндегі бағдарламалау тілдері: Prolog, Planner, Ether. Бағдарламалау оқу курсын құру негізінде логикалық парадигмасы сипаттамасын С.Г.Григорьев, Е.А.Ерохина, В.А.Каймин, Д.П.Федюшин, А.Г.Щеголев, J.R.Ennals, O.Maler, E.Shapiro, Z.Scherz және басқаларының жұмыстарынан тапты.
Бағдарламалауға атқарымдық тәсілдеме мынандай ойда негізделеді, онда ақпаратты барлық өңдеуі және ізделініп отырған нәтиженің алынуы бір функцияның мағынасы келесі функцияның аргументі ретінде қолданылатын кейбір әрекеттерді орындайтын функциялардың салынған немесе рекурсивті шақыртулары түрінде берілуі мүмкін. Бұл функцияның мағынасы келесі функцияның аргументі және сол сияқты нәтиже – есептің шешімі алынғанша жалғаса береді. Бағдарламалар логикалық бөлшектелген функция анықтамаларынан құралады. Анықтама есептеуді ұйымдастыратын басқарушы құрылымдардан және функцияның салынған шақыртуларынан тұрады. Атқарымдық бағдарламалаудың негізгі әдістері композиция мен рекурсия болып табылады. Атқарымдық тілдерді қолдану жасанды ақыл-парасат құралдарын жасаумен байланысты. Атқарымдық функцияның неғұрлым белгілі тілдеріне жатады: XQuery Haskell, LISP, ML (Standard ML және Objective CAML), Miranda, Erlang, Nemerle. Бағдарламалау оқу курсын құру үшін атқарымдық парадигманы негіз ретінде қолдану мәселелері Л.В.Городнямен, Р.В.Душкинамен, Н.А.Рогановамен қарастырылған.
Сонымен қатар бағдарламалаудың көптеген парадигмаларын бірдей қолдануышы бағдарламалау ретінде мультипарадигмалы бағдарламалауды айтуға болады. Бағдарламалаудың парадигмаларын біріктіру идеясын В.Е.Жужжалов көтермеледі[97]. Осындай бағдарламалау тілдеріне Lcda және Oz мысал болады.
Бағдарламалау тілдері өте көп. Осыдан сұрақ туындайды: орта мектептерде оқушыларда бағдарламалау саласында білім мен икемділіктің қалыптасуына қандай бағдарламалау тілін оқу керек? Шын мәнінде адам өзінің білімін берілген тапсырмаға және ақиқат мүмкіндіктеріне сәйкес қолдана алуы үшін әр түрлі бағдарламалау тілдерімен таныс болуы тиіс. Әр түрлі бағдарламалау тілдерін оқи отырып, оқушы, біріншіден, тапсырма шешімі бағдарламалау тілін таңдауға байланысты емес екендігін көре алады, екіншіден, ол адамның ойлау қабілеттілігінің кеңдігі мен көп түрлілігіне негізделген сол бір тапсырманы шешу әдістерініңм көптігін білуі тиіс. Дегенмен заманауи информатика курсында алгоритмдеу және бағдарламалау рөлінде төмендеу беталысы басты мәселе болып табылады. «Информатика және АҚТ» пәнінің мазмұнының міндетті минимумының арқасында базалық курс сатысында (8-9 сыныптар) алгоритм түсінігін, негізгі алгоритмдік констукцияларды, бағдарламалау туралы түсінікті оқу «Ақпараттық үрдістер» бөліміне қосылған. 10-11 сыныптардағы базалық деңгейде бағдарламалауды оқуға көңіл бөлінбейді. Бейінді деңгейде қосымша сағаттар санына орай бағдарламалау тілі, деректер түрі, бағдарламалау тілінің негізгі конструкциялары, бағдарламалау жүйесі, бағдарламаларды жасаудың негізгі сатылары сияқты мәселелер қарастырылады[219]. Мектепте бағдарламалауды оқыту Basic немесе Pascal сияқты классикалық процедуралық тілдерден бастауға бейімделген. Сонымен бірге бастапқы сатыда алгоритмдеу мен бағдарламалауды уақыт бойынша бөлу қажет емес. Оқушы тапсырманы шешу үшін алгоритмнің әр қадамның тағайындалуын және бағдарламалау тілінде осы қадамдарды жүзеге асыруды нақты түсінуі, тәжірибе жүзінде әр тілдік конструкцияның мақсаты мен мүмкіндіктерін, оның синтаксисін және мағынасын байқап білуі тиіс. Осының бәрі оқытушыдан шыдамдылық пен ұстамдылықты, сабақта және сабақтан тыс жұмыстардың тұтас және жеке түрлерін орынды байланыстыруды, ақырындап күрделілігі өсуі тиіс болатын тапсырмаларды жете іріктеуді қажет етеді. Оқып жатқандарға бағдарламалаудың базалық құрылымын, процедураларды, массивтерді өңдеуді тәжірибе жүзінде меңгеру қажет, ал содан соң объектілі хабардар бағдарламалауды да оқуға болады. Аздаған оқу сағаттар саны мен оқушының алгоритмдік ойлауының дамуының күрделі мақсаттары информатиканы мектепте оқыту бағдарламасына сыймайды, өйткені соңғы кезде көп көңіл оқу қызметінде және күнделікті өмірде АҚТ құралдарын қолдануды білуге дағдылануға бөліне бастады. Соңдықтан информатика мен АҚТ бойынша оқу бағдарламаларының мазмұнының міндетті минимум бірнеше талаптарына бірыңғай сәйкес келетін оқу құралдарын іздеу қажетті болды. Мұндай көп қызметті оқу құралдары, бір мезгілде бағдарламалау мен математикалық моделдеу ортасы, сонымен қатар ақпараттық ортаны ұйымдастыру құралы ретінде, ақпараттық объектілерді құру мен өңдеу қызметін атқара алатын компьютерлік математикалық пакеттер болып табылады.
1.2. Білім беруде компьютерлік математикалық пакеттерді қолдану
Білім беруде заманауи компьютерлік математикалық пакеттерді пайдалану принциптері
Қолданбалы математикалық есептерді шешу кезінде компьютерлік математиканың ақпараттық жүйелері кең қолданыста болды. авторлар мұндай компьютерлік бағдарламаларға әр түрлі аттар ұсынды. Осылайша, олар «компьютерлік алгебра жүйесі»[86], «математикалық пакет»[59], «аналитикалық есептеуіш жүйелері»[164], «компьютерлік математикалық пакет»[137] деген аттарды алып жүрді, ал соңғы кезде «компьютерлік математика жүйелері»[31, 78, 103] деген ат бекітілді. Басында компьютерлік математикалық пакеттер екі әр түрлі классқа бөлінді: сандық және символдық (аналитикалық) есептеулер үшін жүйелер. Біріншісіне, әдетте Eurica, MATLAB, MathCAD, электрондық кестелер, мысалы, Microsoft Excel жүйелері қатысты. Ал екіншілерге Derive, MuPAD, Mathematica, Maple компьютерлік алгебра жүйелері енді. Қазіргі кезде мұндай бөліністі ескірген деп есептелінді. Барлық айтылған жүйелер сандық та, аналитикалық та есептеуішті автоматтауды қамтамасыз ететін әмбебап математикалық жүйелері ретінде одан әрі дамуға бет алды. Әмбебаптардың ішінде MATLAB, MathCAD, Mathematica және Maple-ды атап өтсе болады. Бір жағынан қарағанда, оптималдық компьютерлік математикалық пакетті таңдау оны қолданудың соңғы тапсырмаларымен, оның көмегімен шешілетін есептер жинағымен, зерттеудің ғылыми бағытымен және басқаларымен анықталады. Басқа жағынан қарағанда, барлық математикалық пакеттер қолайсыз формулалық есептеулердің автоматтау үрдісін бірыңғай тағайындау және сандық, формулалы және графикалық түрде соңғы шешімді алу болып табылады, сонымен ол қолданушыны уақыттың ұтымсыз шығынынан босатады. Барлық компьютерлік математикалық пакеттер әр түрлі сыныптардың есептерін шешу үшін жеткілікті мықты құралдар қоры бар, көптеген кіріктірілген функциялармен, символды түрлендіру құралдарымен, визуализация және жандандырумен жабдықтандырылған.
Дьяконов В.П., Ресейде ақпараттық технологиялар саласындағы жетекші мамандардың бірі, компьютерлік математикалық жүйесін есептеудің барлық сатысында жоғарғы деңгейлі визуализациялы математикалық есептердің барлық түрлерін компьютерда тиімді шешуге арналған теориялық, алгоритмдік, аппараттық және ақпараттық құралдардың жиынтығы ретінде анықтайды[77, 75, 79]. Оларға 36 беттегі 1 кестеде әлемдегі және Ресейдегі компьютерлік математикалық пакеттердің атақтары бойынша салыстыру деректері берілген.
Әлемде бірінші орынға Maple жүйесі ие болған, ол басынан білім беру ортасында қолдануға негізделген. Қазіргі кезде Maple – кең көлемде есептерді шеше алатын мықты және әмбебап бағдарлама және маңдай алды мүмкіндіктерге ие.
II БӨЛІМ. КОМПЬЮТЕРЛІК МАТЕМАТИКАЛЫҚ ПАКЕТТЕРДІ ҚОЛДАНУҒА НЕГІЗДЕЛГЕН ФИЗИКО-МАТЕМАТИКАЛЫҚ БАҒЫТТАҒЫ СЫНЫПТАРДА БАҒДАРЛАМАЛАУ МЕН МОДЕЛДЕУДІ ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ
2.1. Компьютелік математикалық пакеттерді қолдана отырып, бағдарламалау мен моделдеуді оқытудың мазмұны мен мақсаттары
Компьютерлік математикалық пакеттерді қолдана отырып, алгоритмдеуді, бағдарламалауды және моделдеуді оқытудың әдістемелік жүйесі бейінді деңгейде информатика курсында келесі компоненттермен берілген: мақсаты, мазмұны, әдістері, формалары және оқыту құралдары. Әдістемелік жүйеде оқыту мақсаты жүйенің басқа компоненттердің мазмұны мен олардың өзара қатынасының сипатын анықтайтын компонент болып табылады.
Оқушыларды бағдарламалау курсына оқыту мақсаттары алгоритмдік, логикалық және математикалық ойлауды дамытуға негізделеді.
Білім алушылар Maple компьютерлік математикалық пакетін қолдана отырып, бағдарламалауды оқу нәтижесінде білуі тиіс:
негізгі түсініктерді: алгоритм, қолдану, тармақтану, цикл, операторлар, иелену, массивтер, тармақтар, процедуралар, функциялар;
негізгі алгоритмдік құрылымдарды;
Maple компьютерлік математикалық пакеттің мүмкіндіктерін;
Maple бағдарламалау тілінің негізгі бөліктерін;
«процедуралардың қолданушы кітапхана», «маплет» түсініктерін.
Білім алушылар жасай алуы керек:
есепті түсінуі;
жетіспейтін қажетті ақпаратты таба алуы;
Maple операторлары көмегімен негізгі алгоритмдік құрылымды жүзеге асыра алуы (қолдану, тармақтану, цикл);
қолдануды, тармақтануды және циклді жүзеге асыруға тапсырмаларды шешуге;
массивтер мен тармақтарды өңдеуге тапсырмаларды шешуді;
функциялар мен процедурларды орнатуды;
графикалық объектілерді және олардың анимацияларын құруды;
аралас есептерді шешуді.
Физико-математикалық бағытта информатиканы оқыту сыныптарында моделдеуді оқыту мақсаттары:
Информатиканың математикалық объектілерге, нақты объектілердің ақпараттық моделдерінің түрлеріне және қасиеттеріне, моделдеу әдістері мен құралдарына қатысты білімдерді меңгеру және жүйелеу;
ол үшін компьютерлік құралдарды қолдана отырып, әр түрлі пәндер саласынан ақпараттық объектілер мен үрдістер моделдерін құру икемділігіне ие болу.
Орта мектептегі информатиканың бейінді курсында бағдарламалау мен моделдеуді оқыту кезінде Maple компьютерлік математикалық пакеттерін қолдану мақсаттары:
Информатиканы оқыту үрдісін әлдеқайда көрнекті, интерактивті және қызықты, яғни тым тиімді ету керек;
Алгоритмдік ойлауды дамыту үшін және орта мектепте бағдарламалаудың негіздерін сапалы меңгеру үшін құрылымды бағдарламалау принциптерін математикалық ойлау логикасына тығыз сәйкестігіне қол жеткізу;
Білім алушылардың алгоритмдеу және бағдарламалау саласында дайындығын арттыру;
Білім алушылардың жүйелік ойлауын дамыту және, осылайша Maple компьютерлік математикалық пакетін және бағдарламалау нәтижесінің графикалық түсіндіруін қолдана отырып, олардың шығармашылық және ізденушілік қасиеттерін дамыту;
Білім алушыларды шығармашылық және таным қызметін жандандыра отырып, Maple компьютерлік математикалық пакетті, моделдеу технологиясын және жобалық әдіс негізінде авторлық бағдарламалық өнімдерді жасауға үйрету;
Жаратылыстану-ғылыми және техникалық бағытта білім алушылардың кәсіптік көзқарасын жоғарылату, мерзімді және уақыттан тыс қызметтегі ақпараттық технологияларды іс жүзінде қолдана білуді және кәсіптік құзыретті жетілдіру;
Maple қолдана отырып, компьютерлік моделдерді құру тәжірибесін ұйымдастыру;
Математикалық моделдеу әдісін қолдана отырып, жобалық жұмыстарды орындау арқылы бейінді пәндердің біріктіруін жүзеге асыру.
Алға қойылған оқу мақсаттарына жету үшін оқу мазмұнын анықтау қажет. Нақты бағдарламалық жасақтаманы оқу құралы ретінде, мысалы, Maple компьютерлік математикалық пакетті таңдау бағдарлаамалау курсының мазмұнын қайта қараудың қажеттілігіне алып келеді.
Maple компьютерлік математикалық пакетін қолдана отырып, орта мектепте информатика курсында бағдарламалауды оқыту мазмұнына екі компонент кіруі мүмкін (7 суретті қараңыз).
Maple компьютерлік математикалық пакетін қолданғандағы бағдарламалауды оқыту жүйесінің мазмұны
«Maple компьютерлік математикалық пакеті ортасында бағдарламалау» информатика курсы бөлімінің бағдарламасы
«Maple символдық математика пакетін зерттеу» элективті курсы
Maple-ды информатиканың мектептік курсындағы есептерді шешу үшін бағдарламалау ортасы ретінде қолдану
Maple компьютерлік математикалық пакеттегі негізгі жұмыстар мен мүмкіндіктерді зерттеу

7 сурет. Maple негізінде бағдарламалауды оқыту жүйесінің мазмұнының моделі
7 суретте берілген толық схеманы қарастырайық. Моделдің бірінші компоненті «Maple символдық математика пакетін зерттеу» элективті курсы болып табылады, ол 34 сағатқа есептелінген және оқу планы мен мектептегі информатика курсын күнтізбелік-тақырыптық жоспарлауына байланысты 10 немесе 11 сыныптарда өткізілуі мүмкін. Әдістемелік жасақтама курсы үшін тақырыптық жоспарлау курсы әзірленген[212]. Курс Maple компьютерлік математикалық пакеттің мүмкіндіктерін зерттеуге бағытталған және мектепте Maple-ды бағдарламалау жүйесі ретінде қолдану кезінде бағдарламалау негіздерін оқу үшін база болып табылады. Білім алушылар элективті курсты өткеннен кейін бейінді пәндерді біріктіретін және математикалық моделдеу элементтері бар жобалық жұмыстарды орындайды.
Информатика курсында Maple компьютерлік математикалық пакетін ендірудің екінші компоненті Basic және Turbo Pascal оқытылатын бағдарламалау ортасын Maple компьютерлік математикалық пакетімен алмастыру арқылы бағдарламалауды оқыту болып табылады. Осы ойды жүзеге асыратын, «Maple компьютерлік математикалық пакетін қолданумен бағдарламалау» (20 сағат) информатика курсының бөлімін тақырыптық жоспарлауы келесі кестеде берілген.
кесте. Тақырыптық жоспарлау
Maple компьютерлік математикалық пакет ортасында бағдарламалау
№ Тақырып Сағат саны
1 Maple бағдарламалау ортасы. Бағдарлама интерфейсі. 1
2 Деректер типтері. Бағдарлама синтаксисі. Негізгі процедуралар мен функциялар. 1
3 Сызықтық алгоритмдерді бағдарламалау. Ендіру-шығару командалары. Иелену операторы. 1
4 Тармақталу алгоритмдерін бағдарламалау. If шартты операторы. 1
5 Циклдік алгоритмдерді бағдарламалау. for, while цикл операторлары. 1
6 Тәжірибелік жұмыс 1
7 Maple графикасы. Maple тілінің графикалық мүмкіндіктері және шартты оператор 1
8 Maple тілінің графикалық мүмкіндіктері және цикл операторы 1
9 Анимацияны құру 1
10 Тәжірибелік жұмыс 1
11 Maple-дағы бір өлшемдік массивтер 1
12 Maple-дағы екі өлшемдік массивтер 1
13 Maple-дағы тармақтар 1
14 Тәжірибелік жұмыс 1
15 Maple-дағы функциялар 1
16 Maple-дағы процедуралар 1
17 Бағдарламалық процедуралардың пайдаланушылық кітапханаларын құру 1
18 Объектілі-хабардар бағдарламалаудың элементтері. Маплеттер. 1
19 Тәжірибелік жұмыс 1
20 Жобалық қызмет 1
Барлығы 20 сағ.
Информатика курсының берілген бөлімін оқу аяқталғаннан кейін Maple компьютерлік математикалық пакетін қолдана отырып, білім алушылармен жобалық жұмыстар орындалады.
2.2. Maple негізінде моделдеуді және бағдарламалауды оқу құралдары, әдістері және формалары
Maple компьютерлік математикалық пакетін қолдана отырып, бейінді деңгейде бағдарламалау мен моделдеуді оқытудың әдістемелік жүйесін құруды аяқтау үшін қажетті әдістері, формалары және оқу құралдары жаңа оқу құралдарының ерекшеліктерін ескеріп түзетілген, бар әдістер мен формалардан құралған.
Maple-ды қолдану арқылы бағдарламалауды оқыту әдістері
Информатикаға әдістемелік оқу жүйесімен жұмыс бар оқыту әдістерді, олардың ерекшеліктерін ескере отырып, сонымен бірге таңдап алынған формалар мен құралдарды талдап беруге әкеледі. Білім алушылардың танымдық қызметінің сипаты бойынша негізгі төрт оқу әдісі көрсетіледі: түсіндірме-иллюстрациялық, репродуктивті, проблемалық, зерттеу.
Олардың Maple-ды қолдану арқылы информатика сабағында жүзеге асуын қарастырайық.
түсіндірме-иллюстрациялық оқу әдісі сабақтарға арналған көрсету материалдары мен интерактивті оқытушы құралдарын құру құралдары ретінде Maple компьютерлік математикалық пакетін қолдануды жүзеге асырады[211].
репродуктивті оқу әдісі компьютерлік құралдарды қолдану арқылы оқытушымен және/немесе компьютермен оқушыға хабарланатын білімді меңгеруді және оқытылған материалды еске түсіру бойынша оқушы қызметін ұйымдастыру мен ұқсас жағдайларда оны қолдануды қарастырады. Бағдарламалауды білу мен қолдана білу оқушылармен Maple компьютерлік математикалық пакетімен жұмыс істеу кезінде игеріледі.
проблемалық оқу әдісі Maple компьютерлік математикалық пакетінің мүмкіндіктерін

Приложенные файлы

  • docx 22719246
    Размер файла: 44 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий