Особенности изучения темы «Архитектура компьютера» в школьном курсе информатики

должен дать детям. В массовой школе преподавание информатики свелось к преподаванию офисных технологий. Да, так проще, но даже и в этом случае в ряде школ, судя по опросам, офисными технологиями многие не владеют. Здесь есть над чем поразмыслить как учреждениям, занимающимся вопросами повышении квалификации, так и подразделениям, контролирующим качество преподавания, выполнение государственных стандартов.

Литература

1. http://monitoring-2009.narod.ru/

2. http://www.atis-online.ru/

3. http://window.edu.rU/window/library7p_rubF2.1.6

Особенности изучения темы «Архитектура компьютера»

в школьном курсе информатики

Р.И. Горохова (grimma@rambler.ru), С.Н. Скворцова

Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола

Грамотное использование компьютера невозможно без знаний его структуры и принципов функционирования. В качестве подтверждения этого тезиса можно привести слова Питера Нортона: «Вы можете успешно пользоваться услугами компьютера, не понимая того, что в нем происходит. Однако чем глубже Вы представляете процессы, происходящие в ПК, тем лучше будете пользоваться его возможностями... Если что-нибудь случится в процессе работы с компьютером, вероятность того, что Вы примете правильное решение, а не наделаете глупостей и не испортите все окончательно, будет выше».

В основе функционирования современного компьютера лежит огромное количество идей, теорий, принципов и технических решений, которые постоянно совершенствуются. Обобщенная структура, фундаментальные принципы построения и функционирования компьютеров являются предметом изучения темы «Архитектура компьютера» школьного курса информатики. Существующие подходы к преподаванию этого курса можно разделить на три большие группы:

- декларативное изложение материала;

- привязка к одной из реально существующих ЭВМ;

- использование программных моделей вычислительных машин [4].

В различных источниках по-разному раскрывается понятие «архитектура компьютера». Например, в одном источнике архитектурой компьютера называют совокупность его компонентов, а компоненты компьютера называют компьютерным «железом» [12]. В другом источнике «архитектура компьютера» рассматривается в узком и широком смысле слова. В узком смысле под архитектурой понимается архитектура набора команд. Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой и программным обеспечением и представляет ту часть системы, которая видна программисту или разработчику компиляторов. В широком смысле архитектура охватывает понятие организации системы, включающее такие высокоуровневые аспекты разработки компьютера, как систему памяти, структуру системной шины, организацию ввода/вывода и т.п. [13]. В третьем источнике под архитектурой ЭВМ понимают описание устройства и принципов работы ЭВМ без подробностей технического характера (электронных схем, конструктивных деталей и пр.). Описание архитектуры - это представление о компьютере, достаточное для человека, работающего за компьютером, но не конструирующего или ремонтирующего его, т.е. для пользователя [3]. Но обучающиеся должны четко представлять, что означает понятие «архитектура компьютера» и какие различают уровни описания архитектуры компьютера.

Существуют различные уровни описания архитектуры компьютера. Самый поверхностный уровень описания архитектуры компьютера - это понятия об основных устройствах, входящих в состав компьютера, и их назначений. Самый глубокий уровень - это описание системы команд процессора (языка машинных команд), правил работы процессора при выполнении программы.

В соответствии с обязательным минимумом содержания основных обязательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования можно выделить следующие темы, связанные с архитектурой компьютера:

1. Компьютер как универсальное устройство обработки информации.

2. Основные устройства информационно-коммуникационных технологий (ИКТ).

3. Компьютер как средство автоматизации информационных процессов.

4. Средства ИКТ.

180

ИТО Марий Эл - 2009

Для изучения раздела «Компьютер как универсальное устройство обработки информации» в базовом курсе информатики уделяется 4 часа, включая 3 практические работы, а для изучения темы «Архитектура компьютера» отводится 2 часа.

Изучению темы «Компьютер как средство автоматизации информационных процессов» в 10 классе на базовом уровне выделяют 2 часа, в том числе 2 практические работы. Для изучения темы «Архитектура компьютера» в профильном курсе информатики на базовом уровне отводится 1 час. Для изучения темы «Архитектура компьютеров и компьютерных сетей», которая входит в раздел «Средства ИКТ и их применение» (48 часов), на профильном уровне отводится 3 часа.

Существуют различные учебники и учебные пособия, в которых рассматривается тема «Архитектура компьютера». Как правило, в них разъясняются общие понятия архитектуры без привязки к конкретным маркам ЭВМ. Практическая работа происходит на определенных моделях компьютеров.

В связи с этим возникает проблема увязки общетеоретических знаний с практикой, которую должен решать учитель.

Проанализируем школьные учебники по информатике с точки зрения объема и полноты содержания интересующей нас темы.

И.Г. Семакин в учебнике «Информатика. Базовый курс. 7-9 классы» для раскрытия понятия «архитектура ЭВМ» использует дидактический прием аналогии. В данном учебнике рассматривается минимальный комплект ПК, магистральный принцип взаимодействия устройств ПК, основные характеристики ПК.

Тема «Архитектура компьютера» достаточно полно и понятно раскрыта в учебнике Н.Д. Угриновича «Информатика» за 7 и 8 классы и в пособии «Информатика» под редакцией Н.В. Макаровой за 7-9 классы. Материал, изложенный в данных учебных пособиях, можно рекомендовать и использовать в качестве дополнительной литературы в базовом курсе информатики.

Н.Д. Угринович в своем учебном пособии «Информатика» за 8 класс для раскрытия темы «Устройство компьютера» использует следующие параграфы: «Процессор и системная плата»; «Устройства ввода информации»; «Устройства вывода информации»; «Оперативная память»; «Долговременная память» и по теме «Устройство компьютера» предлагает выполнить две практические работы: «Форматирование дискеты» и «Определение разрешающей способности мыши».

А.Г. Гейн, автор учебника «Информатика» для 10-11 классов, поверхностно рассматривает основные устройства компьютера. После изучения теоретического материала он предлагает выполнить лабораторную работу «Первый раз в компьютерном классе». Данное пособие подходит для изучения темы «Архитектура компьютера» на базовом уровне профильного курса информатики.

В учебном пособии Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов тема «Архитектура компьютера» раскрывается в следующих параграфах: «Магистрально-модульный принцип построения компьютера»; «Аппаратная реализация компьютера» и «Логическая структура дисков».

Автор предлагает начинать изучение данной темы с рассмотрения различных типов шин (шины данных, шины адреса, шины управления), основных характеристик процессора и модулей оперативной памяти. Во втором параграфе предлагаются к изучению следующие вопросы: системный блок компьютера; внешняя (долговременная) память; устройства ввода информации и устройства вывода информации.

В завершение изучения темы «Аппаратная реализация компьютера» автор предлагает проведение практической работы «Тестирование компьютера», используя тестирующую программу SiSoft Sandra. Тема «Логическая структура дисков» включает в себя рассмотрение логической и физической структуры гибких и жестких дисков, виды форматирования дисков, процессов фрагментации и дефрагментации дисков.

Таким образом, учебник Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов можно использовать для углубленного изучения темы «Архитектура компьютера».

Для изучения темы «Архитектура компьютера» в классах с углубленным изучением информатики также можно использовать учебное пособие Л.З. Шауцуковой «Информатика» для 10-11 классов. В данном учебнике подробно рассматривается, как устроен компьютер, на каких принципах построены компьютеры, что такое команда и как она выполняется, что такое архитектура и структура компьютера и устройство компьютера.

Поурочное планирование темы «Компьютер и программное обеспечение» для 10 класса (на основе учебника Н.Д. Угриновича «Информатика и ИКТ» для 10-11 классов) можно представить в виде 10 уроков, включающих 2 лабораторные работы, 1 практическую работу и 2 работы для контроля и проверки знаний обучающихся.

Урок 1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

Уроки 2-3. Аппаратная реализация компьютера.

Урок 4. Самостоятельная работа. Операционная система.

Урок 5. Загрузка операционной системы. Лабораторная работа.

Урок 6. Файлы и файловые системы. Лабораторная работа.

Урок 7. Логическая структура дисков.

Урок 8. Логическая структура дисков. Практическая работа.

Урок 9. Компьютерные вирусы и антивирусные программы.

Урок 10. Контрольная работа.

При изучении аппаратной части компьютера рассмотрены магистрально-модульный принцип построения компьютера; краткая история создания процессоров и их основные характеристики; функции и основные характеристики оперативной и внешней памяти; устройства, содержащиеся в системном блоке; логическая схема материнской платы, устройства ввода и устройства вывода информации. Для контроля и проверки знаний учащихся предлагается самостоятельная работа по итогам изученных вопросов.

В ходе изучения курса информатики ученики должны постепенно углублять свои знания об архитектуре компьютера, вплоть до получения представлений о языке машинных команд, о работе процессора. В основном на базовом уровне профильного курса информатики учащимся дается поверхностный уровень знаний архитектуры компьютера. Но в профильных классах некоторых школ изучается такой язык программирования низкого уровня, как язык ассемблера, который рассматривается при изучении раздела «Программирование». При изучении ассемблера необходимо познакомить учащихся с историей создания данного языка программирования, с видами ассемблера, для чего они предназначены, чем отличаются от других языков программирования, отметить их достоинства и недостатки. Дальнейшее рассмотрение предполагает введение таких понятий, как «регистры», «типы регистров» и «основные команды языка», и после достаточно глубокого и детального изучения осуществление перехода на программирование на данном языке. Но язык ассемблера достаточно сложен для понимания, и, наверное, у большинства учащихся возникают трудности при написании даже простейших программ. Чтобы преподавать язык ассемблера, учитель сам должен хорошо разбираться в нем, однако специалистов в данной области мало. В то же время Государственный стандарт общего образования не включает в себя вопросы по изучению языка ассемблера. Поэтому при изучении темы «Архитектура компьютера» на базовом уровне учащимся можно сообщить, что существует такой язык программирования низкого уровня, как ассемблер, и команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора, не вдаваясь в подробности. Профильная подготовка может предлагать изучение ассемблера, как в рамках отдельного элективного курса, так и в ходе проведения уроков по информатике при условии включения их в тематическое планирование.

Тема «Архитектура компьютера» является одной из важных тем школьного курса информатики, изучаемой на разных уровнях обучения. Преподавание данной темы необходимо проводить с учетом возрастных особенностей учащихся и их профильной направленности.

Литература

1. Гейн, А.Г. Информатика: учеб. пособие для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений / А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, Н.А. Юнерман. -2-е изд. - М.: Просвещение, 2001. - 255 с.

2. Информатика. 7-9 классы. Базовый курс. Теория / под ред. Н.В. Макаровой. - СПб.: Питер, 2004. - 368 с.

3. Лапчик, М.П. Методика преподавания информатики: учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Ханнер. -М.: Академия, 2003. - 624 с.

4. Матюшкина-Герке, О.А. Анализ программных моделей в курсе «Архитектура компьютера» в педагогическом вузе // VIII Царскосельские чтения: материалы междунар. науч.-практ. конф. - СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2004. - Т. VIII. - С. 29-32.

5. Информатика и ИКТ: сб. нормативных док. / сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. - М.: Дрофа, 2007. - 103 с.

6. Семакин, И.Г. Информатика. Базовый курс. 7-9 классы / И.Г. Семакин и др. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 390 с.

7. Соломенчук, В.Г. Учимся работать на компьютере / В.Г. Соломенчук. - СПб.: Питер, 2006. - 299 с.

8. Угринович, Н.Д. Информатика. Базовый курс: учеб. для 7 класса / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

9. Угринович, Н.Д. Информатика. Базовый курс: учеб. для 8 класса / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

10. Угринович, Н.Д. Информатика. Базовый курс: учеб. для 10-11 классов / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

11. Шауцукова, Л.З. Информатика: учеб. пособие для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений / Л.З. Шауцукова. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 2003. - 416 с.