Що таке Q в інформатиці

0 Comments

IT-студії на уроках інформатики: як зміниться шкільна інформатика з 1 вересня?

Минулого року Мінцифри спільно з МОН в межах програми EU4DigitalUA, що фінансується ЄС, запустили пілотний проєкт «Оновлена інформатика — IT-студії». За цією системою протягом 2022-2023 року навчалися та навчали понад 3000 учнів та 70 учителів із 50 шкіл України. Нещодавно Михайло Федоров повідомив про успішне завершення пілотного проєкту. Тож із 1 вересня українські школи навчатимуться з використання оновлених освітніх ресурсів з інформатики. Чим відрізнятимуться ці освітні ресурси від наявних? Як їх оцінили вчителі? Які нові навички отримають учні? Про це розповіла в інтерв’ю аналітикиня проєкту Оксана Пасічник.

Що таке IT-студії?

ІТ-студії пропонують освітні ресурси, за допомогою яких учителі та учні зможуть опановувати навчальну програму, яку вони виберуть. Тобто це підтримка для викладання інформатики у школах. Ці студії не визначають ні кількості годин, ні в яких класах вони вивчаються. Це роблять учителі самостійно на рівні закладу освіти.

Створені ІТ-студії відповідають державним освітнім стандартам та концептуальним засадам реформи НУШ. І всі результати навчання, що передбачені стандартом, охоплені в наших ресурсах.

Зараз є великий спектр модельних навчальних програм для різних класів. У зв’язку з цим викликом було важливо запровадити не матеріали під конкретну програму, а достатньо універсальну пропозицію. Щоб учителі, незалежно від того, за якою програмою вони працюють, могли нею скористатися.

Для цього ми виокремили 5 змістових ліній, за якими структуровали ресурси. Це певні аналоги розділів навчальної програми.

  • Цифрова грамотність;
  • Медіатворчість;
  • Обчислювальне мислення та програмування;
  • Аналіз даних та моделювання;
  • Цифрове громадянство;

За цими напрямками ми запропонували ресурси від початкової школи до 11 класу. Таким чином по кожній змістовій лінії учні в кожному класі вивчають щось нове, більш складне та цікаве.

Наприклад, цифрова грамотність. На рівні початкової школи це опанування пристроїв, що доступні дитині в її повсякденному оточенні та у школі. В середніх класах це розуміння того, як ці пристрої працюють і взаємодіють, із чого складаються. Учні дізнаються, яким чином вибрати пристрій для власних потреб, як підібрати начинку комп’ютера для певного завдання. У старшій школі — це розуміння того, що пристрої динамічно змінюються. І той пристрій, що ми вивчили сьогодні, може бути неактуальним через 5-10 років.

Тому основною навичкою стає не просто опанування поточного пристрою, а відкритість до того, щоб вивчати щось нове. Так змістова лінія цифрової грамотності природним чином розвивається від простих і прикладних навичок до більш системного розуміння того, як працюють цифрові технології, як вони змінюються і куди рухаються.

Актуальні теми

В IT-студіях ми пропонуємо включення сучасних тем. Наприклад, штучний інтелект. Це буде вивчення не на простому рівні користувача, а глибше. На уроках діти дізнаватимуться про штучний інтелект і про те, як він працює. Тобто буде формуватись розуміння, на основі яких технологій працює ШІ, що ми можемо зробити, щоб ці технології працювали ще краще та приносили для нас, як для користувачів, більшу користь.

Також буде вивчення програмування у всіх класах. Воно передбачене в межах змістової лінії «Обчислювальне мислення та програмування».

Діти почнуть вивчати програмування з інтерактивної роботи з сайтом Code.Org. Це міжнародний сайт. Зараз ми його локалізуємо українською в межах одного з напрямків нашого проєкту. Старші учні вже будуть створювати ігри та власні сайти.

Тобто на уроках діти отримуватимуть навички, які можна безпосередньо застосовувати, якщо є таке бажання.

Чи буде оновлена інформатика схожа на курс ІТ?

Для роботи над цими ресурсами ми залучали ІТ-кластери, які аналізували змістову частину нашої пропозиції. Вони стежили, щоб там не було застарілого матеріалу, неактуального чи помилкового. Також ІТ-кластери активно долучилися до зйомки відео з експертами, котрі коментують, яким чином різні технології застосовуються в їхній роботі та як створюються ці технології.

Тобто частина, що стосується практики, безпосередньо ІТ-професій, вона присутня. Але викладати це будуть вчителі. Адже це ресурси, що будуть підтримувати роботу в класі. Як очну, так і дистанційну.

В оновленій інформатиці ми не відмовляємося від тих завдань та навичок, що діти опановували раніше. А додаємо до них практичного змісту та контенту усвідомлення того, навіщо ми це робимо.

Діти не перестануть працювати зі створенням тек і таблиць. За оцінками ІТ-фахівців саме таблиці необхідно вчити, адже вони є однією з ключових навичок. Але важливо показати застосовність тих навичок, що набуваються: не просто вивчення роботи з таблицями, а вирішення проблемних ситуацій за їхньою допомогою.

Тому що є різні запити від батьків, учнів, учителів, вишів та ІТ-індустрії. Наше завдання — продемонструвати, навіщо ми це вивчаємо. Адже навіть просте завдання зі створення тек насправді про структурування інформації. Ця навичка значно глибша, ніж створити теку.

Те саме стосується і вміння програмувати. Воно також не про те, щоб написати програму певною мовою. Програмуючи, діти набувають розуміння того, яким чином структурувати проблему, виокремити з неї ті аспекти, для вирішення яких можна застосувати цифрові технології.

Тобто ми пропонуємо справді практичний контекст для тих навичок, що є важливими для інформатики.

Як оцінили програму учасники пілотного проєкту

Ми постійно спілкувалися з учителями, які здійснювали пілотування. Цей навчальний рік був дуже складним для всіх. Він не був типовим ані для вчителів, ані для наших експертів, які теж є вчителями-практиками. Всі відчували ті проблемні моменти, що супроводжували нас у цьому році.

Але вчителі-пілотувальники сказали, що їм наші ресурси допомогли впоратися з цим навчальним роком. Із тим, що у нас не було інтернету, світла, десь не відбувались уроки через тривоги. Ці ресурси допомагають учневі вчитися якщо не повністю самостійно, то принаймні отримати матеріал, який він здатен опанувати в синхронному або асинхронному режимі, в класі, або самостійно.

Водночас матеріали та платформа були новими. А всі моменти первинного знайомства з інструментами, реєстрація та інші робочі речі вимагають певного налаштування від учителя. Тобто потрібен певний час, щоб взяти цей ресурс і рухатися ним зі своїми учнями. Але це осяжно.

Було цікаво почути підтвердження від учителів, що навіть учні початкових класів могли б працювати з нашими ресурсами. Звичайно, з підтримкою батьків. Проте батьки теж могли впоратися з цією платформою. Навіть у ситуації, коли немає постійного контакту з учителями, учні та батьки справлялися з нашими ресурсами. Зараз за результатами пілотування ми розробляємо нову платформу, тож сподіваюсь, що з нею також буде працювати легко, бо ми робимо її ще кращою.

Звичайно, є потреба надавати підтримку вчителям, які будуть працювати за новою програмою. Тому в нас інтегрована методична підтримка з рекомендаціями до кожного заняття. Тобто для вчителя буде своєрідна підказка про те, які методи краще застосовувати до того чи іншого уроку або його фрагменту.

Ми пропонуємо проєктні роботи, що допоможуть проводити проєктну діяльність, структуруючи її, розділяючи на певні етапи. Пропонуємо інструменти, щоб оцінити цю роботу як з боку вчителя, так і з боку учня. Тобто підказуємо певні речі, які, маємо надію, стануть у пригоді нашим педагогам і допоможуть їм перейти до сучасних методів викладання.

Освітні ресурси «Оновленої інформатики – ІТ-студій» будуть у вільному доступі на новій платформі вже з вересня 2023 року. Тож стежте за новинами на лендінгу проєкту.

Математичні основи інформатики

Вивчення математичних основ інформатики дає величезні переваги у виборі професії у сфері інформаційних технологій. Уміння застосовується не тільки в програмуванні, але і при проєктуванні різних пристроїв і вузлів для персональних комп’ютерів, а також портативних пристроїв (планшетів, ноутбуків, нетбуків і телефонів). Однак для початку потрібно зрозуміти теоретичні аспекти дисципліни.

Загальні відомості

Вивчення будь-якої дисципліни починається з теорії, і інформатика не є винятком. Математичні основи інформатики у 8 класі вивчаються докладно. До них відносяться напрямки:

  • Математична логіка.
  • Обчислювальна фізико-математична дисципліна (обчислювальна алгебра).
  • Кодування інформації і переклад з однієї системи числення в іншу.
  • Основи теорії моделювання.
  • Методика прийняття рішень.

Щоб розкрити суть дисципліни, потрібно детально розібрати всі компоненти, що входять до її складу. На підставі отриманих знань фахівці рекомендують скласти кросворд “математичні основи інформатики” для підвищення інтересу учнів до предмета.

Математична логіка

Математична логіка – це розділ математичної інформатики, який займається вивченням побудови різних логічних елементів, що входять до складу пристроїв будь-якої комп’ютерної техніки. У компонента існує й інша назва – булева алгебра.

Онови булевої алгебри повинен знати кожен, оскільки вона застосовується для побудови різних алгоритмів та логічних конструкцій.

У математичної логіки існують інструменти, які вивчаються окремо, як самостійні дисципліни. До них відносяться:

  • Теоретичні основи алгоритмів.
  • Системи паралельних обчислень.
  • Теоретичні основи автоматики.

Перша вивчає різні методи побудови алгоритмів. Вона застосовується для швидкого вирішення завдань з початковими умовами. Друга детально розглядає принципи побудови різних систем, що істотно оптимізують обчислювальний процес. На базі цього створюються нові багатозадачні операційні системи, програмні продукти для обробки зображень, відео та ігрові платформи, що надають значне навантаження на мікропроцесор, співпроцесор та відеокарту.

Остання дисципліна застосовується для автоматизації розрахунків і обробки інформації, вивчення нових напрямків в комп’ютерній індустрії. Вона використовується для створення високопродуктивних комп’ютерів і портативних обчислювальних пристроїв (планшетів і телефонів).

Обчислювальна алгебра

Обчислювальна математика — це дисципліна, що складається з алгоритмів і програмного забезпечення для вирішення різних завдань на персональному комп’ютері. Вона описує всі процеси, на підставі яких будуються різні моделі, використовувані в ігровій індустрії.

Дисципліна використовується для інженерних і наукових розрахунків. Це база прикладних природничих наук, тобто обчислювальна фізика, хімія, біологія.

Ідеологія виникнення обчислювальної математики виникла ще в Месопотамії. Вона використовувалася для визначення кореня квадратного рівняння і аналізу траєкторії небесних тіл.

Потім з’явилися таблиці, що дозволяють обчислювати деякі функції з точністю до 16 знаків після коми, логарифмічна лінійка, арифмометри. Пізніше в XX столітті був винайдений комп’ютер. З його допомогою можна було виконувати безліч обчислень. Для цієї мети виникла необхідність написання програмного забезпечення для ведення розрахунків.

Відмінність обчислювальної математики від звичайної полягає в системах числення. Машини використовують двійкову, вісімкову і шістнадцяткову. Це пов’язано з першими комп’ютерами, в яких кодування інформації відбувалося за допомогою індукції котушок (є індуктивність — 1, немає — 0).

Одиницею вимірювання інформації є біт. Послідовність з 8 останніх називається байтом.

Пізніше з винаходом напівпровідникових транзисторів розміри електронно-обчилювальних машин (ЕОМ) помітно зменшилися. У сучасних комп’ютерах застосовуються інтегральні мікросхеми. Останні складаються з безлічі транзисторів, нанесених методом напилення під мікроскопом. Детальніше про це можна прочитати в керівництві по інтегральних мікросхемах, в різних довідниках по цифровим логічним елементам і т. д.

Кодування даних

Методи кодування даних на комп’ютері вивчає дисципліна, яка називається математичною основою інформації. Засоби обчислювальної техніки не працюють безпосередньо з десятковою системою числення.

Для початку необхідно розглянути класифікацію СІ:

  • Десяткова система числення.
  • Двійкова.
  • Вісімковиа.
  • Шістнадцяткова.

Перша застосовується в повсякденному житті. Вона складається з безлічі дійсних чисел, які позначаються літерою “R”. До неї належать цілі і дробові значення. Позначається в інформатиці число в десятковій системі наступним чином: [23].

Друга, третя і четверта застосовуються в обчислювальній техніці для кодування інформації. У вторинній існує тільки 2 значення: 0 або 1. Величина записується наступним чином: [0001011001]. Слід зазначити, що іноді запис “” можна опускати, оскільки вісімкова і шістнадцяткова записується зовсім іншим способом.

У вісімковій всього 8 цифр, тобто від 0 до 7. Для представлення величини в цій формі потрібно десяткове число перевести у двійкове, а потім, скориставшись певною методикою, конвертувати в шукане значення.

Інакше йдуть справи з шістнадцятковою системою числення. Вона складається з цифр від 0 до 9, а також літер, що позначають певне число, тобто A=10, B=11, C=12, D=13, E=14 і F=15. Однак для отримання шуканого значення також потрібна певна методика.

Робота з двійковою системою числення

Існують певні методики прямої і зворотної конвертації. З двійкової в десяткову вона здійснюється за такою методикою:

  • Записується число: 000101111.
  • Читається справа наліво.

Розписуються і складаються ступені:

0000111101=2 0 +0 1 +2 2 +2 3 +2 4 +2 5 +0 6 +0 7 +0 8 +0 9 =1+4+8+16+32=[61].

Алгоритм виконання зворотної операції є досить складним. Він полягає в підборі величин. Наприклад, необхідно перевести 61 у двійкову систему. Для цього потрібно слідувати наступній методиці:

  • Написати вихідне число 61.
  • Розділити його на 2, вказавши залишок: 61/2 (1).
  • 30/2 (0).
  • 15/2 (1).
  • 7/2 (1).
  • 3/2 (1).
  • (1), скільки число є непарним.
  • Результат записується зліва направо: 111101.

Виконати конвертацію можна і іншим методом. Він складається з наступних кроків:

  • Записати значення: 61.
  • Підібрати максимальне значення: 2 6 =64>61 (не підходить, оскільки не повинно перевищувати вихідну величину). Взяти 2 5 =32
  • Обчислити наступне число: 61-32=29.
  • Наступне максимальне число: 2 4 =16
  • Різниця: 29-16=13.
  • 2 3 =8: 13-8=5.
  • 2 2 =4: 5-4=1.
  • 2 1 : Ні, тому що залишок 1.
  • 2 0 =1.

Для вирішення можна використовувати спеціальні сервіси. Однак фахівці рекомендують їх застосовувати тільки для перевірки результату, оскільки на початкових етапах навчання потрібно зрозуміти сам принцип і алгоритм конвертації.

Дії з вісімковою системою

Для конвертації значення десяткової форми в вісімкову потрібно скористатися попереднім алгоритмом, а потім розбити величину на тріади:

  • Перевести значення з десяткової у двійкову форму: 1111101.
  • Розбити на тріади, починаючи з одиниць: .
  • Перекласти тріади: 111=2 0 +2 1 +2 2 =1+2+4=7 і 101=2 0 +2 2 =4+1=5.
  • Результат: 75.

При невідповідності кількості розрядів можна додавати нулі, тобто. 1000111000==1070. Алгоритм зворотного переводу будується на розкладанні кожного елемента в тріади. Реалізується він таким чином:

  • Записується число: 7207.
  • Представляється кожен елемент у вигляді тріад, тобто..
  • Шуканий результат еквівалентний величині у двійковій формі: 111010000111.

За допомогою вісімкового запису кодуються деякі повідомлення, канали зв’язку, інформація про клієнта.

Конвертація в шістнадцяткову

Операція перетворення в шістнадцяткову схожа на попередню (вісімкову), але розряди збираються не в тріади, а по 4 елементи. Крім того, вводяться позначення A, B, C, D, E і F.

Для операції застосовується певний алгоритм:

  • Перевести у двійковий код: 111010011101111.
  • Розподілити по 4 елементи: .
  • Записати результат: =7, =4, =14=E і =15=F.

Зворотна операція виконується також за певною методикою:

  • Написати число: 74EF.
  • Розписати кожен елемент окремо: 7=, 4=, E= і F=.
  • Записати результат, прибравши фігурні дужки: 111010011101111.

На підставі шістнадцяткової системи Клод Шеннон придумав алгоритм шифрування – md5-хеш і отримав за це премію Тьюринга. Пізніше Ларічев запропонував використовувати для підвищення безпеки пароля перевіркове слово. Останнє шифрується разом з паролем.

В результаті цього зламати останній дуже проблематично. Наприклад, пароль – 12546, а контрольне слово — людожер. При їх комбінації генерується пароль, який записується в базу даних сервера. Якщо узагальнити процедуру шифрування, отримати доступ неможливо.

Теорія моделювання

Моделювання – це напрям в математичній інформатиці, який вивчає моделі різних об’єктів і використовує формули для їх опису. При цьому модель прагнуть наблизити до оригіналу за функціональними можливостями. Історія виникнення напряму пов’язана з Месопотамією, де були зроблені спроби створити ідеальну модель для вирішення квадратних рівнянь.

Моделювання ділиться на 2 основних напрямки. До них можна віднести наступні:

  • Імітаційний. Відбувається вивчення і моделювання фізичних процесів. Далі відбувається запис в математичному вигляді. Цей прийом отримав широке застосування в області ігрової індустрії.
  • Масове обслуговування. Моделюються системи передачі та обробки великих обсягів інформації. Цей прийом використовується при виготовленні прототипів нових моделей мікропроцесорів, спецпроцесів та інших вузлів обчислювальних пристроїв.

Проектування моделі повинно складатися з інформативних блоків, тобто докладного опису процесів або явищ. Розробник повинен вміти узагальнювати весь матеріал, використовуючи статистику, формули, теорію ймовірності та фізико-математичні закони.

Методика прийняття рішень

Теорія прийняття рішень – ценайважливіша дисципліна, яка використовується при проєктуванні різних логічних пристроїв. Вона включає до свого складу:

У першому випадку відбувається докладний аналіз на наявність помилок, а також доповнення алгоритмів і методик, що дозволяють отримувати правильні рішення певного класу завдань.

Теорія ігор вивчає варіанти поведінки персонажів і навколишнього ігрового світу.

Величезний внесок в математичний опис теорії ігор зробив Д. Неш. Премія в галузі економіки і постійне прагнення до самовдосконалення дозволили математику заснувати початкові постулати аналізу стратегії створення ігрових платформ.

Таким чином, основи інформатики складаються з ряду напрямків, які будуть корисні для початківця розробника програмного забезпечення будь-якої складності.