Význam a různá pojetí výuky informatiky. Didaktika informatiky 1 Přednáška č. 1 únor 2011

Transkript

1 Význam a různá pojetí výuky informatiky Didaktika informatiky 1 Přednáška č. 1 únor 2011 michal.musilek@uhk.cz

2 Co se naučíme Definovat pojem informatika. Popsat tři sloţky pojetí výuky informatiky. Formulovat argumenty proti přeceňování, nebo podceňování některé z uvedený sloţek. Vysvětlit specifické postavení informatiky v učebních plánech škol. Vnímat interdisciplinární charakter informatiky jako její silnou stránku.

3 Úkol uvádějící do problematiky Zamyslete se nad tím, co by mělo být cílem vzdělání ţáka ZŠ / SŠ v informatice. Zkuste pojmenovat tři základní sloţky výuky informatiky. Své návrhy stručně písemně formulujte.

4 Co je informatika? Věda zkoumající vytváření, strukturu, správu, získávání, uchovávání, ochranu, popř. utajení, další zpracování, šíření a přenos informací. Stručně: věda o informacích (ne o počítačích). Aplikovaná informatika studuje aplikaci výše uvedených procesů, jejich pouţití v komunikaci mezi lidmi, mezi institucemi, pro zpracování hrubých informačních zdrojů, tvorbou a uţitím informačních systémů.

5 Co je informatika? Information science X computer science. Information science je interdisciplinární obor. Computer science je úzce věda o počítačích. Computer science zkoumá podrobně procesy zpracování informací z hlediska počítačového hardware a software. V hovorové češtině se pro oba obory pouţívá jednoslovný název informatika.

6 Co je informatika? Počítače X stroje na zpracování informací. Nic nového pod sluncem viz moje maturitní vysvědčení předmět Stroje na zpracování informací. Počítače X informační a komunikační technologie. Nový je důraz na komunikaci (mezi lidmi, počítači, institucemi). Nový je pojem sociální sítě!

7 Pojetí výuky informatiky Smysl a význam informací, proč se jimi zabývat, jak a k čemu je pouţít člověk (ţák) informace Získávání, třídění, další zpracování, prezentace, šíření, Pouţití, ovládání, obsluha, počítač konkrétního software a hardware

8 Pojetí výuky informatiky Rozumné pojetí výuky musí brát v úvahu všechny tři naznačené úhly pohledu. Základem je naučit ţáky pracovat s informacemi, tj. rozvinout jejich kompetence k učení, kompetence k řešení problémů a kompetence komunikativní. RVP: Ţák vyhledává a třídí informace a na základě jejich pochopení, propojení a systematizace je efektivně vyuţívá v procesu učení, tvůrčích činnostech a praktickém ţivotě. RVP: Ţák vyhledá informace vhodné k řešení problému, nachází jejich shodné, podobné a odlišné znaky, vyuţívá získané vědomosti a dovednosti k objevování různých variant řešení, nenechá se odradit případným nezdarem a vytrvale hledá konečné řešení problému.

9 Pojetí výuky informatiky Abychom správně a efektivně pracovali s informacemi, musíme umět pouţívat správné nástroje, tj. ovládání a pouţití ICT je také velmi důleţité (ale samo nestačí). RVP: Ţák rozumí různým typům textů a záznamů, obrazových materiálů, běţně uţívaných gest, zvuků a jiných informačních a komunikačních prostředků, přemýšlí o nich, reaguje na ně a tvořivě je vyuţívá ke svému rozvoji a k aktivnímu zapojení se do společenského dění. RVP: Ţák vyuţívá informační a komunikační prostředky a technologie pro kvalitní a účinnou komunikaci s okolním světem.

10 Pojetí výuky informatiky Informatika X informační výchova. Výchovná (afektivní) sloţka výuky, tj. budující postoje ţáků k informacím, je tak významná, ţe někteří učitelé navrhují předmět nazvat informační (nebo informatická) výchova. K čemu bychom měli ţáky v rámci výuky informatiky vychovat? Jaké postoje bychom se jim měli snaţit vštípit??

11 Výchovná složka výuky informatiky Postoje, které jsou ţádoucím výsledkem výuky: respekt k autorským právům, ale i svobodnému software a jeho tvůrcům, ochrana soukromí a citlivých osobních dat, společenské tlachání v sociálních sítích má obecně nízkou informační hodnotu, asi jako povídání o počasí, (coţ neznamená, ţe nemá smysl), nemá smysl se detailně učit ovládání konkrétního programu, ale pochopit principy a ducha daného typu softwarové aplikace, zdaleka ne vše, co čteme na internetu, je pravda!

12 Silné a slabé stránky 3 složek Obecné principy práce s informacemi (získávání, třídění, další zpracování, prezentace, šíření, ) 1 Dlouhověkost získaných vědomostí a dovedností X Dovednosti a návyky se hůře budují, zvláště kdyţ mají obecnou (abstraktní) povahu. 3 2

13 Silné a slabé stránky 3 složek Pouţití, ovládání, obsluha počítače, tj. konkrétního software a hardware 1 Znalosti a mechanické návyky lze rychle budovat a snadno zkoušet X Jepičí ţivot, tj. rychlé zastarávání získaných poznatků. 3 2

14 Silné a slabé stránky 3 složek Smysl a význam informací. Proč se jimi zabývat?! Etika práce s ICT. Respekt k autorským právům, ale i k myšlence svobodného software. 1 Člověk by měl mít svůj názor na svět, praktickou ţivotní filozofii. V jejím budování můţeme ţákům výrazně pomoci. X Učit postoje je to nejtěţší na práci učitele, bez snahy ţáka to ani není moţné. 3 Jde o sloţité otázky, na které nemusí být dány jednoznačné odpovědi. Učíme-li sebeobranu, musíme učit bojovat, bojové umění lze i zneuţít.

15 Interdisciplinární charakter informatiky Informatiku (a ICT) lze vyuţít téměř ve všech oborech. Ve škole lze vyuţít dovednosti z informatiky v řadě různých předmětů. Prezentace v dějepise, zeměpise, přírodopise. Zpracování výpočtů v rámci laboratorních prací z fyziky a chemie. Počítačová grafika a digitální fotografie v rámci výtvarné výchovy. Dynamická geometrie (GEONExT) v matematice.

16 Interdisciplinární charakter informatiky Je jednoznačně silnou stránkou, kterou je třeba šikovně vyuţít! Informatiku potřebují v určitém rozsahu téměř všechny obory lidské činnosti, podobně jako cizí jazyky nebo matematiku. Ve výuce informatiky podporujme co nejvíc mezipředmětové vztahy a projektovou výuku!

17 Motivace ke studiu přírodních věd Informatika by nevznikla bez matematiky: G. W. Leibniz, Ch. Babbage, G. Boole, A. Turing, Elektronika by nevznikla bez fyziky: M. Faraday, G. S. Ohm, J. Henry, T. A. Edison, W. Shockley, J. Bardeen, W. Brattain, Wi-fi sítě, televize, mobily, a tedy i ICT by tu nebyly, kdyby fyzikové nepředpověděli a nevynalezli rádiové vlny: J. C. Maxwell, H. R. Hertz, G. Marconi, Kdo chce rozumět computer science, musí dobře znát matematiku a fyziku.

18 Zobrazení záporných čísel v počítači Ukaţme si příklad matematického uvaţovaní, které je nutné k činnosti počítače a k jejímu pochopení. Jde o jeden z několika způsobů zobrazení celých čísel, tj. včetně záporných čísel, který se v praxi často pouţívá, tzv. doplňkový kód. Aby se příklady našim ţákům dobře počítaly, omezíme se na typ nazývaný v jazyce Pascal zpravidla shortint, tj. čísla od 128 do + 127, pro jejichţ zobrazení stačí 1 byte (8 bit).

19 Zobrazení celých čísel doplňkový kód V inverzním kódu má nejvyšší bit opačnou, tj. zápornou váhu. Jaká celá čísla jsou reprezentována kódy v tabulce? Jde o kódy , a Jak okamţitě poznám, zda jde o číslo kladné, či záporné? Jaký je součet vah všech bitů kódu kromě nejvyššího? Jak jednoduše získám z kladného čísla k němu opačné záporné číslo? Potřebuji provést dvě jednoduché operace.

20 Zobrazení celých čísel doplňkový kód Jaká celá čísla jsou reprezentována kódy v tabulce? Tzv. shortint, tj. od -128 do Jak okamţitě poznám, zda jde o číslo kladné, či záporné? Podle nejvyššího (prvního) bitu osmibitové reprezentace. Jaký je součet vah všech bitů kódu kromě nejvyššího? Součet vah je 127, odpovídá největšímu kladnému číslu. Jak jednoduše získám z kladného čísla k němu opačné záporné číslo? Potřebuji provést dvě jednoduché operace. Těmito operacemi jsou bitová inverze (místo 0 dám všude 1 a naopak) a následné přičtení jedničky (k nejniţšímu bitu). Např. z + 25 udělám 25 takto: Reprezentaci invertuji bit po bitu a přičtu jedna Kontrola = = 25.

21 Doplňkový kód početní operace Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a 42. Tato dvě čísla sečtěte, přitom devátý bit, do kterého vychází jednička jednoduše odřízněte ( zahoďte, nezapisujte). Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 24 a 5. Tato dvě čísla vynásobte. Jakým způsobem se násobí binární čísla? Jak se asi v praxi řeší moţnost vzniku většího součinu, pro nějţ je 8 bitů málo?

22 Doplňkový kód sčítání čísel celých Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a 42. Tato dvě čísla sečtěte, přitom devátý bit, do kterého vychází jednička jednoduše odřízněte ( zahoďte, nezapisujte) sečtení: Inv Kontrola: = 35 = Po odříznutí nadbytečného bitu vychází správný výsledek.

23 Doplňkový kód násobení čísel celých Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 24 a 5. Tato dvě čísla vynásobte. Jakým způsobem se násobí? Pouţijeme dvojnásobnou délku, doplníme jedničkami zleva, resp. při řádovém posunu nulami zprava násobení: Inv x = = -120

24 Doplňkový kód problém přetečení Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a 62. Tato dvě čísla sečtěte, přitom devátý bit, do kterého vychází jednička jednoduše odřízněte ( zahoďte, nezapisujte) sečtení: Pozor = 139 > Kontrola: = -85 Vyšel chybný výsledek. Přenos do nejvyššího znaménkového bitu způsobil přetečení (overflow). Technicky u mikroprocesoru dojde k nastavení příslušného příznaku OF (overflow flag).

25 Doplňkový kód poučení z matematiky Pochopíme-li uvedenou matematiku, je nám jasné, proč sada instrukcí mikroprocesoru obsahuje takové šílené instrukce, jako bitovou inverzi čí posunutí o n bitů vlevo, či vpravo. Je také jasné, ţe se musí hlídat přetečení a mikroprocesor prostě musí mít příznakový registr, který mimo jiné obsahuje příznak OF (overflow flag). Zkrátka a dobře, informatika se neobejde bez matematiky, stejně jako se neobejde bez technických aplikací fyziky.

26 Když zbude čas ze soutěže pro žáky ZŠ Technoplaneta ročník kolo Úkol Infantilni šifra Určitě vám nechybí odvaha pustit se do šifer. Vyjednali jsme vám pro začátek něco snadného. Tahle šifra je jen slabý odvar, přeci by vás neuhranula? Kdo trénuje denně mozek, nemusí jen tupě tápat. Vemte jed na to, ţe na rozjezd věru není těţká. Přece nad tím nebudete dřepět celý den.

27 Když zbude čas ze soutěže pro žáky ZŠ Řešení 1. krok: Určitě vám nechybí odvaha pustit se do šifer. 2 Vyjednali jsme vám pro začátek něco snadného. 1 Tahle šifra je jen slabý odvar, přeci by vás neuhranula? 20 Kdo trénuje denně mozek, nemusí jen tupě tápat. 15 Vemte jed na to, ţe na rozjezd věru není těţká. 12 Přece nad tím nebudete dřepět celý den. 5 Částečné řešení: 2, 1, 20, 15, 12, 5 Co mohou ta čísla znamenat?

28 KONEC