Элементы системного анализа в курсе информатики. Изучаемые вопросы Ш Понятие системы. Ш В чем суть системного подхода. Ш Структура системы использование графов для отображения структуры. Ш Развитие системного мышления учащихся. Второй, дополнительный уровень изучения темы моделирования в базовом курсе связан с обсуждением таких понятий, как система, структура, граф, деревья, сети. Необходимо отметить, что эти понятия постепенно начинают проникать в перечень обязательных для изучения в рамках базового курса.
Перечисленные понятия относятся к области, которая в науке называется системологией теорией систем. Знания элементов системологии придают целостность и понятийную полноту содержательной линии Формализация и моделирование. Понятие система часто употребляется как в научных дисциплинах, так и в повседневной жизни.
Примеров тому достаточно много Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования, система транспорта, файловая система, операционная система и многое другое. Во многих случаях понятие системы считается интуитивно ясным. Однако для информатики оно является одним из фундаментальных и требует разъяснения. Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей, и существующий как единое целое.
В информатике понятие система употребляется достаточно часто. Совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере - система данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения - программные системы ОС, системы программирования, пакеты прикладных программ и др Информационные системы - одно из важнейших приложений компьютерных технологий. Основным методическим принципом информационного моделирования является системный подход, согласно которому всякий объект моделирования рассматривается как система.
Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. В этом и заключается сущность системного анализа. Задача системного анализа, который проводит исследователь - упорядочить свои представления об изучаемом объекте, для того чтобы в дальнейшем отразить их в информационной модели. Сама информационная модель представляет собой также некоторую систему параметров и отношений между ними. Эти параметры и отношения могут быть представлены в разной форме графической, математической, табличной и др. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели Реальный объект Системный анализ Система данных, существенных для моделирования Информационная модель Важной характеристикой всякой системы является ее структура.
Структура - это определенный порядок объединения элементов, составляющих систему.
Другой вариант определения, встречающийся в литературе структура - это множество связей между элементами системы. Наиболее удобным и наглядным способом представления структуры систем являются графы. Описываются основные правила представления графов, вводятся понятия вершина, дуга, ребро, ориентированный граф, дерево, сеть. Обычно у учащихся не вызывает проблем понимание схем, представленных в форме графа граф родственных связей, граф системы связанных между собой населенных пунктов и др. Важной разновидностью графов являются деревья.
Дерево - это графическое представление иерархической структуры системы. Обычно это системы, между элементами которых установлены отношения подчиненности или вхождения друг в друга системы власти, административные системы, системы классификации в природе и др. Ученики знакомы с понятием дерево применительно к системе файлов на дисках компьютера. Многим из них известен смысл понятия родословное дерево. Подводя итог, можно сказать, что второй уровень изучения темы Введение в информационное моделирование более подробно раскрывает суть системного анализа, знакомит учащихся с таким важным инструментом формализации, как графы. Третий, углубленный уровень изучения общих вопросов моделирования можно характеризовать как переход от ознакомительного обучения к выработке навыков активного использования методов системного анализа.
Дидактические цели Научить учеников рассматривать окружающие объекты как системы взаимосвязанных элементов осознавать, в чем проявляется системный эффект в результате объединения отдельных элементов в единое целое.
Раскрыть смысл модели черного ящика. Этот подход характерен для кибернетики и применяется он в тех случаях, когда внутреннее устройство системы не раскрывается, а система рассматривается лишь с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой. В таком случае основными понятиями, характеризующими систему, являются не ее состав и структура, а ее входы и выходы. Дать представление о некоторых методах системного анализа, в частности, декомпозиции, классификации.
Научить читать информационные модели, представленные в виде графов и строить граф-модели. Научить учеников разбираться в различных типах таблиц, подбирать наиболее подходящий тип таблицы для организации данных, грамотно оформлять таблицы. Содержательная линия формализации и моделирования выполняет в базовом курсе информатики важную педагогическую задачу развитие системного мышления учащихся.
Эффективная работа с большими объемами информации невозможна без навыков ее систематизации. Компьютер предоставляет пользователю удобные инструменты для этой работы, но систематизацию данных пользователь должен выполнять сам. Информационное моделирование - это прикладной раздел информатики, связанный с самыми разнообразными предметными областями техникой, экономикой, естественными и общественными науками и пр. Поэтому практическим решением задач моделирования занимаются специалисты в соответствующих областях.
В рамках школьного курса информатики информационное моделирование может быть предметом профильного курса, смежного с другими школьными дисциплинами физикой, биологией, экономикой и др. Базовый курс информатики дает лишь начальные понятия о моделировании, систематизации данных, знакомит с компьютерными технологиями, применяемыми для информационного моделирования.