Co se naučíme. Význam a různá pojetí výuky informatiky. Co je informatika? Úkol uvádějící do problematiky. Co je informatika? Co je informatika?

Transkript

1 Význam a různá pojetí výuky informatiky Didaktika informatiky 1 Přednáška č. 1 únor 2011 michal.musilek@uhk.cz Co se naučíme Definovat pojem informatika. Popsat tři složky pojetí výuky informatiky. Formulovat argumenty proti přeceňování, nebo podceňování některé z uvedený složek. Vysvětlit specifické postavení informatiky v učebních plánech škol. Vnímat interdisciplinární charakter informatiky jako její silnou stránku. Úkol uvádějící do problematiky Zamyslete se nad tím, co by mělo být cílem vzdělání žáka ZŠ / SŠ v informatice. Zkuste pojmenovat tři základní složky výuky informatiky. Své návrhy stručně písemně formulujte. 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 použití v komunikaci mezi lidmi, mezi institucemi, pro zpracování hrubých informačních zdrojů, tvorbou a užitím informačních systémů. Information science 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 používá jednoslovný název informatika. Počítače stroje na zpracování informací. Nic nového pod sluncem viz moje maturitní vysvědčení předmět Stroje na zpracování informací. Počítače informační a komunikační technologie. Nový je důraz na komunikaci (mezi lidmi, počítači, institucemi). Nový je pojem sociální sítě! 1

2 Smysl a význam informací, proč se jimi zabývat, jak a k čemu je použít člověk (žák) informace Získávání, třídění, další zpracování, prezentace, šíření, Použití, ovládání, obsluha, konkrétního počítač software a hardware Rozumné pojetí výuky musí brát v úvahu všechny tři naznačené úhly pohledu. Základem je naučit žáky pracovat s informacemi, tj. rozvinout jejich kompetence k učení, kompetence k řešení problémů a kompetence komunikativní. RVP: Žák vyhledává a třídí informace a na základě jejich pochopení, propojení a systematizace je efektivně využívá v procesu učení, tvůrčích činnostech a praktickém životě. RVP: Žák vyhledá informace vhodné k řešení problému, nachází jejich shodné, podobné a odlišné znaky, využívá získané vědomosti a dovednosti k objevování různých variant řešení, nenechá se odradit případným nezdarem a vytrvale hledá konečné řešení problému. Abychom správně a efektivně pracovali s informacemi, musíme umět používat správné nástroje, tj. ovládání a použití ICT je také velmi důležité (ale samo nestačí). RVP: Žák rozumí různým typům textů a záznamů, obrazových materiálů, běžně užívaných gest, zvuků a jiných informačních a komunikačních prostředků, přemýšlí o nich, reaguje na ně a tvořivě je využívá ke svému rozvoji a k aktivnímu zapojení se do společenského dění. RVP: Žák využívá informační a komunikační prostředky a technologie pro kvalitní a účinnou komunikaci s okolním světem. Informatika informační výchova. Výchovná (afektivní) složka výuky, tj. budující postoje žáků k informacím, je tak významná, že někteří učitelé navrhují předmět nazvat informační (nebo informatická) výchova. K čemu bychom měli žáky v rámci výuky informatiky vychovat? Jaké postoje bychom se jim měli snažit vštípit?? Výchovná složka výuky informatiky Postoje, které jsou žádoucím 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, (což neznamená, že 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! Obecné principy práce s informacemi (získávání, třídění, další zpracování, prezentace, šíření, ) 1 Dlouhověkost získaných vědomostí a dovedností Dovednosti a návyky se hůře budují, zvláště když mají obecnou (abstraktní) povahu

3 Použití, ovládání, obsluha počítače, tj. konkrétního software a hardware 1 Znalosti a mechanické návyky lze rychle budovat a snadno zkoušet Jepičí život, tj. rychlé zastarávání získaných poznatků. 3 2 Smysl a význam informací. Proč se jimi zabývat?! Etika práce s ICT. Respekt k autorským právům, ale i k myšlence svobodného software. 3 1 Člověk by měl mít svůj názor na svět, praktickou životní filozofii. V jejím budování můžeme žákům výrazně pomoci. Učit postoje je to nejtěžší na práci učitele, bez snahy žáka to ani není možné. Jde o složité otázky, na které nemusí být dány jednoznačné odpovědi. Učíme-li sebeobranu, musíme učit bojovat, bojové umění lze i zneužít. Interdisciplinární charakter informatiky Informatiku (a ICT) lze využít téměř ve všech oborech. Ve škole lze využít 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. Interdisciplinární charakter informatiky Je jednoznačně silnou stránkou, kterou je třeba šikovně využít! 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! 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. Zobrazení záporných čísel v počítači Ukažme si příklad matematického uvažovaní, 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 používá, tzv. doplňkový kód. Aby se příklady našim žákům dobře počítaly, omezíme se na typ nazývaný v jazyce Pascal zpravidla shortint, tj. čísla od 128 do + 127, pro jejichž zobrazení stačí 1 byte (8 bit). 3

4 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 okamžitě 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. Zobrazení celých čísel doplňkový kód Jaká celá čísla jsou reprezentována kódy v tabulce? Tzv. shortint, tj. od -128 do Jak okamžitě 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 nejnižšímu bitu). Např. z + 25 udělám 25 takto: Reprezentaci invertuji bit po bitu a přičtu jedna Kontrola = = 25. Doplňkový kód početní operace Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a 42. 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 možnost vzniku většího součinu, pro nějž je 8 bitů málo? Doplňkový kód sčítání čísel celých Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a sečtení: Inv Kontrola: = 35 = Po odříznutí nadbytečného bitu vychází správný výsledek. Doplňkový kód násobení čísel celých Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 24 a 5. Tato dvě čísla vynásobte. Jakým způsobem se násobí? Použijeme dvojnásobnou délku, doplníme jedničkami zleva, resp. při řádovém posunu nulami zprava násobení: Inv x = = -120 Doplňkový kód problém přetečení Zapište v osmibitovém doplňkovém kódu čísla 77 a 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). 4

5 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, že 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. 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, že na rozjezd věru není těžká. Přece nad tím nebudete dřepět celý den. 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, že na rozjezd věru není těžká. 12 Přece nad tím nebudete dřepět celý den. 5 KONEC Částečné řešení: 2, 1, 20, 15, 12, 5 Co mohou ta čísla znamenat? 5