Информационные системы. Функции информационных систем. Понятие СУБД и ее функции. Структурированный язык запросов SQL.

ИНФОРМАТИКА. ТЕОРИЯ

Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

В любом случае основной задачей ИС является удовлетворение конкретных информационных потребностей в рамках конкретной предметной области. Современные ИС де-факто немыслимы без использования баз данных и СУБД, поэтому термин «информационная система» на практике сливается по смыслу с термином «система баз данных».

Основными функциями информационной системы являются сбор, передача, хранение информации и такие операции обработки, как ввод, выборка, корректировка и выдача информации. Для операций преобразования входной информации в выходную, которые не обеспечиваются названными выше функциями, необходимо создание прикладных программ.

База данных (БД) представляет собой совокупность структурированных данных, хранимых в памяти вычислительной системы и отображающих состояние объектов и их взаимосвязей в рассматриваемой предметной области.

Логическую структуру данных, хранимых в базе, называют моделью представления данных. К основным моделям представления данных (моделям данных) относятся иерархическая, сетевая, реляционная.

Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели данных. Так, СУБД, основанные на использовании реляционной модели данных, называют реляционными СУБД.

Для работы с базой данных зачастую достаточно средств СУБД. Однако если требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователям или интерфейс СУБД не устраивает пользователей, то могут быть разработаны приложения. Их создание требует программирования. Приложение представляет собой программу или комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию решения какой-либо прикладной задачи. Приложения могут создаваться в среде или вне среды СУБД — с помощью системы программирования, использующей средства доступа к БД, к примеру, Delphi или С++ Вuildег. Приложения, разработанные в среде СУБД, часто называют приложениями СУБД, а приложения, разработанные вне СУБД, — внешними приложениями.

Словарь данных представляет собой подсистему БД, предназначенную для централизованного хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов БД друг с другом, типах данных и форматах их представления, принадлежности данных пользователям, кодах защиты и разграничения доступа и т. п.

Информационные системы, основанные на использовании БД, обычно функционируют в архитектуре клиент-сервер. В этом случае БД размещается на компьютере-сервере, и к ней осуществляется совместный доступ.

Сервером определенного ресурса в компьютерной сети называется компьютер (программа), управляющий этим ресурсом, клиентом — компьютер (программа), использующий этот ресурс. В качестве ресурса компьютерной сети могут выступать, к примеру, базы данных, файлы, службы печати, почтовые службы.

Достоинством организации информационной системы на архитектуре клиент-сервер является удачное сочетание централизованного хранения, обслуживания и коллективного доступа к общей корпоративной информации с индивидуальной работой пользователей.

Согласно основному принципу архитектуры клиент-сервер, данные обрабатываются только на сервере. Пользователь или приложение формируют запросы, которые поступают к серверу БД в виде инструкций языка SQL. Сервер базы данных обеспечивает поиск и извлечение нужных данных, которые затем передаются на компьютер пользователя. Достоинством такого подхода в сравнении предыдущим является заметно меньший объем передаваемых данных.

Выделяют следующие виды СУБД:

* полнофункциональные СУБД. Полнофункциональные СУБД представляют собой традиционные СУБД. К ним относятся dBaseIV, Microsoft Access, Microsoft FoxPro и др.;

* серверы БД. Серверы БД предназначены для организации центров обработки данных в сетях ЭВМ. Серверы БД обеспечивают обработку запросов клиентских программ обычно с помощью операторов SQL. Примерами серверов БД являются: Microsoft SQL Server, InterBase и др.

В роли клиентских программ в общем случае могут использоваться СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры, программы электронной почты и др.;

* средства разработки программ работы с БД. Средства разработки программ работы с БД могут использоваться для создания следующих программ:

* клиентских программ;

* серверов БД и их отдельных компонентов;

* пользовательских приложений.

По характеру использования СУБД делят на многопользовательские (промышленные) и локальные (персональные).

Промышленные, СУБД представляют собой программную основу для разработки автоматизированных систем управления крупными экономическими объектами. Промышленные СУБД должны удовлетворять следующим требованиям:

* возможность организации совместной параллельной работы многих пользователей;

* масштабируемость;

* переносимость на различные аппаратные и программные платформы;

* устойчивость по отношению к сбоям различного рода, в том числе наличие многоуровневой системы резервирования хранимой информации;

* обеспечение безопасности хранимых данных и развитой структурированной системы доступа к ним.

Персональные СУБД — это программное обеспечение, ориентированное на решение задач локального пользователя или небольшой группы пользователей и предназначенное для использования на персональном компьютере. Это объясняет и их второе название — настольные. Определяющими характеристиками настольных систем являются:

* относительная простота эксплуатации, позволяющая создавать на их основе работоспособные пользовательские приложения;

* относительно ограниченные требования к аппаратным ресурсам.

По используемой модели данных СУБД разделяют на иерархические, сетевые, реляционные, объектно-ориентированные и др. Некоторые СУБД могут одновременно поддерживать несколько моделей данных.

Для работы с данными, хранящимися в базе, используются следующие типы языков:

* язык описания данных — высокоуровневый непроцедурный язык декларативного типа, предназначенный для описания логической структуры данных;

* язык манипулирования данными — совокупность конструкций, обеспечивающих выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.

Названные языки в различных СУБД могут иметь отличия. Наибольшее распространение получили два стандартизованных языка: QBE — язык запросов по образцу и SQL — структурированный язык запросов. QBE в основном обладает свойствами языка манипулирования данными, SQL сочетает в себе свойства языков обоих типов.

СУБД реализует следующие основные функции низкого уровня:

* управление данными во внешней памяти;

* управление буферами оперативной памяти;

* управление транзакциями;

* ведение журнала изменений в БД;

* обеспечение целостности и безопасности БД.

Реализация функции управления данными во внешней памяти обеспечивает организацию управления ресурсами в файловой системе ОС.

Необходимость буферизации данных обусловлена тем, что объем оперативной памяти меньше объема внешней памяти. Буферы представляют собой области оперативной памяти, предназначенные для ускорения обмена между внешней и оперативной памятью. В буферах временно хранятся фрагменты БД, данные из которых предполагается использовать при обращении к СУБД или планируется записать в базу после обработки.

Механизм транзакций используется в СУБД для поддержания целостности данных в базе. Транзакцией называется некоторая неделимая последовательность операций над данными БД, которая отслеживается СУБД от начала и до завершения. Если по каким-либо причинам (сбои и отказы оборудования, ошибки в программном обеспечении, включая приложение) транзакция остается незавершенной, то она отменяется.

Транзакции присущи три основных свойства:

* атомарность (выполняются все входящие в транзакцию операции или ни одна);

* сериализуемость (отсутствует взаимное влияние выполняемых в одно и то же время транзакций);

* долговечность (даже крах системы не приводит к утрате результатов зафиксированной транзакции).

Примером транзакции является операция перевода денег с одного счета на другой в банковской системе. Сначала снимают деньги с одного счета, затем начисляют их на другой счет. Если хотя бы одно из действий не выполнится успешно, результат операции окажется неверным и будет нарушен баланс операции.

Ведение журнала изменений выполняется СУБД для обеспечения надежности хранения данных в базе при наличии аппаратных и программных сбоев.

Обеспечение целостности БД составляет необходимое условие успешного функционирования БД, особенно при ее сетевом использовании. Целостность БД — это свойство базы данных, означающее, что в ней содержится полная, непротиворечивая и адекватно отражающая предметную область информация. Целостное состояние БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять хранимые в базе данные.

Обеспечение безопасности достигается в СУБД шифрованием данных, парольной защитой, поддержкой уровней доступа к базе данных и отдельным ее элементам (таблицам, формам, отчетам и др.).

Ф-ции СУБД:

· СУБД должна предоставлять пользователям возможность извлекать, сохранять и изменять данные в БД.

· СУБД должна иметь доступный пользователям системный каталог. Обычно в этом каталоге хранятся имена и типы элементов данных, связи между элементами, правила целостности данных, имена санкционированных пользователей, статистические данные.

· СУБД должна иметь механизм выполнения транзакции (набор действий, к-ые д.б. вместе отвергнуты или вместе приняты (перевод денег с одного счета на другой)).

· СУБД должна иметь механизм, гарантирующий корректную работу БД при параллельном доступе, т.е. когда неск-ко пользователей могут обращаться к одному эл-ту данных.

· СУБД должна предоставлять средства восстановления БД.

· СУБД должна иметь механизм, проверяющий права санкционированных пользователей

· СУБД должна обладать способностью к интеграции с коммуникационным ПО, т.е. быть доступной по сети.

· СУБД должна обладать способностью поддерживать правила целостности.

Далеко не все СУБД реализуют все перечисленные ф-ции. Чем больше ф-ций реализовано, тем дороже СУБД, поэтому необходимо проводить оценку СУБД под каждый разрабатываемый проект.

 

14. СУБД Access: объекты, режимы работы, типы данных. структура базы данных Access.

Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями.

Access является популярной системой управления базами данных (СУБД). Как и другие продукты этой категории, предназначена для хранения и поиска данных, представления информации в удобном виде и автоматизации часто повторяющихся операций (таких, как ведение счетов, учет, планирование и т.п.). С помощью Access можно разрабатывать простые и удобные формы ввода данных, а также осуществлять обработку данных и выдачу сложных отчетов.

СУБД ACCESS 7.0 является 32-разрядной системой управления реляционными БД нового поколения, работающих в среде Windows-95 и старших версий и Windows NT. В СУБД ACCESS процесс создания реляционной БД включает создание схемы данных. Схема данных наглядно отображает таблицы и связи между ними, а также обеспечивает использование связей при обработке данных и целостность БД. Схема данных олицетворяет неразрывную связь в немашинного проектирования БД с этапом её создания

Объекты Access. К объектам Access относятся: таблицы БД, формы, запросы, отчеты, макросы. модули.

Access позволяет конструировать Формы, Запросы и Отчеты в диалоговом режиме для типовых процессов обработки данных - ввода, просмотра, обновления, поиска по заданным критериям. Эти объекты состоят из графических элементов, называемых элементами управления. Основные элементы управления служат для связи объектов с записями таблиц, являющихся источниками данных. Множество мастеров Access помогают пользователю выполнять работы. Каждый объект и элемент управления имеет свои свойства, определяя которые можно построить объекты и элементы управления.

ТАБЛИЦЫ - создаются пользователем для хранения данных по одному объекту модели данных предметной области.

ЗАПРОСЫ - создаются пользователем для выборки нужных данных из одной или нескольких связанных таблиц. Запрос может формироваться с помощью запросов по образцу (QBE) или с помощью языка конструирования SQL.

С помощью запроса можно обновить, удалить, добавить данные в таблицы. Создать новые таблицы на основе существующих.

ФОРМЫ - предназначены для ввода, просмотра и корректировки взаимосвязанных БД на экране в удобном виде, соответствующем первичному документу.

ОТЧЕТЫ - предназначены для формирования выходного документа. который выводится на печать.

МАКРОСЫ - содержат описания действий, которые должны быть выполнены в ответ на некоторое событие. Каждое действие реализуется макрокомандами.

Как реляционная СУБД Access обеспечивает доступ ко всем типам данных и позволяет использовать одновременно несколько таблиц базы данных.

Система Access поддерживает обработку транзакций с гарантией их целостности. Кроме того, предусмотрена защита на уровне пользователя, что позволяет контролировать доступ к данным отдельных пользователей и целых групп.

Существуют два основных способа создания таблиц: режим Конструктора и режим Таблицы. На вкладке «Главная» самая левая графическая кнопка позволяет переключаться между этими режимами (переключаться можно и с помощью контекстного меню). В режиме Конструктора таблиц наиболее целесообразно разрабатывать и изменять структуру таблицы, а в режиме Таблицы удобнее работать с готовой таблицей (вводить и редакти-ровать данные).

Прежде чем начать создание таблицы, нужно определить, какой тип данных должны содержать поля таблицы н-р: "Предприятия". Программа Access позволяет работать с текстовой, числовой, логической, графической информацией, информацией в денежных форматах, форматах даты/времени, гиперссылками и др. Наиболее часто используются текстовые (этот тип данных всегда предлагается по умолчанию) и числовые данные. Поля "Название предприятия" и "Местоположение правления", очевидно, являются текстовыми; поля "Номер предприятия", "Год открытия действия" и "Основной капитал" определим как числовые.

Проектирование реляционных баз данных. Метод нормальных форм

Процесс проектирования представляет собой процесс нормализации схем отношений, причем каждая следующая нормальная форма обладает свойствами лучшими, чем предыдущая.

Каждой нормальной форме соответствует некоторый определенный набор ограничений, и отношение находится в некоторой нормальной форме, если удовлетворяет свойственному ей набору ограничений. Примером набора ограничений является ограничение первой нормальной формы - значения всех атрибутов отношения атомарны. Поскольку требование первой нормальной формы является базовым требованием классической реляционной модели данных, мы будем считать, что исходный набор отношений уже соответствует этому требованию.

В теории реляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:

· первая нормальная форма (1NF);

· вторая нормальная форма (2NF);

· третья нормальная форма (3NF);

· нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF);

· четвертая нормальная форма (4NF);

· пятая нормальная форма, или нормальная форма проекции-соединения (5NF или PJ/NF);

· доменно–ключевая нормальная форма.

Основные свойства нормальных форм:

· каждая следующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей;

· при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных свойств сохраняются.

В основе процесса проектирования лежит метод нормализации, декомпозиция отношения, находящегося в предыдущей нормальной форме, в два или более отношения, удовлетворяющих требованиям следующей нормальной формы.

Наиболее важные на практике нормальные формы отношений основываются на фундаментальном в теории реляционных баз данных понятии функциональной зависимости. Для дальнейшего изложения нам потребуются несколько определений.

Определение 1. Функциональная зависимость

В отношении R атрибут Y функционально зависит от атрибута X (X и Y могут быть составными) в том и только в том случае, если каждому значению X соответствует в точности одно значение Y: R.X (r) R.Y.

Определение 2. Полная функциональная зависимость

Функциональная зависимость R.X (r) R.Y называется полной, если атрибут Y не зависит функционально от любого точного подмножества X.

Определение 3. Транзитивная функциональная зависимость

Функциональная зависимость R.X -> R.Y называется транзитивной, если существует такой атрибут Z, что имеются функциональные зависимости R.X -> R.Z и R.Z -> R.Y и отсутствует функциональная зависимость R.Z --> R.X. (При отсутствии последнего требования мы имели бы "неинтересные" транзитивные зависимости в любом отношении, обладающем несколькими ключами.)

Определение 4. Неключевой атрибут

Неключевым атрибутом называется любой атрибут отношения, не входящий в состав первичного ключа (в частности, первичного).

Определение 5. Взаимно независимые атрибуты

Два или более атрибута взаимно независимы, если ни один из этих атрибутов не является функционально зависимым от других.

Нормализация – это формальный метод анализа отношений на основе их первичного ключа (или потенциальных ключей) и существующих функциональных зависимостей. Он включает ряд правил, которые использоваться для проверки отдельных отношений таким образом, чтобы вся база данных могла быть нормализована до желаемой степени. Чаще всего нормализация осуществляется в виде нескольких последовательно выполняемых этапов, каждый из которых соответствует определенной нормальной форме, обладающей известными свойствами. В ходе нормализации формат отношений становится все более ограниченным (строгим) и менее восприимчивым к аномалиям обновления. При работе с реляционной моделью данных важно понимать, что для создания отношений приемлемого качества обязательно только выполнение требований первой нормальной формы(1НФ). Все остальные формы могут использоваться по желанию проектировщиков. Но для того чтобы избежать аномалий обновления нормализацию рекомендуется выполнять как минимум до третьей нормальной формы (3НФ).

Аномалии модификации:

Аномалия удаления – т.е., удаляя факты, относящиеся к одной сущности, мы непроизвольно удаляем факты, относящиеся к другой сущности.

Аномалия ввода - мы хотим записать в базу данных факт, однако мы не можем ввести эти данные в отношение, пока хотя бы один факт не будет записан в это отношение.

Первая нормальная форма (1НФ)

Таблица находится в первой нормальной форме (1НФ) если: ячейки таблицы должны содержать одиночные значения и в качестве значений не допускаются ни повторяющиеся группы, ни массивы. Все записи в одном столбце (атрибуте) должны иметь один и тот же тип. Каждый столбец должен иметь уникальное имя, но порядок следования столбцов в таблице несуществен. В таблице не может быть двух одинаковых строк, порядок следования строк в таблице несуществен. Отношения на след. рисунке находятся в первой нормальной форме, однако они могут иметь аномалии модификации. Чтобы удалить эти аномалии, мы разбиваем отношения на два или более новых отношений.

Вторая нормальная форма (2НФ)

Отношения находятся во второй нормальной форме, если все его неключевые атрибуты зависят от всего ключа. В соответствии с этим определением, если отношение имеет в качестве ключа одиночный атрибут, то оно автоматически находится во второй нормальной форме. Поскольку ключ является одиночным атрибутом, то по умолчанию каждый неключевой атрибут зависит от всего ключа, и частичных зависимостей не может быть.

Рассмотрим следующий пример схемы отношения:

СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ

(СОТР_НОМЕР, СОТР_ЗАРП, ОТД_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, СОТР_ЗАДАН)

Первичный ключ:

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР

Функциональные зависимости:

СОТР_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП

СОТР_НОМЕР -> ОТД_НОМЕР

ОТД_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР -> СОТР_ЗАДАН

Как видно, хотя первичным ключом является составной атрибут СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, атрибуты СОТР_ЗАРП и ОТД_НОМЕР функционально зависят от части первичного ключа, атрибута СОТР_НОМЕР. В результате мы не сможем вставить в отношение СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ кортеж, описывающий сотрудника, который еще не выполняет никакого проекта (первичный ключ не может содержать неопределенное значение). При удалении кортежа мы не только разрушаем связь данного сотрудника с данным проектом, но утрачиваем информацию о том, что он работает в некотором отделе. При переводе сотрудника в другой отдел мы будем вынуждены модифицировать все кортежи, описывающие этого сотрудника, или получим несогласованный результат. Такие неприятные явления называются аномалиями схемы отношения. Они устраняются путем нормализации.

Вторая нормальная форма (в этом определении предполагается, что единственным ключом отношения является первичный ключ)

Отношение R находится во второй нормальной форме (2NF) в том и только в том случае, когда находится в 1NF, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа.

Можно произвести следующую декомпозицию отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ-ПРОЕКТЫ в два отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ и СОТРУДНИКИ-ПРОЕКТЫ:

СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ЗАРП, ОТД_НОМЕР)

Первичный ключ:

СОТР_НОМЕР

Функциональные зависимости:

СОТР_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП

СОТР_НОМЕР -> ОТД_НОМЕР

ОТД_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП

СОТРУДНИКИ-ПРОЕКТЫ (СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР, СОТР_ЗАДАН)

Первичный ключ:

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР

Функциональные зависимости:

СОТР_НОМЕР, ПРО_НОМЕР -> CОТР_ЗАДАН

Каждое из этих двух отношений находится в 2NF, и в них устранены отмеченные выше аномалии (легко проверить, что все указанные операции выполняются без проблем).

Отношение R находится во второй нормальной форме (2NF) в том и только в том случае, когда оно находится в 1NF, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от каждого ключа R.

Здесь и далее мы не будем приводить примеры для отношений с несколькими ключами. Они слишком громоздки и относятся к ситуациям, редко встречающимся на практике.

Третья нормальная форма (3НФ)

Отношения находятся в третьей нормальной, если оно находится во второй нормальной форме и не имеет транзитивных зависимостей.

Транзитивная зависимость – неключевой атрибут функционально зависит от неключевых атрибутов. (транзитивная зависимость – если атрибут В зависит от атрибута А, а атрибут С зависит от атрибута В, то атрибут С транзитивно зависит от атрибута А).

Отношения в данной таблице также содержит транзитивную зависимость. Номер студента определяет атрибут Секции, а Секции определяет атрибут Плата, Поэтому отношения данной таблицы не находится в третьей нормальной форме. Разбиение этой таблицы на две таблицы устраняет аномалии.

Рассмотрим еще раз отношение СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ, находящееся в 2NF. Заметим, что функциональная зависимость СОТР_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП является транзитивной; она является следствием функциональных зависимостей СОТР_НОМЕР -> ОТД_НОМЕР и ОТД_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП. Другими словами, заработная плата сотрудника на самом деле является характеристикой не сотрудника, а отдела, в котором он работает (это не очень естественное предположение, но достаточное для примера).

В результате мы не сможем занести в базу данных информацию, характеризующую заработную плату отдела, до тех пор, пока в этом отделе не появится хотя бы один сотрудник (первичный ключ не может содержать неопределенное значение). При удалении кортежа, описывающего последнего сотрудника данного отдела, мы лишимся информации о заработной плате отдела. Чтобы согласованным образом изменить заработную плату отдела, мы будем вынуждены предварительно найти все кортежи, описывающие сотрудников этого отдела. Т.е. в отношении СОТРУДИКИ-ОТДЕЛЫ по-прежнему существуют аномалии. Их можно устранить путем дальнейшей нормализации.

Третья нормальная форма. (Снова определение дается в предположении существования единственного ключа.)

Отношение R находится в третьей нормальной форме (3NF) в том и только в том случае, если находится в 2NF и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.

Можно произвести декомпозицию отношения СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ в два отношения СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ:

СОТРУДНИКИ (СОТР_НОМЕР, ОТД_НОМЕР)

Первичный ключ:

СОТР_НОМЕР

Функциональные зависимости:

СОТР_НОМЕР -> ОТД_НОМЕР

ОТДЕЛЫ (ОТД_НОМЕР, СОТР_ЗАРП)

Первичный ключ:

ОТД_НОМЕР

Функциональные зависимости:

ОТД_НОМЕР -> СОТР_ЗАРП

Каждое из этих двух отношений находится в 3NF и свободно от отмеченных аномалий.

Если отказаться от того ограничения, что отношение обладает единственным ключом, то определение 3NF примет следующую форму:

Отношение R находится в третьей нормальной форме (3NF) в том и только в том случае, если находится в 1NF, и каждый неключевой атрибут не является транзитивно зависимым от какого-либо ключа R.

На практике третья нормальная форма схем отношений достаточна в большинстве случаев, и приведением к третьей нормальной форме процесс проектирования реляционной базы данных обычно заканчивается. Однако иногда полезно продолжить процесс нормализации.

 

 

ТИМОИ

 

13. Сущность, принципы, функции, виды и средства контроля обучения. Специфика контроля знаний обучающихся по информатике. Подготовка учащихся к ГИА, ЕГЭ по информатике.

Сущность контроля. Необходимость контроля в системе обучения объясняется, прежде всего, общественной потребностью в получении информации об эффективности функционирования всей системы учебных заведений. Контроль является неотъемлемым элементом учебного процесса, благодаря которому реализуется обратная связь в обучении, связь, позволяющая оперативно регулировать и корригировать ход обучения, ставить конкретизированные задачи на новый урок. Наконец, контроль выполняет все основные функции, которые характерны для учебного процесса в школе: образовательную, воспитательную и развивающую.

В нынешней теории еще нет установившегося подхода к определению понятий «оценка», «контроль», «проверка», «учет» и других, с ними связанных. Нередко они смешиваются, взаимозамещаются, употребляются то в одинаковом, то в различном значении.

Общим родовым понятием выступает «контроль», означающий выявление, измерение и оценивание знаний, умений обучаемых. Выявление и измерение называют проверкой. В словаре русского языка С.И. Ожегова слово «контроль» [франц. contrôle] означает – проверка, а также наблюдение с целью проверки. Слово «проверить» - 1. Удостовериться в правильности чего-нибудь, обследовать с целью надзора, контроля. 2. Подвергнуть испытанию для выяснения чего-нибудь. Поэтому проверка — составной компонент контроля, основной дидактической функцией которого является обеспечение обратной связи между учащимся и учителем, получение педагогом объективной информации о степени усвоения учебного материала, своевременное выявление недостатков и пробелов в знаниях.

«Оценка», как правило, понимается как результат проверки (И.П. Подласый). «Контроль» означает выявление, измерение и оценивание знаний, умений обучаемых. Контроль содержит в себе оценивание (как процесс) и оценку (как результат) проверки.

Как отмечает М.Б. Челышкова, контроль — это одновременно и объект теоретических исследований, и сфера практической деятельности педагога. Понятие «педагогический контроль» применительно к учебному процессу имеет несколько толкований. С одной стороны, считает она, педагогический контроль представляет собой единую дидактическую и методическую систему проверочной деятельности. Эта взаимосвязанная совместная деятельность преподавателей и учащихся при руководящей и организующей роли педагогов направлена на выявление результатов учебного процесса и на повышение его эффективности. С другой стороны, применительно к повседневному учебному процессу под контролем понимают выявление и оценку результатов учебной деятельности школьников. С помощью контроля, считает она, можно выявить достоинства и недостатки новых методов обучения, установить взаимосвязь между планируемыми, реализуемыми и достигнутыми уровнями образования, сравнить работу различных преподавателей, оценить достижения ученика и выявить пробелы в его знаниях, дать руководителю учебного заведения объективную информацию для принятия управленческих решений и выполнить ряд других не менее важных задач.

По мнению И.Ф. Харламова, осуществление контроля играет большую регулятивную и стимулирующую роль в обучении за качеством овладения изучаемым материалом и побуждение учащихся к самоконтролю.Необходимо добиваться, отмечает автор, чтобы этот контроль был регулярным и осуществлялся по каждой изучаемой теме. Что же касается учащихся, то их не только нужно побуждать к осуществлению самоконтроля, но и помогать им овладевать его приемами.

В методической литературе принято считать, что контроль является так называемой “обратной связью” между учеником и учителем, тем этапом учебного процесса, когда учитель получает информацию об эффективности обучения предмету.

Контроль знаний - это выявление соответствия сформированного объема знаний учащимися требованиям стандарта или программы, а также определения уровня владения умениями и навыками. Данное определение приводит словарь методических терминов Э.Л. Азимова и А.И. Щукина.

Согласно этому выделяют следующие цели контроля знаний и умений:

· диагностирование и корректирование знаний и умений;

· учет результативности отдельного этапа процесса обучения;

· определение итоговых результатов обучения на разном уровне.

Внимательно посмотрев на изложенные выше цели контроля знаний и умений, можно увидеть, что это есть цели учителя при проведении контрольных мероприятий. Однако главным действующим лицом в процессе обучения какому-либо предмету является ученик, сам процесс обучения для него – это приобретение знаний и умений, следовательно, все происходящее на уроках, включая и контрольные мероприятия, должно соответствовать целям самого ученика, должно быть для него личностно важным. Контроль должен восприниматься учащимися не как что-то нужное лишь учителю, а как этап, на котором ученик может сориентироваться насчет имеющихся у него знаний, убедиться, что его знания и умения соответствуют предъявляемым требованиям. Следовательно, к целям учителя мы должны добавить цель ученика: убедиться, что приобретенные знания и умения соответствуют предъявляемым требованиям.

Виды контроля знаний учащихся. Основанием для выделения видов контроля является специфика дидактических задач на разных этапах обучения. В.А. Сластенин выделяет следующие виды контроля: предварительный, текущий, тематический и итоговый.

Предварительный контроль направлен на выявление знаний, умений и навыков учащихся по предмету или разделу, который будет изучаться. Он позволяет определить наличный (исходный) уровень знаний и умений, чтобы использовать его как фундамент, ориентироваться на допустимую сложность учебного материала.

Текущий контроль осуществляется в повседневной работе с целью проверки усвоения предыдущего материала и выявления пробелов в знаниях учащихся. Ведущая задача текущего контроля – регулярное управление учебной деятельностью учащихся и ее корректировка. Он позволяет получить непрерывную информацию о ходе и качестве усвоения учебного материала и на основе этого оперативно вносить изменения в учебный процесс.

Тематический контроль осуществляется периодически, по мере прохождения новой темы, раздела, и имеет целью систематизацию знаний учащихся. Этот вид контроля проходит на повторительно-обобщающих занятиях и подготавливает к контрольным мероприятиям: устным и письменным зачетам.

Итоговый контроль проводится в конце четверти, полугодия, всего учебного года, а также по окончании. Он направлен на проверку конкретных результатов обучения, выявления степени усвоения учащимися системы знаний, умений и навыков, полученных в процессе изучения отдельного предмета или ряда дисциплин.

М.Б. Челышкова классифицируя виды контроля, также выделяет текущий, тематический, итоговый и добавляет рубежный, или поэтапный. По ее мнению, текущий контроль характеризуется сознательно поставленной целью следить за ходом обучения. Проведение текущего контроля — наиболее простой для преподавателя способ получить оперативную информацию о соответствии знаний обучаемых планируемым эталонам усвоения.

Тематический контрольвыявляет степень усвоения раздела или темы программы. На основании данных тематического контроля преподаватель принимает управленческое решение. Он делает вывод о необходимости дополнительной отработки данной темы, если результаты контроля неудовлетворительны, либо переходит к изучению следующей темы, если результаты контроля говорят о хорошей подготовке учеников.

Функциональное назначение рубежного контроля— выявление результатов определенного этапа обучения. Оценка уровня подготовки обучаемых в этом случае производится с помощью зачетов по разделам программы, экзаменов или тестов.

Цель итогового контроля — оценка работы учащихся после прохождения всего учебного курса. Одна из важных сфер осуществления итогового контроля — аттестация выпускников образовательных учреждений.

Функции контроля. Важно, чтобы контроль и оценка знаний учащихся отвечали общедидактическим требованиям и выполняли учетную, контрольно –корректирующую, обучающую, воспитательную функции.

Учетная функция контроля проявляется в систематической фиксации результатов обучения, что позволяет учителю судить об успеваемости каждого ученика, его достижениях и недочетах в учебной работе. Контрольно – корректирующая функция обеспечивает обратную связь «учитель – ученик», необходимую для внесения учителем коррективов в методику обучения, некоторого перераспределения учебного времени между различными вопросами темы, вызываемых недочетами в знаниях школьников, уровнем подготовки класса.

Обучающая функция контроля проявляется в том, что в процессе проверки состояния знаний, умений и навыков школьников происходит повторение материала, учитель акцентирует внимание класса на главных вопросах и важнейших мировоззренческих идеях курса, указывает на типичные ошибки, что способствует углублению знаний учащихся. Воспитательная функция контроля и оценки подразумевает стимулирование учащихся к дальнейшей учебной работе, дает дополнительную мотивацию в познавательной деятельности.

Средства осуществления контроля. В настоящее время создаются и распространяются такие средства, которые не требуют больших затрат времени на подготовку, проведение и обработку результатов. Среди них выделяют машинные и безмашинные средства проверки:

ü Безмашинные средства проверки. Среди безмашинных средств проверки наиболее распространены в практике работы школы устный опрос учащихся у доски, проверка преподавателем тетрадей с домашним заданием, математический диктант, самостоятельная и контрольная работы:

Проверка домашнего задания– роль домашних заданий практически обесценивается, если не налажена их проверка. Учителя практикуют разные формы учета. Это и устный опрос у доски или с места по домашнему заданию, и короткая письменная работа, но, прежде всего, это непосредственная проверка задания в тетрадях – фронтальная при обходе группы в начале занятия и более основательная, выборочная во внеурочное время.Самопроверка по образцу применяется на первом занятии после объяснения нового материала. Образец решения домашней работы записан на доске заранее. Учащиеся рассматривают решение-образец и устно комментируют его, тетради у всех закрыты. Затем ребята открывают тетради и проверяют свои работы по образцу, подчеркивая ошибки.Взаимопроверка с помощью образца используется на следующем занятии. В этом случае учащиеся проверяют домашнюю работу своего соседа тоже по образцу. Как и в первом случае, окончательно тетради проверяет педагог.

ü Машинные средства проверки. Для контроля знаний учащихся используют персональный компьютер. Варианты, созданные с помощью компьютерных программ, проверяются значительно быстрее, так как компьютер может предоставить ответы к каждому заданию. Компьютерные типовые задания удобны для отработки необходимых навыков с отстающими учащимися (педагогу не приходится тратить время на подбор однотипных заданий для отработки определенных навыков).

Подводя итог всему сказанному, можно сделать вывод о том, что каждый из видов контроля имеет свое место в процессе проверки и выполняет определенные задачи обучения. Формы, приемы, методы и средства контроля должны быть гибкими и вариативными. Нельзя стандартно применять формы контроля, отводя на них постоянное время на всех уроках. Только конкретный анализ должен привести к выбору оптимального варианта формы контроля на уроке. Цели контроля определяют выбор методов. Каждый метод контроля имеет свои достоинства и недостатки, ни один из них не может быть признан единственным, способным диагностировать все аспекты процесса обучения.

Только правильное и педагогически целесообразное сочетание всех видов, форм и методов контроля способствует повышению качества учебно-воспитательного процесса.

Функции контроля. Цель контроля – обеспечение обратной связи: выявление уровня усвоения знаний учащимися, который должен соответствовать образовательному стандарту (обязательному минимуму) по учебной дисциплине, и его коррекция. В.И. Загвязинский отмечает, что основные функции проверки и оценки результатов обучения – образовательная, стимулирующая, аналитико-корректирующая, воспитывающая и развивающая, контрольная.

Образовательная функция заключается в том, что проверка, контроль, учет остаются органическими элементами обучения и их задача не столько выявить, зафиксировать уровень обученности, сколько способствовать научению, исправить ошибки, помочь в дальнейшем продвижении.

Стимулирующая функция как логическое продолжение и дополнение образовательной функции призвана обеспечить, чтобы контроль не дезорганизовывал деятельность ученика, а вселял уверенность в достижимости новых целей, более высокого уровня обученности и развития.

Аналитико-корректирующая функция связана с педагогической рефлексией учителя, его самоанализом, совершенствованием планирования и организации обучения. Эта функция касается коррекции и самокоррекции учебно-познавательной деятельности, накопления информации о динамике качества знаний, выработки мер по устранению типичных ошибок, преодоления трудностей при усвоении материала.

Воспитывающая и развивающая функции связаны с формированием адекватной самооценки, ответственности, устремленности, творческого отношения к предмету, волевого саморегулирования, стремления развивать свои способности, своевременно выявлять пробелы в знаниях и других социально ценных способностях и чертах характера.

Контрольная функция обеспечивает фиксирование уровня достижений, его соответствия нормам и стандартам, а также продвижения к более высоким уровням овладения знаниями и развития.

Все функции педагогического контроля взаимосвязаны, но выделяются такие формы, в которых превалирует одна, ведущая функция. Например, семинар характеризуется, в первую очередь, образовательной функцией, а зачет, экзамен, коллоквиум – контрольной.

В целом функция контроля состоит во всесторонней проверке результатов обучения в когнитивной (овладение знаниями и способами их применения), психологической (развитие личности) и социальной (социальная адаптация) сферах. Именно поэтому многими современными педагогами принято положение о том, что цели обучения обязательно должны быть диагностичны.

Таким образом, диагностика знаний (в том числе и по информатике) выполняет двуединую задачу: позволяет осуществить сопоставление наличных знаний с требованиями государственного стандарта и способствует личностному росту субъекта учебной деятельности.

Заметим, что в условиях единого государственного экзамена (ЕГЭ) возрастает роль контрольно-оценочной составляющей педагогической диагностики. Вместе с этим возможна деформация и целей педагогической системы, и средств педагогической коммуникации, следствием чего может стать стремление учеников и учителей к достижению высоких показателей путем тренажа и натаскивания.

Методы проверки знаний: наблюдение, пользование книгой, устный контроль, письменная проверка, практическая работа, дидактические тесты.

Принципы контроля. Контроль должен быть целенаправленным, объективным, всесторонним регулярным и индивидуальным. Раскроем эти принципы контроля подробнее.

а) Целенаправленность предполагает четкое определение цели каждой проверки. Постановка цели определяет всю дальнейшую работу по обоснованию используемых форм, методов и средств контроля. Цели контроля предполагают ответы на следующие вопросы: что должно проверяться, кто должен опрашиваться, какие выводы можно будет сделать на основе результатов проверки, какой ожидается эффект от проведения проверки. При конкретизации целей контроля исходят из целей воспитания, развития и обучения учащихся, которые реализуются на данном этапе обучения.

б) Объективность контроля предупреждает случаи субъективных и ошибочных суждений, которые искажают действительную успеваемость учащихся и снижают воспитательное значение контроля. Объективность контроля зависит от многих факторов. Среди них выделяют следующие: четкое выделение общих и конкретных целей обучения, обоснованность выделения и отбора объектов и содержания контроля, обеспеченность методами обработки, анализа и оценивания результатов контроля, организованность проведения контроля. От решения этих вопросов во многом зависит объективность и качество контроля.

в) Под всесторонностью контроля понимается охват большого по содержанию проверяемого материала. Этот принцип включает в себя усвоение основных идей данного курса, и усвоение учебного материала по определенным содержательным, стержневым линиям курса, и знание учащимися отдельных и существенных фактов, понятий, закономерностей, теорем, способов действий и способов деятельности. При таком обилии проверяемого материала усложняется методика составления заданий, т.е. предъявляются повышенные требования к методике выделения и сбора объектов проверки.

г) Под регулярностью подразумевается систематический контроль, который сочетается с самим учебным процессом.

Индивидуальность контроля требует оценки знаний, умений, навыков каждого ученика.

Формы контроля знаний

По сути ЕГЭ задуман как форма аттестации за основную полную общеобразовательную школу. Но на практике получается отдельный предмет со своей спецификой и особым подходом. Задания экзамена, основаны на всех нормативах, стандартах и вписываются в большинство образовательных программ, допущенных министерством.

1. При подготовке учащихся к ЕГЭ по информатике и ИКТ необходимо ориентироваться на кодификатор элементов содержания по информатике, т.к. он с 2010 года полностью ориентирован на ГОС 2004 года, а демоверсия не отражает полного спектра элементов содержания, проверяемых заданиями КИМ.

2. Включать задания аналогичные используемым на ЕГЭ при объяснении учебного материала, решении задач и практических работ по всем темам курса информатики и ИКТ. Использовать дополнительное время (часы школьного компонента) и дистанционную поддержку для подготовки к экзамену.

3. При подготовке учащихся к ЕГЭ надо обращать их внимание, прежде всего на темы, включенные в программы для поступающих в вузы: алгоритмизацию и программирование. Учащиеся должны иметь опыт самостоятельной записи алгоритмов и программ, решения практических задач методом разработки и отладки компьютерной программы. Больше внимания уделять формализации и исполнению алгоритмов.

4. Учителям следует активнее вводить тестовые технологии контроля знаний в систему обучения. С помощью тематических тестов можно оценивать уровень усвоения учебного материала в процессе обучения, а использование итоговых тестов в конце обучения позволит сформировать устойчивые навыки работы с тестовыми материалами. Зная типовые конструкции тестовых заданий, ученик практически не будет тратить время на понимание инструкции по их выполнению. Во время таких тренировок формируются соответствующие психотехнические навыки саморегуляции и самоконтроля. Основную часть работы по подготовке к тестированию нужно проводить заранее, отрабатывая отдельные детали при сдаче зачетов и классных самостоятельных или проверочных работ, в случаях не столь эмоционально напряженных, как контрольные работы или экзамены. Считается, что психотехнические навыки сдачи тестовых экзаменов не только повышают эффективность подготовки к таким экзаменам, позволяют более успешно вести себя во время экзамена, но и вообще способствуют развитию навыков мыслительной работы, умению мобилизовать себя в решающей ситуации, овладевать собственными эмоциями.

5. Учителя могут проводить разъяснительные беседы о подготовке к итоговой аттестации не только для учащихся, но и для их родителей. Ни для кого не секрет, что успешность сдачи любого экзамена во многом зависит от настроя и отношения родителей.

6. При подготовке учащихся к экзамену по информатике следует, во-первых, обратить внимание на задания базового уровня сложности. Из заданий этого уровня наибольшие затруднения вызвали задания В1 и А16. Задание В1 по теме «Кодирование информации» предполагало вычисление результата путем подстановки числовых значений в известную формулу N=ax, где N – количество сообщений, a – мощность алфавита, x – количество символов в сообщении. Это задание с приемлемым результатом (80% правильных ответов) выполняют только отличники, остальные экзаменуемые с заданием не справляются. Задание А16 по теме «Электронные таблицы» требовало вычисления среднего арифметического или суммы диапазона из 3-5 ячеек электронной таблицы. При всей простоте задание вызывает затруднение у большинства экзаменуемых.

Неудовлетворительно выполняют задание базового уровня сложности В2, предполагающее применение умения в стандартной ситуации, в данном случае – исполнение циклического алгоритма, записанного в виде блок-схемы, а также задания базового уровня А17 по теме «Визуализация данных с помощью диаграмм и графиков».

Отработка с учащимися содержания, связанного только с этими четырьмя заданиями, уже может привести к существенному повышению общего результата ЕГЭ по информатике.

7. При подготовке учащихся к экзамену следует обратить внимание на то, что в демонстрационной версии экзамена 2010 года задача А16 сформулирована по-новому. Как и в 2009 году, проверяется знание формул вычисления суммы и среднего арифметического, но в отличие от прошлого года в ячейках стоят достаточно большие числа. При решении задач напрямую возможны серьезные арифметические ошибки. Следует разъяснить учащимся, как эта задача может быть решена с помощью приблизительных (оценочных) вычислений.

8. Кроме того, в демонстрационной версии экзамена 2010 года задача А14 по теме «Базы данных» содержит две связанных таблицы. В экзаменах 2008-2009 г. фрагмент базы данных был представлен одной таблицей. Следует обратить внимание учащихся на то, что реляционная база данных в общем случае представляет собой систему связанных двумерных таблиц и научить их находить связи между таблицами.

9. Для подготовки учащихся 11 класса к сдаче ЕГЭ по информатике в общеобразовательном учреждении возможно организация элективного курса в старшей школе «Готовимся к ЕГЭ по информатике». Для курса разработан учебно-методический комплект: Готовимся к ЕГЭ по информатике. Элективный курс: учебное пособие/Н.Н. Самылкина, С.В. Русаков, А.П. Шестаков, С.В. Баданина. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 298 с. Данная книга представляет собой универсальное пособие для учителя и учащихся, совмещающее справочный материал для учителя и практикум для учащегося. Предлагается четыре варианта изучения курса. 1 и 2 предназначены для изучающих предмет на базовом уровне и желающих сдавать ЕГЭ по информатике. 3 и 4 варианты предназначены для изучающих предмет на профильном уровне. В учебном пособии предложена программа, курса, тематическое планирование, основные подходы к разработке КИМов ЕГЭ по информатике, рассмотрены тематические блоки и тренинги по проверяемым темам ЕГЭ.

10. Учителям в обязательном порядке необходимо знакомить учащихся с демонстрационными вариантами контрольно-измерительных материалов ЕГЭ по информатике. Возможно проведение пробного экзамена, который организует и проводит самостоятельно общеобразовательное учреждение, используя новинку издательства «Бином» тетрадь-тренажер «ЕГЭ. Информатика. Пробный экзамен»/Самылкина Н.Н., 2010.

11. Хорошим стимулом изучения разделов информатики, освоения учащимися необходимых навыков практической деятельности может стать комплекс межпредметных проектов, задействующих ИКТ в качестве инструмента для решения предметных задач.

 

14.методика изучения содержательной линии «представление информации и информационные процессы». Основные цели, изучаемые темы. Формирование представлений о сущности информационных процессов в системах различной природы. Требования к ЗУН.

Информатика – это наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации.

Информация и информационные процессы – первая содержательная линия предлагаемого для изучения базового курса информатики.

К определению информации могут быть два подхода: кибернетический и традиционный, возникший достаточно давно, задолго до возникновения кибернетики. В начале изучения информатики следует отталкиваться от традиционного представления о том, что такое информация. Информация – это сведения, знания, сообщения, которые человек воспринимает из внешнего мира через органы чувств (зрение, слух, вкус, обоняние, осязание). Информация хранится в памяти человека, а также в знаковой форме в книгах, магнитных записях и пр.

Что человек делает с информацией? Воспринимает; запоминает или сохраняет в записях; обрабатывает, в итоге получая новую информацию; передает другим людям.

Здесь учитель может кратко рассказать об истории развития средств работы с информацией, в том числе и вычислительной техники. Вершиной этого развития стало создание электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В последнее время укоренился термин компьютер, от англ. Computer – вычислитель.

1-й компьютер был построен в 1946 году (ENIAC - США). Первые ЭВМ применялись только для математических расчетов. Современные компьютеры работают с любыми видами информации, выполняя любую обработку.

Современный компьютер – это универсальное автоматическое устройство для работы с информацией.

Представление информации и информационные процессы.

Субъективный подход. При раскрытии понятия «информация», с точки зрения субъективного (бытового, человеческого) подхода, следует отталкиваться от интуитивных представлений об информации, имеющихся у детей. Целесообразно вести беседу в форме Диалога, задавая ученикам вопросы, на которые они в состоянии ответить

Таким образом, учитель вместе с учениками приходит к определению: информация для человека — это знания, которые он получает из различных источников. Далее на многочисленных известных детям примерах следует закрепить это определение.

Приняв определение информации как знания людей, неизбежно приходишь к выводу, что информация — это содержимое нашей памяти, ибо человеческая память и есть средство хранения знаний. Разумно назвать такую информацию внутренней, оперативной информацией, которой обладает человек. Однако люди хранят информацию не только в собственной памяти, но и в записях на бумаге, на магнитных носителях и пр. Такую информацию можно назвать внешней (по отношению к человеку).

Учитель должен хорошо понимать пропедевтическое значение обсуждения данных вопросов для будущего знакомства учеников с устройством и работой компьютера. У компьютера, подобно человеку, есть внутренняя — оперативная память и внешняя — долговременная память.

Кибернетический подход. Для описания сложных систем в кибернетике используется модель «черного ящика». Термины «черный ящик» и «кибернетическая система» можно использовать как синонимы. Главные характеристики «черного ящика» — это входная и выходная информация. И если два таких черных ящика взаимодействуют между собой, то делают они это только путем обмена информацией.

Информация между кибернетическими системами передается в виде некоторых последовательностей сигналов. Выходные сигналы одних участников обмена являются входными для других.

Информационные обмены происходят везде и всюду: между людьми, между животными, между работающими совместно техническими устройствами, между людьми и техническими устройствами, между различными частями сложных устройств, между различными органами человека или животного и т. п. Во всех этих случаях информация передается в виде последовательностей сигналов разной природы: акустических, световых, графических, электрических и др.

С точки зрения кибернетики, информацией является содержание передаваемых сигнальных последовательностей. В частности, любой текст на каком-то языке есть последовательность букв (в письменной форме) или звуков (в устной форме), которые можно рассматривать как графические или акустические сигналы.

Класс.

Представление информации и информационные процессы (3 часа)
Информация, ее содержание, виды и свойства.
Количество информации, единицы ее измерения.
Информационные процессы в системах различной природы.