Лекция 15. Технология и методика изучения содержательной линии информационных технологий

Технология работы с текстовой информацией

Технология работы с графической информацией

Прикладные программные средства.

Базы данных и информационные системы

Локальные сети. Глобальные сети.

Характеристики линий связи

 

В каждом тематическом разделе содержательной линии «Информационные технологии» учитель должен четко различать теоретическое и технологическое содержание. Теоретическое содержание включает в себя вопросы представления различных видов информации в памяти ЭВМ, структурирования данных, постановки и методов решения информационных задач с помощью технологических средств данного типа. К технологическому содержанию относится:

• изучение используемых аппаратных средств: более подробное знакомство с принципами работы отдельных устройств компьютера, используемых в данной технологии, расширяющее представления учащихся об архитектуре ЭВМ;

• изучение и освоение прикладного программного обеспечения: редакторов, СУБД, табличных процессоров и пр.

Знакомство учеников с каждым новым для них видом информационных технологий должно начинаться с рассказа об их областях применения. Желательно, чтобы изучение каждого прикладного программного средства затрагивало следующие его стороны: данные, среда (интерфейс), режимы работы, команды управления. Предлагаемая методическая схема отображена на рис. 24.1.

Рис. 24.1. Методическая схема изучения информационных технологий

 

Структура основных понятий содержательной линии «Информационные технологии» представлена на схеме 5 (Приложение 1). Схема включает в себя пять ветвей, соответствующих пяти основным видам компьютерных информационных технологий.

Технология работы с текстовой информацией

Данная тема является, как правило, первой, изучаемой в базовом курсе, относящейся к содержательной линии «Информационные технологии». Текстовые информационные технологии относятся к числу наиболее часто используемых на практике. Области применения: подготовка письменных документов, издательская деятельность. Специализированные компьютерные средства второго направления называются издательскими системами. Во всех учебниках, отражающих эту тему, раскрывается вопрос об областях применения данного вида технологий, о преимуществах компьютерного способа подготовки и хранения текстов по сравнению с «бумажным».

Прикладные программные средства. К прикладному программному обеспечению, предназначенному для работы с текстовой информацией, относятся текстовые редакторы.

Текстовый редактор — первый тип прикладной программы, который должны освоить ученики. Выбор ТР, используемого в учебных целях, зависит от технического и программного обеспечения школьного компьютерного класса. Можно с ТР «Блокнот». Использование на следующем этапе текстового процессора MS Word совсем не обязательно. Безусловно, MS Word — это один из наиболее развитых ТР, в котором реализована самая современная технология обработки текста.

Освоив WordPad, ученики легко смогут перейти к работе с MS Word. При наличии учебного времени такой переход можно произвести в конце данной темы, при необходимости познакомить учащихся с некоторыми возможностями текстовых процессоров, не поддерживаемых WordPad (например, многооконный режим работы, проверка орфографии, работа с таблицами). Можно говорить о том, что компьютер, на котором запущен на исполнение текстовый редактор, становится специализированным исполнителем для работы с текстовой информацией:

    

Этот исполнитель работает под управлением человека (пользователя). Все действия, которые выполняет человек, работая с такой системой, можно рассматривать как команды управления исполнителем: ввести символ, удалить символ, занести фрагмент в буфер, сохранить текст в файле и пр. Отсюда следует, что изучение текстового редактора (как и любого другого прикладного средства информационных технологий) можно проводить по традиционной методической схеме, свойственной для изучения всякого исполнителя:

• данные: структурные единицы текста;

• среда ТР;

• режимы работы ТР;

• система команд.

 

Учитель должен ясно представлять последовательность педагогических целей, которые ставятся перед учащимися в процессе формирования умений и навыков для работы с программными средствами информационных технологий.

Технология работы с графической информацией

Существует множество прикладных программ, предназначенных для работы с графикой. Для каждого раздела компьютерной графики имеются свои программы. Например, для графической обработки научных данных используется программа Grapher; инженеры-конструкторы для подготовки чертежей пользуются пакетом AutoCad; существуют специализированные пакеты деловой графики, предназначенные для построения диаграмм, отражающих всевозможные статистические данные.

Название «графический редактор» применяется по отношению к прикладным программам, не имеющим какой-либо специализированной ориентации и используемым для «произвольного рисования» или редактирования сканированных изображений. В соответствии с двумя принципами представления графической информации — растровым и векторным — графические редакторы делятся на растровые и векторные редакторы.

К числу простейших растровых редакторов относятся PaintBrush и Paint (второй стал результатом развития первого). Растровый редактор Adobe Photoshop используется профессиональными дизайнерами. Чаще всего его применяют для редактирования сканированных изображений (фотографий, репродукций картин), создают художественные композиции, коллажи и пр.

Для профессионального рисования на компьютере используются редакторы векторного типа. Наиболее известным из них является CorelDraw. Это профессиональный редактор с богатыми возможностями и в то же время вполне подходящий для детского художественного творчества.

В стандартной поставке Windows в группе «Стандартные» имеется графический редактор Paint. Paint является прямым «родственником» редактора PaintBrush, который работает в среде MS-DOS. В базовом курсе информатики для практической работы с компьютерной графикой обычно используют один из этих редакторов. В профильном курсе компьютерной графики для получения рисованных изображений больше подходит CorelDraw. Заметим, что профессиональные графические редакторы, такие как CorelDraw, Adobe Photoshop — довольно дорогие программные продукты, и потому не всем доступны.

Использование на уроках информатики редакторов типа Paint вполне достаточно, с точки зрения учебных целей, стоящих перед базовым курсом. Растровый редактор позволяет наглядно продемонстрировать ученикам дискретную (пиксельную) структуру рисунка, дает возможность воздействовать на каждый отдельный элемент при увеличении масштаба в режиме прорисовки.

Принцип растрового рисования – закрашивание каждого отдельного пикселя рисунка. Для растровых редакторов характерно наличие таких инструментов как кисточка, карандаш, резинка. Этих инструментов нет в векторных редакторах. Там рисунок создается только путем манипулирования с графическими примитивами: линиями, дугами, эллипсами и пр. Эти элементы рисунка могут быть в любой момент изменены: сжаты, растянуты, перевернуты, перемещены, удалены. В растровых редакторах тоже используются графические примитивы. Но их применение скорее похоже на использование линеек, лекал, циркуля и других чертежных инструментов при рисовании на бумаге. Один раз нарисованный такой элемент уже нельзя изменить. Его можно лишь стереть или отредактировать прорисовкой.

 

Рекомендации по организации практической работы на компьютере

 

Абсолютное большинство учеников с удовольствием рисуют в графическом редакторе. При выполнении практических заданий очень заметно проявляются различные способности детей к рисованию. Безусловно, информатика — не уроки рисования и не всякий учитель информатики обладает художественными способностями. Учитель должен считать своей целью раскрытие всех возможностей графического редактора как инструмента для рисования. У редакторов типа Paint этих возможностей не так уж много, и за 5 — 6 уроков, выделяемых для данной темы, все их вполне можно раскрыть.

Следует объяснить ученикам, что рисование от руки с помощью инструментов «Карандаш» или «Клеточка» обычно получается некачественным. Необходимо максимально использовать графические примитивы: прямые, дуги, овалы и пр. В рисунках, где есть симметрия, следует научить детей использовать повороты, отражения. В рисунках с повторяющимися фрагментами они должны научиться применять копирование. Очень эффективным приемом обработки рисунков в растровом редакторе является прорисовка деталей через увеличение масштаба рисунка (использование инструмента «Лупа»).

В разделе пособия, посвященном компьютерной графике, имеется подборка рисунков для изображения их в растровом редакторе. К сожалению, в книге рисунки черно-белые. Ученикам нужно предложить раскрасить их самостоятельно.

В этом же пособии дается практический материал для работы с векторным графическим редактором. Два приведенных примера демонстрируют технологию создания рисунка, в том числе и объемного. Картинки для рисования более интересные, чем в заданиях для растрового редактора. Опыт показывает, что даже дети без особых художественных наклонностей довольно удачно срисовывают непростые картинки, используя редактор CorelDraw.

Базы данных и информационные системы

Изучаемые вопросы:

ª Области применения информационных систем и баз данных (БД).

ªКлассификация БД.

ªСтруктура реляционной базы данных (РБД).

ªЭлементы РБД: главный ключ; имя, значение и тип поля.

ªНазначение системы управления базами данных (СУБД); режимы работы СУБД.

ªЗапросы на поиск данных.

ªЗапросы на удаление данных.

ªЗапросы на сортировку.

Области применения. Изучение темы следует начать с описания области применения компьютерных информационных систем, с обоснования актуальности данного приложения компьютерной техники. Задачу можно сформулировать следующим образом: имеется большой объем данных о какой-то реальной системе объектов или событий. Например, о книгах в библиотеке, работниках предприятия, товарах на складе, дорожно-транспортных происшествиях за длительный период времени и т.п. Необходимо организовать хранение этой информации таким образом, чтобы ее было удобно просматривать, пополнять, изменять, искать нужные сведения, делать любые выборки, осуществлять сортировку в любом порядке. Такой работой людям приходилось заниматься и задолго до появления компьютеров. Основным средством хранения данных была бумага. Данные хранились в виде списков в толстых журналах, папках, на картонных карточках. Последний способ используется, например, в библиотечных каталогах. Большинству учеников он хорошо знаком: на каждой карточке записаны сведения об отдельной книге. В алфавитном каталоге карточки систематизированы по фамилиям авторов в алфавитном порядке, в предметном каталоге — по тематике книг. Подобные систематизированные картотеки используются в отделах кадров предприятий. Они удобны тем, что легко можно извлечь нужную карточку, заменить, добавить новые карточки, сохраняя установленный порядок. Тем не менее если такая картотека содержит тысячи карточек, то, как бы совершенна ни была ее организация, обработка данных в ней — дело длительное и трудоемкое.

Другой пример — архивы различных документов. Например, существуют исторические архивы, архивы судебных дел, архивы патентов на изобретения и многие другие. Порой такие архивы занимают целые здания. Поиск в них нужных документов требует значительных усилий. Кроме того, существуют киноархивы, фотоархивы, архивы звуковых записей.

В наше время решению описанных проблем помогают компьютеры.

Компьютерные информационные системы позволяют хранить большие объемы данных, осуществлять в них быстрый поиск, вносить изменения, выполнять всевозможные манипуляции с данными (группировать, сортировать и пр.). Следует привести примеры таких информационных систем. Например, система продажи железнодорожных и авиационных билетов. Другой знакомый ученикам пример: во время телерепортажей с крупных международных соревнований, олимпийских игр на экран мгновенно выводится досье любого спортсмена, о котором говорит комментатор — это работает компьютерная информационная система.

Основой всякой информационной системы является база данных — организованная совокупность данных на магнитных дисках. Ученики уже хорошо знают, что информация на дисках хранится в виде файлов. Поэтому первый вывод, который можно сделать относительно организации больших баз данных — это то, что они требуют больших объемов дисковой памяти.

Теоретические основы. Тема «Базы данных и информационные системы» насыщена теоретическими понятиями. Эти понятия пересекаются с другими содержательными линиями базового курса: информационное моделирование, представление информации (в частности, логической информации). Активное развитие теории баз данных началось в 1970-х гг. Особое место в ней занимает теория реляционных баз данных (РБД), разработанная Е. Коддом. Элементы этой теории рассмотрены в подразделе 10.3 настоящего пособия.

К теоретическим вопросам, рассматриваемым в рамках базового курса, относятся вопросы классификации БД, структуры однотабличной РБД.

Классификация баз данных. Базы данных классифицируются по разным признакам. По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. Если проводить аналогию с описанными выше примерами информационных хранилищ, то фактографические БД – это картотеки, а документальные – это архивы. В фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).

Классификация по способу хранения данных делит БД на централизованные и распределенные. Вся информация в централизованной БД хранится на одном компьютере. Это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты. Распределенные БД используются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В таком случае разные части базы хранятся на разных компьютерах.

Третий признак классификации БД — по структуре организации данных. В разделе «Формализация и моделирование» говорилось о трех способах организации данных: табличном, иерархическом и сетевом. Базы данных, использующие соответствующий способ организации информации, называются реляционными (табличные БД), иерархическими и сетевыми БД.

В базовом курсе информатики рассматриваются лишь фактографические реляционные базы данных. Это связано не только с ограниченностью школьного курса, но и с тем фактом, что реляционный тип БД используется сегодня наиболее часто и является универсальным. Теоретически доказано, что любая система данных может быть отражена с помощью таблиц. Простейшая реляционная БД содержит одну таблицу, более сложная может состоять из множества взаимосвязанных таблиц.

Структура однотабличной реляционной БД. О табличной форме информационной модели речь шла в подразделе 10.1. Таблица содержит информацию о некоторой системе объектов или событий. В разных строчках содержится информация о разных объектах описываемой системы, а столбцы соответствуют различным атрибутам этих объектов. В терминологии реляционных баз данных строки таблицы называются записями, столбцы — полями. Само название «реляционная БД» происходит от английского слова «relation», что переводится как «отношение». Здесь термин «отношение» понимается как взаимосвязь между полями таблицы. В реляционном подходе таблица называется отношением.

Основные понятия, связанные с записями и полями: главный ключ записи, имя поля, значение поля, тип поля.

Главный ключ — это поле или совокупность полей, которое однозначно определяет запись в таблице. Можно еще сказать так: главный ключ — это идентификатор записи. В базах данных слово «ключ» имеет несколько употреблений: ключ поиска — поле, по значению которого ищется запись в БД, ключ сортировки — поле, по значению которого происходит упорядочение записей. Поэтому идентификатор записей приходится называть главным ключом.

Учителю важно понимать, что тема «Базы данных» содержит в себе ряд узловых вопросов, имеющих фундаментальное значение для курса информатики в целом. В этой теме ученики впервые встречаются с понятием величины. В дальнейшем это понятие будет широко использоваться в электронных таблицах, в алгоритмах и программах. Величина — это отдельный информационный объект, имеющий собственное имя и занимающий место в памяти компьютера. С этой точки зрения поля являются величинами. Каждое поле в таблице имеет имя, для каждого поля определен тип. Понятие типа величины связано с тремя ее свойствами:

• множеством значений, которые может принимать величина;

• множеством операций, которые можно выполнять с этой величиной;

• формой внутреннего представления в памяти ЭВМ.

В большинстве случаев в базах данных используются четыре основных типа: символьный, числовой, дата и логический. Поле символьного типа может хранить значение любой последовательности символов; числовые поля могут содержать целые или дробные десятичные числа; дата — день/месяц/год; логические поля — значения логических величин (да — нет, лстина — ложь, true — false).

Программное обеспечение. После знакомства с основными понятиями, относящимися к организации информации в реляционных БД, следует перейти к изучению программного обеспечения, предназначенного для работы с базами данных. Такое программное обеспечение называется СУБД — система управления базами данных.

Существует два способа работы пользователя с базой данных: работа с помощью прикладных программ, заранее составленных программистом в среде СУБД, и работа путем непосредственного взаимодействия с СУБД. В начальный период появления и распространения баз данных использовался только первый способ. Позже стали появляться СУБД, ориентированные на работу с пользователем. Для них были созданы удобные диалоговые оболочки, позволяющие пользователю легко реализовывать свои потребности в работе с базой данных: пополнять и изменять базу, осуществлять поиск данных по любым условиям, создавать отчетные документы. Наиболее совершенной СУБД такого типа является MS Access.

У всякой СУБД существует свой язык описания данных и язык манипулирования данными. Если пользователю приходится работать в режиме посимвольного ввода команд, то он должен знать все подробности синтаксиса командного языка. Диалоговая оболочка — средство интерфейса более высокого уровня. Однако следует понимать, что, работая с оболочкой, пользователь формирует те же самые команды, привлекая вспомогательные средства: меню, панели инструментов, подсказки и пр.

Любая команда — это информация, управляющая выполнением определенного вида работы. Она должна содержать все необходимые данные для этого. Обычно это имя команды и набор параметров. С методической точки зрения важно, чтобы ученики, выполняя любые действия с БД, понимали: какая отдается команда, какие параметры для ее выполнения должны быть сообщены системе.

Изучение конкретной СУБД следует проводить по стандартной методической схеме: «среда — режимы работы — система команд — данные». В отличие от интерфейса текстовых или графических редакторов, интерфейсы различных СУБД менее унифицированы. Поэтому здесь трудно давать обобщенное описание. Адаптацию к конкретной системе должен выполнить учитель. Как всегда в таких случаях, нужно привлекать дополнительную литературу: пособия, справочники, методички.

Например, для СУБД Access различаются следующие основные режимы работы:

• режим работы с таблицей: «Таблица»;

• режим работы с запросами: «Запрос»;

• режим работы с отчетами: «Отчет»;

• режим работы с формами: «Форма»;

(режимы работы с макросами и модулями в базовом курсе не рассматриваются). В свою очередь, в каждом из отмеченных режимов есть подрежимы: «Просмотр», «Конструктор» и «Создать». Например работая в режиме «Таблица — Просмотр», пользователь может просмотреть содержание таблицы, а также отредактировать некоторые ее поля. В режиме «Таблица — Конструктор» можно просмотреть описание структуры таблицы и внести в нее изменения. В режиме «Таблица — Создать» описывается и создается структура новой таблицы.

В СУБД Access для создания запросов используется конструктор запросов. Формируемая команда оказывается скрытой от пользователя. Работа с конструктором требует определенных навыков, которые следует отрабатывать на упражнениях. Целесообразно поступать следующим образом: выполнение любого задания на поиск данных в БД начинать с записи в тетради команды на языке гипотетической СУБД, а затем, перейдя в режим создания запроса на выборку, соответствующим образом заполнить поля конструктора.

В СУБД Access используется своеобразный табличный способ представления условий поиска. В ячейках таблицы конструктора запросов записываются условия, накладываемые на значения соответствующих полей. Условия, стоящие в одной строке, должны выполняться одновременно, т.е. соединены между собой операцией И; условия в разных строках соединены операцией ИЛИ. Таблица играет роль фильтра при отборе записей из БД: сначала отбираются записи, удовлетворяющие условиям первой строки, затем к ним добавляются записи, удовлетворяющие условиям второй строки и т.д.

Практические задания делятся на три типа:

1) задачи: теоретические задания для закрепления основных понятий;

2) упражнения: практические задания для работы в среде СУБД с целью отработки отдельных навыков;

3) индивидуальные работы: зачетные задания, требующие от учеников комплексного владения теоретическими знаниями и практическими навыками.

Задания трех таких типов приведены в подразделе 5.4 задачника-практикума [3]. Задачи могут быть предметом коллективного разбора на уроке, использоваться в контрольных и домашних заданиях.

Упражнения выполняются на компьютере. Учитель может использовать материал упражнений в ходе объяснений для демонстрации приемов работы с базой данных средствами изучаемой СУБД. После такого объяснения следует предложить ученикам коллективно выполнить другие упражнения того же типа. Рабочий материал для упражнений (файлы с таблицами) учитель должен подготовить заранее.

Варианты индивидуальных работ учитель распределяет среди учеников по своему усмотрению. Возможен вариант, когда все делают одно и то же задание. В таком случае учителю легче осуществлять контроль, оказывать помощь ученикам. По результатам выполнения работы каждый ученик получает оценку.

Электронные таблицы

Методические рекомендации по изучению темы

Изучаемые вопросы:

ª Области применения электронных таблиц (ЭТ).

ª Среда табличного процессора (ТП).

ª Режимы работы ТП.

ª Система команд.

ª Данные в ячейках ЭТ.

ª Методы адресации в ЭТ.

Области применения электронных таблиц. Появление ЭТ исторически совпадает с началом распространения персональных компьютеров. Первая программа для работы с ЭТ — табличный процессор, была создана в 1979 г., предназначалась для компьютеров типа Apple II и называлась VisiCalc. В 1982 г. появляется знаменитый табличный процессор Lotus 1-2-3, предназначенный для IBM PC. Lotus объединял в себе вычислительные возможности ЭТ, деловую графику и функции реляционной СУБД. Популярность табличных процессоров росла очень быстро. Появлялись новые программные продукты этого класса: Multiplan, Quattro Pro, SuperCalc и др. Одним из самых популярных табличных процессоров сегодня является MS Excel, входящий в состав пакета Microsoft Office.

Что же такое электронная таблица? Это средство информационных технологий, позволяющее решать целый комплекс задач.

1. Прежде всего, выполнение вычислений. Издавна многие расчеты выполняются в табличной форме, особенно в области делопроизводства: многочисленные расчетные ведомости, табуляграммы, сметы расходов и т.п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач удобно выполнять в табличной форме. Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации таких вычислений. Решения многих вычислительных задач на ЭВМ, которые раньше можно было осуществить только путем программирования, стало возможно реализовать на электронных таблицах.

2. Математическое моделирование. Использование математических формул в ЭТ позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой реальной системы. Основное свойство ЭТ — мгновенный пересчет формул при изменении значений входящих в них операндов. Благодаря этому свойству, таблица представляет собой удобный инструмент для организации численного эксперимента: подбор параметров, прогноз поведения моделируемой системы, анализ зависимостей, планирование. Дополнительные удобства для моделирования дает возможность графического представления данных.

3. Использование электронной таблицы в качестве базы данных. Конечно, по сравнению с СУБД электронные таблицы имеют меньшие возможности в этой области. Однако некоторые операции манипулирования данными, свойственные реляционным СУБД, в них реализованы. Это поиск информации по заданным условиям и сортировка информации.

На уроках ученикам предстоит освоить конкретный табличный процессор. Как и в предыдущих темах курса, рассматривающих информационные технологии, рекомендуется придерживаться методической схемы виртуального исполнителя, элементами которой является изучение среды, режимов работы, системы команд, данных.

Среда табличного процессора. При работе с табличным процессором на экран выводится рабочее поле таблицы и панель диалога. Электронная таблица представляется в виде матрицы, состоящей из строк и столбцов. Строки нумеруются сверху вниз, начиная от 1. Столбцы именуются латинскими буквами (одно- и двухбуквенными именами) в алфавитном порядке в направлении слева направо. Число строк и столбцов зависит от конкретного типа ТП.

На пересечении строк и столбцов образуются ячейки (клетки), каждая из которых имеет свое обозначение (имя, адрес), состоящее из имени столбца и номера строки: А1, С5, АВ356 и т.п. На экране дисплея видна не вся электронная таблица (документ), а только ее часть (рис. 25.4).

Рис. 25.4. Структура электронной таблицы

 

Документ в полном объеме хранится в оперативной памяти, а экран можно считать «окном», через которое пользователь имеет возможность просматривать его. Кроме основного раздела памяти, где хранится электронная таблица, используются еще дополнительные разделы:

• буфер для хранения копируемых фрагментов таблицы;

• раздел памяти для размещения справочной информации. Важным элементом электронной таблицы является табличный курсор — прямоугольник, выделенный цветом или рамкой. Ячейка таблицы, которую в данный момент занимает курсор, называется текущей ячейкой. При перемещении курсора по таблице происходит перемещение «окна» по документу, в результате чего становятся видны различные его части. Часть таблицы, заполненная информацией, называется активной таблицей.

Строка ввода предназначена для отражения вводимых в текущую ячейку данных. В этой строке можно просмотреть и отредактировать хранимую в ячейке формулу; в самой ячейке пользователь видит результат вычисления по формуле.

Главное меню содержит основные команды управления электронной таблицей; представляет собой иерархическую систему команд. Команды, вызывающие открытие подменю, можно назвать режимами. Исполняемые команды инициируют определенные действия над электронной таблицей.

Строка подсказки используется для вывода сообщений, подсказывающих пользователю возможные действия при данном состоянии таблицы.

Вспомогательная область управления включает в себя панель инструментов, линейки прокрутки, строку состояния.

Система команд. Команды ТП организованы в иерархическую систему, верхним уровнем которой является главное меню. Кроме того, выполнение команд может инициироваться через панель инструментов, контекстное меню, «горячие клавиши».

Команды редактирования таблицы позволяют манипулировать с фрагментами таблицы: удалять, копировать, перемещать, вставлять. Вставки и удаления столбцов или строк приводят к сдвигу других строк или столбцов таблицы. При этом действующая в таблице относительная адресация автоматически модифицирует формулы в соответствии с их изменившимися адресами. Прием копирования позволяет быстро строить большие таблицы, содержащие однотипные элементы.

Команды форматирования позволяют изменять внешний вид таблицы, ее оформление. К элементам формата относятся:

• направления выравнивания данных относительно границ ячейки;

• высота строки и ширина столбца;

• тип, начертание и размер шрифта;

• формат представления чисел (обычный, экспоненциальный, разрядность);

• вид разлиновки таблицы;

• цвет фона и пр.

В электронной таблице действует некоторый набор стандартных параметров формата «по умолчанию». Командами форматирования его можно изменять как по отношению ко всей таблице, так и в отдельных ее фрагментах.

Команды работы с файлами включают в себя стандартный набор команд, позволяющих открывать и сохранять файлы, организовывать вывод на печать полученного документа.

Команды работы с таблицей как с базой данных. Способность ТП искать и выбирать данные из таблицы позволяет использовать электронную таблицу в качестве несложной базы данных. При работе с базами данных имеют дело с записями и полями. В электронных таблицах базой данных является сама таблица, записями — строки таблицы, полями — клетки таблицы. В ТП реализованы команды поиска и сортировки.

Чтобы организовать поиск и извлечение данных, необходимо задать:

• входной блок, т.е. диапазон ячеек, в котором хранятся данные (записи и поля); важное требование: все строки в этом блоке должны быть однородны;

• блок критериев, т.е. диапазон клеток, содержащий условие, в соответствии с которым осуществляется поиск и выборка данных из входного блока;

• выходной блок, т.е. диапазон клеток, в который будут извлечены данные из входного блока в соответствии с условием, содержащимся в блоке критериев. Задание этих блоков осуществляется специальными командами.

Сортировка строк таблицы производится по значениям определенного столбца. В команде указывается порядок сортировки: по возрастанию или убыванию значений (в том же смысле, что и в БД).

Команды графической обработки данных дают возможность отображать числовую информацию в графическом виде, чаще всего — в виде диаграмм. Команды графического режима можно разбить на две группы:

• команды описания диаграмм (задают данные, которые будут выведены в графическом виде, задают тип диаграмм и т.д.);

• команды вывода диаграмм.

Данные в ячейках таблицы. Данные для табличных процессоров — это информация, содержащаяся в ячейках таблицы, представленная в определенной символьной форме.

Здесь мы снова встречаемся с такими свойствами данных, как ,jHn и структура, знакомыми из темы о базах данных. Кроме того, тоявляются новые темы в разговоре о данных. Это понятия константы и переменной, понятие арифметического и логического выражения, понятие адресации.

Содержимым ячейки электронной таблицы может быть фор-лула или текст. Частным случаем формулы является числовая константа или переменная, более общим — арифметическое или тогическое выражение.

Типы данных. Текстовый процессор должен «знать», какого типа данное хранится в конкретной ячейке таблицы, для того чтобы правильно интерпретировать ее содержимое. Так, например, признаком текстовых данных является символ « (двойные кавычки). Тип данных определяется множеством значений, принимаемых величиной и совокупностью операций, применимых к величинам этого типа. Отсюда, например, следует, что нельзя применять арифметические операции к ячейкам таблицы, в которых хранится текстовая информация. Основной набор типов данных в электронных таблицах практически тот же, что и в базах данных: числовой, символьный, логический. В некоторых ТП (Excel) существует тип «дата». Структуры данных. Минимальным структурным элементом данных, представленных в электронной таблице, является ячейка.

Основная работа производится с ячейками: их заполняют, редактируют, очищают.

Ячейки объединяются в структуры данных — столбцы и строки. Табличные процессоры позволяют оперировать со строками или столбцами как единым целым. Например, можно удалять или вставлять строки (столбцы), менять их местами.

Базовым структурным понятием в электронных таблицах является понятие диапазона ячеек (блока). Оно используется во многих командах табличных процессоров и в некоторых функциях. Диапазон — это множество ячеек, образующих в таблице область прямоугольной формы (матрицу). Минимальный диапазон — это ячейка, строка и столбец, которые также являются блоком, максимальный диапазон — вся таблица. Некоторые табличные процессоры позволяют задавать имя для диапазона клеток, что дает возможность работать с блоком как единым целым.

Числовые константы разделяются на целые и вещественные. Вещественные константы можно записывать двумя способами: в форме с фиксированной точкой и в экспоненциальной форме (в форме с плавающей точкой).

Запись числовой константы с фиксированной точкой предполагает, что число содержит целую и дробную часть, разделенные десятичной точкой. Например, числовая константа —3,1415 записывается как —3.1415 (в ТП Excel может употребляться запятая). При записи числовой константы в экспоненциальной форме сначала записывается мантисса, затем — латинская буква Е (прописная или строчная), после нее — порядок. Мантисса может быть записана как целая константа или константа с фиксированной точкой, а порядок — только как целая двузначная константа. Числовая константа в экспоненциальной форме трактуется, как мантисса, умноженная на 10 в степени, равной порядку. Например, числа 0,0001 и 1 000 000 могут быть записаны следующим образом: IE —4 или 0.le —3 и 1е6 или 1Е+6.

Переменные. Каждую ячейку таблицы будем интерпретировать как ячейку памяти текстового процессора. Каждая ячейка имеет свое имя, состоящее из имени столбца и номера строки. В каждой ячейке может храниться информация того или иного вида. Здесь прослеживается прямая аналогия с понятием переменной в языках программирования. Переменная — это поименованное место в памяти (ячейка), куда можно записать значение. Переменная принимает различные значения определенного типа. Каждая переменная обозначается символическим именем (идентификатором). Ячейку таблицы можно рассматривать как переменную. Следовательно, Al, C5, G10 и пр. — имена переменных.

Выражения (формулы). В электронных таблицах используются два вида выражений: арифметические и логические. Выражение, определяющее способ вычисления некоторого числового значения по математической формуле, называется арифметическим выражением. Существуют определенные правила записи арифметических выражений. Эти правила аналогичны тем, что используются в языках программирования.

Выражения составляются из констант, переменных, знаков операций, функций, круглых скобок. Примеры выражений: 2.5*(G5+G2) SQRT(B4^Ù2-4*B3*B5) SUM(C10:C20) Здесь символ «*» — знак умножения; «^Ù» — возведение в степень. В ТП SuperCalc SQRT — функция вычисления квадратного корня; SUM — функция суммирования. В русифицированных версиях Excel функция квадратного корня — КОРЕНЬ, функция суммирования — СУММ. Порядок вычисления выражений происходит в соответствии с приоритетами выполнения арифметических операций, с расстановкой скобок. Приобретение учениками навыков записи формул требует практических упражнений. Задачи такого рода имеются в пособии [3].

Логические выражения (логические формулы) строятся с помощью операций отношения (<, >, =, <=, >=, <>) и логических операций (логическое «И», логическое «ИЛИ», логическое отрицание «НЕ»). Результатом вычисления логического выражения являются логические величины «истина» или «ложь». Об особенностях использования логических выражений в электронных таблицах рассказано в подразделе 8.4 настоящего пособия.

Адресация. Следует обратить внимание учеников на определенную родственность структуры электронной таблицы и оперативной памяти ЭВМ. В обоих случаях используется принцип адресации для хранения и поиска информации. Разница состоит в том, что в ОЗУ наименьшей адресуемой единицей является байт, а в таблице — клетка (ячейка).

Символические имена переменных являются в то же время их адресами в таблице. В таблице может быть установлен режим относительной адресации или режим абсолютной адресации. В режиме относительной адресации всякие изменения в местоположении формулы путем копирования блока, переноса блока, вставки или удаления строк или столбцов приводят к автоматическому изменению адресов переменных в формулах, находящихся в смещенных ячейках. Иначе говоря, формулы модифицируются в соответствии со своим новым положением.

При отмене режима относительной адресации устанавливается режим абсолютной адресации. В этом случае при смещении клеток модификации формул не происходит.

Обычно режим относительной адресации работает в таблице по умолчанию. Абсолютная адресация применяется к отдельным ссылкам на ячейки в формулах. Для этого используется символ «замораживания» адреса — «$». С помощью этого символа можно  «заморозить» как весь адрес, например $В$2, так и отдельные его части, например $В2, В$2.

Рекомендации по организации практической работы

Главная задача для учащихся на минимальном уровне изучения данной темы: научиться основным методам организации расчетов с помощью электронных таблиц. Для этого они должны освоить следующие практические приемы работы в среде электронной таблицы:

• осуществлять перемещение табличного курсора; устанавливать курсор в нужную ячейку;

• вводить данные: числа, тексты, формулы;

• редактировать данные в ячейках;

• копировать информацию в ячейках;

• вставлять и удалять строки и столбцы.

Теоретические вопросы, которые на первом этапе вызывают наибольшие затруднения — это правила записи формул и понимание принципа относительной адресации. Их отработку следует проводить на задачах и упражнениях. Основные правила записи формул сводятся к следующему:

• все символы в формуле записываются в одну строчку;

• проставляются все знаки операций (в отличие от алгебры, где знак умножения часто пропускается);

• используются круглые скобки для влияния на последовательность выполнения операций;

• учитываются приоритеты операций, расположенные в таком порядке: ^Л — возведение в степень; *, / — умножение и деление; +, — — сложение и вычитание;

• приоритет стандартных функций выше арифметических операций; аргумент записывается в круглых скобках после имени функции;

• последовательно записанные операции одинакового старшинства выполняются в порядке записи, т. е. слева направо (возведение в степень — справа налево).

Все эти правила совпадают с правилами записи выражений в языках программирования. Поэтому при более позднем изучении программирования этот вопрос ученикам будет уже знаком.

Для упражнений на данную тему следует давать задачи как прямые (дано математическое выражение, записать формулу для электронной таблицы), так и обратные (дана формула, записать математическое выражение).

Теперь о принципе относительной адресации. Как уже отмечалось, это один из базовых принципов функционирования электронной таблицы. Адреса ячеек, используемых в формулах, определяются относительно места расположения формулы. Смысл этого принципа следует пояснить на примерах. В данной ниже таблице формулу в ячейке С1 табличный процессор воспринимает так: сложить значение из ячейки, расположенной на две клетки левее, со значением из ячейки, расположенной на одну клетку левее данной формулы.

	А	В	С
1	5	3	А1 + В1

При переносе этой формулы в любую другую ячейку любым способом (копированием, вследствие вставки или удаления фрагментов) сохранится сформулированный выше смысл формулы. Вследствие этого изменятся ссылки на ячейки. Например, при копировании формулы из ячейки С1 в ячейку С2 формула примет вид: А2 + В2. При копировании в ячейку F6 примет вид: F4 + F5.

Для закрепления понимания принципа относительной адресации следует выполнить несколько заданий. Условия предлагаемых задач должны быть следующего типа: дан фрагмент электронной таблицы (например такой, как приведен выше). Какие формулы занесутся в ячейки блока D1:F1, если в них скопировать формулу из ячейки С2? Результат выполнения этого задания в режиме отображения формул и в режиме отображения значений будет следующим (табл. 12.5).

Таблица 12.5

Здесь заливкой отмечены ячейки, в которые произведено копирование.

Наиболее эффективной будет такая постановка задания: сначала решить задачу теоретически, а затем проверить полученное решение на компьютере. В этом случае происходит как закрепление понимания теоретического вопроса, так и отработка навыков копирования данных в электронной таблице.

При знакомстве с приемом «замораживания» адресов ячеек в формулах полезно выполнить аналогичные упражнения. Например, в той же таблице в ячейке С1 записана формула: А$1+$В$1. Какой вид примет формула, если ее скопировать в блок Dl :F1 и в блок С2: F2? Результаты решения этой задачи будут следующими (табл. 12.6):

Таблица 12.6

           

Во время работы с табличным процессором обязательно нужно использовать прием копирования формул. Формулы в ячейках С4, D4 являются исходными. Все формулы, расположенные ниже, получены путем копирования. Из этого примера ученикам станет ясен практический смысл принципа относительной адресации: он позволяет быстро создавать большие таблицы без переписывания формул.

Разбор этой задачи приводит к идее использования абсолютного (замороженного) адреса. Удобно цену 1 кВт-ч хранить в отдельной ячейке (например, в В16), а в ячейке D4 записать формулу С4*$В$16. При копировании формулы абсолютный адрес меняться не будет. Теперь, если произойдет изменение цены 1 кВт-ч, то будет достаточно внести изменения лишь в одну ячейку В16.

Очень часто в числовых таблицах подсчитываются различные итоговые данные: суммы, средние значения, наибольшие и наименьшие значения. Получение таких данных называется статистической обработкой таблицы. Во всех табличных процессорах имеются для этого соответствующие функции. В задачах того же типа, что рассмотрена выше, следует добавить задание на подобную статистическую обработку данных. Например, к таблице оплаты электроэнергии добавить вычисление общей суммы денег, выплаченных за год, среднемесячного расхода электроэнергии, наибольшей и наименьшей месячной платы.

 

Сетевые информационные технологии

Компьютерные телекоммуникации — одна из наиболее динамично развивающихся областей информационных технологий. По сравнению с другими разделами информационных технологий ее технологическая составляющая значительно превосходит теоретическую. Поэтому эффективность изучения данной темы сильно зависит от возможности организовать практическую работу учащихся с компьютерными сетями.

В рамках данного раздела базового курса реализуется следующий перечень педагогических целей: дать представление о назначении и структуре локальных и глобальных сетей; познакомить учащихся с основными информационными услугами сетей, с возможностями Internet; обучить способам обмена файлами в локальной сети компьютерного класса; познакомить со способами поиска информации в Internet (при наличии технических возможностей).

Содержание данного подраздела базового курса делится на две части по принципу деления компьютерных сетей на два типа:

• локальные сети;

• глобальные сети.

Тема компьютерных сетей обширна по числу понятий и может излагаться с разной степенью подробности.

Локальные сети. Организация и использование локальных сетей. Если компьютеры в школьном кабинете информатики объединены в локальную сеть, то это обстоятельство существенно облегчает изучение данной темы. Именно школьный компьютерный класс должен стать отправной точкой в разговоре о передаче информации в компьютерных сетях. Определив компьютерную сеть как систему компьютеров, связанных каналами передани информации, учитель демонстрирует такую систему на оборудовании компьютерного класса и сообщает, что такая сеть называется локальной.

Локальные компьютерные сети небольшие по масштабам и работают в пределах одного помещения, здания, предприятия. Возможно, что в школе действует локальная сеть, объединяющая компьютеры, установленные в разных помещениях: в учебных кабинетах, кабинете директора, бухгалтерии и др. Точно так же в локальную сеть часто объединяются различные отделы предприятий, фирм, учреждений.

Локальные сети, в зависимости от назначения и технических решений, могут иметь различные структуры объединения компьютеров. Их еще называют конфигурациями, архитектурой, топологией сети. На рисунке показаны четыре типа конфигураций ЛС: кольцевая, радиальная (звезда), шинная и древовидная.

Бывают ситуации в ЛС, когда топология не имеет какой-то регулярной структуры. Например, компьютеры могут соединяться по принципу «каждый с каждым».

Использование локальных сетей отвечает двум основным целям:

1) обмену файлами между пользователями сети;

2) использованию общедоступных ресурсов: большого пространства дисковой памяти, принтеров, централизованной базы данных, программного обеспечения и др.

Пользователей общей локальной сети принято называть рабочей группой, а компьютеры, за которыми они работают, — рабочими станциями. Если все компьютеры в сети равноправны, т.е. сеть состоит только из рабочих станций пользователей, то ее называют одноранговой сетью. Одноранговые сети используются для осуществления первой из отмеченных целей: для обмена файлами. У каждого компьютера в такой сети есть свое имя. Члены рабочей группы могут обращаться по этим именам к дисковой памяти ПК своих коллег и копировать файлы на свой компьютер или копировать свои файлы на другие компьютеры. Возможность такого обмена обеспечивается специальной сетевой операционной системой. Средствами сетевой ОС можно защитить информацию от постороннего доступа. Таким образом, локальная сеть избавляет от необходимости использовать дискеты для переноса информации с одного компьютера на другой.

Другой способ организации локальной сети — сеть с выделенным (главным) компьютером. Его называют файл-сервером. Чаще всего в школьных компьютерных классах используется именно такая организация. К файл-серверу имеет доступ учитель, а ученики работают за рабочими станциями. Все рабочие станции соединены с главной машиной (схема соединения «звезда»). Поэтому непосредственный обмен информацией происходит между сервером и каждой рабочей станцией. Конечно, в такой системе ученики тоже могут обмениваться файлами, но «транзитом» через сервер. Обычно сервер — это более мощная машина, чем рабочие станции, с большим жестким диском, с дополнительными внешними устройствами (например, CD-ROM — дисководом, принтером, модемом). При такой организации локальной сети реализуется вторая из отмеченных выще целей: доступ пользователей к общим аппаратным и информационным ресурсам сервера. В частности, программы, хранящиеся на диске сервера, могут загружаться в оперативную память рабочей станции и запускаться на исполнение подобно тому, как это делается с собственного диска ПК. Со своего рабочего места пользователь может создавать и сохранять файлы на жестком диске сервера.

Работой сети управляет сетевая операционная система. Операционная система поддерживает стандарты (протоколы) обмена информацией в сети, устанавливает очередность при обращении различных пользователей к одним и тем же ресурсам и пр. Основное назначение сетевой ОС — дать возможность пользователям работать в локальной сети, не мешая друг другу. Работу одноранговых сетей поддерживает операционная система Windows 95/98. Наиболее распространенные ОС для сетей с выделенным сервером: Novell NetWare, Windows NT.

Локальные сети школьных КУВТ, Нередко в отечественных школах используются специализированные классы учебной вычислительной техники — КУВТ, объединенные в локальную сеть. По сравнению с профессиональными IBM или Macintosh это более дешевая техника, предоставляющая минимально необходимые средства для преподавания информатики в школе. В конце 1980-х гг. было организовано производство и поставки в школы КУВТ на базе отечественных микроЭВМ Электроника-БКООЮ, УКНЦ, «Корвет». В тот же период в ряд школ были поставлены КУВТ «Ямаха» японского производства. Позднее появились школьные КУВТ на базе IBM PS/2 так называемые «пилотные классы». Для большинства локальных сетей КУВТ характерно использование архитектуры «звезда», где центральная машина называется рабочим местом преподавателя — РМП, а периферийные машины называются рабочими местами учеников — РМУ. На РМП имеется дисковый накопитель (на БК, УКНЦ, «Корвет», «Ямаха» — флоппи-дисковод) и принтер. На РМУ дисковой памяти нет.

На РМП установлена сетевая ОС, которая предоставляет следующий минимальный набор пользовательских возможностей:

• пересылку программ и данных с РМП на каждое из РМУ и обратно;

• исполнение программы как на РМУ, так и на РМП;

• вывод программ и данных с РМУ на внешние накопители и принтер РМП;

• групповую рассылку программ с РМП на все РМУ. Операционные системы локальных сетей КУВТ предоставляют учителю ряд дополнительных возможностей, удобных для ведения урока: возможность вмешиваться в работу учащихся, просматривать их экраны, вызывать и редактировать их программы, организовывать коллективные демонстрации и пр.

Узким местом отечественных КУВТ была низкая скорость передачи информации. Поэтому рассылка больших программ на все РМУ занимала значительное время. Ситуация улучшилась с внедрением в классах на базе УКНЦ и Корвет сетевой системы, разработанной фирмой «Линтех». Эта система основывается на использовании на РМП компьютера IBM PC. Помимо увеличения скорости передачи данных и повышения надежности работы сети, данная система позволяет на РМУ пользоваться некоторыми средствами программного обеспечения, предназначенного для IBM.

Учебный план не позволяет долго задерживаться на теме локальных сетей. Учитель прежде всего должен дать представление ученикам об организации сети, работающей в компьютерном классе, а также общешкольной сети (если такая имеется). В качестве практической работы на данную тему следует организовать обмен посланиями между учениками в виде текстовых файлов, передаваемых через сеть с одного РМУ на другое (своеобразная электронная почта).

Глобальные сети. Организация глобальных сетей. Глобальные компьютерные сети объединяют между собой ЭВМ, расположенные на больших расстояниях (в масштабах региона, страны, мира). Если локальную сеть ученики могут увидеть своими глазами, то знакомство с глобальными сетями будет носить более описательный характер. Здесь, как и во многих других темах, приходит на помощь метод аналогий. Устройство глобальной сети можно сравнить с устройством системы телефонной связи — телефонной сети. Телефоны абонентов связаны с узлами-коммутаторами. В свою очередь, все городские коммутаторы связаны между собой так, что между любыми двумя телефонами абонентов может быть установлена связь. Вся эта система образует телефонную сеть города. Городские (региональные) сети связаны между собой по междугородним линиям. Выход на телефонные сети других стран происходит по международным линиям связи. Таким образом, весь мир «опутан» телефонными сетями. Два абонента в любой части света, подключенные к этой сети, могут связаться друг с другом.

Рассказав об этом, предложите ученикам представить, что у абонентов вместо телефонных аппаратов установлены персональные компьютеры; вместо коммутаторов — мощные компьютерные узлы, и по такой сети циркулирует самая разнообразная информация: от текстовой до видео и звука. Это и есть современная мировая система глобальных компьютерных сетей.

Первая глобальная компьютерная сеть начала действовать в 1969 г. в США, она называлась ARPANET и объединяла в себе всего 4 удаленных компьютера. Примером современной сети научно-образовательного назначения является BITNET. Она охватывает 35 стран Европы, Азии,и Америки, объединяет более 800 университетов, колледжей, научных центров. Крупнейшей российской сетью является RELCOM, созданная в 1990 г. RELCOM входит в европейское объединение сетей EUNET, которая, в свою очередь, является участником гигантского мирового сообщества INTERNET. Такая иерархичность характерна для организации глобальных сетей.

На рис. 12.3 представлена характерная архитектура глобальной сети. Сеть состоит из узловых хост-компьютеров (У1, У2,...), ПК абонентов сети (All, А12, ...), линии связи. Обычно узел сети содержит не один, а множество компьютеров. Функции серверов различных сетевых услуг могут выполнять разные компьютеры.

 

Рис. 12.3. Характерная архитектура глобальной сети

 

Хост-компьютеры постоянно находятся во включенном состоянии, постоянно готовы к приему-передаче информации. В таком случае говорят, что они работают в режиме on-line. Компьютеры абонентов выходят на связь с сетью (в режим on-line) лишь на определенное время — сеанс связи. Переслав и получив необходимую информацию, абонент может отключиться от сети и далее работать с полученной информацией автономно — в режиме off-line. Маршрут передачи информации пользователю обычно неизвестен. Он может быть уверен лишь в том, что информация проходит через узел подключения и доходит до пункта назначения. Маршрутизацией передаваемых данных занимаются системные средства сети. В разных сеансах связь с одним и тем же корреспондентом может проходить по разным маршрутам.

Шлюзом называют компьютер, организующий связь данной сети с другими глобальными сетями.

Информационные услуги глобальных сетей. Электронная почта. В истории глобальных сетей электронная почта (e-mail) появилась как самая первая информационная услуга. Эта услуга остается основной и важнейшей в компьютерных телекоммуникациях. Можно сказать, что происходит процесс вытеснения традиционной бумажной почты электронной почтой. Преимущества последней очевидны: прежде всего, это высокая скорость доставки корреспонденции (минуты, редко — часы), сравнительная дешевизна. Уже сейчас огромные объемы деловой и личной переписки идут через e-mail. Электронная почта в сочетании с факсимильной связью обеспечивают абсолютное большинство потребностей в передаче писем и документов.

Для того чтобы абонент мог воспользоваться услугами электронной почты, он должен:

• иметь аппаратное подключение своего персонального компьютера к почтовому серверу узла компьютерной сети;

• иметь на этом сервере свой почтовый ящик и пароль для обращения к нему;

• иметь личный электронный адрес;

• иметь на своем компьютере клиент-программу электронной почты (мэйлер).

Аппаратное подключение чаще всего происходит по телефонным линиям, поэтому пользователю необходим выход в телефонную сеть, т. е. свой телефонный номер. Организация — владелец узла глобальной сети, предоставляющая сетевые услуги, называется провайдером. В последнее время их становится все больше, и пользователь имеет возможность выбрать того провайдера, условия которого его в большей степени устраивают. Провайдер назначает для пользователя пароль, электронный адрес, создает для него на почтовом сервере почтовый ящик — папку для размещения корреспонденции. Как правило, провайдер помогает пользователю установить и настроить почтовую клиент-программу.

Подготовка электронного письма производится пользователем в режиме off-line — отключения от сети. С помощью почтовой клиент-программы он формирует текст письма, указывает адрес получателя, вкладывает в письмо различные приложения. Затем пользователь переходит в режим on-line, т.е. соединяется с почтовым сервером и отдает команду «доставить почту». Подготовленная корреспонденция передается на сервер, а поступившая на адрес пользователя переносится с сервера на его ПК. При этом полученные письма удаляются из почтового ящика, а переданные заносятся в него. Почтовый сервер периодически просматривает ящики абонентов и, обнаружив там исходящую корреспонденцию, организует ее отравление.

На примере электронной почты хорошо иллюстрируется суть технологии клиент-сервер, принятой в современных сетях. Эта технология основана на разделении функций программного обеспечения, обслуживающего каждую информационную услугу, между компьютером клиента и сервером. Соответствующее ПО называется клиент-программой и сервер-программой (часто говорят короче: клиент и сервер). Популярными клиент-программами электронной почты являются: MAIL для MS-DOS и Outlook Express для Windows.

В начальный период развития электронной почты передаваемая корреспонденция могла иметь только текстовый формат. Данные другого формата (двоичные файлы) перекодировались в текстовый формат с помощью специальной программы-перекодировщика UUDECOD. Сейчас в Internet используется стандарт MIME, позволяющий без такого перекодирования передавать в теле электронного письма самую разнообразную информацию. Согласно этому стандарту передающая машина помещает в заголовке электронного письма описания типов информационных единиц, составляющих письмо. Машина-получатель по этим описаниям правильно интерпретирует полученную информацию. Теперь в электронном письме, помимо текста, можно помещать графические образы (тип image), аудио-информацию (audio), видеофильмы (video), любые приложения (application).

Наряду с электронной почтой в глобальных сетях существуют и другие виды информационных услуг для пользователей.

Telnet. Эта услуга позволяет пользователю работать в режиме терминала удаленного компьютера, т. е. использовать установленные на нем программы так же, как программы на собственном компьютере.

FTP. Так называется сетевой протокол и программы, которые обслуживают работу с каталогами и файлами удаленной машины. Клиент FTP имеет возможность просматривать каталоги РТР-серверов, копировать интересующие его файлы.

Archie. Так называются специальные серверы, выполняющие роль поисковых программ в системе FTP-серверов. Они помогают быстро найти нужные вам файлы.

Gopher. Система поиска и извлечения информации из сети с развитыми средствами многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок и пр.

WAIS. Сетевая информационно-поисковая система, основанная на распределенных базах данных и библиотеках.

Usenet. Система телеконференций. Другое название — группы новостей. Обслуживает подписчиков определенных тематических конференций, рассылая им материалы по электронной почте.

Аппаратные средства сетей. Хост-компьютеры (серверы). Хост-I компьютер имеет собственный уникальный адрес в сети и выполняет роль узловой машины, обслуживающей абонентов. В качестве хост-компьютеров используются разные типы машин: от мощных ПК до мини-ЭВМ и даже мэйнфреймов (больших ЭВМ). Основ-I ные требования — высокоскоростной процессор и большой объем дисковой памяти (десятки и сотни Гбайт). На хост-компьютерах в сети Internet используется операционная система Unix. Все сервер-программы, обслуживающие приложения, работают под управлением Unix.

Из того о чем уже говорилось выше, следует, что понятие «сервер» носит программно-аппаратный смысл. Например, хост-компьютер, на котором в данный момент работает сервер-программа электронной почты, выполняет роль почтового сервера. Если на этой же машине начинает работать сервер-программа WWW, то она становится Web-сервером. Часто функции серверов различных услуг разделены на узле сети между разными компьютерами. Линии связи. Основные типы линий связи между компьютерами сети: телефонные линии, электрические кабели, оптоволоконный кабель и радиосвязь. Главными параметрами линий связи являются пропускная способность (максимальная скорость передачи информации), помехоустойчивость, стоимость. По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми — телефонные. Однако с уменьшением цены уменьшается и качество работы линии. В табл. 12.1 даны сравнительные характеристики линий по параметрам скорости и помехоустойчивости.

Таблица 12.1

Характеристики линий связи

 

Тип связи	Скорость, Мбит/с	Помехоустойчивость
Витая пара проводов	10 -100	Низкая
Коаксиальный кабель	До 10	Высокая
Телефонная линия	1 -2	Низкая
Оптоволоконный кабель	10 -200	Абсолютная

 

Чаще всего для связи между хост-компьютерами используются выделенные телефонные линии или радиосвязь. Если узлы сети расположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах города), то связь между ними может быть организована по кабельным линиям — электрическим или оптоволоконным. В последнее время в сети Internet активно используется спутниковая радиосвязь.

Обычно абоненты (клиенты) подключаются к узлу своего провайдера через телефонную линию. Все чаще для этих целей начинает применяться радиосвязь.

Для передачи информации по каналам связи необходимо преобразовывать ее из той формы, в которой она существует в компьютере, в сигналы, передаваемые по линиям связи. Такие преобразования осуществляют специальные устройства, которые называются сетевыми адаптерами. Существуют адаптеры для кабельной, для оптоволоконной связи. Адаптер вставляется в свободное гнездо материнской платы и соединяется кабелем с адаптером другого компьютера. Так обычно делается в локальных сетях.

В глобальных сетях, связанных по телефонным линиям, в качестве устройства сопряжения используются модемы. Назначение модема состоит в преобразовании информации из двоичного компьютерного кода в телефонный сигнал и обратно. Помимо этого, модем выполняет еще ряд функций. Например, модем клиента сети должен дозваниваться до узла, к которому он подключается. Основной характеристикой модема является предельная скорость передачи данных. В настоящее время она колеблется от 1200 бит/с до 112 000 бит/с. Однако реальная скорость зависит не только от модема, но и от качества телефонных линий. В российских городских сетях приемлемая скорость передачи невелика и составляет 2400—14400 бит/с. В будущем, когда произойдет полный переход телефонных линий на цифровую связь, потребность в использовании модемов исчезнет.

Интернет. На вопрос, что такое Интернет, в литературе можно прочитать разные варианты ответов. Чаще всего на этот вопрос отвечают так: Интернет — это суперсеть, охватывающая весь мир, представляющая из себя совокупность многих (более 2000) сетей, поддерживающих единый протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Протокол — это стандарт на представление, преобразование и пересылку информации в компьютерной сети. Образно можно сказать так: протокол — это определенный сетевой язык. Пока различные глобальные сети работали автономно, они «разговаривали на разных языках». Для их объединения понадобилось придумать общий язык (своеобразный сетевой эсперанто), которым стал протокол TCP/IP. Этот протокол поддерживается как программными, так и аппаратными средствами сети. Сводится он к стандартизации следующих процедур:

• разбиение передаваемых данных на пакеты (части);

• адресация пакетов и передача их по определенным маршрутам в пункт назначения;

• сборка пакетов в форму исходных данных.

При этом происходит контроль правильности приема-передачи пакета, правильности сборки всех переданных пакетов в нужном месте.

На базе протокола TCP/IP реализованы другие прикладные протоколы Интернет, составляющие основу сервиса в сети.

Основой Интернет является система так называемых IP-адресов. Каждый хост-компьютер, включенный в Интернет, получает уникальный в рамках всей сети адрес. IP-адрес — это последовательность из четырех целых десятичных чисел, разделенных точками. Например: 195.205.31.47. Поскольку Интернет — это сеть сетей, то первое число определяет сеть, к которой принадлежит компьютер, следующие числа уточняют координаты компьютера в этой сети.

Цифровая адресация является «внутренним делом» системы. Для пользователей она неудобна. Поэтому для пользователей используется буквенная форма записи адресов — доменные адреса. Домены — это символьные имена, разделяемые точками. Пример доменного адреса: www.psu.ru. Адрес читается справа налево. Первый справа домен называется суффиксом. Чаще всего он определяет страну, в которой находится компьютер (таким образом, компьютер является элементом национальной сети). Например, ru — Россия, uk — Великобритания, fr — Франция. Адреса хост-компьютеров США обычно имеют суффикс, обозначающий их принадлежность к корпоративным сетям: edu — научные и учебные организации, gov — правительственные организации, mil — военные и пр.

Следующие домены (их может быть больше одного) определяют хост-компьютер в данной сети (PSU — Internet-центр Пермского госуниверситета). Последний домен — имя сервера (Web — сервер). С помощью специальной серверной программы устанавливается связь между числовыми и доменными адресами.

Все перечисленные выше характеристики Интернет чаще всего пользователю неизвестны. С точки зрения пользователя, Интернет — это определенное множество информационных услуг, которые он может получать от сети. В число услуг входят: электронная почта, телеконференции (списки рассылки), архивы файлов, справочники и базы данных, Всемирная паутина — WWW и пр. Интернет — это неограниченные информационные ресурсы. Влияние, которое окажет Интернет на развитие человеческого общества, еще до конца не осознано.

Информационные услуги Интернет. Наряду с перечисленными выше информационными услугами (электронной почтой, телеконференциями и др.), предоставляемыми пользователям глобальных сетей, существуют услуги, появление и развитие которых связано исключительно с развитием мировой сети Интернет. Наиболее заметной среди них является WWW.

WWW— World Wide Web — Всемирная паутина. Это гипертекстовая информационная система в Интернет. В последнее время WWW и ее программное обеспечение становится универсальным средством информационных услуг в Интернет. Они обеспечивают пользователям доступ практически ко всем перечисленным выше ресурсам (FTP, e-mail, WAIS, Gopher и др.).

Основные понятия, связанные с WWW:

Web-страница — основная информационная единица в WWW, имеющая свой адрес;

Web-сервер — компьютер, хранящий Web-страницы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними;

Web-броузер — клиент-программа, позволяющая извлекать и просматривать Web-страницы;

Web-сайт — раздел данных на Web-сервере, принадлежащий какой-то организации или лицу. В этом разделе его владелец размещает свою информацию в виде множества взаимосвязанных Web-страниц. Обычно сайт имеет титул — головную страницу, от которой по гиперссылкам или указателям «вперед-назад» можно двигаться по страницам сайта.

Наиболее популярными Web-броузерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator. Основная задача броузера — обращение к Web-серверу за искомой страницей и вывод страницы на экран. Простейший способ получения нужной информации из Интернет — указание адреса искомого ресурса.

Для хранения и поиска информации в Интернет используется универсальная адресация, которая носит название URL — Uniform Resource Locator. URL-адрес содержит информацию не только о том, где находится ресурс, но и по какому протоколу к нему следует обращаться. URL-адрес состоит из двух частей: первая (левая) указывает используемый протокол, а вторая (справа) — где именно в сети расположен данный ресурс, (имя соответствующего сервера). Разделяются эти части двоеточием, например:

пйр://имя севера/путь/файл

ftp:// — используется протокол ftp при обращении к ftp-серверам;

gopher:// — подключение к серверам Gopher;

http:// — использование протокола работы с гипертекстом (Hyper Text Transfer Protocol), который лежит в основе WWW. Этот тип связи надо указывать при обращении к любому WWW-серверу.

Вот пример адреса файла, содержащего дистанционный курс немецкого языка:

http ://www. scholar .urc. ас. ru/Teaher/German/main. html

Кроме прямой адресации поиск информации в Internet может осуществляться по гиперссылкам.

В помощь пользователю в Интернет действует ряд специальных поисковых программ. Еще их называют поисковыми серверами, поисковыми машинами, поисковыми системами. Такая система постоянно находится в работе. С помощью специальных программ-роботов она производит периодический обход всех Web-серверов в сети и собирает сводную информацию об их содержании. По результатам таких просмотров организуются справочники, индексные списки с указанием документов, где встречаются определенные ключевые слова. Затем по этим спискам обслуживаются запросы пользователей на поиск информации. Поисковая система выдает пользователю список адресов документов, в которых встречаются указанные пользователем ключевые слова.

Ниже приведены адреса наиболее популярных российских поисковых серверов:

http://russia.agama.com/Aport/

http://www.rambler.ru/

http://yandex.ru/

http ://www. altavista.telia. com/

http://www.list.ru/

Поиск информации по ключевым словам требует от пользователя определенных навыков. Алгоритмы поиска в сети, подобно поиску информации в базах данных, основаны на логике. Рассмотрим этот вопрос на примере организации поиска по нескольким ключевым словам, принятого в поисковой системе Alta Vista.

1. Несколько ключевых слов, разделенных пробелом, соответствуют операции логического сложения: ИЛИ (OR). Например, указав ключ: <Школьная информатика>, мы получим список всех документов, в которых встречается слово «Школьная» или слово «информатика». Очевидно, таких документов окажется слишком много и большинство из них не нужны пользователю.

2. Несколько слов, заключенных в кавычки, воспринимаются как единое целое. Указав в запросе «Школьная информатика» мы получим документы, содержащие такую строку.

3. Знак «+» между словами равносилен операции логического умножения: И (AND). Указав в запросе ключ <Школьная+информатика>, получим все документы, в которых имеются эти два слова одновременно, но они могут быть расположены в любом порядке и вразброс.

Очевидно, второй вариант запроса в большей степени соответ-^твует цели. Однако ключевых слов в таком сочетании в списках тоисковой программы может не оказаться.

Кроме WWW, среди относительно новых услуг в Интернет сущecтвyют следующие: IRC. Internet Relay Chat — «болтовня» в реальном времени. Позволяет вести письменный диалог удаленным собеседникам в режиме on-line; Internet-телефония. Услуга, поддерживающая голосовое общение клиентов сети в режиме on-line.

 

Рекомендации по организации практической работы

 

При наличии возможности выхода в Интернет, практическая работа учащихся может быть организована по таким направлениям:

• подготовка, отправление и прием электронной почты;

• работа с Web-браузером, просмотр Web-страниц;

• обращение в FTP — серверам, извлечение файлов;

• поиск информации в системе WWW с помощью поисковых программ.

Знакомство с каждым новым видим прикладного программного обеспечения, обслуживающим соответствующую информационную услугу (почтовая программа, Web-браузер, поисковая программа) следует проводить по стандартной методической схеме: данные, среда, режимы работы, система команд.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Как со временем менялось место содержательной линии «Информационные технологии» в школьной информатике?

2. Какие возможны методические подходы к преподаванию информационных технологий в базовом курсе?

3. Чем в принципе должно отличаться преподавание информационных технологий в базовом курсе и их изучение в рамках образовательной области «Технологии»?

4. Опишите общую методическую схему, предлагаемую в данном пособии, для изучения информационных технологий. Что входит в понятие «теоретические основы»?

5. Какие средства относятся к области информационных технологий работы с текстом?

6. Какой смысл имеет применение методики виртуального исполнителя к изучению средств информационных технологий?

7. В чем разница между понятиями «текстовый редактор» и «текстовый процессор»? Какие программные продукты можно отнести к этим категориям?

8. Что подразумевается под основным стандартом редактирования? Когда с его элементами следует начинать знакомить учеников?

9. Какие базовые технологические навыки получают ученики при освоении текстового редактора?

10. Как можно мотивировать интерес учеников к изучению компьютерной графики?

11. Какие вопросы, изучаемые в базовом курсе информатики относятся к теоретическим основам компьютерной графики?

12. Как можно классифицировать графические редакторы?

13. Что нового об архитектуре ЭВМ узнают ученики, знакомясь с компьютерной графикой в базовом курсе?

14. Какие практические навыки должны получить ученики в графическом разделе базового курса?

15.  На каких примерах можно объяснить ученикам области применения баз данных?

16.  В чем разница между понятиями «база данных» и «информационная система»?

17.  С какими элементами теории баз данных знакомятся ученики в базовом курсе информатики?

18.  Как подойти к объяснению понятия «тип поля»?

19.  Какими общими возможностями обладают все СУБД реляционного типа?

20.  Какие общие элементы существуют между электронными таблицами и языками программирования?

21.  Как объяснить ученикам смысл принципа относительной адресации? Предложите примеры.

22.  Какие типы задач для электронных таблиц можно предлагать ученикам в базовом курсе?

23.  Где еще, кроме уроков информатики, ученики могут использовать | в школе электронные таблицы?

 

24.       Обоснуйте необходимость изучения сетевых информационных технологий в базовом курсе информатики.

25.       Обоснуйте преимущество использования локальной сети в учебном процессе по сравнению с разрозненным набором машин.

26.       Какие знания об устройстве и работе локальной сети должны получить ученики?

27.       Какие аналогии можно использовать при объяснении устройства и работы глобальной сети?

28.       Перечислите основные понятия в порядке их раскрытия, сообщаемые ученикам в теме о глобальных сетях.

29.       В чем преимущество электронной почты перед бумажной?

30.       Как объяснить ученикам суть технологии «сервер-клиент»?

31.       Как объяснить ученикам понятие «сетевые протоколы»?

32.       Что должны узнать ученики из базового курса про Интернет?

33.       Какие практические задачи можно предлагать ученикам для работы в Интернете?

34.       Как вы думаете, к каким последствиям в воспитании и развитии детей приведет их внедрение в мир компьютерных телекоммуникаций?

 

Литература :

1. Методика преподавания информатики: Учебное пособие для студентов педвузов/ М.П.Лапчик и др. Москва «Академия», 2001. – 624 с.
2. Бидайбеков Е.Ы., Абдулкаримова Г.А. Информатика и средства информатики в начальной школе: Учебно-методическое пособие для студентов педагогического университета. – Алматы, 2002. – 80 с.
3. Халықова К.З. Информатиканы оқыту әдістемесі. Алматы. Білім,  2000.
4. Софронова Н.В. Теория и методика обучения информатике. Учебное пособие. М.: Высш.шк., 2004. – 223 с. ил.
5. БочкинА.И. Методика преподавания информатики: Учебное пособие. - М.: Высш. шк., 1998.
6. Лапчик М.П., Семакин И., Хеннер Е.К. Методика преподавания информатики: Учеб-ное пособие. - М.: Академия, 2005. 622 с.
7. Малев В.В., Малева А.А. Частная методика преподавания информатики. – Воронеж: ВГПУ, 2007.
8. Малева А.А., Малев В.В. Практикум по методике преподавания информатики. - Воронеж: ВГПУ, 2006. - 148 с. 
9. Рекомендованные учебники по информатике и ИКТ (список текущего года размещен на сайте www.vspu.ac.ru/~mvv);
10. Журнал «Информатика и образование».Веб-сайт: http://www.infojournal.ru.
11. Газета «Информатика» (приложение к газете «Первое сентября»). Веб-сайт: http://inf.1september.ru.
12. Приложения к журналу «Информатика и образование».