ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В современном информационном обществе деятельность человека в самых разнообразных сферах тесно связана с реализацией процессов получения, преобразования, передачи, хранения, использования информации и информационного взаимодействия, создания и применения современных информационных систем прикладного характера.
Одно из центральных мест в курсе «Информатика и информационно-коммуникационные технологии» занимают темы, связанные с обучением школьников основам баз данных и систем управления базами данных (СУБД). При изучении этих тем у школьников формируется целостное видение основных понятий информатики, основных принципов функционирования информационных систем, обработки информации с использованием языка структурированных запросов, взаимосвязи разнообразных тем школьного курса информатики.
Вопросам отбора содержания и разработки методики преподавания информатики в общем и профессиональном образовании были посвящены работы С.А. Бешенкова, Л.Л. Босовой, Т.Б. Захаровой, С.С. Кравцова, A.A. Кузнецова, Э.И. Кузнецова, А.Г. Кушниренко, М.П. Лапчика, В.В. Лапинского, СВ. Панюковой, И.В. Роберт, Н.И. Рыжовой,
Н.В. Софроновой и др. Отдельным аспектам исследований в области использования баз данных в образовании посвящены работы М.А. Арефьевой, А.И. Змитровича, В.П. Лешинера, Е.А. Морозова, Г.И. Ревункова, Ю.С. Рамского, Н.В. Сазоновой, O.A. Ткачева, Г.Ю. Цыбко, В.Э. Фреймана.
Анализ современного состояния научно-педагогических и учебно-методических разработок по проблемам обучения основам баз данных и СУБД в школьном курсе информатики показал, что ознакомление с технологией проектирования баз данных осуществляется в условиях: привлечения ученика к осознанному практическому применению баз данных в начале обучения основам вычислительной техники; ознакомления обучаемых с технологией баз
5 данных, которое будет стимулом для углубленного изучения вычислительной
техники и математики; практикума по программированию, ориентированного на использование файлов, записей, формирование запросов. При преподавании информатики не всегда учитывается, что современные базы данных построены на клиент-серверных технологиях.
Исходя из основных положений теории баз данных (Э. Кодд, К. Дж. Дейт) под термином «клиент-сервер» будем подразумевать, прежде всего, архитектуру или логическое разделение обязанностей. Сервером будем считать непосредственно компьютер базы данных, поддерживающий все функции СУБД, а именно: определение данных, обработку данных, защиту и целостность; предоставляет полную поддержку на внешнем, концептуальном и внутреннем уровне. Клиенты — это разнообразные приложения, которые выполняются «над» СУБД: приложения, написанные пользователями, и встроенные приложения, представляемые поставщиками СУБД.
В настоящее время существует ряд реляционных продуктов (СУБД), являющихся серверами баз данных: NetWare SQL, MS SQL Server, InterBase, SQLBae Server, Intelligent Database. Выбор клиент-серверного инструментария обучения основам реляционных баз данных, предлагаемых в данном исследовании, обусловлен следующими требованиями: кроссплатформенностъ (переносимость) приложений (включая Microsoft Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux и некоторых Unix-платформы); высокая производительность и легкость в администрировании при наличии чрезвычайно низких системных требований; простота установки и поддержки сервера; удобный и не требующий специальной подготовки механизм администрирования баз данных; версионностъ архитектуры, удобная при многопользовательской работе.
Вышеперечисленным требованиям соответствует простая и надежная в использовании СУБД InterBase (продукт компании Borland) или ее аналог Firebird (производитель — IB Phoenix), релизы которой являются бесплатными для России и стран СНГ.
6
В процессе работы с СУБД при составлении запросов и фильтрации данных внимание обучаемых не акцентируется на осуществлении выборки данных с использованием операции Select. Это диктует необходимость ознакомления с языками описания и манипулирования данными, основой которых является язык структурированных запросов, а именно, обучать школьников обобщенному методу, а не умению использовать конкретный программный продукт.
Таким образом, проблема исследования обусловлена противоречием между потенциальными возможностями использования клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам баз данных и недостаточным уровнем научно-методических разработок в этой области.
Актуальность исследования определяется необходимостью совершенствования обучения базам данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий адекватно современному этапу научно-технического прогресса.
Объектом исследования является процесс обучения основам баз данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики.
Предметом исследования являются содержательные и методические аспекты обучения основам баз данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий в школьном курсе информатики.
Цель исследования состоит в разработке содержания и методических подходов к обучению базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий и использованию возможностей языка структурированных запросов в процессе обучения информатике в общеобразовательных школах.
Гипотеза состоит в том, что обеспечение повышения уровня сформированности знаний, умений и навыков в области баз данных и систем управления базами данных на основе клиент-серверных технологий в процессе обучения с использованием языка структурированных запросов как в среде графических систем управления базами данных MS Access, так и систем,
7 построенных на основе командного интерфейса InterBase/Firebird, достигается
при условиях: поэтапной организации учебной деятельности в процессе поиска, сохранения, обработки, представления, структурирования, передачи, защиты информации и установления связей между данными; реализации метода проектов с использованием клиент-серверных технологий в условиях профильной дифференциации; выполнения SQL-ориентированных заданий.
В соответствии с целью и выдвинутой гипотезой были поставлены следующие задачи исследования:
1. Проанализировать современную психолого-педагогическую, методическую, научно-техническую литературу отечественных и зарубежных авторов, посвященную обучению информатике как учебной дисциплине в общеобразовательной школе, в частности, основам баз данных и системам управления базами данных.
2. Выявить особенности реализации возможностей профильной дифференциации в процессе обучения информатике.
3. Обосновать совершенствование понятийного аппарата содержания обучения базам данных и системам управления базами данных адекватно современному этапу развития научно-технического прогресса.
4. Выявить особенности обучения базам данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики на основе реализации клиент-серверных технологий.
5. Выделить основные этапы организации учебной деятельности в процессе обучения основам баз данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий.
6. Разработать методические подходы к использованию клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам управления базами данных в рамках курса информатики российской и украинской общеобразовательной школы.
8 7. Провести экспериментальную проверку уровня сформированности знаний,
умений и навыков в области основ баз данных и систем управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий.
Методологической основой исследования явились фундаментальные работы в области: педагогики и психологии (СИ. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.Г. Беспалько, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Л.В. Занков, В.В. Краевский, A.M. Леонтьев, И.Я. Лернер, В.А. Сластенин, Н.Ф. Талызина и др.); теории и методики обучения информатике и информатизации образования (С.А. Бешенков, Я.А. Ваграменко, М.И. Жалдак, Л.Х. Зайнутдинова, К.К.Колин, A.A. Кузнецов, Э.И. Кузнецов, В.В. Лапинский, М.П. Лапчик, Л.П. Мартиросян, Н.И. Пак, СВ. Панюкова, В.А. Поляков, И.В. Роберт, Н.В. Софронова и др.); автоматизированных обучающих систем (СГ. Данилюк, O.A. Козлов, A.A. Павлов, В.П. Поляков, Ю.А. Романенко, В.И. Сердюков и др.); проектирования и эксплуатации баз данных и систем баз данных (К.Дж. Дейт, Э.Ф. Кодд, Дж. Мартин, Д. Мейер, Дж. Ульман и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ философской, психолого-педагогической, учебно-методической, научно-технической литературы по проблеме исследования; изучение современного состояния обучения основам баз данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики общеобразовательных учебных заведений; наблюдение, беседа, анкетирование студентов педагогических вузов, учителей информатики; педагогический эксперимент и обработка его результатов.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в: совершенствовании понятийного аппарата содержания обучения базам данных и введении понятий, касающихся системы «клиент-сервер»; выявлении особенностей реализации клиент-серверных технологий при обучении базам данных и системам управления базами данных в школьном курсе информатики; выявлении педагогических, эргономических и технологических требований к реляционным системам управления базами
9 данных; определении этапов организации учебной деятельности в процессе
обучения базам данных и системам, управления базами данных, ориентированных на осуществление проектной деятельности на основе клиент-серверных технологий; выявлении возможностей реализации внутрипредметных связей обучения базам данных и системам управления базами данных с различными темами курса информатики, а также реализации межпредметных связей с базовыми школьными дисциплинами.
Практическая значимость исследования состоит в разработке: курса «Использование информационных и коммуникационных технологий в проектной деятельности», адаптированного к условиям профильной дифференциации обучения; методических рекомендаций к проведению лабораторных работ по основам баз данных и системам управления базами данных с использованием языка структурированных запросов в среде MS Access и консоли InterBase/Firebird на основе реализации клиент-серверных технологий; методических рекомендаций к проведению лабораторных работ по теме «Обработка табличной информации в приложении MS Excel» для работы с базами данных в табличных процессорах; учебной базы данных «ComputingHistory» на основе системы управления базами данных, реализованной средствами MS Access (инвариантная составляющая процесса обучения) и на основе клиент-серверной системы управления базами данных InterBase/Firebird (вариативная составляющая); методических рекомендаций по использованию SQL-ориентированных заданий, выполняемых в среде клиент-серверных систем баз данных; Internet-проекта «Изучение SQL в школе» с использованием возможностей клиент-серверных технологий и построения SQL-запросов.
Результаты исследования могут быть использованы в процессе подготовки будущих учителей, учителей школ и средних специальных учебных заведений к использованию клиент-серверных технологий в процессе обучения базам данных и системам управления базами данных.
10 Этапы исследования.
Исследование проводилось в три этапа:
/ этап (2001-2002 гг.): проводился анализ научно-методических материалов в области российских и украинских подходов к преподаванию баз данных и систем управления базами данных; рассматривались вопросы реализации метода проектов в условиях профильной дифференциации обучения информатике.
// этап (2002-2003 гг.): совершенствовался понятийный аппарат содержания обучения базам данных за счет уточнения основных понятий адекватно современному этапу развития научно-технического прогресса и дополнения понятиями, связанными с информационными системами «клиент-сервер»; выявлялись особенности обучения базам данных и СУБД в школьном курсе информатики на основе реализации возможностей клиент-серверных технологий и определялись основные этапы организации учебной деятельности.
/// этап (2003-2005 гг.): разработаны методические подходы к преподаванию основ баз данных и систем управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий и проведен педагогический эксперимент; осуществлялась доработка и оформление диссертации, формулировка выводов и обобщений.
Апробация результатов диссертации проводилась в ходе выступлений на: Всеукраинской конференции «Теория и методика обучения математики, физики, информатики» (г. Кривой Рог, 2002 г.); II Всеукраинской научно-практической конференции «Компьютеры в учебном процессе» (г. Умань, 2002 г.); Межрегиональной конференции «Социально-педагогические проблемы подготовки педагогических кадров для сельской школы» (г. Бердянск, 2002 г.); Всеукраинской научно-методической конференции «Теория и методика обучения фундаментальных дисциплин в высшей технической школе» (г. Кривой Рог, 2003 г.); Межвузовской научной сессии «Учитель современной школы: достижения, проблемы и перспективы его
11
подготовки» (г. Бердянск, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Компьютерно-информационные и коммуникационные технологии в учебном процессе средней и высшей школы» (г. Косов, 2003 г.); XIV и XVI Международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» (г. Троицк, 2003, 2005 г.г.); II Международной научно-практической конференции «Информатизация образования Украины: состояние, проблемы, перспективы» (г. Херсон, 2003 г.); Международном конгрессе конференций «Информационные технологии в образовании» (г. Москва, 2003-2005 г.г.); Международной научно-методической конференции «Измерение учебных достижений школьников и студентов» (г. Харьков, 2003 г.); IV научно-практической конференции «Проблемы современного учебника» (г. Киев, 2004 г.); I Международной научно-методической конференции «Информационно-коммуникативные технологии в преподавании иностранных языков» (г. Москва, 2004 г.); Всеукраинской научно-практической конференции «Информатика и компьютерная поддержка учебных дисциплин в средней и высшей школе» (г. Бердянск, 2004 г.); Всеукраинском научно-методическом семинаре по вопросам использования средств современных информационных технологий в учебном процессе (г. Киев, 2005 г.); на заседаниях кафедры информатики и информационных технологий в обучении Бердянского государственного педагогического университета; семинарах Института информатизации образования РАО.
Внедрение результатов исследования: разработанные материалы внедрены в учебный процесс Бердянского государственного педагогического университета (справка № 64/1248-08 от 14.09.2005 г.), общеобразовательных школах №1, №4, №5 г. Бердянска (справка от № 415 от 11.06.2004 г.), Новотроицкой, Осипенковской, Новопетровской общеобразовательных школ Бердянского района (справка №977 от 09.09.2004 г.), общеобразовательных школ №4, 16 и Украинской гимназии им. И.Франко г. Тернополя (справка №29 от 28.04.2005 г.). Разработан Internet-проект «Изучение SQL в школе».
12 Обоснованность и достоверность проведенного исследования, его
результатов и выводов обусловлены методологической и теоретической обоснованностью исходных данных; опорой на теоретические разработки в области психологии, педагогики, методики преподавания информатики; использованием ИКТ в обучении; совокупностью разнообразных методов исследования, адекватных сути проблемы; согласованностью полученных выводов с основными положениями современной концепции информатизации образования, а также результатами педагогического эксперимента. Положения, выносимые на защиту:
1. Обучение базам данных и системам управления базами данных с использованием клиент-серверных технологий основано на: совершенствовании понятийного аппарата за счет уточнения ключевых понятий и введения понятий системы «клиент-сервер»; поэтапной организации учебной деятельности при моделировании информационных процессов; реализации внутрипредметных связей в курсе информатики и межпредметных связей с базовыми школьными дисциплинами.
2. Реализация методических подходов к преподаванию баз данных и систем управления базами данных на основе клиент-серверных технологий с использованием SQL-ориентированных заданий обеспечит формирование у обучаемых знаний, умений и навыков в области осуществления поиска, сохранения, обработки, представления, структурирования данных, установления связей между данными, передачи и защиты данных средствами современных систем управления базами данных.
Структура диссертации. Диссертационное исследование состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений.
13
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК ПО ПРОБЛЕМАМ ОБУЧЕНИЯ ОСНОВАМ БАЗ ДАННЫХ И СИСТЕМАМ
УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ
§1.1. Информатика как наука и учебная дисциплина на современном этапе
развития информационного общества
В современных условиях информатизации образования, использования информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) при обучении различным учебным дисциплинам одно из центральных мест занимает школьный курс информатики.
Одной из проблем преподавания информатики в общеобразовательных школах на базовом и профильном уровнях является постоянное совершенствование аппаратной и программной составляющих современной компьютерной техники, накладывающей определенный отпечаток на процесс обучения. Использование ИКТ в процессе обучения информатике способствует ориентированию содержания и структуры учебного материала на изучение базовых алгоритмов обработки информации, возможностей осуществления информационных процессов. Согласно целям обучения информатике, можно выявить возможности отображения и моделирования информационных процессов во время изучения информатики, что, прежде всего, реализуется при работе с СУБД. Чтобы точнее раскрыть ключевые понятия при изучении информатики и основ баз данных в условиях глобальной коммуникации современного общества, необходимо вернуться к истокам информатики как науки в целом и учебной дисциплины, в частности.
Информатика как самостоятельная наука вступает в свои права, когда для изучаемого фрагмента исследуемого реального мира построена так называемая информационная модель, значение которой можно трактовать как совокупность информации об объекте или процессе. Для создания информационной модели объекта необходимо изучить его свойства и состояния. Для построения модели
14 выделяют лишь существенные свойства объекта, характеризующиеся
параметрами.
Информационное моделирование можно рассматривать как:
- инструмент познания, поскольку получение новых знаний о реальном объекте, соответствующей информационной модели, объектах языка моделирования, используемых для описания этой модели, происходит в процессе построения и исследования модели;
- средство обучения, так как процесс обучения в большинстве случаев связан с оперированием информационными моделями объекта (словесное описание, графическое изображение, формульное представление закономерностей);
- объект изучения, так как информационная модель может рассматриваться как самостоятельный объект, с присущими ему особенностями, свойствами, характеристиками [18, с.5].
Формирование информационной картины мира является важным аспектом обучения информатике, определяющим направление развития методики ее преподавания, но не обращает на себя достаточное внимание учителей-предметников. Необходимо отображение практического применения ИКТ в процессе обучения информатике, в разнообразных сферах науки, техники, хозяйственной деятельности, бизнесе, управлении и т.д.
При выявлении специфики и особенностей учебного материала по информатике, рассмотрим определение информатики как науки, с одной стороны, и как учебной дисциплины, с другой. По мнению А.П. Ершова: «Информатика - наука, которая находится в процессе становления, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации средствами ЭВМ, а также (в переносном смысле) область человеческой деятельности, связанную с использованием ЭВМ» [37, с.6]. А.Ф. Ржанов дает следующее определение: «Информатикой является научно-техническое направление, разрабатывающее принципы и пути технической реализации процессов восприятия, передачи и обработки информации» [127].
15 Анализируя определения понятия информатики как науки различными
авторами, можно выделить два основных подхода: 1) информатика -фундаментальная наука; 2) информатика - прикладное научно-техническое направление.
Предметом изучения информатики как учебной дисциплины являются информационные процессы: регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых явлениях, процессах, в том числе реально протекающих; передача достаточно больших объемов информации, представленной в различной форме [129]. Предметом информатики как фундаментальной науки является информационный ресурс, некий «симбиоз» знаний и информации [101].
В 60-х годах прошлого столетия была поставлена задача применения кибернетики в обучении - задача важная, но, как оказалось в 70-х годах, не достаточно обоснованная и подготовленная ни в кибернетике, ни в самой педагогике. Сегодня наука информатика вышла за пределы научно-индустриальной отрасли и постоянно выступает в качестве одного из важнейших направлений развития современного общества, социальный заказ которого направлен на подготовку специалистов в области информатики, подготовку пользователя с использованием средств ИТ [129, с. 15].
В условиях информатизации образования к совершенствованию содержания школьного курса информатики выдвигаются определенные требования, обусловленные потребностью формирования у современного человека информационной культуры, являющейся прерогативой не только тех, кто связывает свою деятельность с информатикой.
Вехами развития информатики, определяющими цели ее обучения в общеобразовательных школах являются: появление персональных ЭВМ; появление операционных систем с графическим интерфейсом; развитие объектно-ориентированного программирования; развитие Internet и телекоммуникационных технологий.
16
Рассмотрим этапы становления основ информатики и вычислительной техники как школьного предмета [68, с.34-35].
Первый этап (1985-1990 гг.) - формирование методической системы обучения основам информатики и вычислительной техники, целью которой является развитие компьютерной грамотности. Обучение осуществлялось преимущественно в старших классах; в результате, знания и умения школьников этого курса не могли в достаточной мере быть применены в других отраслях и дисциплинах, т.о. терялось первичное предназначение информатики как прикладной науки. На этом этапе существовала парадигма обучения преимущественно основам алгоритмизации и программирования, осуществлялось техническое оснащение школ. Эта тенденция обусловлена пониманием информатики как науки об алгоритмизации, программировании и решении задач на ЭВМ [47]. Таким образом, будем считать этот этап подготовительным в становлении основ информатики.
Второй этап (1990-1995 гг.) - внедрение компьютеров в образование, обусловившее переход к курсу информатики с ориентацией на систематическое использование компьютеров в учебном процессе, что способствовало перенесению курса информатики в неполную среднюю школу (7-9 классы). На этом этапе ставилась задача ознакомления учеников с основами информатики как фундаментальной области научного знания. В этот период существовала парадигма подготовки пользователя ЭВМ, всеобщей компьютеризации, -массовая подготовка программистов уже утратила актуальность. Мнение, что для квалифицированного пользования ЭВМ не требуется специальных знаний или программистских умений, а лишь умение использовать разнообразные инструментальные средства, прикладное программное обеспечение, как оказывается сегодня, не совсем оправданно. Обобщая вышесказанное, назовем этот период этапом компьютеризации.
В настоящее время умение набирать и распечатывать тексты, создавать элементарные электронные таблицы, графические изображения или, пользуясь несложными СУБД, создавать простые таблицы и формы является
17 необходимой составляющей профессиональной готовности большинства
специалистов. Изменился также и социальный заказ общества на высококвалифицированные рабочие кадры. Поэтому развитие основ информатики в общеобразовательных учебных заведениях перешло в следующий период.
Третий этап (с 1995 г.) - внедрение ИКТ в учебный процесс общеобразовательных школ, в государственные и коммерческие организации, в промышленность и производство.
В России непрерывный, трехконцентровый курс информатики (начальное звено, основная школа, старшая школа) с выделением трех уровней обучения (пропедевтического, базового, допрофессионального) был введен в общеобразовательную школу в 1993 г. [70]. Внедрение в школы Украины сквозного курса информатики с 1-го по 12-ый классы является на сегодняшний день объективной потребностью [6], [109].
Анализ становления информатики в качестве школьной дисциплины показал, что курс информатики имеет три основных направления обучения: программистское, практическое, научно-техническое. Программистское направление характеризуется обучением основам алгоритмизации и программирования преимущественно в старших классах в условиях технического оснащения школ. Практическое направление предполагает подготовку пользователя ЭВМ, т.к. массовая подготовка программистов в школьном образовании утратила актуальность. Результатом научно-технического направления обучения информатике является формирование понимания информационной картины мира, умение осуществлять информационные процессы, развитие высокого уровня информационной культуры.
Тенденция включения в школьный курс информатики разделов, посвященных обучению информационным системам и базам данных, объясняется тем, что любое предприятие (независимая коммерческая,

Получить работу