Тема уроков: "Основы системологии"

Разделы: Информатика

Продолжительность: 3 урока по 45 минут.

Основные задачи:

  • познавательные: познакомить учащихся с понятиями “система”, “системный анализ”, “системный подход”.
  • развивающие: способствовать формированию у школьников системного мышления для эффективной работы с информацией, определения состава, структуры системы.
  • мотивационные: развивать познавательный интерес, речь и внимание учащихся, формировать у них информационную культуру и потребность в приобретении знаний по всем предметам, изучаемым в школе, в частности по информатике, географии, истории, литературе, искусству с целью дальнейшего практического применения в различных сферах деятельности человека.
  • воспитательные: воспитание патриотизма на исторических примерах, чувства ответственности за будущее страны, усиление познавательной мотивации осознанием ученика своей значимости в образовательном процессе.

Тип уроков: комбинированный – объяснение нового материала с элементами самостоятельной работы для закрепления понятий.

Оборудование: рабочее место учителя (компьютер + проектор), 10 рабочих мест учеников.

Дидактический материал: карточка для учеников (Приложение 1).

Презентации в Microsoft PowerPoint 2000 “Мир Волги”, “Викторина “Знаток Поволжья” (Приложение 2), “Основы системологии” (Приложение 3).

Урок 1

Тема урока: Система: понятие, свойства.

План урока:

  1. Организационная часть – 1 мин.
  2. Сообщение темы и постановка целей урока – 2 мин.
  3. Беседа с учащимися, подводящая к изучению новой темы – 5 мин.
  4. Объяснение нового материала – 16 мин.
  5. Организационный момент – 2 мин.
  6. Практическая работа – 16 мин.
  7. Подведение итогов урока – 2 мин.
  8. Домашнее задание – 1 мин.

Ход урока

I. Организационная часть

II. Сообщение темы и постановка целей урока

Продолжим изучение темы “Информационное моделирование” и познакомимся с азами и основными понятиями системологии. Демонстрируется слайд 1 (Приложение 3).

Системология – наука о системах. В ходе трёх уроков мы получим начальное представление об этой науке, найдем ответы на следующие вопросы:

  • на первом уроке – Что такое система? Свойства системы?
  • на втором уроке – Что такое структура? Что такое граф, дерево?
  • на третьем уроке – Что такое системный анализ?

оценим масштаб и объём работы в изучаемой области – при создании информационных моделей исследуемого объекта.

III. Беседа с учащимися, подводящая к изучению новой темы

С термином “система” вам приходилось встречаться и на уроках, и в повседневной жизни.

Вопрос. Вспомните и приведите примеры словосочетаний, где используется слово “система”.

Ответы. Примеров достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, система уравнений, система классификации растений и животных, система образования, система здравоохранения, система водоснабжения, система городского транспорта, операционная система Windows, файловая система и другие. Демонстрируются слайды 2, 3, 4, 5 (Приложение 3). Каждый из вас имеет представление о том, что кроется за каждым из этих словосочетаний. А задумывались ли вы о смысле слова “система”, и почему это слово используют в различных сферах деятельности.

IV. Объяснение нового материала

Окружающий нас мир состоит из множества различных объектов, каждый из которых имеет разнообразные свойства, и при этом объекты взаимодействуют между собой. Например, планеты Солнечной системы имеют различные свойства (массу, геометрические размеры) и по закону всемирного тяготения взаимодействуют с Солнцем и друг с другом.

Планеты входят в состав более крупного объекта – Солнечной системы, а Солнечная система – в состав нашей галактики “млечный путь”. С другой стороны, планеты состоят из атомов различных химических элементов, а атомы из элементарных частиц. Можно сделать вывод, что практически каждый объект состоит из других объектов, то есть представляет собой систему.

В переводе с греческого языка Systema – соединение из частей.

Демонстрируется слайд 6 (Приложение 3).

В информатике понятие “система” мы использовали для обозначения:

  • совокупности взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере – система данных,
  • совокупности взаимосвязанных программ – программные системы (операционные системы, системы программирования, пакеты прикладных программ),
  • организованной совокупности файлов и папок на дисках компьютера – файловая система.

Проведём классификацию систем: (работа по карточке Приложение 1)

  • естественные системы (созданные природой),
  • искусственные системы (созданные человеком с определённой целью).

Естественные системы:

  • живая природа (животные, растения, микроорганизмы),
  • неживая природа (космические системы, материальные природные объекты).

Искусственные системы:

  • материальные системы (искусственные материалы, строительные сооружения, технические системы),
  • общественные системы (производственные коллективы, политические партии).

Демонстрируется слайд 7 (Приложение 3).

В естественных системах неживой природы связи носят только материальный характер. В системах живой природы и искусственных системах существуют связи материальные и информационные. Для общественных систем очень большое значение имеют информационные связи.

Вопрос. Приведите примеры естественных и искусственных (материальных и общественных) систем.

Ответы. Солнечная система, горная система, речная система – естественные системы, а искусственные – школьная система, промышленная система, правительственная система.

Перейдём к рассмотрению следующего вопроса нашего урока.

Какими свойствами обладает система?

Демонстрируется слайд 8 (Приложение 3).

Важным признаком системы является её целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Например, компьютер – система, состоящая из различных устройств, при этом устройства связаны между собой и аппаратно (физически подключены друг к другу) и функционально (между устройствами происходит обмен информацией).

Первое свойство системы – целостность. Система – объект, часть окружающего мира рассматривается как единое целое. Свойства целого не являются суммой свойств составляющих его элементов. Главное свойство любой системы – это возникновение “системного эффекта”: при объединении элементов в систему у системы появляются новые свойства, которыми не обладал ни один из элементов в отдельности. (Пример – самолёт).

Состояние системы характеризуется её структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Система сохраняет свою целостность под воздействием различных внешних воздействий и внутренних изменений до тех пор, пока она сохраняет неизменной свою структуру. Если структура системы меняется (например, удаляется один из элементов), то система может перестать функционировать как целое. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, то есть прекратит своё существование.

Второе свойство системы – структурность. Поведение системы обусловлено свойствами её структуры – определённого способа объединения составляющих систему элементов.

Взаимозависимость системы и среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.

Иерархичность. Каждый компонент системы может быть рассмотрен как система, а исследуемая система – элемент более широкой системы (надсистемы).

Множественность описаний. Адекватное познание системы требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определённый аспект системы.

V. Организационный момент

Следующий этап урока – работа за компьютером. Открываете презентацию “Мир Волги”. Работа в индивидуальном режиме (с использованием наушников для прослушивания звуковых файлов).

Задание: 1 вариант – компьютеры с нечётными номерами: познакомиться с маршрутом “Казань – Москва”, 2 вариант – компьютеры с чётными номерами: познакомиться с маршрутом “Казань – Волгоград”.

Ответить на вопросы:

  1. Являются ли маршруты от Казани до Москвы и Волгограда презентации “Мир Волги” системами? (провести доказательство)
  2. При положительном ответе на первый вопрос:
  • описать состав системы,
  • объяснить свойство целостности,
  • указать системный эффект,
  • объяснить взаимозависимость системы и среды.

VI. Практическая работа

Учащиеся работают за компьютерами по вариантам.

Раздел “Путешествие по Волге” включает два маршрута: “Казань – Москва” и “Казань – Волгоград”, которые демонстрируются в автоматическом режиме. Время показа маршрутов “Казань – Москва” и “Казань – Волгоград” по 15 минут. Путешествие по Волге – возможность узнать много нового о географии России, о городах, стоящих на берегах, об историческом прошлом родной страны, о жизни и труде народа.

VII. Подведение итогов урока

На этом уроке вы узнали:

  • Что такое система? Сложный объёкт, состоящий из множества взаимосвязанных элементов.
  • Как классифицируют системы? Естественные и искусственные системы.
  • Какими свойствами обладает система?

Целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описаний.

VIII. Домашнее задание

Учебник Семакина И. “Информатика. Базовый курс. 7 – 9” § 6.1.

Ответить письменно на вопросы к маршруту.

Карточку подклеить в тетрадь.

Урок 2

Тема урока: Структура системы.

План урока:

  1. Организационная часть – 1 мин.
  2. Сообщение темы и постановка целей урока – 2 мин.
  3. Беседа с учащимися по пройденному материалу – 5 мин.
  4. Организационный момент – 2 мин.
  5. Практическая работа – 20 мин.
  6. Обсуждение результатов взаимопроверки – 6 минут.
  7. Объяснение нового материала – 7 мин.
  8. Подведение итогов урока – 1 мин.
  9. Домашнее задание – 1 мин.

Ход урока

I. Организационная часть

II. Сообщение темы и постановка целей урока

На предыдущем уроке мы с вами приступили к изучению новой темы и познакомились с понятием “система”. На этом уроке мы продолжим знакомство с азами системологии и разберёмся в вопросе о структуре систем.

III. Беседа с учащимися по пройденному материалу

Но сначала вспомним то, что мы изучали на предыдущем уроке.

Вопросы для повторения:

1. Что такое система?

2. Какими свойствами обладает система?

3. Что такое системный эффект?

4. Как классифицируют системы?

IV. Организационный момент

Следующий этап урока – взаимопроверка письменного домашнего задания, работа за компьютером. Обменяйтесь рабочими тетрадями.

Открываете презентацию “Мир Волги”. Работа в индивидуальном режиме (с использованием наушников для прослушивания звуковых файлов).

Задание: 1 вариант – проверяет работу ученика 2 варианта, изучая маршрут “Казань – Волгоград”, 2 вариант – проверяет работу ученика 1 варианта, изучая маршрут “Казань – Москва”.

V. Практическая работа

Учащиеся работают за компьютерами по вариантам.

VI. Обсуждение результатов взаимопроверки

Перед вами стояла сложная задача: познакомиться с новым туристическим маршрутом, и одновременно, оценить работу одноклассника. В форме беседы проходит обсуждение ответов на вопросы:

  1. Являются ли маршруты от Казани до Москвы и Волгограда презентации “Мир Волги” системами? (провести доказательство)
  2. При положительном ответе на первый вопрос:
  • описать состав системы,
  • объяснить свойство целостности,
  • указать системный эффект,
  • объяснить взаимозависимость системы и среды,

VII. Объяснение нового материала

Всякая система определяется составом, порядком и способом объединения частей в единое целое. Все элементы системы находятся в определённых отношениях друг с другом.

Структура – это внутренняя организация системы. Многие открытия в науке связаны с выяснением структуры природных систем. Например, экспериментально было доказано, что атом состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Однако лишь открытие орбитальной структуры атома, сделанное Нильсом Бором, в полной мере объяснило природу атома. Стали понятны многие физические явления – механизм электромагнитного излучения.

При подготовке домашнего задания вы прочитали § 6.1. В параграфе на наглядных примерах вводятся понятия “граф”, “дерево”, “иерархическая система”.

Демонстрируются слайды 9, 10, 11 (Приложение 3).

VIII. Подведение итогов урока

Графы и деревья помогают получить наглядное представление о структуре системы.

На протяжении двух уроков мы, последовательно изучая основы системологии, совершили путешествие по Волге до Москвы и Волгограда. Проверим вашу внимательность, наблюдательность, а также знание географии.

IX. Домашнее задание

  1. Учебник Семакина И. “Информатика. Базовый курс. 7 – 9” § 6.1. (ответить на вопросы в конце параграфа).
  2. Описать состав и структуру “Мира Волги” с точки зрения:
    1. Географа.
    2. Руководителя туристического агентства.
    3. Министра экономики.
  3. Объяснить свойство множественности описаний системы.
  4. Принести атлас по географии.

Урок 3

Тема урока: Системный анализ.

План урока:

  1. Организационная часть – 1 мин.
  2. Сообщение темы и постановка целей урока – 2 мин.
  3. Викторина “Знаток Поволжья” – 6 мин.
  4. Беседа с учащимися по пройденному материалу – 12 мин.
  5. Объяснение нового материала – 8 мин.
  6. Организационный момент – 2 мин.
  7. Решение задач – 10 мин.
  8. Подведение итогов уроков – 3 мин.
  9. Домашнее задание – 1 мин.

Ход урока

I. Организационная часть

II. Сообщение темы и постановка целей урока

Важным аспектом системологии является системный анализ. Изучению данного вопроса мы посвятим наш урок.

III. Викторина “Знаток Поволжья”

Для начала проведём викторину и вспомним об объекте исследования, который помогал нам на протяжении этих уроков в изучении основ системологии – о красавице Волге, на берегу которой расположен наш город Казань. Вашему вниманию будет предложено 15 вопросов. Викторина демонстрируется в автоматическом режиме. Время на обдумывание ответа на один вопрос – 8 секунд. Общее время – 2 минуты (15·8 =120 секунд). По истечении времени – демонстрация ответов на вопросы викторины. (Приложение 2).

IV. Беседа с учащимися по пройденному материалу

Вспомним определения терминов, связанных с понятием “система”.

Вопросы для повторения:

  1. Что такое структура? Определённый порядок объединения элементов в системе.
  2. Что такое граф? Графическое отображение состава и структуры системы.
  3. Что такое дерево? Граф иерархической системы. От корня дерева к любому элементу существует единственный путь.

Проверим выполнение домашнего задания: описать состав и структуру “Мира Волги” с точки зрения: географа, руководителя туристического агентства и министра экономики.

В форме беседы проходит обсуждение ответов на вопросы. Рассматриваются различные подходы, варианты, опирающиеся на знания учащихся по географии, истории. Задача этапа: добиться глубины понимания материала, провести работу по развитию речи учащихся, привлечь внимание всех учащихся к ответу для дополнения, уточнения и исправления.

V. Объяснение нового материала

Основной смысл исследовательской работы ученого заключается в поиске системы в предмете его исследования. Задача науки – найти системные закономерности в объектах и процессах, которые она изучает. Если человек хочет быть специалистом в своём деле, он обязательно должен обладать системным мышлением, к любой работе проявлять системный подход.

Для того чтобы получить информационную модель любого реального объекта или процесса, необходимо рассмотреть его с системной точки зрения. Объект моделирования рассматривается в качестве системы. Далее необходимо четко определить цели моделирования. Из всего множества элементов, свойств и связей выделяются лишь те, которые являются существенными для целей моделирования. Далее производится описание информационной модели в разной форме: графической, математической, табличной и др. Наиболее часто используемой описания являются графы. В этом и заключается сущность системного анализа.

Задача системного анализа, который проводит исследователь, – упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы отразить их в информационной модели.

Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели. Демонстрируются слайды 12, 13, 14 (Приложение 3).

При выполнении домашнего задания каждый из вас прикоснулся основам системного анализа, проявил себя в роли системного аналитика, создающего информационную модель исследуемого объекта, подошёл к пониманию ответственности представителей данной профессии, оценил масштаб и объём работы в исследуемой области.

VI. Организационный момент

Следующий этап нашего урока: решение географической задачи.

VII. Решение задач

Раздел “Географические задачи “Властелин колец” презентации “Мир Волги” включает 12 задач на пересечение множеств. Задачи “Властелин колец” обучающие, оттачивают зоркость, помогают отлавливать географическую информацию. На уроках географии вы решите все задачи данного раздела. На уроке информатики мы решим первую задачу. Демонстрируется условие задачи. Учащиеся работают самостоятельно, на партах – атлас по географии. Анализируются ответы учащихся, учитывается полнота и правильность.

VIII. Подведение итогов

На протяжении трёх уроков мы изучали азы системологии, усвоили значение многих терминов данной науки, окунулись в “Мир Волги”, совершив виртуальное путешествие по Волге, ответили на вопросы викторины “Знаток Поволжья”, решили географическую задачу.

Отмечаются наиболее активные ученики, выставляются оценки.

IX. Домашнее задание

  1. Учебник Семакина И. “Информатика. Базовый курс. 7 – 9” § 6.1.
  2. Выучить определения понятий, связанных с системологией.
  3. Подготовить рабочие тетради на проверку.

При подготовке уроков использовалась литература.

  1. Семакин И., Залогова Л. Информатика. Базовый курс: 7 – 9 классы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.
  2. Семакин и., Хеннер Е. Информатика: 10 класс. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000.
  3. Семакин И., Шеина Т. Информатика. Преподавание базового курса информатики в средней школе. Методическое пособие. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000.
  4. Семакин И., Вараксин Г. Информатика. Структурированный конспект базового курса. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.
  5. Угринович Н. Информатика и информационные технологии, 10-11 М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.
  6. Приложение к газете “Первое сентября” “Информатика” 38/2004.
  7. Примерные билеты и ответы по географии. М., Дрофа: 2003.
  8. Рогачев “Властелин колец” – географические задачи, приложение к газете “Первое сентября” “География” 38/2004.