Развитие познавательной активности учащихся при изучении темы "Базы данных" в профильном курсе информатики

Использование компьютера в обучении позволяет усилить мотивацию учения, развить познавательный интерес и творческую активность; эффективно реализовать принципы индивидуализации и дифференциации обучения; увеличить долю самостоятельной работы учащихся; обеспечить контроль и самоконтроль усвоения знаний и т.д.

Поэтому в качестве приоритетной была выбрана методика, согласно которой компьютер и

спользуется как инструмент построения знаний и как инструмент создания проблемных ситуаций. Применение на занятиях среды программирования как инструмента познания способствует воспитанию у учащихся высокой мотивации к обучению, реализации практической направленности процесса обучения. При решении специально подобранных задач средствами программирования роль компьютера не сводится лишь к выполнению некоторой последовательности вычислительных процедур. Ученик на каждом этапе может увидеть последствия предпринимаемых им действий и внести в свое решение задачи необходимые поправки. Таким образом, персональный компьютер становится для него своего рода интеллектуальным партнером, или, по выражению разработчиков обогащающего обучения, интеллектуальным самоучителем, так как участвует в эвристическом этапе решения задачи.

Как отмечалось выше, в профильном курсе информатики изучение баз данных предполагается с помощью специально разработанной системы заданий. При такой организации обучения, решая многие задачи баз данных средствами программирования, с одной стороны, появляется возможность получить на первых порах неэффективное и нестрогое с точки зрения организации баз данных решение. С другой стороны, дальнейший анализ решаемых задач позволяет рассматривать вопросы построения более эффективного алгоритма, знакомить учащихся с проблемами анализа и оптимизации алгоритмов.

Здесь важным моментом является организация работы с задачей и построение серии задач. Вопросы и задачи выстраиваются в систему таким образом, что ответ на каждый следующий вопрос и решение каждой следующей задачи приводит к получению небольшого количества нового знания. Практика применения новых знаний происходит не только после их предъявления, но и распределяется по всей теме. Вопросы и задачи создают проблемные ситуации, порождая мотив к изучению того или иного факта или способа действия, позволяют сделать тот или иной вывод. Задания подбираются таким образом, чтобы мотивировать изучение материала и организовать его освоение и закрепление в виде программных реализаций алгоритмов. При этом задачи объединены общей идеей, каждая последующая задача либо обобщает ее, либо конкретизирует ее, либо является ее аналогом, либо использует результат предыдущей задачи.

Так, например, для раскрытия сути операций по обработке реляционных баз данных может быть предложена следующая серия задач.

1. Дан массив данных об абитуриентах факультета информатики, поступавших на определенную специальность (например, «Информатика и английский язык») в прошлом году. Массив содержит следующие данные: № личного дела, фамилия, имя, отчество, дата рождения, адрес, № школы, год окончания школы. Сформировать новый массив, содержащий информацию об абитуриентах:

окончивших школу №14;

проживающих в г. Москва;

окончивших школу не позднее 2004 года…

Программная реализация прямого решения задачи не вызывает затруднений. Организовать данные можно, по крайней мере, двумя способами: с помощью двумерного массива строкового типа или с помощью одномерного массива из данных комбинированного типа (записи). Затем идет проверка строк исходного массива на удовлетворение условию задачи и запись подходящий строк в новый массив. В Приложении 1 приведена возможная реализация такого алгоритма на языке Паскаль. Однако если исходный массив данных об абитуриентах содержит достаточно большое количество записей (как это обычно и бывает в реальной базе данных), то при решении задачи возникают проблемы, связанные со временем выполнения алгоритма (временной сложностью). Таким образом, появляется необходимость оптимизации алгоритма с использованием известных методов сокращения перебора (бинарный поиск, хеширование и т.д.), что делает реализацию алгоритма достаточно интересным и продуктивным занятием.

Так, если использовать, например, бинарный поиск данных, то предварительно нужно отсортировать исходный массив, а следовательно, учащимся нужно будет вспомнить известные им методы сортировки данных в массиве, применить их, не забывая об эффективности алгоритма. В Приложении 2 приведено решение задачи с использованием алгоритма быстрой сортировки (сортировка Хоара) и бинарного поиска. Приведем лишь основную логику построения программы. Результат работы этой программы аналогичен предыдущему.

Кроме того, если данные представлены в виде двумерного массива строкового типа, то при решении заданий под буквами б) или в) возникают новые задачи: нахождение подстроки в строке, перевод строки (с датой) в число и т.д., что еще раз послужит закреплению соответствующих навыков.

Задачи сами по себе не сложные, однако, на их примере ученики на самом деле изучают не что иное, как операцию выборки записей из реляционной таблицы. После рассмотрения нескольких таких примеров можно предложить учащимся создать универсальную программу для всех трех задач (для этого проверку условия для строк исходного массива можно оформить в виде функции, а формирование нового массива – в виде соответствующей процедуры под названием «Выборка»).

Аналогичным образом формулируются задачи по изучению остальных операций реляционной алгебры. Например, операцию проекции будут имитировать задания следующего типа:

2. В условиях задачи 1,

сформировать массив данных об абитуриентах, включающих только фамилию, имя и отчество учеников;

вывести список школ, выпускники которых поступали в прошлом году на факультет информатики и т.д.

3. Для реализации операций объединения, пересечения и разности нужно будет рассмотреть еще один массив с аналогичными данными, например, об абитуриентах, поступавших на специальность «Прикладная информатика в экономике». И решить задачи по формированию нового массива, содержащего:

обобщенную информацию обо всех абитуриентах, поступавших на специальность «Информатика и английский язык» или «Прикладная информатика в экономике»;

информацию об абитуриентах, поступавших одновременно на две вышеупомянутые специальности;

информацию об абитуриентах, поступавших только на специальность «Информатика и английский язык».

Центральным моментом каждой из трех программ является проверка наличия одинаковых строк в исходных массивах. При решении этой задачи «в лоб» каждая строка одного массива сравнивается с каждой строкой другого массива. В результате программа получается достаточно простой. Однако, при решении второй задачи нужно учесть возможность получения пустого массива, а при нахождении разности (третья задача) ученики должны обратить внимание на несимметричность этой операции (разность массивов А и В и разность массивов В и А в общем случае различны).