Министерство образования Российской Федерации

Биробиджанский государственный педагогический институт

Курсовая работа
по методике преподавания информатики

Изучение файловых систем в профильном курсе информатики

Выполнил студент 4 курса факультета Математики и Информатики отделения Информатики и Экономики Вепринский Вадим Ефимович

Руководитель к.п.н., доцент кафедры информатики Баженов Руслан Иванович

Биробиджан 2003
Содержание:

Введение                                                                                                                                           3

Глава 1. Теоретические основы обучения теме «Файловые системы»                                  5

1.1 Файловые системы                                                                                                                   –

1.2 Психолого-педагогические аспекты изучения информационных

технологий                                                                                                                                        9

1.3 Теоретические аспекты профильного обучения информатики                                          12

Глава 2. Методика изучения файловых систем                                                                          21

2.1 Методические рекомендации по обучению                                                                         –

2.2.Содержание обучения                                                                                                              26

2.3 Разработка уроков                                                                                                                    28

Заключение                                                                                                                                       35

Литература                                                                                                                                        36

Приложение 1                                                                                                                                   37

Приложение 2                                                                                                                                   41

Введение

По мнению авторов данной курсовой работы, учет индивидуальных интересов школьника, его познавательных интересов должен быть одним из главных принципов при построении содержания образования в средней школе. Но современная система образования не способна в полной мере реализовать этот принцип. В этом отношении переход к профильному обучению представляется авторам исследования наиболее перспективным.

Информатика является одним из тех предметов, в которых дифференциация обучения реализуется наиболее естественным образом. Этому способствует сам характер информатики как науки и совокупности множества информационных технологий, история ее появления в школе в те годы, когда многообразию в школьном образовании способствовали внешние условия. Заметим, что даже базовый курс информатики является в некотором смысле дифференцированным, так как по-разному излагается в различных учебниках. Однако истинная дифференциация курса информатики связана не с методическими различиями в изложении одного и того же материала, как в базовом курсе, а с реальными различиями в содержании дифференцированных курсов. Подобное возможно лишь на старшей ступени школы, после изучения базового курса информатики.

Тема файловые системы не дается в полном объеме в базовом курсе. Но для поступления в высшие учебные заведения знания предмета данной темы является необходимым. Поэтому введение в профильном курсе информатики темы «Файловые системы» поможет выпускнику подготовиться к вступительным экзаменам в высшие учебные заведения.

 Профильный курс информатики рассматривали такие специалисты как.

А. И. Бочкин [2], М. П. Лапчик [7],   Е. К. Хеннер [7], И. Э. Унт [13]

Объектом  исследования будет являться процесс изучения информатики в профильном курсе.

Предметом исследования будетявляться изучение файловых систем.

Цель исследования: разработка содержания изучения файловых систем в профильном курсе информатики.

Гипотеза: Если ученик сможет более углубленно изучить тему «Файловые системы», то знание ее поможет ему поступить в высшее учебное заведение.
Задачи исследования:


·                   Рассмотреть содержание обучения файловым системам в вузовском и школьном курсах информатики

·                   Рассмотреть различные подходы к развитию мышления школьника

·                   Рассмотреть аспекты профильного обучения

·                   Разработать содержание изучения темы «Файловые системы»
Методы исследования:

·                   Анализ методической литературы

·                   Наглядно-иллюстративный метод


Глава 1. Теоретические основы изучения файловых систем
1.1 Файловые системы

Одной  из основных задач операционной системы (ОС) является предоставление удобств пользователю при работе с данными, хранящимися на дисках. Для этого ОС подменяет физическую структуру хранящихся данных некоторой удобной для пользователя логической моделью.

Файловая система (ФС) — это часть операционной системы, включающая:

·                   совокупность всех файлов на диске;     

·                   наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, на­пример, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске;

·                   комплекс системных программных средств, реализующих различные опера­ции над файлами, такие как создание, уничтожение, чтение, запись, именова­ние и поиск файлов.

Файловая система позволяет программам обходиться набором достаточно простых операций для выполнения действий над некоторым абстрактным объектом, представляющим файл. При этом программистам не нужно иметь дело с деталями действительного расположения данных на диске, буферизацией данных и други­ми низкоуровневыми проблемами передачи данных с долговременного запоми­нающего устройства. Все эти функции файловая система берет на себя. Файло­вая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие адреса во внешней памяти, обес­печивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и восстановление файлов.

Таким образом, файловая система играет роль промежуточного слоя, экранирую­щего все сложности физической организации долговременного хранилища данных, и создающего для программ более простую логическую модель этого хранилища, а также предоставляя им набор удобных в использовании команд для манипулирования файлами.

Существует несколько файловых систем: FAT, NTFS, ufs, s5 и др. Мы будем рассматривать только FAT и NTFS, так как они являются наиболее используемыми.

Операционными системами Windows используется, разработанная еще для MS-DOS файловая система FAT, в которой для каждого раздела и тома MS-DOS имеется загрузочный сектор, а каждый раздел MS-DOS содержит две копии таблицы размещения файлов (file allocation table – FAT).

 FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком диске.

Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами области диска, видимой для файловой системы.

При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство, эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу.

В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце каждого описания содержится ссылка на следующий занимаемый файлом кластер.

Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые шестнадцатеричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а значение непосредственно создается программой FORMAT.

Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы.

Файловая система FAT использовалась во всех версиях MS-DOS и в первых двух выпусках OS/2 (версии 1.0 и 1.1). Каждый логический том имел собственный FAT, который выполнял две функции: содержал информацию распределения для каждого файла в томе в форме списка связей модулей распределения (кластеров) и указывал, какие модули распределения свободны.

Когда таблица FAT была изобретена, это было превосходное решение для управления дисковым пространством, главным образом, потому что гибкие диски, на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.

Когда Windows NT впервые вышла в свет, в ней была предусмотрена поддержка трех файловых систем. Это таблица размещения файлов (FAT), обеспечивавшая совместимость с MS-DOS, файловая система повышенной производительности (HPFS), обеспечивавшая совместимость с LAN Manager, и новая файловая система, носившая название Файловой системы новых технологий (NTFS).

NTFS обладала рядом преимуществ в сравнении с использовавшимися на тот момент для большинства файловых серверов файловыми системами.

Для обеспечения целостности данных в NTFS имеется журнал транзакций. Подобный подход не исключает вероятности утраты информации, однако, значительно увеличивает вероятность того, что доступ к файловой системе будет возможен даже в том случае, если будет нарушена целостность системы сервера. Это становится возможным при использовании журнала транзакций для отслеживания незавершенных попыток записи на диск при последующей загрузке Windows NT. Журнал транзакций также используется для проверки диска на наличие ошибок вместо проверки каждого файла, в случае использования таблицы размещения файлов.

Одним из основных преимуществ  NTFS является безопасность. NTFS предоставляет возможность вносить записи контроля доступа (Access Control Entries, ACE) в список контроля доступа (Access Control List, ACL). ACE содержит идентификационное имя группы или пользователя и маркер доступа, который может быть использован для ограничения доступа к определенному каталогу или файлу. Этот доступ может предполагать возможность чтения, записи, удаления, выполнения и даже владения файлами.

С другой стороны, ACL представляет собой контейнер, содержащий одну или более записей ACE. Это позволяет ограничить доступ отдельных пользователей или групп пользователей к определенным каталогам или файлам в сети.

Кроме того NTFS поддерживает работу с длинными именами, имеющими длину до 255 символов и содержащими заглавные и строчные буквы в любой последовательности. Одной из главных характеристик NTFS является автоматическое создание эквивалентных имен, совместимых с MS-DOS.

Также NTFS имеет функцию сжатия, впервые появившуюся в NT версии 3.51. Она обеспечивает возможность сжатия любого файла, каталога или диска NTFS. В отличии от программ сжатия MS-DOS, создающих виртуальный диск, имеющий вид скрытого файла и подвергающий сжатию все данные на этом диске, Windows NT использует дополнительный уровень файловой подсистемы для сжатия и разуплотнения требуемых файлов без создания виртуального диска. Это оказывается полезным при сжатии либо определенной части диска (например, пользовательского каталога), либо файлов, имеющих определенный тип (например, графических файлов). Единственным недостатком сжатия NTFS является невысокий, в сравнении со схемами сжатия MS-DOS, уровень компрессии. Зато NTFS отличается более высокой надежностью и производительностью [9]
 


1.2. Психолого-педагогические аспекты изучения информационных технологий
Проанализировав работы специалистов, которые занимались изучением мышления С. Л. Рубинштейна [12], П. Я. Гальперина [8], Н. Ф. Талызиной [8],

М. Б. Воловича [4], Н. Н. Поспелова [11], В. В. Давыдова [5], Ж. Пиаже [10], рассмотрим теорию поэтапного формирования мыслительных действий.

Она была разработана в 50-е годы нашего столетия. Ее создателем является советский психолог и педагог П. Я. Гальперин.

 По П. Я. Гальперину, любое новое умственное действие, например вообра­жение, понимание, мышление, наступает после соответствующей внешней деятельности. Этот процесс проходит несколько этапов, обусловливающих переход от внешней деятельности к психологиче­ской. Эффективным, т.е. действительно ускоряющим развитие уча­щегося, является только такое обучение, при котором учитываются эти этапы. Такое обучение основывается не на выявлении и развитии врожденных способностей личности, а на овладении ею такими видами и способами познавательной деятельности, которые являют­ся приобретением общества и которые позволяют личности стать членом этого общества.

П. Я. Гальперин широко понимает обучение. Он пишет, что обучением условно можно назвать любую деятельность, поскольку тот, кто ее выполняет, получает новую информацию и умения, и одновременно получаемая им информация получает новое качество.

В деятельности, выполняемой учащимися, П. Я. Гальперин выделяет три стороны: ориентировочную, исполнительную и контрольную. Ориентировочная сторона основана на использовании учащимися объективных условий, необходимых для выполнения определенной деятельности. Исполнительная сторона сводится к последовательно­сти этапов преобразования объекта деятельности, а контрольная — требует от учащегося наблюдения за ходом деятельности и сопостав­ления ее результатов с соответствующими образцами, а при обнару­жении расхождений — соответствующей корректировки ориентиро­вочной и исполнительной составляющих этой деятельности. Вся деятельность не является самоцелью, а вызвана неким мотивом этой деятельности, в состав которой он входит. Когда цель задания совпадает с мотивом, действие становится деятельностью. Иначе говоря, деятельность — это процесс решения задач, вызванный же­ланием достичь цели, что может быть обеспечено с помощью этого процесса. Роль мотивации П. Я. Гальперин оценивает так высоко, что наряду с пятью основными этапами в процессе овладения новыми действиями в последних своих работах он рекомендует учитывать еще один этап — формирование соответствующей мотивации у уча­щихся.

Концепцию поэтапного формирования умственных действий на­ряду с ее создателем развивают его ученики, среди которых важную роль играет

Н. Ф. Талызина, автор многочисленных исследований и работ по этой теме. Познакомимся с характеристикой вышеуказанных этапов в ее понимании.

1. Этап создания схемы ориентационной основы деятельности.
На этом этапе учащиеся получают данные о цели деятельности и ее
предмете, что обеспечивает им предварительное ознакомление с деятельностью и условиями ее выполнения. Таким образом, учащиеся узнают, что является предметом учения и в какой последовательно­сти они должны выполнять ориентационные, исполнительные и кон­трольные действия. Это еще не сама деятельность, а лишь система указаний на то, как учащийся должен осуществлять эту деятель­ность.

2.        Этап формирования материальной деятельности. Здесь уже сами учащиеся выполняют действия (например, замеряют размеры школьного класса), но только во внешней форме — материальной или материализованной. Материальная форма имеет место тогда, когда   учащиеся   сталкиваются   с  самими   предметами,   например с объектами природы, а материализованная — когда они выполняют действия на геометрических или физических моделях. Эти действия охватывают как ориентационную, так и исполнительную и контрольную деятельность, причем внимательное отношение ко всем трем сторонам  деятельности  имеет  на  данном  этапе особое значение. Одновременно происходит название всех этих действий.

3.        Этап внешней речи. Здесь действие подвергается дальнейшему
обобщению благодаря его полной вербализации в устной или письменной речи. Таким образом, действие усваивается в форме, ото­рванной от конкретики, т.е. обобщенной.

4.   Этап внутренней речи. Так же как и на предыдущем этапе, действие проявляется в обобщенном  виде, однако его вербальное освоение происходит без участия внешней речи. После получения мысленной формы действие начинает быстро редуцироваться, при­обретая форму, идентичную образцу, и подвергаясь автоматизации.

5. Этап интериоризации действия. Действие становится здесь внутренним процессом, максимально автоматизированным, стано­вится актом мысли, ход которого закрыт, а известен только конечный «продукт» этого процесса. Таким образом, поэтапно учащиеся при­ходят к овладению мысленными действиями, совсем не похожими на действия внешние, но являющимися их производными.

В теории П. Я. Гальперина использованы достижения кибернетики. Ее главный принцип состоит в управлении процессом обучения, которое он понимает шире, чем другие, считая его главной формой деятель­ности учащейся молодежи. Управление здесь доведено до своего совершенства, что и позволяет преобразовывать внутренние дейст­вия во внешние и тем самым ускорять развитие учащихся. Такие их способности, как мышление, память или внимание, остаются в тени ориентационных, исполнительных и конкретных действий, а вся эмоциональная жизнь учащегося сводится к заботе о формировании мотивации к обучению. При всем этом данная система является весьма молодой, к тому же находящейся в стадии продолжающегося развития, на основе немноголетнего опыта ее трудно оценить, что было возможно в случае рассмотрения других, уже долгое время применяющихся на практике систем.  Апробируем эту теорию в ходе разработанных уроков. [10]




1.3.
Теоретические аспекты профильного обучения информатики


Дифференциация обучения — важная задача современной школы. Она позволяет реализовать многообразие образовательных траекторий, способствует индивидуализации обучения, развитию познавательной активности учащихся, выбору профессионального пути, помогает определиться с продолжением образования в вузе. Информатика является одним из тех предметов, в которых дифференциация обучения реализуется наиболее естественным образом. Этому способствует сам характер информатики как науки и совокупности множества информационных технологий, история ее появления в школе в те годы, когда многообразию в школьном образовании способствовали внешние условия. Заметим, что даже базовый курс информатики является в некотором смысле дифференцированным, так как по-разному излагается в различных учебниках. Однако истинная дифференциация курса информатики связана не с методическими различиями в изложении одного и того же материала, как в базовом курсе, а с реальными различиями в содержании дифференцированных курсов. Подобное возможно лишь на старшей ступени школы, после изучения базового курса информатики.

Профильное обучение - средство дифференциации и индиви­дуализации обучения, позволяющее за счет изменений в структу­ре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитывать интересы, склонности и способности учащихся, создавать условия для обучения старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования.

Профильное обучение направлено на реализацию личностно ориентированного учебного процесса. При этом существенно рас­ширяются возможности выстраивания учеником индивидуальной образовательной траектории.

Переход к профильному обучению преследует следующие основные цели:

- обеспечить углубленное изучение отдельных предметов про­граммы полного общего образования;

-   создать условия для существенной дифференциации содер­жания обучения старшеклассников с широкими и гибкими возмож­ностями построения школьниками индивидуальных образователь­ных программ;

-   способствовать установлению равного доступа к полноцен­ному образованию разным категориям обучающихся в соответ­ствии с их способностями, индивидуальными склонностями и по­требностями;

-   расширить возможности социализации учащихся, обеспечить
преемственность между общим и профессиональным образованием, более эффективно подготовить выпускников школы к освоению программ высшего профессионального образования.

Основная идея обновления старшей ступени общего образования состоит в том, что образование здесь должно стать более индивидуализированным, функциональным и эффективным.

Многолетняя практика убедительно показала, что, как мини­мум, начиная с позднего подросткового возраста, примерно с 15 лет, в системе образования должны быть, созданы условия для реализации обучающимися своих интересов, способностей и дальнейших (послешкольных) жизненных планов. Социологичес­кие исследования доказывают, что большинство старшеклассни­ков (более 70%) отдают предпочтение тому, чтобы «знать основы главных предметов, а углубленно изучать только те, которые выби­раются, чтобы в них специализироваться». Иначе говоря, профилизация обучения в старших классах соответствует структуре образо­вательных и жизненных установок большинства старшеклассников. При этом традиционную позицию, «как можно глубже и полнее знать все изучаемые в школе предметы (химию, физику, литературу, ис­торию и т.д.)», поддерживают около четверти старшеклассников.

К 15-16 годам у большинства учащихся складывается ориен­тация на сферу будущей профессиональной деятельности. Так, по данным социологических опросов, проведенных в 2002 году Цент­ром социологических исследований Минобразования России, «про­фессиональное самоопределение тех, кто в дальнейшем намерен учиться в ПТУ или техникуме (колледже), начинается уже в VIII классе и достигает своего пика в IX, а профессиональное са­моопределение тех, кто намерен продолжить учебу в вузе, в основном складывается в IX классе». При этом примерно 70-75% учащихся в конце IX класса уже определились в выборе возможной сферы профессиональной деятельности.

В настоящее время в высшей школе сформировалось устой­чивое мнение о необходимости дополнительной специализирован­ной подготовки старшеклассников для прохождения вступитель­ных испытаний и дальнейшего образования в вузах. Традиционная непрофильная подготовка старшеклассников в общеобразовательных учреждениях привела к нарушению преемственности между школой и вузом, породила многочисленные подготовительные отделения вузов, репетиторство, платные курсы и др.

Большинство старшеклассников считают, что существующее ныне общее образование не дает возможности для успешного обучения в вузе и построения дальнейшей профессиональной карьеры. В этом отношении нынешний уровень и характер полного среднего образования считают приемлемым менее 12% опрошенных учащихся старший классов (данные Всероссийского центра изучения общественного мнения).

Возможные направления профилизации и структуры профилей.

Важнейшим вопросом организации профильного обучения является определение структуры и направленности профилизации, а также модели организации профильного обучения. При этом  следует учитывать, с одной стороны, стремление наиболее полно учесть индивидуальные интересы, способности, склонности старшеклассников (это ведет к созданию большого числа различных профилей), с другой – ряд факторов, сдерживающих процессы во многом стихийной дифференциации образования: введение единого государственного экзамена, утверждение стандарта общего обра­зования, необходимость стабилизации федерального перечня учеб­ников, обеспечение профильного обучения соответствующими пе­дагогическими кадрами и др.

Очевидно, что любая форма профилизации обучения ведет к сокращению инвариантного компонента. В отличие от при­вычных моделей школ с углубленным изучением отдельных пред­метов, когда один-два предмета изучаются по углубленным программам, а остальные - на базовом уровне, реализация про­фильного обучения возможна только при условии относительного сокращения учебного материала непрофильных предметов, изуча­емых с целью завершения базовой общеобразовательной подго­товки учащихся.

Модель общеобразовательного учреждения с профильным обучением на старшей ступени предусматривает возможность разнообразных комбинаций учебных предметов, что и будет обес­печивать гибкую систему профильного обучения. Эта система дол­жна включать в себя следующие типы учебных предметов: базо­вые общеобразовательные, профильные и элективные.

Базовые общеобразовательные предметы являются обя­зательными для всех учащихся во всех профилях обучения. Пред­лагается следующий набор обязательных общеобразовательных предметов: математика, история, русский и иностранные языки, физическая культура, а также интегрированные курсы обществове­дения (для естественно-математического, технологического и иных возможных профилей), естествознания (для гуманитарного, соци­ально-экономического и иных возможных профилей).

Профильные общеобразовательные предметы - предме­ты повышенного уровня, определяющие направленность каждого конкретного профиля обучения. Например, физика, химия, биоло­гия - профильные предметы в естественно-научном профиле; ли­тература, русский и иностранные языки - в гуманитарном профиле; история, право, экономика и др. - в социально-экономическом профиле и т.д. Профильные учебные предметы являются обяза­тельными для учащихся, выбравших данный профиль обучения. Содержание указанных двух типов учебных предметов со­ставляет федеральный компонент государственного стандарта об­щего образования.

Достижение выпускниками уровня требований государственно­го образовательного стандарта по базовым общеобразовательным и профильным предметам определяется по результатам единого государственного экзамена.

Элективные курсы - обязательные для посещения курсы по выбору учащихся, входящие в состав профиля обучения на стар­шей ступени школы. Элективные курсы реализуются за счет школь­ного компонента учебного плана и выполняют две функции. Одни из них могут «поддерживать» изучение основных профильных предметов на заданном профильным стандартом уровне. Например, элективный курс «Математическая статистика» поддерживает изу­чение профильного предмета экономики. Другие элективные курсы служат для внутрипрофильной специализации обучения и для по­строения индивидуальных образовательных траекторий. Например, курсы «Информационный бизнес», «Основы менеджмента» и др. в социально-гуманитарном профиле, курсы «Химические техноло­гии». «Экология» и др. - в естественно-научном профиле: Количе­ство элективных курсов, предлагаемых в составе профиля, долж­но быть избыточно по сравнению с числом курсов, которые обязан выбрать учащийся. По элективным курсам единый государствен­ный экзамен не проводится.

При этом примерное соотношение объемов базовых общеоб­разовательных, профильных общеобразовательных предметов и элективных курсов определяется пропорцией 50:30:20.

Предлагаемая система не ограничивает общеобразовательное учреждение в организации того или иного профиля обучения (или нескольких профилей одновременно), а школьника в выборе раз­личных наборов базовых общеобразовательных, профильных пред­метов и элективных курсов, которые в совокупности и составят его индивидуальную образовательную траекторию. Во многих случаях это потребует реализации нетрадиционных форм обучения, созда­ния новых моделей общего образования.

В качестве примера реализации одной из моделей профильно­го обучения предлагаются варианты учебных планов для четырех возможных профилей: естественно-математический, социально-эко­номический, гуманитарный, технологический. Следует отметить, что возможно такое построение образовательного процесса, когда комбинации общеобразовательных и профильных предметов дадут самые различные формы профилизации: для общеобразовательного учреждения, для отдельных классов, для групп уча­щихся.

Тема	Количество часов
Логическая организация файловой системы (6 ч)
Урок 1. Цели и задачи файловой системы. Иерархическая структура файловой системы	1
Урок 2. Типы файлов. Имена файлов. Атрибуты файлов	1
Урок 3 Команды MS-DOS	1
Урок 4. Лабораторная работа по теме иерархическая структура файловой системы.	1
Урок 5. Логическая организация файла	1
Урок 6. Контрольная работа.	1
Физическая организация файловой системы (6 ч)
Урок 1. Диски, разделы, секторы, кластеры	1
Урок 2. Физическая организация FAT	1
Урок 3 Физическая организация NTFS	1
Урок 4 Сравнение FAT и NTFS (семинар)	1
Урок 5 Физическая организация и адресация файла	1
Урок 6 Контрольная работа	1

Приложение 1

Примерные учебные планы для некоторых возможных профилей

Естественно–математический  профиль

Социально-экономический профиль

Гуманитарный профиль



Технологический профиль (специализация - информационные технологии)



Примерный учебный план для универсального обучения
(непрофильные школы и классы)





Приложение 2