Организация современной информационной образовательной среды. Методическое пособие

Формирование у магистрантов по направлению подготовки «Педагогическое образование» систематизированных знаний о современных направлениях развития отрасли информационных технологий, в том числе в Российской Федерации;

готовности их к реализации полученных знаний в ходе педагогической деятельности при обучении предмету "Информатика" на углубленном уровне в образовательных организациях и исследовательской деятельности в сфере образования.

Место дисциплины в структуре образовательной программы

Дисциплина относится к обязательным курсам вариативной части учебного плана магистерской программы, изучается в первом, втором и третьем семестрах. Её изучение направлено на подготовку магистрантов к выполнению педагогической и научно-исследовательской деятельности в современных условиях. Освоение её является основой для подготовки магистрантов к научно-исследовательской практике, выполнению выпускных работ, и в целом к итоговой государственной аттестации.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

– способность самостоятельно приобретать и использовать, в том числе с помощью информационных технологий, новые знания и умения, непосредственно не связанные со сферой профессиональной деятельности (ОК-5);

– готовность использовать знание современных проблем науки и образования при решении профессиональных задач (ОПК-2);

– способность анализировать результаты научных исследований, применять их при решении конкретных научно-исследовательских задач в сфере информатизации образования, самостоятельно осуществлять научное исследование (СК-1);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

– современные направления развития информационных технологий в Российской Федерации и их влияние на систему образования;

– роль средств информационных технологий в профессиональной и научно-экспериментальной педагогической деятельности;

– теоретические основы информатики, влияющие на развитие отрасли информационных технологий.

уметь:

– анализировать изменения в социальной и педагогической деятельности, связанные с влиянием отрасли информационных технологий;

– осуществлять сбор, анализ и интерпретацию данных научно-экспериментальной педагогической деятельности;

– использовать функциональные возможности современной информационной образовательной среды для организации научно-экспериментальной педагогической деятельности.

владеть:

– научными основами и современными средствами информационных технологий и использовать их в профессиональной и научной деятельности.

Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единицы, т. е. 324 часа, из них аудиторных – 102 часа.

Содержание разделов дисциплины

Введение.

Теория. Предмет “информатика” и его соотношение с фундаментальными и прикладными научными дисциплинами. Математические основы компьютерных наук.

Практика. Входной тест остаточных знаний по курсу информатики.

Исторические аспекты и современное состояние отрасли информационных технологий в мире и Российской Федерации.

Теория. Информационные революции, прорывы и потери; научные и технологические. Анализ причин неравномерности развития отрасли информационных технологий в разных странах, в том числе и России. Перспективные направления развития отрасли информационных технологий в Российской Федерации.

Стратегия развития отрасли информационных технологий в Российской Федерации.

Теория. Перспективные планы развития отрасли в Российской Федерации. Роль государственных структур в развитие отдельных направлений ИТ-отрасли. Изменения в системе образования, необходимые для успешной реализации стратегии.

Практика. Работа с правовой базой "Консультант" или "Гарант". Поиск и работа с нормативными правовыми актами в информационной сфере. Математические и технические основы информационных технологий. Теория. Информация: три основных подхода к определению. Сигнал, шум, содержание сигнала. Кодирование. Аналоговый и цифровой способы кодирования. Цифровые коды: прямой, инверсный, без возврата к нулю, манчестерское кодирование. Сжатие: кодирование Хаффмана, алгоритмы группы Lempel-Ziv. Кодирование с восстановлением. Коды Хэмминга и Рида-Соломона

Практика. Решение задач на кодирование по уровням сложности.

Информационное моделирование.

Теория. Моделирование как общий подход к постановке и решению прикладных задач. Модели, виды моделей. Информационные модели. Математические модели. Популяционная динамика. Жесткие и мягкие математические модели. Динамические структурно устойчивые и структурно неустойчивые модели. Имитационное моделирование.

Практика. Математическое моделирование. Вычислительный эксперимент. Имитационное моделирование. Разработка агентных, дискретно-событийных, системно-динамических моделей. Эксперименты. Оптимизация.

Развитие архитектурных решений современных компьютеров. Операционные системы.

Теория. Схемотехника. Логические схемы и их реализация. СБИС. Архитектуры ЭВМ: Фон-Неймана и гарвардская. Шинно-модульный принцип, его реализации. Краткая история развития вычислительных шин общего назначения. Шина PCI Express. Архитектура ARM. Шины ввода-вывода: USB, SATA, SAS.

Практика. Установка и настройка ОС Windows, ОС Linux. Использование средств виртуализации. Файловые системы. Диагностика и обслуживание. Основы системного администрирования.

Основы программирования.

Теория. Программирование. Строгое и нестрогое определение алгоритма. Машины Тьюринга и Поста, тезис Черча. Вычислимые функции. Оценка алгоритмов, классы сложности. Типы данных. Структуры данных и их применение: стеки, списки, бинарные деревья. Алгоритмы поиска и сортировки. Практика. Программирование как область деятельности. Организация производственного процесса, системы контроля версий. Проектирование, разработка, отладка и тестирование приложений. Взаимодействие с библиотеками. Использование интегрированных сред программирования, в т. ч. визуальных.

Числовая информация и способы ее обработки

Теория. Числа и вычисления. Кодирование целых чисел. Операции над целыми числами. Кодирование чисел с плавающей точкой. Операции над числами с плавающей точкой. Сбор и обработка числовых данных. Статистические критерии и методы. Параметрические и непараметрические критерии. Сравнение выборок, корреляция, регрессия.

Практика. Численное моделирование, математические модели. Вычислительные методы. Метод бисекции, преобразование Лагранжа. Основы организации обработки статистической информации. Статистические критерии.

Текстовая информация и способы ее обработки

Теория. Текст. Таблица кодировки ASCII, кодовые страницы. Кодировка UNICODE. Конечные автоматы. Регулярные выражения. Классификация. Байесовские фильтры. Ядерные методы классификации. Язык. Морфология языка. Словари. Хэширование и поиск.

Практика. Обработка текста с помощью регулярных выражений: поиск и замена. Лингвистические средства и алгоритмы. Контент-анализ.

Основы книжного и информационного дизайна. Дизайн печатного издания – от текста до книги. Форматы, шрифты, макетирование, иллюстрирование.

Графическая информация и способы ее обработки

Теория. Графика. Цветовые модели и охват моделей. Кодирование и хранение графических изображений. Сжатие с потерями и без потерь. Обработка растровых изображений, фильтры. Рисование примитивов, алгоритмы Брезенхема. ЗБ-графика. Мировая и видовая системы координат. Преобразования. Алгоритмы удаления невидимых частей. Модель освещенности и материалы. Текстуры.

Практика. Графика: фильтры, цветовые модели, выделение, траектории. Цветокоррекция, ретушь.